本發(fā)明涉及適于食品、飲料罐所使用的罐容器材料的罐用鋼板及其制造方法。特別涉及適合作為二片罐用鋼板的罐身部對外壓的壓曲強度優(yōu)異的罐用鋼板其及制造方法。

背景技術(shù)：

從近年來降低環(huán)境負荷和削減成本的觀點考慮，要求降低用于食品、飲料罐的鋼板的使用量，無論是二片罐、三片罐，均在進行鋼板的薄壁化。伴隨著鋼板的薄壁化，罐體的強度和剛性降低。因此會引起下述問題：即，在制罐、搬運工序及市場上的操作時作用的外力所導(dǎo)致的罐體變形、在內(nèi)容物的加熱滅菌處理等中因罐內(nèi)部壓力的增減所導(dǎo)致的罐身部的壓曲變形。

目前，為了提高該耐壓曲變形性，進行了鋼板的高強度化。但是，在因鋼板的高強度化而硬度增加時，成型性降低，在罐身部成型后進行的縮頸加工和接下來進行的凸緣成型中，存在縮頸褶皺和凸緣斷裂的發(fā)生率增加這樣的成型性的問題。因此，鋼板的高強度化未必適合作為解決伴隨鋼板薄壁化的壓曲變形問題的方法。

罐身部的壓曲變形是由于罐身部板厚薄壁化所導(dǎo)致的罐體剛性變差而產(chǎn)生的。因此，為了提高耐壓曲變形性(也稱為鑲板強度(paneling strength))，可以考慮提高鋼板本身的楊氏模量來提高剛性的方法。特別是對于經(jīng)過深沖加工而成型的二片罐而言，成型后的罐身的圓周方向并不是鋼板的特定方向，因此，通過平均地提高鋼板面內(nèi)的楊氏模量，能夠提高耐壓曲變形性。

另外，鐵的楊氏模量與鋼板的結(jié)晶位向有很強的相關(guān)性，特別是通過軋制而擴展的<110>方向與軋制方向平行的結(jié)晶位向群(α纖維)能夠提高軋制直角方向的楊氏模量。另外，<111>方向與板面法線方向平行的結(jié)晶位向群(γ纖維)能夠?qū)⑾鄬τ谲堉品较驗?°、45°、90°方向的楊氏模量提高至約為220GPa。另一方面，在鋼板的結(jié)晶位向未顯示出向特定位向的取向的情況下，即集合組織為無規(guī)的鋼板的楊氏模量約為205GPa。

作為通過使鋼板的楊氏模量(彈性模量)提高來實現(xiàn)罐體剛性提高的技術(shù)，例如在專利文獻1中公開了一種高剛性容器用鋼板，其是以重量％計，含有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、及Cr、Ni、Cu、Mo、Mn、Si中的一種或兩種以上且總計為0.1～0.5％，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的軋制鋼板，且呈現(xiàn)晶粒的長徑相對于短徑之比平均為4以上的加工組織，最大彈性模量為230000MPa以上。根據(jù)專利文獻1，公開了以下內(nèi)容：將含有上述化學(xué)成分的鋼進行冷軋退火，然后以50％以上的壓下率進行二次冷軋，形成強軋制集合組織，提高相對于軋制方向為90°方向的楊氏模量，由此提高鋼板的剛性。

另外，專利文獻2中公開了一種高強度罐用鋼板，其特征在于，以質(zhì)量％計，含有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％，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，且在板厚中央部，({112}<110>位向的累積強度)/({111}<112>位向的累積強度)≥1.0，與軋制方向成90°方向的拉伸強度為550～800MPa，與軋制方向成90°方向的楊氏模量為230GPa以上。

