本發(fā)明涉及用作玻璃瓶的蓋的瓶蓋用鋼板、其制造方法及瓶蓋。

背景技術：

對于清涼飲料水、酒類等的飲料用容器而言，自古以來大多使用玻璃瓶，細口的玻璃瓶中廣泛使用被稱為瓶蓋(crowncap)的金屬制的蓋。通常，瓶蓋以薄鋼板為原材料通過壓制成型來制造，包括堵塞瓶口的圓盤狀的部分和設于其周圍的褶皺狀部分，通過將褶皺狀的部分壓接(crimp)于瓶口而密封瓶。

使用瓶蓋的瓶中大多填充有啤酒、碳酸飲料等產生內壓的內容物。因此，對瓶蓋要求很高的耐壓強度，使其即使在內壓因溫度變化等而增高時瓶蓋也不變形而破壞瓶的密封。另外，即使原材料的強度足夠，在成型性不足的情況下，褶皺的形狀也不均勻，即使壓接于瓶口，也會發(fā)生無法得到足夠的密封性的情況，因此也要求成型性優(yōu)異。

用作瓶蓋的原材料的薄鋼板主要使用sr(singlereduced)鋼板。該鋼板通過冷軋使鋼板減薄后，實施退火，并進行調質軋制。以往的瓶蓋用鋼板的板厚通常為0.22mm以上，通過應用以食品、飲料的罐等所使用的軟鋼作為原材料的sr材料，能夠確保足夠的耐壓強度和成型性。

近年來，與罐用鋼板一樣，對于瓶蓋用鋼板，以成本降低為目的的薄壁化的要求正在增加。在瓶蓋用鋼板的板厚為0.20mm以下時，利用以往的sr材料制造的瓶蓋的耐壓強度不足。為了確保耐壓強度，可以考慮應用如下dr(doublereduced)鋼板，所述dr鋼板在退火后實施二次冷軋且可利用對伴隨薄壁化的強度降低進行補償的加工硬化，但當增大二次冷軋時的壓下率時，鋼板變硬，因此成型性降低。在瓶蓋成型中，在成型初期，中央部被一定程度地拉深，然后，外緣部被成型為褶皺形狀。在成型性低的鋼板的情況下，有時發(fā)生褶皺形狀不均勻的形狀不良。褶皺形狀不均勻的瓶蓋存在如下問題：即使壓蓋于瓶上也無法得到耐壓強度，發(fā)生內容物的泄漏，不能起到作為蓋的作用。另外，即使褶皺形狀均勻，在鋼板強度低的情況下，瓶蓋也可能由于耐壓強度不足而脫落。

目前為止，為了得到薄壁化時強度和成型性兩者優(yōu)異的鋼板，提出了以下這樣的技術。

專利文獻1中公開了一種板厚0.4mm以下且罐強度、罐成型性優(yōu)異的容器用極薄軟質鋼板，其特征在于，以質量％計，含有n：0.0040～0.0300％、al：0.005～0.080％，利用jis5號試驗片進行的拉伸試驗中的0.2％耐力為430mpa以下，總伸長率為15～40％，內部摩擦產生的q^-1為0.0010以上。

專利文獻2中公開了一種高強度高加工性罐用鋼板，其特征在于，以質量％計，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％，在軋制方向截面中，以面積率計，含有0.01～1.00％的晶粒的伸長率(elongationrate)為5.0以上的晶粒。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2001-49383號公報

專利文獻2：日本特開2013-28842號公報

技術實現要素：

發(fā)明所要解決的課題

但是，在將上述現有技術應用于瓶蓋用鋼板的薄壁化的情況下，均存在無法確保作為瓶蓋的性能的問題。專利文獻1所記載的鋼板為軟質，且含有大量n，因此，在為了得到需要的強度而增大二次冷軋壓下率時，各向異性也增大，損害成型性。另外，專利文獻2所記載的鋼板也一樣，n的含量多，因此難以兼顧瓶蓋所要求的耐壓強度和成型性。

