本发明涉及罐用钢板及其制造方法，特别涉及加工性、耐表面粗糙性优异的罐用钢板及其制造方法。
背景技术：
对在深拉深罐、drd(多次拉深，drawnandredrawn)罐、di(变薄拉深，drawnandironed)罐等二片罐中使用的冷轧钢板要求一些特性。具体而言，要求：(1)加工时不产生裂纹等缺陷，冲压加工性(以下，也简记为加工性。)优异；(2)冲压加工后的钢板表面的粗糙表面小，成品外观良好。
其中，关于(1)的加工性，降低钢板的屈服强度(yp)，提高伸长率(el)或r值是有效的。另外，关于(2)，众所周知，通过减小钢板组织的晶体粒径来提高加工后的钢板表面的耐表面粗糙性。针对这样的要求，例如在专利文献1或专利文献2中提出了一种通过在极低碳钢中添加ti、nb来降低屈服强度(yp)、提高加工性的钢板。另外，在专利文献3中提出了一种通过使用晶粒为细粒的低碳钢来降低加工后的表面粗糙度的钢板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3548314号公报
专利文献2：日本特开2009-155692号公报
专利文献3：日本特开平10-30152号公报
技术实现要素：
然而，像专利文献1或专利文献2中记载的技术那样，添加了ti、nb并使固溶c完全析出固定的极低碳钢的晶粒粗大，具有优异的加工性，但存在冲压加工后产生粗糙表面，耐表面粗糙性差的问题。另外，专利文献3中得到的低碳钢的晶粒为细粒且屈服强度(yp)高，存在因罐成型时的裂纹而加工性差的问题。这样，对加工性而言晶体粒径的粗大化有效，对耐表面粗糙性而言晶体粒径的细粒化有效，以往，满足两者是困难的。
本发明的目的在于解决上述课题，提供兼得加工性和耐表面粗糙性的罐用钢板及其制造方法。
本发明人等为了解决上述问题，开发兼得加工性和耐表面粗糙性的罐用钢板而反复进行深入研究。如前所述，因晶体粒径的粗大化所致的屈服强度(yp)的下降对加工性的提高是有效的。另外，晶体粒径的细粒化对耐表面粗糙性的提高是有效的。该特征看似矛盾，但着眼于影响屈服强度(yp)的晶体粒径为钢板的整个区域的晶体粒径，与此相对，影响耐表面粗糙性的晶体粒径为钢板的表层附近的晶体粒径。因此本发明人等发现能够通过控制因退火所致的再结晶前的钢板原板(退火前的钢板)表层的等效位错密度(相当転位密度)来控制晶体粒径的板厚方向分布。
图1表示因退火所致的再结晶前的钢板原板表层的等效位错密度与退火后的钢板的表层平均晶体粒径和总厚度平均晶体粒径的关系。钢板原板表层的等效位错密度的测定按照后述的方法。如图1所示，随着钢板原板表层的等效位错密度增加，退火后的钢板的表层平均晶体粒径(图中，简记为表层平均晶体粒径。)明显下降，与此相对，退火后的钢板的总厚度平均晶体粒径(图中，简记为总厚度平均晶体粒径。)几乎不变。因此，能够通过增加钢板原板表层的等效位错密度而得到屈服强度(yp)低、加工性优异、耐表面粗糙性也优异的钢板。
本发明是基于这样的见解而进行的，其要旨如下。
[1]一种罐用钢板，具有如下成分组成：以质量％计含有c：0.010％～0.050％、si：0.03％以下、mn：0.3％以下、p：0.02％以下、s：0.02％以下、al：0.01％～0.10％、n：0.004％以下，剩余部分由fe和不可避免的杂质构成，
从钢板表面到深度50μm的组织中的平均晶体粒径为10μm以下，总厚度平均晶体粒径为10μm以上。
[2]根据上述[1]所述的罐用钢板，其中，作为上述成分组成，以质量％计进一步含有b：0.0003％～0.0030％。
