(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C:0.02％超0.10％以下、Si:0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20％以下、S:0.20%以下、Al：0.10%以下、N:0.0120〜0.0250 %を含有し、かつ該Nのうち固溶Nとして0.0100％以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする高強度缶用鋼板。
【請求項２】
表面にめっき層を有することを特徴とする請求項１に記載の高強度缶用鋼板。
【請求項３】
質量％で、C:0.02％超0.10％以下、Si:0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20％以下、S:0.20%以下、Al：0.10%以下、N:0.0120〜0.0250 %を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、スラブ抽出温度を1200℃以上とし、仕上げ圧延温度を（Ar３変態点温度-30）℃以上とする熱間圧延を施し、650℃以下で巻き取り、酸洗を施したのち、冷間圧延を施し、次いで、連続焼鈍を施すことを特徴とする高強度缶用鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記連続焼鈍の後、圧下率を10％以上20％未満とする2回目の冷間圧延を施すことを特徴とする請求項３に記載の高強度缶用鋼板の製造方法。
【請求項５】
前記連続焼鈍の均熱温度をAr１変態点温度以上とすることを特徴とする請求項３または４に記載の高強度缶用鋼板の製造方法。
【請求項６】
前記連続焼鈍または前記2回目の冷間圧延の後、めっき処理を施すことを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の高強度缶用鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接などの３ピース加工やDIなどの２ピース加工後に径形状の縮小や拡大加工を行う缶用素材として好適な高強度缶用鋼板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、コストの低減を目的として、また、利用資材の削減や環境負荷の軽減を目的として素材である鋼材（鋼板）の製品板厚を薄くするための製品開発が進められている。
また、製品板厚を薄くすると剛性が低下するので、この剛性の低下を補うため、鋼材の高強度化を図る必要もある。しかし、鋼材の高強度化を図った場合、硬質化するため、フランジ加工やネッキング加工で割れが生じる問題がある。
上記に対して、現在、種々の製造方法が考案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、鋼中成分を一定範囲に管理した上で、（Ar3変態点−30℃）以上で熱間圧延を施し、冷間圧延ののち、連続焼鈍を行う方法が提案されている。
しかしながら、特許文献１の方法では、フランジ加工性、ネック加工性および耐蝕性を劣化させないようにPを0.02wt%以下とし、さらに２次冷間圧延の圧下率を１５〜３０％とするため薄い製品を効率的に処理することは難しく生産しにくい、また外観不良が発生しやすいといった問題がある。また、安定的に製造することが難しく、改善が必要である。
【０００４】
また、特許文献２には、鋼中成分および固溶Nを一定範囲に管理した上で、（Ar3変態点−30℃）以上で熱間圧延を施し、所定の冷却を行い、巻き取り、水冷をし、冷間圧延を行ったのち、所定のヒートパターンの連続焼鈍を行い、塗装焼付処理後の降伏応力：550MPa以上を有する缶用鋼板の製造方法が提案されている。
しかしながら、特許文献２の方法では、セミ極低炭材であり、かつ所定の固溶Nを確保するために連続焼鈍の温度を高くし、さらにヒートパターンを厳しく管理することが難しく、生産しにくいといった問題がある。また、単に鋼中Nの80%以上の固溶Nを確保するだけでは、鋼中N含有量のばらつきから所定の強度の鋼板を安定的に製造することが難しく、改善が必要である。また、特許文献２の方法では全伸びが小さくなり、加工性が劣化する。
【０００５】
さらに、高強度な缶用鋼板の代表的な製造方法として、下記の方法が提案されており、焼鈍種類に応じて適宜選択し用いられている（例えば、非特許文献１）。
熱間圧延→酸洗→冷間圧延→箱型焼鈍(BAF)→２回目冷間圧延（圧下率：20〜50％）
熱間圧延→酸洗→冷間圧延→連続焼鈍(CAL)→２回目冷間圧延（圧下率：20〜50％）
