(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．０６００％以下、Ｎ：０．０１００％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼を、冷延後、連続焼鈍炉内で再結晶焼鈍をした後、ＮとＣの総量の増加量が、板厚平均で２０〜３２０ｐｐｍとなる窒化処理或いは浸炭処理または浸炭・窒化処理を行ってＣ：０．０６５０％以下、Ｎ：０．０３００％以下とし、その後１５％以上（但し、１５％を除く）５０％以下の再冷延を行うことを特徴とする板厚０．４００ｍｍ以下の容器用鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、飲料缶などの金属容器に利用される鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
飲料缶、食品缶などに代表される容器用鋼板については、缶コスト低減のため、素材の薄手化が求められている。この時、薄手化に伴う缶強度の低下を補うため鋼板自体を高強度化することと、焼鈍工程において生産効率を阻害するヒートバックルと呼ばれる鋼板の腰折れ回避のため、焼鈍時には目的の板厚より厚い鋼板を通板し、その後再冷延（２ＣＲ）を施し、目的とする板厚を得る技術が特公平７−１０９０１０号公報などに開示されている。しかし、鋼板の薄手化が進行する中で、２ＣＲ率の上昇は必然となり、材料の硬質化に伴う延性劣化が新たな問題となりつつある。代表的には缶胴と缶底または缶蓋を巻き締める際に、缶胴端部の径を拡げる加工（フランジ成形）における割れが問題となる。
【０００３】
高い２ＣＲに頼らずに高強度化を図る手段としては、固溶Ｎによる固溶強化や焼付硬化性（ＢＨ）などを利用した技術が特開平５−３４５９２６号公報、特開平６−１１６６８２号公報、特開平８−１７０１２２号公報などに開示されている。これらの技術によって缶強度や２ピース缶製造で必要とされる深絞り性および低異方性は確保できるが、これらの技術には薄手化時の焼鈍通板性への考慮やフランジ成形性を確保する観点が欠けているため、通板性とフランジ成形性を両立するための意図が見られない。
【０００４】
強度確保および焼鈍通板性の点で有利な２ＣＲ材でフランジ成形性の良好な鋼板として、本発明者らは特願平１０−１４４９１２号でＣ量を制限し、焼鈍時の熱履歴、特に冷却速度、さらに焼鈍後の二次冷延率を制御することで材料の加工硬化特性を特定範囲に制限し、２ＣＲ後の延性を改善する方法を出願した。しかし、この方法では焼鈍条件の変動により材質も変動するため、前後に通板する鋼板の焼鈍条件などを考慮した焼鈍通板スケジュールの調整が必要であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、薄手材で問題となる焼鈍通板性、缶強度確保で有利な高い２ＣＲを施しているにもかかわらず良好な延性を持ち、スケジュールフリーで製造可能な鋼板の製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、特に２ＣＲ率が１０％以上で製造される板厚０．４mm以下の鋼板の成分、熱延条件および焼鈍条件と材質との関係を検討するうち、成分、特にＮおよびＣ量を特定範囲に限定し、引張り試験での０．２％耐力や引張り強度で表される加工硬化特性を適当に制御した鋼板では、２ＣＲ率が上昇しても従来鋼ほど延性が劣化しないことを知見した。
【０００７】
さらに、Ｎを含有させる方法についてさらなる検討を加えるうち、Ｎを焼鈍工程より後で含有させ、特定の０．２％耐力、全伸び、加工硬化を示す鋼板においては、極めて良好なフランジ成形性を示すことを知見した。さらに、特願平１０−１４４９１２号で出願した技術も検討し、本発明を完成したものである。
【０００８】
