JPH04143243A - 成形性に優れたアルミニウム合金板及びその製造方法 - 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） 本発明はアルミニウム合金硬質板に関し、更に詳しくは
、特に飲料缶胴材として、しごき加工性。

塗装印刷（ベーキング）後の成形（ネック・フランジ）
性に優れるアルミニウム合金硬質板及びその製造方法に
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には、材
料としてＡ　Ａ　−Ｍｎ　−Ｍｇ系の３００４合金硬質
板が用いられている。しかし、実際に使用されている合
金組成は、第１表に示すように、極く限られた組成範囲
内で調整されている。

第１表 近年、缶の軽量化として高強度高成形性化と低耳化の要
望が強くなっている。このため、本発明者らは先に析出
硬化型の高強度材（特公昭６１−７４６５号他）を提案
し、更にネック・フランジ成形性を向上させた高強度材
（特願平１−２２６７４６号）を提案した。しかしなが
ら、なおも不充分であり、後者については元板での変形
抵抗力の上昇によるしごき加工性の向上が必要とされて
いる。

一方１缶体用材料の製造方法は、前述の３００４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
を組み合せて施す方法であり、このうち焼鈍方法につい
ては、高強度化及び生産性の向上を目的として、例えば
、特公昭６１−７４６５号、同６２−３７７０５号、同
６２−６７４Ｏ号、同６２−１３４２１号等が提案され
ている。

但し、缶軽量化材料を開発するために上記の製造方法の
最適化が必要とされている。

（発明が解決しようとする課題） このように、３００４合金を用いて缶体用材料を製造し
、缶の軽量化を図るには、以下のような問題点がある。

（１）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となっている。

（２）缶壁の薄肉化には缶壁強度の適正化（強度の低下
）が必要であるが、缶壁の強度低下は巻締め時に必要な
座屈強度の低下を促す６ （３）缶底強度と缶壁強度のバランスの適正化は特願平
１−２２６７４６号に見られるように高仕上げ冷間圧延
率により可能であるが、結晶粒の伸長により、特にしご
き加工性が低下する。

本発明は、上記従来技術の欠点を解消し１缶体全体の薄
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
質板を提供し、また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） まず、前記課題に鑑みて、本発明者らは缶体の強度、晶
出物分布及び成形性に対する成分組成及び製造条件に関
する詳細な調査を実施した。その結果、ＡｌＭｎ−Ｍｇ
系合金の成分ではＦｅ及びＳｉが大きな影響を与えるこ
と、また、製造条件では焼鈍条件が影響することを解明
し、これらの適正化により解決するに至った。

すなわち１缶壁強度適正化（低下）による缶壁薄肉化に
は、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の晶出物を比較的大きく、且つ
多量に分散させ、更に製品板までの冷間圧延率を大きく
することにより、ベーキング後の軟化を大きくできる。

但し、巨大晶出物の生成を抑制するためにはＦｅとＭｎ
の量をコントロールする必要がある。更に１缶底部の高
強度化は製造条件（熱間圧延、冷間圧延、焼鈍）を適正
化することにより満足できることを見い出した。

次に、しごき加工性については晶出物の相変態（Ａｌ−
Ｆｅ−Ｍｎ系→Ａ　Ｑ　−Ｆｅ−Ｍｎ　−ＳＬ（α相）
〕に関して調査したところ、Ｓｌ量の増大によりＡｌ−
Ｆｅ−Ｍｎ系晶出物の一部にＳｉが入り込み（α相）、
このα相の比率が増加すること、更に量が増すと晶出物
が巨大化すると共に晶出物全体にＳｉが入り込むこと、
これらはしごき加工性に大きな影響を与えることが判明
した。このしごき加工性についての対策としてはＳｌ量
の適正化、特にＦｅ＋Ｓｉ量及びＦ６／Ｓｉのコントロ
ールが必要であることを見い出した。

以上の知見により、ここに高強度高成形性のアルミニウ
ム合金硬質板を製造できる技術を開発し。

ここに本発明をなしたものである。

すなわち１本発明は１Ｍｎ：０．５〜１．２％、Ｍｇ：
０．５〜１．２％、Ｆｅ：０．４〜０．７％及びＳｉ：
０．２〜０．５％を、Ｆｅ＋Ｓｉ＝０．７〜１．０％、
Ｆｅ／Ｓｉ＝１．２５〜２．０の関係を満足するように
含有し、更にＣｕ：０．０５〜０．５％及びＺｎ：０．
０５〜１．０％のうちの１種又は２種を含有し、残部が
Ａｌと不可避的不純物からなることを特徴とする成形性
に優れた高強度アルミニウム合金板を要旨とするもので
ある。

