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CN106029926B - 瓶盖用钢板及其制造方法以及瓶盖 - Google Patents

瓶盖用钢板及其制造方法以及瓶盖 Download PDF

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CN106029926B CN201580010012.5A CN201580010012A CN106029926B CN 106029926 B CN106029926 B CN 106029926B CN 201580010012 A CN201580010012 A CN 201580010012A CN 106029926 B CN106029926 B CN 106029926B
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Abstract

本发明的目的在于提供一种消除瓶盖的形状不良、耐压强度不足的问题的加工性优异的瓶盖用钢板及其制造方法、以及将瓶盖用钢板成型而成的瓶盖。瓶盖用钢板含有：C：0.0005～0.0050％、Si：0.020％以下、Mn：0.10～0.60％、P：0.020％以下、S：0.020％以下、Al：0.01～0.10％、N：0.0050％以下、Nb:0.010～0.050％，且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，平均r值为1.30以上，YP为450MPa～650MPa。对钢坯实施坯料再加热温度为1150℃以上，精加工温度为870℃以上的热轧后，以卷取温度600℃以上进行卷取，酸洗后，进行一次冷轧，以再结晶温度以上且为790℃以下的退火温度进行退火，然后，进行压下率10％～50％的二次冷轧，由此得到瓶盖用钢板。

Description

瓶盖用钢板及其制造方法以及瓶盖
技术领域
本发明涉及啤酒瓶等中所使用的瓶盖成型时的形状均匀性优异的瓶盖用钢板及其制造方法以及瓶盖。
背景技术
近年来，从减少环境负荷和降低成本的观点考虑，一直在推进啤酒瓶盖等中所使用的瓶盖用钢板的薄壁化。一般而言，作为薄壁化的钢板，有以下两种。即，是接着热轧、冷轧、退火进行调质轧制的SR(Single Reduce)材料和进行二次冷轧的DR(Double Reduce)材料。在瓶盖用钢板的情况下，板厚为0.20mm以下的钢板的需求正在扩大，期望一种实施了能够利用弥补随着薄壁化的耐压强度降低的加工固化的二次冷轧的DR材料。然而，DR材料一般而言与SR材料相比为硬质，因此，有加工性低这样的问题。
瓶盖成型时，在成型初期，中央部被一定程度勒紧，然后，外缘部被成型成褶皱形状。在加工性低的钢板的情况下，有时产生褶皱形状变得不均匀的形状不良。褶皱形状不均匀的瓶盖存在如下问题：即使盖到瓶上，也得不到耐压强度而产生内容物的泄漏，无法发挥作为瓶盖的功能。另外，即使褶皱形状均匀，在钢板强度低的情况下，有因耐压强度不足而导致瓶盖脱落的危险性。
作为具有良好的加工性的钢板，广为熟知的是极低碳IF(Interstitial Free)钢。对于使用极低碳钢的DR材料，多大量谋求兼备加工性提高和薄壁化的研究(例如，专利文献1～3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平7-11333号公报
专利文献2:日本特开平5-287445号公报
专利文献3:日本特开2010-255021号公报
发明内容
然而，将上述现有技术应用于瓶盖的情况下，均存在无法确保作为瓶盖的性能的问题。
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种解决上述现有技术的问题，且加工性优异的瓶盖用钢板及其制造方法以及瓶盖。
