JPH03146632A - 絞りカップの真円度に優れたアルミニウム合金硬質板及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明はアルミニウム合金硬質板に係り、更に詳しくは
、飲料用缶胴の絞りカップ後の外径変化が少なく、その
後のＤＩ加工時に再絞りガイドに搬入し易い、絞りカッ
プの真円度に優れたアルミニウム合金硬質板及びその製
造法に関するものである。 （従来の技術） 従来より、ビール及び炭酸飲料用等の飲料缶体や食缶缶
体用には、材料としてＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系の３００４合
金硬質板が用いられている。しかし、近年の缶軽量化に
おいて高強度、高成形性化の要望が強くなってきている
。 そのため、本発明者らは、先に析出硬化型の高強度缶体
用アルミ材料を開発した（特公昭６１−７４６５号ばか
）。そして、この素材の高強度化は主として缶底部の薄
肉化に寄与している。しかしながら、更に缶の軽量化を
考えた場合、缶体全体の薄肉化が必要となってくる。し
たがって、今後、更に缶体の軽量化を図るためには缶壁
の薄肉化ができる材料が必要となり、このような要望が
強くなってきている。 一方、缶体用材料の製造法に関しては、先に述べた３０
０４合金の鋳塊に均質化熱処理、熱間圧延、冷間圧延及
び中間焼鈍を組み合せて行われるものであるが、特に最
近では、素材の高強度化と共に生産性の向上を目的とし
て連続焼鈍炉（ＣＡＬ：コイルを巻きほどきながら急速
加熱冷却する短時間焼鈍）が用いられ始めており、例え
ば、特公昭６１−７４６５号、同６２−３７７０５号。 同６２−６７４０号、同６２−１３４２１号等が提案さ
れている。 （発明が解決しようとする課題） 先にも述べたように、缶体の軽量化には缶体全体の薄肉
化が必要であり、従来技術では缶底部のみの薄肉化が図
れる素材の高強度化が進められてきた。しかし、素材の
高強度化は缶壁部の高強度化にもつながり、充填時に必
要な缶の軸方向座屈強度に対してはプラスに働くが、残
念ながら、ネック及びフランジ加工に対してはマイナス
要因となり、必然的に缶壁、特にネック、フランジ部の
缶壁の薄肉化を困難にさせるという問題がある。 本発明者らは、この問題を解決し、缶壁の薄肉化の要望
に応えるため、缶壁強度が比較的低いアルミ材料並びに
その製造法を開発し、先に提案した（特願平１−９３９
３７号）。 しかしながら、本発明者らが更に検討してきた結果５材
料特性上では優れることを確認したが、搬送上のトラブ
ル原因となる現象が認められた。 すなわち、絞りカップ成形後にＤＩ加工を施す訳である
が、絞りカップが変形している場合にはＤＩ加工時にジ
ャム発生を招く恐れがあることである。 本発明は、上記問題点を解決し、しかも缶全体の薄肉化
を可能とする高強度・高成形性のアルミニウム合金硬質
板とその製造法を提供することを目的とするものである
。 （課題を解決するための手段） 前記課題に鑑みて、本発明者らは、絞りカップ変形と材
料特性の関係を詳細に調査した。その結果、絞りカップ
変形は成形後のスプリングバックにより発生すること、
及びそれが強度異方性（平行、４５°、直角の引張り強
度の差）に主として起因していること、更には強度異方
性は結晶粒の形状により生じることを知見した。そして
、その対策について鋭意研究を重ねた結果、成分組成及
び製造条件の適正化を図ることにより、解決するに至っ
た。 すなわち、絞りカップの変形は成形後に生じ、圧延方向
に対して直角方向に径が大きくなり、圧延方向に小さく
なる。これは、直角方向の強度が平行方向の強度に比べ
高いため、直角方向は第２図の如く外に広がり、逆に平