專利文獻3中公開了一種罐用鋼板，其罐身部對外壓的壓曲強度高且成型性及成型后的表面性狀優(yōu)異，所述罐用鋼板的特征在于，以質(zhì)量％計，含有C：0.0005％以上且0.0035％以下、Si：0.05％以下、Mn：0.1％以上且0.6％以下、P：0.02％以下、S：低于0.02％、Al：0.01％以上且低于0.10％、N：0.0030％以下、B：0.0010％以上且B/N≤3.0(B/N＝(B(質(zhì)量％))/10.81)/(N(質(zhì)量％)/14.01))，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，且具有鋼板的1/4板厚處的板面的(111)[1-10]～(111)[-1-12]位向的平均累積強度f為7.0以上的組織，且E_AVE≥215GPa、E₀≥210GPa、E₄₅≥210GPa、E₉₀≥210GPa、-0.4≤△r≤0.4，軋制方向截面的鐵素體平均結(jié)晶粒徑為6.0～10.0μm。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平6-212353號公報

專利文獻2：日本特開2012-107315號公報

專利文獻3：日本特開2012-233255號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的課題

但是，上述現(xiàn)有技術(shù)中可以舉出下述所示的問題。對于專利文獻1中公開的技術(shù)而言，存在由于進行50％以上的高壓下率的二次軋制，因而縮頸成型性和凸緣成型性降低的問題。而且，由于只有軋制集合組織良好生長，各向異性增大，因此存在平均楊氏模量降低的問題。對于專利文獻2中公開的技術(shù)而言，雖然通過進行恢復(fù)退火能夠獲得焊接罐所要求的程度的成型性，但存在無法適用于如用于二片罐的成型時的深沖加工、減薄拉深加工這樣要求更嚴格的成型性的用途的問題。對于專利文獻3中公開的技術(shù)而言，雖然能夠獲得優(yōu)異的耐壓曲強度，但存在未必能夠獲得可以對抗制罐工序、運送工序及在市場上操作時作用的外力所導(dǎo)致的罐體變形的足夠的鋼板硬度的問題。

即，不存在具備提高可以對抗罐體變形的足夠的硬度和罐體剛性為目的的高楊氏模量的鋼板及其制造方法。

本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種具有足夠的硬度，且罐身部對外壓的壓曲強度優(yōu)異的罐用鋼板及其制造方法。

用于解決課題的方案

本發(fā)明人等為了解決上述課題而進行了深入研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將化學(xué)成分、熱軋條件、冷軋條件、退火條件及二次冷軋條件最優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)HR30T硬度為56以上，平均楊氏模量為215GPa以上，具有可對抗罐體變形的足夠的硬度，且罐體部對外壓的壓曲強度優(yōu)異的罐用鋼板的制造，并基于該見解完成了本發(fā)明。本發(fā)明的主旨如下。

[1]一種罐用鋼板，其中，作為成分組成，以質(zhì)量％計含有C：0.0005％以上且0.0030％以下、Si：0.05％以下、Mn：0.50％以上且1.00％以下、P：0.030％以下、S：0.020％以下、Al：0.01％以上且0.04％以下、N：0.0010％以上且0.0050％以下、B：0.0005％以上且0.0050％以下，余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，

所述罐用鋼板的硬度(HR30T)為56以上，且平均楊氏模量為215GPa以上。

[2]如[1]所述的罐用鋼板，其中，作為成分組成，以質(zhì)量％計還含有Ti：0.005％以上且0.020％以下，

所述罐用鋼板的硬度(HR30T)為56以上，且平均楊氏模量為215GPa以上。

[3]一種罐用鋼板的制造方法，該方法包括：將熱軋時的精軋溫度設(shè)為800～950℃，對具有[1]或[2]所述的成分組成的鋼坯進行熱軋，然后以卷取溫度500～700℃進行卷取，以85％以上的壓下率進行冷軋，以退火溫度680℃～780℃進行退火，并以5～15％的壓下率進行二次冷軋。

發(fā)明的效果

使用本發(fā)明的罐用鋼板能夠容易地制造出兼具有足夠的強度和足夠的剛性的罐體，所述罐體是制罐工序、搬運工序所要求的硬度和罐身部對外壓的壓曲強度高于制罐及飲料工廠所設(shè)定的基準值(約1.5kgf/cm²)的罐體。由此，可以進一步實現(xiàn)鋼板的薄壁化，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)省資源和低成本化，在工業(yè)上具有顯著的效果。另外，本發(fā)明的鋼板的適用范圍并不局限于各種金屬罐，也可以期待應(yīng)用于干電池內(nèi)裝罐、各種家電/電氣部件、汽車用部件等廣泛的范圍。