すなわち本発明は、焼鈍後の窒化処理、浸炭処理あるいは浸炭・窒化処理のいずれか、またはこれらの処理を適宜組み合わせることにより、ＮとＣの総量の増加量を板厚平均で２０〜３２０ｐｐｍにし、その後１５％以上（但し、１５％を除く）５０％以下の再冷延を行うことにより、薄くて硬くても伸びがよい鋼板を得るものである。
その鋼板とは全伸びが１５％以下、０．２％耐力が４３０ＭＰａ以上で、かつ引張り強度と０．２％耐力の差が比較的高い（２０Ｍｐａ以上）か降伏点伸びが比較的大きい（２％以上）鋼板、あるいは１０％冷間圧延前後の０．２％耐力の差が比較的小さく（１４０ＭＰａ以下）、かつ引張強度と０．２％耐力の差が比較的高い（２０ＭＰａ以上）か降伏点伸びが比較的大きい（２％以上）鋼板である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、成分について説明する。成分はすべて重量％である。
焼鈍前のＣ，Ｎ量の上限は、いずれも加工性の劣化を回避するために必要であり、Ｃ：０．０６００％以下、Ｎ：０．０１００％以下とする。注意を要するのは、後述のように焼鈍前に存在するＣ，Ｎと焼鈍後の窒化や浸炭によって含有させたＣ，Ｎは、加工性などに及ぼす効果が異なることである。
【００１０】
浸炭や窒化によるＣ，Ｎの増加量や焼鈍後のＣ，Ｎ量は本発明の重要規定要件である。浸炭や窒化によるＮとＣの総量の増加量が板厚平均で２０ｐｐｍより小さいと２ＣＲ後の延性劣化が大きく、逆に３２０ｐｐｍを超えて増加させても発明の効果が飽和してしまうためである。
焼鈍後のＣ量は、加工性の観点から０．０６５０％以下とする。また焼鈍後のＮ量は、本発明効果が飽和することと窒化鉄形成による加工性劣化の可能性が生じることから、０．０３００％以下とする。
【００１１】
このように浸炭や窒化によるＣ，Ｎの増加量、浸炭や窒化後のＣ，Ｎ量を制御することで、ただ単にＣやＮを含有した鋼に無い本発明鋼特有の材質を持つようになるメカニズムは明確ではないが、２ＣＲ時の転位を鋼中に分散させ破断の起点となるボイドを形成させるような複雑な交絡・転位の集中を回避し、その後のフランジ成形時にバウシンガー効果的な挙動により転位の再配列を誘起し、破断までの歪を増大させるような効果が同一の含有Ｃ，Ｎ量でも、浸炭や窒化によるＣ，Ｎでより効率よく発現するためではないかと推定される。
焼鈍前に含有しているＣやＮは、熱延工程や再結晶焼鈍における高温での熱履歴を経ているため、粗大な炭化物、窒化物やある種の偏析など、本発明の効果を得るのに好ましくない形態に変化する割合が多くなっているものと思われる。
これに対し再結晶焼鈍後に鋼中に侵入したＣ，Ｎは高温長時間の熱履歴を受けることがなく、固溶Ｃ，Ｎまたは非常に微細な析出物様の形態を保っているものが多く存在し、これが本発明の効果を助長するものと思われる。
【００１２】
通常の鋼板に不可避的、強度調整または特定の目的で含有されるＡｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ等は、一般に容器用に用いられる鋼板に含有される程度に含有される。
その範囲はＳｉ：０．００１〜０．１０％、Ｐ：０．００２〜０．０４０％、Ｓ：０．００２〜０．０４０％、Ａｌ：０．００５〜０．２００％である。
Ｎを溶鋼中に添加する場合には、Ａｌの含有量が高くなると鋼中の微細ＡｌＮが増大し、再結晶を抑制し高温焼鈍が必要となり通板性を劣化させるので、０．０８０％を上限としていたが、本発明においてはＮは焼鈍後に添加されるため、この制限は必要でない。
【００１３】
次に窒化条件に関して述べる。窒化処理、浸炭処理あるいは浸炭・窒化処理前に鋼板が再結晶していることを限定条件としたのは、再結晶が終了する前に窒化処理、浸炭処理あるいは浸炭・窒化処理を行うと、再結晶が著しく抑制されて未再結晶組織が残り、加工性の顕著な劣化が起こる可能性があるためである。窒化処理、浸炭処理あるいは浸炭・窒化処理を連続焼鈍プロセスで行うには比較的短時間で処理を終了する必要があるので、温度域は５５０℃以上、８００℃以下が好ましい。
