TW201619408A - 瓶蓋用鋼板及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種即便薄壁化亦適合瓶蓋之成形之具有充分之強度及成形性之瓶蓋用鋼板及其製造方法。
本發明係一種瓶蓋用鋼板,其特徵在於:以質量%計含有C:0.002%以上且0.010%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.05%以上且0.30%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:未滿0.0100%、N:0.0050%以下,且於Al含量為0.005%以上之情形時C含量超過0.003%,剩餘部分具有包含Fe及不可避免之雜質之成分組成,軋壓方向之降伏強度為500MPa以上,下述平均蘭克福特值為1.3以上。
Description
本發明係關於一種用於作為玻璃瓶之蓋之瓶蓋材料之瓶蓋用鋼板及其製造方法。
自先前以來於冷飲或酒類等飲料用之容器使用玻璃瓶。而且,於細口之玻璃瓶使用稱為瓶蓋(crown cap)之金屬製蓋。一般而言,瓶蓋係以薄鋼板為素材並藉由壓製成形製造而成。該瓶蓋包括堵住瓶口之圓盤狀之部分、及設置於其周圍之襞褶狀之部分,藉由使襞褶狀之部分卡住瓶口而將瓶密封。
作為成為瓶蓋之素材之薄鋼板所需之特性,可列舉強度及成形性。有於使用瓶蓋之瓶中填充會於填充後提高瓶內之內壓之內容物如啤酒或碳酸飲料等之傾向。瓶蓋需要充分之強度以即便於因溫度之變化等而內壓升高之情形時或由輸送等所導致之衝擊等下,瓶蓋亦不會變形而破壞瓶之密封。又,有如下情形:即便鋼板之強度充分,於成形性欠缺之情形時,襞褶之形狀亦變得不均勻,即便卡住瓶口亦無法獲得充分之密封性。
作為瓶蓋之素材之薄鋼板,主要使用一次軋壓(SR,Single Reduced)鋼板。該SR鋼板係藉由冷軋將鋼板變薄後實施退火,進而進行調質軋壓製造而成。習知之一般之瓶蓋材料之板厚為0.22~0.24mm,以用於食品或飲料之罐等之軟鋼作為素材。
近年來,與罐用鋼板同樣地,對瓶蓋用鋼板亦要求以降低成本為目的之薄壁化。然而,若成為瓶蓋之素材之瓶蓋用鋼板之板厚未滿0.20mm,則於習知之SR鋼板中,雖然成形性不變但強度不足,因而無法保證密閉性。而且,於使板厚未滿0.20mm之情形時,為了確保強度而容易考慮到應用退火後進行二次冷軋之二次軋壓(DR,Double Reduced)鋼板,但即便對瓶蓋應用使用低碳鋼之DR鋼板,亦由於成形性較低而產生瓶之密封不良之情形。
此外,為了獲得強度及成形性兩者均優異之鋼板,揭示有如下般之技術。
於專利文獻1中,揭示有罐強度、罐成形性優異之容器用極薄軟質鋼板,其特徵在於:以質量%計,其含有N:0.0040~0.0300%、Al:0.005~0.080%,且0.2%耐力:430MPa以下,總伸長率:15~40%,因內部摩擦所產生之Q-1:0.0010以上。
於專利文獻2中,揭示有高強度高加工性罐用鋼板,其特徵在於:其含有:C:0.001~0.080%、Si:0.003~0.100%、Mn:0.10~0.80%、P:0.001~0.100%、S:0.001~0.020%、Al:0.005~0.100%、N:0.0050~0.0150%、B:0.0002~0.0050%,且於軋壓方向剖面中,包含以面積率計為0.01~1.00%之結晶粒之伸展度為5.0以上之結晶粒。
專利文獻1:日本專利特開2001-49383號公報
專利文獻2:日本專利特開2013-28842號公報
