三片罐及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种特别高强度的三片罐及其制造方法。本发明的三片罐具有由屈服强度为440MPa以上、总伸长率为12％以上的钢板进行成形并使得罐体的真圆度为0.34mm以下的罐身部，所述钢板按质量％计含有C：0.020％以上且0.100％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.10％以上且0.80％以下、P：0.001％以上且0.100％以下、S：0.001％以上且0.020％以下、Al：0.005％以上且0.100％以下、N：0.0130％以上且0.0200％以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
【专利说明】三片罐及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高强度的三片罐及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 基于降低罐成本（轻质化）、应对环境保护的要求，减薄罐用钢板的板厚不断发 展。另外，作为制罐原材料的钢板需要有符合板厚的强度，为了确保板厚变薄后的罐强度， 必须有约440MPa以上的屈服强度。随着这样的板厚降低，担心会导致罐强度的降低，作为 其对策，目前为止进行了若干研究开发。包括为了提高钢板的强度而添加0.08质量％以上 的C来确保钢板强度；以及在冷轧退火后进行第二次冷轧，通过加工硬化使钢板强度提高 (DR钢板（double reduced steel sheet))等。然而，这些方案都存在问题。C量提高到 0. 08质量％以上时，由于在连续铸造的凝固时成为亚包晶区域的成分区域，因此会产生起 因于包晶反应的钢坯断裂。另外，在DR钢板的情况下，钢板的强度提高。但是，同时会因加 工硬化而引起伸长率降低，成为卷边加工时产生断裂的原因。此外，作为饮料罐、食品罐的 盖，EOE (易开罐，Easy Open End)广泛被使用。制造 EOE (罐盖）时，需要通过凸肚成形及 深冲加工对用于安装拉环的铆钉进行成形，该加工所要求的材料的延展性相当于在拉伸试 验中大约12%的总伸长率。
[0003] 另外，对于在罐身上安装罐盖和罐底的由3个构件构成的三片饮料罐的罐身材料 而言，在成形为筒状后，为了对罐盖和罐底进行卷边接缝，在两端实施凸缘加工，因此同样 要求罐身端部也有大约12%的总伸长率。
[0004] 以往使用的DR钢板可以通过加工硬化使强度提高。但同时由于加工硬化使总伸 长率降低，从而存在加工性差的问题。
[0005] 此外，钢板经过表面处理工序作为罐用钢板出货后，进一步经过涂装、切缝工序、 辊轧成形的加工后，用焊机进行焊接。然后，在焊接部的修补涂装受到加热，经过缩颈、凸缘 加工、底盖安装、内面涂装和涂装烘烤工序而成为产品。进而，在填充内容物并安装上盖后， 用蒸煮处理进行加热灭菌。实施该蒸煮灭菌时，对于内部为负压的罐而言，需要保持对抗蒸 煮蒸气外压的罐强度。罐体强度低于外压的情况下，会发生在罐表面部产生凹陷的不良情 况。近年来，为了实现满足环境要求的罐轻质化，罐用原材料变薄，为了保持罐体强度，使用 了以DR材料为代表的高强度材料。然而，通过使用薄壁高强度材料，形状保持性降低，产生 了辊轧成形加工后无法形成圆筒形状的情况。
