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JP6052412B2 - 缶用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、食缶や飲料缶に用いられる缶容器材料に適した缶用鋼板およびその製造方法に関するものである。特に、絞り加工性と外圧に対する缶胴部の座屈強度に優れた缶用鋼板およびその製造方法に関するものである。なお、本発明の缶用鋼板は2ピース缶への適用に有用である。
近年の環境負荷低減およびコスト削減の観点から食缶や飲料缶に用いられる鋼板の使用量削減が求められており、2ピース、3ピース缶に関わらず鋼板の薄肉化が進行している。これに伴い、製缶、搬送工程および市場におけるハンドリング時に作用する外力による缶体の変形と、内容物の加熱殺菌処理等における缶内部の圧力の増減による缶胴部の座屈変形が問題視されている。
従来、この缶胴部の耐座屈変形性を向上させるために鋼板の高強度化が行われてきた。しかし、鋼板の高強度化によって強度（ＹＰ）が上昇すると、成形性が低下し、製缶工程において問題となる。すなわち、鋼板の高強度化により通常、成形性は低下する。その結果、缶胴部成形後に行われるネック加工、次いでフランジ成形において、ネックしわ及びフランジ割れの発生率が増加するという問題や、また、材質の異方性に起因して2ピース缶では絞り加工の際に「耳」が大きくなるといった問題がある。このように、鋼板の高強度化は必ずしも鋼板の薄肉化に伴う耐座屈変形性の劣化を補う方法としては適切ではない。
一方、缶胴部の座屈現象は、缶胴部板厚が薄肉化されたことによる缶体の剛性の劣化によって生じている。従って、耐座屈変形性を向上させるためには、鋼板自体のヤング率を高めて剛性を向上させる方法が考えられる。特に2ピース缶では、成形後の缶胴の円周方向が鋼板の特定の方向にならないため、鋼板面内のヤング率を平均的に向上させる必要がある。
鉄のヤング率と結晶方位とは強い相関がある。圧延によって発達する＜110＞方向が圧延方向に平行な結晶方位群（αファイバー）は、特に圧延方向に対して90°となる方向のヤング率を高め、また、＜111＞方向が板面法線方向に平行な結晶方位群（γファイバー）は圧延方向に対して0°、45°、90°方向のヤング率を約220GPaまで高めることができる。一方、鋼板の結晶方位が特定の方位への配向を示さない場合、即ち集合組織がランダムである鋼板のヤング率は、約205GPaである。
例えば、特許文献１には、重量％でC :0.0020%以下、P :0.05%以下、S :0.008％以下、Al:0.005〜0.1%、N :0.004%以下、Cr、Ni、Cu、Mo、Mn、Siの１種あるいは２種以上の合計が0.1〜0.5%を含み残部がFe及び不可避的不純物からなる圧延鋼板で、結晶粒の短径に対する長径の比が平均で４以上である加工組織を呈し、最大弾性係数が230000MPa 以上を有することを特徴とする高剛性容器用鋼板が開示されている。さらに、上記化学成分を含有する鋼を冷延焼鈍後、50％以上の二次冷延を行い強い圧延集合組織を形成させ、圧延方向に対して90°方向のヤング率を高めることにより鋼板の剛性を上げる方法が開示されている。
特許文献2では、重量％でC :0.0020%以下、Mn:0.5%以下、P :0.02%以下、S :0.008%以下、Al:0.005%〜0.1%、N :0.004%以下、を含み残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を通常の熱延、酸洗後、60%以上冷延し、その後全く焼鈍をしないことを特徴とする容器用鋼板の製造方法が開示されている。
特許文献3では、重量比でC :0.003%以下、Si:0.1%以下、Mn:0.4%以下、S :0.015%以下、P :0.02%以下、Al:0.01%〜0.1%、N :0.005%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を、Ar3 変態点以下の温度で少なくとも全圧下率が50％以上の熱間圧延をし、酸洗後、50％以上の冷間圧延をしてから、400℃以上、再結晶温度以下で焼鈍することを特徴とする容器用鋼板の製造方法が開示されている。冷延率の増加に従う圧延の集合組織の形成により、面内における最大の弾性係数の値を大きくする方法が開示されている。なお、ここでいう再結晶温度とは、集合組織の再結晶の進行による変化がほとんどみられない、再結晶率が10％になる温度と定義されている。