[3]根据上述[1]或[2]所述的罐用钢板，其中，在钢板表面形成有镀膜。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的罐用钢板，其中，板厚为0.1mm～0.6mm。
[5]一种罐用钢板的制造方法，是上述[1]～[4]中任一项所述的罐用钢板的制造方法，
将钢坯以加热温度：1000℃～1300℃进行加热，以800℃～1000℃的精轧温度进行热轧，以500℃～700℃的温度进行卷取、酸洗、冷轧后，对退火前的从钢板的表面沿深度方向到50μm为止的等效位错密度ρ为1.0×1015m-2以上的钢板进行600℃～900℃的退火。
这里，上述等效位错密度ρ由14.4ε2/b2计算得出(ε表示钢板的非均匀应变，b为2.5×10-10m。)。
根据本发明，能够提供一种屈服强度(yp)低、加工性优异、而且耐表面粗糙性优异的罐用钢板。
附图说明
图1是表示因退火所致的再结晶前的钢板原板表层的等效位错密度与退火后的钢板的平均晶体粒径(退火后的钢板的总厚度平均晶体粒径和表层平均晶体粒径)的关系的图。
具体实施方式
本发明的罐用钢板具有如下组织：以质量％计含有c：0.010％～0.050％、si：0.03％以下、mn:0.3％以下、p：0.02％以下、s：0.02％以下、al：0.01％～0.10％、n：0.004％以下，剩余部分由fe和不可避免的杂质构成，从钢板表面到深度50μm的组织中的平均晶体粒径为10μm以下，总厚度平均晶体粒径为10μm以上。以下，对本发明的罐用钢板进行说明。
[成分组成]
首先，对本发明的罐用钢板的成分组成进行说明。应予说明，以下成分量的％表示只要没有特别说明，就是指质量％。
＜c：0.010％～0.050％＞
c小于0.010％时导致铁素体晶粒的粗大化，因此c含量的下限为0.010％。另外，如果c含量超过0.050％，则屈服强度上升，拉深成型时的加工性下降，因此c含量的上限为0.050％。因此，使c含量为0.010％～0.050％。优选c含量为0.015％以上。优选c含量为0.040％以下。
＜si：0.03％以下＞
si是即便不特意含有时也作为杂质成分残留于钢中而使钢板的耐腐蚀性和镀覆的密合性劣化的元素，为了确保良好的耐腐蚀性，si含量为0.03％以下。优选si含量为0.02％以下。
＜mn：0.3％以下＞
mn通过使钢中s以mns的形式析出来防止板坯的热裂纹。为了析出固定s，优选含有0.1％以上的mn。另外，mn为固溶强化元素，因屈服强度上升而使拉深成型时的加工性下降，因此mn含量的上限为0.3％。
＜p：0.02％以下＞
p为固溶强化元素，因屈服强度上升而使拉深成型时的加工性下降。另外，是使镀ni的密合性下降的元素，p含量为0.02％以下。
＜s：0.02％以下＞
从防止板坯的热裂纹的观点考虑，s优选尽量少，s含量为0.02％以下。
＜al：0.01％～0.10％＞
al通过含有0.01％以上而与钢中的n结合形成aln，通过减少固溶n来抑制由钢板的时效所致的屈服强度(yp)的上升。另一方面，如果al含量超过0.10％，则容易产生氧化铝等夹杂物，加工后的缺陷产生率增加。因此，为0.10％以下。因此，使al含量为0.01％～0.10％。作为al含量优选0.02％以上。另外，al含量优选0.08％以下，更优选0.06％以下。
＜n：0.004％以下＞
n有与al、b形成氮化物而无害化的趋势，但优选n含量尽可能少，为0.004％以下。优选n含量为0.003％以下。
以上的成分以外的剩余部分为fe和不可避免的杂质。另外，在本发明中，b不是必需成分，但可以根据需要在以下的范围含有。
＜b：0.0003％～0.0030％＞
