JP7621925B2 - 缶胴用アルミニウム合金板 - Google Patents
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Description
本発明は、缶胴用アルミニウム合金板に関する。
飲料用の包装容器として、有底円筒状の胴部と蓋部からなる２ピース缶が広く使用されてきた。近年では、リシールが可能なボトル缶も広く使用されている。缶胴の材料としては、ＡＡもしくはＪＩＳ３０００系（Ａｌ－Ｍｎ系）などのアルミニウム合金が汎用されている。缶胴は、一般に、次のような工程で製造される。まず、素材となるアルミニウム合金板を円板形状にブランキングし、得られたブランク材をカップ成形する。そして、成形されたカップを再絞り、しごき加工することで缶胴形状に成形する。この後、成形した缶胴に塗装およびベーキングを施す。ベーキングは塗装を焼き付ける工程であり、通常１８０℃から２２０℃の焼付け処理を１回もしくは複数回行い、トータルで１８０℃から２２０℃×３分から２０分の処理を行う。その後、缶胴の開口部をネッキング加工により小径化した後、フランジ成形を行い、缶胴に内容物を充填した後、前記缶胴と缶蓋の巻締めを行い、洗浄を行って、ＤＩ缶が製造される。また、ボトル缶ではネジ成形、カール成形を行い、缶胴に内容物を充填した後、前記缶胴にキャップを取り付け、洗浄を行って製造される。
缶胴用アルミニウム合金板の製造方法としてはコストや生産性の観点から、熱間圧延以後に焼鈍工程を含まない製造工程（直通工程）で製造されることが一般的であるが、一部の強度が要求される用途には、例えば冷間圧延前もしくは冷間圧延途中に焼鈍工程を含む製造工程（中間焼鈍工程）で製造されることもある。例えば、非特許文献１には、Ｃｕの添加量が０．２質量％以上の領域、とりわけ０．２５質量％を超える領域になると、一定温度以上の中間焼鈍を施せば、Ｃｕ量の増加に応じて強度が向上することが記載されている。
軽金属 Ｖｏｌ４１，Ｎｏ．２，団法人軽金属学会，１９９１年，ｐ．１０２－１０７．
近年、内容物のガスボリューム増加やコストダウン、省資源化の観点から飲料容器の更なる高耐圧化、薄肉化が要求されており、缶胴用材料も高強度化していく必要がある。非特許文献1では、中間焼鈍を施す場合は容易に高強度が得られるとしている。しかしながら、中間焼鈍を行うとコストアップおよび製造に要するエネルギー消費が大きくなることに加え、しごき成形時の加工硬化が大きくなるため、その後の成形性、特にネック部、フランジ部、カール部等の成形性が十分に得られない場合がある。
上記に鑑み、本発明は、高強度かつしごき加工後の成形性に優れる缶胴用アルミニウム合金板を提供することを目的とする。
本発明に係る缶胴用アルミニウム合金板は、Ｓｉ：０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｆｅ：０．２質量％以上０．８質量％以下、Ｃｕ：０．２５質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｎ：０．７質量％以上１．３質量％以下、Ｍｇ：１．２質量％以上２．０質量％以下、Ｃｒ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、Ｔｉ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。缶胴用アルミニウム合金板は、２００℃、２０分ベーキング後のアルミニウム合金板におけるＣｕ固溶量が０．２２質量％以上０．５０質量％以下であり、２００℃、２０分ベーキング後の０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上３１０ＭＰａ以下である。さらに缶胴用アルミニウム合金板は、元板厚から缶壁への加工率６５％でＤＩ成形し、２００℃、２０分ベーキングした後の缶壁０°位置の周方向耐力が２９５ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下、かつ周方向伸びが４．０％以上である。
本発明によれば、高強度かつしごき加工後の成形性に優れる缶胴用アルミニウム合金板を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る缶胴用アルミニウム合金板について説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具現化するための一例を例示するものであって、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。さらに本明細書に記載される数値範囲の上限及び下限は、数値範囲として例示された数値をそれぞれ任意に選択して組み合わせることが可能である。
本発明の一実施形態に係る缶胴用アルミニウム合金板は、例えば、Ａｌ－Ｍｎ－Ｍｇ系合金、Ａｌ－Ｍｇ－Ｍｎ系合金等からなる。Ａｌ－Ｍｎ－Ｍｇ系合金、Ａｌ－Ｍｇ－Ｍｎ系合金等としては、例えば、一般的なＪＩＳ合金、例えば３００４、３１０４等が挙げられる。
