專利名稱：極薄容器用鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于飲料罐等金屬容器的鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于以飲料罐和食品罐等為代表的容器用的鋼板來(lái)說(shuō)，為了容器的低成本化，鋼板朝薄壁化發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到0.2mm以下的原材料也適用的程度。用這樣的超薄材料制造容器的場(chǎng)合，明顯的問(wèn)題之一是容器的變形。
這不僅在容器的制造過(guò)程和充填內(nèi)容物后，在一般市場(chǎng)中對(duì)容器搬送時(shí)引起的外力作用下發(fā)生容器變形，而且由于容器內(nèi)部壓力的增減，即內(nèi)容物在加熱處理時(shí)的增壓和為了保持內(nèi)容物的減壓處理、或者由于碳酸飲料等內(nèi)容物所必須的增壓、以及在流通和保持過(guò)程中的溫度變化，均可引起容器的變形。
為了使耐變形性提高，不僅需要容器的設(shè)計(jì)，而且需要使用更加硬質(zhì)的材料作為原材料。但是，通常硬質(zhì)材料延展性較低，罐成形時(shí)引起材料破斷等的問(wèn)題。
而且，極薄材料與厚材料相比，在較低的形變就會(huì)引起破斷，因此對(duì)極薄材料來(lái)說(shuō)，要求具有厚壁材料以上的良好的延展性。并且，在罐成形時(shí)，有時(shí)鋼板在焊接后將焊縫區(qū)再次成形，在這種情況下，容易引起變形向特定的部位的集中，從這一點(diǎn)來(lái)看，良好的延展性也是必要的。
在退火以后的工序，作為不明顯阻礙延展性的高強(qiáng)度化方法，由退火時(shí)的氮化技術(shù)已經(jīng)在特開平08-170122號(hào)公報(bào)、特開平08-176788號(hào)公報(bào)、特開平2001-107148號(hào)公報(bào)、特開平2002-012948號(hào)公報(bào)等中公開。
但是，這些技術(shù)欠缺如下的觀點(diǎn)也考慮鋼板成分和氮化條件而針對(duì)極薄原材料最佳地控制特別是其表層和內(nèi)層的硬度。在利用上述技術(shù)以極薄原材料為基礎(chǔ)制罐的場(chǎng)合，原材料的罐成形性和罐的耐變形性不一定能夠滿足。
而且，為了利用罐的設(shè)計(jì)而確保罐強(qiáng)度，例如通過(guò)在罐筒部形成小的凹凸(焊道)、使彎曲剛性提高之類的技術(shù)已經(jīng)實(shí)用化。在這種情況下，因?yàn)榘纪沟男螤钣绊憦?qiáng)度，因此在原材料是軟質(zhì)或板厚較薄的場(chǎng)合，必須嚴(yán)格地進(jìn)行凹凸加工，但是由于該凹凸加工損傷表面處理皮膜，發(fā)生耐蝕性的劣化便成為問(wèn)題。如果使用硬質(zhì)材料，即使在將原材料薄壁化的狀態(tài)下也可以減小凹凸加工量，能夠避免耐蝕性的劣化，因此使用硬質(zhì)材料是優(yōu)選的，但是以前的硬質(zhì)材料的延展性不充分，在用于罐蓋的卷邊接縫的凸緣成形等中產(chǎn)生不適宜的情況，因此使用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于，解決上述那樣的現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，針對(duì)使用極薄原材料制造的容器所存在的變形問(wèn)題，提供一種鋼板及其制造方法，該鋼板通過(guò)使用氮化來(lái)控制原材料的表層以及內(nèi)層的材質(zhì)、從而使它們大幅度變化，而且即使在硬質(zhì)的場(chǎng)合仍具有良好延展性。
本發(fā)明人為了解決上述的課題，在特別研究了經(jīng)過(guò)氮化過(guò)程制造的板厚為0.4mm以下的鋼板的成分以及氮化條件與材質(zhì)的關(guān)系研究之后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將成分、特別是N量限定在特定范圍內(nèi)，而且最佳地調(diào)整氮化條件，能夠理想地控制材料的表層部以及內(nèi)層部的氮化物的形態(tài)，由此能夠大幅度地抑制以極薄鋼板為原材料的容器所存在的變形問(wèn)題。
即，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在冷軋后進(jìn)行氮化處理、使鋼中的氮含量增加而提高表面硬度，單憑這一點(diǎn)，罐的耐變形性并不是相應(yīng)地提高，為了采用極薄原材料使罐的耐變形性提高，存在必要的氮化條件，并發(fā)現(xiàn)了其控制方法，其要旨表示如下。
本發(fā)明的極薄容器用的鋼板的第1形態(tài)是，以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.600％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下，其中直徑為1μm～0.02μm的氮化物在鋼板的表層1/8厚度內(nèi)具有以數(shù)密度為0.2個(gè)/μm3以上存在的區(qū)域，且滿足下述式(A)。
(在鋼板的板厚1/8位置處的數(shù)密度)＞(在鋼板的板厚1/4位置處的數(shù)密度) (A)本發(fā)明的極薄容器用的鋼板的第2形態(tài)是，以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.600％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下，直徑為1μm～0.02μm的氮化物滿足下述式(B)。
(在鋼板的板厚1/20位置處的數(shù)密度)/(在鋼板的板厚1/4位置處的數(shù)密度)＞1.5 (B)根據(jù)本發(fā)明的極薄容器用的鋼板，不會(huì)犧牲容器的耐變形性和罐成形性中的之一，而能夠同時(shí)顯著提高容器的耐變形性和罐成形性兩者。特別在板厚0.400mm以下，能夠?qū)崿F(xiàn)顯著良好的罐特性。
對(duì)于本發(fā)明的極薄容器用的鋼板來(lái)說(shuō)，在鋼板的板厚1/4位置處的直徑為1μm～0.02μm的氮化物的數(shù)密度也可以為10個(gè)/μm3以下。
作為鋼成分，也可以以質(zhì)量％計(jì)還含有Ti0.08％以下、Nb0.08％以下、B0.015％以下、Cr2.0％以下之中的1種、2種或者更多種。
作為鋼成分，也可以還含有以質(zhì)量％計(jì)合計(jì)為0.1％以下的Sn、Sb、Mo、Ta、V、W。
鋼成分的剩余部分也可以為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的極薄容器用的鋼板的制造方法的第1形態(tài)是，對(duì)鋼進(jìn)行冷軋后，在與再結(jié)晶退火的同時(shí)或者再結(jié)晶退火后進(jìn)行氮化處理，在鋼板的表層1/8厚度內(nèi)形成直徑為1μm～0.02μm的氮化物以數(shù)密度為0.2個(gè)/μm3以上存在的區(qū)域，且將鋼板中的N以質(zhì)量％計(jì)設(shè)定為0.600％以下，其中所述鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.0300％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下。