上述專利文獻1、專利文獻2所記載之技術係用以製造作為容器之罐,而非用以製造瓶蓋。而且,如下所述,該等專利文獻所記載之鋼板並不適合於瓶蓋之成形。
由於專利文獻1所記載之鋼板為軟質,故而若為了獲得所需之強度而增大二次冷軋率則異向性亦變大,損害成形性。
專利文獻2所記載之鋼板亦難以兼具瓶蓋所要求之強度及成形性。如此,無法將習知所進行之兼具成形性及強度之技術應用於瓶蓋用之鋼板。
本發明係鑒於上述課題而完成者,其目的在於提供一種即便薄壁化亦適合瓶蓋之成形,具備充分之強度及成形性之瓶蓋用鋼板及其製造方法。
本發明者等人為了解決上述課題而反覆進行潛心研究。其結果發現:只要使成分最佳化並且將軋壓方向之降伏強度、平均蘭克福特值調整至特定之範圍即可解決上述課題,從而完成本發明。更具體而言,本發明提供以下者。
[1]一種瓶蓋用鋼板,其特徵在於:以質量%計含有:C:0.002%以上且0.010%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.05%以上且0.30%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:未滿0.0100%、N:0.0050%以下,且於Al含量為0.005%以上之情形時,C含量超過0.003%,剩餘部分具有包含Fe及不可避免之雜質之成分組成,軋壓方向之降伏
強度為500MPa以上,下述平均蘭克福特值為1.3以上,平均蘭克福特值=(rL+2×rD+rC)/4
其中,rL係指與軋壓方向平行之方向之蘭克福特值,rD係指相對於軋壓方向成45°方向之蘭克福特值,rC係指相對於軋壓方向成90°方向之蘭克福特值。
[2]如[1]所記載之瓶蓋用鋼板,其中下述△r之絕對值為0.40以下,△r=(rL-2×rD+rC)/2
其中,rL係指與軋壓方向平行之方向之蘭克福特值,rD係指相對於軋壓方向成45°方向之蘭克福特值,rC係指相對於軋壓方向成90°方向之蘭克福特值。
[3]一種瓶蓋用鋼板之製造方法,其特徵在於,其具有下列步驟:熱軋步驟,其係對具有[1]所記載之成分組成之鋼坯進行粗軋後,以精軋溫度為850℃以上進行精軋;捲取步驟,其係對上述熱軋步驟中所獲得之熱軋板於450℃以上且750℃以下進行捲取;酸洗步驟,其係對上述捲取步驟後之熱軋板進行酸洗;一次冷軋步驟,其係對上述酸洗步驟後之熱軋板進行冷軋;退火步驟,其係對上述一次冷軋步驟中所獲得之冷軋板於650℃以上且790℃以下進行退火;二次冷軋步驟,其係對上述退火步驟中所獲得之退火板於在Al含量為0.003%以下之情形時軋壓率為10%以上且50%以下,且在Al含量超過0.003%之情形時軋壓率為20%以上且50%以下之條件下進行冷軋。
根據本發明,可獲得即便薄壁化亦具有適合瓶蓋之成
形之強度及成形性之瓶蓋用鋼板。
以下,對本發明之實施形態進行說明。再者,本發明並不限定於以下之實施形態。
以質量%計含有:C:0.002%以上且0.010%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.05%以上且0.30%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:未滿0.0100%、N:0.0050%以下,且於Al為0.005以上之情形時,使C超過0.003%,剩餘部分具有包含Fe及不可避免之雜質之成分組成,軋壓方向之降伏強度為500MPa以上,平均蘭克福特值為1.3以上。較佳為△r之絕對值為0.40以下。以下,以成分組成、物性之順序對本發明之瓶蓋用鋼板進行說明。
