JPH036356A - 成形用アルミニウム合金材の製造方法 - 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） 本発明は成形用アルミニウム合金材の製造方法に関し、
さらに詳しくは、飲料缶、食缶などの金属缶円胴及びキ
ャップとして使用されるのに好適な高強度かつ成形性に
優れた成形用アルミニウム合金材の製造方法に関するも
のである。

（従来の技術） 一般に深絞り加工により製造される飲料缶、食缶容器又
はＰＰキャップ等の材料としては、ＪＩＳ３１０５合金
、３００４合金、５０５２合金等の硬質、半硬質材等が
用いられているが、缶、キャップのコストをより一層低
減するとともに軽量化を図るため、従来よりもさらに薄
いアルミニウム合金材が強く望まれており、この素材と
して従来使用されているものよりも高強度であるアルミ
ニウム合金材が要望されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のアルミニウム合金について単に冷
間圧延率を上昇させたり、主合金含有元素であるＭｇを
多く含有させたりすることにより高強度にしようとする
と、絞り加工時の耳率の増加、深絞り性の低下をもたら
すばかりでなく、塗装焼付は加熱時の強度低下が太き（
なり、薄肉化に必要な強度が得られないという問題が生
じた。

さらに上記のように、従来材を高強度とするために単に
冷間圧延率、Ｍｇ含有量を上昇させた場合、冷間圧延時
およびその後の深絞り時の縮みフランジ加工時にせん所
帯が発生しやす（なるという問題が生じた。せん所帯は
冷間圧延時の圧延板の圧延方向に平行な板厚断面からみ
て、板面に対して約３０〜４０°の傾斜角度で交差した
線状模様として表われ、特にＭｇｆｘが高い場合あるい
は冷間圧延率が高い場合は板厚全体にせん所帯が成長す
るために圧延加工時あるいはその後のプレス加工時に、
その部分から破断しそれ以上の加工が不可能となる。

また、深絞り時に容器側壁部に垂直方向に対し、約３０
〜４０°の傾斜角度で交差した曲線群となって現われる
ぜん所帯すなわちカゴメ模様は容器の外観を損ない、商
品価値を低下させると共に、絞り比が高い場合には、せ
ん所帯に沿って割れが発生し、深絞り成形性を著しく劣
化させる。

また食缶あるいはキャップのように塗膜を施した後に絞
り加工する場合には、塗膜剥離を生じ耐食性を劣化させ
る恐れがある。

本発明は上記従来の問題を解決し、強度及び成形性に優
れ、深絞り成形時のカゴメ模様の発生がない成形用アル
ミニウム合金材の製造方法を提供することを目的とする
。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは上記従来技術の現状に鑑み、鋭意研究を行
った結果、■従来のＡ℃−Ｍ　ｎ　−Ｍ　ｇ系などの３
０００系、へρ−Ｍｇ系などの５０００系の非熱処理型
アルミニウム合金の代りに熱処理型アルミニウム合金、
特に時効処理あるいはベーキング処理を施すことにより
Ｍ　ｇ　−Ｓ　ｉ系金属間化合物の析出効果を起こすＡ
℃−Ｍｇ−５ｉ系合金を用いることにより、缶用又はキ
ャップ用アルミニウム合金板として十分な強度及び良好
な成形性が得られること、また■せん所帯は３０００系
、５０００系等の非熱処理型合金の場合、合金中の固溶
Ｍｇ原子と冷間圧延等により導入された可動転位が、動
的歪み時効を起こして生じたものであり、これが冷間圧
延中あるいはその後のプレス加工時に板厚方向に発達し
、破断に至ること、■６０００６０００系熱処理型合金
においても時効初期に生じる微細かつマトリックスと整
合又は半整合な析出相が、冷間圧延等により導入された
可動転位に交切されることによりせん所帯が発生するこ
と、■しかし、冷間圧延前に析出処理を行い、析出物を
ある程度粗大化させることにより、せん所帯の形成が防
止でき、最終板の成形性を向上せしめることを見出し、
この知見に基づき本発明をなすに至った。