[0006] 专利文献1公开了一种罐用钢板及其制造方法的技术，所述罐用钢板的圆筒部分 的真圆度不易改变、形状保持性优异，其特征在于，所述钢板含有C :0. 01?0. 10wt%、Mn :0. 1?I. Owt %，而且杨氏模量E为170GPa以下。专利文献2公开了一种凸缘成形性优异 的高强度焊接罐用薄钢板及其制造方法的技术，其特征在于，所述薄钢板按质量％计含有 C :大于 0? 04%且 0? 08% 以下、Si :0? 02% 以下、Mn :1. 0% 以下、P :0? 04% 以下、S :0? 05% 以 下、Al :0. 1%以下、N :0. 005?0. 02%，而且，固溶在钢板中的C和固溶N的合计为50ppm彡 固溶C+固溶N彡200ppm，钢板中的固溶C为50ppm以下、且钢板中的固溶N为50ppm以上， 余量为Fe和不可避免的杂质。
[0007] 现有技术文献
[0008] 专利文献
[0009] 专利文献1 :日本专利第3663918号
[0010] 专利文献2 :日本专利第4276388号
【发明内容】
[0011] 发明要解决的课题
[0012] 然而，上述现有技术存在以下所示的问题。
[0013] 对于专利文献1中记载的钢板而言，为了降低杨氏模量，热轧的精轧需要在相变 点以下进行轧制，由于轧制负荷提高，因此难以制造。而且，宽度方向的材质均匀性显著下 降。对于专利文献2中记载的钢板而言，为了提高强度，一次冷轧和退火后需要以高压下率 进行2次冷轧，无法避免成本的增加。此外，对于DR钢板而言，由于在退火后进行2次冷 轧而总伸长率降低，无法在卷材的宽度方向和长度方向的所有部位确保总伸长率为12%以 上。
[0014] 本发明是鉴于以上情况而完成的，其目的在于提供一种加工性优异的三片罐及其 制造方法，其用于将适宜作为三片罐罐身材料的屈服强度为440MPa以上、总伸长率为12% 以上钢板制成近似真圆的圆筒形状，使得罐成形后的罐体的真圆度为〇. 34_以下。
[0015] 解决课题的方法
[0016] 为了解决上述课题，发明人等进行了深入研究，得到了以下见解。
[0017] ⑴添加适当量的N来赋予强度，并且在再结晶温度以上退火后使其骤冷，由此可 确保过饱和的C、N,从而确保强度和伸长率。
[0018] (2)使用高氮钢，进而利用C、N产生的应变时效硬化，在辊轧成形时屈服强度低， 能够容易地制成真圆度良好的圆筒形状，在辊轧成形后通过进行焊接部修补涂装及罐内面 涂装的烘烤处理，能够通过应变时效硬化提高强度。
[0019] (3)由于（2)，原材料的辊轧成形性也良好，因此焊接时容易调整浇口，能够制造 出真圆度优异的罐体。
[0020] (4)通过规定罐的真圆度，在蒸煮（加压加热）灭菌处理中受到外压时，能够避免 压力集中于真圆度差的部分而导致罐的凹陷。
[0021] 需要说明的是，应变时效硬化是如下的硬化方法：使钢板中的固溶C、N量增加，由 调质轧制等导入应变，由此产生位错而形成应力场，通过c、N原子集中在位错周围使位错 固定来提高强度。
[0022] 本发明基于以上见解而完成，其主旨如下。
[0023] [1] -种三片罐，其具有由屈服强度为440MPa以上、总伸长率为12%以上的钢板 进行成形并使得罐体的真圆度为〇. 34mm以下的罐身部，
[0024] 所述钢板按质量％计含有：
[0025] C :0? 020% 以上且 0? 100% 以下、Si :0? 10% 以下、Mn :0? 10% 以上且 0? 80% 以 下、P :0. 001%以上且0. 100%以下、S :0. 001%以上且0. 020%以下、Al :0. 005%以上且 0. 100%以下、N :0. 0130%以上且0. 0200%以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0026] [2] -种三片罐的制造方法，该方法包括：
[0027] 将屈服强度为440MPa以上、总伸长率为12%以上的钢板成形为罐身部，并使得罐 体的真圆度为〇. 34mm以下，
[0028] 所述钢板按质量％计含有：