また、その製造方法は、上記の化学成分を有するアルミ
合金鋳塊に５００〜６００℃の温度で１時間以上の均質
化熱処理を施した後、熱間圧延を終了板厚１．５〜２．
５■、終了温度３００〜３６０℃で行い、その直後又は
放冷後、加熱冷却速度１００℃／ｗｉｎ以上で、板温度
４００〜６００℃に１０分以内で保持し、板温度が１５
０℃以下に冷却する条件の連続焼鈍を施した後、冷間圧
延率８０％以上の冷間圧延を施すことを特徴とするもの
である。

以下に本発明を更に詳述する。

（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。

Ｍｎ： Ｍｎは強度の向上、Ａｌ２−Ｆｅ−Ｍｎ系晶出物の適正
生成によるしごき加工性の向上、缶壁強度の軟化に効果
のある元素である。しかし、０．５％未満ではいずれの
効果もなく、また１、２％を超えると強度が高くなりす
ぎて成形性（絞り、しごき、張出し性、フランジ性）の
低下を招く。したがって、Ｍｎ量は０．５〜１．２％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、２％を超えると強度が高くなりすぎ、成形性の低下
を招く。したがって、Ｍｇ量は０．５〜１．２％の範囲
とする。

Ｆｅ： ＦｅはＭｎとの関係でＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系晶出物の形成
によるしごき加工性の向上、晶出物形成による缶壁強度
の軟化及びＡｎ−Ｃｕ−Ｍｇ系析出物形成による高強度
化に効果がある。しかし、０．４％未満ではいずれの効
果もなく、また０、７％を超えると巨大晶出物を生成し
成形性の低下を招く。

したがって、Ｆｅ量は０．４〜０．７％の範囲とする。

Ｓｉ： ＳｉはＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の晶出物に相変態を生じさせ
、いわゆるα相を形成（硬度上昇）して、しごき加工性
の向上に効果がある。しかし、０．２％未満ではその効
果は少なく、また０、５％を超えると晶出物の巨大化及
び晶出物の全面Ｓｉ変態により逆にしごき加工性の低下
を促す。したがって、Ｓｉ量は０．２〜０．５％の範囲
とする。

但し、本発明においては、Ｆｅ＋Ｓｉ量及びＦｅ／Ｓｉ
比を以下のように規制する必要がある。

Ｆｅ＋Ｓｉ： Ｆｅ＋Ｓｉ量は晶出物の量及びサイズの適正化により、
しごき加工性の向上に効果がある。しかし、Ｆｅ＋Ｓｉ
量が０．７％未満では本発明品のしごき加工に対しては
不充分であり、また１、０％を超えると晶出物の巨大化
及びα相の全面形成により、しごき加工性の低下を促す
。したがって、Ｆｅ＋Ｓｉ量は０．７〜１．０％の範囲
とする。

Ｆｅ／Ｓｉ： Ｆｅ／Ｓｉ比はα相の最適形成によるしごき加工性の向
上に効果がある。しかし、Ｆｅ／Ｓｉ比が１゜２５未満
ではα相の形成量が少なく、しごき加工性に対しては不
充分である。また、２．０％を超えると晶出物の全面α
相化が進み、加工時に割れの起点となる。したがって、
Ｆｅ／Ｓｉ比は１．２５〜２．０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硬化を示し、缶底部の高強度
化に有効である。しかし、Ｃｕ量が０゜０５％未満では
その効果が少なく、また０、５％を超えると強度が高く
なりすぎて成形性の低下を招く。したがって、Ｃｕ量は
０．０５〜０．５％の範囲とする。

Ｚｎ： Ｚｎは晶出物の分散を適正にし、絞り、しごき加工性及
びフランジ成形性の向上に効果がある。

しかし、Ｚｎ量が０．０５％未満ではその効果が少なく
、また１、０％を超えても特に問題はないが。

コスト的に不利である。したがって、Ｚｎ量はＯ００５
〜１．０％の範囲とする。

なお、Ｃｕ及びＺｎは少なくとも１種を含有すれば足り
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。

この均質化熱処理は、その後の熱間圧延性の向上や、前
述のα相形成によるしごき加工性の向上及び絞り加工時
に形成される耳抑制に効果がある。

しかし、５００℃未満ではいずれの効果も小さく、また
６００℃を超えるとバーニング等による板表面の性能低
下を招く。保持時間は温度により異なるが、１時間以上
が必要である。したがって、均質化熱処理は、５００〜
６００　′Ｃの温度で１時間以上の条件とする。なお、
均質化熱処理は２度行ってもよい。