特許文献4には、質量％で、C:0.003%以下、Si:0.02%以下、Mn:0.05〜0.60%、P:0.02%以下、S:0.02%以下、Al:0.01〜0.10%、N: 0.0010〜0.0050%、Nb:0.001〜0.05%、B:0.0005〜0.002%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、板厚中央部において、（{112}<110>方位の集積強度）／（{111}<112>方位の集積強度）≧1.0であり、圧延方向から90°方向の引張強度が550〜800MPa、圧延方向から90°方向のヤング率が230GPa以上であることを特徴とする高強度缶用鋼板が開示されている。
特開平６−２１２３５３号公報 特開平６−２４８３３２号公報 特開平６−２４８３３９号公報 特開２０１２−１０７３１５号公報
しかし、上記従来技術には下記に示す問題が挙げられる。例えば、特許文献1では、50%以上という大きな二次圧延によりネック成形性およびフランジ成形性が低下するという問題がある。加えて、圧延集合組織のみが発達して、異方性が大きくなるため、絞り加工性が低下するという問題がある。
特許文献2では、冷間圧延まま素材では強度が高すぎて延性も低いことから、深絞り成形性が劣位という問題がある。加えて、ネック成形性およびフランジ成形性が低下してしまうという問題がある。
特許文献3では、特許文献1と同様に圧延集合組織のみが発達し、異方性が大きくなるため、絞り加工性が低下するという問題がある。また、再結晶温度より低い温度で焼鈍しているため、延性が低くネック成形性およびフランジ成形性が低いという問題がある。
特許文献4では、回復焼鈍により、3ピース缶に要求される程度の成形性は得られるものの、2ピース缶のようにより厳しい成形性が要求される用途には適用できないという問題がある。
本発明は、かかる事情に鑑みなされたもので、上述した従来技術の問題を解決し、十分な硬さを維持しつつ、良好な絞り加工性および外圧に対する缶胴部の座屈強度に優れた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。
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を行った。その結果、化学成分、熱間圧延条件、冷間圧延条件および焼鈍条件を最適化することで、HR30T硬さが56以上で、絞り加工性に優れ、かつ、平均ヤング率が210GPa以上である外圧に対する缶胴部の座屈強度に優れた缶用鋼板の製造が実現可能であることを見出した。
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：0.0030%以上0.0100%以下、Si：0.05%以下、Mn：0.10%以上1.0%以下、P：0.030%以下、S：0.020%以下、Al：0.010%以上0.100%以下、N： 0.0050%以下、Nb：0.010%以上0.050%以下を含有し、CおよびNbの含有量が式（1）を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、HR30T硬さが56以上、かつ、平均ヤング率が210GPa以上であることを特徴とする缶用鋼板。
0.10≦（[Nb]/92.9）/（[C]/12）＜0.60 ・・・式(1)
[Nb]、[C]はそれぞれNb、Cの含有量（質量%）
（2）質量%で、C：0.0030%以上0.0100%以下、Si：0.05%以下、Mn：0.10%以上1.0%以下、P：0.030%以下、S：0.020%以下，Al：0.010%以上0.100%以下、N：0.0050%以下、Nb：0.010%以上0.050%以下を含有し、CおよびNbの含有量が式（1）を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、HR30T硬さが56以上、かつ、平均ヤング率が210GPa以上であり、板厚1/4面にて測定した集合組織が、BungeのEuler角表示で、φ1＝30°、Φ＝55°、φ2＝45°の方位の集積強度が6.0以上、かつ、φ1＝0°、Φ＝0〜35°、φ2＝45°の方位の平均集積強度が3.0以上10.0以下であることを特徴とする缶用鋼板。
0.10≦（[Nb]/92.9）/（[C]/12）＜0.60 ・・・式(1)
[Nb]、[C]はそれぞれNb、Cの含有量（質量%）