本發(fā)明是鑒于上述課題而完成的，其目的在于提供一種即使薄壁化也具備足夠強度和成型性的瓶蓋用鋼板、其制造方法及瓶蓋。

用于解決課題的方案

[1]一種瓶蓋用鋼板，其具有下述成分組成：以質量％計，含有c：0.0010％以上且低于0.0050％、si：0.10％以下、mn：0.05％以上且低于0.50％、p：0.050％以下、s：0.050％以下、al：大于0.002％且低于0.070％、n：低于0.0040％、b：0.0005％以上且0.0020％以下，余量由fe及不可避免的雜質構成，所述瓶蓋用鋼板的軋制方向的屈服強度為500mpa以上，下式(1)所示的平均蘭克福特值(r)為1.1以上，下式(2)所示的蘭克福特值的面內各向異性(δr)為－0.3以上且0.3以下，

r＝101.44/(145.0×e×10^-6－38.83)²－0.564···(1)

式中，

e＝(e0+2e45+e90)/4···(2)

e0、e45、e90：相對于軋制方向分別為0°、45°、90°方向的楊氏模量(mpa)，

δr＝0.031－4.685×10^-5×δe···(3)

式中，δe＝(e0－2e45+e90)/2···(4)。

[2]如上述[1]所記載的瓶蓋用鋼板，其板厚為0.20mm以下。

[3]一種瓶蓋用鋼板的制造方法，該方法包括：對具有上述[1]所述的成分組成的鋼坯進行熱軋，在精軋后以30～80℃/秒的冷卻速度進行冷卻，在570～670℃的溫度下進行卷取，進行一次冷軋，在620～720℃的溫度下進行退火，以大于20％且50％以下的壓下率進行二次冷軋。

[4]一種瓶蓋，其是對上述[1]或[2]所述的瓶蓋用鋼板進行成型而得到的。

發(fā)明效果

根據本發(fā)明，可以提供一種即使薄壁化也具備足夠強度及成型性的瓶蓋用鋼板、其制造方法及瓶蓋。

具體實施方式

本發(fā)明的瓶蓋用鋼板具有下述成分組成：以質量％計，含有c：0.0010％以上且低于0.0050％、si：0.10％以下、mn：0.05％以上且低于0.50％、p：0.050％以下、s：0.050％以下、al：大于0.002％且低于0.070％、n：低于0.0040％、b：0.0005％以上且0.0020％以下，余量由fe及不可避免的雜質構成，所述瓶蓋用鋼板的軋制方向的屈服強度為500mpa以上，平均蘭克福特值(r(＝101.44/(145.0×e×10^-6－38.83)²－0.564))為1.1以上，蘭克福特值的面內各向異性(δr(＝0.031－4.685×10^-5×δe))為－0.3以上且0.3以下。以下，對本發(fā)明的瓶蓋用鋼板進行說明。

首先，對本發(fā)明的瓶蓋用鋼板的成分組成進行說明。含量的單位“％”全部為“質量％”。

〔c的含量：0.0010％以上且低于0.0050％〕

即使將c(碳)的含量設為低于0.0010％，也不會得到特別的效果，反而精煉成本變得過高。另一方面，在含有大量c時，平均蘭克福特值(r)降低，且如后面敘述的那樣損害瓶蓋的成型性。特別是在c的含量為0.0050％以上時，成型后的瓶蓋的褶皺形狀變得不均勻，導致形狀不良。因此，c的含量設為0.0010％以上且低于0.0050％。

〔si的含量：0.10％以下〕

在含有大量si(硅)時，由于與c相同的原因，損害瓶蓋的成型性。因此，si的含量設為0.10％以下。另外，從提高鋼板的強度的觀點考慮，si的含量優(yōu)選設為0.01％以上。