发明人等为了解决所述课题，进行了深入研究。以极低碳钢为基础，对化学成分、热轧条件、冷轧条件(一次、二次)、连续退火条件进行了研究，发现通过提高平均r值且将YP控制为适当的值，可降低瓶盖的形状不良率以及确保耐压强度。
本发明是基于以上见解而完成的，其主旨如下。
[1]一种瓶盖用钢板，以质量％计，含有：C：0.0005～0.0050％、Si：0.020％以下、Mn：0.10～0.60％、P：0.020％以下、S：0.020％以下、Al：0.01～0.10％、N：0.0050％以下、Nb：0.010～0.050％，且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，平均r值为1.30以上，YP为450MPa～650MPa。
[2]根据上述[1]所述的瓶盖用钢板，其中，铁素体延伸率为4.2以下。
[3]一种瓶盖用钢板的制造方法，对具有上述[1]所述的化学成分的钢坯实施坯料再加热温度为1150℃以上、精加工温度为870℃以上的热轧之后，以卷取温度600℃以上进行卷取，酸洗后，进行一次冷轧，以再结晶温度以上且为790℃以下的退火温度进行退火，然后，进行压下率10％～50％的二次冷轧。
[4]一种瓶盖，是将上述[1]或[2]所述的瓶盖用钢板成型而成的。
应予说明，本发明中，表示成分组成的比例的％全部为质量％。
根据本发明，可以得到平均r值为1.30以上，YP为450MPa～650MPa的加工性优异的瓶盖用钢板。通过使用本发明的瓶盖用钢板，可以提高啤酒瓶等中所使用的瓶盖的形状均匀性，且可以得到充分的耐压强度。
附图说明
图1是表示瓶盖的褶皱形状的图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。首先，对成分组成进行说明。
[C：0.0005～0.0050％]
C虽然是提高钢的强度的元素，但使加工性降低。若钢板中的固溶C的量多，则屈服伸长率变大，容易成为时效固化、加工时的拉伸应变的原因。因此，在利用连续退火法的本发明中，在炼钢阶段中需要尽可能低地抑制C的含量。另外，若残留固溶C量增加，则钢板发生硬质化，在瓶盖成型初期容易产生皱褶，形状不良率升高。另外，C是对再结晶集合组织造成影响的元素。C量越少，退火板的集合组织在＜111＞方向与板面法线方向平行的晶体取向群中的集聚升高，平均r值提高。通过平均r值提高，拉深性提高，瓶盖的形状不良得到改善。综上所述，C含量为0.0050％以下。为了进一步提高形状均匀性，优选为0.0035％以下，进一步优选为0.0023％以下。另一方面，过度的脱碳导致炼钢时的成本上升，因此，使0.0005％为下限。
[Si：0.020％以下]，
若大量添加Si，则导致钢板的表面处理性的劣化和耐腐蚀性的降低，因此，Si为0.020％以下。
[Mn：0.10～0.60％]，
Mn是出于防止热脆性的目的而添加的。还具有防止由钢中所含的S引起的热轧性降低的效果。为了得到这些效果，需要添加0.10％以上。另一方面，在JIS G 3303所规定的钢水分析值和美国材料试验协会标准(ASTM A623M-11)所规定的钢水分析值中，通常的食品容器中所使用的镀锡原板的Mn的上限规定为0.60％以下。综上所述，本发明的Mn的上限为0.60％以下。从加工性的观点考虑，Mn优选为0.45％以下。
[P：0.020％以下]
若大量添加P，则钢发生硬质化而使加工性降低，此外引起耐腐蚀性降低。因此，P的上限为0.020％。
[S：0.020％以下]
S在钢中与Fe结合而形成FeS，使钢的热轧性降低。为了防止该情况，S为0.020％以下。另一方面，若S过低，则发生点蚀的风险升高，因此，优选为0.008％以上。
[Al：0.01～0.10％]
Al是作为脱氧剂而添加的元素。另外，通过与N形成AlN，具有使钢中的固溶N减少的效果。但是，Al的含量小于0.01％时，得不到充分的脱氧效果和减少固溶N的效果。另一方面，若超过0.10％，则不仅上述效果饱和，而且氧化铝等夹杂物增加，故不优选。因此，使Al的含量为0.01～0.10％的范围。