具體實施方式

以下，對本發(fā)明的詳細情況進行說明。首先，對成分組成的限定原因進行說明。需要說明的是，只要沒有特別說明，表示各成分元素的含量的“％”指“質(zhì)量％”的意思。

C：0.0005％以上且0.0030％以下

C(碳)含量越低，在冷軋和退火工序中集合組織就越發(fā)達，特別是對于提高平均楊氏模量重要的γ纖維發(fā)達。因此，需要將上限設(shè)為0.0030％。另一方面，C是提高鋼板的硬度、有助于退火板的晶粒微細化的元素，為了獲得該效果，需要將C設(shè)在0.0005％以上。需要說明的是，從確保硬度的觀點考慮，優(yōu)選C含量設(shè)為0.0010％以上。

Si：0.05％以下

大量添加Si(硅)時，會由于表面富集而導(dǎo)致表面處理性變差，耐腐蝕性降低。因此，需要將Si設(shè)為0.05％以下，優(yōu)選將Si設(shè)為0.02％以下。

Mn：0.50％以上且1.00％以下

Mn(錳)在本發(fā)明中是重要的元素，具有通過固溶強化來提高鋼板硬度的效果、通過熱軋板的晶粒微細化使集合組織良好生長而提高平均楊氏模量的效果。另外，通過形成MnS，具有防止因鋼中含有的S所導(dǎo)致的熱軋性降低的效果。為了獲得該效果，需要將Mn設(shè)為0.50％以上。進而，在本發(fā)明中，Mn具有通過促進深沖加工、減薄拉深加工等制罐加工時的加工硬化而提高罐體的凹陷強度的效果。因此，優(yōu)選Mn超過0.60％。更優(yōu)選Mn為0.65％以上。另一方面，如果Mn超過1.00％，則在進行退火時難以使集合組織良好生長，特別是(111)[1-21]位向降低，平均楊氏模量降低。因此，將Mn的上限設(shè)為1.00％。

P：0.030％以下

如果大量添加P(磷)，會由于過度的硬質(zhì)化、中央偏析而導(dǎo)致使成型性降低，并且耐腐蝕性變差。因此，將P的上限設(shè)為0.030％，優(yōu)選將P設(shè)為0.020％以下。

S：0.020％以下

S(硫)在鋼中形成硫化物而使熱軋性降低。因此，將S的上限設(shè)為0.020％，優(yōu)選將S設(shè)為0.015％以下。

Al：0.01％以上且0.04％以下

Al(鋁)是作為脫氧劑而添加的元素。另外，通過與N形成AlN而使鋼中的固溶N減少，具有提高成型性、耐時效性的效果。為了獲得該效果，需要將Al設(shè)為0.01％以上。但是，如果過量地添加，不僅上述效果飽和，而且氧化鋁等夾雜物也會增加，成型性降低。因此，需要將Al的上限設(shè)為0.04％。需要說明的是，如果不生成AlN而生成BN，則對細粒化有效地發(fā)揮作用的B降低，硬度降低。因此，從使其優(yōu)先生成AlN的觀點考慮，優(yōu)選設(shè)為[Al]/[B]＞0.6，更優(yōu)選設(shè)為[Al]/[B]≥6.0。

N：0.0010％以上且0.0050％以下

N(氮)與Al、B等結(jié)合而形成氮化物、碳氮化物，從而使硬度提高。另一方面，由于N使熱軋性降低，因此含量越少越好。而且，如果大量添加N，則會阻礙集合組織的良好生長，平均楊氏模量降低。因此，將上限設(shè)為0.0050％，更優(yōu)選將N設(shè)為0.0035％以下。如上所述，N越低越好。但是，N低于0.0010％時，不僅對集合組織的效果飽和，而且也無法獲得氮化物帶來的硬度增加效果。因此，將下限設(shè)為0.0010％。