本發(fā)明的極薄容器用的鋼板的制造方法的第2形態(tài)是，對(duì)鋼進(jìn)行冷軋后，在與再結(jié)晶退火的同時(shí)或者再結(jié)晶退火后進(jìn)行氮化處理，在鋼板的表層1/8厚度內(nèi)，直徑為1μm～0.02μm的氮化物滿足上述式(B)，且將鋼板中的N以質(zhì)量％設(shè)定為0.600％以下，其中所述鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.0300％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下。
本發(fā)明的極薄容器用的鋼板的制造方法的第3形態(tài)是，對(duì)鋼進(jìn)行冷軋后，在與再結(jié)晶退火的同時(shí)或者再結(jié)晶退火后進(jìn)行氮化處理，直徑為1μm～0.02μm的氮化物滿足下述式(C)，且將鋼板中的N以質(zhì)量％計(jì)設(shè)定為0.600％以下，其中所述鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.0300％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下。
(氮化處理后的在鋼板的板厚1/20位置處的數(shù)密度)/(氮化處理前的在鋼板的板厚1/20位置處的數(shù)密度)＞1.5 (C)根據(jù)本發(fā)明的極薄容器用的鋼板的制造方法，不會(huì)犧牲容器的耐變形性和罐成形性中的之一，而能夠以高生產(chǎn)率獲得可以同時(shí)顯著提高耐變形性和罐成形性兩者的極薄容器用的鋼板。特別在板厚為0.400mm以下，能夠以高生產(chǎn)率制造具有明顯良好的罐特性的極薄容器用的鋼板。
對(duì)于本發(fā)明的極薄容器用的鋼板的制造方法來(lái)說(shuō)，也可以是，對(duì)鋼進(jìn)行冷軋后，在與再結(jié)晶退火的同時(shí)或者再結(jié)晶退火后進(jìn)行氮化處理，在鋼板的板厚1/4位置處的直徑為1μm～0.02μm的氮化物的數(shù)密度為10個(gè)/μm3以下，且鋼板中的N以質(zhì)量％設(shè)定為0.600％以下，其中所述鋼以質(zhì)量％含有C0.0800％以下、N0.0300％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下、以及剩余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
也可以是，在與再結(jié)晶退火的同時(shí)或者再結(jié)晶退火后進(jìn)行氮化處理時(shí)，在鋼板溫度為550～800℃的狀態(tài)下、在含有0.02％以上的氨氣的氣氛中保持0.1秒鐘～360秒鐘以進(jìn)行氮化處理后，或者在550℃以上的溫度區(qū)將時(shí)間與溫度之積設(shè)定為48000(℃·秒)以下、或者將從550℃到300℃的平均冷卻速度設(shè)定為10℃/秒以上。
也可以是，在再結(jié)晶退火后，于氮化處理前或氮化處理后，進(jìn)行壓下率為20％以下的再次冷軋。


圖1是表示鋼板的厚度方向的位置的圖。
圖2是表示變形試驗(yàn)的模具壓入量與壓入載荷的關(guān)系的圖。
圖3是表示氮化時(shí)間與罐強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
圖4是表示氮化前后的氮化物數(shù)量之比與罐強(qiáng)度的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
首先，就本發(fā)明的鋼材成分進(jìn)行說(shuō)明。成分全部為質(zhì)量％。
為了避免加工性的劣化，C量的上限是必需的，設(shè)定為C0.0800％以下。優(yōu)選為0.0600％以下，更優(yōu)選為0.040％以下。
對(duì)于通過(guò)氮化使具有與C同樣的特性的N量增加的本發(fā)明鋼來(lái)說(shuō)，從確保強(qiáng)度的觀點(diǎn)來(lái)看，即使需要的C含量低也沒(méi)有關(guān)系。即使C為0.0050％以下時(shí)，也能夠確保必需的強(qiáng)度，為0.0020％以下也沒(méi)有關(guān)系。當(dāng)為0.0015％以下時(shí)，也與氮化量保持均衡，也能夠制造極軟質(zhì)材料。在使r值提高、保持較高拉深成形性的意義上來(lái)說(shuō)，C量低一些較為優(yōu)選。
為了避免加工性的劣化，氮化前的N量的上限是必需的，設(shè)定為N0.0300％以下。優(yōu)選為N0.0200％以下，更優(yōu)選為N0.0150％以下，再優(yōu)選為N0.0100％以下，又優(yōu)選為N0.0100％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為N0.0050％以下，還優(yōu)選為N0.0030％以下。在使r值提高、保持較高拉深成形性的意義上來(lái)說(shuō)，優(yōu)選氮化前的N量低一些。需要注意的是，為了賦予罐的耐變形性效果，象后述那樣通過(guò)氮化而含有的N以隨鋼板的板厚位置的不同而不同的N量存在，與氮化前存在的N的效果多少有些差異。
除為了避免加工性的劣化以外，還為了避免鍍層等的表面處理性的劣化，氮化后的N量的上限也是必需的，設(shè)定為N0.600％以下。優(yōu)選為N0.300％以下，更優(yōu)選為N0.150％以下，再優(yōu)選為N0.100％以下，進(jìn)一步優(yōu)選為N0.050％以下，還優(yōu)選為N0.030％以下。但是，在使氮化的硬化部更加硬質(zhì)化的意義上來(lái)說(shuō)，毫無(wú)疑問(wèn)，優(yōu)選N量高一些。
Si為了調(diào)整強(qiáng)度而添加，但是過(guò)多時(shí)加工性劣化，因此設(shè)定為2.0％以下。在本發(fā)明鋼中，在結(jié)晶的晶界，Si與通過(guò)氮化而浸入到鋼中的N形成氮化物，不僅引起脆性裂紋，也損害本發(fā)明的效果的情況也存在，因此有時(shí)需要控制為1.5％以下，進(jìn)而需要控制為1.0％以下。特別在保持高成形性的意義上來(lái)說(shuō)，Si量低一些較為優(yōu)選，通過(guò)設(shè)定為0.5％以下，進(jìn)而設(shè)定為0.1％以下，從而成形性提高。
Mn為了調(diào)整強(qiáng)度而添加，但是過(guò)多時(shí)加工性劣化，因此設(shè)定為2.0％以下。在確保提高成形性的意義上來(lái)說(shuō)，Mn低一些較為優(yōu)選，通過(guò)設(shè)定為0.6％以下，進(jìn)而設(shè)定為0.2％以下，從而成形性提高。
P為了調(diào)整強(qiáng)度而添加，但是過(guò)多時(shí)加工性劣化，因此設(shè)定為0.1 0％以下。在確保提高成形性的意義上來(lái)說(shuō)，P低一些較為優(yōu)選，設(shè)定為0.05％以下、進(jìn)而設(shè)定為0.01％以下，從而成形性提高。
S使熱軋延展性劣化，成為阻礙鑄造和熱軋的要因，因此設(shè)定為0.05％以下。在確保提高成形性的意義上來(lái)說(shuō)，S低一些較為優(yōu)選，通過(guò)設(shè)定為0.02％以下、進(jìn)而設(shè)定0.01％以下，從而成形性提高。
