一種二片罐用鋼及其製造方法

2023-07-29 21:31:01

專利名稱：：一種二片罐用鋼及其製造方法
技術領域：
：本發明涉及一種二片罐用鋼板或鋼帶及其製造方法，特別是涉及要求具有良好的深衝性能和加工性能的超薄二片罐用鋼板或鋼帶及其製造方法。
背景技術：
：在鋼板上鍍錫製成的鍍錫薄鋼板和經過鉻酸處理的無錫鋼板等罐用鋼板，大量用於製造食品罐和易拉罐等。這類罐主要可分為二片罐和三片*二片罐通常包括由底、薄的壁組成的罐身和蓋兩部分。由於製造成本低，近年來二片罐在罐的總量中所佔的比重逐年增加。二片罐需要經過多段深衝加工或DWI(DrawingandWalllroning，即深衝加工後拉撥減薄)等嚴酷的加工操作，對二片罐用鋼板的加工性能要求極其嚴格。下面以二片罐的典型代表為例敘述DWI罐的一般製造工藝。首先在鋼帶上衝切園盤狀的坯料板，再利用衝頭和衝模將該坯料板拉伸成杯狀，然後用DWI壓力機，採用間隙小於杯側壁厚度的衝頭和衝模將側邊減薄拉伸，使側壁的厚度減小，形成規定深度的杯狀罐體，這種成形工藝被稱為DWI加工。在此之後，用罐底成形機加工罐體的底部，使罐底形成向內側凸起的拱形。隨後，將上述罐體洗淨、乾燥，在罐的外表面印刷和塗裝，接著進行旨在減小罐體開口直徑的多段頸口加工，經收口和翻邊後，在罐體開口端裝上蓋。在DWI加工時，由於材料沿不同方向的加工性能不同，加工之後要罐體上端圓周方向上形面波紋狀的耳，這種現象被稱為制耳。須用修邊機將制耳部分切掉，使罐體高度一致，當制耳現象嚴重，該罐將報廢。二片罐用鋼板需要具備的主要特性有材料的強度、加工性、深衝性能和制耳性能等。作為節省資源，降低能耗，並降低成本，提高生產率的措施，罐的製造商一直致力於減輕罐的重量，即生產壁更薄的罐。由於近年來制罐技術的進步，二片罐的罐體可以使用超薄鋼板，從而減輕罐的重量，這也已成為大勢所趨。但鋼板厚度減小後，罐的強度不可避免地要降低。因此，需要通過巻內緣加工等改變罐的形狀，或在塗裝、烘烤後進行深加工、減徑擠壓加工、拉伸加工、凸肚成形加工，底部圓頂加工等來提高罐的強度。從這些最新的發展趨勢來看，二片罐用鋼板要求具有極好的加工性和深衝加工性能。另外，在拉撥工序中，延伸率和深衝性能不好會導致罐底成形困難，在罐底易於產生折皺。通過改進工藝如提高施於板坯料上的夾具壓力會產生金屬流動控制的問題，從而使制耳程度增加，這些都會導致制罐過程中成材率降低，生產效率下降。因此，最好的方法是在減薄二片罐用鋼板的同時在保證鋼板強度的條件下提高鋼板的延伸率和深衝加工性能。目前通常用低碳鋁鎮靜鋼板或帶材來製造這類罐，其碳含量約為0.030-0.040%(重量百分比)。這些鋼板或鋼帶的製造方法是將來自連鑄工序的鋼坯熱軋、冷軋而獲得薄板，經再結晶退火和平整。這種方法可得到厚度約0.25mm的板或箔，並且由此板製造罐，經拉撥和拉薄後薄的壁厚約為O.lmm。但是該種方法存在所製造的鋼板表面狀態差、板形不好等缺陷。而且，用這種方法製造的鋼板的平均蘭克福特值(Lankford值，以下稱為r值)通常最大為1.0左右，這在二片罐用鋼板大幅減薄的情況下，l.O左右的r值的深衝加工性並不充分。在已申請有關罐用鋼板(帶)的專利中，CN99800472.3提供了一種碳含量為0.005~0.1%(重量)，其r值小於1的適用於三片罐的鋼帶和製造方法；CN85104306提供了一種碳含量不大於0.007%(重量)的鋼板，當二次冷軋變形量大於7%時，加工過程中不產生變形花紋；JP2000087147A採用板坯加熱器控制精軋溫度，使鋼帶在長度和寬度方向r值分布均勻，平均Ar值0.2以內；CN96105968.0提供了一種將碳含量0.002°%(重量)以下的鋼坯熱軋至1.2mm以下，退火後一次冷軋的新工藝。這些罐用鋼板(帶)的製造方法並不是專用於二片罐用鋼板(帶)，並且在實際生產中很難應用。