於以下之成分組成之說明中,表示本發明之瓶蓋用鋼板中所包含之各成分之含量之「%」係指「質量%」。
若C含量超過0.010%,則二次冷軋後之平均蘭克福特值降低,如下所述損害成形性,成為不適合瓶蓋之成形之鋼板。又,若C含量超過0.010%,則所成形之瓶蓋之襞褶之形狀變得不均勻,形狀不良。另一方面,若C含量未滿0.002%,則即便藉由二次冷軋亦難以獲得所需之強度。因此,將C之含量設為0.002%以上且0.010%
以下。C之含量較佳為0.002%以上且0.006%以下,更佳為0.003%以上且0.005%以下。
Si亦因與C相同之理由而對成形性造成影響,故而較不理想的是含有超過0.05%。因此,將Si之含量設為0.05%以下。更佳為Si之含量為0.03%以下。進而較佳為0.01%以下。
若Mn含量低於0.05%,則即便於降低S含量之情形時,亦難以避免熱脆性,產生連續鑄造時表面破裂等問題。另一方面,Mn亦因與C相同之理由,較不理想的是含有超過0.30%。因此,將Mn之含量設為0.05%以上且0.30%以下。更佳為Mn之含量為0.10%以上且0.30%以下。進而較佳為0.15%以上且0.25%以下。
若P含量超過0.030%,則會引起鋼之硬質化或耐蝕性之降低。因此,將P含量之上限值設為0.030%。更佳為,P含量之上限值為0.020%。
S藉由於鋼中與Mn鍵結而形成MnS,並大量析出而降低鋼之熱延展性。若S含量超過0.020%則該影響變得更顯著。因此,將S之含量之上限值設為0.020%。更佳為,S之含量之上限值為
0.011%。進而較佳為0.007%以下。
Al係作為脫氧劑而添加之元素。藉由減少鋼液中之氧(O),而具有抑制鋼塊中之凝固缺陷之產生之效果,為了獲得該效果,較佳為Al含量為0.0005%以上。然而,大量之Al成為成形性降低之因素。具體而言,若Al含量為0.0100%以上,則因平均蘭克福特值之降低而於瓶蓋成形時襞褶之形狀變得不均勻,引起形狀不良。因此,將Al含量設為未滿0.0100%。
進而,若使Al含量為0.003%以下,則由於可謀求由C或N所引起之固溶強化能力之提高,故而亦可不提高二次冷軋之軋壓率。具體而言,即便於製造板厚未滿0.20mm之瓶蓋用鋼板之情形時,亦可將二次冷軋之軋壓率設定為10~40%而實現所需之特性。因此較佳為使Al含量為0.003%以下。進而較佳為0.002%以下。又,於使Al含量為0.003%以下而如上述般高強度化之情形時,藉由使C含量為0.002~0.006%,可防止因C所造成之成形性之降低。
若N含量超過0.0050%,則會導致二次冷軋後之平均蘭克福特值之降低,成形性惡化。因此,將N之含量設為0.0050%以下。再者,較佳為N含量未滿0.0040%。
於Al為0.005%以上之情形時,鋼中之N與Al鍵結而使降伏
強度降低。因此,於Al為0.005%以上之情形時,將C設為超過0.003%而確保降伏強度。
將除上述成分以外之剩餘部分設為Fe及不可避免之雜質。不可避免之雜質除於製造製程中不可避免地混入之成分以外,亦包含於不損害本發明之效果之範圍為了賦予所需之特性而不可避免地添加之成分。作為不可避免之雜質,可例示使V、B、Ca、Zn、Co、As之至少一種合計為0.02%以下,Cu:0.10%以下,Ni:0.10%以下,Cr:0.09%以下,及O:0.0150%以下。
其次,對本發明之瓶蓋用鋼板之機械性質進行說明。