引き続き行われる熱間圧延では、粗圧延と仕上げ圧延と
に分かれるが、連続工程である。

粗圧延は均質化熱処理後に行われるが、開始温度は特に
制限されないが４５０℃以上が好ましい。

更に仕上げ圧延にてコイル状に巻き上げられるが、その
際の板厚と終了温度は製品での絞り耳率、缶壁の強度に
影響する。すなわち、終了板厚が１゜５■ｍ未満では耳
率抑制には効果があるものの、缶壁の軟化に不足を生じ
る。また２、５ＩＩ１１を超えると強度が高すぎること
による成形性の低下及び耳率の上昇による加工不具合を
招く。したがって、終了板厚は１．５〜２．５ｍｍとす
る。更に、終了温度は特に耳率に大きな影響を与え、３
００℃未満では耳率抑制に効果が少なく、また３６０℃
を超える場合にはその後の焼鈍においても再結晶に要す
る歪エネルギーが不足し、未再結晶が残存し、同じく耳
率抑制に効果がなくなる。したがって、終了温度は３０
０〜３６０’Ｃの温度範囲とする。

次に焼鈍を行うが、焼鈍は熱間圧延直後又は放冷後のに
行う。前者の方が生産性（冷却されるまでの時間なし）
及び熱エネルギー共に優れる製造方法であって好ましい
。この焼鈍は所謂ＣＡＬと呼ばれる連続焼鈍炉にて行わ
れ、その条件は強度及び成形性に大きな影響を与える。

すなわち、加熱及び冷却速度が１００　℃／ｍｉｎ未満
では強度及び成形性の向上に対する効果が少ない。した
がって、加熱及び冷却速度は１００℃／ｌ１ｌｊｎ以上
の範囲とする。

板温度は再結晶及びＣｕ、Ｍｇの強制固溶量に影響し、
４００℃未満では再結晶が完了せず、また６００℃を超
えるとバーニングによる板面不良を招く。したがって、
板温度は４００〜６００’Ｃの範囲とする。なお、高強
度高成形性の面で４５０〜５３０℃の範囲が好ましい。

また、保持時間は再結晶及びＣｕ、Ｍｇの強制固溶量に
影響し、低温ｃ例、４００℃）であればｌｏ分程度、高
温（５００℃以上）であれば保持なしでもよく、したが
って、保持時間は１０分以内とする。

更に、冷却に関しては、１５０℃以上で冷却が完了する
と八ρ−Ｃｕ　−Ｍ　ｇ系の祈呂物が生成し、製品板で
の加工時（ベーキング）に析出硬化が得られない。した
がって、冷却に関しては、板温度が１５０℃以下になる
ようにする。

最後の工程である冷間圧延は、強度及び成形性（缶壁の
ベーキング軟化）に影響を与え、圧延率が８０％未満で
は強度及び成形性（ネック・フランジ性）向上の効果が
得られない。したがって、最終の冷間圧延率は８０％以
上とする。

なお、その後に仕上げ焼鈍を施して、延性向上による高
張出し性を確保する工程を行うこともできるが、この場
合には１００〜２００℃の温度で１時間以上の焼鈍を施
すのが好ましい。

（実施例） 次に本発明の実施例を示す。

ス１遼１工 第２表に示す化学成分のアルミニウム合金に５８０’Ｃ
Ｘ４ｈｒの均質化熱処理を施した後、熱間圧延（終了板
厚２．０ｍｍ：終了温度３２０℃）を行い、直ちに、加
熱冷却速度３００℃／＋ｓｉｎにて板温度５００℃ｘＯ
分、冷却完了温度８０℃の連続焼鈍を実施した。その後
、冷間圧延にて０．３０−諷の板製品とした。

製品板の材料特性並びにＤＩ缶の缶強度を調べた結果を
第３表及び第４表に示す。

なお、製品板の成形性評価は以下のとおりである。

まず、限界絞り比（ＬＤＲ）は、エリクセン試験機を使
用して、ブランク径を変更し、成形できる絞り比（ブラ
ンク径／ポンチ径）にて求めた。ポンチ径は３３ｍａφ
、潤滑油はダイドローＮ、シワ押さえ力５００ｋｇｆで
ある。