〔mn的含量：0.05％以上且低于0.50％〕

mn(錳)的含量低于0.05％時，即使在降低s的含量的情況下，也難以避免高溫脆性，在連續(xù)鑄造時發(fā)生表面裂紋等的問題。因此，mn的含量設為0.05％以上。另一方面，在含有大量mn時，由于與c相同的原因，損害瓶蓋的成型性。因此，mn的含量設為低于0.50％。

〔p的含量：0.050％以下〕

在p(磷)的含量超過0.050％時，導致鋼板的硬質化、耐腐蝕性的降低。因此，p的含量的上限值設為0.050％。另外，為了使p低于0.001％時脫p成本過高，因此p的含量優(yōu)選設為0.001％以上。

〔s的含量：0.050％以下〕

s(硫)在鋼板中與mn結合而形成mns，并大量析出，從而使鋼板的熱延展性降低。s的含量超過0.050％時，該影響變得明顯。因此，s的含量的上限值設為0.050％。另外，為了使s低于0.005％時脫s成本過高，因此s的含量優(yōu)選設為0.005％以上。

〔al的含量：大于0.002％且低于0.070％〕

al(鋁)是作為脫氧劑而含有的元素，且與鋼中的n形成aln，使鋼中的固溶n減少。在al含量為0.002％以下時，作為脫氧劑的效果不足，導致發(fā)生凝固缺陷。另一方面，在二次冷軋的壓下率高的情況下，大量的al是成型性降低的主要原因。特別是al含量為0.070％以上時，平均蘭克福特值(r)降低，損害瓶蓋的成型性。因此，al的含量設為大于0.002％且低于0.070％。

〔n的含量：低于0.0040％〕

n(氮)的含量為0.0040％以上時，平均蘭克福特值(r)降低，損害瓶蓋的成型性。因此，使n的含量低于0.0040％。另外，難以使n穩(wěn)定地低于0.0010％，且制造成本也過高，因此n的含量優(yōu)選為0.0010％以上。

〔b的含量：0.0005％以上且0.0020％以下〕

通過含有b(硼)，可以抑制熱軋后形成粗大晶粒，因此b是本發(fā)明鋼板高強度化所需要的元素。在b的含量低于0.0005％時，無法充分發(fā)揮上述的效果。另一方面，即使b的含量大于0.0020％，也不能期待進一步的效果，成為導致成本增加的主要原因。因此，b的含量設為0.0005％以上且0.0020％以下，優(yōu)選b的含量為0.0008％以上且0.0015％以下。

余量為fe及不可避免的雜質。

接著，對本發(fā)明的瓶蓋用鋼板的機械性質進行說明。

本發(fā)明的瓶蓋用鋼板要求瓶蓋不會因瓶的內壓而脫落的耐壓強度。以往使用的瓶蓋用鋼板的板厚為0.22mm以上，在進行使板厚為0.20mm以下的薄壁化時，需要比以往更高的強度。在鋼板的軋制方向的屈服強度低于500mpa時，不能對上述那樣的薄壁化的瓶蓋賦予足夠的耐壓強度。因此，軋制方向的屈服強度設為500mpa以上。需要說明的是，屈服強度可以通過“jisz2241”所示的金屬材料拉伸試驗方法來測定。希望的屈服強度可以通過調整成分組成、調整熱軋精軋后的冷卻速度、并調整二次冷軋工序中的壓下率而得到，500mpa以上的屈服強度可以通過采用上述的成分組成、將熱軋精軋后的冷卻速度設為30℃/秒以上、并將二次冷軋工序中的壓下率設為大于20％而得到。

