專利名稱：罐用鋼板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適用于鍍錫鋼板和電鍍鉻鋼板等制罐用表面處理鋼板的薄鋼板(以下稱為罐用鋼板)及其制造方法。
背景技術：
近年來，為了實現(xiàn)制罐成本的降低，在成為原材料的制罐用薄鋼板和冷軋鋼板方面也正在追求低成本化。為此，在所屬領域，不用說進行沖壓加工的二片罐，即使簡單的圓筒成形為主體的三片罐，都在要求罐用鋼板薄壁化。
但是，由于僅薄壁化現(xiàn)有的罐用鋼板強度也會降低，因此現(xiàn)有罐用鋼板不能適用于要求深沖罐(Draw and Redraw cans，以下稱為DRD罐)或者焊接罐的主體強度的地方。為此，要求既薄壁化也能保持強度的罐用鋼板。
現(xiàn)在，作為既薄壁化也能維持強度的鋼板的制造方法，最頻繁使用的是退火后施加二次冷軋的雙軋制(Double Reduce)法(以下稱為DR法)。但是，DR法在熱軋、冷軋及退火的正常工序上增加二次冷軋，這一增加的工序使成本升高。而且，得到的鋼板只有百分之幾的延伸率，加工性也不好。并且，會逐漸地產(chǎn)生表面疵點、表面污斑等，要完全防止這些是極其因難的。
因此，迄今為至，作為代替DR法的薄壁鋼板強化法，提出了種種方案。例如，特開2001-107186號公報中記載，通過大量添加C、N，產(chǎn)生燒結硬化，能得到強度和DR法鋼板同樣高的罐用鋼板。該罐用鋼板在涂敷燒結處理后的屈服應力高達550MPa以上，并公開了能夠根據(jù)N添加量和熱處理條件調整得到的硬度。該方法雖然在強度升高方面有效，但即使在表面光軋后，應力時效所形成的屈服延伸率還是有問題的，加工時恐怕會發(fā)生屈服延伸。
而且，特開平8-325670號公報提出一種鋼板制造方法，通過使Nb碳化物的析出強化和Nb、Ti、B的碳氮化物的晶粒細微化強化復合組合，生產(chǎn)出強度和延伸率平衡的鋼板。但是，發(fā)明者們按照該方法添加0.025重量％的Nb得到的鋼板的拉伸強度降低為510MPa，沒有達到現(xiàn)有DR法制造的鋼板的強度。
而且，特開平5-345926號公報提出一種鋼板制造方法，其中使用P固溶強化和Nb、Ti、B的碳氮化物的晶粒細微化強化，按照洛氏硬度(HR30T)(參照JIS G 3303)，鋼板強度達到60-75等級。而且，特開2000-119802號公報提出一種高強度鋼板的制造方法，通過添加Nb、Ti等合金元素析出強化，拉伸強度為540MPa以上。但是，在以上任一種方法中，以10％-30％的高軋制率進行表面光軋，由于不過是進行了高強度化，退火后的強度達不到現(xiàn)有DR法制造的鋼板(以下稱為DR鋼板)的強度。
而且，特開2003-34825號公報提出了一種方法，其中在α+γ相區(qū)熱軋低碳鋼后，高速冷卻，并限定了退火加熱速度。利用該方法得到了拉伸強度為600MPa且全延伸率為30％以上的鋼板。但是，通過該高速冷卻進行高強度化在作業(yè)上使成本變高。
本發(fā)明旨在解決上述問題。本發(fā)明的目的是提供兼?zhèn)浜虳R鋼板相同的強度和超過DR鋼板的延伸率的罐用鋼板，并提供其制造方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一種罐用鋼板，以重量％計含有C0.04～0.1％、N0.002～0.012％、Mn0.5～1.5％、P0.01～0.15％、Si0.01～0.5％、Nb大于0.025～0.1％、Al0.01％以下、S0.01％以下，余量由Fe和不可避免的雜質組成，并且實質上由平均晶粒粒徑為7μm以下的鐵素體單相組織構成。