（3）フェライト平均結晶粒径が7μm未満であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の缶用鋼板。
（4）さらに、質量％で、成分組成としてTi:0.020%以下、Mo：0.020%以下の内から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の缶用鋼板。
（5）上記（1）または（2）に記載の化学成分を有する鋼スラブを、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことを特徴とする缶用鋼板の製造方法。
（6）上記（1）または（2）に記載の化学成分を有する鋼スラブを、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上93%以下の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことを特徴とする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。
本発明によれば、HR30T硬さが56以上であり、圧延方向、圧延45°方向および圧延直角方向の平均ヤング率が210GPa以上である缶用鋼板が得られる。
さらに、本発明の缶用鋼板を用いれば、外圧に対する缶胴部の座屈強度が、製缶および飲料メーカーが設けている基準値（約1.5kgf／cm2）より高い缶体を容易に製造することが出来る。したがって、本発明によれば、食缶や飲料缶等に使用される缶体の剛性が向上し、鋼板の更なる薄肉化が可能になり、省資源化および低コスト化を達成することができ、産業上格段の効果を奏する。
また、本発明の缶用鋼板は十分な硬さを維持しつつ、良好な絞り加工性を有しており、さらに缶胴部成形後に行われるネック加工、次いで行われるフランジ成形のいずれにおいても成形性に優れる。
本発明の缶用鋼板は、2ピース缶の成形に必要な良好な絞り加工性を具備するとともに，鋼板面内方向のヤング率が平均的に高く、缶胴部の座屈強度を向上させることが出来るため、特に2ピース缶向けとして好適である。これは、2ピース缶のように、絞り加工が含まれる容器では、鋼板の特定の方向が、製缶後の缶胴方向にならないため、缶胴部の座屈強度を向上させるためには、鋼板面内方向のヤング率を平均的に向上させることが必要となるためである。
そして、本発明による鋼板の適用範囲は、各種金属缶のみならず、乾電池内装缶、各種家電・電気部品、自動車用部品等の幅広い範囲への適用も期待できる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の缶用鋼板は、成分組成が質量％で、C：0.0030%以上0.0100%以下、Si：0.05%以下、Mn：0.10%以上1.0%以下、P：0.030%以下、S：0.020%以下、Al：0.010%以上0.100%以下、N： 0.0050%以下、Nb：0.010%以上0.050%以下を含有し、CおよびNbの含有量が式（1）を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、HR30T硬さが56以上、圧延方向、圧延45°方向および圧延直角方向から計算される平均ヤング率が210GPa以上である。そして、本発明の缶用鋼板は、上記成分組成を有する鋼スラブに、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことで製造可能である。
まず、本発明の缶用鋼板の成分組成について説明する。
C：0.0030％以上0.0100％以下
Cは本発明において特に重要な元素である。NbCによる結晶粒微細化および固溶Cにより硬さが上昇し、さらにαファイバーの一部である（001）[1-10]〜(112)[1-10]方位（BungeのEuler角表示でφ1＝0°、Φ＝0〜35°、φ2＝45°）の集合組織が発達し、ヤング率が向上する。これらの効果を得るためにはCを0.0030%以上とする必要がある。特に結晶粒微細化による硬さ上昇効果の観点からは、0.0040%以上とすることが好ましい。一方、Cを0.0100%超えで含有すると、（001）[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が過剰に発達するとともに、(111)[1-21]方位（BungeのEuler角表示でφ1＝30°、Φ＝55°、φ2＝45°）の集合組織が発達しなくなり平均ヤング率が低下する。さらに、異方性が大きくなることから絞り加工時に耳が大きくなり、絞り加工性が低下する。これらの理由により、Cの上限を0.0100%とする。特に(111)[1-21]方位の集合組織の発達による平均ヤング率の向上の観点からは、Cは0.0080%以下とすることが好ましい。