b与al同样地与钢中的n结合而形成bn，减少固溶n量，从而抑制由时效所致的屈服强度(yp)的上升。另外，具有如下作用：通过使钢中的n在变为aln之前以bn的形式析出，从而提高卷取后的热轧钢板的宽度方向、长边方向的组织的均匀性。因此，根据需要而含有b。然而，b含量小于0.0003％时存在难以发挥上述作用的情况。另外，如果b含量超过0.0030％，则有时上述作用饱和，或者固溶b增加而导致深拉深性的劣化。因此，b含量优选为0.0003％～0.0030％。b含量更优选0.0005％以上。另外，作为b含量更优选0.0020％以下。
[组织]
本发明的罐用钢板的组织没有特别限定，优选含有铁素体作为主相。上述主相表示以面积率计含有90％以上的铁素体，优选以面积率计含有95％以上，更优选以面积率计含有98％以上，也可以以面积率计为100％。作为铁素体以外的剩余部分，可举出贝氏体、珠光体、马氏体。
＜从钢板表面到深度50μm的组织中的平均晶体粒径为10μm以下＞
钢板表层的晶体粒径越大，耐表面粗糙性越差。特别是，在本发明的罐用钢板中，如果从钢板表面到深度50μm的组织中的平均晶体粒径超过10μm，则得不到所希望的耐表面粗糙性。因此，在本发明的罐用钢板中，使从钢板表面到深度50μm的组织中的平均晶体粒径为10μm以下。
这里，上述的平均晶体粒径是通过利用基于jisg0551的切断法来测定从钢板表面到深度50μm为止的平均晶体粒径而得到的。应予说明，本发明的罐用钢板的组织以铁素体为主相时，上述的平均晶体粒径是通过利用基于jisg0551的切断法测定从钢板表面到深度50μm为止的铁素体平均晶体粒径而得到的。另外，从钢板表面到深度50μm的组织中的平均晶体粒径可以通过控制因退火所致的再结晶前的从钢板表面到深度50μm为止的等效位错密度来调整。
＜总厚度平均晶体粒径为10μm以上＞
钢板总厚度的晶体粒径越小，屈服强度(yp)越高，加工性越差。特别是在本发明的罐用钢板中，如果钢板总厚度的平均晶体粒径(以下，记为总厚度平均晶体粒径。)小于10μm，则得不到所希望的加工性。因此，在本发明的罐用钢板中，使总厚度平均晶体粒径为10μm以上。作为总厚度平均晶体粒径优选15μm以上。另外，总厚度平均晶体粒径的上限值没有特别限定，为了防止极端的软质化，优选为40μm以下。
这里，总厚度平均晶体粒径是通过利用基于jisg0551的切断法来测定钢板总厚度的平均晶体粒径而得到的。应予说明，本发明的罐用钢板的组织以铁素体为主相时，上述总厚度平均晶体粒径是通过利用基于jisg0551的切断法来测定钢板总厚度的铁素体平均晶体粒径而得到的。另外，总厚度平均晶体粒径可以通过改变退火温度、钢板成分来调整。
[冲压加工后的表面粗糙度ra为0.7μm以下]
冲压加工后的钢板的表面粗糙度ra越小，耐表面粗糙性越优异。特别是在本发明的罐用钢板中，如果冲压加工后的表面粗糙度ra为0.7μm以下，则能够使耐表面粗糙性优异。因此，在本发明的罐用钢板中，优选使冲压加工后的表面粗糙度ra为0.7μm以下。这里，表面粗糙度ra为算术平均粗糙度ra，可以按照jisb0601：’01使用触针式粗糙度测量仪进行测定。另外，冲压加工后的表面粗糙度ra可以通过改变退火前的从钢板的表面沿深度方向到50μm为止的等效位错密度来调整。
[镀膜]
对本发明的罐用钢板实施镀膜时，作为钢板的表面处理，可以实施镀sn、镀ni、镀cr等。可以进一步实施化学转化处理，也可以形成层压等的有机被膜。
＜板厚为0.1mm～0.6mm＞
本发明的罐用钢板在板厚为0.1mm～0.6mm时显著地得到提高加工性和耐表面粗糙性这两者的效果。因此，优选使板厚为0.1mm～0.6mm。更优选板厚为0.1mm～0.4mm。在本发明中，所希望的板厚可以通过改变冷轧率来调整。
[制造方法]