Al是為了脫氧而添加的元素，但是當(dāng)添加量高時(shí)鑄造變得困難，存在表面的瑕疵增加等害處，因此設(shè)定為2.0％以下。而且當(dāng)Al量高到0.2％以上時(shí)，與通過(guò)氮化而浸入到鋼板中的N相結(jié)合，在鋼中生成大量的AlN，也具有使氮化部硬化的效果。從在氮化程度低的鋼板的板厚中心部保持高的成形性的意義上來(lái)說(shuō)，Al量低一些較為優(yōu)選，通過(guò)設(shè)定為0.2％以下、進(jìn)而設(shè)定為0.1％以下，從而氮化程度低的部位的成形性提高。
除了以上的基本元素以外，對(duì)于通常的容器用的鋼板考慮的元素效果及其控制，描述如下。
Ti提高鋼板的再結(jié)晶溫度，使本發(fā)明的目標(biāo)極薄鋼板的退火通行性顯著劣化。因此設(shè)定為0.080％以下。在不特別需要高r值的通常的用途中，不必添加Ti，優(yōu)選設(shè)定為0.04％以下，更優(yōu)選設(shè)定為0.01％以下。在氮化前固溶于鋼中的Ti與通過(guò)氮化而浸入到鋼中的N相結(jié)合，在鋼中形成微細(xì)的TiN，使氮化部硬化的效果增強(qiáng)。因此，在氮化的程度低的鋼板板厚中心層中材質(zhì)的硬化有時(shí)出現(xiàn)比所需要的更高，所以在需要得到軟質(zhì)的鋼板的場(chǎng)合，Ti量低一些較為優(yōu)選，通過(guò)設(shè)定為0.005％以下，進(jìn)而設(shè)定為0.003％以下，從而能夠抑制鋼板意想不到的硬化。
Nb與Ti具有同樣的影響，提高再結(jié)晶溫度，使本發(fā)明的目標(biāo)極薄鋼板的通行性明顯劣化。因此設(shè)定為0.08％以下。對(duì)于不特別要求高r值的通常的用途，沒(méi)有必要添加Nb，優(yōu)選將其設(shè)定為0.04％以下，更優(yōu)選為0.01％以下。在氮化前固溶于鋼中的Nb與通過(guò)氮化而浸入到鋼中的N相結(jié)合，在鋼中形成微細(xì)的NbN，使氮化部的硬化效果增強(qiáng)。因此，在氮化的程度低的鋼板板厚中心層中材質(zhì)的硬化有時(shí)出現(xiàn)比所需要的更高，所以在需要得到軟質(zhì)的鋼板的場(chǎng)合，Nb量低一些較為優(yōu)選，通過(guò)設(shè)定為0.005％以下，進(jìn)而設(shè)定為0.003％以下，從而能夠抑制鋼板意想不到的硬化。
B在添加到含有0.01％左右以上的Ti、Nb的鋼板中的場(chǎng)合，提高再結(jié)晶溫度，使本發(fā)明的目標(biāo)極薄鋼板的退火通行性明顯劣化，但在Ti、Nb的含量少的場(chǎng)合，在這一方面的不良影響減小，反而可降低再結(jié)晶溫度，因此能夠低溫下進(jìn)行再結(jié)晶退火，也具有使退火通行性提高的效果，所以也可以積極地添加。但是，過(guò)剩地添加，在鑄造時(shí)鑄坯的裂紋顯著，所以上限設(shè)定為0.015％。出于使再結(jié)晶溫度降低、使退火通行性提高的目的，與氮化前的N含量的關(guān)系為B/N＝0.6～1.5即足夠了。在氮化前固溶于鋼中的B與通過(guò)氮化而浸入到鋼中的N相結(jié)合，形成微細(xì)的BN，使氮化部的硬化效果增強(qiáng)。在運(yùn)用該BN所引起的表層硬化的場(chǎng)合，氮化前的B含量與N量之比優(yōu)選為B/N＞0.8。在該比值為1.5以上、進(jìn)而為2.5以上時(shí)由BN形成而引起的硬化變得顯著。另一方面，由于BN形成的原因，有時(shí)材質(zhì)硬化出現(xiàn)比所需要的更高，從而使成形性劣化，因此需要注意。在本發(fā)明鋼中，不特別運(yùn)用由BN形成而引起的硬化時(shí)，氮化前的含B量與含N量之比為B/N＜0.8即可，更嚴(yán)格地說(shuō)為B/N＜0.1即可。
氮化前固溶于鋼中的Cr與通過(guò)氮化而浸入到鋼中的N相結(jié)合，在鋼中形成微細(xì)的Cr氮化物，具有使氮化部硬化的效果。因此，有時(shí)材質(zhì)硬化也出現(xiàn)比所需要的更高，反之，運(yùn)用該氮化物也能夠有效地提高氮化部的硬度。出于這一目的，優(yōu)選添加0.01％以上的Cr。但是，另一方面，Cr提高鋼板的再結(jié)晶溫度，過(guò)剩地添加時(shí)有時(shí)使極薄鋼板的退火通行性顯著地劣化。為了避免因再結(jié)晶溫度的上升而引起的退火通行性的降低，優(yōu)選設(shè)定為2.0％以下，當(dāng)為0.6％以下時(shí)，再結(jié)晶溫度的上升能夠抑制在實(shí)用上沒(méi)問(wèn)題的程度。
而且，為了賦予提高耐蝕性等本發(fā)明沒(méi)有規(guī)定的特性，能夠添加Cr、Ni、Cu等，但過(guò)剩地添加有時(shí)使本發(fā)明鋼需要的氮化能力降低，因此分別優(yōu)選設(shè)定為Cr30％以下、Ni15％以下、Cu5％以下，更優(yōu)選必須分別控制為Cr15％以下、Ni5％以下、Cu2％以下。
此外，為了賦予本發(fā)明中沒(méi)有規(guī)定的特性，能夠含有合計(jì)為0.1％以下的Sn、Sb、Mo、Ta、V、W，但是過(guò)剩地添加時(shí)有時(shí)使本發(fā)明鋼必需的氮化能力降低，因此需要注意。特別是Sn、Sb的含有有時(shí)使氮化效率降低，因此在適用氮化而進(jìn)行氮化物的控制的場(chǎng)合應(yīng)該注意。關(guān)于Sn、Sb，為了不顯著地妨礙氮化效率，分別設(shè)定為0.06％以下，優(yōu)選設(shè)定為0.02％以下。
在此，關(guān)于本說(shuō)明書中使用的鋼板板厚方向的部位的區(qū)分，運(yùn)用圖1進(jìn)行說(shuō)明。
所謂“表層1/8厚度”，表示圖1中的對(duì)應(yīng)區(qū)域。而且，對(duì)應(yīng)于“表層1/8厚度”的區(qū)域存在于鋼板的兩個(gè)表面上，但是在本發(fā)明中以對(duì)其中的任一面都符合本發(fā)明的限定范圍作為對(duì)象。通過(guò)氮化的方法和氮化前的表面處理、以及氮化后的某些處理，使表和里的氮化物分布發(fā)生變化是比較容易的。在本發(fā)明中，這樣的表里不同表層的鋼板也作為對(duì)象。這是因?yàn)榧词怪辉谝幻嬉材軌虻玫奖景l(fā)明的目標(biāo)的耐變形性的緣故。
所謂“板厚1/8位置”，表示圖1中的對(duì)應(yīng)位置。而且“板厚1/4位置”，表示圖1中的對(duì)應(yīng)位置。與這些對(duì)應(yīng)的位置存在于鋼板的兩表面上，但在本發(fā)明以對(duì)于其中的任一面都符合本發(fā)明的限定范圍作為對(duì)象。
通過(guò)氮化的方法和氮化前的表面處理、以及氮化后的某些處理，使表和里的氮化物分布發(fā)生變化是比較容易的，在本發(fā)明中，這樣的表里不同表層的鋼板也作為對(duì)象。這是因?yàn)榧词怪辉谝幻嬉材軌虻玫奖景l(fā)明的目標(biāo)的耐變形性的緣故。
盡管圖中沒(méi)有表示出，但“板厚1/20位置”與“板厚1/8位置”類似，是指距離鋼板表面為板厚的20分之一的深度的位置。