以下專利採用了超低碳鋼製造罐用鋼板，CN95100784.x提供了碳含量為0.00150.01%(重量)的非時效性鋼板，通過在氫濃度為3%以上、露點為-20'C以上的氣氛中，730°C以上退火脫碳可減輕時效傾向；CN94190649.3中，在碳含量小於0.0015%(重量)的鋼板中進一步加入Ti和Nb，提高了抗應力腐蝕裂紋能力。這些專利採用超低碳鋼製造的鋼板或鋼帶的強度很低，僅200MPa左右，不能適合二片罐的制罐工藝的要求。解決這一問題的方法是通過二次冷軋提高超低碳罐用鋼板的強度。WO96/26295中，碳含量小於0.005%(重量)，經變形量為1040%的二次冷軋後，屈服強度大於350MPa。但是二次冷軋變形量大於10°/。後，材料的強度提高的同時，延伸率急劇下降，r值也很小。二片罐用鋼板的延伸率和r值低會導致深衝性能和加工性能降低，使成材率下降；而強度過高則會導致制罐過程中成形性能降低，模具壽命降低等。以上專利所述製造方法存在的另一個問題就是合金元素含量高，退火溫度高等。再結晶溫度提高後晶粒長大變得極為容易，使鋼組織變得粗大，因而在進行深衝加工時，會使表面粗糙，有耐外觀，且降低制罐成材率。另外，這些問題使鋼板生產過程中的能耗增大，成本增高。
發明內容本發明的目的在於提供一種兩片罐用鋼及其製造方法，它是一種具有良好加工性能和深衝性能的二片罐用鋼板，並通過改進生產工藝，降低生產過程中的能耗，提高資源利用率，降低成本。採用該方法可以製造超薄的二片罐用鋼板，制罐過程中通過減少罐壁的厚度，減輕罐的重量，從而降低了制罐成本，並且由於加工性能和深衝性能的提高，使得制罐過程中的成材率提高。為達到上述目的，本發明的技術方案如下二片罐用鋼的化學成分重量百分比為碳0.001%0細％;矽《0.02%;錳0.1o/o1.0%;磷《0.015%;硫《0.020%;鋁《0.1%;氮《0.005%;以及剩餘部分為鐵和不可避免的雜質。優選地，還包括鈮《0.01%、鈦《0.01%、鉻《0.02%、鎳《0.02%中的至少一種。本發明還提供上述二片罐用鋼的製造方法，包括以下步驟a)鋼坯經11001250'C加熱後軋制，在Ar3以上溫度的單相奧氏體區終軋，熱軋板厚度小於3mm，巻取溫度500°C700°C;b)經過酸洗後以8095%的變形量冷軋；c)在連續退火爐中以73(TC以下的溫度進行再結晶退火；d)最後以210%的變形量二次冷軋，獲得成品。從熱軋結束到開始巻取之前，冷卻速度保持在30°C/S以上。為了使超薄的超低碳二片罐用鋼板具有足夠的強度，並增強其加工性能和深衝性能，本發明的最終目的是製造屈服強度大於240MPa，延伸率大於28%，平均r值大於1.5，Ar的絕對值需小於0.2，且厚度小於0.24mm的超薄二片罐用鋼板，並且通過降低退火溫度和二次冷軋變形量，減少生產過程中的能耗，降低成本。以下首先說明對鋼板坯的化學成分進行限定的理由。碳0.003%(重量)以下，0.001%(重量)以上。從提高r值和延伸率的角度考慮，碳含量越低越好。但在板坯階段時，如果碳含量不足0.001%(重量)時，晶粒易於粗大，在加工的最終階段，很有可能使產品表面出現橘皮狀缺陷。另外，由於碳含量的減少使相變點大幅上升，在奧氏體單相區域不能完成熱軋過程，從而導致鋼板的性能不均勻。但是當碳含量高於0.003%(重量)時，難以保證在得到較高的r值的同時高的延伸率。因此，碳含量最好在0.001%(重量)以上，0.003%(重量)以下。矽0.02%(重量)以下。矽使材料強化，但過量使用會對表面處理帶來問題，並且使鍍錫鋼板耐蝕性能惡化，因此要對其添加量的上限加以限制。另外，由於矽能使鋼的相變點上升，如果其含量下降，可以將精軋條件放寬，因而其上限值最好在0.02%(重量)以下。錳1.0%(重量)以下，0.1%(重量)以上。錳的加入可以防止因硫而產生的熱軋鋼帶邊部開裂，其含量至少應在0.1%(重量)以上。添加錳還可以降低相變點，這有利於放寬精軋時的軋制條件限制。另一方面，錳含量超過1.0%(重量)時，晶粒細化，再加上固溶強化，會使材質硬化。因此錳含量最好在1.0%(重量)以下。磷0.015%(重量)以下。