[0029] C :0? 020% 以上且 0? 100% 以下、Si :0? 10% 以下、Mn :0? 10% 以上且 0? 80% 以 下、P :0. 001%以上且0. 100%以下、S :0. 001%以上且0. 020%以下、Al :0. 005%以上且 0. 100%以下、N :0. 0130%以上且0. 0200%以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0030] 需要说明的是，本说明书中表示钢成分的％全部是质量％。另外，本发明的罐用钢 板的高强度是指屈服强度为440MPa以上，高加工性是指总伸长率为12%以上。
[0031] 发明的效果
[0032] 根据本发明，能够提供加工性优异的三片罐及其制造方法。
【具体实施方式】
[0033] 以下，对本发明进行详细说明。需要说明的是，以下的说明中，钢成分组成的各元 素的含量单位都是"质量％ "，以下，只要没有特别说明，仅表示为" ％ "。
[0034] 本发明的三片罐的特征在于，其具有由钢板进行成形并使得罐体真圆度为0. 34mm 以下的罐身部，所述钢板具有给定的成分，且屈服强度为440MPa以上、总伸长率为12%以 上。
[0035] 而且，这样的钢板可以使用含有N为0. 0130%以上且0. 0200%以下的钢，并通过 将热轧后的卷取温度及调质轧制率、以及退火温度、冷却速度设定为适当的条件来制造。通 过提高退火温度能够使钢板的延展性提高，因此可以改善罐的加工性。
[0036] 对本发明的罐用钢板的成分组成进行说明。
[0037] C :0? 020% 以上且 0? 100% 以下
[0038] 本发明的罐用钢板中，通过提高N(氮）量来确保高强度，另一方面，通过提高 C(碳）量来发挥高强度。C量小于0.020%时，无法得到所必须的440MPa的屈服强度以获 得钢板的薄壁化所带来的显著的经济效果。因此，C量的下限设为0.020%。另一方面，C 量高于0. 100%时，形成亚包晶区域而变得过于硬质，铸造时的热轧性降低，容易产生钢坯 断裂等，难以在确保加工性的情况下制造薄钢板。因此，C量的上限设为0.100%。优选为 0. 020%以上且0. 080%以下。
[0039] Si :0.10 % 以下
[0040] Si(硅）量高于0. 10%时，引起表面处理性降低、耐腐蚀性变差等问题，因此， 其上限设为0. 10%。另一方面，Si量小于0. 003%时，精炼成本过高，因此其下限优选为 0. 003%。
[0041] Mn :0? 10% 以上且 0? 80% 以下
[0042] Mn (锰）具有防止S (硫）导致的热轧中的红热脆性、使晶粒微细化的作用，因此是 确保所期望的材质所必需的元素。此外，经过薄壁化的材料需要材料的高强度化来满足罐 强度。为了对应高强度化，Mn量的下限设为0.10%。另一方面，如果添加过多量的Mn,则 导致耐腐蚀性变差，并且钢板过度硬质化，因此其上限设为0. 80%。
[0043] P :0? 001% 以上且 0? 100% 以下
[0044] P(磷）是使钢硬质化、使加工性变差、并且使耐腐蚀性也变差的有害元素。因 此，其上限设为0.100%。另一方面，P小于0.001%时，脱磷成本过高。因此，其下限设为 0. 001%。
[0045] S :0? 001% 以上且 0? 020% 以下
[0046] S是在钢中作为夹杂物存在，并且是导致延展性降低、耐腐蚀性变差的有害元素。 因此，其上限设为0.020%。另一方面，S低于0.001%时，脱硫成本过高。因此，其下限设 为 0? 001%。
[0047] Al :0? 005% 以上 0? 100% 以下
[0048] Al(铝）是制钢时作为脱氧材料所需要的元素。如果其添加量少，则脱氧不充分， 夹杂物增加，加工性变差。因此，其下限只要为0.005%，就能够充分进行脱氧。另一方面， 如果其含量大于〇. 100%，则由氧化铝类等导致的表面缺陷的产生频率增加。因此，Al量的 上限设为0. 100%。