於瓶蓋用鋼板要求瓶蓋不會於瓶之內壓下脫離之強度。一般之瓶蓋用鋼板之板厚為0.22~0.24mm左右,於進行低於此之薄壁化之情形時,必須進而提高瓶蓋用鋼板之強度。若瓶蓋用鋼板之軋壓方向之降伏強度未滿500MPa,則無法對上述般之薄壁化之瓶蓋賦予充分之強度,耐壓強度不足。因此,將軋壓方向之降伏強度設為500MPa以上。進而,較佳為設為550MPa以上。另一方面,若軋壓方向之降伏強度超過650MPa,則存在難以調整瓶蓋成形時之壓製條件之情形,故而較佳為將軋壓方向之降伏強度設為650MPa以下。再者,降伏強度可藉由「JIS Z 2241」所示之金屬材料拉伸試驗方法進行測定。
將瓶蓋用鋼板沖切成圓形之毛胚後,藉由壓製成形而成形為瓶
蓋。成形後之瓶蓋形狀主要以襞褶之形狀之均勻性進行評價。若襞褶之形狀不均勻,則有損害封蓋後之密封性而導致瓶之內容物洩漏之情形。瓶蓋用鋼板之成形性亦與成分組成或降伏強度有關係,但與平均蘭克福特值有更密切之關係。具體而言,若平均蘭克福特值未滿1.3則成形後之襞褶之狀變得不均勻。因此,將平均蘭克福特值設為1.3以上。較佳為平均蘭克福特值為1.4以上。再者,平均蘭克福特值越大則越佳。平均蘭克福特值可藉由「JIS Z 2254」之附錄JA所示之方法測定r值,並進行評價。又,平均蘭克福特值係藉由以上述方法測定rL:與軋壓方向平行之方向之r值、rD:相對於軋壓方向成45°方向之r值、rC:相對於軋壓方向成90°方向之r值,對平均蘭克福特值計算(rL+2×rD+rc)/4而獲得。
於本發明中,較佳為△r之絕對值為0.40以下。將瓶蓋用鋼板沖切成圓形之毛胚後,藉由壓製成形而成形為瓶蓋。成形後之瓶蓋形狀主要以襞褶之形狀之均勻性進行評價。若襞褶之形狀不均勻,則存在損害封蓋後之密封性而導致瓶之內容物洩漏之情形。瓶蓋用鋼板之成形性亦與成分組成或降伏強度有關係,亦與△r之絕對值(蘭克福特值(r值)之面內異向性)有密切之關係。具體而言,若△r之絕對值超過0.40則成形後之襞褶之形狀變得不均勻。因此,將△r之絕對值設為0.40以下。再者,較佳為△r值之絕對值較小。較佳為0.20以下。又,△r之絕對值係藉由以上述方法測定rL:與軋壓方向平行之方向之r值、rD:相對於軋壓方向成45°方向之r值、rC:相對於軋壓方向成90°方向之r值,計算(rL-2×rD+rC)/2而獲得。
本發明之瓶蓋用鋼板之厚度並無特別限定,本發明之瓶蓋用鋼板即便厚度變薄亦可兼具成形性及強度。所謂「厚度較薄」係指未滿0.20mm,更具體而言為0.13~0.19mm。
以下,對本發明之瓶蓋用鋼板之製造方法之一例進行說明。
本發明之瓶蓋用鋼板可藉由具有熱軋步驟、捲取步驟、酸洗步驟、一次冷軋步驟、退火步驟、二次冷軋步驟之DR方法而製造。以下,對各步驟進行說明。
所謂熱軋步驟係對具有上述成分組成之鋼坯進行粗軋、精軋之步驟。再者,鋼坯係例如藉由使用轉爐等之公知之方法,將鋼液調整為上述化學成分(成分組成),藉由連續鑄造法而製造。由於鋼坯之成分組成成為瓶蓋用鋼板之成分組成,故而於製造鋼坯時調整瓶蓋用鋼板之成分組成即可。
粗軋之條件並無特別限定,於粗軋時,較佳為將鋼坯加熱至1200℃以上。加熱溫度之上限並無特別限定,若加熱溫度過高則過量產生銹皮而成為製品表面之缺陷。因此,較佳為將加熱溫度設為1300℃以下。
又,就軋壓負重之穩定性之觀點而言,精軋溫度設為850℃以上。較佳為880℃以上,更佳為900℃以上。另一方面,由
於將精軋溫度提高至必要溫度以上會難以製造薄鋼板,故而較佳為設為960℃以下。