B：0.0005％以上且0.0050％以下

B(硼)通過降低Ar3相變點而使熱軋板的晶粒微細化，具有促進集合組織良好生長的效果、抑制退火工序中的晶粒生長的效果。另外，具有通過使退火板的晶粒微細化而使硬度提高的效果。為了獲得這些效果，需要將下限設(shè)為0.0005％，優(yōu)選將下限設(shè)為0.0010％。另一方面，在超過0.0050％的情況下，容易作為BN、Fe-B化合物而析出，無法獲得上述的效果。因此，需要將上限設(shè)為0.0050％，優(yōu)選B為0.0035％以下。

除了上述成分組成以外，還優(yōu)選含有以下的元素。

Ti：0.005％以上且0.020％以下

Ti(鈦)通過優(yōu)先與N形成氮化物而抑制BN生成，具有確保對于細?；行У匕l(fā)揮作用的B的效果。另外，利用TiN、TiC的釘扎效果(pinning effect)使熱軋板的晶粒微細化，從而具有促進集合組織良好生長、提高平均楊氏模量的效果。因此，優(yōu)選含有Ti 0.005％以上。通過含有Ti而使熱軋板的晶粒微細化的效果在Mn含量超過0.6％的情況下變得更明顯，因此特別優(yōu)選在Mn超過0.6％的情況下含有Ti。從N的固定的觀點考慮，更優(yōu)選將Ti設(shè)為0.008％以上。另一方面，在過量地含有Ti的情況下，粗大地生成氮化物、碳化物而失去釘扎效果，無法獲得細粒化效果。因此，優(yōu)選將上限設(shè)為0.020％。

余量為鐵及不可避免的雜質(zhì)。

接著，對本發(fā)明的材質(zhì)特性進行說明。

硬度(HR30T)：56以上

為了防止因制罐工序、搬運工序中的操作等中承受負載時的塑性變形，需要使鋼板硬質(zhì)化。因此，需要將洛氏表面硬度(Rockwell superficial hardness)(HR30T)設(shè)為56以上，優(yōu)選為58以上。硬度的上限沒有特別限定，但過度提高硬度會使成型性降低，制罐后的罐體形狀變得不均勻，從而降低罐體的凹陷強度、鑲板強度降低、在凸緣加工時發(fā)生斷痕，因此優(yōu)選將硬度設(shè)為70以下，更優(yōu)選為66以下。需要說明的是，在本發(fā)明中，硬度(HR30T)根據(jù)下面敘述的實施例中記載的方法求出。為了實現(xiàn)本發(fā)明的硬度，可以設(shè)為本發(fā)明的成分組成，通過將熱軋時的精軋溫度、卷取溫度設(shè)為給定溫度而將熱軋板的鐵素體粒徑微細化，將退火溫度設(shè)為給定溫度并進行再結(jié)晶，抑制退火板中鐵素體粒徑的粗大化，進行給定的壓下率的二次冷軋。

平均楊氏模量：215GPa以上

如二片罐，對于實施深沖加工的容器而言，制罐后的罐身方向不限于鋼板的特定的方向。因此，通過平均地提高鋼板面內(nèi)方向的楊氏模量，可以提高罐身部的壓曲強度。在本發(fā)明中，通過使根據(jù)軋制方向的楊氏模量(E[L])、與軋制方向成45°方向的楊氏模量(E[D])、軋制直角方向的楊氏模量(E[C])作為(E[L]+2E[D]+E[C])/4而計算出的平均楊氏模量為215GPa以上，能夠獲得該罐身部的壓曲強度提高效果。更優(yōu)選為225GPa以上。另外，特別是上限沒有特別限定，但從兼顧硬度的觀點考慮，設(shè)為230GPa以下。需要說明的是，在本發(fā)明中，平均楊氏模量通過下面敘述的實施例中記載的方法求出。為了實現(xiàn)本發(fā)明的平均楊氏模量，可以設(shè)為本發(fā)明的成分組成，通過將熱軋時的精軋溫度、卷取溫度設(shè)為給定溫度而使熱軋板的鐵素體粒徑微細化，促進冷軋工序中的集合組織的良好生長，將退火溫度設(shè)為給定溫度，使再結(jié)晶后的以γ纖維為主的集合組織良好生長。另外，從在二次冷軋之后仍保持集合組織，且獲得較高的平均楊氏模量的觀點考慮，將二次冷軋的壓下率設(shè)為15％以下。