磷使材質硬化並且使鋼板的耐蝕性能惡化，材料脆化，因而其含量不宜過多，必須限制在0.015%(重量)以下。硫0.020%(重量)以下。硫含量過多時，熱軋時在高溫奧氏體區域固溶的硫隨溫度降低而過飽和，形成(Fe、Mn)S在晶界析出，導致因熱脆性而引起的熱軋鋼帶邊部開裂。另夕卜，形成的硫系夾雜物會引起衝壓缺陷。因此S含量必須在0.015%(重量)以下。鋁0.1%(重量)以下。鋁在煉鋼過程中具有脫氧的作用，是為了提高鋼水純淨度而添加的元素。鋁還能固定鋼中的氮使之形成穩定的化合物，從而提高r值。但超過0.1%(重量)以上時，不僅使成本提高，而且使得鋼板表面產生缺陷的危險性增大，也使鋼板階段發生斷裂的可能性增大。因此，將含鋁量定在0.1%(重量)以下。氮0.005%以下。氮是在煉鋼過程中由空氣中混入的，氮固溶於鋼中時，會使鋼板極端硬化，r值急劇下降。因此，必須將其控制在0.005%(重量)以下。關於鈮0.01%(重量)以下，鈦0.01%(重量)以下，鉻0.02%(重量)以下，鎳0.02%(重量)以下。具有提高鋼水純淨度的作用，此外還形成碳化物或氮化物，具有減少固溶碳和氮，提高r值，並且改善鋼板的各向異性的作用，但添加量過多時，會使再結晶溫度升高，連續退火爐可操作性惡化，因此各自規定了添加的上限。以下說明製造方法。為了使在退火和二次冷軋後的以平均r值和延伸率為代表的加工性能和深衝性能保持良好狀態，精軋溫度需要保持在Ar3相變點以上，然而在超過IOO(TC時，由於鋼板的組織容易粗大，並使加工性能降低，因此精軋溫度應保持在Ar3相變點以上，100(TC以下。從熱軋結束到開始巻取之前，冷卻速度保持在30°C/S以上，可以使鋼板的組織細化，從而使最終產品具有良好的加工性能。巻取溫度最好在500'C以上，700'C以下。如果巻取溫度不足500°C，就會因冷卻不均勻導致鋼板形狀不佳，為下一個工序酸洗和冷軋帶來困難。另一方面，在超過70(TC巻取時，會使熱軋板組織粗大而降低最終的加工性能。酸洗後的冷軋壓下量規定在8095%之間。如果壓下量小於80%，會使材料的r值下降，達不到充分的深衝性能。另外，為了得到超薄的鋼板，一次冷軋形量太小時，熱軋板厚度必須減小，從而惡化熱軋工序的可操作性。但是當壓下量大於95%時，鋼板的各向異性增大，制耳現象嚴重。退火溫度規定在73(TC以下。首先退火溫度必須高於再結晶溫度，再結晶溫度由於成分的變化而有所變動，因此在此並沒有規定其具體的下限。當再結晶溫度過高時，退火溫度過高會使超低碳鋼的強度偏低。另外，連續退火過高時會出現鋼板斷裂以及翹曲等缺陷。為了使材質更為穩定，退火時間最好在20秒以上，進行均熱。二次冷軋壓下量規定在210%之間。二次冷軋壓下量小於2%時，不能消除屈服平臺，且鋼板的強度不足。但當壓下量大於10%後，材料的延伸率急劇下降在25%以下，對制罐產生不良影響。根據以上製造方法，本發明將二次冷軋後的鋼板厚度規定為0.24mm以下。有益效果本發明改進的二片罐用鋼化學成分及製造方法，由於通過對超低碳鋼的成分、連續退火溫度以及二次冷軋變形量加以限定，並對熱軋板和一次冷軋板厚做出了規定，從而能生產出具有優良的深衝性能和加工性能的超薄的二片罐用鋼板。本發明能夠提高制罐成材率，節省大量資源，降低能耗和成本，提高了生產效益。具體實施方式在下面的表1中所示的含不同成分的鋼經冶煉後將板坯在123(TC再加熱，在880910。C精軋，65(TC巻取，再將這些鋼板冷軋至0.25mm以下，然後在低於730。C以下再結晶退火，最後經過210%二次冷軋成厚度小於0.24mm超薄的二片罐用鋼板。表1中A-F為超低碳鋼，其中鋼F的碳含量大於0.003%(重量)，鋼G為低碳鋁鎮靜鋼。表l化學成分(表中單位重量百分比)tableseeoriginaldocumentpage9上述試驗的結果歸納於表2中。其中測試拉伸性能時採用JIS5弁試樣。r值採用JIS5弁試樣利用3點法進行了測試，將相對於軋制方向的O。、45°和90。