高強度罐用鋼板及其制造方法

專利名稱：高強度罐用鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有高強度且在連鑄時不產(chǎn)生鋼坯裂紋的罐用鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于對鋼罐的需求擴大，采取了降低制罐成本的策略。作為制罐成本的降 低策略，可以列舉原材料的低成本化，進(jìn)行拉深加工的2片罐自不必說，即使是單純的圓筒 成形為主體的3片罐，也正在推行所使用的鋼板的薄壁化。但是，若簡單地使現(xiàn)有的鋼板薄壁化則罐體強度降低，因此期待用于上述用途的 高強度且薄壁的慣用鋼板。作為高強度罐用鋼板的制造方法，專利文獻(xiàn)1中提出了通過對含有C 0. 07 0. 20%,Mn 0. 50 1. 50%,S 0. 025% 以下、Al 0. 002 0. 100%,N 0. 012% 以下的鋼進(jìn) 行軋制、連續(xù)退火及表面光軋，制造耐力為56kgf/mm2以上的鋼板的方法。此外，專利文獻(xiàn)2中提出了對含有C 0. 13%以下、Mn 0. 70%以下、S 0. 050%以 下、N :0. 015%以下的鋼進(jìn)行軋制、連續(xù)退火的方法，作為實施例示出了涂裝燒結(jié)后的屈服 應(yīng)力為約65kgf/mm2的鋼板。專利文獻(xiàn)3中提出了通過對含有C :0. 03 0. 10%,Mn 0. 15 0. 50%,S 0. 02% 以下、Al 0. 065%,N 0. 004 0. 010%的鋼進(jìn)行軋制、連續(xù)退火及表面光軋，制造屈服應(yīng)力 為500士50N/mm2的鋼板的方法。專利文獻(xiàn)4中提出了通過對含有C :0. 1 %以下、N 0. 001 0. 015%的鋼進(jìn)行軋 制、連續(xù)退火、過時效處理及表面光軋，制造調(diào)質(zhì)度達(dá)T6(HR30T硬度約70)的鋼板的方法。專利文獻(xiàn)1 日本特開平5-195073號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開昭59-50125號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開昭62-30848號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2000-26921號公報目前，3片罐的罐體使用屈服強度為約420MPa的鋼板。對于該鋼板，要求百分之幾 的薄壁化，對于該要求，為了維持罐體強度，需要450MPa以上的屈服強度。此外，在對含有較多C、N的鋼進(jìn)行熔煉來制造鋼坯時，在連鑄工序中，在鋼坯橫截 面的長邊及短邊的角部(以下記作鋼坯角部)可能會產(chǎn)生裂紋。在垂直彎曲型、彎曲型的 連鑄機中，鋼坯在高溫狀態(tài)下受到彎曲變形及拉直變形(僅垂直彎曲型)。由于含有較多 C、N的鋼缺乏高溫延展性，因此在上述變形時產(chǎn)生裂紋。當(dāng)鋼坯角部產(chǎn)生裂紋時，需要表面 磨削等操作，因此產(chǎn)生成品率降低、成本增加的缺點。對于如上的現(xiàn)狀，基于前述的現(xiàn)有技術(shù)的高強度鋼板均含有較多的固溶強化元素 C及N，在連鑄工序中在鋼坯角部產(chǎn)生裂紋的可能性高。本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于提供具有450MPa以上的屈服強度、并且 在連鑄工序中鋼坯角部不產(chǎn)生裂紋的罐用鋼板及其制造方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人為了解決上述課題，進(jìn)行了深入研究。結(jié)果得到以下見解。對與產(chǎn)生了鋼坯角部裂紋的鋼相同組成的鋼進(jìn)行高溫拉伸試驗，使用掃描電子顯 微鏡觀察脆性裂紋的斷面后可知，裂紋沿著Fe的晶界產(chǎn)生，且在晶界上有析出物的存在。 分析該析出物后可知，其為MnS及A1N。認(rèn)為這些化合物缺乏變形能力，具有使晶界變脆的 作用。C、N的含量多時，由于晶粒內(nèi)固溶強化而難以拉伸，應(yīng)力集中在脆的晶界，因此容易 裂開。這里，為了制造本發(fā)明目標(biāo)的高強度鋼板，必須含有相當(dāng)量的固溶強化元素C、N。 