Nb：0.010%以上0.050%以下
Nbは、本発明において、Cと共に最も重要な役割を有する元素である。すなわち、Nbは、熱延板の組織を微細にすることに加え、NbCを生成してピン止め効果により焼鈍板の結晶粒を微細化し、硬さの上昇に寄与する効果がある。加えて、NbC自体の析出強化により、硬さの上昇に寄与する。同時に熱延板の結晶粒微細化により、(111)[1-21]方位および（001）[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織の発達に寄与し、平均ヤング率が向上する。これらの効果を得るため、Nbは0.010%以上とする必要がある。さらに、Nbは0.015%以上とすることが好ましい。一方、Nbは、0.050%を超えると、NbCの生成が多くなり、固溶Cが減少して(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が発達せず、平均ヤング率が低下する。加えて、NbCが粗大化しやすくなり、ピン止め効果が小さくなることで焼鈍板の結晶粒が粗大になり硬さが低下する。このため、Nbの上限は0.050%とする。好ましくは0.040%以下であり、さらに好ましくは0.030%以下である。
0.10≦（[Nb]/92.9）/（[C]/12）＜0.60
[Nb]、[C]はそれぞれNb、Cの含有量（質量%）
本発明において、CおよびNbは、それぞれの含有量を所定の範囲内とすることに加え、バランスを調節することで、缶用鋼板として好適な硬さ、平均ヤング率、絞り加工性を向上させることが出来る。（[Nb]/92.9）/（[C]/12）が0.10より低い場合、固溶Cが過剰になり、(111)[1-21]方位の集合組織の発達が阻害されて平均ヤング率が低下する。加えて、（001）[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が過剰に発達して、絞り加工時の耳が大きくなって絞り加工性が低下する。（[Nb]/92.9）/（[C]/12）が0.60以上では、NbCが粗大化し易くなり、ピン止め効果が小さくなることで、焼鈍板での結晶粒が粗大化して硬さが低下する。加えて、固溶Cが著しく低下するため、（001）[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が発達しなくなり、異方性のバランスが変化し、絞り加工での耳が大きくなり絞り加工性が低下する。このため、CおよびNbは、0.10≦（[Nb]/92.9）/（[C]/12）＜0.60とする必要がある。好ましくは、0.10≦（[Nb]/92.9）/（[C]/12）＜0.40である。
Si：0.05％以下
Siは、多量に添加すると鋼板表面への濃化により表面処理性を劣化させ、さらに耐食性を低下させる。そのため、Siは、0.05%以下とする必要がある。好ましくは0.02%以下である。
Mn：0.10％以上1.0％以下
Mnは、固溶強化により鋼板の硬さを向上させる効果や、MnSを形成することで、鋼中に含まれるSに起因する熱間延性の低下を防止する効果がある。これの効果を得るためには、Mnは、0.10%以上添加が必要である。さらに、MnはAr3変態点を低下させることにより、熱延板の結晶粒が微細化する。これにより、焼鈍板の集合組織発達に寄与し、平均ヤング率を向上させる効果がある。この観点からは、Mnは、0.25%以上とすることが好ましい。一方、Mnが1.0％を超えると、焼鈍時に集合組織が発達しにくくなり、特に（111）[1-21]方位が低下して、平均ヤング率が低下するため、Mnの上限を1.0%とする。好ましくは0.60%以下である。
P：0.030％以下
Pは、多量に添加すると鋼板の過剰な硬質化や中央偏析により成形性を低下させ、さらに耐食性を低下させる。このため、Pの上限は0.030%とする。好ましくは0.020%以下である。
S：0.020％以下
Sは、鋼中で硫化物を形成して、熱間延性を低下させる。よって、Sの上限は0.020%以下とする。好ましくは0.015%以下である。
Al：0.010％以上0.100％以下