行方向は狭くなるためである。したがって、素材の強度
異方性がないことが重要であるが、本材料は圧延硬質材
であるため、必然的に強度異方性を生じ、そのため、で
きるかぎり小さくすることが重要となる。 そのためには、主として以下の２点を満足する方策が必
要であることが判明した。 （１）最終冷間圧延率は小さいほど良い。 （２）結晶粒は小さいほどよい。 このうち、（１）につ１〜では、要求特性（強度、成形
性）を満足しつつ効果的な強度上昇により最終冷間圧延
率を低下させ得る適正な成分調整とて造条件の調整が必
要である。また（２）についても中間焼鈍時に微細結晶
粒となる適正な成分調整と製造条件の調整が必要である
。これらの点と、更にその他の特性（晶出物分布、絞り
耳率）にも充分に配慮して、ここに本発明をなしたもの
である。 すなわち１本発明は、Ｆｅ：０．５〜１．２％。 Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｍｇ：０．５〜１．０％、但
し、ＭｎとＭｇがＭｇ＝　（１、０〜１　、５　）Ｍｎ
の関係を満足するように含有し、更にＳｉ：０．１〜０
．７％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％及びＺｎ：０．０５
〜ｌ、０％のうちの１種又は２種以上を含有し、残部が
Ａｌと不可避的不純物からなるアルミ合金硬質板におい
て、強度異方性が１　、５　ｋｇｆ　／　ｎ＋ｍ２以内
であることを特徴とする絞りカップの真円度に優れたア
ルミニウム合金硬質板を要旨とするものである。 また、その製造法に係る本発明は、上記化学成分を有す
るＡｌ合金鋳塊に５００〜６００°Ｃの温度の均質化熱
処理を施した後、熱間圧延を終了板厚１．５〜２．５ｍ
ｍ、終了温度２８０℃以上で行い、その後直ちに、或い
は放冷後加熱冷却速度１００℃／ｌｌ１ｉｎ以上、到達
温度４００〜６００℃の条件で中間焼鈍を施した後、圧
延率７０〜９０％の最終圧延を施すことにより、強度異
方性が１　、５　ｋｇｆ／ｒｎｍ２以内であるアルミニ
ウム硬質板を得ることを特徴とする絞りカップ真円度に
優れたアルミニウム合金硬質板の製造法を要旨とするも
のである。 以下に本発明を更に詳細に説明する。 （作用） まず、本発明における化学成分の限定理由は次のとおり
である。 Ｆｅ： Ｆｅは結晶粒微細化に最も大きな効果を有する他、Ｍｎ
との関係でＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系品出物の適正生成による
しごき加工性向上、缶壁強度の軟化に効果のある元素で
ある。しかし、Ｑ、５％未満ではこれらに対する効果が
小さく、また、１．０％を超える場合には巨大品出物を
形成し、加工不具合を招くので好ましくない。したがっ
て、Ｆｅ量は０．５〜１．０％の範囲とする。 Ｍｎ： Ｍｎは強度異方性を高める元素であるが、一方で強度の
向上、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系品出物の適正生成によるしご
き加工性の向上、缶壁強度の軟化に効果のある元素でも
ある。したがって、０．５％未満では上記の効果が小さ
い。また１、０％を超える場合には強度異方性が高くな
る他、強度が高すぎることによる成形性の低下、更にＦ
ｅ量との関係からＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の巨大晶出物形成
による加工不具合を招くので好ましくない。したがって
、Ｍｎ量は０．５〜１．０％の範囲とする。 Ｍｇ： Ｍｇは強度向上に効果のある元素であり、特にＣｕとの