すなわち本発明は、（１）Ｍｇ０．５〜３５重量％（以
下、金属組成物の％は重量％を示す）、Ｓｉ　　０．１
〜０．６％、Ｍｎ　０．０５〜１．５％及びＣｕ０．０
５〜０．２％を含有し、さらにＦｅ　０．１〜０．６％
、Ｃｒ０．０５〜０３％のなかから選ばれた少なくとも
１種以上を含有し、残部としてＡＩ２及び不可避的不純
物を有するアルミニウム合金鋳塊に、均質化処理と熱間
圧延を施して得られた合金板に４５０〜５８０℃の温度
で溶体化処理を施し、弓き続き１３０〜２５０℃の温度
で０．１分以上の析出処理を行った後に、圧下率３０％
以上の冷間圧延を施すことを特徴とする成形用アルミニ
ウム合金材の製造方法（第１発明という）、（２）冷間
圧延の後に、１００〜２５０℃の温度で仕上焼鈍を施す
前記（１）記載の成形用アルミニウム合金材の製造方法
（第２発明という）を提供するものである。

本発明に係るアルミニウム合金材について、各含有成分
の作用とその含有量を限定した理由を以下に述べる。

Ｍｇは０．５〜３．５％とする。Ｍｇはマトリックス中
に固溶し、素板の強度を高めると共にＭｇ−５ｉ系化合
物を析出させて強化する効果がある。

Ｍｇの含有量が０．５％未満ではＭｇ−３ｉ系化合物を
析出させて強化するには量的に不十分であり、　３．５
％を越えると靭性が劣化し成形性が損なわれる。

Ｓｉは０．１〜０６％とする。ＳｌはＭｇと共にＭｇ−
３ｉ系化合物を析出させて強化する効果を有する。Ｓｉ
の含有量が０．１％未ｄ〜では時効処理やベーキングに
よりＡｊ２−Ｍｇ−３ｉ系化合物を析出させて強化する
には量的に不十分であり、含有量が０．６％を越えると
、焼入感受性が高（なり溶体化処理後の冷却過程におい
て粗大なＭｇ５ｌ系合金が粒界に析出して靭性が劣化し
成形性が低下する。さらに時効処理やベーキングでのＡ
℃−Ｍ　ｇ　−Ｓ　ｉ系化合物の析出量が不足し十分な
強度が得られな（なる。

Ｍｎは０．０５〜１．５％とする。Ｍｎは結晶粒を微細
化して成形性を改善すると共に強度を向上させる効果を
有する。含有量が０．０５％未満では上記効果が少な（
逆に１．５％を越えると粗大な金属間化合物を形成して
絞り成形性を劣化させる。

Ｃｕは０．０５〜０．２％とする。Ｃｕはベーキング加
熱時に微細析出物を生じ強度を向上させる効果を有する
。その含有量が０，０５％未満では上記効果が少なく逆
に０．２％を越えると結晶粒が粗大化し、深絞り時に肌
荒れを生じると共に耐食性が劣化する。

Ｆｅｎ、１〜０．６％、Ｃｒ　０．０５〜０．３％は、
この中から選ばれた少なくとも１種以上を上記範囲内で
含有する。Ｆｅ、Ｃｒは結晶粒を微細化して成形性を改
善し、集合組織を安定化させてカップ耳率を低減させ、
さらに強度も向上させる効果を有する。含有量が各々０
．１％、０．０５％未満では上記効果が少な（、逆に各
々０．６％、０，３％を越えて含有されると粗大な金属
間化合物を形成して絞り成形性を劣化させる。