Alは、脱酸剤として添加される元素である。また、Nと結合してAlNを形成することにより、鋼中の固溶Nを減少させ、絞り加工性や耐時効性を向上させる効果を有する。これらの効果を得るためには、Alは、0.010%以上の添加が必要である。Nb窒化物が生成すると有効なNb量が低下するため、優先的にAlNを生成させることが好ましく、この観点から、Alは、0.050%以上とすることが好ましい。過剰に添加しても、上記効果が飽和するだけでなく、製造コストが上昇する。また、アルミナなどの介在物が増加して絞り加工性が低下するなどの問題が生ずる。このため、Alの上限は0.100%である。
N：0.0050％以下
Nは、AlやNb等と結合し窒化物や炭窒化物を形成し熱間延性を害するため、少ないほど好ましい。また、多量に添加されると集合組織の発達が阻害され平均ヤング率が低下する。そのため、上限を0.0050%とする必要がある。一方、Nを安定して0.0010%未満とするのは難しく、製造コストも上昇する。よって、Nは好ましくは0.0010%以上である。
残部はFeおよび不可避的不純物である。
上記の成分組成に加えて、本発明では、以下の元素を添加することができる。
Ti:0.020％以下、Mo：0.020％以下の内から選ばれる一種以上
TiおよびMoは、炭化物を形成する元素であり、ピン止め効果により焼鈍板の結晶粒径を微細化し硬さの向上に寄与する効果がある。TiまたはMo炭化物自体の析出強化により、硬さの上昇に寄与するだけでは無く、粗大化しにくいNbとの複合炭化物を形成し、焼鈍板の結晶粒の微細化や硬さの上昇の効果を高めることが出来る。添加する場合は、これらの向上効果を確実に得るためには、Ti:0.005％以上、Mo：0.005％以上が好ましい。一方、過剰に添加すると、固溶Cが減少して(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が発達せず、平均ヤング率が低下する。このため、Ti、Moを添加する場合は、Ti: 0.020％以下、Mo：0.020％以下とする。(111)[1-21]方位の集合組織を発達させ、かつ、炭化物の粗大化を抑制する観点から、以下の式を満足することが好ましい。
0.10≦（[Nb]/92.9+[Ti]/47.9+[Mo]/95.4）/（[C]/12）≦2.0
[Nb]、[Ti]、[Mo]、[C]はそれぞれNb、Ti、Mo、Cの含有量（質量%）
次に、本発明の材質特性について説明する。
HR30T硬さ：56以上
缶の落下、缶の積み重ねおよび自動販売機内の搬送等により、荷重を受けた際の塑性変形を防止するためには、鋼板を硬質化させることが必要である。このため、ロックウェルスーパーフィシャル硬さ（スケール30T、HR30T）で56以上とする必要がある。好ましくは58以上である。硬さが大きくなり過ぎると成形性が低下するため、63以下とすることが好ましい。測定方法の詳細は実施例に後述する。上述の化学成分を含有する鋼を熱間圧延するに際し、工程において、所定の範囲の仕上げ温度、巻取り温度とすることで熱延板の組織を微細化する。所定の圧下率にて冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍することにより、焼鈍板の結晶粒を微細化しつつ、NbCの粗大化を抑制する。以上により、HR30T硬さで56以上とすることが出来る。
平均ヤング率：210GPa以上
平均ヤング率は、本発明において特に重要な要件である。2ピース缶のように、絞り加工が含まれる容器では、鋼板の特定の方向が、製缶後の缶胴周方向にならないため、鋼板面内方向のヤング率を平均的に向上させることで、缶胴部の座屈強度を向上させることが出来る。本発明においては、平均ヤング率は、圧延方向のヤング率（E[L]）、圧延方向から45°方向のヤング率（E[D]）、圧延直角方向のヤング率（E[C]）から(E[L]+2E[D]+E[C])/4として算出される。
平均ヤング率を210GPa以上とすることで、缶胴部の座屈強度向上効果が得られる。好ましくは215GPa以上である。測定方法の詳細は実施例に後述する。平均ヤング率をこのような範囲とする方法としては、集合組織を以下に述べる状態に発達させることが好ましい。すなわち、鋼成分を所定の範囲内とし、特にCとNbのバランスを制御し、熱延工程にて、仕上げ温度および巻取温度を制御することにより、冷延および焼鈍工程での集合組織の発達を促進し、85%以上の冷間圧延と再結晶焼鈍することにより、望ましい集合組織が得られる。
板厚1/4面での集合組織が、BungeのEuler角表示で、φ1＝30°、Φ＝55°、φ2＝45°の方位の集積強度：6.0以上、かつ、φ1＝0°、Φ＝0〜35°、φ2＝45°の方位の平均集積強度：3.0以上10.0以下