具体的には、缶胴用アルミニウム合金板は、Ｓｉ：０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｆｅ：０．２質量％以上０．８質量％以下、Ｃｕ：０．２５質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｎ：０．７質量％以上１．３質量％以下、Ｍｇ：１．２質量％以上２．０質量％以下、Ｃｒ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下、Ｔｉ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。缶胴用アルミニウム合金板は、２００℃、２０分ベーキング後のアルミニウム合金板におけるＣｕ固溶量が０．２２質量％以上０．５０質量％以下である。また缶胴用アルミニウム合金板は、２００℃、２０分ベーキング後の０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上３１０ＭＰａ以下である。さらに缶胴用アルミニウム合金板は、元板厚から缶壁への加工率６５％でＤＩ成形し、２００℃、２０分ベーキングした後の缶壁０°位置の周方向耐力が２９５ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下、かつ周方向伸びが４．０％以上である。また、本発明に係る缶胴用アルミニウム合金板は、Ｚｎを不可避的不純物として含み、Ｚｎ：０．４質量％以下であってもよい。
このようにベーキング後のＣｕ固溶量と、素材耐力とを所定の範囲に規制することで、直通工程によっても高強度な缶胴用アルミニウム合金板を得ることができる。さらに、缶胴の周方向耐力と伸びを所定の範囲に規制することで、缶胴用アルミニウム合金板を高強度化しても十分な成形性を確保することができる。これにより、中間焼鈍などの工程を必要とすることなく、従来のアルミニウム合金板よりも高強度でありながら、缶胴のフランジ成形性を確保した缶胴用アルミニウム合金板を得ることが可能となる。本発明の缶胴用アルミニウム合金板によれば、缶胴の更なる薄肉化、高耐圧化に対応することが可能となる。
以下、缶胴用アルミニウム合金板に含まれる各成分の含有量と、含有量の限定の理由について説明する。
（Ｓｉ：０．１質量％以上０．６質量％以下）
Ｓｉは、アルミニウム合金中にＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系晶出物を形成させ、しごき成形時に焼付きを抑制する効果がある。Ｓｉの含有量が０．１質量％未満の場合、晶出物が不足しその効果が得られない。一方、Ｓｉの含有量が０．６質量％を超える場合、熱間圧延までの工程でアルミニウム合金中に微細なＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系析出物が多数生じて熱間圧延後の再結晶を阻害し、成形性を低下させる。したがって、Ｓｉの含有量は０．１質量％以上０．６質量％以下とする。Ｓｉの含有量の下限は、好ましくは０．２質量％以上、又は０．２質量％を超えてよい。またＳｉの含有量の上限は、好ましくは０．５質量％以下、又は０．４質量％以下であってよい。
Ｓｉは、アルミニウム合金中にＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系晶出物を形成させ、しごき成形時に焼付きを抑制する効果がある。Ｓｉの含有量が０．１質量％未満の場合、晶出物が不足しその効果が得られない。一方、Ｓｉの含有量が０．６質量％を超える場合、熱間圧延までの工程でアルミニウム合金中に微細なＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系析出物が多数生じて熱間圧延後の再結晶を阻害し、成形性を低下させる。したがって、Ｓｉの含有量は０．１質量％以上０．６質量％以下とする。Ｓｉの含有量の下限は、好ましくは０．２質量％以上、又は０．２質量％を超えてよい。またＳｉの含有量の上限は、好ましくは０．５質量％以下、又は０．４質量％以下であってよい。
（Ｆｅ：０．２質量％以上０．８質量％以下）
Ｆｅは、アルミニウム合金中にＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系晶出物を形成させ、しごき成形時に焼付きを抑制する効果がある。Ｆｅの含有量が０．２質量％未満の場合、晶出物が不足しその効果が得られない。一方、Ｆｅの含有量が０．８質量％を超える場合、アルミニウム合金板中の晶出物が大きく、また過剰に形成され、フランジ成形性を低下させる。したがって、Ｆｅの含有量は０．２質量％以上０．８質量％以下とする。Ｆｅの含有量の下限は、好ましくは０．２質量％以上、又は０．３質量％以上であってよい。またＦｅの含有量の上限は、好ましくは０．７質量％以下、０．６質量％以下、又は０．５質量％以下であってよい。