しかしながら、上記の方法では、２回目の冷間圧延での圧下率が20〜50％と高く、圧延荷重が高いことにより操業能率は低くなる。また、圧延時の潤滑性を向上する目的で粘度の高い各種圧延油が用いられるため圧延油の濃度むらや部分的な油付着による、圧延後の外観不良の問題がある。さらに、圧延圧下率が高い場合、全伸びが小さくなり、加工性が劣化し、また、圧延により鋼板が伸ばされるため、素材の製造方向と加工方向に応じた幅方向と長さ方向の耐力差が大きくなる。
これに対して、２回目の冷間圧延での圧下率を低く抑える方法が考えられる。しかし、圧下率を低くした場合は、必要とする耐力を得ることが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第3108615号公報
【特許文献２】特開2001-107187号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「わが国における缶用表面処理鋼板の技術史」日本鉄鋼協会  平成10年10月30日発行  p.188
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、製品板厚の薄い缶用鋼板を得ようとする場合、強度と生産性を両立できる製造方法はなく、望まれているのが現状である。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、塗装・焼付処理後の降伏応力ＹＰが500MPa以上の強度を有する缶用鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、以下の知見を得た。
【００１１】
成分組成として、低炭材とし、固溶N量の絶対量を一定以上確保し、製缶加工前に施される印刷工程あるいはフィルムラミネート工程、乾燥・焼付工程などで焼入れ時効および歪時効により硬化することで高強度の材質を確保できることを見出した。
以上のように、本発明では、上記知見に基づき成分を管理することで高強度缶用鋼板を完成するに至った。
【００１２】
本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
［１］質量％で、C:0.02％超0.10％以下、Si:0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20％以下、S:0.20%以下、Al：0.10%以下、N:0.0120〜0.0250 %を含有し、かつ該Nのうち固溶Nとして0.0100％以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする高強度缶用鋼板。
［２］表面にめっき層を有することを特徴とする［１］に記載の高強度缶用鋼板。
［３］質量％で、C:0.02％超0.10％以下、Si:0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20％以下、S:0.20%以下、Al：0.10%以下、N:0.0120〜0.0250 %を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、スラブ抽出温度を1200℃以上とし、仕上げ圧延温度を（Ar３変態点温度-30）℃以上とする熱間圧延を施し、650℃以下で巻き取り、酸洗を施したのち、冷間圧延を施し、次いで、連続焼鈍を施すことを特徴とする高強度缶用鋼板の製造方法。
［４］前記連続焼鈍の後、圧下率を10％以上20％未満とする2回目の冷間圧延を施すことを特徴とする［３］に記載の高強度缶用鋼板の製造方法。
［５］前記連続焼鈍の均熱温度をAr１変態点温度以上とすることを特徴とする［３］または［４］に記載の高強度缶用鋼板の製造方法。
［６］前記連続焼鈍または前記2回目の冷間圧延の後、めっき処理を施すことを特徴とする［３］〜［５］のいずれかに記載の高強度缶用鋼板の製造方法。
なお、本明細書において、鋼の成分を示す％は、すべて質量％である。また、本発明において、「高強度缶用鋼板」とは、塗装・焼付処理後の降伏応力ＹＰが500MPa以上の強度を有する缶用鋼板である。
また、本発明の高強度缶用鋼板は、缶用素材を対象とする。さらに、表面処理の有無は問わず、錫めっき、ニッケル錫めっき、クロムめっき（いわゆるティンフリーめっき）あるいは、さらに有機被覆などを施され、極めて広範囲な用途に適用可能である。
さらに、板厚については特に限定しないが、本発明を最大限に活かし効果を得る点からは板厚0.3mm以下、さらに0.2mm以下が好ましい。とくに好ましいのは0.170mm以下である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、塗装・焼付処理後の降伏応力ＹＰが500MPa以上の強度を有する高強度缶用鋼板が得られる。
