高强度罐用钢板及其制造方法

专利名称：高强度罐用钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有高强度且在连铸时不产生钢坯裂纹的罐用钢板及其制造方法。
背景技术：
近年来，由于对钢罐的需求扩大，采取了降低制罐成本的策略。作为制罐成本的降 低策略，可以列举原材料的低成本化，进行拉深加工的2片罐自不必说，即使是单纯的圆筒 成形为主体的3片罐，也正在推行所使用的钢板的薄壁化。但是，若简单地使现有的钢板薄壁化则罐体强度降低，因此期待用于上述用途的 高强度且薄壁的惯用钢板。作为高强度罐用钢板的制造方法，专利文献1中提出了通过对含有C 0. 07 0. 20%,Mn 0. 50 1. 50%,S 0. 025% 以下、Al 0. 002 0. 100%,N 0. 012% 以下的钢进 行轧制、连续退火及表面光轧，制造耐力为56kgf/mm2以上的钢板的方法。此外，专利文献2中提出了对含有C 0. 13%以下、Mn 0. 70%以下、S 0. 050%以 下、N :0. 015%以下的钢进行轧制、连续退火的方法，作为实施例示出了涂装烧结后的屈服 应力为约65kgf/mm2的钢板。专利文献3中提出了通过对含有C :0. 03 0. 10%,Mn 0. 15 0. 50%,S 0. 02% 以下、Al 0. 065%,N 0. 004 0. 010%的钢进行轧制、连续退火及表面光轧，制造屈服应力 为500士50N/mm2的钢板的方法。专利文献4中提出了通过对含有C :0. 1 %以下、N 0. 001 0. 015%的钢进行轧 制、连续退火、过时效处理及表面光轧，制造调质度达T6(HR30T硬度约70)的钢板的方法。专利文献1 日本特开平5-195073号公报专利文献2 日本特开昭59-50125号公报专利文献3 日本特开昭62-30848号公报专利文献2 日本特开2000-26921号公报目前，3片罐的罐体使用屈服强度为约420MPa的钢板。对于该钢板，要求百分之几 的薄壁化，对于该要求，为了维持罐体强度，需要450MPa以上的屈服强度。此外，在对含有较多C、N的钢进行熔炼来制造钢坯时，在连铸工序中，在钢坯横截 面的长边及短边的角部(以下记作钢坯角部)可能会产生裂纹。在垂直弯曲型、弯曲型的 连铸机中，钢坯在高温状态下受到弯曲变形及拉直变形(仅垂直弯曲型)。由于含有较多 C、N的钢缺乏高温延展性，因此在上述变形时产生裂纹。当钢坯角部产生裂纹时，需要表面 磨削等操作，因此产生成品率降低、成本增加的缺点。对于如上的现状，基于前述的现有技术的高强度钢板均含有较多的固溶强化元素 C及N，在连铸工序中在钢坯角部产生裂纹的可能性高。本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供具有450MPa以上的屈服强度、并且 在连铸工序中钢坯角部不产生裂纹的罐用钢板及其制造方法。

发明内容
本发明人为了解决上述课题，进行了深入研究。结果得到以下见解。对与产生了钢坯角部裂纹的钢相同组成的钢进行高温拉伸试验，使用扫描电子显 微镜观察脆性裂纹的断面后可知，裂纹沿着Fe的晶界产生，且在晶界上有析出物的存在。 分析该析出物后可知，其为MnS及A1N。认为这些化合物缺乏变形能力，具有使晶界变脆的 作用。C、N的含量多时，由于晶粒内固溶强化而难以拉伸，应力集中在脆的晶界，因此容易 裂开。这里，为了制造本发明目标的高强度钢板，必须含有相当量的固溶强化元素C、N。 由此，为了解决钢坯角部裂纹，不能采取减少C、N的量而提高Fe晶粒内的延展性的方案。 因此，着眼于S、A1的量。这样，减少S、A1的量的结果是，晶界上的MnS、AlN的析出得到了 抑制，能够防止钢坯角部裂纹的产生。