接着，对本发明的罐用钢板的制造方法进行说明。在本发明的罐用钢板的制造方法中，将由前述的成分组成构成的板坯以加热温度：1000℃～1300℃进行加热，以800℃～1000℃的精轧温度进行热轧，以500℃～700℃的温度进行卷取、酸洗、冷轧后，对退火前的从钢板的表面沿深度方向到50μm为止的等效位错密度ρ为1.0×1015m-2以上的钢板进行600℃～900℃的退火。
＜以1000℃～1300℃的温度加热板坯＞
在本发明中，钢坯材的熔炼方法没有特别限定，可以采用转炉、电炉等公知的熔炼方法。另外，熔炼后，从偏析等问题考虑而优选利用连续铸造法制成板坯(钢坯材)，也可以用铸锭-开坯轧制法、薄板坯连铸法等公知的铸造方法制成板坯。将得到的板坯在粗轧后或直接装入到热精轧机中进行热轧。从确保后述的精轧温度的观点考虑，板坯加热温度为1000℃以上。如果板坯加热温度超过1300℃，则产生大量氮化物，导致退火后未再结晶晶粒的残留，屈服强度上升。因此，板坯加热温度为1300℃以下。
＜以800℃～1000℃的精轧温度进行热轧＞
在热轧中，根据需要进行粗轧后，以精轧温度800℃～1000℃进行精轧。如果精轧温度低于800℃，则钢板原板的组织变得不均匀，加工性或表面外观劣化。因此，精轧温度为800℃以上。另外，如果超过1000℃地进行轧制，则会成为氧化皮缺陷等的原因而损害表面外观。因此，精轧温度为1000℃以下。
＜以500℃～700℃的温度进行卷取＞
如果卷取温度低于500℃，则析出物的生长速度变小，微细析出物量增加，因而屈服强度(yp)上升。因此，卷取温度为500℃以上。另外，如果卷取温度超过700℃，则表层的氧化皮生长而容易成为表面缺陷的原因。因此，卷取温度为700℃以下。
＜将退火前的从钢板的表面沿深度方向到50μm为止的等效位错密度控制在1.0×1015m-2以上＞
卷取后，进行酸洗、冷轧、清洗，然后进行退火，但通过使退火前的从钢板的表面沿深度方向到50μm为止的等效位错密度为1.0×1015m-2以上，能够使退火后的钢板表层的晶粒变得微细。更优选为1.0×1016m-2以上。另外，上述等效位错密度的上限值没有特别限定，从防止表面剥离的观点考虑，优选为1.0×1018m-2以下。
使退火前的从钢板的表面沿深度方向到50μm为止的等效位错密度为1.0×1015m-2以上的方法没有特别规定。但是，在制造冷轧钢板时通常进行的50～95％左右的冷轧压下率的范围难以在钢板表层得到1.0×1015m-2以上的等效位错密度。作为使退火前的从钢板的表面沿深度方向到50μm为止的等效位错密度为1.0×1015m-2以上的方法，例如可举出对冷轧后的冷轧钢板实施喷丸处理或由高强度刷赋予应变的处理的方法。另外，作为使上述等效位错密度为1.0×1015m-2以上的其它方法，可举出对冷轧最终段或冷轧后的冷轧钢板实施用高粗糙度辊进行的低压下率的追加轧制的方法。作为上述高粗糙度辊，例如可以使用辊粗糙度ra为2.0～10.0μm的辊。另外，上述低压下率下的追加轧制例如可以按压下率0.1～10％进行。
〔等效位错密度〕
等效位错密度可以通过以下方法进行测定。从退火前的各钢板中采取10mm×10mm的试验片，从试验片的背面进行研磨直到板厚成为50μm后，用氢氟酸除去背面表层的研磨应变层。使用该试验片进行x射线衍射实验，求出钢板的(110)、(211)、(220)结晶面的峰的半值宽度。使用该半值宽度由williamson-hall法求出试验片的非均匀应变ε。将该非均匀应变ε代入非专利文献1(中岛等“利用x射线衍射的位错密度的评价法”，camp-isij，vol.17，2004，p.396)中记载的式：ρ＝14.4ε2/b2，求出等效位错密度ρ。应予说明，b为伯格斯矢量的大小(m)，b的值为2.5×10-10m。