本発明では、低炭材とし、（１）成分として所定のN量を含有させ、（２）スラブ抽出温度を1200℃以上としてスラブ鋳造時に生じたAlNを分解させ、（３）熱延コイルを650℃以下で巻き取りAlNの析出を抑制させることにより、冷延鋼板の固溶N量の絶対量を一定以上確保し、さらに、塗装焼付処理後の時効硬化によって、2次冷間圧延することなく、あるいは低圧下率の2次冷間圧延を行うことにより、生産性を高くして缶用鋼板の高強度化が可能となる。
そして、本発明の2次冷間圧延することなしに、すなわち連続焼鈍後1％程度の調質圧延を施して得られる高強度缶用鋼板は、塗装・焼付処理後の全伸びＥｌが20％以上有する。また、2次冷間圧延を行う高強度缶用鋼板では、2次冷間圧延圧下率を好適範囲である10％以上15％未満とすることで塗装・焼付処理後の全伸びＥｌが10％超えとすることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の缶用鋼板は、塗装・焼付処理後の降伏応力ＹＰが500MPa以上の強度を有する高強度缶用鋼板である。そして、本発明では、低炭材とし、固溶N量の絶対量を一定以上確保し、さらに、塗装焼付処理後の時効硬化によって、2次冷間圧延することなく、あるいは低圧下率の2次冷間圧延を行うことにより、生産性を高くして缶用鋼板の生産性を高くして高強度化が可能となる。さらに、2次冷間圧延することなしに、すなわち連続焼鈍後1％程度の調質圧延を施して得られる缶用鋼板では塗装・焼付処理後の全伸びＥｌが20％以上を有する。また、10％以上15％未満の圧下率で2次冷間圧延を行う缶用鋼板では塗装・焼付処理後の全伸びＥｌが10％超えを有する。
【００１５】
本発明の容器用鋼板の成分組成について説明する。
C: 0.02％超0.10％以下
Cは、固溶強化により鋼の強度を増加させる有効な元素であるが、一方で炭化物を形成し、鋼板の延性、ひいては加工性を低下させる。C成分が多いと2次冷間圧延後の鋼板を硬質化させ、製缶性やネック加工性を劣化させる。また、溶接部の顕著な硬質化によりフランジ加工時にHAZ割れを生じさせる元素となる。Cが0.10％を超えると、これらの影響が顕著になるので、Cは0.10％以下とする。一方、C成分が極端に低くなると2次冷間圧延の圧下率を20%以上の強圧下としなければ強度を確保できないという問題があるためCは0.02％超とする。Cは0.03%以上0.05%以下とするのが好ましい。
【００１６】
Si:0.10 %以下
Siは、固溶強化により鋼の強度を増加させる元素であるが、多量の添加は表面処理性の劣化、耐食性の劣化等の問題を生じるため、Siは0.10％以下に限定する。なお、特に優れた耐食性が要求される場合は、Siは0.02％以下とするのが好ましい。
【００１７】
Mn：1.5%以下
MnはSによる熱間割れを防止するのに有効な元素である。そして、S量に応じて適宜添加することにより、割れを防止する効果が得られる。これらの効果を発揮するためには、Mnは0.20 %以上の添加が好ましい。また、結晶粒を微細化する作用も有している。一方、多量に添加すると、耐食性が劣化する傾向を示すとともに鋼板を必要以上に硬質化させ、フランジ加工性、ネック加工性を劣化させるため、上限は1.5%とする。Mnは0.20%以上0.30%以下とするのが好ましい。
【００１８】
Ｐ：0.20％以下
Ｐは、鋼を著しく硬質化させるが、フランジ加工性やネック加工性を劣化させるとともに、耐食性を著しく劣化させる。このため、本発明では、Ｐは0.20％以下に限定する。Pは0.001％以上0.018%以下とするのが好ましい。
【００１９】
S:0.20%以下
Sは鋼中で介在物として存在し、鋼板の延性を減少させさらに耐食性を劣化させる元素である。そのため、0.20%以下とする。Sは0.001%以上0.018%以下とするのが好ましい。
Al：0.10%以下
Alは、固溶Ｎと結合し、AlN を形成し、固溶Ｎ量を低減する効果を有する。また、Al含有量の増加は再結晶温度の上昇をもたらし、焼鈍温度を高温とする必要がある。高温焼鈍では、AlN 形成のため、固溶Ｎ量が低減し、時効硬化量が低減し、したがって鋼板強度の低下をもたらす。低炭材の場合、このような現象が顕著となるのは、Al含有量が0.10％を超える場合である。このようなことから、Alは0.10％以下に限定した。なお、鋼の溶製工程における安定操業の観点からは、Alは0.020 ％以上とするのが望ましい。Alは0.020%以上0.060%以下とするのが好ましい。
【００２０】
N:0.0120〜0.0250%
Ｎは、時効硬化性を増加させる元素であり、本発明においては、積極的に含有させる。時効硬化性の顕著な増加は低炭材の場合0.0120％以上の含有で認められる。一方、0.0250％を超えて含有すると、圧延素材（スラブ）に割れ欠陥を発生する危険性が顕著に増大する。したがって、Ｎは0.0120%以上0.0250%以下に限定する。