各個方向上的r值分別設為ro、1"45和1"9，並通過下式計算出rm:formulaseeoriginaldocumentpage9其中rm為平均r值。對於制罐而言，鋼板屈服強度需大於240MPa，Ar的絕對值需小於0.2，否則制耳現象嚴重，將降低制罐成材率。上述試驗結果表明，低碳鋁鎮靜鋼G的r值僅l.O，遠低於超低碳鋼A-F的r值。鋼F和鋼A-4的製造工藝基本相同，但鋼F的碳含量高於0.003%(重量)，其延伸率僅20.5%，Ar的絕對值也大於0.2。鋼A-l的二次冷軋變形量小於2%，屈服強度偏低，僅204MPa，不符合制罐要求。鋼A-2與鋼A-l的其它工藝條件相同，但二次冷軋變形量為2.1%，其屈服強度可達到240MPa，達到制罐要求的下限。但是二次冷軋變形量大於10%後，如鋼A-5和E-3，材料的強度升高至330MPa以上，但延伸率劇烈下降(<23.8%)，Ar的絕對值也大於0.2。因此，當碳含量小於0.003%(重量)，如鋼A、B、C、D和E用本發明的方法即經過熱軋、8095%的一次冷軋、小於730。C退火，210%的二次冷軋變形後，所得到的超薄的二片罐用鋼板的延伸率大於30%，r值大於1.5，強度符合制罐要求，Ar的絕對值也在0.2以內。本發明的二片罐用鋼板或鋼帶的特徵也可以是這樣的其晶粒直徑為715微米。表2力學性能tableseeoriginaldocumentpage10承D2為二次冷軋變形量，Tp為退火溫度，YS為屈服強度，TS為抗拉強度，EL為延伸率。本發明通過對超低碳鋼的成分、連續退火溫度以及二次冷軋變形量加以限定，並對熱軋板和一次冷軋板厚做出了規定，從而能生產出深衝性能和加工性能良好的超薄的二片罐用鋼板。由所述的製造方法製造的二片罐用鋼板或鋼帶，由於降低了退火溫度和二次冷軋的變形量，減小了生產過程中的能耗，提高了資源利用率，降低了生產成本。另外由於二片罐厚度的減薄，節省板或帶重10%以上，同時由於其良好的深衝性能和加工性能，提高了制罐過程的成材率和生產率。權利要求1.一種二片罐用鋼，其特徵在於其化學成分重量百分比為碳0.001％～0.003％；矽≤0.02％；錳0.1％～1.0％；磷≤0.015％；硫≤0.020％；鋁≤0.1％；氮≤0.005％；以及剩餘部分為鐵和不可避免的雜質。2.根據權利要求1所述的二片罐用鋼，其特徵在於還包括鈮《0.01%、鈦《0.01%、鉻《0.02%、鎳《0.02%中的至少一種。3.根據權利要求1或2所述的二片罐用鋼的製造方法，其特徵在於包括在下步驟a)鋼坯經11001250。C加熱後軋制，在Ar3以上溫度的單相奧氏體區終軋，熱軋板厚度小於3mm，巻取溫度500°C700°C;b)經過酸洗後以8095%的變形量冷軋；c)在連續退火爐中以73(TC以下的溫度進行再結晶退火；d)最後以210%的變形量二次冷軋，獲得成品。4.根據權利要求3所述的二片罐用鋼的製造方法，其特徵在於從熱軋結束到開始巻取之前，冷卻速度保持在3(TC/s以上。全文摘要本發明涉及二片罐用鋼及其製造方法，其質量百分配比為0.001％≤C≤0.003％，Si≤0.02％，0.1％≤Mn≤1.0％，P≤0.015％，S≤0.020％，Al≤0.1％，N≤0.005％，還可以包括Nb≤0.01％，Ti≤0.01％，Cr≤0.02％，Ni≤0.02％的四種元素中的至少一種，其餘為Fe和不可避免的雜質；其製造方法包括1)按上述成分冶煉、鑄造成鋼坯；2)鋼坯經1100～1250℃加熱後軋制，在Ar3以上溫度的單相奧氏體區終軋，熱軋板厚度小於3mm，卷取溫度500℃～700℃；3)經過酸洗後以80～95％的變形量冷軋；4)在連續退火爐中以730℃以下的溫度進行再結晶退火；5)以2～10％的變形量二次冷軋，獲得厚度小於0.24mm的成品。本發明的鋼具有良好加工性能和深衝性能。文檔編號C22C38/04GK101275196SQ20071003852公開日2008年10月1日申請日期2007年3月27日優先權日2007年3月27日發明者張玉龍,黃邦霖申請人:寶山鋼鐵股份有限公司