[N：0.0050％以下]
若N增加，则由于形变时效固化导致钢发生硬质化而使加工性降低。另外，由于必须增加为了固定固溶N而添加的元素，因此导致成本上升。由此，使N的上限为0.0050％以下。另一方面，难以使N稳定地小于0.0010％，制造成本也上升，因此，优选为0.0010％以上。
[Nb：0.010～0.050％]
Nb是可以通过将钢板中的固溶C形成NbC来固定而减少固溶C、从而使平均r值提高的元素。通过平均r值升高，拉深性提高，对于抑制形状不良有效。若Nb量少，则提高平均r值的效果减弱，因此，使下限为0.010％。另一方面，若Nb添加量增加，则再结晶温度上升，因此，退火后，有可能产生未再结晶。这成为材质偏差的原因，因此，Nb为0.050％以下。
剩余部分为Fe和不可避免的杂质。
应予说明，可以在不损害本发明的效果的范围含有Cu、Ni、C、Mo。
根据ASTM A623M-11，Cu为0.2％以下，Ni为0.15％以下，Cr为0.10％以下，Mo为0.05％以下。其他元素为0.02％以下。
另外，可以在不损害本发明的效果的范围含有Sn。
[Sn：小于0.0050％]
若Sn大量存在，则平均r值降低，因此，优选小于0.0050％。
[钢板的组织]
本发明的瓶盖用钢板的组织为再结晶组织。若在退火后有未再结晶，则材质变得不均匀，机械特性产生偏差。但是，若未再结晶面积率为5％以下，则对材质偏差几乎不会有影响，因此，可以允许。另外，再结晶组织优选为铁素体相，铁素体相以外的相优选小于1.0％。而且，从抑制二次冷轧时的各向异性的观点考虑，铁素体延伸率优选为4.2以下。若钢板的铁素体颗粒的延伸率超过4.2，则有时难以得到在圆周方向形状均匀的褶皱。应予说明，对于铁素体延伸率而言，在后述的制造方法中，通过使二次冷轧的轧制率为50％以下，可以使延伸率为4.2以下。另外，铁素体延伸率可通过后述的实施例记载的方法测定。
接着，对用于得到本发明的加工性优异的瓶盖用钢板的制造方法的一个例子进行说明。
对具有上述组成的坯料实施坯料再加热温度为1150℃以上、精加工温度为870℃以上的热轧，然后，以卷取温度600℃以上进行卷取，酸洗后，进行一次冷轧，以再结晶温度以上且为790℃以下的退火温度进行退火，然后，进行压下率10％～50％的二次冷轧，由此，可以得到加工性优异的瓶盖用钢板。
[坯料再加热温度：1150℃以上]
若热轧前的坯料再加热温度过低，则难以确保最终精加工轧制温度，因此，坯料再加热温度为1150℃以上。另一方面，若加热温度过高，则产生制品表面的缺陷、燃料成本上升等问题，因此，优选为1300℃以下。
[热轧精加工温度：870℃以上]
若热轧精加工温度过低，则导致在钢板表层α粒粗大化，成为材质偏差的原因。因此，热轧精加工温度为870℃以上。另外，若热轧精加工温度过高，则热轧氧化皮变厚，酸洗性变差。因此，热轧精加工温度优选910℃以下。另外，本发明中，由于Nb所致的IF化使固溶元素减少，因此，在进行到精加工轧制之前，无需进行碳化物等的析出处理等。因此，可通过通常的精加工轧制进行轧制。
[热轧后的卷取温度：600℃以上]
若热轧后的卷取温度过低，则产生热轧形状不良。因此，热轧后的卷取温度为600℃以上。考虑到钢板的均匀性，卷取温度优选超过700℃。另一方面，若卷取温度过高，则热轧氧化皮变厚，酸洗性降低，因此，热轧后的卷取温度优选730℃以下。
酸洗条件只要能够除去表层氧化皮即可，条件没有特别规定。可以通过通常进行的方法进行酸洗。应予说明，作为氧化皮除去方法，虽然例示了酸洗，但只要能够除去氧化皮，则可以使用酸洗以外的方法。例如，可以为机械除去等。
[一次冷轧的压下率：86～89％(优选条件)]
若一次冷轧的压下率过高，则在轧制时，对轧辊施加过大的载荷，对设备造成大的负荷。另一方面，若过低，则必须相应地减薄热轧钢板来制造，因此，材质控制变得困难。因此，一次冷轧的压下率优选86～89％。