并且，本發(fā)明涉及一種罐用鋼板的制造方法，以Ar3相變點以上的終軋溫度熱軋鋼，在560～600℃的卷取溫度下進行卷取，進行酸洗，接著用80％以上的軋制率進行冷軋，然后，在700～820℃的溫度下進行保溫退火，以重量％計，所述鋼含有C0.04～0.1％、N0.002～0.012％、Mn0.5～1.5％、P0.01～0.15％、Si0.01～0.5％、Nb大于0.025～0.1％、Al0.01％以下、S0.01％以下，余量由Fe和不可避免的雜質組成。
而且，本發(fā)明涉及一種高強度高延展性罐用鋼板，其特征在于，以重量％計含有C0.04～0.1％、N0.002～0.012％、Mn0.5～1.5％、P0.010～0.15％、Si0.01～0.5％、Nb大于0.025～0.1％、Al0.01％以下、S0.01％以下，余量由Fe和不可避免的雜質組成，并且實質上是鐵素體單相組織，鐵素體的平均晶粒粒徑為7μm以下，鋼板板厚為0.2mm以下。


圖1例示了以Mn為固溶元素同時添加Nb時Nb添加量和罐用鋼板強度之間的關系。
具體實施例方式
本發(fā)明者們將固溶強化、析出強化和細微化強化復合組合作為鋼板的強化手段。其結果是，通過分別適量添加固溶強化元素P和Mn、析出強化元素兼細微化強化元素Nb，使晶粒粒徑變小，能夠不損害延伸率而進行高強度化。而且，還發(fā)現(xiàn)，通過形成實質上是鐵素體單相組織的組織，并限定鐵素體的平均晶粒粒徑，能使強度和延伸率同時為高等級。
在本發(fā)明中，高強度罐用鋼板是指適合作為例如鍍錫鋼板(電鍍錫鋼板)和電鍍鉻鋼板等表面處理鋼板的原料板的薄鋼板。
本發(fā)明的高強度且延伸率大的罐用鋼板限定了作為固溶強化元素、析出強化元素和/或細微化強化元素的在下面示出的元素及其含量，而且，鋼板實質上由平均晶粒粒徑為7μm以下的鐵素體單相組織形成。這些是本發(fā)明中最重要的要素，能夠得到拉伸強度550MPa以上且延伸率超過10％的罐用鋼板。而且，通過以Ar3相變點以上的終軋溫度進行熱軋，在560～600℃的卷取溫度下進行卷取，進行酸洗，接下來用80％以上的軋制率進行冷軋，然后，在700～820℃的溫度下進行保溫退火，可以制造上述高強度且延伸率大的罐用鋼板。
下面詳細說明本發(fā)明。
本發(fā)明中鋼的化學成分的限定理由如下。另外，在本發(fā)明中，表示鋼的成分的％，全部是重量％。
C0.04～0.1％為了達到550MPa以上的拉伸強度和超過10％的延伸率，退火后的鋼板的晶粒粒徑必須為7μm以下。為了滿足該特性，C添加量是重要的，按照本發(fā)明，C是主要的要素之一。特別是，由于碳化物的量和密度與強度和粒徑非常相關，必須確保用于析出的碳量。而且，當還要考慮固溶C產(chǎn)生的高強度化時，C應為0.04％以上。另一方面，當超過0.1％時，珠光體相在第2相析出，延伸率會降低。因此，C應為0.04％以上到0.1％以下。
Si0.01～0.5％Si是通過固溶強化使鋼板高強度化的元素，但大量添加會明顯損害耐腐蝕性。因此，Si應為從0.01％以上到0.5％以下。另外，特別地，為了不損害耐腐蝕性，Si最好為0.01％以上到0.3％以下。
Mn0.5～1.5％Mn通過固溶強化使鋼板強度增加，晶粒粒徑也變小，而且作為細微化強化也使強度增加。按照本發(fā)明，是主要的要素之一。通過添加0.5％以上能明顯識別上述效果。另一方面，當大量添加Mn時，耐腐蝕性變差。由此，Mn應為0.5％以上到1.5％以下。另外，為了不升高再結晶溫度，Mn最好為0.5％以上到1.0％以下。