Ｆｅは、アルミニウム合金中にＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系晶出物を形成させ、しごき成形時に焼付きを抑制する効果がある。Ｆｅの含有量が０．２質量％未満の場合、晶出物が不足しその効果が得られない。一方、Ｆｅの含有量が０．８質量％を超える場合、アルミニウム合金板中の晶出物が大きく、また過剰に形成され、フランジ成形性を低下させる。したがって、Ｆｅの含有量は０．２質量％以上０．８質量％以下とする。Ｆｅの含有量の下限は、好ましくは０．２質量％以上、又は０．３質量％以上であってよい。またＦｅの含有量の上限は、好ましくは０．７質量％以下、０．６質量％以下、又は０．５質量％以下であってよい。
（Ｃｕ：０．２５質量％以上０．５０質量％以下）
Ｃｕは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果がある。Ｃｕの含有量が０．２５質量％未満の場合、アルミニウム合金板の強度が不十分であり、缶胴に成形されたときの缶体強度が不足する。一方、Ｃｕの含有量が０．５０質量％を超える場合、アルミニウム合金板の強度が過剰となり、成形性が低下する。したがって、Ｃｕの含有量は０．２５質量％以上０．５０質量％以下とする。Ｃｕの含有量の下限は、好ましくは０．３０質量％以上、又は０．３２質量％以上であってよい。またＣｕの含有量の上限は、好ましくは０．４５質量％以下、又は０．４０質量％以下であってよい。
Ｃｕは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果がある。Ｃｕの含有量が０．２５質量％未満の場合、アルミニウム合金板の強度が不十分であり、缶胴に成形されたときの缶体強度が不足する。一方、Ｃｕの含有量が０．５０質量％を超える場合、アルミニウム合金板の強度が過剰となり、成形性が低下する。したがって、Ｃｕの含有量は０．２５質量％以上０．５０質量％以下とする。Ｃｕの含有量の下限は、好ましくは０．３０質量％以上、又は０．３２質量％以上であってよい。またＣｕの含有量の上限は、好ましくは０．４５質量％以下、又は０．４０質量％以下であってよい。
（Ｍｎ：０．７質量％以上１．３質量％以下）
Ｍｎは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果があるとともに、アルミニウム合金板中にＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系晶出物を形成させ、しごき成形時に焼付きを抑制する効果がある。Ｍｎの含有量が０．７質量％未満の場合、アルミニウム合金板の強度が不十分となるとともに、晶出物が不足し、しごき成形時に焼付きによる外観不良が発生する。一方、Ｍｎの含有量が１．３質量％を超える場合、アルミニウム合金板中の晶出物が大きく、また過剰に形成され、フランジ成形性を低下させる。したがって、Ｍｎの含有量は０．７質量％以上１．３質量％以下とする。Ｍｎの含有量の下限は、好ましくは０．８質量％以上、０．９質量％以上、又は１．０質量％以上であってよい。またＭｎの含有量の上限は、好ましくは１．２質量％以下、又は１．２質量％未満であってよい。
Ｍｎは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果があるとともに、アルミニウム合金板中にＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系晶出物を形成させ、しごき成形時に焼付きを抑制する効果がある。Ｍｎの含有量が０．７質量％未満の場合、アルミニウム合金板の強度が不十分となるとともに、晶出物が不足し、しごき成形時に焼付きによる外観不良が発生する。一方、Ｍｎの含有量が１．３質量％を超える場合、アルミニウム合金板中の晶出物が大きく、また過剰に形成され、フランジ成形性を低下させる。したがって、Ｍｎの含有量は０．７質量％以上１．３質量％以下とする。Ｍｎの含有量の下限は、好ましくは０．８質量％以上、０．９質量％以上、又は１．０質量％以上であってよい。またＭｎの含有量の上限は、好ましくは１．２質量％以下、又は１．２質量％未満であってよい。
（Ｍｇ：１．２質量％以上２．０質量％以下）
Ｍｇは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果がある。Ｍｇの含有量が１．２質量％未満の場合、アルミニウム合金板の強度が不十分であり、缶胴に成形されたときの缶体強度が不足する。一方、Ｍｇの含有量が２．０質量％を超える場合、アルミニウム合金板の強度が過剰となり、成形性が低下する。したがって、Ｍｇの含有量は１．２質量％以上２．０質量％以下とする。Ｍｇの含有量の下限は、好ましくは１．３質量％以上、又は１．３質量％を超えてよい。またＭｇの含有量の上限は、好ましくは１．８質量％以下、１．７質量％以下、又は１．６質量％以下であってよい。