即ち、５５０℃未満では拡散速度が小さく、鋼板中に入るＣ，Ｎ量が少ない。また８００℃超になると、容器用鋼板のように薄い板を通板する際に形状不良などが起き易くなる。このような窒化処理、浸炭処理あるいは浸炭・窒化処理により鋼板に導入するＣ，Ｎ量は、温度のほかに雰囲気ガスであるアンモニアやメタンガスの量によって調整する。
本発明法は、鋼板の０．２％耐力４３０ＭＰａ以上を得ることに適している。又、鋼板の全伸びが１５％以下であっても、本発明によるとフランジ成形性の良好な鋼板が製造可能である。
【００１４】
鋼板の加工硬化挙動は本発明の重要な要件の一つである。加工硬化挙動は一般には引張試験の応力−歪曲線における加工硬化指数、いわゆるｎ値で表される場合が多いが、本発明鋼が対象としているフランジ成形性の指標にはならない。
本発明で得られる加工硬化挙動の指標および限定範囲は、引張強度と０．２％耐力の差を２０ＭＰａ以上、または鋼板に１０％の冷間圧延を施した場合の０．２％耐力の上昇量が１４０ＭＰａ以下というものである。
冷延における加工硬化量は通常、ロール径、パス回数、潤滑、温度などの圧延条件によりわずかに変動するが、本発明では通常の実験室で行うことができる条件、すなわちロール径１００〜４００mm、パス回数は１〜５パス、潤滑はパーム油、温度は室温とした場合の値で評価される。加工硬化挙動がこの範囲に無い場合は、製缶工程でのフランジ成形性が顕著に劣化する。
本発明により、２００℃、１時間の人工時効後の降伏点伸びが２％以上である鋼板を得ることができる。
【００１５】
板厚は本発明鋼の用途を考え、０．４００mm以下と限定する。本発明鋼が特に必要とされるのは、延性の劣化がより顕著となる０．２００mm以下、さらに効果が発揮されるのは０．１７０mm以下の極薄鋼板においてである。
鋼板の０．２％耐力、全伸びは、成分、２ＣＲ条件により変化し、従来鋼と同様に材質調整されるが、本発明の特徴である加工硬化挙動および時効特性を制御するには、特に２ＣＲ率を１０％〜５０％とすることが発明の効果を得るのに必要である。特に２ＣＲ率を１５％〜２５％とすれば、より顕著な効果を得ることができる。
【００１６】
また本発明鋼では、雰囲気を制御した浸炭や窒化条件により材質を作り分けるため、従来技術のように材質制御のための焼鈍条件、特に最高到達温度と高温での保定時間の管理は重要でなくなり、焼鈍後の組織が再結晶していればよい。
従来技術によれば、特に焼鈍温度を変化させる場合には温度が変化している途中および変化させた後の炉温が安定するまで、通板が停滞または無駄な板を通板する必要がある。このためユーザーの要求に応じ様々な板厚および材質の鋼板を製造するに当たり、焼鈍炉の温度の変動を極力小さくし通板速度を一定として製造できるような通板スケジュールを組む必要が生じるが、このための労力は甚大なものがあり、また生産性を阻害させない完全なスケジュールを組むことは不可能である。本発明鋼では材質を浸炭や窒化条件で制御するため、実質的にスケジュールフリー化が達成できる。
【００１７】
従来技術ではＮを一般的に知られているような固溶強化または焼付硬化を目的として含有させるものもあるが、本発明でのＮ含有量では、本発明が対象とするＪ１Ｓ５号引張試験における０．２％耐力が４３０ＭＰａ以上の鋼板は必ずしも製造できないばかりでなく、成分に応じた２ＣＲなど製造条件による０．２％耐力、加工硬化挙動の制御なくしては延性の劣化が著しい。また、特に２ＣＲ率が低い場合には時効性が顕著に劣化し、加工時の表面性状の劣化などの不具合が発生する。本発明でのＮの添加は２ＣＲによる延性劣化を抑止する目的で行われるもので、成分ならびに０．２％耐力、加工硬化特性などで上記の特性を得ることができる。
【００１８】