[0049] N :0? 0130% 以上且 0? 0200% 以下
[0050] N大量添加时，铸造时的N气泡钢述表层捕获，因此气孔增加，产生表面缺陷，有表 面品质降低的倾向，热轧性变差，在连续铸造时产生钢坯断裂。因此，其上限设为〇. 0200%。 另外，从保持钢板强度的观点考虑，N量的下限设为0. 0130%。优选为0. 0150%以上且 0.0180%以下。通过使N量为0.0180%以下，可特别抑制表面品质的降低和热轧性的变差， 通过使N量为0.0150%以上，特别容易保持钢板强度，因此优选。
[0051] 需要说明的是，余量为Fe (铁）和不可避免的杂质。
[0052] 接下来，对本发明的罐用钢板的机械性质进行说明。
[0053] 本发明的罐用钢板的屈服强度为440MPa以上，其屈服强度小于440MPa时，无法将 钢板减薄到可确保作为制罐原材料的钢板的强度、并获得显著经济效果的程度。因此，屈服 强度设为440MPa以上。
[0054] 本发明的罐用钢板的总伸长率设为12%以上，其总伸长率小于12%时，在三片罐 的凸缘加工时产生断裂。另外，在适用于EOE(罐盖）的情况下，铆钉加工时会产生断裂。因 此，总伸长率设为12%以上。
[0055] 需要说明的是，上述拉伸强度和上述总伸长率可以根据"JIS Z 2241"所示的金属 材料拉伸试验方法进行测定。
[0056] 接下来，对罐体的真圆度进行说明。
[0057] 本发明中，罐体的真圆度设为0. 34mm以下。通过使罐体的真圆度为0. 34mm以下， 能够使罐体强度为0. 147MPa以上，从而在蒸煮灭菌完成后不会因外压而使罐体压垮。罐体 的真圆度通过下述（1)和（2)进行控制：（1)在罐身加工中通过使辊轧成形时的应力发生 变化来控制形状、通过使N量发生变化来控制罐身加工后的回弹量；以及（2)在焊接时保 持罐的形状来调整将罐送出的浇口辊（gate roller)与罐身之间的间隙。另外，如"JIS B 0621"所示，本发明中罐体的真圆度为如下真圆度：用两个同心的几何学的圆夹持圆形形体 (罐身）时同心的两个圆的间隔达到最小的情况下，能够由两圆的半径之差求得，并将罐身 的圆周方向（罐身部截面）的真圆度作为罐体的真圆度。
[0058] 需要说明的是，罐体的真圆度可以使用"JIS B 7451"中规定的真圆度测定装置， 通过"JIS B 0621"和"JIS B 0021"所示的真圆度测定方法进行测定。真圆度的测定使用 安装有上盖、底盖的罐体，在罐身高度方向的中央部沿圆周方向进行测定。另外，回弹的试 验法按照" JIS G 3303"所示的方法进行，使用了回弹角度0 (° )作为评价指标。
[0059] 在本发明中，可以通过使用高氮钢，进而利用C、N引起的应变时效硬化来提高强 度。即，使C、N达到本发明的成分范围并增加固溶C、N量，同时通过调质轧制等导入应变， 此时，产生位错而形成应力场，C、N原子集中在位错周围而固定位错，从而能够提高强度。
[0060] 接下来，对用于本发明的三片罐的钢板的制造方法进行说明。
[0061] 用于本发明的三片罐的钢板使用的是通过连续铸造制造且包含上述成分的钢坯。 该钢坯进行热轧后在低于620°c的温度下进行卷取，然后，以大于85%的一次冷轧率进行 一次冷轧。在均热温度620°C以上且780°C以下退火后，以冷却速度80°C /秒以上且300°C / 秒以下进行冷却，接着，以小于5%的轧制率进行调质轧制，由此进行制造。需要说明的是， 退火时在再结晶温度以上进行退火，并完成再结晶。
[0062] 热轧后的卷取温度：低于620°C
[0063] 热轧后的卷取温度为620°C以上时，用于确保提高屈服强度的固溶N以AlN的形 式再析出，有时会引起屈服强度降低。因此，热轧后的卷取温度优选低于620°C，更优选为 590°C以下，进一步优选为560°C以下。