Ｍｇは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果がある。Ｍｇの含有量が１．２質量％未満の場合、アルミニウム合金板の強度が不十分であり、缶胴に成形されたときの缶体強度が不足する。一方、Ｍｇの含有量が２．０質量％を超える場合、アルミニウム合金板の強度が過剰となり、成形性が低下する。したがって、Ｍｇの含有量は１．２質量％以上２．０質量％以下とする。Ｍｇの含有量の下限は、好ましくは１．３質量％以上、又は１．３質量％を超えてよい。またＭｇの含有量の上限は、好ましくは１．８質量％以下、１．７質量％以下、又は１．６質量％以下であってよい。
（Ｃｒ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下）
Ｃｒはアルミニウム合金板の強度を向上させる効果がある。その効果は０．０１質量％以上の添加により得られる。一方、Ｃｒ含有量が０．１０質量％を超えると、粗大な金属間化合物を生じ、成形性を低下させる。したがってＣｒの含有量は０．０１質量％以上０．１０質量％以下とする。Ｃｒの含有量の下限は、好ましくは０．０１質量％を超えてよい。またＣｒの含有量の上限は、好ましくは０．０７質量％以下、０．０５質量％以下、又は０．０３質量％以下であってよい。
Ｃｒはアルミニウム合金板の強度を向上させる効果がある。その効果は０．０１質量％以上の添加により得られる。一方、Ｃｒ含有量が０．１０質量％を超えると、粗大な金属間化合物を生じ、成形性を低下させる。したがってＣｒの含有量は０．０１質量％以上０．１０質量％以下とする。Ｃｒの含有量の下限は、好ましくは０．０１質量％を超えてよい。またＣｒの含有量の上限は、好ましくは０．０７質量％以下、０．０５質量％以下、又は０．０３質量％以下であってよい。
（Ｔｉ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下）
Ｔｉは鋳塊結晶粒を微細化し、鋳造割れを抑制する効果がある。その効果は０．０１質量％以上の添加により得られる。一方、Ｔｉ含有量が０．１０質量％を超えると、粗大な金属間化合物を生じ、成形性を低下させる。従って、アルミニウム合金中のＴｉ含有量は０．０１質量％以上０．１０質量％以下とする。なお、Ｔｉを添加する場合には、例えば鋳塊微細化剤（Ａｌ－ＴｉもしくはＡｌ－Ｔｉ－Ｂ等）として鋳造前の溶湯に添加してもよく、例えばＴｉ：Ｂ＝５：１の割合とした鋳塊微細化材を用いる場合はこの含有割合に応じたＢも必然的に添加される。Ｔｉの含有量の下限は、好ましくは０．０１質量％を超えてよい。またＴｉの含有量の上限は、好ましくは０．０８質量％以下、０．０６質量％以下、又は０．０４質量％以下であってよい。
Ｔｉは鋳塊結晶粒を微細化し、鋳造割れを抑制する効果がある。その効果は０．０１質量％以上の添加により得られる。一方、Ｔｉ含有量が０．１０質量％を超えると、粗大な金属間化合物を生じ、成形性を低下させる。従って、アルミニウム合金中のＴｉ含有量は０．０１質量％以上０．１０質量％以下とする。なお、Ｔｉを添加する場合には、例えば鋳塊微細化剤（Ａｌ－ＴｉもしくはＡｌ－Ｔｉ－Ｂ等）として鋳造前の溶湯に添加してもよく、例えばＴｉ：Ｂ＝５：１の割合とした鋳塊微細化材を用いる場合はこの含有割合に応じたＢも必然的に添加される。Ｔｉの含有量の下限は、好ましくは０．０１質量％を超えてよい。またＴｉの含有量の上限は、好ましくは０．０８質量％以下、０．０６質量％以下、又は０．０４質量％以下であってよい。
（Ｚｎ：０．４質量％以下）
一般的に知られているように、アルミニウム合金板はＺｎを含んでいてよい。Ｚｎは０．４質量％以下の含有量であれば、アルミニウム合金板の材料特性、しごき加工後の缶特性に大きな影響を及ぼさない。Ｚｎは不可避不純物であるが、上記範囲内でＺｎを積極添加することもできる。Ｚｎの含有量の上限は、好ましくは０．３質量％以下、０．２７質量％以下、０．２５質量％以下、又は０．２質量％以下であってよい。またＺｎの含有量の下限は、例えば、０．１質量％以上であってよい。
一般的に知られているように、アルミニウム合金板はＺｎを含んでいてよい。Ｚｎは０．４質量％以下の含有量であれば、アルミニウム合金板の材料特性、しごき加工後の缶特性に大きな影響を及ぼさない。Ｚｎは不可避不純物であるが、上記範囲内でＺｎを積極添加することもできる。Ｚｎの含有量の上限は、好ましくは０．３質量％以下、０．２７質量％以下、０．２５質量％以下、又は０．２質量％以下であってよい。またＺｎの含有量の下限は、例えば、０．１質量％以上であってよい。
（残部がＡｌおよび不可避的不純物）
アルミニウム合金板の成分は前記の他、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。不可避的不純物としては、例えばＺｒ、Ｂ、Ｖ、Ｎａ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａなどが挙げられる。不可避不純物について許容される含有量は、例えばＺｒ、Ｖ、Ｎａ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａなどそれぞれ０．０５質量％以下であってよく、それらの合計で０．１５質量％以下であってよい。また、前記範囲であれば、不可避不純物として含有した場合に限らず、積極的に添加される場合であっても、本発明の効果を妨げることが抑制される。