在本發(fā)明中，規(guī)定了鋼板的板厚方向的特定的位置或特定層內(nèi)存在的氮化物尺寸以及數(shù)密度。對(duì)于存在的析出物，采用電子顯微鏡等的衍射圖譜和附設(shè)的X射線分析儀等能夠進(jìn)行鑒別。當(dāng)然，根據(jù)除此以外的化學(xué)分析等方法進(jìn)行鑒別也是可以的。在本發(fā)明中作為對(duì)象的氮化物的平均直徑為1.0μm以下。
在這以上氮化物的尺寸不僅顯著降低高強(qiáng)度化的效率，成為加工時(shí)裂紋的起點(diǎn)，使延展性劣化，同時(shí)在粗大的氮化物暴露在鋼板表面的場(chǎng)合，對(duì)鍍層等的表面處理產(chǎn)生不良的影響。從這些特性的觀點(diǎn)來(lái)看，該平均直徑優(yōu)選為0.40μm以下，更優(yōu)選為0.20μm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為0.10μm以下。它們的直徑以及后述的數(shù)密度能夠通過(guò)例如電子顯微鏡觀察進(jìn)行定量。
從同時(shí)能夠高強(qiáng)度化和保持加工性的觀點(diǎn)來(lái)看，該氮化物尺寸和數(shù)密度的控制是非常重要的。這是因?yàn)樗鼈儾粌H影響強(qiáng)度以及加工性、使它們改變時(shí)其強(qiáng)度或加工性變化時(shí)的行為不同的緣故。即，控制在強(qiáng)度升高效果較高、加工性劣化效率較低的范圍是必要的。為此，在上述的450～700℃的溫度范圍，適當(dāng)控制溫度和時(shí)間以及剛剛要進(jìn)入該溫度區(qū)之前的冷卻速度(簡(jiǎn)稱為冷速)等是有效的，這一影響在通常的條件下與一般的析出物形成是同樣的。
即，越是高冷卻速度和低溫，氮化物的尺寸越微細(xì)，且成為高密度，隨著長(zhǎng)時(shí)間化，其尺寸粗大化。
另外，也以不是氮化物單獨(dú)的析出物，而是以氧化物和碳化物、以及硫化物等復(fù)合析出的場(chǎng)合作為對(duì)象。在形成復(fù)合析出物的場(chǎng)合，將一個(gè)析出物的種類以及各化合物的尺寸特定很困難，除了一個(gè)析出物為氮化物的部分與其它析出物可明顯地區(qū)分的場(chǎng)合以外，判定為一個(gè)氮化物。
在本發(fā)明中基本上將SPEED法得到的氮化物萃取復(fù)型(extractionreplica)通過(guò)帶EDX的電子顯微鏡進(jìn)行觀察，在認(rèn)為氮化物非常微細(xì)而不能良好萃取的場(chǎng)合，用透射電子顯微鏡觀察薄膜也可以。組成的判定用EDX進(jìn)行分析，將主要觀察到的非金屬元素為N的場(chǎng)合定為氮化物。而且，即使在因?yàn)槌叽缧《沟肗的特性譜線不夠清楚時(shí)，F(xiàn)e、Ti、Nb、B、Cr等能夠被檢測(cè)且不能觀察到O、S等的清楚的譜線，而且從與能夠特定為氮化物的其它析出物的形態(tài)比較中大致能判斷為氮化物的析出物在本發(fā)明中也考慮為氮化物。而且對(duì)析出物的定性，使用電子束衍射圖譜等也可以。氮化物的鑒定不采用EDX和電子衍射圖譜的手法、而使用提高即時(shí)性能顯著的分析儀器也沒(méi)關(guān)系。問(wèn)題在于，析出物的種類和尺寸以及數(shù)密度通過(guò)被認(rèn)為妥當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)決定即可。盡管認(rèn)為，有時(shí)對(duì)于析出物而言，判別是碳化物或是氮化物是困難的，但是采用通常的分析儀器不能妥當(dāng)?shù)嘏卸ǖ奈龀鑫锏姆N類的情況被排除在本發(fā)明之外。尺寸非常細(xì)小、采用通常的EDX譜線和通常的分析設(shè)備不可能定性的析出物排除在本發(fā)明中要考慮的氮化物之外。本發(fā)明申請(qǐng)時(shí)發(fā)明人采用通常使用的分析設(shè)備，該最小尺寸大約為0.02μm，因此在本發(fā)明中將0.02μm設(shè)定為下限。使用更高度的分析設(shè)備考慮到更微細(xì)的氮化物時(shí)，數(shù)密度增加是當(dāng)然的。
還可以認(rèn)為，在采用本發(fā)明人沒(méi)有使用經(jīng)驗(yàn)的設(shè)備清晰看到每個(gè)原子的排列的場(chǎng)合，由于也包括了將N與金屬原子的超微細(xì)的原子締合體到何種程度判斷為氮化物的問(wèn)題，所以將對(duì)象氮化物的尺寸的下限明確表示出是重要的。
氮化物的直徑以及數(shù)量根據(jù)對(duì)無(wú)偏置的程度的視場(chǎng)進(jìn)行計(jì)測(cè)。對(duì)于本發(fā)明，設(shè)定倍率以使得在一個(gè)視場(chǎng)內(nèi)使作為對(duì)象的直徑的氮化物的數(shù)量為500個(gè)，隨意選擇10個(gè)視場(chǎng)，對(duì)于數(shù)密度來(lái)說(shuō)，以對(duì)象氮化物數(shù)量除以當(dāng)時(shí)的視場(chǎng)面積和根據(jù)SPEED法得到的電解厚度，其平均顆粒直徑為各個(gè)氮化物的粒徑的合計(jì)除以個(gè)數(shù)。在此，毫無(wú)疑問(wèn)，視場(chǎng)內(nèi)的對(duì)象氮化物全部進(jìn)行計(jì)測(cè)是必要的。而且，使用圖象解析等也可以求出氮化物數(shù)和直徑。
另外，有時(shí)看到形狀發(fā)生延伸，對(duì)形狀不是等軸的析出物，取長(zhǎng)軸直徑與短軸直徑的平均值作為析出物的直徑。
析出物的數(shù)密度在復(fù)型制作過(guò)程的電解工序中，將試樣表面通電的總電荷按照如下進(jìn)行計(jì)算作為Fe的2價(jià)離子(Fe2+)被電解鋼板時(shí)所消費(fèi)，電解時(shí)作為殘?jiān)鼩埩舻奈龀鑫锿耆惠腿?fù)型捕捉而計(jì)算。例如，在復(fù)型制作中，若對(duì)試樣表面積以50C(庫(kù)侖)/cm2的電量進(jìn)行電解，則從試樣表面到18μm厚度內(nèi)的析出物可在復(fù)型上觀察。但是，測(cè)定對(duì)象的鋼板非常薄的場(chǎng)合，例如匯總18μm厚度內(nèi)存在的析出物進(jìn)行觀察時(shí)，觀測(cè)位置相當(dāng)于板厚多厚的位置并不清楚，本發(fā)明規(guī)定的“1/8厚度”、或“1/4位置”、“1/8位置”、“1/20位置”等的規(guī)定的意義出現(xiàn)含混不清，因此SPEED法中的電解厚度并不限定在18μm。理想地，必須觀察存在于厚度0的面上的析出物，但是這產(chǎn)生測(cè)定誤差增大的危險(xiǎn)。盡管取決于板厚，但電解厚度必須為5～20μm左右，進(jìn)行研磨以使得對(duì)象板厚位置應(yīng)該為電解部的厚度中心。
也可以是，不從鋼板表面向板厚方向進(jìn)行電解，而從板厚斷面向板面內(nèi)的方向進(jìn)行，制作包括板厚方向的信息之類的復(fù)型，測(cè)定該復(fù)型上的氮化物的數(shù)密度在板厚方向的分布，從該分布決定特定的板厚位置的氮化物的數(shù)密度。
以下，對(duì)本發(fā)明的重要的要件即氮化的狀態(tài)進(jìn)行描述。作為本發(fā)明的對(duì)象的技術(shù)，基本上可以適用本發(fā)明人在特願(yuàn)2002-337647號(hào)中所申請(qǐng)的適宜控制表層與中心層的成分和材質(zhì)的罐特性優(yōu)良的容器用極薄鋼板，顯示極其優(yōu)良的效果，但并不限于此。