P0.01～0.15％P和Mn同樣是固溶強化能大的元素，按照本發(fā)明，是主要的要素之一。明顯產(chǎn)生上述效果的原因是P為0.01％以上。另一方面，當大量添加時，鋼板的耐腐蝕性變差。由此，P應為0.01％以上到0.15％以下。另外，為了不損害耐腐蝕性，P最好為0.01％以上到0.1％以下。
S0.01％以下S在鋼中作為夾雜物存在，是對鋼板的延伸率和耐腐蝕性不利的元素，因此，最好極力減少。由此，S應為0.01％以下。通常為0.0001％以上到0.01％以下。
Al0.01％以下當增加Al含量時，由于造成再結晶溫度的上升，必須升高退火溫度。當退火溫度升高時，AlN形成量變多，固溶N量減少，導致鋼板強度降低。而且，在本發(fā)明中，為了增加鋼板強度而添加的其它元素帶來再結晶溫度上升，退火溫度變高。因此，最好極力避免由Al造成的再結晶溫度的上升，Al應為0.01％以下。通常為0.003％以上到0.01％以下。
N0.002～0.012％N是固溶強化能高的元素，由于能提高鋼板強度，可積極添加。為了有效地作用于該強度上升，必須為0.002％以上。另一方面，當大量添加時，產(chǎn)生鋼板的應力時效性問題。由此，N應為0.002％以上到0.012％以下。
Nb大于0.025～0.1％Nb是本發(fā)明中的主要要素之一。Nb是碳化物生成能高的元素，通過析出細微碳化物使鋼板強度上升。而且，通過晶粒細化使該強度上升。
圖1例示了以Mn為固溶元素同時添加Nb時Nb添加量和罐用鋼板強度之間的關系。由圖1可知，通過和固溶元素Mn同時添加Nb，與本來通過固溶強化上升的鋼板強度相比，強度上升量變高。可以如下考慮該要素。即，通過和Nb同時添加固溶元素(例如Mn)，與單獨只添加固溶元素(例如Mn)時相比，析出的Nb-C抑制了固溶元素(例如Mn)的擴散，阻礙了退火時再結晶晶粒的生長。即，認為原因在于，固溶元素本身也對細?；a(chǎn)生有效作用，在固溶強化效果上又加上了細粒化強化效果。而且，當Nb添加量超過0.025％時，顯著產(chǎn)生上述效果。
另一方面，Nb帶來再結晶溫度上升，當超過0.1％時，熱軋時鋼板明顯硬化，冷軋時加工性變差。
因此，Nb應為大于0.025％至0.1％以下。另外，從冷軋時加工性出發(fā)，Nb最好為大于0.025％至0.05％以下。
下面說明組織的限定理由。
平均晶粒粒徑為7μm以下的鐵素體單相組織首先，本發(fā)明實質上形成鐵素體單相組織。即使在含有1％左右的滲碳體等時，只要能達到本發(fā)明的作用效果，就認為實質上是鐵素體單相組織。
發(fā)明者們使鋼組織為鐵素體單相，使鐵素體相的平均晶粒粒徑變化，調查了強度和延伸率的平衡關系。由其結果可知，當鐵素體相平均晶粒粒徑為7μm以下時，能夠不降低延伸率地得到高強度鋼。而且，當平均晶粒粒徑超過7μm時，可知制罐后表面外觀的美感喪失。認為這與表面粗糙現(xiàn)象等表面粗糙度極端變化相對應。這些現(xiàn)象雖然發(fā)生的部位、程度不同，但是特別在二片罐中得到確認。因此，鐵素體的平均晶粒粒徑應為7μm以下。另外，鐵素體晶粒粒徑根據(jù)例如ASTM的切斷法測得的鐵素體平均晶粒粒徑來測定。
本發(fā)明的罐用鋼板最好板厚為0.2mm以下。板厚為0.2mm以下的話，冷軋率升高，容易得到具有550MPa以上拉伸強度的罐用鋼板。
接下來說明本發(fā)明的高強度和大延伸率的罐用鋼板的制造方法。