アルミニウム合金板の成分は前記の他、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。不可避的不純物としては、例えばＺｒ、Ｂ、Ｖ、Ｎａ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａなどが挙げられる。不可避不純物について許容される含有量は、例えばＺｒ、Ｖ、Ｎａ、Ｃａ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｇａなどそれぞれ０．０５質量％以下であってよく、それらの合計で０．１５質量％以下であってよい。また、前記範囲であれば、不可避不純物として含有した場合に限らず、積極的に添加される場合であっても、本発明の効果を妨げることが抑制される。
（ベーキング後のＣｕ固溶量が０．２２質量％以上０．５０質量％以下）
２００℃、２０分のベーキング後のＣｕ固溶量は、例えば、熱フェノール法にて定量分析を行うことにより測定される。即ち、熱フェノールによる残渣抽出法によって残渣抽出溶液を得て、その溶液中の元素量をＩＣＰ発光分析法によって測定し、Ｃｕの固溶量を求めることができる。ベーキング後のＣｕ固溶量が０．２２質量％未満ではＤＩ成形後に缶壁の周方向伸びが不足し、フランジ成形性に劣る。０．５０質量％以上では強度が過剰となり成形性が低下する。したがって、ベーキング後のＣｕ固溶量は０．２２質量％以上０．５０質量％以下とする。ベーキング後のＣｕ固溶量の下限は、好ましくは０．２４質量％以上であってよい。またベーキング後のＣｕ固溶量の上限は、好ましくは０．４０質量％以下、又は０．３０質量％以下であってよい。
２００℃、２０分のベーキング後のＣｕ固溶量は、例えば、熱フェノール法にて定量分析を行うことにより測定される。即ち、熱フェノールによる残渣抽出法によって残渣抽出溶液を得て、その溶液中の元素量をＩＣＰ発光分析法によって測定し、Ｃｕの固溶量を求めることができる。ベーキング後のＣｕ固溶量が０．２２質量％未満ではＤＩ成形後に缶壁の周方向伸びが不足し、フランジ成形性に劣る。０．５０質量％以上では強度が過剰となり成形性が低下する。したがって、ベーキング後のＣｕ固溶量は０．２２質量％以上０．５０質量％以下とする。ベーキング後のＣｕ固溶量の下限は、好ましくは０．２４質量％以上であってよい。またベーキング後のＣｕ固溶量の上限は、好ましくは０．４０質量％以下、又は０．３０質量％以下であってよい。
なお、ベーキング条件は、温度が１８０℃以上２２０℃以下で、時間が３分以上２０分以下であれば、測定されるＣｕ固溶量の測定値に大きな影響を及ぼさない。また、Ｃｕ固溶量の測定は飲料缶を成形し、ベーキングを施した後の缶底ドーム部について行ってもよい。
（ベーキング後の０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上３１０ＭＰａ以下）
２００℃、２０分のベーキング後の０．２％耐力が２７５ＭＰａ未満では缶体、特に缶底部の強度が不足し、内容物充填後の加熱殺菌や輸送・ハンドリング時等に容器の変形を生じる。３１０ＭＰａを超えると強度が過剰なため、成形不良を生じやすくなる。したがってベーキング後の０．２％耐力は２７５ＭＰａ以上３１０ＭＰａ以下とする。ベーキング後の０．２％耐力の下限は、好ましくは２８０ＭＰａ以上、２８６ＭＰａ以上、又は２８９ＭＰａ以上であってよい。またベーキング後の０．２％耐力の上限は、好ましくは３０５ＭＰａ以下、３００ＭＰａ以下、又は２９６ＭＰａ以下であってよい。
２００℃、２０分のベーキング後の０．２％耐力が２７５ＭＰａ未満では缶体、特に缶底部の強度が不足し、内容物充填後の加熱殺菌や輸送・ハンドリング時等に容器の変形を生じる。３１０ＭＰａを超えると強度が過剰なため、成形不良を生じやすくなる。したがってベーキング後の０．２％耐力は２７５ＭＰａ以上３１０ＭＰａ以下とする。ベーキング後の０．２％耐力の下限は、好ましくは２８０ＭＰａ以上、２８６ＭＰａ以上、又は２８９ＭＰａ以上であってよい。またベーキング後の０．２％耐力の上限は、好ましくは３０５ＭＰａ以下、３００ＭＰａ以下、又は２９６ＭＰａ以下であってよい。
なお、ベーキング条件は、温度が１８０℃以上２２０℃以下で、時間が３分以上２０分以下であれば、測定される０．２％耐力の測定値に大きな影響を及ぼさない。なお、ベーキング後の０．２％耐力と缶底硬度には相関があるため、飲料缶を成形し、ベーキングを施した後の缶底ドーム頂点部の圧延平行断面におけるマイクロビッカース硬さ測定（ＪＩＳ Ｚ２２４４）で、ベーキング後の０．２％耐力を代用してもよい。この場合、２７５ＭＰａ以上３１０ＭＰａ以下の０．２％耐力を満足する範囲は、荷重１００ｇｆ、保持時間１５秒の条件で測定したビッカース硬さ（ＨＶ０．１）として９７以上１１３以下となる。ビッカース硬さの下限は、好ましくは９９以上、１０２以上、又は１０３以上であってよい。またビッカース硬さの上限は、好ましくは１１１以下、１０８以下、又は１０７以下であってよい。