S卩，着眼于固溶强化、结晶粒微细化强化的复合组合，实现使用C、N等固溶强化元 素的固溶强化，进而实现由P、Mn引起的固溶强化及结晶粒微细化强化。由此，能够得到 450 470MPa的屈服强度。而且，通过将S和/或Al的含量抑制在较低水平，即使含有较 多的C、N也能够防止在连铸中钢坯角部的裂纹的产生。而且，由于上述钢在高于800°C且低于900°C的范围内延展性降低，因此通过使连 铸中钢坯受到弯曲变形或拉直变形的区域(以下记作矫正带)中的钢坯角部温度在该温度 范围之外，能够更加确实地防止钢坯角部裂纹的发生。如上所述，本发明中通过基于上述见解来控制成分，完成了高强度罐用钢板。本发明基于以上见解而完成，其要点如下。[1] 一种高强度罐用钢板，其特征在于，具有以质量％计含有C 0. 03 0. 10%、 Si :0. 01 0. 5 P 0. 001 0. 100 S 0. 001 0. 020 Al 0. 01 0. 10
N :0. 005 0. 012 %、且余量由Fe及不可避免的杂质构成的组成，在Mnf = Mn [质 量％ ]-1.71 XS[质量％ ]时，Mnf为0.3 0.6，并且为不含珠光体组织的组织。[2]如[1]所述的高强度罐用钢板，其中，以质量％计，还含有S :0. 001 0.005% 和 / 或 Al 0. 01 0. 04%。[3]如[1]或[2]所述的高强度罐用钢板，其中，210°C、20分钟的涂装烧结处理后 的屈服强度为450 470MPa。[4] 一种高强度罐用钢板的制造方法，其特征在于，制造[1] [3]中任一项所述 的高强度罐用钢板时，在通过垂直弯曲型或弯曲型的连铸制造钢坯的工序中，使对钢坯施 加弯曲或拉直变形的区域中的钢坯角部表面温度为800°C以下或900°C以上，在冷轧后的 退火工序中，使退火温度低于A1相变点。另外，在本说明书中，表示钢的成分的％均表示质量％。此外，在本发明中，“高强 度罐用钢板”是指屈服强度为450MPa以上的罐用钢板。
具体实施例方式以下，对本发明进行详细说明。本发明的罐用钢板是屈服强度为450MPa以上的高强度罐用钢板。由于由C、N 引起的固溶强化、由P、Mn引起的固溶强化、微细化强化，可以实现优于现有的屈服强度为
4420MPa的罐用钢板的高强度化。对本发明的罐用钢板的成分组成进行说明。C :0· 03 0.10%本发明的罐用钢板，必须在连续退火、表面光轧、涂装烧结后达到预定以上的强度 (屈服强度450MPa以上)。在制造满足这些特性的钢板时，作为固溶强化元素的C的添加 量很重要，将C含量的下限设为0. 03%。另一方面，当C的添加量超过0. 10%时，即使将 S、A1量控制在后述的范围内也不能抑制钢坯角部的裂纹，因此将上限设为0. 10%。优选为 0. 04%以上且0. 07%以下。Si :0· 01 0.5%虽然Si是通过固溶强化使钢高强度化的元素，但若大量添加会明显损害耐腐蚀 性。因此，设为0.01%以上且0.5%以下。P :0· 001 0. 100%虽然P是固溶强化能力大的元素，但若大量添加则会明显损害耐腐蚀性，因而将 上限设为0.100%。另一方面，要使P小于0.001%，脱磷成本会变得过高。因此，将P量的 下限设为0.001%。S :0· 001 0. 020%S是来自高炉原料的杂质，与钢中的Mn结合生成MnS。高温下在晶界析出MnS时， 成为脆化的原因。另一方面，为了确保强度，必须添加Mn。必须通过降低S量来抑制MnS析 出，防止钢坯角部的裂纹产生。因此，将S量的上限设为0.020%。优选为0.005%以下。此 外，要使S小于0. 001 %，脱硫成本会变得过高。因此，将S量的下限设为0. 001 %。Al :0· 01 0. 