所謂捲取步驟係對熱軋步驟中所獲得之熱軋板進行捲取之步驟。若捲取溫度高於750℃,則結晶粒粗大化而強度降低,無法獲得本發明所規定之機械特性。因此,將熱軋步驟之捲取溫度設為750℃以下。較佳為740℃以下,更佳為700℃以下。進而較佳為650℃以下。又,為了使捲取溫度低於450℃,且不損害產率而操作,必須對應於此而降低精軋溫度。若降低精軋溫度則難以控制板之形狀,故而將捲取溫度設為450℃以上。更佳為500℃以上。進而較佳為550℃以上。
所謂酸洗步驟係對捲取步驟後之熱軋板進行酸洗之步驟。酸洗步驟可去除表層鏽皮即可。只要可去除表層鏽皮,則其條件並無特別限定。
所謂一次冷軋步驟係對酸洗步驟後之熱軋板進行冷軋之步驟。一次冷軋步驟中之軋壓率並無特別限定,為了製造極薄材料,較佳為將軋壓率設定為85~94%。
所謂退火步驟係對一次冷軋步驟中所獲得之冷軋板進行退火之步驟。若退火溫度超過790℃,則於連續退火中容易產生熱翹曲(heat buckling)等整板故障。又,若退火溫度未滿650℃,則再結晶變得不完全,材質變得不均勻。因此,將退火溫度設為650~790℃。
所謂二次冷軋步驟係對上述退火步驟中所獲得之退火板進行冷軋之步驟。藉由該二次冷軋而賦予所需之強度。於本發明之製造方法中,根據Al含量,可選擇之軋壓率之條件不同。具體而言,於Al含量為0.003%以下之情形時,軋壓率為10%以上且50%以下,於Al含量超過0.003%之情形時,軋壓率為20%以上且50%以下。若於Al含量為0.003%以下之情形時軋壓率未滿10%,且於Al含量超過0.003%之情形時軋壓率未滿20%,則無法獲得足夠確保瓶蓋之耐壓性之強度。又,若二次冷軋之軋壓率超過50%,則異向性變得過大,損害成形性。因此,根據Al含量而將二次冷軋之軋壓率設為上述範圍。再者,於Al含量為任一者之情形時,軋壓率之較佳之上限均為40%,但於Al含量為0.003%以下之情形時可減小軋壓率之方面為特徵之一,於Al含量為0.003%以下之情形時,如下所述軋壓率較佳為40%以下。
於本發明中,於將Al含量設為0.003%以下之情形時,由於可謀求由C或N所引起之固溶強化能力之提高,故而亦可不提高二次冷軋之軋壓率。具體而言,即便於製造板厚未滿0.20mm之瓶蓋用鋼板之情形時,亦可將二次冷軋之軋壓率設定為10~
40%而實現所需之特性。
再者,二次冷軋以後,依慣例進行鍍敷處理(電鍍錫、電鍍鉻)等步驟,從而可最終製成瓶蓋用鋼板。
以上,如所說明般,根據本實施例,可兼具鋼板之強度及瓶蓋成形性,且可實現瓶蓋之薄壁化。
於本實施例中,首先,使含有表1所示之成分組成、且剩餘部分包含Fe及不可避免之雜質之鋼於實物轉爐中熔化,藉由連續鑄造獲得鋼坯。對此處所獲得之鋼坯再加熱至1250℃後,於軋壓開始溫度1150℃、且表2所示之精軋溫度之條件下進行熱軋,並於表2所示之捲取溫度進行捲取,捲取後實施酸洗。其次,以表2所示之一次冷軋率進行一次冷軋,且以表2所示之退火溫度進行連續退火,繼而,以表2所示之二次冷軋率實施二次冷軋。對所獲得之鋼板連續地實施通常之鍍鉻而獲得無錫鋼板。
對藉由以上方法所獲得之鋼板,進行相當於210℃、15分鐘之塗裝烘烤之熱處理後,進行拉伸試驗、平均蘭克福特值、△r值之測定。
拉伸試驗係使用JIS 5號尺寸之拉伸試驗片,依據JIS Z 2241測定軋壓方向之降伏強度。
平均蘭克福特值係使用「JIS Z 2254」之附錄JA所記載之固有振動法而測定。又,於軋壓方向進行拉伸試驗而測定rL,於相對於軋壓方向成45°方向進行拉伸試驗而測定rD,於相對於軋壓方向成90°方向進行拉伸試驗而測定rC。根據測定結果計算(rL-2×rD+rC)/2而求出△r之絕對值。