但是，在本發(fā)明的描述中，主要運(yùn)用“表層1/8厚度”的區(qū)域內(nèi)、以及“板厚1/20位置”、“板厚1/8位置”、“板厚1/4位置”的氮化物的狀態(tài)，由此將板厚位置的氮化物控制為不同的狀態(tài)，是本發(fā)明的主要的效果，通過(guò)這樣控制氮化物的狀態(tài)，能夠得到比特願(yuàn)2002-337647號(hào)更好的效果。
這是遵循容器用極薄材表層部的狀態(tài)對(duì)作為罐的利用特性方面是重要的這一見(jiàn)解，在表示板厚方向具有特性波動(dòng)的鋼板的析出物的分布狀態(tài)的方面，運(yùn)用板厚位置的氮化物的尺寸與數(shù)密度。
本發(fā)明主要是與中心部相比較，使表層部的氮化物量更多并使其微細(xì)彌散分布，本發(fā)明從設(shè)想為制造方法之一的一般氮化方法考慮，設(shè)想基本上鋼板表面優(yōu)先被氮化、伴隨氮化生成的氮化物的量與中心部相比肯定增加。并且，此時(shí)形成的氮化物從本發(fā)明的目的來(lái)看，粗大的氮化物說(shuō)起來(lái)并不優(yōu)選，根據(jù)氮化后的熱過(guò)程、特別是冷卻條件等使其微細(xì)彌散分布較為優(yōu)選，因此在本發(fā)明中對(duì)微細(xì)氮化物進(jìn)行控制。
這樣，本發(fā)明的特征之一是使得在鋼板板厚位置處的氮化物的狀態(tài)具有差異。該差異對(duì)于本發(fā)明的目標(biāo)氮化物來(lái)說(shuō)，鋼板的(表層1/8厚度)內(nèi)具有以數(shù)密度為0.2個(gè)/μm3以上存在的區(qū)域，且通過(guò)(鋼板的(板厚1/8位置處)的數(shù)密度)＞(鋼板的(板厚1/4位置處)的數(shù)密度)來(lái)限定。氮化物的數(shù)密度在N含量與氮化物的尺寸關(guān)系方面所能選取的范圍受到限制，優(yōu)選為0.2個(gè)/μm3以上，更優(yōu)選為2個(gè)/μm3以上，當(dāng)設(shè)定為20個(gè)/μm3以上、進(jìn)而200個(gè)/μm3以上、甚至為1000個(gè)/μm3以上時(shí)，在硬化方面非常有效。
可以規(guī)定(鋼板的(板厚1/20位置處)的數(shù)密度)/(鋼板的(板厚1/4位置處)的數(shù)密度)的比值，該比值大于1.5，優(yōu)選為3以上，更優(yōu)選為6以上，再優(yōu)選為10以上，進(jìn)一步優(yōu)選為30以上，還優(yōu)選為100以上。在該比值較小時(shí)，本發(fā)明的效果減小，不能得到目標(biāo)的鋼板。而且，在使用氮化作為這樣地使表層部的氮化物的數(shù)密度增加的方法時(shí)，也能夠以(氮化處理后的鋼板的(板厚1/20位置處)的數(shù)密度)/(氮化處理前的鋼板的(板厚1/20位置處)的數(shù)密度)加以規(guī)定。在這種情況下，與上述同樣，該比值大于1.5，優(yōu)選為3以上，更優(yōu)選為6以上，再優(yōu)選為10以上，進(jìn)一步優(yōu)選為30以上，還優(yōu)選為100以上。毫無(wú)疑問(wèn)，該比值越大，基本上本發(fā)明的效果也越大。
本發(fā)明的主要控制目的在于與鋼板中心層相比，鋼板表層大量地彌散分布微細(xì)的氮化物，由此清楚表明，在鋼板中心層大量地彌散分布微細(xì)的氮化物，從更好地獲得本發(fā)明的效果的觀點(diǎn)來(lái)看，并不優(yōu)選。為了使本發(fā)明的效果顯著，鋼板的(板厚1/4位置處)的直徑為1μm～0.02μm的氮化物數(shù)密度優(yōu)選為10個(gè)/μm3以下。
其次，關(guān)于氮化條件進(jìn)行描述。本發(fā)明的氮化處理與冷軋后的再結(jié)晶退火同時(shí)進(jìn)行或者在其后與再結(jié)晶退火連續(xù)地進(jìn)行，從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)是恰好的，沒(méi)有特別地限制。退火的方法無(wú)論分批退火或連續(xù)退火都可以使用。
但是，從氮化處理的生產(chǎn)率以及氮化材的卷材內(nèi)材質(zhì)的均勻性的觀點(diǎn)考慮，連續(xù)退火方法有利得多。如本發(fā)明規(guī)定的那樣，為了控制表內(nèi)層的材質(zhì)、得到較大的效果，氮化時(shí)間以及其后的熱過(guò)程的長(zhǎng)時(shí)間化是不利的，所以至少氮化處理用連續(xù)退火設(shè)備進(jìn)行較為優(yōu)選。在沒(méi)有特殊理由的場(chǎng)合，應(yīng)該使用連續(xù)退火。特別在連續(xù)退火工序中，部分地控制爐中的氣氛，在前半部進(jìn)行再結(jié)晶、后半部進(jìn)行氮化的工序中，具有生產(chǎn)率高和材質(zhì)的均勻性、以及氮化狀態(tài)的控制容易等很多的優(yōu)點(diǎn)。
再結(jié)晶結(jié)束之前進(jìn)行氮化處理時(shí)，再結(jié)晶被顯著抑制，殘留未再結(jié)晶組織，有時(shí)引起加工性的顯著劣化，必須要注意。這一界限由鋼成分和氮化條件、以及再結(jié)晶退火條件等復(fù)雜地決定，但是對(duì)于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，適度嘗試未再結(jié)晶組織不殘存的條件后很容易發(fā)現(xiàn)這一界限。
氮化處理必須考慮下述方面進(jìn)行決定，即不僅考慮由于氮化引起的鋼板的N量增加、也要考慮鋼成分和再結(jié)晶退火條件、還要考慮氧化后的熱過(guò)程等、并考慮N從鋼板表面向內(nèi)部的擴(kuò)散以及板厚斷面中的氮化物變化等進(jìn)行決定。若只是以單純由洛氏硬度和抗拉強(qiáng)度等決定的材質(zhì)作為指標(biāo)，則不能得到本發(fā)明的目標(biāo)的理想的耐變形性。
這一條件在實(shí)際操作中必須參考適當(dāng)次數(shù)的嘗試而再進(jìn)行決定，基本的想法如以下所述，據(jù)此規(guī)定本發(fā)明。即，氮化需要在板溫為550～800℃的狀態(tài)下進(jìn)行。這也可以是，象通常的退火那樣，將氮化氣氛控制為這一溫度，使鋼板通過(guò)該氣氛中，從而將板溫控制為該范圍內(nèi)，同時(shí)進(jìn)行氮化；也可以是，將氮化氣氛控制為更低一些的溫度，使加熱到該范圍的溫度的鋼板進(jìn)入其中而進(jìn)行氮化。
在氮化氣氛上升到該溫度的場(chǎng)合，有時(shí)由于與氮化無(wú)關(guān)的氣氛的變質(zhì)以及分解而導(dǎo)致鋼板的氮化效率降低，因此設(shè)定為550～750℃。優(yōu)選為600～700℃，更優(yōu)選為630～680℃。
氮化氣氛中以體積比計(jì)含有氮?dú)鉃?0％以上、優(yōu)選為20％以上、更優(yōu)選為40％以上、還優(yōu)選為60％以上；根據(jù)需要還含氫氣為90％以下、更優(yōu)選為80％以下、再優(yōu)選為60％以下、還優(yōu)選為20％以下；并且根據(jù)需要還含有氨氣為0.02％以上；剩余氣體為氧氣、氫氣、二氧化碳?xì)?、碳化氫氣或各種惰性氣體等。特別是因?yàn)榘睔馓岣叩?，因此效率提高、在短時(shí)間能夠得到規(guī)定的氮化量，所以能夠抑制N向鋼板中心的擴(kuò)散，能夠得到對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)是優(yōu)選的效果。該效果在為0.02％以下時(shí)也很充分，但是優(yōu)選為0.1％以上、更優(yōu)選為0.2％以上、再優(yōu)選為1.0％以上、進(jìn)一步優(yōu)選為5％以上。如果為10％以上，即使進(jìn)行5秒鐘以下的氮化處理，也能夠得到充分的效果，如果為20％以上，進(jìn)而為40％以上，盡管取決于氮化溫度和板厚，但用1秒鐘或1秒以下的短時(shí)間即可得到明確的效果。