由此，為了解決鋼坯角部裂紋，不能采取減少C、N的量而提高Fe晶粒內(nèi)的延展性的方案。 因此，著眼于S、A1的量。這樣，減少S、A1的量的結(jié)果是，晶界上的MnS、AlN的析出得到了 抑制，能夠防止鋼坯角部裂紋的產(chǎn)生。S卩，著眼于固溶強化、結(jié)晶粒微細(xì)化強化的復(fù)合組合，實現(xiàn)使用C、N等固溶強化元 素的固溶強化，進(jìn)而實現(xiàn)由P、Mn引起的固溶強化及結(jié)晶粒微細(xì)化強化。由此，能夠得到 450 470MPa的屈服強度。而且，通過將S和/或Al的含量抑制在較低水平，即使含有較 多的C、N也能夠防止在連鑄中鋼坯角部的裂紋的產(chǎn)生。而且，由于上述鋼在高于800°C且低于900°C的范圍內(nèi)延展性降低，因此通過使連 鑄中鋼坯受到彎曲變形或拉直變形的區(qū)域(以下記作矯正帶)中的鋼坯角部溫度在該溫度 范圍之外，能夠更加確實地防止鋼坯角部裂紋的發(fā)生。如上所述，本發(fā)明中通過基于上述見解來控制成分，完成了高強度罐用鋼板。本發(fā)明基于以上見解而完成，其要點如下。[1] 一種高強度罐用鋼板，其特征在于，具有以質(zhì)量％計含有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及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，在Mnf = Mn [質(zhì) 量％ ]-1.71 XS[質(zhì)量％ ]時，Mnf為0.3 0.6，并且為不含珠光體組織的組織。[2]如[1]所述的高強度罐用鋼板，其中，以質(zhì)量％計，還含有S :0. 001 0.005% 和 / 或 Al 0. 01 0. 04%。[3]如[1]或[2]所述的高強度罐用鋼板，其中，210°C、20分鐘的涂裝燒結(jié)處理后 的屈服強度為450 470MPa。[4] 一種高強度罐用鋼板的制造方法，其特征在于，制造[1] [3]中任一項所述 的高強度罐用鋼板時，在通過垂直彎曲型或彎曲型的連鑄制造鋼坯的工序中，使對鋼坯施 加彎曲或拉直變形的區(qū)域中的鋼坯角部表面溫度為800°C以下或900°C以上，在冷軋后的 退火工序中，使退火溫度低于A1相變點。另外，在本說明書中，表示鋼的成分的％均表示質(zhì)量％。此外，在本發(fā)明中，“高強 度罐用鋼板”是指屈服強度為450MPa以上的罐用鋼板。
具體實施例方式以下，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明的罐用鋼板是屈服強度為450MPa以上的高強度罐用鋼板。由于由C、N 引起的固溶強化、由P、Mn引起的固溶強化、微細(xì)化強化，可以實現(xiàn)優(yōu)于現(xiàn)有的屈服強度為
4420MPa的罐用鋼板的高強度化。對本發(fā)明的罐用鋼板的成分組成進(jìn)行說明。C :0· 03 0.10%本發(fā)明的罐用鋼板，必須在連續(xù)退火、表面光軋、涂裝燒結(jié)后達(dá)到預(yù)定以上的強度 (屈服強度450MPa以上)。在制造滿足這些特性的鋼板時，作為固溶強化元素的C的添加 量很重要，將C含量的下限設(shè)為0. 03%。另一方面，當(dāng)C的添加量超過0. 10%時，即使將 S、A1量控制在后述的范圍內(nèi)也不能抑制鋼坯角部的裂紋，因此將上限設(shè)為0. 10%。優(yōu)選為 0. 04%以上且0. 07%以下。Si :0· 01 0.5%雖然Si是通過固溶強化使鋼高強度化的元素，但若大量添加會明顯損害耐腐蝕 性。因此，設(shè)為0.01%以上且0.5%以下。P :0· 001 0. 100%雖然P是固溶強化能力大的元素，但若大量添加則會明顯損害耐腐蝕性，因而將 上限設(shè)為0.100%。另一方面，要使P小于0.001%，脫磷成本會變得過高。因此，將P量的 下限設(shè)為0.001%。S :0· 001 0. 020%S是來自高爐原料的雜質(zhì)，與鋼中的Mn結(jié)合生成MnS。高溫下在晶界析出MnS時， 成為脆化的原因。另一方面，為了確保強度，必須添加Mn。必須通過降低S量來抑制MnS析 出，防止鋼坯角部的裂紋產(chǎn)生。因此，將S量的上限設(shè)為0.020%。優(yōu)選為0.005%以下。此 外，要使S小于0. 001 %，脫硫成本會變得過高。因此，將S量的下限設(shè)為0. 