本発明においては、集合組織を制御することで、平均ヤング率を向上させて缶胴部の座屈強度向上効果が得られることに加え、さらに、絞り加工時の耳の発生を抑え、絞り加工性を向上させることができる。（111）[1-21]方位（BungeのEuler角表示で、φ1＝30°、Φ＝55°、φ2＝45°の方位）は、平均ヤング率の向上に効果的な結晶方位であり、6.0以上とすることが好ましい。8.0以上とすることがさらに好ましい。（001）[1-10]〜(112)[1-10]方位（BungeのEuler角表示で、φ1＝0°、Φ＝0〜35°、φ2＝45°の方位）は、特に圧延直角方向のヤング率を向上させることにより、平均ヤング率の向上に効果があることに加え、（111）[1-21]方位と同時に集合組織を発達させることにより絞り加工時の耳の発生を抑制し絞り加工性を向上することが出来る。このため、(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の平均集積強度を3.0以上とすることが好ましい。6.0以上とすることがさらに好ましい。一方、(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が過剰に発達すると、異方性のバランスが変化して逆に耳の発生が大きくなるため、10.0以下とすることが好ましい。集合組織は、一般に板厚位置により変化するが、本願発明においては、板厚1/4面での測定値と、ヤング率や絞り加工性と良好な相関が得られたため、測定位置を板厚1/4面とした。
フェライト平均結晶粒径：7μm未満（好適条件）
焼鈍板のフェライト平均結晶粒径を7μm未満とすることで、所定の硬さが得られやすくなり、搬送等での荷重を受けた際の塑性変形を防止する効果がより一層得られる。さらに、鋼板表面に有機皮膜を被覆したラミネート鋼板とする場合は、フェライト平均結晶粒径を微細にすることにより、製缶加工時の肌荒れが抑制されて有機皮膜の密着性が向上し、良好な耐食性得られる。よって、フェライト平均結晶粒径は好ましくは7μm未満、より好ましくは、6.5μm未満である。
次に、本発明の、HR30T硬さが56以上で良好な絞り加工性および外圧に対する缶胴部の座屈強度に優れた缶用鋼板を得るための製造方法の一例について説明する。
本発明の缶用鋼板は、上記成分組成を有する鋼スラブに、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことで製造される。
熱間圧延前加熱温度：1100℃以上
熱間圧延前の加熱温度が低すぎると、粗大なNbCが残留し、結晶粒の微細化効果や析出強化による硬さ上昇効果が得られにくい。よって、熱間圧延前の加熱温度は1100℃以上とする。加熱温度が高すぎるとスケールが過剰に発生して製品表面の欠陥になりやすい。よって、1300℃以下とすることが好ましい。
熱延仕上げ圧延温度800〜950℃
熱延仕上げ圧延温度が950℃よりも高くなると、熱延板の結晶粒が粗大になり、集合組織の発達を阻害すると共に、焼鈍板の結晶粒が粗大になり硬さが低下する。熱延仕上げ圧延温度が800℃未満となると、変態点以下の圧延となり、粗大粒の生成や加工組織の残存により、集合組織が発達しにくくなる。よって、熱延仕上げ圧延温度は、800〜950℃とする。好ましくは850〜950℃とする。
熱延後の巻取温度500〜700℃
熱延後の巻取温度が700℃を超えると、NbCが粗大化してピン止め効果が小さくなる。加えて、熱延板の結晶粒が粗大になることで焼鈍板の結晶粒が粗大になってしまい硬さが低下する。さらに、熱延板の結晶粒が粗大になることで集合組織の発達は阻害され、平均ヤング率が低下する。以上の理由により、熱延後の巻取温度は700℃以下とする。好ましくは650℃以下とする。巻取温度が低すぎる場合には、NbCの析出が十分に起こらず、ピン止め効果が低下することや析出強化が低下するため、焼鈍板の硬さが低下してしまう。また、固溶Cが過剰となってしまうため、（111）[1-21]方位の集合組織の発達が阻害されて平均ヤング率が低下し、(001)[1-10]〜(112)[1-10]方位の集合組織が過剰に発達して異方性のバランスが劣化するため、絞り加工での絞り加工性を低下させる。このため、熱延後の巻取温度は500℃以上とする。好ましくは530℃以上とする。
酸洗条件は、表層スケールが除去できればよく特に条件は規定しない。常法により、酸洗することができる。
冷間圧延圧下率：85%以上