また、鋳塊組織の微細化剤として通常添加されるＴｉ、
Ｂは、それぞれ０．１％、０．０２％以下の範囲で添加
するのが好ましい。

その他の不純物は０．１％以下であれば特に問題はない
。

次に本発明合金材の製造方法について説明すまず上記の
ような成分を含有するアルミニウム合金溶湯を常法に従
って鋳造する。この鋳造法としては半連続鋳造法が一般
的であるが、省エネルギーや機械的性質の向上等から薄
板連続鋳造を行ってもよい。得られた鋳塊は均熱処理（
均質化処理）を行う。この均熱処理条件は、溶体化処理
の結晶粒を微細化させるために、均熱温度を４５０〜６
００℃、均熱保持時間を４８時間以内とすることが好ま
しい。

均熱処理後は熱間圧延を行うが、この熱間圧延に関して
は特に厳密に管理する必要はな（、常法に従って４００
〜５００″Ｃで熱間圧延を行えばよい。

次に溶体化処理を行うが、その前に冷間圧延を施しても
よい。冷間圧延を行うことにより、溶体化処理での結晶
粒をさらに微細化することができる。

溶体化処理は合金中へのＭｇ、Ｓｉの固溶促進のため、
加熱温度を４５０〜５８０℃の範囲とする。すなわち溶
体化温度が４５０℃未満ではＭｇ、Ｓｉの固溶が十分に
行われず、また５８０℃を越える温度ではバーニングに
よるＭｇの局部的な溶解が起こるため好ましくない。溶
体化処理方法は通常のバッチ焼鈍後急速冷却する方法で
も急速加熱、急速冷却する連続焼鈍でもよいが、連続焼
鈍法が耳率制御、結晶粒微細化による成形性の向上、お
よび生産性の向上の点から望ましい。

また溶体化加熱後の冷却過程での析出物生成を防ぎ最終
板の強度を確保する見地から冷却温度は５’Ｃ／ｓｅｃ
以上とすることが望ましい。

次に析出処理を行うが、この析出処理を１３０〜２５０
℃で行うのは析出硬化による最終板の強度向上を図ると
共に、析出相を粗大化させ、冷間圧延時およびその後の
プレス加工時のせん新帝の発生、成長を抑制するためで
あり、析出処理温度が１３０℃未満では、微細な析出相
を多数生じ、強度は向上されるものの、せん新帝が発生
し易くなる°ため好ましくなく、２５０℃を越える温度
ではせん新帝は形成されないものの、強度が低下するた
め好ましくない。また時効保持時間を０．　１分以上と
するのは保持時間が０．１分未満では、上記の効果が不
十分であるためである。

次に冷間圧延を行うが、冷間圧延な圧下率３０％以上で
行うのは、加工硬化により素板の強度を向上させるため
であり、圧下率３０％未満では素板の薄肉化に対応した
十分な強度が得られないため好ましくない。

次に第２発明では、冷間圧延後に仕上焼鈍を行う。これ
は加工組織を回復させて、成形性（絞り、張出し加工性
）の向上を図るためであり、焼鈍温度が１００℃未満で
は所望の成形性を確保することができず、一方２５０℃
を越えると、回復が進行しすぎるため、十分な強度が得
られず好ましくない。

このようにして得られた本発明合金材は、脱脂等の処理
を受けた後絞り成形前に２００℃程度の温度で数分間の
塗装焼付け（ベーキング）されるか、たとえ塗装焼付け
されても強度の低下が少ないか又はむしろ強度がベーキ
ング前よりも向上するため、缶、キャップなどの成形用
アルミニウム合金材として好適なものである。