＜以600℃～900℃的温度进行退火＞
退火可以按使用连续退火炉、箱式退火炉中的任一者的方法进行。退火温度小于600℃时，有可能残留未再结晶晶粒。另一方面，如果在超过900℃的高温区域进行退火，则产生异常粗大晶粒，损害表面外观。因此，退火温度为600℃～900℃。
＜镀覆处理＞
退火后，可以进行镀覆处理。进行镀覆处理时，作为钢板的表面处理，可以实施镀sn、镀ni、镀cr等。可以进一步实施化学转化处理，也可以形成层压等的有机被膜。另外，在镀覆处理后，优选进行用于调整表面粗度等的调质轧制。此时，调质轧制的轧制率(伸长率)优选为0.5％～1.5％左右。
以上，说明的本发明的罐用钢板的屈服强度低、加工性优异、并且耐表面粗糙性优异。本发明的罐用钢板例如能够适合用作二片罐用途。
实施例
以下，对本发明的实施例进行说明。
首先，将由表1所示的成分组成构成的钢水在真空脱气处理后利用连续铸造而制成板坯。接着将上述板坯以1250℃进行加热，除去氧化皮后，进行粗轧直到板厚40mm为止。接下来，用氧化皮除去装置将钢板表层冷却后，进行精轧直到3.2mm厚度为止，以规定的温度卷绕成卷。
接下来，对卷取后的钢板进行酸洗、冷轧。在上述冷轧后，对于一部分样品，为了调整等效位错密度，使用辊粗糙度ra＝2.1～7.4μm的辊实施追加轧制，制成0.4mm厚度(冷轧率：87％)。追加轧制以轧制率5％实施。另外，在上述冷轧后，对于另一部分样品，实施喷丸处理(喷射条件：将钢丸(平均粒径0.5mm)以压力0.5mpa吹送300秒)。应予说明，全部样品以最终板厚为0.4mm的方式调整前段的冷轧率。冷轧板在进行作为预处理的脱脂、酸洗后，用连续退火生产线进行退火，进行伸长率1.0％的调质轧制。
上述的等效位错密度按照前述的方法进行测定。对得到的钢板进行机械特性评价、晶体粒径测定。将得到的钢板的表面粗糙度ra(μm)一并示于表2。
在机械特性评价中，利用拉伸试验来评价屈服强度(yp)、拉伸强度(ts)和伸长率(el)。拉伸特性在加工成jisz2201记载的5号试验片后，按照jisz2241记载的试验方法进行。晶体粒径利用基于jisg0551的切断法来测定铁素体平均晶体粒径。
此外，从钢板中采取直径100mm的圆形生坯，将其以5个阶段的多道次拉深成型成型为直径14mm的圆筒状后，使用触针式粗糙度测量仪测定罐身部的表面粗糙度ra，进行加工性(成型性)和耐表面粗糙性的评价。对于加工性的评价，进行200个拉深成型，将未产生裂纹、划痕等不良的情况评价为○，将产生的情况评价为×。对于耐表面粗糙性的评价，将罐身部的表面粗糙度ra小于0.5μm的情况评价为◎，将0.5μm～0.7μm的情况评价为○，将超过0.7μm的情况评价为×。
将上述的制造条件和评价结果示于表2。
[表1]
[表2]
本发明例具有加工性和耐表面粗糙性这两者优异、适合用作罐用钢板的性能。另一方面，在比较例中，加工性、耐表面粗糙性中的至少一者差。具体而言，试样a3、a4、b3、c3、d3由于从钢板表面到深度50μm的组织中的平均晶体粒径超过10μm，因此耐表面粗糙性差。
另外，试样e3由于从钢板表面到深度50μm的组织中的平均晶体粒径超过10μm且总厚度平均晶体粒径小于10μm，因此加工性和耐表面粗糙性这两者差。
试样f1由于使用的钢的c含量超过0.050质量％，因此加工性差。
另外，试样g1由于使用的钢的c含量小于0.010质量％且从钢板表面到深度50μm的组织中的平均晶体粒径超过10μm，因此耐表面粗糙性差。试样h1由于使用的钢的mn含量超过0.3质量％且总厚度平均晶体粒径小于10μm，因此加工性差。