使用所獲得之鋼板來成形瓶蓋,並對瓶蓋成形性進行評價。使用直徑37mm之圓形毛胚,藉由壓製加工而成形為「JIS S 9017」(廢止規格)所記載之3種瓶蓋之尺寸(外徑32.1mm,高度6.5mm,襞褶之數量21)。以目視進行評價,將襞褶之大小全部一致之情形評價為「○」,將襞褶之大小不一致之情形評價為「×」。
又,使用成形之瓶蓋進行耐壓試驗。於瓶蓋之內側成形氯乙烯製襯墊,對市售啤酒瓶進行封蓋並使用Secure Pak公司製造之Secure Seal Tester(密封測試儀)測定瓶蓋脫離之內壓。將顯示與習知之瓶蓋同等以上之耐壓強度之情形評價為「○」,將未滿到習知之瓶蓋之耐壓強度之情形評價為「×」。將所獲得之結果示於表3。
自表3來看,作為本發明例之水準1~5、13及14之鋼板之軋壓方向之降伏強度為500MPa以上,且平均蘭克福特值為1.3以上,且△r之絕對值為0.40以下,瓶蓋成形性及耐壓強度均良好。另一方面,作為比較例之水準6之鋼板由於Al之含量超過0.005%但C之含量未滿0.003%,故而軋壓方向之降伏強度未滿500MPa,耐壓強度不足。作為比較例之水準7之鋼板由於C之含量過多,水準8之鋼板由於Mn之含量過多,水準9之鋼板由於Al之含量過多,水準10之鋼板由於N之含量過多,水準11之鋼板由於熱軋後之捲取溫度過高,而均變得平均蘭克福特值未滿1.3,瓶蓋成形性較差。作為比較例之水準12之鋼板由於二次冷軋率過小,軋壓方向之降伏強度變得未滿500MPa,耐壓強度不足。
Claims (3)
- 一種瓶蓋用鋼板,其特徵在於:以質量%計含有:C:0.002%以上且0.010%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.05%以上且0.30%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:未滿0.0100%、N:0.0050%以下,且於Al含量為0.005%以上之情形時C含量超過0.003%,剩餘部分具有包含Fe及不可避免之雜質之成分組成,軋壓方向之降伏強度為500MPa以上,下述平均蘭克福特值為1.3以上,平均蘭克福特值=(rL+2×rD+rC)/4其中,rL係指與軋壓方向平行之方向之蘭克福特值,rD係指相對於軋壓方向成45°之方向之蘭克福特值,rC係指相對於軋壓方向成90°方向之蘭克福特值。
- 如請求項1之瓶蓋用鋼板,其中,下述△r之絕對值為0.40以下,△r=(rL-2×rD+rC)/2其中,rL係指與軋壓方向平行之方向之蘭克福特值,rD係指相對於軋壓方向成45°之方向之蘭克福特值,rC係指相對於軋壓方向成90°方向之蘭克福特值。
- 一種瓶蓋用鋼板之製造方法,其特徵在於,其具有下列步驟:熱軋步驟,其係對具有請求項1之成分組成之鋼坯進行粗軋,且以精軋溫度為850℃以上進行精軋;捲取步驟,其係對上述熱軋步驟中所獲得之熱軋板於450℃以上且750℃以下進行捲取; 酸洗步驟,其係對上述捲取步驟後之熱軋板進行酸洗;一次冷軋步驟,其係對上述酸洗步驟後之熱軋板進行冷軋;退火步驟,其係對上述一次冷軋步驟中所獲得之冷軋板於650℃以上且790℃以下進行退火;二次冷軋步驟,其係對上述退火步驟中所獲得之退火板於在Al含量為0.003%以下之情形時軋壓率為10%以上且50%以下,且在Al含量為超過0.003%之情形時軋壓率為20%以上且50%以下之條件下進行冷軋。
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