JP2007100182A

JP2007100182A - キャップ用アルミニウム合金板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2007100182A
Application number: JP2005293085A
Authority: JP
Inventors: Satoru Suzuki; 鈴木覚
Original assignee: Furukawa Sky KK
Current assignee: Furukawa Sky KK
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2005-10-06
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】極めて高強度でありながら開栓性の良く、耳率が良好で印刷文字の曲がりが無く、表面品質にも優れたＰＰキャップ用Ａｌ合金板を得る。
【解決手段】Ｍｇを３．０を超え５．０％以下、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｍｎを０．０５〜０．５％、Ｓｉを０．０５〜０．２％含有し、全晶出物面積率が１．０〜２．０％であり、抗張力が３００〜３５０ＭＰａであるＡｌ合金板。
製法としては、熱間仕上げ圧延の開始温度を４５０℃以下、終了温度を２６０〜３３０℃、総圧下率８５％以上、最終パスの圧下率４０％以上の条件で行い、熱間圧延板を再結晶状態とし、次いで１次冷間圧延を施したのち、中間焼鈍を４００〜５５０℃の温度で保持なし乃至２分以内で保持する条件で行い、次いで仕上冷間圧延を総圧延率２５〜５０％で施し、次いで安定化処理を施す。
【選択図】無し

Description

本発明は、広口用ＰＰ（pilfer proof）キャップなどに適した絞り成形性に優れるアルミニウム（Ａｌ）合金板の製造方法に関する。

ＰＰキャップは、例えば、塗装および文字印刷を施したＡｌ合金板をカップ状に絞り成形し、開口端の耳部をトリミングし、裾部に開栓を容易にするためのミシン目を入れ、胴部にネジ溝を設けて製造されている。前記ミシン目は印刷文字をまたいで入れられ開栓有無が識別できるようになっている。材料には、一般に成形性に優れたＪＩＳＡ１１００やＡ３１０５合金が用いられているが、近年キャップの広口化にともなって、天面強度低下を補う高強度のＡｌ−Ｍｇ系合金が用いられ始めている。

ところで一般に天面強度を上昇させるために素材の高強度化を行なうと、開栓トルクが上昇しすぎる問題があり、そのため極端な高強度化は不可能であった。そのため高強度でありながら引きちぎれ性がよく開栓性の良い材料が望まれていた。

高強度ＰＰキャップ材としては特許文献１に示されるような発明が開示されているが、強度的には十分ではない。
特開２００３−３２８０６２号公報

更なる高強度と開栓性を両立を目指し、本発明者等はＡｌ−Ｍｇ合金材のＭｇ含有量とＭｎ含有量をさらに高めることで、さらに高強度でありながら開栓性が良い事を見出し、さらに検討を進めて本発明を完成させるに至った。
本発明は、極めて高強度でありながら開栓性の良く、耳率が良好で印刷文字の曲がりが無く、表面品質にも優れたＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造を目的とする。

本発明は、請求項１に記載の通り、Ｍｇを３．０を超え５．０％以下、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｍｎを０．０５〜０．５％、Ｓｉを０．０５〜０．２％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、全晶出物面積率が１．０〜２．０％であり、抗張力が３００〜３５０ＭＰａである事を特徴とするキャップ用アルミニウム合金板である。

またその製造方法は、請求項2記載の通り、Ｍｇを３．０を超え５．０％以下、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｍｎを０．０５〜０．５％、Ｓｉを０．０５〜０．２％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるＡｌ合金鋳塊に均質化処理を施した後、熱間粗圧延機と熱間仕上げ圧延機による熱間圧延を行うにあたり、その仕上げ圧延の開始温度を４５０℃以下、終了温度を２６０〜３３０℃、総圧下率８５％以上、最終パスの圧下率４０％以上の条件で行い、熱間圧延板を再結晶状態とし、次いで前記熱間圧延板に１次冷間圧延を施したのち、中間焼鈍を４００〜５５０℃の温度で保持なし乃至２分以内で保持する条件で行い、次いで仕上冷間圧延を総圧延率２５〜５０％で施し、次いで安定化処理を施すことを特徴とするキャップ用アルミニウム合金板の製造方法である。

本発明によれば、きわめて高強度でありながら開栓力が低く、更に耳率が良好で印刷文字の曲がりを起こすことも無く、表面品質にも優れたＰＰキャップ用アルミニウム合金板を提供できる。

以下、まず合金成分の添加理由について記す。

本発明において、アルミニウム合金に含有されるＭｇはキャップ用アルミニウム合金板の強度向上に寄与する。Ｍｇの含有量を３．０を超え５．０％以下に規定する理由は、３．０％以下ではその効果が十分に得られず、５．０％を超えると強度が高くなり過ぎて開栓が困難になる場合があるためである。

Ｆｅは晶出物を形成し、開栓性の改善に寄与する。Ｆｅの含有量が０．１％未満ではその効果が十分に得られず、開栓性が悪化するが０．３％を超えると４５°方向の耳が高くなり、印刷文字の曲がりを起こす場合がある。