【００２１】
缶用鋼板（冷延鋼板）の固溶Ｎ：0.0100%以上
本発明の特徴である大きな時効硬化性を確保するためには、缶用鋼板（冷延鋼板）中の固溶Ｎ量を0.0100%以上とする必要がある。これは本発明において最も重要な要件である。本発明の冷延鋼板は、好ましくは、熱延板を酸洗したのち、冷間圧延し、連続焼鈍を行い、必要に応じて２回目の冷間圧延を行い製造されるが、この連続焼鈍工程でAIN は析出傾向にあるので、缶用鋼板（冷延鋼板）中の固溶Ｎ量が0.0100%未満とならないような工程を管理することが重要となる。なお、本発明では、通常実施されるブロムエステルによる溶解処理後の抽出分析によりAlN となっているN量を求め（以下、N  as AlNと称す ）、全N量からN  as AlN を引いた値を固溶N量とする。
また、前記した固溶N量と固溶C量を合計で0.0150%以上とすることが好ましい。固溶C量は内耗による測定により、または鋼板から抽出した析出物中のC量を全C量から差し引いて求めることもできる。
【００２２】
残部はFeおよび不可避不純物とする。
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。なお、不可避的不純物としては、例えばSn：0.01％以下が許容できる。
【００２３】
次に、本発明の高強度缶用鋼板の製造方法について説明する。
本発明の高強度缶用鋼板は、以下の方法により得られる。まず、上記した組成からなる溶鋼を転炉等を用いた通常公知の溶製方法により溶製し、連続鋳造法等の通常公知の鋳造方法で圧延素材（スラブ）とする。次いで、これら圧延素材を用い、熱間圧延により熱延板とする。この時、スラブ抽出温度は1200℃以上とし、仕上げ圧延温度は（Ar３変態点温度-30）℃以上（好適にはAr３変態点温度以上）とする。次いで、650℃以下で巻き取り、酸洗を施したのち、冷間圧延を施し、連続焼鈍を施す。さらに必要に応じて、圧下率を10％以上20％未満（好適には10％以上15％未満）とする2回目の冷間圧延を施す。また、めっき処理を施すことも可能である。
以下に、詳細に説明する。
【００２４】
スラブ抽出温度：1200℃以上 
缶用鋼板の固溶N量を0.0100％以上とするには、スラブを加熱炉に挿入して加熱し、加熱炉から抽出する温度を1200℃以上とする。AlNの分解を促進し、所定量の固溶N量を確保するためである。この温度に保持した加熱炉に挿入し加熱するのが好ましい。
【００２５】
仕上げ圧延温度：（Ar3 変態点−30℃）以上
本発明では、AlN の析出を有効に抑制し、さらに異方性と加工性の劣化を生じさせないようにするため、熱間圧延における仕上げ圧延温度は（Ar3 変態点−30℃）以上とする。仕上げ圧延温度が（Ar3 変態点−30℃）未満では、AlN の析出が顕著となり、固溶Nが低減し、異方性と加工性の劣化を生じる。なお、好ましくはAr3 変態点以上である。
なお、仕上げ圧延の後、水冷により強制冷却するのが好ましい。これにより、AlN の析出を抑制できる。
【００２６】
巻取り温度：650 ℃以下
巻取り温度は、AlによるＮの固定を抑制するため、650 ℃以下とする。巻取り温度が650 ℃を超えると、AlN 析出量が顕著に増加し固溶Nが減少する結果、目標とする時効硬化性を得ることができない。なお、高い時効硬化性を安定して得るためには、巻取り温度は600℃以下とするのがさらに好ましい。
なお、本発明では、巻取り後コイル状態で空冷または水冷することが好ましい。水冷の場合、生産性高くすることが可能となるが、鋼板の板幅方向および長手方向の材質の均一性のためには空冷することが好ましい。
【００２７】
酸洗、冷間圧延
以上のようにして製造した熱延板に、酸洗、冷間圧延を施し、冷延板とする。酸洗は常法に従い、塩酸、硫酸等の酸で表面スケールを除去すればよい。冷間圧下率も常法に従うが、板厚が薄いほど高めとなる。
【００２８】
連続焼鈍の均熱温度：600 ℃以上（好適条件）
連続焼鈍工程では、600 ℃以上の温度範囲で均熱することが好ましい。均熱温度が600 ℃以上とすると、再結晶の進行が早く、冷間圧延で導入された加工歪が残留せず、延性が高く、プレス加工に適する。さらに、Ar１変態点以上で均熱すると、さらに強度を向上させることが可能となるので好ましい。Ar１変態点以上で均熱すると、部分的にパーライト組織となることが強度に寄与すると推察される。
また、この温度範囲内であれば、特に一定の温度に保持する必要はない。操業の安定性から10ｓ以上の均熱相当時間があれば十分である。
連続焼鈍ののち、1％程度の調質圧延を施し、表面粗さと硬度の調整を行うことが好ましい。