在瓶蓋用鋼板被沖裁成圓形的坯料后，通過壓制成型而成型為瓶蓋。成型后的瓶蓋形狀主要以褶皺形狀的均勻性來進行評價。褶皺形狀不均勻時，有時會損害壓蓋后的密封性，從而導致瓶中內容物的泄漏。瓶蓋用鋼板的成型性與平均蘭克福特值(r)及蘭克福特值的面內各向異性(δr)有密切的關系，當平均蘭克福特值(r)低于1.1或蘭克福特值的面內各向異性(δr)低于－0.3或大于0.3時，成型后的褶皺形狀變得不均勻。因此，平均蘭克福特值(r)設為1.1以上，蘭克福特值的面內各向異性(δr)設為－0.3以上且0.3以下。平均蘭克福特值(r)更優(yōu)選為1.2以上。

需要說明的是，平均蘭克福特值(r)可以通過“jisz2254”的附錄ja所示的方法進行評價，并以下式(1)來表示。該平均蘭克福特值(r)可以通過“jisz2254”的附錄ja所示的方法測定各方向的楊氏模量，并根據以下式(2)表示的平均楊氏模量(e)求得。另外，蘭克福特值的面內各向異性(δr)以非專利文獻1(p.r.mould,t.e.johnsonjr,“rapidassessmentofcold-rolledlow-carbonsteelsheets”,sheetmetalindustries,vol.50,1973,328-332頁)中所示的下式(3)來表示。該蘭克福特值的面內各向異性(δr)可以通過“jisz2254”的附錄ja所示的方法測定各方向的楊氏模量，并根據以下式(4)表示的楊氏模量的面內各向異性(δe)求得。

r＝101.44/(145.0×e×10^-6－38.83)²－0.564···(1)

式中，e＝(e0+2e45+e90)/4···(2)

e0、e45、e90：相對于軋制方向分別為0°、45°、90°方向的楊氏模量(mpa)。

δr＝0.031－4.685×10^-5×δe···(3)

式中，δe＝(e0－2e45+e90)/2···(4)。

希望的平均蘭克福特值(r)可以通過調整成分組成、并調整熱軋時的卷取溫度而得到，1.1以上的平均蘭克福特值(r)可以通過設為上述的成分組成、并將熱軋時的卷取溫度設為670℃以下而得到。

另外，希望的蘭克福特值的面內各向異性(δr)可以通過調整熱軋精軋后的冷卻速度、并調整退火溫度及二次冷軋工序中的壓下率而得到，－0.3以上且0.3以下的蘭克福特值的面內各向異性(δr)可以通過將熱軋精軋后的冷卻速度設為80℃/秒以下、將退火溫度設為620℃以上、并將二次冷軋工序中的壓下率設為50％以下而得到。

接著，對本發(fā)明瓶蓋用鋼板的制造方法的一例進行說明。本發(fā)明的瓶蓋用鋼板通過如下方式制造：對包含上述成分組成的鋼坯進行熱軋，在精軋后以冷卻速度30～80℃/秒進行冷卻，在570～670℃的溫度下卷取，進行一次冷軋，在620～720℃的溫度下進行退火，并以大于20％且50％以下的壓下率進行二次冷軋。

在制造本發(fā)明的瓶蓋用鋼板時，通過使用轉爐等的公知方法，將鋼水調整為上述化學成分，例如，通過連續(xù)鑄造法制成鋼坯。接著，優(yōu)選在加熱下對坯料進行粗軋。粗軋的方法沒有限定，優(yōu)選坯料的加熱溫度為1200℃以上。

從軋制負荷的穩(wěn)定性的觀點考慮，熱軋工序的精軋溫度優(yōu)選為850℃以上。另一方面，不必要地提高精軋溫度有時難以進行薄鋼板的制造。具體而言，精軋溫度優(yōu)選設為850～960℃的溫度范圍內。

在熱軋工序的精軋后，冷卻速度低于30℃/秒時，鐵素體在冷卻中過度生長，二次冷軋后的鋼板的軋制方向的屈服強度低于500mpa，因此不優(yōu)選。另一方面，當精軋后的冷卻速度設為大于80℃/秒時，蘭克福特值的面內各向異性(δr)低于－0.3，各向異性過大，損害成型性。因此，熱軋工序中精軋后的冷卻速度優(yōu)選設為30～80℃/秒，冷卻速度更優(yōu)選為30～55℃/秒。冷卻優(yōu)選在精軋后4.5秒鐘以內開始，更優(yōu)選在3.0秒鐘以內開始。需要說明的是，精軋后的冷卻速度表示從冷卻開始到卷取的平均冷卻速度。