Ｍｎは強度を付与し、更には晶出物を形成し開栓性改善に寄与するが０．０５％未満ではその効果が無く、０．５％を超えると、強度が高くなりすぎ開栓性が悪くなるとともに４５°方向の耳が高くなり、印刷文字の曲がりを起こす場合がある。

ＳｉもＭｇ₂Ｓｉの晶出物形成に寄与し開栓性改善に寄与するが、０．０５％未満ではその効果がなく、０．２５％を超えるとＭｇ₂Ｓｉ晶出物が増えすぎ４５°耳が発達し、印刷文字の曲がりを引き起こす。

その他元素は特性へ大きな影響を与えない範囲で許容される。例えば鋳造時の微細化材として添加されるＴｉやＢはそれぞれ０．０５％以下、０．０１％以下、更にＣｒやＶやＺｒは０．１％以下、Ｃｕは０．２５％以下、Ｚｎは１％以下であれば問題ない。

次に晶出物面積率は高強度材においても開栓性を良好に保つ役割をもつが、その範囲を１．０〜２．０％以下としたのは、１．０％未満では開栓性がよくなく、２．０％を超えると中間焼鈍時の立方体方位の発達を抑制し４５°耳が強くなり、印刷文字の曲がりが発生するためである。

最終板の抗張力を３００〜３５０ＭＰａとしたのは３００ＭＰａ未満では天面強度が十分ではなく、３５０ＭＰａを超えると開栓性が悪くなる。

次に製造法について説明する。

通常の半連続鋳造で製造した鋳塊を通常の条件で均質化処理し必要に応じて面削する。

次に熱間圧延を、粗圧延と仕上げ圧延からなる圧延機で行う。
主に大きな加工量で効率良く板厚を減少させる目的の粗圧延に対して、仕上げ圧延の方が熱間圧延板の品質に大きな影響を与える。
粗圧延条件については特に限定しないが変形抵抗の低減、仕上げ圧延後の温度確保の問題からある程度高温でかつ局所的な溶融が起こらない温度範囲である４５０〜５５０℃程度から開始される。

ここで仕上げ圧延の総圧下量８５％以上とするのは、８５％未満では本願発明の圧延終了温度では再結晶状態とすることが出来ない。

熱間仕上げ圧延開始温度を４５０℃以下としたのは４５０℃を超えると熱間仕上げ圧延時に圧延ロール表面に形成されたロールコーティングの一部が剥がれ板表面に埋め込まれる欠陥が多発し、表面品質が低下する。この場合最終製品にフローマークが現れる事がある。

熱間圧延終了温度を２８０〜３３０℃としたのは２８０℃未満では熱間圧延終了板の板端部の割れがひどくなりそれ以降の圧延できなくなる。３３０℃を超えると、やはり熱間仕上げ圧延時に圧延ロール表面に形成されたロールコーティングの一部が剥がれ板表面に埋め込まれる欠陥が多発し、表面品質が低下するためである。この場合最終製品にフローマークが現れる事がある。

熱間仕上げ圧延の最終スタンドの圧下率を４０％以上とするのは、歪みを十分に蓄えさせて本願発明のような低温の熱延終了温度でも確実に再結晶させるためであり、４０％未満では熱間圧延終了板の板端部の割れがひどくなりそれ以降の圧延できなくなる。

続いて１次冷間圧延を施し、歪みを十分蓄積させる必要がある。これにより中間焼鈍時の結晶粒が微細化される。冷間圧延率として３０％以上の冷間圧延を行なう事が望ましい。

次いで中間焼鈍として４００〜５５０℃で保持なし乃至２分以内保持する焼鈍を行なうがこの場合連続焼鈍炉で実施する。４００℃未満では連続焼鈍炉の場合再結晶状態とするのは難しく、最終板の強度が異常に高くなり開栓性が悪くなる。さらに圧延集合組織が発達し４５°耳が強くなる。５５０℃を超えたり、２分以上保持を行なうと再結晶粒が粗大化し成形後肌荒れが生じる。

続いて仕上冷間圧延を行なうがその圧延率を２５〜５０％としたのは２５％未満では強度が不足する。また５０％を超えると強度が高くなりすぎ開栓性が悪化する。また圧延集合組織が発達しすぎて４５°耳が強くなる。

次いで工業的には安定化処理が行なわれるが、この条件については特に限定しないが通常１４０〜２５０℃で０．５〜１２ｈｒ程度で行なわれる。

以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。

表1に示す合金成分を常法により溶解鋳造し厚さ５００ｍｍのスラブ（板状鋳塊）を得た。次に表２に示す条件で最終板を製造した。

尚５００℃×４ｈｒの均質化処理後の熱間圧延については粗圧延をシングルのリバース式圧延機で行い、開始温度４７０℃で行なった。仕上げ圧延は４スタンドのタンデム式圧延機を使用した。終了板厚は２．５ｍｍとした。中間焼鈍は連続式焼鈍炉（ＣＡＬ）を用いた。仕上げ焼鈍は箱型焼鈍炉（バッチ炉）を用い２２０℃×２ｈｒの条件で行なった。最終板厚は０．２５ｍｍとした。