[退火温度：再结晶温度以上且为790℃以下]
从材质的均匀性和生产率的观点考虑，退火方法优选为连续退火法。连续退火的退火温度需要为再结晶温度以上。但是，若退火温度过高，则晶粒粗大化，钢板强度降低，有可能得不到本发明规定的范围的YP。另外，薄壁材料时，产生炉内断裂、挠曲的危险变大。因此，退火温度为790℃以下。从生产率的观点考虑，退火时的均热时间优选为10秒～90秒。
[二次冷轧的压下率：10％～50％]
退火后，为了谋求钢板的薄壁化和强度增加，进行二次冷轧。二次冷轧在本发明中是特别重要的制造条件。若压下率超过50％，则钢板过度硬质化，加工性降低。另外，引起平均r值的降低、Δr值的增加。因此，二次冷轧的压下率为50％以下。另一方面，为了确保耐压强度，以10％以上的压下率进行二次轧制。进而，为了确保耐压强度，压下率优选超过30％
如上得到的冷轧钢板在成型成瓶盖前，优选实施下述表面处理。实施了下述表面处理的钢板也是本发明的瓶盖用钢板。
[表面处理]
可以对上述二次冷轧后的钢板的钢板表面实施各种表面处理。例如可举出通过电镀等通常的镀覆方法形成镀锡、镀铬以及镀镍中的任1种以上的镀覆的方法。
应予说明，镀覆等的表面处理的膜厚与板厚相比，足够小，因此是能够忽略对瓶盖用钢板的机械特性的影响的水平。
接下来，对本发明的瓶盖用钢板的材质特性进行说明。
[平均r值：1.30以上]
瓶盖的形状不良的原因在于，随着瓶盖成型初期阶段的拉深成型而产生皱褶。因此，为了避免皱褶的产生，需要提高拉深性，即，谋求高平均r值。若平均r值低，则拉深性低，在瓶盖成型初期阶段产生皱褶而发生形状不良，因此，平均r值为1.30以上。为了提高成型初期的拉深性，平均r值优选1.40以上。另外，平均r值2.00是现实的上限。
[|Δr|≤0.5(优选条件)]
在将瓶盖成型的基础上为了在圆周方向均匀地将褶皱成型，优选|Δr|≤0.5。进一步优选为|Δr|≤0.4，更优选为|Δr|≤0.3。Δr(面内各向异性)的测定可以使用JIS Z2254附录JA中所规定的固有振动法。即，测定与轧制方向呈0°、45°以及90°方向的钢板的共振频率，算出杨氏模量的各向异性ΔE，由表示Δr和ΔE的相关性的实验式算出Δr值。
[YP：450MPa～650MPa]
容器的耐压强度与盖材的YP成正比例关系。若钢板的强度不足，则得不到充分的耐压强度，因此，使YP的下限为450MPa。另外，若YP过高，则瓶盖褶皱部分的圆周方向的压缩应力提高，在瓶盖成型初期超过临界屈曲应力，容易产生皱褶。为了防止这样的形状不良，使上限为650MPa。拉伸试验以JIS Z 2241为依据，使用JIS5号尺寸的拉伸试验片进行。拉伸方向为轧制方向(L方向)。
[板厚：0.13mm～0.18mm(优选条件)]
容器的耐压强度与盖材的板厚的平方成正比例。若板厚过薄，则耐压强度降低，无法发挥作为盖的作用。因此，板厚优选0.13mm以上，进一步优选0.16mm以上。另一方面，从基于瓶盖用钢板的薄壁化的节约资源化、减少环境负荷、降低材料成本的观点考虑，钢板的板厚优选比现状的瓶盖用钢板的板厚即0.22mm更薄。为了得到这样的效果，优选板厚为0.18mm以下。
综上所述，可以得到本发明的加工性优异的瓶盖用钢板。
进而，通过将本发明的瓶盖用钢板成型，可以得到形状均匀性优异、且具有充分的耐压强度的瓶盖。瓶盖是饮料用瓶等中所使用的盖材，在瓶盖侧面具备褶皱状的突起(一般而言，褶皱的个数为21个)，通过将褶皱状的槽铆接于瓶等的瓶口将内容物密封。为了提高密封性，在瓶盖的内面具备垫片。垫片的材料可以使用软木板材、PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)等。
实施例1