按照通常的方法，用轉爐等制作調整成上述化學組成的鋼水，用連續(xù)鑄造法等將該鋼水鑄造成軋制坯料。然后，熱軋得到的軋制坯料。由于必須使鋼板成為γ單相區(qū)，因此終軋溫度必須在Ar3相變點以上。另外，為了使晶粒粒徑易于細?；Ｍ麩彳埱败堉婆髁系臏囟葹榈蜏?。但是，由于必須使終軋溫度在γ單相區(qū)，考慮到這些，希望軋制開始時軋制坯料的溫度為1150～1300℃。而且，為了使晶粒粒徑為7μm以下而使退火后的鋼板強度升高，卷取溫度必須為560℃以上至600℃以下。當卷取溫度超過600℃時，晶粒粒徑會粗大化。另一方面，當熱軋卷取溫度低于560℃時，固溶N、C殘留在熱軋鋼板中，冷軋后再結晶退火時會阻礙形成優(yōu)選的集合組織。
接下來，在酸洗后，以80％以上的軋制率進行冷軋。該冷軋使退火后的集合組織生長，能明顯細粒化該組織，與此同時能得到更均勻的鐵素體組織。如果軋制率不足80％，難于達到拉伸強度為550MPa以上。為了確保80％以上的軋制率，希望冷軋后的板厚為0.2mm以下。
接下來，在700℃以上到820℃以下的溫度范圍內進行保溫退火。為了確保良好的加工性，保溫退火溫度必須為鋼板的再結晶溫度以上，并且，為了形成更均勻的組織，必須在700℃以上進行保溫退火。另一方面，如果保溫退火溫度超過820℃，恐怕會對退火工序帶來障礙。
接下來，為了調整表面性質，優(yōu)選進行表面光軋。另外，為了防止過度加工硬化造成延伸率降低，此時的表面光軋率最好為1.5％以下。更好為0.5％以上至1.5％以下。
另外，可以通過成分、熱軋時卷材的卷取溫度、保溫退火溫度及冷軋軋制率來將拉伸強度控制為目標值。
實施例1如表1所示改變鋼的種種成分組成。用實際轉爐試制含有上述各成分、余量為Fe和不可避免的雜質的鋼，鑄造成鋼板坯。按照下面表2的發(fā)明例1～9和比較例1～8中所示的條件制作罐用鋼板。
即，在1200℃再加熱上述各鋼板坯后，在表2的終軋溫度和卷取溫度進行熱軋。接下來，在酸洗后，以表2的軋制率進行冷軋，得到0.2mm的薄鋼板。用連續(xù)退火爐以表2的加熱速度和保溫退火溫度將得到的薄鋼板保溫退火30秒。然后，按照常規(guī)方法，以10～15℃/s的冷卻速度進行冷卻，得到罐用鋼板。
接下來，以約1.5％的軋制率表面光軋該罐用鋼板，連續(xù)實施通常的鍍鉻，形成電鍍鉻鋼板。另外，保溫退火溫度雖然根據(jù)Nb添加量調整，但保持表2的值。
調查得到的電鍍鉻鋼板的結晶組織和平均晶粒粒徑，然后進行拉伸試驗，評價強度和延伸率。得到的結果示于表3中。
另外，各試驗和調查方法如下。
使用JIS 5號尺寸的拉伸試樣進行拉伸試驗，測定屈服點、拉伸強度、延伸率。而且，還另外測定洛氏硬度。
研磨試樣，用硝酸乙醇腐蝕液腐蝕晶粒晶界，用光學顯微鏡觀察結晶組織。
針對上述觀察到的晶粒組織，采用ASTM切斷法測定平均晶粒粒徑。
根據(jù)表3，發(fā)明例1～9的鋼形成了平均晶粒粒徑7μm以下的鐵素體單相組織。由此可知，強度和延伸率二者都優(yōu)異。
另一方面，可以看出，在比較例1的鋼j和比較例5的鋼n中，雖然由于低的P添加量，其延伸率和發(fā)明例相當，但強度變差了。在比較例2的鋼k中，雖然由于低的Nb添加量，延伸率和發(fā)明例相當，但強度變差了。而且，在比較例3的鋼1中，由于鋼組織的平均晶粒粒徑超過7μm，再加上形成了鐵素體和珠光體的混合組織，雖然是高強度，但延伸率變差了。在比較例4和6中，分別以20％和33％的高軋制率進行表面光軋，雖然是高強度，但不過是和從前的DR法制造法相同的技術。比較例8的拉伸強度雖然是在210℃進行20分鐘燒結涂敷后的值，但僅達到500MPa。
實施例2將鋼種固定為表1的發(fā)明例1中示出的鋼a，討論制造條件不同所造成的影響。
即，使用鋼a，并且使用表2的發(fā)明例1、10和11及比較例9示出的制造條件，其它按照實施例1的記載，得到電鍍鉻鋼板。對得到的電鍍鉻鋼板進行和實施例1相同的試驗，結果集中示于表3中。