10%Al作为脱氧剂起作用，是用于提高钢的洁净度的必需元素。但是，Al与钢中的N 结合形成A1N。其与MnS同样，在晶界偏析而成为高温脆性的原因。在本发明中，为了确保 强度而含有大量N，因此为了防止脆化，必须将Al的含量抑制在较低水平。因此，将Al量的 上限设为0. 10%。优选为0.04%以下。另一方面，在Al量小于0.01%的钢中，存在脱氧不 充分的可能性。因此，将Al量的下限设为0.01%。N :0· 005 0. 012%N是有助于固溶强化的元素。为了发挥固溶强化的效果，优选添加0.05%以上。另 一方面，若大量添加，则热延展性变差，即使将S量控制在上述范围内也不能避免钢坯角部 裂纹的产生。因此，将N含量的上限设为0.012%。Mn =Mnf = Mn [质量％ ]_1· 71 XS [质量％ ]时 Mnf 0. 3 0. 6Mn通过固溶强化增加钢的强度，也减小结晶粒径。但是，由于Mn与S结合形 成MnS，因此将有助于固溶强化的Mn量认为是从添加Mn量中减去能够形成MnS的Mn量 的量。考虑到Mn与S的原子量比，可以将有助于固溶强化的Mn量表示成Mnf = Mn[质 量％ ]-1.71父5[质量％]。为了显著地产生减小结晶粒径的效果，Mnf为0.3以上，为了确 保目标强度，需要至少0.3的Mnf。因此，将Mnf的下限设为0.3。另一方面，Mnf过量时耐 腐蚀性变差。因此，将上限设为0.6。余量为Fe及不可避免的杂质。下面对组织的限定原因进行说明。
使本发明的钢不含珠光体组织。珠光体组织是指铁素体相与渗碳体相层状析出的 组织，存在粗大的珠光体组织时，由于应力集中，会产生孔洞、裂纹，在小于A1相变点的温度 范围内的延展性降低。3片饮料罐有时实施使罐体两端部缩径的缩径加工。而且，为了卷紧 盖及底，除缩径加工以外还实施凸缘加工。当常温下的延展性不足时，进行这些严苛加工时 钢板会产生裂纹。因此，为了避免常温延展性的降低，设为不含珠光体组织的组织。对本发明的罐用钢板的制造方法进行说明。研究本发明的具有上述成分组成的钢的高温延展性后发现，在高于800°C且低于 900°C下延展性降低。为了更加确实地防止钢坯角部裂纹的产生，对连铸的操作条件进行调 整，优选使矫正带处的钢坯角部表面温度在上述温度范围之外。即，进行连铸以使矫正带的 钢坯角部表面温度为800°C以下或900°C以上，从而制造钢坯。然后，进行热轧。热轧可以根据常法进行。对热轧后的板厚没有特殊限定，但为了 减轻冷轧的负担，优选为2mm以下。终轧温度、卷取温度均没有特殊限制，但为了形成均勻 的组织而优选终轧温度为850 930°C，为了防止铁素体粒径过度粗大化而优选卷取温度 为 550 650"C。接着，在进行酸洗后进行冷轧。冷轧优选以80%以上的轧制率进行。这是为了破 碎热轧后生成的珠光体组织，若冷轧率小于80%则会残留珠光体组织。因此，将冷轧的轧制 率设为80%以上。没有规定轧制率的上限，但过大的轧制率使轧机的负荷过大，导致轧制不 良的发生，因此优选为95%以下。冷轧后实施退火。将此时的退火温度设为小于A1相变点。使退火温度在A1相变 点以上时，在退火中生成奥氏体相，在退火后的冷却过程中相变成珠光体组织。因此，将退 火温度设为小于A1相变点。作为退火方法，可以使用连续退火、分批退火等公知的方法。退 火工序后，根据常法进行表面光轧、镀敷等。实施例使用实机转炉熔炼含有表1所示成分组成且余量由Fe及不可避免的杂质构成的 钢，通过垂直弯曲型的连铸法，以1. SOmpm的铸造速度得到钢坯。此时，对于连铸中钢坯受 到弯曲变形的区域(上部矫正带)及受到拉直变形的区域(下部矫正带)，通过使其接触热 电偶来测定钢坯角部的表面温度。对角部产生了裂纹的钢坯实施表面磨削(修整)，使裂纹 对之后的工序没有影响。