[0064] 一次冷轧率：大于85%
[0065] 在一次冷轧率小的情况下，为了最终得到极薄的钢板，需要增大热轧的轧制率。增 大热轧率会使热轧材料变薄，由此促进了冷却，难以确保精轧温度，因此不优选。基于以上 理由，优选一次冷轧率大于85 %，更优选为90 %以上且92 %以下。
[0066] 退火
[0067] 退火时以再结晶温度以上的温度进行加热。从操作效率及防止薄钢板在退火中断 裂的观点考虑，均热温度优选为620?780°C。此外，为了达到440MPa的目标屈服强度以 上，优选在加热后以冷却速度80°C /秒以上且300°C /秒以下实施骤冷。由此，能够确保过 饱和的C、N。更优选为80°C/秒以上且130°C/秒以下。需要说明的是，冷却可以使用气 体喷射装置。
[0068] 调质轧制率：5%以下
[0069] 调质轧制率优选为5%以下。调质轧制率大于5%时，调质轧制磨的荷重增大，力口 工负荷变得过大。另外，容易产生钢板滑移、跳跃现象，难以进行调质轧制。因此，调质轧制 率优选为5%以下，更优选为0. 5%以上且3. 5%以下。
[0070] 调质轧制以后，按照通常方法进行表面处理等工序，精加工成为罐用钢板。
[0071] 作为本发明的三片罐的制造方法，包括对由上述方法得到的罐用钢板实施电镀、 层压等表面处理，并根据需要进行印刷、涂装。然后，将得到的原材料切割成给定尺寸，制成 长方形坯料。然后，可以将长方形坯料进行辊轧成形，然后以将端部搭接的方法来制造罐 身。在得到的罐身上安装罐盖和罐底，制成三片罐。
[0072] 实施例1
[0073] 将含有表1所示成分组成、且余量为Fe和不可避免的杂质的钢用转炉熔炼，采用 连续铸造法得到了钢坯。将得到的钢坯在1250°C再加热后，按照表2所示的条件实施了热 车U-次冷轧、连续退火、调质轧制。热轧的精轧温度设为890°C，乳制后实施了酸洗。
[0074] 对以上得到的钢板的两面实施连续镀锡，得到了一面Sn附着量为2. 8g/m2的镀锡 钢板。
[0075]
[0076]
【权利要求】
1. 一种三片罐，其具有由屈服强度为440MPa以上、总伸长率为12%以上的钢板进行成 形并使得罐体的真圆度为〇. 34mm以下的罐身部， 所述钢板按质量％计含有： C :0. 020% 以上且 0. 100% 以下、Si :0. 10% 以下、Mn :0. 10% 以上且 0. 80% 以下、P : 0.001% 以上且 0. 100% 以下、S :0.001% 以上且 0.020% 以下、A1 :0.005% 以上且 0. 100% 以下、N :0. 0130%以上且0. 0200%以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
2. -种三片罐的制造方法，该方法包括： 将屈服强度为440MPa以上、总伸长率为12%以上的钢板成形为罐身部，并使得罐体的 真圆度为〇. 34mm以下， 所述钢板按质量％计含有： C :0.020% 以上且 0. 100 % 以下、Si :0. 10 % 以下、Mn :0. 10 % 以上且 0.80 % 以下、P : 0.001% 以上且 0. 100% 以下、S :0.001% 以上且 0.020% 以下、A1 :0.005% 以上且 0. 100% 以下、N :0. 0130%以上且0. 0200%以下，余量为Fe及不可避免的杂质。
【文档编号】C21D9/46GK104334460SQ201380029333
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年6月3日 优先权日:2012年6月6日
【发明者】多田雅毅, 小岛克己, 中丸裕树, 飞山洋一 申请人:杰富意钢铁株式会社