このようにして得られた製品板の引張試験と耳率測定、晶出物の画像解析を行なった。

＜引張試験＞
ＪＩＳ５号試験片を使用して圧延方向と平行方向で引張試験を実施した。

＜耳率＞
パンチ径３３ｍｍ、パンチ肩Ｒ１．５ｍｍ、ブランク径５７ｍｍ、しわ押さえ２５０ｋｇｆでカップ成形し、次式を用いて計算した。
耳率＝（山平均−谷平均）／カップ平均高さ×１００（％）
尚０°、９０°位置と４５°位置を比較して０°、９０°位置が高い場合をマイナス、４５°位置が高い場合をプラスで表記した。
耳率は２．５％以下である必要があり、マイナス耳は許容できない。

＜晶出物画像解析＞
板の横断面を鏡面まで研磨した後光学顕微鏡により４００倍の写真撮影し、画像解析により１μｍ以上の大きさの晶出物の面積率を測定した。測定面積は０．５ｍｍ²であった。
この際Ｆｅ,Ｍｎ系の晶出物とＭｇ₂Ｓｉ晶出物が観察されるがここでは両者の合計値を採用した。

また、製品板に塗装処理を施し、プレス、ロール成形により直径３８φのキャップを作製した後外観観察を行い成形上の問題が無いか確認した後、容器に巻き締めその開栓トルクを測定した。

外観観察は特に問題が無いものを○、フローマークや肌荒れが生じたものは×とした。
開栓トルクは７．５ｋｇｆ・ｃｍ以下を○、これを超えた場合は×とした。

結果を表３に示す。

表３から明らかなようにＮｏ．１〜４の本発明例は全ての特性が良好である。

一方、本発明範囲を外れる比較例は下記のような不具合があった。
No.５はＦｅ、Ｓｉ量が過多のため晶出物面積率が高く最終板の４５°方向の耳率が高く、印刷文字の曲がりを引き起こす。
Ｎｏ.６はＭｎ量が過多のため、強度が高すぎ開栓トルクも高くなっている。さらに晶出物面積率が高すぎ４５°耳が強く印刷文字曲がりが起こる。
Ｎｏ．７はＭｎ量過小のため晶出物面積率が低く開栓トルクが高くなっている。
Ｎｏ．８はＭｇ量が過小のため強度が低い。
Ｎｏ．９はＭｇ量が過多のため強度が高すぎて開栓力が高くなっている。
Ｎｏ．１０は熱間仕上げ圧延終了温度が低すぎて熱延板端部の割れがひどく板切れの恐れがあるため冷間圧延できなかった。
Ｎｏ．１１は熱間仕上げ圧延開始温度、終了温度が高すぎて熱延板の表面品質が低下し、最終板の成形品にフローマークが発生した。
Ｎｏ．１２は熱間仕上げ圧延総圧下率は低いため熱延板端部の割れがひどく板切れの恐れがあるため冷間圧延できなかった。
Ｎｏ．１３は熱間仕上げ圧延の最終スタンドの圧下率が低すぎて熱熱延板端部の割れがひどく板切れの恐れがあるため冷間圧延できなかった。
Ｎｏ．１４は中間焼鈍温度が低すぎて完全に再結晶とすることが出来なかったため強度が高くなりすぎ開栓トルクが高い。また４５°耳が著しく発達し、４５°位置で印刷文字の曲がりが発生する。
Ｎｏ．１５は中間焼鈍温度が高すぎて結晶粒径が粗大になったため成形品表面に肌荒れが発生した。
Ｎｏ．１６は中間焼鈍保持時間が長すぎて結晶粒径が粗大になったため成形品表面に肌荒れが発生した。
Ｎｏ．１７は最終冷延率が低すぎて強度が不足している。
Ｎｏ．１８は最終冷延率が高すぎて、４５°耳が高くなりすぎ、更に強度が高すぎて開栓トルクも高くなる。

Claims

Ｍｇを３．０を超え５．０％以下（ｍａｓｓ％で、以下同じ）、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｍｎを０．０５〜０．５％、Ｓｉを０．０５〜０．２％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、全晶出物面積率が１．０〜２．０％であり、抗張力が３００〜３５０ＭＰａである事を特徴とするキャップ用アルミニウム合金板。
Ｍｇを３．０を超え５．０％以下、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｍｎを０．０５〜０．５％、Ｓｉを０．０５〜０．２％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるＡｌ合金鋳塊に均質化処理を施した後、熱間粗圧延機と熱間仕上げ圧延機による熱間圧延を行うにあたり、その仕上げ圧延の開始温度を４５０℃以下、終了温度を２６０〜３３０℃、総圧下率８５％以上、最終パスの圧下率４０％以上の条件で行い、熱間圧延板を再結晶状態とし、次いで前記熱間圧延板に１次冷間圧延を施したのち、中間焼鈍を４００〜５５０℃の温度で保持なし乃至２分以内で保持する条件で行い、次いで仕上冷間圧延を総圧延率２５〜５０％で施し、次いで安定化処理を施すことを特徴とするキャップ用アルミニウム合金板の製造方法。