從氮化效率的觀點(diǎn)來(lái)看，除了氨氣以外的氣體的比率，在特別氮?dú)馀c氫氣為主要?dú)怏w的場(chǎng)合，以體積計(jì)(氮?dú)?/(氫氣)之比為1以上較為優(yōu)選，該比值為2以上時(shí)更高效率的氮化成為可能。
對(duì)于通常的退火來(lái)說(shuō)，是在以氮?dú)夂蜌錃庾鳛橹黧w的氣氛中以不氮化的條件進(jìn)行退火。對(duì)于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，不限于上述氨氣的混入，根據(jù)露點(diǎn)的變更和一點(diǎn)點(diǎn)微量氣體的混入、以及氣體比率的變更等引起氮化的條件變更在適當(dāng)?shù)膰L試后也是可能的。至少將通過(guò)包括退火的熱處理進(jìn)行的氮化能夠由目前分析能力檢測(cè)的情況作為本發(fā)明的對(duì)象。
在氮化氣氛的保持時(shí)間沒(méi)有特別的限制，就550℃以上這一本發(fā)明的溫度條件而言，若考慮最大為0.400mm的鋼板厚度，保持過(guò)程中的鋼中由于N的擴(kuò)散，通過(guò)氮化而從鋼板表面進(jìn)入的N到達(dá)鋼板中心層，考慮到不能得到本發(fā)明目標(biāo)的N分布或氮化物分布，優(yōu)選將360秒鐘作為上限。而且，即便使氮化效率提高，為了得到本發(fā)明所需要的氮化量以及鋼板的板厚方向的氮以及硬度分布，0.1秒也是必要的。優(yōu)選為1～60秒、再優(yōu)選為2～20秒、還優(yōu)選為3～10秒。
為了控制鋼板板厚方向的氮化物分布，氮化后的鋼板的熱過(guò)程也變得重要。當(dāng)考慮到對(duì)象鋼板的板厚以及鋼中氮的擴(kuò)散以及氮化物形成和長(zhǎng)大時(shí)，在高溫下長(zhǎng)時(shí)間保持并不優(yōu)選。
但是，通過(guò)利用該熱處理使氮分布適當(dāng)且平滑，本發(fā)明的效果也可能更加顯著。因此，在550℃以上的溫度區(qū)的熱過(guò)程是重要的，在該溫度區(qū)的溫度與時(shí)間之積優(yōu)選為48000以下。這相當(dāng)于在600℃氮化80秒、在800℃氮化60秒，在溫度連續(xù)變化時(shí)也能夠通過(guò)下列方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，以使得其效果被適當(dāng)?shù)卦u(píng)價(jià)每隔5秒左右劃分各個(gè)時(shí)間區(qū)，記錄溫度變化，通過(guò)求出各區(qū)域的溫度與時(shí)間之積的和。
當(dāng)然，劃分具有某一溫度幅的溫度區(qū)而進(jìn)行評(píng)價(jià)也可以。優(yōu)選為24000以下、再優(yōu)選為12000以下、還優(yōu)選為6000以下，通常優(yōu)選的是設(shè)定氮化條件，在氮化終了時(shí)大致決定鋼中氮的分布，在隨后的冷卻過(guò)程控制氮化物的生成。
本發(fā)明的目標(biāo)氮化主要在大量的N固溶的狀態(tài)下進(jìn)行，大量的氮化物伴隨其后的溫度降低而發(fā)生，因此氮化后的冷卻工序的控制是重要的。與該冷卻工序的熱過(guò)程有關(guān)，氮化后的冷卻速度對(duì)發(fā)明的效果有很大影響。
即，即使在氮分布幾乎不變的低溫短時(shí)間內(nèi)，冷卻過(guò)程中的氮化物的形成狀態(tài)有時(shí)也發(fā)生很大變化。從550℃到300℃的平均冷卻速度為10℃/s以上時(shí)，特別是與中心層相比，在氮濃度較高、冷卻速度較快的表層部，能夠生成大量的微細(xì)的氮化物。優(yōu)選的冷卻速度為20℃/s以上，更優(yōu)選為50℃/s以上。但是，如果冷卻速度過(guò)快，會(huì)過(guò)多殘存固溶氮，根據(jù)不同用途，有時(shí)時(shí)效性成為問(wèn)題，所以必須要注意。
對(duì)于薄壁的容器用的鋼板的制造，為了調(diào)整硬度和板厚，在再結(jié)晶退火后有時(shí)進(jìn)行再次冷軋。其壓下率從與為了板形調(diào)整而進(jìn)行的平整軋制接近的數(shù)％左右到與冷軋一樣的50％以上，已經(jīng)實(shí)用化。
在本發(fā)明中，與以往的鋼一樣，也可以適用再次冷軋。如果單純地考慮，可以認(rèn)為，當(dāng)表層硬、內(nèi)層軟的本發(fā)明鋼適用再次冷軋時(shí)，只是軟的內(nèi)層優(yōu)先被加工硬化，作為本發(fā)明的特征的板厚方向的硬度分布的變化消失，但事實(shí)與此相反。即，對(duì)于本發(fā)明鋼，如果是通常程度的再次冷軋，通過(guò)再次冷軋，反而N含量高的硬質(zhì)的表層部?jī)?yōu)先硬化，作為本發(fā)明的特征的表層與內(nèi)層的硬度差更加明顯。這是因?yàn)椋韺佑捎诖罅康墓倘躈以及氮化物而容易加工硬化，另一方面由于內(nèi)層受表層的拘束作用而不能優(yōu)先變形，從而不會(huì)選擇硬化以便大為超過(guò)表層。
可以說(shuō)，如果再次冷軋率顯著提高，鋼板自身將充分硬化，如本發(fā)明的技術(shù)那樣，即使不控制板厚方向的材質(zhì)分布，也能夠得到充分的罐強(qiáng)度，同時(shí)本發(fā)明的效果也有減小的傾向，因此提高再次冷軋率甚至超過(guò)通常的適用范圍的意義較小。從以上情況可知，在本發(fā)明鋼適用再次冷軋的場(chǎng)合，其壓下率設(shè)定優(yōu)選為70％左右。
而且，在考慮了焊縫區(qū)的場(chǎng)合，通過(guò)再次冷軋的加工形變而硬化時(shí)，由于焊接熱的作用而發(fā)生軟化，在凸緣成形等中加工形變集中，具有使成形劣化的問(wèn)題，但含有大量N的本發(fā)明鋼可以控制因該焊接熱引起的軟化，因此就焊縫區(qū)的成形性來(lái)說(shuō)，也能夠得到再次冷軋材的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)于再次冷軋的時(shí)期，從生產(chǎn)率的觀點(diǎn)考慮，在連續(xù)進(jìn)行理想的再結(jié)晶退火和氮化處理的工序中，在氮化處理之后進(jìn)行再次冷軋；再結(jié)晶退火與氮化處理采用不同的工序進(jìn)行的場(chǎng)合，在氮化處理之前進(jìn)行再次冷軋也是可以的。
本發(fā)明使用板厚為0.400mm以下的鋼板。這是因?yàn)?，?duì)于板厚比其更厚的鋼板來(lái)說(shuō)，成形構(gòu)件的變形難以出現(xiàn)問(wèn)題的緣故。還因?yàn)?，在板厚較厚的場(chǎng)合，由于氮化所引起的表層硬化層的厚度變得較薄而不容易顯示本發(fā)明的效果的緣故。以優(yōu)選為0.300mm以下、更優(yōu)選為0.240mm以下的鋼板為對(duì)象，使用0.190mm以下、進(jìn)而0.160mm以下的鋼板，能夠得到非常顯著的效果。