當熱軋工序的卷取溫度設為低于570℃時，為了不損害效率地進行操作而需要降低精軋溫度，因此不優(yōu)選。另一方面，在卷取溫度高于670℃時，卷取后析出的aln量過多，導致退火后的細?；?，平均蘭克福特值(r)降低。因此，熱軋工序的卷取溫度優(yōu)選為570～670℃，更優(yōu)選為600～650℃。接下來，根據需要進行酸洗。酸洗只要能夠除去表層氧化皮即可，不需要特別限定條件。另外，也可以使用機械性除去等方法來代替酸洗。

一次冷軋工序的壓下率沒有特別限定，但為了使二次冷軋后的鋼板的板厚為0.20mm以下，優(yōu)選為85～94％。

退火(熱處理)工序在620～720℃的溫度下進行。當退火溫度超過720℃時，在連續(xù)退火時容易發(fā)生熱翹曲等板通過不良的情況，因此不優(yōu)選。當退火溫度低于620℃時，再結晶不完全，材質不均勻。因此，退火(熱處理)工序優(yōu)選在620～720℃的溫度下進行，更優(yōu)選在650～720℃的溫度下進行。

本發(fā)明的瓶蓋用鋼板可以通過退火后的二次冷軋得到需要的屈服強度。二次冷軋的壓下率為20％以下時，無法得到確保瓶蓋耐壓性的足夠的屈服強度。另外，在二次冷軋的壓下率大于50％時，各向異性過大，損害成型性。因此，二次冷軋的壓下率優(yōu)選設為大于20％且50％以下，二次冷軋的壓下率更優(yōu)選為大于20％且40％以下。

對于如上所述得到的冷軋鋼板而言，隨后根據需要，通過例如電鍍對鋼板表面實施鍍錫、鍍鉻、鍍鎳等鍍敷處理而形成鍍敷層，制成瓶蓋用鋼板。需要說明的是，由于鍍敷等表面處理的膜厚相對于板厚足夠小，因此對瓶蓋用鋼板的機械特性的影響為可忽視的水平。

如以上的說明，本發(fā)明的瓶蓋用鋼板即使薄壁化也可以具有足夠的強度及成型性。

另外，本發(fā)明的瓶蓋是使用上述瓶蓋用鋼板成型的。瓶蓋主要由堵塞瓶口的圓盤狀的部分和設于其周圍的褶皺狀的部分組成。本發(fā)明的瓶蓋可以在沖裁成圓形的坯料后通過壓制成型而成型。本發(fā)明的瓶蓋由具有足夠的屈服強度且成型性優(yōu)異的鋼板制造，因此，即使薄壁化，作為瓶蓋的耐壓強度也優(yōu)異，還具有減少隨使用所帶來的廢棄物的排放量的效果。

實施例

本實施例中，首先，用轉爐熔煉含有表1所示的成分組成、且余量由fe及不可避免的雜質構成的鋼，并進行連續(xù)鑄造，由此得到了鋼坯。對這里得到的鋼坯再次加熱至1250℃后，在軋制開始溫度1150℃下進行熱軋，并在表2所示的精軋溫度、冷卻速度、卷取溫度下進行卷取。在熱軋后實施了酸洗。接著，以表2所示的壓下率進行一次冷軋，在表2所示的退火溫度下進行連續(xù)退火，接著以表2所示的壓下率實施二次冷軋。對得到的鋼板連續(xù)地實施通常的鍍cr，得到了無錫鋼板。