冷間圧延の圧下率は、集合組織の発達による平均ヤング率向上とHR30T硬さ56以上を達成するために、85%以上とする。圧下率85%未満では、集合組織が十分に発達せず、平均ヤング率が低下する。加えて、結晶粒が粗大化して所定の硬さが得られない。集合組織の発達の観点から好ましくは88％以上である。冷間圧延の圧下率が高すぎると、異方性が大きくなりすぎ、絞り加工性が低下するため、93％以下とすることが好ましい。より好ましくは90%未満である。
焼鈍温度：再結晶温度以上
集合組織の制御および絞り加工性の向上の観点から、焼鈍温度は再結晶温度以上とする。粒成長による集合組織の発達の観点からは710℃以上にて10s以上の均熱をおこなうことが好ましい。さらに好ましくは740℃以上である。温度が高すぎると、結晶粒が粗大となり、また、NbCも粗大化して、硬さが低下するため、焼鈍温度は800℃以下とすることが好ましい。焼鈍方法は限定するものではないが、材質の均一性の観点から連続焼鈍法が好ましい。本願でいう再結晶温度は、再結晶が十分に進行する温度を意味し、具体的には面積率で再結晶率が99%以上となる温度である。
調質圧延圧下率
焼鈍後の鋼板は、形状矯正ならびに表面粗さおよび硬さの調整の観点から、調質圧延を施すことが好ましい。ストレッチャーストレイン発生の抑制の観点から、0.5%以上の圧下率で圧延するのが好ましい。一方、圧下率が5.0%以上を超える圧下率で圧延すると、鋼板が硬質化することにより絞り加工性が低下するとともに異方性が大きくなり、絞り加工での耳が大きくなる。そのため、調質圧延圧下率は5.0%以下とすることが好ましい。さらに好ましくは0.7%〜3.5%である。
鋼板の表面処理としてSnめっき、Niめっき、Crめっき等を施しても良く、さらに化成処理やラミネート等の有機皮膜を施しても良い。
本発明の鋼板の板厚は限定されるものでは無いが、薄肉化の観点からは0.25mm以下とすることが好ましい。また、板厚が薄くなり過ぎると、缶胴部の座屈強度が低下しやすくなるため、板厚は0.16mm以上とすることが好ましい。
以上により、本発明の、HR30T硬さが56以上で良好な絞り加工性および外圧に対する缶胴部の座屈強度に優れた缶用鋼板が得られる。
表1に示す鋼記号Ａ〜Ｖの成分を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼を溶製し、鋼スラブを得た。得られた鋼スラブを表2に示す条件にて、加熱後、熱間圧延し、酸洗にてスケールを除去した後、冷間圧延した。次いで、連続焼鈍炉にて、各焼鈍温度にて20sの均熱をして冷却後、調質圧延を施して、板厚0.220mmの鋼板（鋼板記号1〜32）を得た。以上より得られた鋼板に対して、以下の方法で特性評価を行った。
Figure 0006052412
Figure 0006052412
フェライト平均結晶粒径は、圧延方向断面のフェライト組織を3%ナイタール溶液でエッチングして粒界を現出させ、光学顕微鏡を用いて撮影した400倍の写真を用いて、JIS G 0551の鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法に準拠して、切断法により平均結晶粒径を測定し、フェライト平均結晶粒径とした。
フェライト平均結晶粒径を測定した光学顕微鏡写真を用いて、画像処理により、再結晶した領域の面積率を求め、再結晶率とした。再結晶率が99%以上の場合に再結晶しているものと判定し、○とし、99%未満のものを未再結晶と判定し、×とした。
平均ヤング率の評価は、圧延方向に対して0°、45°および90°方向を長手方向として、10×35mmの試験片を切り出し、横振動型の共振周波数測定装置を用いて、American Society for Testing Materialsの基準（C1259）に従い、各方向のヤング率（GPa）を測定し、(E[L]+2E[D]+E[C])/4により平均ヤング率を算出した。
JIS Z 2245のロックウェル硬さ試験方法に準拠して、JIS G 3315に規定された位置におけるロックウェルスーパーフィシャル30T硬さ（HR30T）を測定した。