また、張出し性（Ｅｒ値）はＪＩＳのエリクセン試験Ｂ
法に準じて実施した。

更に、限界しごき加工率（Ｌ　Ｉ　Ｒ）は、ブランク径
１５０＋ｗｍφを８７ｍｍφ径のポンチにて製作した絞
りカップについて、実機レベルのＤＩ加工機を用いて、
通常３伸でしごき加工するところを２伸で行い、そのし
ごきダイスの径を変化させ、成形できる加工率（１伸と
２伸の肉厚変化）にて求めた。

なお１缶サイズは３５０ｃｃであり、水溶性潤滑油を使
用した。

次に、得られたＤＩ缶（６６ｍｍφＸ　１２２ｍ＋＋＋
ｈ）に２００℃のベーキングを施し、４段のネック加工
を実施した。加工配分は径で２−履／段である。

４段ネックができた成功率（ネック成功率）にて評価し
た。更に、交角９０度のポンチにて穴拡げを実施し、フ
ランジ率１２％（フランジ径６５■鵬φ、ネック径５８
■■φ）における成功率（フランジ成功率）にて評価し
た。

また、缶強度である耐圧、座屈強度は窒素封入及び軸圧
縮にて求めた。

第３表及び第４表より明らかなように、本発明例の走１
及びＮ１１２は、成形に要求される適正な強度と高ベー
キング耐力を有している。特に適正な化合物分布を有す
るので、第４表に示す成形性のうち、しごき加工性に優
れている。なお、本製造工程にて製造された板材の耳率
はいずれも３％以下であり、充分満足されるものであっ
た。

一方、比較例は、強度が高すぎることによる成形性の低
下或いは強度不足が生じている。

失産叢Ｉ 第２表中の合金Ｎｎｌのアルミニウム合金を用いて、第
５表に示す製造条件にて製品板０．３■を製作し、実施
例１と同じく評価した。その結果を第６表に示す。

第６表に示すように、本発明の製造条件外で製造された
比較例は成形性或いは缶強度が劣っている。すなわち、
比較例Ｂ、Ｇ、Ｈは強度が不足し、比較例Ｃ，Ｅ、Ｆは
成形性が不足し、比較例りは耳率が不良（４，５％）で
ある。なお、比較例Ｆについては未再結晶により成形性
が不足している。

なお、上記実施例での評価基準について述へると、限界
絞り比（ＬＤＲ）は１．８５以上、限界しごき加工率（
Ｌ　Ｉ　Ｒ）は５２％以上、Ｅｒ値は４．３■以上、ベ
ーキング後耐力は２７　ｋｇｆ／　＋＊ｍ２以上。

耳率は３％以内、耐圧強度は６　、３　ｋｇ／ｃｍ２以
上、座屈強度は１７０ｋｇ以上である。

【以下余白］ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明のアルミニウム合金硬質板
は高強度高成形性を有するため、近年の缶軽量化の要望
に十分応えることができ、アルミ缶普及によるサイクリ
ング向上に大きな効果がある。これにより、環境問題は
勿論、省エネルギーにも有効である。

特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｍｎ：０．５〜１．２
   ％、Ｍｇ：０．５〜１．２％、Ｆｅ：０．４〜０．７％
   及びＳｉ：０．２〜０．５％を、Ｆｅ＋Ｓｉ＝０．７〜
   １．０％、Ｆｅ／Ｓｉ＝１．２５〜２．０の関係を満足
   するように含有し、更にＣｕ：０．０５〜０．５％及び
   Ｚｎ：０．０５〜１．０％のうちの１種又は２種を含有
   し、残部がＡｌと不可避的不純物からなることを特徴と
   する成形性に優れた高強度アルミニウム合金板。
2. （２）請求項１に記載の化学成分を有するアルミニウム
   合金鋳塊に５００〜６００℃の温度で１時間以上の均質
   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３００〜３６０℃で行い、その直後又
   は放冷後、加熱冷却速度１００℃／ｍｉｎ以上で、板温
   度４００〜６００℃に１０分以内で保持し、板温度が１
   ５０℃以下に冷却する条件の連続焼鈍を施した後、冷間
   圧延率８０％以上の冷間圧延を施すことを特徴とする成
   形性に優れた高強度アルミニウム合金板の製造方法。