對以上得到的鋼板進行了210℃、15分鐘的相當于涂裝烘烤的熱處理，然后進行了拉伸試驗、平均蘭克福特值r的測定及蘭克福特值的面內各向異性δr的測定。拉伸試驗使用jis5號尺寸的拉伸試驗片按照“jisz2241”進行，測定了軋制方向的屈服強度。下式(1)所示的平均蘭克福特值(r)使用“jisz2254”的附錄ja所記載的固有振動法測定。另外，下式(2)所示的蘭克福特值的面內各向異性(δr)使用“jisz2254”的附錄ja所記載的固有振動法測定各方向的楊氏模量，再通過下式(3)算出。

r＝101.44/(145.0×e×10^-6－38.83)²－0.564···(1)

式中，e＝(e0+2e45+e90)/4···(2)

e0、e45、e90：相對于軋制方向分別為0°、45°、90°方向的楊氏模量(mpa)。

δr＝0.031－4.685×10^-5×δe···(3)

式中，δe＝(e0－2e45+e90)/2···(4)。

使用得到的鋼板成型為瓶蓋，并對瓶蓋成型性進行了評價。使用直徑37mm的圓形坯料，通過壓制加工成型為“jiss9017”(廢除標準)中記載的3種瓶蓋的尺寸(外徑32.1mm，高度6.5mm，褶皺數21)。通過肉眼觀察進行評價，將褶皺大小完全一致的情況評價為○，將褶皺大小不一致的情況評價為×。

另外，使用成型的瓶蓋進行了耐壓試驗。作為耐壓試驗，將氯乙烯制襯墊成型于瓶蓋的內側，壓蓋于市售的啤酒瓶上，使用securepak公司制造的securesealtester測定了瓶蓋脫落的內壓。將顯示出與現有的瓶蓋同等以上的耐壓強度的情況評價為○，將未到達現有的瓶蓋的耐壓強度的情況評價為×。將得到的結果示于表3。

根據表3，作為本發(fā)明例的水平1～11的鋼板的軋制方向的屈服強度為500mpa，且平均蘭克福特值為1.1以上，蘭克福特值的面內各向異性為-0.3以上且0.3以下，瓶蓋成型性及耐壓強度均良好。另一方面可知，作為比較例的水平12的鋼板的c含量過多，因此，平均蘭克福特值低于1.1，瓶蓋成型性差，耐壓強度也不足?？芍?，水平13的鋼板的mn含量過多，因此，平均蘭克福特值低于1.1，瓶蓋成型性差，耐壓強度也不足?？芍?，水平14的鋼板的al含量過多，因此，平均蘭克福特值低于1.1，瓶蓋成型性差，耐壓強度也不足?？芍?5的鋼板的n含量過多，因此，平均蘭克福特值低于1.1，瓶蓋成型性差，耐壓強度也不足。另外可知，水平17的鋼板的熱軋后的卷取溫度過高，因此，平均蘭克福特值低于1.1，瓶蓋成型性差，耐壓強度也不足。

另外可知，作為比較例的水平16的鋼板的b含量過少，因此，軋制方向的屈服強度低于500mpa，耐壓強度不足?？芍?，水平19的鋼板的二次冷軋的壓下率過小，因此，軋制方向的屈服強度低于500mpa，耐壓強度不足。可知，水平21、22、25的鋼板的熱軋工序中精軋后的冷卻速度過慢，因此，軋制方向的屈服強度低于500mpa，耐壓強度不足。

另外可知，作為比較例的水平18的鋼板的退火溫度過低，因此，蘭克福特值的面內各向異性為過大的負值，瓶蓋成型性差，耐壓強度也不足?？芍?，作為比較例的水平20的鋼板的二次冷軋的壓下率過大，因此，蘭克福特值的面內各向異性為過大的負值，瓶蓋成型性差，耐壓強度也不足?？芍?，水平23、24的鋼板的熱軋工序的冷卻速度過快，因此，蘭克福特值的面內各向異性為過大的負值，瓶蓋成型性差，耐壓強度也不足。