然后，将所得钢坯在1250°C的温度下再加热后，在880 900°C的终轧温度范围内 进行热轧，以20 40°C /s的冷却速度进行冷却，直至卷取，并且在580 620°C的卷取温 度范围内进行卷取。然后，在酸洗后，以90%以上的轧制率进行冷轧，制造厚0. 17 0. 2mm 的罐用钢板。以加热速度15°C/秒加热所得罐用钢板，在表1所示的退火温度下进行20秒的连 续退火。然后，在冷却之后，以3%以下的轧制率实施表面光轧，连续实施通常的镀铬，得到 无锡钢(tin free steel)。对如上得到的镀敷钢板(无锡钢)进行相当于210°C、20分钟的涂装烧结的热处 理，然后进行拉伸试验。具体而言，将钢板加工成JIS5号试验片而作为拉伸试验片，使用英 斯特朗型试验机(Instron tester)在IOmm/分钟下进行，测定屈服强度。此外，为了评价常温延展性，还进行了缺口拉伸试验。将钢板加工成平行部的宽度为12. 5mm、平行部的长度为60mm、标距为25mm的拉伸试验片，赋予平行部中央两侧深度为 2mm的V型缺口，用于拉伸试验。将断裂拉伸率为5%以上记为合格〇、将小于5%记为不 合格X。进而，在上述热处理后，对钢板断面进行研磨，用硝酸乙醇溶液蚀刻结晶晶界后， 通过光学显微镜进行组织观察。将所得结果与条件一并示出于表1。
由表 1
化所需的450MP;
权利要求
一种高强度罐用钢板，其特征在于，具有以质量％计含有C0.03～0.10％、Si0.01～0.5％、P0.001～0.100％、S0.001～0.020％、Al0.0l～0.10％、N0.005～0.012％、且余量由Fe及不可避免的杂质构成的组成，在Mnf＝Mn[质量％] 1.71×S[质量％]时，Mnf为0.3～0.6，并且为不含珠光体组织的组织。
2.如权利要求1所述的高强度罐用钢板，其中，以质量％计，还含有S:0.001 0. 005%和 / 或 Al 0. 01 0. 04%。
3.如权利要求1所述的高强度罐用钢板，其中，210°C、20分钟的涂装烧结处理后的屈 服强度为450 470MPa。
4.如权利要求2所述的高强度罐用钢板，其中，210°C、20分钟的涂装烧结处理后的屈 服强度为450 470MPa。
5.一种高强度罐用钢板的制造方法，其特征在于，制造权利要求1 4中任一项所述的 高强度罐用钢板时，在通过垂直弯曲型或弯曲型的连铸制造钢坯的工序中，使对钢坯施加 弯曲或拉直变形的区域中的钢坯角部表面温度为800°C以下或900°C以上，在冷轧后的退 火工序中，使退火温度低于A1相变点。
全文摘要
本发明提供一种具有450MPa以上的屈服强度且防止在连铸工序中钢坯角部产生裂纹的罐用钢板及其制造方法。所述钢板含有C0.03～0.10％、Si0.01～0.5％、P0.001～0.100％、S0.001～0.020％、Al0.01～0.10％、N0.005～0.012％、且余量由Fe及不可避免的杂质构成，在Mnf＝Mn[质量％]-1.71×S[质量％]时，Mnf为0.3～0.6，并且是不含珠光体组织的组织。优选S0.001～0.005％和/或Al0.01～0.04％。通过利用C、N等固溶强化元素的固溶强化、利用P、Mn的固溶强化及结晶粒微细化强化，得到450～470MPa的屈服强度。此外，通过将S和/或Al的含量抑制在较低水平，能够防止钢坯角部的裂纹产生。
文档编号C21D9/46GK101978084SQ200980109649
公开日2011年2月16日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年3月19日
发明者小岛克己, 岩佐浩树, 田中匠, 荒谷诚 申请人:杰富意钢铁株式会社