（ＤＩ成形およびベーキング後の缶壁０°位置の周方向耐力が２９５ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下かつ缶壁０°位置の周方向伸びが４．０％以上）
ＤＩ成形およびベーキング後の缶壁０°位置の周方向耐力及び缶壁０°位置の周方向伸びは以下のようにして測定される。元板厚から缶壁への加工率が６５％となるようＤＩ成形した缶に対して、２００℃で２０分のベーキングを行った後、缶壁の缶軸方向と圧延方向が平行となる位置を試験片の中心として、引張方向が缶周方向と平行になるよう、ＪＩＳ ５号試験片の寸法を１／２に縮小した試験片を採取する。採取した試験片の引張試験（ＪＩＳ Ｚ２２４１）を行い、０．２％耐力を「缶壁０°位置の周方向耐力」、伸びを「缶壁０°位置の周方向伸び」とする。
ＤＩ成形およびベーキング後の缶壁０°位置の周方向耐力及び缶壁０°位置の周方向伸びは以下のようにして測定される。元板厚から缶壁への加工率が６５％となるようＤＩ成形した缶に対して、２００℃で２０分のベーキングを行った後、缶壁の缶軸方向と圧延方向が平行となる位置を試験片の中心として、引張方向が缶周方向と平行になるよう、ＪＩＳ ５号試験片の寸法を１／２に縮小した試験片を採取する。採取した試験片の引張試験（ＪＩＳ Ｚ２２４１）を行い、０．２％耐力を「缶壁０°位置の周方向耐力」、伸びを「缶壁０°位置の周方向伸び」とする。
なお、元板厚から缶壁へのＤＩ成形の加工率が６０％以上７０％以下の範囲であれば試験結果に大きな影響を及ぼさない。また、ベーキング条件は、温度が１８０℃以上２２０℃以下で、時間が３分以上２０分以下であれば試験結果に大きな影響を及ぼさない。
ＤＩ成形およびベーキング後の缶壁０°位置の周方向耐力が２９５ＭＰａ未満では缶壁強度が不足し、蓋やキャップを取り付ける際に胴部の変形などの不良を生じる。耐力が３５０ＭＰａを超えるとフランジ成形の際に割れなどの成形不良を生じ、成形性に劣る。このため、缶壁０°位置の周方向耐力は２９５ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下とする。缶壁０°位置の周方向耐力の下限は、好ましくは３００ＭＰａ以上、又は３１０ＭＰａ以上であってよい。また缶壁０°位置の周方向耐力の上限は、好ましくは３４０ＭＰａ以下、又は３３５ＭＰａ以下であってよい。
ＤＩ成形およびベーキング後の缶壁０°位置の周方向伸びが４．０％未満ではフランジ成形の際に割れなどの成形不良を生じ、成形性に劣る。このため、缶壁０°位置の周方向伸びは４．０％以上とする。缶壁０°位置の周方向伸びの下限は、好ましくは４．２％以上、又は４．４％以上であってよい。缶壁０°位置の周方向伸びの上限は、例えば６％以下であってよい。
（製造方法）
缶胴用アルミニウム合金板の製造方法の一例について説明する。缶胴用アルミニウム合金板の製造方法は、第１工程である鋳造工程と、第２工程である均質化熱処理工程と、第３工程である熱間圧延工程と、第４工程である冷間圧延工程と、を含み、これらの工程をこの順に行うものである。
缶胴用アルミニウム合金板の製造方法の一例について説明する。缶胴用アルミニウム合金板の製造方法は、第１工程である鋳造工程と、第２工程である均質化熱処理工程と、第３工程である熱間圧延工程と、第４工程である冷間圧延工程と、を含み、これらの工程をこの順に行うものである。
（第１工程から第２工程：鋳造工程、均質化熱処理工程）
第１工程は、目的の組成を有する鋳塊を半連続鋳造法にて作製する工程である。第２工程は、第１工程で作製されたアルミニウム合金の鋳塊に均質化熱処理を施す工程である。
第１工程は、目的の組成を有する鋳塊を半連続鋳造法にて作製する工程である。第２工程は、第１工程で作製されたアルミニウム合金の鋳塊に均質化熱処理を施す工程である。
第１工程では、例えば半連続鋳造法（ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ ｃｈｉｌｌ）鋳造）によりアルミニウム合金を鋳造して鋳塊を得る。鋳塊の厚みは、例えば４５０ｍｍ以上６５０ｍｍ以下であってよい。次にこの鋳塊に対して面削と均質化熱処理を行い、鋳塊表層の不均一な組織となる領域の除去と鋳塊の偏析を均質化する第２工程を行う。第２工程では、面削後に、均質化熱処理を行い熱間圧延開始温度まで冷却してもよいし、あるいは均質化熱処理後、室温近く（例えば、１００℃以下）まで冷却した後に面削を行い、熱間圧延開始温度まで再加熱してもよい。均質化熱処理は、例えば５７０℃以上６２０℃以下の温度範囲で、２時間以上１０時間以下保持する条件で行ってよい。
（第３工程：熱間圧延工程）
第３工程は、第２工程で均質化熱処理を施されたアルミニウム合金の鋳塊を熱間圧延する工程である。熱間圧延により得る熱間圧延板の板厚は、通常、冷間圧延して得られる製品板の板厚から冷間圧延による総圧延率を逆算して設定する。