001 %。Al :0· 01 0. 10%Al作為脫氧劑起作用，是用于提高鋼的潔凈度的必需元素。但是，Al與鋼中的N 結(jié)合形成A1N。其與MnS同樣，在晶界偏析而成為高溫脆性的原因。在本發(fā)明中，為了確保 強度而含有大量N，因此為了防止脆化，必須將Al的含量抑制在較低水平。因此，將Al量的 上限設(shè)為0. 10%。優(yōu)選為0.04%以下。另一方面，在Al量小于0.01%的鋼中，存在脫氧不 充分的可能性。因此，將Al量的下限設(shè)為0.01%。N :0· 005 0. 012%N是有助于固溶強化的元素。為了發(fā)揮固溶強化的效果，優(yōu)選添加0.05%以上。另 一方面，若大量添加，則熱延展性變差，即使將S量控制在上述范圍內(nèi)也不能避免鋼坯角部 裂紋的產(chǎn)生。因此，將N含量的上限設(shè)為0.012%。Mn =Mnf = Mn [質(zhì)量％ ]_1· 71 XS [質(zhì)量％ ]時 Mnf 0. 3 0. 6Mn通過固溶強化增加鋼的強度，也減小結(jié)晶粒徑。但是，由于Mn與S結(jié)合形 成MnS，因此將有助于固溶強化的Mn量認(rèn)為是從添加Mn量中減去能夠形成MnS的Mn量 的量。考慮到Mn與S的原子量比，可以將有助于固溶強化的Mn量表示成Mnf = Mn[質(zhì) 量％ ]-1.71父5[質(zhì)量％]。為了顯著地產(chǎn)生減小結(jié)晶粒徑的效果，Mnf為0.3以上，為了確 保目標(biāo)強度，需要至少0.3的Mnf。因此，將Mnf的下限設(shè)為0.3。另一方面，Mnf過量時耐 腐蝕性變差。因此，將上限設(shè)為0.6。余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)。下面對組織的限定原因進(jìn)行說明。
使本發(fā)明的鋼不含珠光體組織。珠光體組織是指鐵素體相與滲碳體相層狀析出的 組織，存在粗大的珠光體組織時，由于應(yīng)力集中，會產(chǎn)生孔洞、裂紋，在小于A1相變點的溫度 范圍內(nèi)的延展性降低。3片飲料罐有時實施使罐體兩端部縮徑的縮徑加工。而且，為了卷緊 蓋及底，除縮徑加工以外還實施凸緣加工。當(dāng)常溫下的延展性不足時，進(jìn)行這些嚴(yán)苛加工時 鋼板會產(chǎn)生裂紋。因此，為了避免常溫延展性的降低，設(shè)為不含珠光體組織的組織。對本發(fā)明的罐用鋼板的制造方法進(jìn)行說明。研究本發(fā)明的具有上述成分組成的鋼的高溫延展性后發(fā)現(xiàn)，在高于800°C且低于 900°C下延展性降低。為了更加確實地防止鋼坯角部裂紋的產(chǎn)生，對連鑄的操作條件進(jìn)行調(diào) 整，優(yōu)選使矯正帶處的鋼坯角部表面溫度在上述溫度范圍之外。即，進(jìn)行連鑄以使矯正帶的 鋼坯角部表面溫度為800°C以下或900°C以上，從而制造鋼坯。然后，進(jìn)行熱軋。熱軋可以根據(jù)常法進(jìn)行。對熱軋后的板厚沒有特殊限定，但為了 減輕冷軋的負(fù)擔(dān)，優(yōu)選為2mm以下。終軋溫度、卷取溫度均沒有特殊限制，但為了形成均勻 的組織而優(yōu)選終軋溫度為850 930°C，為了防止鐵素體粒徑過度粗大化而優(yōu)選卷取溫度 為 550 650"C。接著，在進(jìn)行酸洗后進(jìn)行冷軋。冷軋優(yōu)選以80%以上的軋制率進(jìn)行。這是為了破 碎熱軋后生成的珠光體組織，若冷軋率小于80%則會殘留珠光體組織。因此，將冷軋的軋制 率設(shè)為80%以上。沒有規(guī)定軋制率的上限，但過大的軋制率使軋機的負(fù)荷過大，導(dǎo)致軋制不 良的發(fā)生，因此優(yōu)選為95%以下。冷軋后實施退火。將此時的退火溫度設(shè)為小于A1相變點。使退火溫度在A1相變 點以上時，在退火中生成奧氏體相，在退火后的冷卻過程中相變成珠光體組織。因此，將退 火溫度設(shè)為小于A1相變點。作為退火方法，可以使用連續(xù)退火、分批退火等公知的方法。退 火工序后，根據(jù)常法進(jìn)行表面光軋、鍍敷等。實施例使用實機轉(zhuǎn)爐熔煉含有表1所示成分組成且余量由Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的 鋼，通過垂直彎曲型的連鑄法，以1. SOmpm的鑄造速度得到鋼坯。