以上の工程を経て得られた冷延鋼板は塗装・焼付処理後の全伸びＥｌが20％以上となり加工性が極めて優れた缶用鋼板となる。
連続焼鈍の後、さらに、圧下率：10％以上20％未満の２回目の冷間圧延を施してもよい。この２回目の冷間圧延はさらなる高強度化が主目的である。１0％以上とすることにより、さらなる高強度化が達成できる。20%未満とすることにより伸びを確保（塗装・焼付処理後の全伸びＥｌが8％以上〜15%以下）して加工性を劣化させることがなく前記高強度化の効果が得られる。特に、２回目の冷間圧延の圧下率を10％以上15％未満とすることで、塗装・焼付処理後の全伸びＥｌ：10％超えを確保することができる。
以上の工程を経て冷延鋼板が得られる。そして、製缶加工前（プレス加工前）の塗装・焼付処理により硬質材となっており、板厚が0.3 mm以下の極薄鋼板に適用された場合にその優位性がより有効に発揮される。また、上記した工程により製造される冷延鋼板は、固溶Ｎ量が0.0100％以上を有し、塗装・焼付処理後の降伏応力ＹＰ：500MPa以上を有する高強度缶用鋼板となる。さらに、本発明の缶用鋼板は大きい伸びを得ることができるので加工性に優れる。
本発明の缶用鋼板は、固溶Ｎにより大きな時効硬化性を得ている。そのため、塗装・焼付処理後の降伏応力ＹＰ：500 MPa 以上を有し鋼板の薄肉化を優位に進めることができる。また、本発明の冷延鋼板は、固溶Ｎの作用を有効に利用することにより、めっき後のリフロー処理後にも強度が増加し、また、プレス成形後の塗装焼付工程時にも顕著な時効硬化現象が起こり、缶体強度の飛躍的な増加をもたらすことができる。
本発明では、上記により得られた冷延鋼板の表面に（少なくとも片面）めっき層を形成し、めっき鋼板とすることができる。表面に形成されるめっき層は缶用鋼板に適用されるいずれのものも適用可能である。めっき層としては、錫めっき、クロムめっき、ニッケルめっき、ニッケル・クロムめっきが例示できる。また、これらのめっき処理後に塗装、有機樹脂フィルム等を貼ることもなんら問題ない。
【実施例１】
【００２９】
表１に示す成分からなる鋼を転炉で溶製し、連続鋳造法でスラブとした。次いで、これらスラブを、表２に示す条件で熱間圧延し、板厚：2.0 mmの熱延板とした。次いで、上記により得られた熱延板に対して酸洗による脱スケール処理を施し、さらに冷間圧延を施し、表２に示す条件で連続焼鈍および一部は２次圧延を行い、最終仕上げ板厚：0.17 mmの冷延鋼板とした。
【００３０】
【表１】
0005365312.tif 000002
【００３１】
【表２】
0005365312.tif 000003
【００３２】
このようにして得られた冷延鋼板について、固溶Ｎ量の測定ならびに焼付硬化試験の前後に引張試験を実施した。
【００３３】
（ｉ）固溶Ｎ量の分析
化学分析により冷延鋼板中のＮ量を分析し、また、ブロムエステルによる溶解処理後の抽出分析によりAlN として存在するＮ量を求めた。冷延鋼板中の固溶Ｎ量は、｛（冷延鋼板中のＮ量）−（AlN として存在するＮ量）｝の値を用いた。
【００３４】
（ii）引張試験
これら冷延鋼板の幅方向の中央部から圧延方向に、JIS 13号-B引張試験片を採取し、歪速度クロスヘッド速度：10mm／s で引張試験を実施し、降伏応力ＹＰと全伸びＥｌを測定した。なお、引張試験は製品化後１日以内に実施した。引張試験片をJIS 13号-B試験片としたのは、標点外で破断する現象を極力低減するためである。
【００３５】
（iii）焼付硬化性試験
これら冷延鋼板の幅方向の中央部から圧延方向に、JIS 13号-B引張試験片を採取し、２％の引張予歪を付加したのち一旦除荷し、210 ℃×20min の塗装焼付処理相当の熱処理を施した。この試験の前後で、（ii）に示す引張試験を行った。
これらの結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】
0005365312.tif 000004
【００３７】
表３より、本発明例であるNo.１、４、５および６は塗装・焼付け処理後に十分な降伏応力ＹＰおよび全伸びＥｌを有しており、例えば、3ピース加工に必要な強度と加工性を十分に達成している。
さらに、圧下率：10％で2次冷間圧延を行ったNo6の本発明例においては、2次冷間圧延を行ったにも拘わらず、塗装・焼付処理後の全伸びＥｌが12％と10％超えを確保しているのがわかる。
一方、比較例のNo.2および3は、それぞれ、降伏応力ＹＰが不足し、３ピース加工に必要な強度を有していないので、所定の加工を施すことができない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の缶用鋼板は、成形後の塗装焼付処理により、降伏応力が大きく上昇し、それに伴い缶体強度が大きく上昇するため、鋼板の薄肉化に大きく寄与できる。