第３工程は、第２工程で均質化熱処理を施されたアルミニウム合金の鋳塊を熱間圧延する工程である。熱間圧延により得る熱間圧延板の板厚は、通常、冷間圧延して得られる製品板の板厚から冷間圧延による総圧延率を逆算して設定する。
熱間圧延開始温度は、例えば４５０℃以上６００℃以下であってよい。熱間圧延開始温度が４５０℃以上であれば、所望の熱間圧延巻取温度を確保することができる。また熱間圧延開始温度が６００℃以下であると焼付きによる表面不良を抑制できる。なお、熱間圧延開始温度の下限は、好ましくは４５０℃以上、又は４８０℃以上であってよい。また熱間圧延開始温度の上限は、好ましくは５５０℃以下、又は５３０℃以下であってよい。
また、熱間圧延後にコイル状に巻き取った熱間圧延板の側面を接触式温度計で測定した温度（熱間圧延終了温度）が、例えば３３５℃以上４５０℃以下となるように熱間圧延を行ってよい。熱間圧延終了温度が３３５℃以上であると、熱間圧延板巻取後の冷却中にＡｌ－Ｃｕ－Ｍｇ系化合物の析出が多くなることが抑制され、所定のＣｕ固溶量を得ることができ、十分な強度が得られる。また４５０℃以下であると、圧延中に焼付きなどを生じることが抑制され、表面品質の低下が抑制される。熱間圧延終了温度の上限は、好ましくは４２０℃以下、４００℃以下、又は３８０℃以下であってよい。熱間圧延終了温度の下限は、好ましく３４０℃以上、又は３５０℃以上であってよい。
（第４工程：冷間圧延工程）
第４工程は、第３工程で熱間圧延された熱間圧延板を冷間圧延する工程である。第４工程では、熱間圧延板を、焼鈍することなく冷間圧延して、所定の板厚のアルミニウム合金板に仕上げる。冷間圧延は、熱間圧延板が適切な荷重の範囲で製品板の板厚まで圧延されるように、所定の総圧延率となる複数回のパスを設定して行う。なお、パスとは、一対のワークロール間を板が１回通板して圧延されることをいう。
第４工程は、第３工程で熱間圧延された熱間圧延板を冷間圧延する工程である。第４工程では、熱間圧延板を、焼鈍することなく冷間圧延して、所定の板厚のアルミニウム合金板に仕上げる。冷間圧延は、熱間圧延板が適切な荷重の範囲で製品板の板厚まで圧延されるように、所定の総圧延率となる複数回のパスを設定して行う。なお、パスとは、一対のワークロール間を板が１回通板して圧延されることをいう。
冷間圧延の総圧延率は、例えば８０％以上９０％以下としてよい。冷間圧延の総圧延率が８０％以上であると、缶胴用アルミニウム合金板の強度が充分に得られ、ＤＩ成形及びベーキング後の缶胴の耐圧強度が充分に得られる。一方、総圧延率が９０％以下であると、アルミニウム合金板の強度が過大となることが抑制され、成形性の低下が抑制される。冷間圧延の総圧延率の下限は、好ましくは８２％以上であってよい。また、冷間圧延後の板厚は例えば０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であってよい。
缶胴用アルミニウム合金板の製造方法においては、冷間圧延後、必要に応じて仕上げ焼鈍を施してもよいが、仕上げ焼鈍を施さないほうが好ましい。なお、以上の缶胴用アルミニウム合金板の製造方法においては、第３工程より後、かつ、第４工程が終了するより前には、缶胴の塗装焼付け処理の到達温度を超える中間焼鈍を行わないものとする。
以上、本発明の実施形態について述べてきたが、以下に、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（缶胴用アルミニウム合金板の作製）
表１に示す組成からなるアルミニウム合金（Ｎｏ．１からＮｏ．５）について、前記第１工程から第３工程として示した方法半連続鋳造、均質化処理、面削、熱間圧延を行った。熱間圧延終了温度は３３０℃以上３７５℃以下とした。そして、得られた熱間圧延板を、中間焼鈍を施すこと無く、総圧延率８７％で冷間圧延して厚み０．２７０ｍｍの缶胴用アルミニウム合金板を得た。なお、Ｎｏ．１からＮｏ．３が実施例に相当し、Ｎｏ．４及びＮｏ．５は比較例に相当する。
表１に示す組成からなるアルミニウム合金（Ｎｏ．１からＮｏ．５）について、前記第１工程から第３工程として示した方法半連続鋳造、均質化処理、面削、熱間圧延を行った。熱間圧延終了温度は３３０℃以上３７５℃以下とした。そして、得られた熱間圧延板を、中間焼鈍を施すこと無く、総圧延率８７％で冷間圧延して厚み０．２７０ｍｍの缶胴用アルミニウム合金板を得た。なお、Ｎｏ．１からＮｏ．３が実施例に相当し、Ｎｏ．４及びＮｏ．５は比較例に相当する。
（ベーキング後耐力）
表１の各条件で作製した缶胴用アルミニウム合金板について、２００℃で２０分のベーキングを施した後、引張方向が圧延方向と平行になるようにＪＩＳ ５号引張試験片を作製した。その後、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準じて引張試験を行い、０．２％耐力を求め、ベーキング後耐力（ＭＰａ）とした。