接下來，對本發(fā)明的罐用鋼板的制造方法的一個例子進行說明。

本發(fā)明的罐用鋼板優(yōu)選通過下述方法制造：將熱軋時的精軋溫度設(shè)為800～950℃，對具有上述成分組成的鋼坯進行熱軋，然后在卷取溫度500～700℃下進行卷取，以85％以上的壓下率進行冷軋，在退火溫度680～780℃下進行退火，再以5～15％的壓下率進行二次冷軋。

熱軋時的精軋溫度：800～950℃

熱軋時的精軋溫度高于950℃時，熱軋板的粒徑變得粗大，阻礙集合組織的良好生長。與此相隨，熱軋板的粒徑變得粗大，因此退火板的粒徑也變得粗大，硬度降低。因此，將熱軋時的精軋溫度設(shè)為950℃以下。另一方面，熱軋時的精軋溫度低于800℃時，成為Ar3相變點以下的軋制，因粗大晶粒的生成、軋制組織的殘留而使集合組織變得不發(fā)達。因此，將熱軋時的精軋溫度設(shè)為800℃以上。熱軋時的精軋溫度優(yōu)選為850℃以上。需要說明的是，不需要對熱軋之前的鋼坯加熱溫度進行特別限定。但是，在含有Ti的情況下，從使存在于鋼坯中的粗大的TiC、TiN再熔融的觀點考慮，優(yōu)選將鋼坯加熱溫度設(shè)為1100℃以上。

卷取溫度：500～700℃

卷取溫度超過700℃時，由于熱軋板的粒徑變得粗大，因此退火板的粒徑變得粗大，硬度降低。而且，由于熱軋板的粒徑變得粗大，因此集合組織的良好生長受到阻礙，平均楊氏模量降低。因此，卷取溫度設(shè)為700℃以下。卷取溫度優(yōu)選為650℃以下，更優(yōu)為600℃以下。在卷取溫度過低的情況下，C、N的析出不夠充分，固溶C、N大量殘留，冷軋工序和退火工序中的集合組織的良好生長受到阻礙。因此，卷取溫度設(shè)為500℃以上。

優(yōu)選在進行上述卷取之后且冷軋之前除去表層氧化皮。例如，可以通過酸洗或物理性除去來除去表層氧化皮。酸洗或物理性除去可以分別單獨進行，也可以組合進行。酸洗條件只要能去除表層氧化皮即可，對條件沒有特別限定?？梢酝ㄟ^常用方法進行酸洗。

冷軋的壓下率：85％以上

為了使集合組織良好生長所帶來的平均楊氏模量提高和細?；鶐淼挠捕葹榻o定的值，將冷軋的壓下率設(shè)為85％以上。壓下率低于85％時，集合組織不夠發(fā)達，不僅平均楊氏模量降低，而且晶粒將粗大化，無法獲得給定的硬度。需要說明的是，從集合組織的良好生長的觀點考慮，壓下率優(yōu)選為88％以上。

退火溫度：680℃～780℃

從再結(jié)晶和晶粒生長所帶來的集合組織良好生長的觀點出發(fā)，退火溫度設(shè)為680℃以上。退火溫度過高時，晶粒變得粗大，而且NbC也粗大化，硬度降低。因此，退火溫度設(shè)為780℃以下。優(yōu)選為750℃以下。需要說明的是，從使集合組織良好生長來提高楊氏模量的觀點考慮，優(yōu)選以均熱時間設(shè)為10秒鐘以上的條件進行退火。另外，退火方法沒有特別限定。但從材質(zhì)均勻性的觀點考慮，優(yōu)選連續(xù)退火法。