組合せによりベーキング時にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系析出物
による析出硬化を示し、缶底部の高強度化に有効である
。しかし、０．５％未満ではその効果は小さく、また１
、０％を超える場合には強度異方性が高くなる傾向にあ
り、カップの変形を招く。したがって、Ｍｇ量は０．５
〜１．０％の範囲とする。 但し、ＭｎとＭｇはいずれも強度向上に効果があるもの
の、効果的な強度向上にはＡｎ−Ｃｕ−Ｍｇ系析出物に
よる析出硬化を活用する必要がある。 この場合、Ｍｇ量がＭｎ量よりも少ないと（Ｍｇ＜Ｍｎ
）、効果的な強度向上が期待できず、冷間圧延率アップ
によりカップの変形が大きくなる。またＭｇ量がＭｎ量
の１．５倍よりも多いと（Ｍｇ）　１．５Ｍｎ）、要求
される強度にもよるが、Ｍ　ｎ　減少によるＤＩ加工性
の低下を招く。したがって、ＭｎとＭｇは、Ｍｇ”（１
，０〜１．５）Ｍｎの関係を満足するように含有させる
。 Ｓｉ： ＳｉはＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の晶出物に相変態を生じさせ
、いわゆるＡ　Ｑ　−Ｆｅ−Ｍｎ　−Ｓｉ系のα相を形
成させる元素であり、α相は硬度が高く、特にしごき加
工性の向上に効果がある。゛しかじ、０゜１％未満では
その効果は小さく、また０、７％を超える場合には圧延
時に耳割れを生じ、製造上に問題を招く。したがって、
−３ｉ量は０．１〜０．７％の範囲とする。 Ｃｕ： ＣｕはＭｇと同様の効果を示す元素であり、Ａｌ−Ｃｕ
−Ｍｇ系析出物による析出効果を示し、缶底部の強度向
上に有効である。しかし、０．０５％未満ではその効果
は小さく、また０、５％を超える場合には強度が高すぎ
ることによる成形性低下を招く。したがって、Ｃｕ量は
０．０５〜０．５％の範囲とする。 ｚｎ： Ｚｎは絞り及びしごき加工性並びにその後のフランジ成
形性の向上に効果のある元素である。 しかし、０．０５％未満ではその効果が小さく、また１
、０％を超える場合には特に問題はないが、耐食性が低
下する傾向となり、またコスト的に不利である。したが
って、Ｚｎｉは０．０５〜１６０％の範囲とする。 但し、上記Ｓｉ、Ｃｕ及びＺｎについては、これらのう
ち、少なくとも１種又は２種以上を含有させれば足りる
。 なお、不純物としては、本発明の効果を損なわない限度
で許容でき５例えば、Ｃｒ＜０．３％。 Ｔｉ＜０．２％、Ｂ＜０．０５％、Ｚｒ＜０．１％であ
る。 次に本発明の製造法について説明する。 上記化学成分を有するアルミニウム合金は、常法により
溶解、鋳造し、得られた鋳塊は熱間圧延前に均質化熱処
理が施される。この熱処理はその後の熱間圧延性の向上
のほか、先に述べたα相形成による成形性向上並びに深
絞り加工時に形成される耳率抑制に効果がある。しかし
、５００℃未満ではいずれの効果も／ｌＸさく、また６
００℃を超える場合にはバーニング等による板表面の性
能低下を招く。したがって、均質化熱処理は５００〜６
００℃の温度で行う。なお、保持時間は加熱温度により
異なるが、概ねｌｈｒ以上が望ましく１例えば、５５０
℃未満ではｌｈｒ以上であるが、５５０℃以上では保持
時間はなくてもよい。また、この均質化熱処理は２度行
ってもよい。 引き続き行なわれる熱間圧延は、粗圧延（厚さ１０＋ｕ
＋以上）と仕上圧延とに分かれるものの、連続工程であ
る。粗圧延は均質化熱処理後行なわれるが、開始温度は
４５０℃以上が好ましい。更に粗圧延後、仕上圧延にて
コイル状に巻き上げるが。 その際、終了時の板厚と温度が重要である。これらは製
品板での適正強度１強度異方性、ＤＩ加工後のベーキン
グによる軟化並びに深絞り加工時の耳率抑制に影響を及
ぼす。すなわち、終了板厚が１．５１未満では強度異方