（実施例） 次に本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。

第１表に示す組成のＡ２合金を通常の方法により溶解、
造塊し面削後、これを均質化処理してから熱間圧延によ
り厚さ３ｍｍの板に圧延した。次いでこの熱間圧延板に
冷間圧延を施し、厚さ０．４〜１．５ｍｍの板に圧延し
た後に、同じく第１表に示される条件で溶体化処理、析
出処理、最終冷間圧延および仕上焼鈍をそれぞれ施すこ
とによって本発明方法１〜３、比較方法４〜１４を実施
し、本発明方法によるＡＱ合金板１〜３、比較方法によ
る比較Ａ１２合金板４〜１４を作製した。これらのＡｊ
２合金板（最終板厚０．２５ｍｍ）に２００℃で１０分
間のベーキング処理を施した後、直径３３ｍｍ、肩部の
曲率半径４．５闘のダイスを用いる深、絞り成形により
絞りカップを作製し、限界絞り比（Ｌ、Ｄ、Ｒ，）を測
定すると共に、カップ側壁部のカ１ ゴメ模様の有無を測定した。またベーキング前後の板の
０．２％耐力な引張試験により測定した。これらの結果
を第２表に示す。

２ 第２表 ＊２００℃×１０分 ＊＊カゴメ模様判定 Ｏ：良　（カゴメ模様発生なし） ｘ１不良（カゴメ模様発生） 第２表の結果から明白なように、本発明方法１〜３によ
って製造された本発明Ａ４２合金板１〜３はいずれも従
来のＪ　Ｉ　５５０５２　（Ｎｏ、１５）、ＪＩＳ３０
０４　（Ｎｏ、１６）及びＪＩＳ３１０５（Ｎｏ、１７
）合金板に比べ、高強度でかつ成形性に優れ、カゴメ模
様の発生も見られない。

また比較方法（Ｎｏ、４〜１４）で製造された比較Ａρ
合金板Ｎｏ、４〜１４は、これらの特性のうち少なくと
も、いずれかの性質が劣ったものになっている。

すなわち、Ｍｇ含有量が下限未満の合金板（Ｎｏ、４）
、Ｃｕ含有量が下限未満の合金板（Ｎｏ、８）は成形性
は良好であるものの強度が不足している。またＭｇ含有
量が上限以上の合金板（Ｎｏ、５）及びＳｉ含有量が上
限を越えて添加された合金板（Ｎｏ、７）は、いずれも
ベーキング加熱による強度低下が大きく強度が不足する
。またＭｎ含有量が上限以上の合金板（Ｎｏ、８）は成
形性が劣化している。さらに溶体化温度が下限未満であ
る合金板（Ｎｏ、１０）は強度が不足するとと　５ ６ もにカゴメ模様が発生しやすく、冷間圧延率が下限未満
である合金板（Ｎｏ、１１）は、強度が不足する。

また、さらに析出処理温度あるいは時間が下限未満であ
る合金板Ｎｏ、１２．１３は、強度は十分であるがカゴ
メ模様を多発し、成形性が劣化している。また析出処理
時間が上限を越える合金板（Ｎｏ、１４）は強度が不足
するとともに成形性が劣化している。

（発明の効果） このように本発明方法によれば強度及び成形性に優れ、
また深絞り成形時にカゴメ模様の発生しない成形用アル
ミニウム合金材が得られ、この合金材は、缶、キャップ
などの包装容器用として好適に用いることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ０．５〜３．５％、Ｓｉ０．１〜０．６％、
   Ｍｎ０．０５〜１．５％及びＣｕ０．０５〜０．２％を
   含有し、さらにＦｅ０．１〜０．６％、Ｃｒ０．０５〜
   ０．３％（以上、％は重量％を示す）のなかから選ばれ
   た少なくとも１種以上を含有し、残部としてＡｌ及び不
   可避的不純物を有するアルミニウム合金鋳塊に、均質化
   処理と熱間圧延を施して得られた合金材に４５０〜５８
   ０℃の温度で溶体化処理を施し、引き続き１３０〜２５
   ０℃の温度で０．１分以上の析出処理を行った後に、圧
   下率３０％以上の冷間圧延を施すことを特徴とする成形
   用アルミニウム合金材の製造方法。
2. （２）冷間圧延の後に、１００〜２５０℃の温度で仕上
   焼鈍を施す請求項（１）記載の成形用アルミニウム合金
   材の製造方法。