此時，對于連鑄中鋼坯受 到彎曲變形的區(qū)域(上部矯正帶)及受到拉直變形的區(qū)域(下部矯正帶)，通過使其接觸熱 電偶來測定鋼坯角部的表面溫度。對角部產(chǎn)生了裂紋的鋼坯實施表面磨削(修整)，使裂紋 對之后的工序沒有影響。然后，將所得鋼坯在1250°C的溫度下再加熱后，在880 900°C的終軋溫度范圍內(nèi) 進(jìn)行熱軋，以20 40°C /s的冷卻速度進(jìn)行冷卻，直至卷取，并且在580 620°C的卷取溫 度范圍內(nèi)進(jìn)行卷取。然后，在酸洗后，以90%以上的軋制率進(jìn)行冷軋，制造厚0. 17 0. 2mm 的罐用鋼板。以加熱速度15°C/秒加熱所得罐用鋼板，在表1所示的退火溫度下進(jìn)行20秒的連 續(xù)退火。然后，在冷卻之后，以3%以下的軋制率實施表面光軋，連續(xù)實施通常的鍍鉻，得到 無錫鋼(tin free steel)。對如上得到的鍍敷鋼板(無錫鋼)進(jìn)行相當(dāng)于210°C、20分鐘的涂裝燒結(jié)的熱處 理，然后進(jìn)行拉伸試驗。具體而言，將鋼板加工成JIS5號試驗片而作為拉伸試驗片，使用英 斯特朗型試驗機(Instron tester)在IOmm/分鐘下進(jìn)行，測定屈服強度。此外，為了評價常溫延展性，還進(jìn)行了缺口拉伸試驗。將鋼板加工成平行部的寬度為12. 5mm、平行部的長度為60mm、標(biāo)距為25mm的拉伸試驗片，賦予平行部中央兩側(cè)深度為 2mm的V型缺口，用于拉伸試驗。將斷裂拉伸率為5%以上記為合格〇、將小于5%記為不 合格X。進(jìn)而，在上述熱處理后，對鋼板斷面進(jìn)行研磨，用硝酸乙醇溶液蝕刻結(jié)晶晶界后， 通過光學(xué)顯微鏡進(jìn)行組織觀察。將所得結(jié)果與條件一并示出于表1。
由表 1
化所需的450MP;
權(quán)利要求
一種高強度罐用鋼板，其特征在于，具有以質(zhì)量％計含有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及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，在Mnf＝Mn[質(zhì)量％] 1.71×S[質(zhì)量％]時，Mnf為0.3～0.6，并且為不含珠光體組織的組織。
2.如權(quán)利要求1所述的高強度罐用鋼板，其中，以質(zhì)量％計，還含有S:0.001 0. 005%和 / 或 Al 0. 01 0. 04%。
3.如權(quán)利要求1所述的高強度罐用鋼板，其中，210°C、20分鐘的涂裝燒結(jié)處理后的屈 服強度為450 470MPa。
4.如權(quán)利要求2所述的高強度罐用鋼板，其中，210°C、20分鐘的涂裝燒結(jié)處理后的屈 服強度為450 470MPa。
5.一種高強度罐用鋼板的制造方法，其特征在于，制造權(quán)利要求1 4中任一項所述的 高強度罐用鋼板時，在通過垂直彎曲型或彎曲型的連鑄制造鋼坯的工序中，使對鋼坯施加 彎曲或拉直變形的區(qū)域中的鋼坯角部表面溫度為800°C以下或900°C以上，在冷軋后的退 火工序中，使退火溫度低于A1相變點。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有450MPa以上的屈服強度且防止在連鑄工序中鋼坯角部產(chǎn)生裂紋的罐用鋼板及其制造方法。所述鋼板含有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及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，在Mnf＝Mn[質(zhì)量％]-1.71×S[質(zhì)量％]時，Mnf為0.3～0.6，并且是不含珠光體組織的組織。優(yōu)選S0.001～0.005％和/或Al0.01～0.04％。通過利用C、N等固溶強化元素的固溶強化、利用P、Mn的固溶強化及結(jié)晶粒微細(xì)化強化，得到450～470MPa的屈服強度。此外，通過將S和/或Al的含量抑制在較低水平，能夠防止鋼坯角部的裂紋產(chǎn)生。
文檔編號C21D9/46GK101978084SQ200980109649
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者小島克己, 巖佐浩樹, 田中匠, 荒谷誠 申請人:杰富意鋼鐵株式會社