本発明の効果は成分調整以降、焼鈍前の熱履歴、製造履歴によらない。熱延を行う場合のスラブはインゴット法、連続鋳造法などの製造法には限定されず、また熱延に至るまでの熱履歴にもよらないため、スラブ再加熱法、鋳造したスラブを再加熱することなく直接熱延するＣＣ−ＤＲ法、さらには粗圧延などを省略した薄スラブ鋳造によっても本発明の効果を得ることができる。また熱延条件にもよらず、仕上げ温度をα＋γの二相域とする二相域圧延や、粗バーを接合して圧延する連続熱延によっても本発明の効果を得られる。
【００１９】
また、本発明鋼を溶接により缶胴部を製造する３ピース缶用素材として用いる場合には、溶接部が硬化し熱影響部が軟化するため、フランジ成形時に熱影響部に歪が集中し、フランジ成形性が鋼板延性のみならず溶接部および熱影響部の特性に影響される場合がある。溶接部および熱影響部の硬度制御のためＢ，Ｎｂなどが添加される場合があるが、これらの微量元素を添加しても本発明の効果が失われるものではない。
【００２０】
通常、本発明鋼板は表面処理鋼板用の原板として使用されるが、表面処理により本発明の効果はなんら損なわれるものではない。缶用表面処理としては通常、錫、クロム（ティンフリー）などが施される。また、近年使用されるようになっている有機皮膜を被覆したラミネート鋼板用の原板としても、本発明の効果を損なうことなく使用できる。
【００２１】
【実施例】
本発明では、フランジ成形性は鋼板のＪＩＳ５号引張り試験における全伸びによって評価した。３ピース缶用途での板取り方向や２Ｐ用途でのしごき方向との兼ね合いを考え、素材の圧延方向と９０度の方向の引張試験値を使用する。
材質試験時において表１に示す各成分の鋼について、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍後、２ＣＲを施して鋼板を製造し、引張試験により材質を測定した。特に注意を要するのは表１中のＣ，Ｎの量である。表中の数字は材質試験時のものであるため、表２に示す浸炭や窒化により製造されたものでは、焼鈍前のＣ，Ｎ量は表１の値から表２に示す浸炭または窒化によるＣ，Ｎの増加量を差し引いたものということになる。
【００２２】
これらの鋼についての製造条件および材質を表２に示す。本発明の製造法により加工硬化挙動および時効特性を本発明の範囲内に制御することで、熱延条件によらず良好な延性が得られていることが確認できる。これらの試験材は２５０mm厚の連続鋳造スラブを１０５０℃から１２５０℃で加熱し、γ域で熱間圧延を行った後、冷延し連続焼鈍で熱処理を行った。板厚は０．１９mmに調整した。
【００２３】
図１は、板厚：０．１７０〜０．１４０mmの鋼板について熱延条件、再結晶焼鈍条件を一定とし、浸炭、窒化または浸炭・窒化条件と１５〜２５％の２ＣＲで材質を作り分けた場合の０．２％耐力と延性のバランスにより、本発明鋼Ｃ（浸炭又は窒化でＣ，Ｎを高めた鋼板でＣ：３００ppm 以上又はＮ：４０ppm 以上とした鋼板）の材質（○印）を、０．２％耐力や引張強度で表される加工硬化特性を適当に制御するが、本発明の条件以外の製造法で制御された鋼板Ｂ（製鋼段階でＣ：３００ppm 以上又はＮ：４０ppm 以上とした鋼板）（△印）、および更にそれ以前の０．２％耐力で表される加工硬化特性を制御しない鋼板Ａ（Ｃ：３００ppm 以下、Ｎ：４０ppm 以下のもので浸炭又は窒化によりＣ，Ｎを高めていない鋼板）（×印）と比較したものである。
本発明法によれば、従来技術（△，×）より優れた材質の鋼を得ることができる。
【００２４】
【表１】
0004249860.tif 000002
【００２５】
【表２】
0004249860.tif 000003
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたごとく本発明によれば、高２ＣＲ率および焼鈍スケジュールフリー化により、焼鈍時の生産性を改善しつつフランジ成形性が著しく良好な極薄容器用鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明鋼の比較鋼の全伸びと０．２耐力の関係を示す図である。
【図１】
0004249860.tif 000004