表１の各条件で作製した缶胴用アルミニウム合金板について、２００℃で２０分のベーキングを施した後、引張方向が圧延方向と平行になるようにＪＩＳ ５号引張試験片を作製した。その後、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準じて引張試験を行い、０．２％耐力を求め、ベーキング後耐力（ＭＰａ）とした。
（缶底硬度（推定値））
ベーキング後の０．２％耐力範囲である２７５ＭＰａ以上３１０ＭＰａ以下が、缶底のビッカース硬さ（ＨＶ）９７以上１１３以下に相当することから、直線近似により、ベーキング後の０．２％耐力（ＡＢＹＳ）から缶底硬度としてビッカース硬さ（ＨＶ）の推定値を算出した。用いた近似式を以下に示す。
ＨＶ＝ＡＢＹＳ×０．４５７－２８．７
ベーキング後の０．２％耐力範囲である２７５ＭＰａ以上３１０ＭＰａ以下が、缶底のビッカース硬さ（ＨＶ）９７以上１１３以下に相当することから、直線近似により、ベーキング後の０．２％耐力（ＡＢＹＳ）から缶底硬度としてビッカース硬さ（ＨＶ）の推定値を算出した。用いた近似式を以下に示す。
ＨＶ＝ＡＢＹＳ×０．４５７－２８．７
（Ｃｕ固溶量）
表１の各条件で作製した缶胴用アルミニウム合金板について、２００℃で２０分のベーキングを施した後、熱フェノール法にて定量分析を行うことによりＣｕ固溶量を測定した。即ち、熱フェノールによる残渣抽出法によって残渣抽出溶液を得て、その溶液中の元素量をＩＣＰ発光分析法によって測定して、Ｃｕ固溶量（質量％）を測定した。
表１の各条件で作製した缶胴用アルミニウム合金板について、２００℃で２０分のベーキングを施した後、熱フェノール法にて定量分析を行うことによりＣｕ固溶量を測定した。即ち、熱フェノールによる残渣抽出法によって残渣抽出溶液を得て、その溶液中の元素量をＩＣＰ発光分析法によって測定して、Ｃｕ固溶量（質量％）を測定した。
（缶壁強度と缶周方向伸び）
表１の各条件で作製した缶胴用アルミニウム合金板を用い、一般的に用いられる缶胴成形装置（ボディメーカ）により元板厚から缶壁厚への加工率が６５％となるようＤＩ缶を作製し、実際の加工率は６２％以上６５％以下であった。この後、２００℃で２０分のベーキングを行った。
表１の各条件で作製した缶胴用アルミニウム合金板を用い、一般的に用いられる缶胴成形装置（ボディメーカ）により元板厚から缶壁厚への加工率が６５％となるようＤＩ缶を作製し、実際の加工率は６２％以上６５％以下であった。この後、２００℃で２０分のベーキングを行った。
作製したＤＩ缶の缶壁より、冷間圧延板の圧延方向と缶軸方向とが平行となる位置を中心としてＪＩＳ ５号試験片の寸法を１／２に縮小した引張試験片を引張方向が缶周方向となるよう採取した。採取した引張試験片に対して引張試験を実施して、０．２％耐力と破断までの伸びを測定し、それぞれ缶壁０°位置の周方向耐力（０．２％耐力（ＭＰａ））と缶壁０°位置の周方向伸び（伸び（％））とした。
Ｎｏ．１からＮｏ．３は所定の特性を満たしており、缶体強度およびフランジ成形性に優れると考えられる。Ｎｏ．４は熱間圧延終了温度が低いため、Ｃｕ固溶量が少なく、ベーキング後耐力が所定の範囲を下回っているため缶体強度が不足し、また缶壁０°位置周方向伸びが所定の範囲を下回っているためフランジ成形性に劣ると考えられる。Ｎｏ．５はベーキング後耐力が所定の範囲にあるため缶体強度は確保できるが、Ｃｕ量が所定の範囲を下回っているためＣｕ固溶量が少なく、缶壁０°位置周方向伸びが所定の範囲を下回っているためフランジ成形性に劣ると考えられる
Claims (3)
- Ｓｉ：０．１質量％以上０．６質量％以下、Ｆｅ：０．２質量％以上０．８質量％以下、Ｃｕ：０．２５質量％以上０．５０質量％以下、Ｍｎ：０．７質量％以上１．３質量％以下、Ｍｇ：１．２質量％以上２．０質量％以下、Ｃｒ：０．０１質量％以上０．０５質量％以下、Ｔｉ：０．０１質量％以上０．１０質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、
２００℃、２０分ベーキング後のアルミニウム合金板におけるＣｕ固溶量が０．２２質量％以上０．５０質量％以下であり、
２００℃、２０分ベーキング後の０．２％耐力が２７５ＭＰａ以上３１０ＭＰａ以下であり、
元板厚から缶壁への加工率６５％でＤＩ成形し、２００℃、２０分ベーキングした後の缶壁０°位置の周方向耐力が２９５ＭＰａ以上３５０ＭＰａ以下、かつ周方向伸びが４．０％以上である缶胴用アルミニウム合金板。 - Ｚｎを含み、Ｚｎ：０．３質量％以下である請求項１に記載の缶胴用アルミニウム合金板。
- 請求項１または２に記載の缶胴用アルミニウム合金板の製造方法であって、
鋳造工程と、均質化熱処理工程と、熱間圧延工程と、冷間圧延工程と、を含み、これらの工程をこの順に行うものであり、
前記熱間圧延工程は、熱間圧延開始温度が４５０℃以上６００℃以下であり、熱間圧延終了温度が３４０℃以上４５０℃以下であり、
前記冷間圧延工程は、総圧延率が８０％以上９０％以下である缶胴用アルミニウム合金板の製造方法。
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