将含有表1所示的成分组成且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的钢熔炼，得到钢坯。在此，Sn量在所有水准中确认小于0.0050％。将得到的钢坯以表2所示的温度进行再加热后，以表2所示的精轧温度、卷取温度进行热轧。接着，酸洗后，以表2所示的压下率进行一次冷轧，将得到的薄钢板用连续退火炉以表2所示的退火温度(再结晶温度)进行退火，以表2所示的压下率进行二次冷轧，制造表2所示的最终精加工板厚的薄钢板。
[表1]
[表2]
对通过上述制造方法而得的钢板进行组织观察。
组织观察以“JIS G 0551”为依据，利用硝酸乙醇使铁素体粒显现，使用光学显微镜以400倍进行拍摄。利用光学显微镜以目视确认未再结晶的有无，将未再结晶的晶粒判断为未再结晶。另外，对使用光学显微镜拍摄的照片进行图像处理，通过区别未再结晶部和再结晶结束部来算出未再结晶粒的面积率，将未再结晶0％设为◎、未再结晶超过0％且为5％以下设为○、未再结晶超过5％设为×。铁素体粒的延伸率通过“JIS G 0202”所示的方法算出。
对通过上述制造方法得到的钢板实施镀铬(非镀锡)作为表面处理后，进行涂装(烘烤处理条件：以210℃进行20分钟的热处理)，压制加工成瓶盖的形状。在下述试验条件下对机械特性和成型性进行调查。
平均r值(平均塑性变形比)使用JIS Z 2254附录JA中所规定的固有振动法。即，求得相对于轧制方向呈0°、45°以及90°方向的钢板的共振频率、平均杨氏模量，算出平均r值。Δr(面内各向异性)使用JIS Z 2254附录JA中所规定的固有振动法。即，测定相对于轧制方向呈0°、45°以及90°方向的钢板的共振频率，算出杨氏模量的各向异性ΔE，由表示Δr和ΔE的相关性的实验式算出Δr值。
用于测定YP的拉伸试验以JIS Z 2241为依据，使用JIS5号尺寸的拉伸试验片进行。拉伸方向为轧制方向(L方向)。
另外，将瓶盖成型，对瓶盖的褶皱形状的均匀性进行评价。将在瓶盖成型时断裂的瓶盖设为不合格(表3中为“×”)，对于未断裂而能够成型的瓶盖，测定瓶盖的各褶皱的长度(图1中的L)，将L值的标准偏差σ为0.1以下的瓶盖设为合格(表3中为“○”)，将L值的标准偏差σ超过0.1的瓶盖也设为不合格(表3中为“×”)。
另外，耐压性(耐压强度)以JIS S 9017为依据，将瓶盖盖到瓶上后进行耐压试验，将115PSI以上的瓶盖设为合格(表3中为“○”)，将小于115PSI的瓶盖设为不合格(表3中为“×”)。
将结果示于表3。应予说明，形状均匀性差的瓶盖由于无法盖到瓶上，因此，未进行耐压试验。
[表3]
由表3可知，本发明例的平均r值为1.30以上，YP为450MPa～650MPa，不存在可能成为材质偏差的原因的未再结晶，形状均匀性和耐压性优异。
另一方面，比较例的形状均匀性、耐压性中的任一种以上差或者存在可能成为材质偏差的原因的面积率超过5％的未再结晶。
符号说明
1：瓶盖上表面
2：褶皱部分
L：褶皱的高度

Claims (4)

1.一种瓶盖用钢板，以质量％计，含有：C：0.0005～0.0050％、Si：0.020％以下、Mn：0.10～0.45％、P：0.020％以下、S：0.020％以下、Al：0.01～0.10％、N：0.0050％以下、Nb:0.010～0.050％，且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
平均r值为1.30以上，YP为450MPa～650MPa。
2.根据权利要求1所述的瓶盖用钢板，其中，铁素体延伸率为4.2以下。
3.一种瓶盖用钢板的制造方法，对具有权利要求1所述的化学成分的钢坯实施坯料再加热温度为1150℃以上、精加工温度为870℃以上的热轧之后，以卷取温度超过700℃进行卷取，酸洗后，进行一次冷轧，以再结晶温度以上且为790℃以下的退火温度进行退火，然后，进行压下率10％～50％的二次冷轧。
4.一种瓶盖，是将权利要求1或2所述的瓶盖用钢板成型而成的。
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