這樣，通過(guò)主要將氮化后的氮化物的狀態(tài)區(qū)分為表層和中心層，并考慮在板厚方向的分布并加以控制，盡管具有單純含N的鋼和只以提高表面硬度為目的的氮化鋼所沒(méi)有的、本發(fā)明鋼特有的材質(zhì)的機(jī)理尚不清楚，但可以認(rèn)為是因?yàn)?，與罐的變形相伴隨的鋼板表層部的彎曲變形的抵抗能力由于氮化物的作用有效地提高。
并且推測(cè)，該效果并不是因?yàn)橥ㄟ^(guò)對(duì)象鋼材的板厚和引起變形時(shí)的外力、內(nèi)壓和容器形狀等的條件造成的應(yīng)力狀態(tài)、有目的地制造與本發(fā)明規(guī)定的氮化條件相匹配的表層和中心層之差的氮化物的尺寸和數(shù)密度，從而非常有效地顯現(xiàn)耐變形性。
本發(fā)明的效果在成分調(diào)整以后，與退火前的熱過(guò)程和制造過(guò)程無(wú)關(guān)。在進(jìn)行熱軋的場(chǎng)合的板坯不限于鑄塊法、連續(xù)鑄造法等制造方法，也不論直到熱軋為止的熱過(guò)程如何，因此，板坯再加熱法、鑄造的板坯不再加熱而直接進(jìn)行熱軋的CC-DR法(連鑄-連軋法)、以及省略粗軋等的薄板坯鑄造，都可以得到本發(fā)明的效果。
而且，與熱軋條件無(wú)關(guān)，采用精軋溫度為α(鐵素體)和γ(奧氏體)的2相區(qū)的2相區(qū)軋制、粗軋帶坯接合而軋制的連續(xù)熱軋，均能得到本發(fā)明的效果。
而且本發(fā)明鋼作為具有焊縫區(qū)的容器用原材料使用的場(chǎng)合，抑制焊接熱影響區(qū)的軟化、特別通過(guò)氮化物量多的表層部快速加熱和急冷，其氮化物溶解，而且作為微細(xì)氮化物再次析出，一部分以固溶N殘存硬化，因此也具有使焊縫區(qū)的強(qiáng)度提高的效果。這在B、Nb等通常抑制焊接熱影響區(qū)的軟化的元素被添加的場(chǎng)合，效果更加顯著。
另一方面，對(duì)于經(jīng)過(guò)拉深成形和減薄成形等制造的所謂“雙片”罐來(lái)說(shuō)，板材表面硬化，因此與成形模具的摩擦系數(shù)降低，也具有成形性提高的硬化。此外，將表層硬化、對(duì)彎曲變形的抵抗力提高，因此成形中的鋼板不容易被壓曲，即表現(xiàn)出抑制褶皺發(fā)生的效果。
通常，本發(fā)明鋼板作為表面處理鋼板用的原板使用，不會(huì)因表面處理而損害本發(fā)明的效果。作為罐用表面處理，通常施以鍍鎳、鍍錫、鍍鉻(無(wú)錫)等。而且，近年來(lái)逐漸使用的被覆了有機(jī)皮膜的疊層鋼板用的原板，可以在不損害本發(fā)明的效果的情況下使用。
實(shí)施例(實(shí)施例1)對(duì)于通過(guò)焊接形成罐筒部的3片罐，運(yùn)用使氮化條件改變而進(jìn)行氮化物控制的鋼板，制作3片罐筒。測(cè)定采用φ10mm、長(zhǎng)40mm的圓柱形模具擠入罐的筒體部時(shí)的變形抵抗力，同時(shí)與通常的蓋子卷邊一樣將蓋端部形成凸緣。
對(duì)于變形試驗(yàn)，模具的擠入量與擠入載荷的關(guān)系如圖2所示，在某一載荷出現(xiàn)拐點(diǎn)。將出現(xiàn)該拐點(diǎn)的載荷作為耐變形性的指標(biāo)。該值越高，外力引起的變形越小，耐變形性越良好。
而且，對(duì)于凸緣成形，測(cè)定直到凸緣部出現(xiàn)裂紋為止的凸緣長(zhǎng)度。該長(zhǎng)度越長(zhǎng)，凸緣成形性越良好，蓋子在卷邊接縫時(shí)的缺陷越不容易發(fā)生。
對(duì)于表1所示的各成分的鋼，施以熱軋、冷軋、伴隨氮化的退火，然后施以平整軋制或再次冷軋，制造鋼板，評(píng)價(jià)耐變形性以及凸緣成形性。熱軋、冷軋、退火以及氮化條件等示于表1中。
氮化完全在退火的中盤以后進(jìn)行，成為被認(rèn)為在引起氮化之前已經(jīng)完成再結(jié)晶的條件。表1中的N量，為氮化前的板厚平均的N量。鋼板用通常的方法制造，因此氮化前板厚方向的元素的變化以及氮化物的狀態(tài)的變化非常小，對(duì)本發(fā)明的效果來(lái)說(shuō)是可以忽略不計(jì)的程度。即，對(duì)于氮化前的鋼板的成分以及氮化物尺寸和數(shù)密度來(lái)說(shuō)，表層1/20厚度、表層1/8厚度、以及中心層1/4厚度的數(shù)值相同。
關(guān)于這些鋼的材質(zhì)示于表2中?？梢源_認(rèn)由本發(fā)明的制造方法制造的鋼板能夠同時(shí)兼?zhèn)淞己玫哪妥冃涡院屯咕壋尚涡浴?br> 在此，表2中A為(板厚1/8厚度)內(nèi)的數(shù)密度，B為(表層1/20厚度的數(shù)密度)/(中心層1/4厚度的數(shù)密度)，C為(氮化處理后的表層1/20厚度的數(shù)密度)/(氮化處理前的表層1/20厚度的數(shù)密度)。
實(shí)施例2采用連續(xù)鑄造制造以質(zhì)量％計(jì)含有C0.02％、Si0.02％、Mn0.2％、P0.01％、S0.01％、Al0.04％、N0.002％的250mm厚的鋼坯，以板坯加熱溫度1100℃、終軋溫度880℃、卷取溫度600℃的條件下制造2.0mm厚的熱軋板。進(jìn)行酸洗并冷軋成0.17mm，在連續(xù)退火機(jī)組以650℃×30秒進(jìn)行再結(jié)晶退火。
一部分材料在與連續(xù)退火機(jī)組的退火爐連接并以含有氨的氣氛充滿的氮化處理爐內(nèi)通行以進(jìn)行氮化處理。在氮化處理爐內(nèi)，不設(shè)置加熱設(shè)備，通過(guò)將以在再結(jié)晶退火爐中被加熱了的狀態(tài)的板材在650℃進(jìn)入到氮化處理爐內(nèi)，從而進(jìn)行氮化。氮化處理爐內(nèi)的氣氛通過(guò)由鋼板帶入的熱量加熱，因此氮化處理中的板溫度的降低并不很大，從氮化處理爐出來(lái)的板溫度與氮化處理時(shí)間有關(guān)，為600℃左右。
這樣制造的鋼板經(jīng)1.5％的平整軋制后施以通常的電鍍Sn，從而制造鍍錫鋼板。使用該鍍錫鋼板，以與通常的制罐廠家進(jìn)行的同樣的方法，制造3片罐，并以與實(shí)施例1同樣的方法評(píng)價(jià)罐強(qiáng)度。而且，制罐的全部材料均沒(méi)有發(fā)生焊接和蓋子卷邊接縫等問(wèn)題。所得到的罐強(qiáng)度用氮化處理氣氛中的氨濃度、氮化處理后的冷卻速度以及氮化時(shí)間進(jìn)行整理而得到的結(jié)果示于圖3。
在圖3中，A表示氨濃度為4％、氮化后的冷卻速度為20℃/秒；B表示氨濃度為4％、氮化后的冷卻速度為120℃/秒；C表示氨濃度為10％、氮化后的冷卻速度為20℃/秒；D表示氨濃度為20％、氮化后的冷卻速度為20℃/秒；氮化后的冷卻速度為從550℃到300℃的平均冷卻速度。
罐的強(qiáng)度由(氮化處理后的鋼板的(表層1/20厚度處)的數(shù)密度)/(氮化處理前的鋼板的(表層1/20厚度處)的數(shù)密度)進(jìn)行整理而得到的結(jié)果示于圖4。根據(jù)本發(fā)明，可以使罐強(qiáng)度明顯升高。圖中也示出了用相同成分的鋼僅改變?cè)俳Y(jié)晶退火前的冷軋率而制造的板厚不同的材料的罐強(qiáng)度?？梢灾溃ㄟ^(guò)本發(fā)明可以在保持目標(biāo)的罐強(qiáng)度的狀態(tài)下進(jìn)行材料的薄壁化。
表1-1

表1-2

表2-1

表2-2