性低下及び耳率抑制には効果があるが１強度及びＤＩ加
工後のベーキングによる軟化が不足する。また、２．５
ｍｍを超える場合には強度異方性が大きく、また強度が
高すぎることによる成形性低下と耳率アップによる加工
不具合を招く。したがって、終了板厚は１．５〜２．５
１１Ｉｍの範囲とする。また、終了温度は、特に深絞り
耳に大きく影響し、２８０℃未満では大巾な耳率アップ
を招くので、終了温度は２８０℃以上とする。 その後、中間焼鈍を含む冷間圧延が行われる。 中間焼鈍は製品板（缶底部に相当）での結晶粒微細化及
び高強度化に重要な工程であり、絞りカップの変形を小
さくすること及び製缶工程中のベーキングにおいて析出
硬化するＭｇ及びＣｕを充分に固溶させることを目的と
する熱処理である。加熱冷却速度が１００℃／ｗｉｎ未
満では結晶粒・微細化が難しく、また冷却途中に析出を
生じて固溶量が減少するので好ましくない。また、加熱
と冷却は同一ライン内にあり、生産性の点からライン速
度は速いほどよい。したがって、加熱冷却速度は１００
℃／Ｉｎ１ｎ以上とする。また、加熱温度は再結晶と同
時にＭｇ及びＣｕの溶体化に重要な条件であるが、４０
０℃未満ではいずれにも不充分であり、６００℃を超え
る場合にはバーニングの問題を招くので好ましくない。 更に保持時間は温度により異なり、高温（例えば、５０
０℃以上）の場合には保持なしでも充分に満足されるが
、低温（例えば、４００℃）の場合には１０ｍ１ｎ程度
必要である。したがって、到達温度は４００〜６００℃
の範囲とし、概ね１０Ｉｌｉｎ以内の保持を行なう。な
お、生産上、好ましい温度範囲は４５０〜５５０℃であ
る。勿論、中間焼鈍は連続焼鈍炉（ＣＡＬ）を使用する
のが好ましいことは云うまでもない。 更に、中間焼鈍後に行う最終工程の冷間圧延は、製品板
での強度向上及びＤＩ加工後のベーキングによる軟化に
効果がある。しかし、冷間圧延率が７０％未満ではその
効果がホさいことから、冷間圧延率は７０％以上が必要
である。一方、圧延率が９０％を超えると、強度異方性
が大きくなり。 カップの真円度を低下させる他１強度が高くなることか
ら、成形性の低下を招く。したがって、最終冷間圧延は
圧延率７０〜９０％で行う。 なお、冷間圧延後、必要に応じて、缶底成形性の向上の
ために仕上げ焼鈍（１００〜２００°Ｃ×ｌｈｒ以上）
を施す場合もある。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 災寒皿上 Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金において、Ｆｅ：　０．４−２
．０％、Ｍｎ：　０．４−１．２％、Ｍｇ：０．４〜１
゜２％の範囲で変えた１０種類の成分組成のＡｌ合金鋳
塊に５８０℃Ｘ４ｈｒの均質化熱処理を施した後、５０
ｍｍ厚から２ｍｌ１１厚まで熱間圧延（終了ｆｊＬ度２
９０〜３００℃）を施した。その後、５２０　℃Ｘ５ｓ
の急速加熱冷却焼鈍（５００℃／ｍｊｎ）を施し、製品
厚０．３５ｍｍまで冷間圧延した。 これらの供試材について、圧延方向に対してそれぞれ平
行、４５°直角に引張り試験片を切り出し、機械的性質
を求めると共に、８６φ×４０ｈの絞りカップ（４５ｔ
ｏｎクランクプレス使用、ブランク径１４０φ）を製作
し、カップ上部（上端より５ｍ＋ｗ下程度）の真円度を
測定した。 その結果を第１図に示すように、（直角−平行）の引張
り強度差△σ８（上−ｉ）と真円度とは、正の相関が認
められ、ΔσＢ（土−ｉ）が小さい程、真円度は小さく
なり、良好となることが明らかとなった。 なお、図中、Ａ材は代表的な３００４合金（Ｆｅ：０．
４％、Ｍｎ：１．０５％、Ｍｇ：１．１％）であり、最