由表3可知，按照發(fā)明例1、10和11的制造條件，由于能得到晶粒粒徑7μm以下的鐵素體單相組織，因此能得到拉伸強度為550MPa以上且不損害延伸率的鋼板。
另一方面，按照比較例9的制造條件，雖然鐵素體的平均晶粒粒徑超過7μm，延伸率優(yōu)異，但強度變差了。而且，在比較例7中，雖然強度高，但在退火前后必須急速加熱、急速冷卻，以現(xiàn)有的設備制造是因難的。
而且，當對這些鋼板進行沖壓加工時，本發(fā)明的鋼板表面性質良好，不能識別表面粗糙。另一方面，在鐵素體平均晶粒粒徑超過10μm的比較例中，識別出表面粗糙。
按照本發(fā)明，退火工序后的調質工序的軋制率為1.5％以下，可以確實地達到目標拉伸強度。
表1

表2

*表面光軋的軋制率為20％**表面光軋的軋制率為33％***退火后的冷卻速度為1000℃/s
表3

*鐵素體相**珠光體相***在210℃進行20分鐘燒結涂敷后的拉伸強度本發(fā)明提供了拉伸強度為550MPa以上且延伸率超過10％的罐用鋼板及其制造方法。即使在DRD罐、焊接罐等的主體位置也可使用該鋼板。該鋼板使用多種元素進行固溶強化，并將Nb的析出強化和細?；瘡娀瘡秃辖M合，使強度升高。因此，退火工序后的表面光軋的軋制率為1.5％以下，能確實達到目標拉伸強度。而且，由于抑制了C和N的含量，也沒有應力時效所造成的屈服延伸率的問題。因此，該鋼板作為適用于鍍錫鋼板和電鍍鉻鋼板等表面處理鋼板的薄鋼板，對社會有大的貢獻。
權利要求
1.一種罐用鋼板，以重量％計含有C0.04～0.1％、N0.002～0.012％、Mn0.5～1.5％、P0.01～0.15％、Si0.01～0.5％、Nb大于0.025～0.1％、Al0.01％以下、S0.01％以下，余量由Fe和不可避免的雜質組成，并且實質上由平均晶粒粒徑為7μm以下的鐵素體單相組織構成。
2.一種罐用鋼板的制造方法，以Ar3相變點以上的終軋溫度熱軋鋼，在560～600℃的卷取溫度下進行卷取，進行酸洗，接著用80％以上的軋制率進行冷軋，然后，在700～820℃的溫度下進行保溫退火，以重量％計，所述鋼含有C0.04～0.1％、N0.002～0.012％、Mn0.5～1.5％、P0.01～0.15％、Si0.01～0.5％、Nb大于0.025～0.1％、Al0.01％以下、S0.01％以下，余量由Fe和不可避免的雜質組成。
3.一種高強度高延展性罐用鋼板，其特征在于，以重量％計含有C0.04～0.1％、N0.002～0.012％、Mn0.5～1.5％、P0.010～0.15％、Si0.01～0.5％、Nb大于0.025～0.1％、Al0.01％以下、S0.01％以下，余量由Fe和不可避免的雜質組成，并且實質上是鐵素體單相組織，鐵素體的平均晶粒粒徑為7μm以下，板厚為0.2mm以下。
全文摘要
罐用鋼板，以重量％計含有C0.04～0.1％、N0.002～0.012％、Mn0.5～1.5％、P0.01～0.15％、Si0.01～0.5％、Nb大于0.025～0.1％、Al0.01％以下、S0.01％以下，余量由Fe和不可避免的雜質組成，并且鋼板實質上由平均晶粒粒徑為7μm以下的鐵素體單相組織構成。以Ar
文檔編號C21D9/46GK1946866SQ20058001281
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月26日 優(yōu)先權日2004年4月27日
發(fā)明者西原友佳, 小島克己, 巖佐浩樹, 堀田英輔, 齊藤輝弘, 松本一洋 申請人:杰富意鋼鐵株式會社