板厚1/4面での集合組織において、BungeのEuler角表示で、φ1＝30°、Φ＝55°、φ2＝45°の方位の集積強度、および、φ1＝0°、Φ＝0〜35°、φ2＝45°の方位の平均集積強度は、X線回折により極点図を測定し、結晶方位分布関数（ODF：Orientation Distribution Function）を計算して評価した。板厚1/4部まで、機械研削、および、加工歪みの影響を除去するためシュウ酸による化学研磨にて減厚し、Schulzの反射法により（110）、(200)、（211）、（222）極点図を作成した。これらの極点図から級数展開法によりODFを算出し、BungeのEuler角表示で、φ1＝30°、Φ＝55°、φ2＝45°の方位を評価し、φ1＝0°、Φ＝0〜35°、φ2＝45°の方位のODFの値の算術平均を平均集積強度として評価した。
さらに絞り加工性と缶胴の座屈強度を評価するため、上記鋼板に対して、表面処理としてクロムめっき（ティンフリー）処理を施した後、有機皮膜を被覆したラミネート鋼板を作製した。
絞り加工性を評価するため、180mm径の円形に打抜いた後、絞り比1.6の円筒深絞り加工をおこない、耳高さ（缶全周の缶胴部高さ）を測定し、耳高さの最大値と最小値との差を全周の高さの平均値で割ってイヤリング率を算出し、3％以下であれば良好（○）、3%を超えたものは劣（×）とした。
絞り加工性が良好な鋼板について、缶胴の座屈強度を評価するため、上記のラミネート鋼板を円形に打抜いた後、深絞り加工、しごき加工等を施して、飲料缶で適用されている2ピース缶と同様の缶体を成形し、測定に供した。測定方法は以下のとおりである。缶体を加圧チャンバーの内部に設置し、加圧チャンバー内部の加圧は、空気導入バルブを介してチャンバーに0.016MPa/ｓで加圧空気を導入することで行った。チャンバーの内部の圧力の確認は、圧力ゲージ、圧力センサ、その検出信号を増幅するアンプ、検出信号の表示、データ処理などを行う信号処理装置を介して行った。座屈圧力は座屈に伴う圧力変化点の圧力とした。一般的に、加熱殺菌処理による圧力変化に対して、外圧強度は0.15MPa以上が必要とされている。これより、外圧強度が0.15MPaより高いものを○、外圧強度が0.15MPa以下のものを×としてそれぞれ表示した。なお、絞り加工性が不良な鋼板については、缶胴の座屈強度評価を行っていないので、−と表示した。
Figure 0006052412
結果を表3に示す。本発明例は、いずれもHR30Tが56以上で、平均ヤング率が210GPa以上であり、成形性と缶体としての座屈強度に優れる。さらに、フェライト平均結晶粒径が7μm未満で、被覆した有機皮膜の密着性が良好で耐食性に優れる。一方、比較例では、上記特性のいずれか一つ以上が劣っている。

Claims (5)

  1. 質量%で、C：0.0030%以上0.0100%以下、Si：0.05%以下、Mn：0.25%以上1.0%以下、P：0.030%以下、S：0.020%以下、Al：0.010%以上0.100%以下、N： 0.0050%以下、Nb：0.010%以上0.050%以下を含有し、CおよびNbの含有量が式（1）を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、HR30T硬さが58以上、かつ、平均ヤング率が210GPa以上であり、板厚1/4面にて測定した集合組織が、BungeのEuler角表示で、φ 1 ＝30°、Φ＝55°、φ 2 ＝45°の方位の集積強度が6.0以上、かつ、φ 1 ＝0°、Φ＝0〜35°、φ 2 ＝45°の方位の平均集積強度が3.0以上10.0以下であることを特徴とする缶用鋼板。
    0.10≦（[Nb]/92.9）/（[C]/12）＜0.60 ・・・式(1)
    [Nb]、[C]はそれぞれNb、Cの含有量（質量%）
  2. フェライト平均結晶粒径が7μm未満であることを特徴とする請求項１に記載の缶用鋼板。
  3. さらに、質量％で、成分組成としてTi:0.020％以下、Mo：0.020％以下の内から選ばれる一種以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の缶用鋼板。
  4. 請求項1〜３のいずれかに記載の缶用鋼板の製造方法であって、鋼スラブを、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことを特徴とする缶用鋼板の製造方法。
  5. 請求項1〜３のいずれかに記載の缶用鋼板の製造方法であって、鋼スラブを、加熱温度1100℃以上にて加熱し、熱延仕上げ温度800〜950℃として圧延した後、巻取り温度500〜700℃にて巻取り、酸洗して、85%以上93%以下の圧下率で冷間圧延し、再結晶温度以上で焼鈍を行うことを特徴とする缶用鋼板の製造方法。
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