も真円度に優れるＢ材はＦｅ：　２．０％のＡｌ金合金
ある。しかし、Ｆｅ、：、２．０％のＡｌ金合金Ｂ材）
は成形性（絞り性、張出性）に劣り、他の供試材も、強
度不足或いは成形性不足の点で実用化には無理であった
。但し、本テストより、真円度（本試験条件）を２ｍｍ
以下とするためには、△σ８（上−ｉ）が１　、５　ｋ
ｇｆ　／　ｍｍ”であることが判った。 災見桝又 第１表に示す化学成分を有するＡｌ合金鋳塊に５８０℃
Ｘ６ｈｒの均質化熱処理を施した後、熱間圧延（終了温
度２９０〜３０５℃）にて２．０ｍｍ厚とし、５００℃
ＸｌＯｓの急速加熱冷却焼鈍（５００℃／５ｉｎ）を施
した。その後、０．３５ｍｍ厚まで冷延して製品板とし
た。 得られた製品について機械的性質（圧延まま、ベーキン
グ後）及びカップの真円度を調べた結果を第２表に示す
。なお、カップ真円度は実施例１の場合と同様の要領で
測定した。 第２表より明らかなように１本発明材のＮα３、Ｎα４
．Ｎａ５は△σＢ（土−ｉ）が小さく、カップ真円度に
優れ、且つ本用途の缶胴材（耐圧強度の観点からベーキ
ング耐力≧２８　ｋｇｆ　／　ｍｍ”が必要）としての
強度も有している。 一方、従来材Ｎｏ１と、（Ｍ　ｇ／　Ｍ　ｎ）　＞　１
　、５の比較材Ｎｎ　２はともに△σ８（土−／／）が
大きく、カップ真円度に劣る。 更に、比較材Ｎａ　６は（Ｍｇ／Ｍｎ）＜１．０であり
。 効果的なベークハードが得られず、強度不足である。ま
た、比較材Ｎα７はＦｅが多い（金居間化合物大）ため
に絞り及びしごき加工性に劣り１本用途に適していない
。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、アルミニウム硬
質板においてＦｅ、Ｍｎ、Ｍｇの各量をＭｎとＭｇが特
定の関係式を満足するように成分調整し、更には製造条
件を適正に規制するので、缶の成形時にトラブルがなく
、且つ缶全体の薄肉化が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は真円度と（直角−平行）の引張り強度差Δσ８
（土−ｉ）との関係を示す図、 第２図は絞りカップの変形状態を示す説明図である。 特許出頭人　　株式会社神戸製鋼所

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｆｅ：０．５〜１．２
   ％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｍｇ：０．５〜１．０％
   、但し、ＭｎとＭｇがＭｇ＝（１．０〜１．５）Ｍｎの
   関係を満足するように含有し、更にＳｉ：０．１〜０．
   ７％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％及びＺｎ：０．０５〜
   １．０％のうちの１種又は２種以上を含有し、残部がＡ
   ｌと不可避的不純物からなるアルミ合金硬質板において
   、強度異方性が１．５ｋｇｆ／ｍｍ＾２以内であること
   を特徴とする絞りカップの真円度に優れたアルミニウム
   合金硬質板。
2. （２）請求項１に記載の化学成分を有するＡｌ合金鋳塊
   に５００〜６００℃の温度の均質化熱処理を施した後、
   熱間圧延を終了板厚１．５〜２．５ｍｍ、終了温度２８
   ０℃以上で行い、その後直ちに、或いは放冷後加熱冷却
   速度１００℃／ｍｉｎ以上、到達温度４００〜６００℃
   の条件で中間焼鈍を施した後、圧延率７０〜９０％の最
   終圧延を施すことにより、強度異方性が１．５ｋｇｆ／
   ｍｍ＾２以内であるアルミニウム硬質板を得ることを特
   徴とする絞りカップ真円度に優れたアルミニウム合金硬
   質板の製造法。