本發(fā)明能夠以高生產(chǎn)率獲得不犧牲容器的耐變形性和罐成形性中的任何一方、而能同時(shí)能夠顯著提高耐變形性和罐成形性的極薄容器用的鋼板。而且，根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于在罐筒上形成焊道的罐，例如在原材料薄壁化的基礎(chǔ)上，凹凸加工的加工量也可以減小，因此不僅能夠改善罐的輕量化，還能夠改善耐蝕性。因此能夠適用作以飲料罐、食用罐等為代表的容器用的鋼板。
權(quán)利要求
1.一種極薄容器用的鋼板，其以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.600％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下，其中直徑為1μm～0.02μm的氮化物在鋼板的表層1/8厚度內(nèi)具有以數(shù)密度為0.2個(gè)/μm3以上存在的區(qū)域，且滿足下述式(A)，(在鋼板的板厚1/8位置處的數(shù)密度)＞(在鋼板的板厚1/4位置處的數(shù)密度)(A)。
2.一種極薄容器用的鋼板，其以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.600％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下，其中直徑為1μm～0.02μm的氮化物滿足下述式(B)，(在鋼板的板厚1/20位置處的數(shù)密度)/(在鋼板的板厚1/4位置處的數(shù)密度)＞1.5 (B)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的極薄容器用的鋼板，其中在鋼板的板厚1/4位置處的直徑為1μm～0.02μm的氮化物的數(shù)密度為10個(gè)/μm3以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的極薄容器用的鋼板，其中作為鋼成分，以質(zhì)量％計(jì)還含有Ti0.08％以下、Nb0.08％以下、B0.015％以下、Cr2.0％以下之中的1種、2種或者更多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的極薄容器用的鋼板，其中作為鋼成分，還含有以質(zhì)量％計(jì)合計(jì)為0.1％以下的Sn、Sb、Mo、Ta、V、W。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的極薄容器用的鋼板，其中鋼成分的剩余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
7.一種極薄容器用的鋼板的制造方法，其中對(duì)鋼進(jìn)行冷軋后，在與再結(jié)晶退火的同時(shí)或者再結(jié)晶退火后進(jìn)行氮化處理，在鋼板的表層1/8厚度內(nèi)形成直徑為1μm～0.02μm的氮化物以數(shù)密度為0.2個(gè)/μm3以上存在的區(qū)域，且將鋼板中的N以質(zhì)量％計(jì)設(shè)定為0.600％以下，其中所述鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.0300％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下。
8.一種極薄容器用的鋼板的制造方法，其中對(duì)鋼進(jìn)行冷軋后，在與再結(jié)晶退火的同時(shí)或者再結(jié)晶退火后進(jìn)行氮化處理，在鋼板的表層1/8厚度內(nèi)，直徑為1μm～0.02μm的氮化物滿足下述式(B)，且將鋼板中的N以質(zhì)量％設(shè)定為0.600％以下，其中所述鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.0300％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下，(在鋼板的板厚1/20位置處的數(shù)密度)/(在鋼板的板厚1/4位置處的數(shù)密度)＞1.5 (B)。
9.一種極薄容器用的鋼板的制造方法，其中對(duì)鋼進(jìn)行冷軋后，在與再結(jié)晶退火的同時(shí)或者再結(jié)晶退火后進(jìn)行氮化處理，直徑為1μm～0.02μm的氮化物滿足下述式(C)，且將鋼板中的N以質(zhì)量％計(jì)設(shè)定為0.600％以下，其中所述鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.0300％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下，(氮化處理后的在鋼板的板厚1/20位置處的數(shù)密度)/(氮化處理前的在鋼板的板厚1/20位置處的數(shù)密度)＞1.5(C)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7～權(quán)利要求9中的任何一項(xiàng)所述的極薄容器用的鋼板的制造方法，其中對(duì)鋼進(jìn)行冷軋后，在與再結(jié)晶退火的同時(shí)或者再結(jié)晶退火后進(jìn)行氮化處理，在鋼板的板厚1/4位置處的直徑為1μm～0.02μm的氮化物的數(shù)密度為10個(gè)/μm3以下，且將鋼板中的N以質(zhì)量％計(jì)設(shè)定為0.600％以下，其中所述鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.0300％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下、以及剩余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7～權(quán)利要求9中的任何一項(xiàng)所述的極薄容器用的鋼板的制造方法，其中在與再結(jié)晶退火的同時(shí)或者再結(jié)晶退火后進(jìn)行氮化處理時(shí)，在鋼板溫度為550～800℃的狀態(tài)下、在含有0.02％以上的氨氣的氣氛中保持0.1秒鐘～360秒鐘以進(jìn)行氮化處理后，或者在550℃以上的溫度區(qū)將溫度與時(shí)間之積控制為48000(℃·秒)以下、或者將從550℃到300℃的平均冷卻速度設(shè)定為10℃/秒以上。
12.根據(jù)權(quán)利要求7～權(quán)利要求9中的任何一項(xiàng)所述的極薄容器用的鋼板的制造方法，其中再結(jié)晶退火后，于氮化處理前或氮化處理后，進(jìn)行壓下率為20％以下的再次冷軋。
全文摘要
本發(fā)明提供一種極薄容器用的鋼板，其以質(zhì)量％計(jì)含有C0.0800％以下、N0.600％以下、Si2.0％以下、Mn2.0％以下、P0.10％以下、S0.05％以下、Al2.0％以下；其中直徑為1μm～0.02μm的氮化物在鋼板的表層1/8厚度內(nèi)具有以數(shù)密度為0.2個(gè)/μm
文檔編號(hào)C21D9/46GK101014727SQ200480043939
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2004年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月9日
發(fā)明者村上英邦 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社