二次冷軋的壓下率：5～15％

在二次冷軋中進行加工硬化，由此使鋼板的硬度增加。其結(jié)果是可以防止因制罐工序、搬運工序中的操作等而承受負載時的塑性變形。因此，將壓下率設(shè)為5％以上。優(yōu)選為超過5.0％，更優(yōu)選為6.0％以上。過大的壓下率的二次冷軋因明顯的加工性降低、各向異性變差而導(dǎo)致平均楊氏模量降低。因此，壓下率設(shè)為15％以下。優(yōu)選壓下率為12％以下。

如上所述，可以得到具有足夠硬度、且罐身部對外壓的壓曲強度優(yōu)異的罐用鋼板。

實施例1

熔煉具有表1所示的鋼符號A～S的成分組成的鋼，得到了鋼坯。將得到的鋼坯按照表2所示的條件進行加熱，然后進行熱軋，通過酸洗除去氧化皮，然后進行冷軋，在連續(xù)退火爐中進行均熱時間15秒鐘的退火。接著，實施二次冷軋，得到了板厚0.220mm的鋼板(鋼板符號1～28)。

用以下的方法對以上得到的鋼板進行了特性評價。

平均楊氏模量的評價

將相對于軋制方向為0°、45°、90°方向作為長度方向，切出10×35mm的試驗片，使用橫振動型的共振頻率測定裝置，根據(jù)美國材料與試驗協(xié)會(American Society for Testing Materials)的基準(C1259)測定各方向的楊氏模量(GPa)，通過(E[L]+2E[D]+E[C])/4計算出平均楊氏模量。

硬度(HR30T)

根據(jù)JIS Z 2245的洛氏硬度試驗方法測定了JIS G 3315規(guī)定的位置的洛氏表面30T硬度(HR30T)。

制罐后的罐體的壓曲強度

對得到的鋼板實施了鍍鉻(無錫)處理作為表面處理，然后制作了包覆有有機被膜的層壓鋼板。將該層壓鋼板沖裁成圓形，然后實施深沖加工、減薄拉深加工等，成型為與飲料罐所適用的二片罐相同的罐體，供于測定。測定方法如下所述。將罐體設(shè)置在加壓室的內(nèi)部進行加壓。對于加壓室內(nèi)部的加壓而言，經(jīng)由空氣導(dǎo)入閥以每1秒鐘0.016MPa向加壓室導(dǎo)入加壓空氣，在罐發(fā)生壓曲的時刻停止加壓。加壓室內(nèi)部的壓力的確認經(jīng)由壓力表、壓力檢測器、將其檢測信號放大的放大器、進行檢測信號的顯示、數(shù)據(jù)處理等的信號處理裝置來進行。屈曲壓力為伴隨屈曲的壓力變化點的壓力。通常，對于加熱滅菌處理所產(chǎn)生的壓力變化，外壓強度需要為超過0.15MPa。由此，將外壓強度高于0.16MPa的罐評價為◎，將外壓強度高于0.15MPa且為0.16MPa以下的罐評價為○，將外壓強度為0.15MPa以下的罐評價為×(不合格)。

凹陷試驗(Denting test)

制作與壓曲強度測定相同的罐體，用以下方法測定了凹陷強度。對于罐身部中央，使頂端半徑為5mm且長度為40mm的壓頭的長度方向與罐高方向平行，在該狀態(tài)下，將壓頭相對于罐身部垂直地壓入，測定壓入量和壓入負載，發(fā)生屈曲的負載，即，壓入負載相對于壓入量的斜率降低，讀取剛剛變成恒定之前的負載，將其作為凹陷強度。凹陷強度為75N以上時，是非常良好的，因此評價為◎，70N以上且低于75N時，是良好的，因此評價為○，如果低于70N，則凹陷強度不足，因此評價為×(不合格)。

將結(jié)果示于表3。

表3

*下劃線為本發(fā)明范圍外

本發(fā)明例的HR30T均為56以上，且平均楊氏模量均為215GPa以上，凹陷強度為70N以上，罐體的壓曲強度優(yōu)異。另一方面，對于比較例而言，上述特性中的任一項以上較差。