JPH062089A - Ｄｉ成形用アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビール缶、一般飲料缶等の胴材として使用さ
れるＤＩ成形性、特にしごき加工性に優れたＤＩ成形用
アルミニウム合金板の製造方法を提供する。 【構成】 Ｍｎ０．８〜１．５％、Ｍｇ０．７〜１．３
％、Ｃｕ０．１５〜０．３％、Ｓｉ０．２５％未満、Ｆ
ｅ０．４５〜０．７％を含み、残部がＡｌと不可避的不
純物とからなるアルミニウム合金鋳塊に、５８０℃以
上、融点以下の温度で５時間以上の均質化処理を施した
後、４００〜５００℃の温度まで冷却し、この温度に１
時間以上保持し、通常の熱間圧延により厚さ１．５〜５
mmの熱延板とした後、直ちに、または冷間圧延を施し冷
間圧延の途中で３００〜４５０℃の温度で１時間以上の
焼鈍を施し、その後の冷間圧延において材料温度を１０
０℃未満に抑えることを特徴とするＤＩ成形用アルミニ
ウム合金板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は成形用アルミニウム合金
板の製造方法に関するものであり、特にＤＩ缶等しごき
加工を施して成形する用途に用いるＤＩ成形用アルミニ
ウム合金板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】アルミニウム製ビール缶ある
いは一般飲料缶の胴材としてこれまでＡＡ３００４合金
（Ａｌ−１．２５wt％Ｍｎ−１．０５wt％Ｍｇ合金）が
使用されている。本合金は本来高い加工度の冷間圧延に
よりある程度成形性に優れかつ胴材として必要な強度を
有しているために使用されているものである。しかしな
がら近年さらなるコストダウンを目的として材料の薄肉
化が求められており、これに対応して飲食缶の胴材に要
求される強度は従来よりも高くなって来ている。この強
度向上のために開発されたものとしては、特開昭５２−
１０５５０９号公報のようにＭｇ₂ Ｓｉの析出を利用し
たもの、あるいは特開昭５７−１２０６４８号公報のよ
うにＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の析出物による析出硬化を利用
したアルミニウム合金板の製造方法が知られている。ま
た一方コストダウンの方法として成形工程での不具合を
低減することによる生産性の向上も大きな課題となって
いる。特に薄肉化かつ高強度化が進むことによりしごき
加工時の割れの発生が問題となる。このため析出物と冷
延との相互作用について検討した特公昭６３−６５７４
５号公報が知られている。従来までの検討では強度の向
上と成形性の向上とが相反する結果をもたらし、高強度
が得られる材料は一般的に成形性が劣る結果となってお
り、充分な成果は得られていない。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような状況
に鑑み強度および成形性にそれぞれ影響する分散相につ
いて検討を加えた結果、強度を高いレベルで維持しつつ
ＤＩ成形性、特にしごき加工性を改善したＤＩ成形用ア
ルミニウム合金板の製造方法を開発したものである。

【０００４】即ち本発明は、Ｍｎ０．８〜１．５％、Ｍ
ｇ０．７〜１．３％、Ｃｕ０．１５〜０．３％、Ｓｉ
０．２５％未満、Ｆｅ０．４５〜０．７％を含み、残部
がＡｌと不可避的不純物とからなるＡｌ合金鋳塊に、５
８０℃以上融点以下の温度で５時間以上の均質化処理を
施した後、４００〜５５０℃の温度まで冷却し、この温
度に１時間以上保持し、通常の熱間圧延により厚さ１．
５〜５mmの熱延板とした後、直ちに、または冷間圧延を
施し冷間圧延の途中で３００〜４５０℃の温度で１時間
以上の焼鈍を施し、その後の冷間圧延において材料温度
を１００℃未満に抑えることを特徴とするＤＩ成形用ア
ルミニウム合金板の製造方法である。

【０００５】

【作用】本発明は種々ある分散相の中で特に成形性に悪
影響を及ぼす第２相の存在を見極め、これらを規制する
ことにより優れた特性を有するＤＩ成形用アルミニウム
合金板の製造を可能としたものである。本系合金の場
合、微細な第２相としては主に板製造時あるいは製缶時
の材料の温度が高くなる工程において生じる析出物が上
げられる。析出物は通常微細高密度ほど強度向上の効果
が大きい、特に特開昭５７−１２０６４８号公報に記載
されているような１００〜２００ｎｍのサイズのＡｌ−
Ｍｇ−Ｃｕ系析出物（Ｓ相の準安定相）は強度向上に大
きく貢献するとされる。しかし１００ｎｍ以下のサイズ
のＱ相（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ系）の準安定相（Ｑ′
相）は強度の向上にも貢献するが、一方成形性、特にし
ごき成形性を著しく低下させることが分かった。この析
出物の発生を抑えることにより強度を維持したままで、
成形性を向上させるという本発明の目的を達成できるも
のである。

【０００６】本化合物（Ｓ相及びＱ相）は転位セル上あ
るいはアルミニウムの母相に生じる。前者は主に球状ま
たは塊状しており、後者は針状あるいは棒状を呈してい
る。ここでの析出物のサイズは針状析出物の場合、長手
方向の長さをさすものとした。また本析出物（Ａｌ−Ｃ
ｕ−Ｍｇ−Ｓｉ系）は化合物を形成する前段階として構
成元素であるＣｕ、Ｍｇ、Ｓｉが特定の位置に集積する
クラスタ状態あるいはＧＰゾーンを形成する。ＤＩ成形
性には本系クラスタ状態あるいはＧＰゾーンから悪影響
を生じる。本系の析出物の初期状態か否かの判断方法と
して冷間圧延温度あるいは最終焼鈍を施す場合にはその
温度で長時間保持し、上記Ｑ′相を生じるかにより容易
に判断できる。

【０００７】本発明における製造条件は上記Ａｌ−Ｃｕ
−Ｍｇ−Ｓｉ系化合物あるいはそのクラスタ、ＧＰゾー
ンをＤＩ成形前に生じないような製造条件を設定するこ
とにより、高い強度と成形性を有する製造方法を提供す
るものである。

【０００８】次に本発明における合金組成の限定理由に
ついて述べる。ＭｎはＦｅおよびＳｉとともに金属間化
合物を形成し、しごき加工時のダイスへの焼き付きを防
止するために必要な元素である。０．８％未満ではこの
効果が少なく、長時間におよぶ成形には不向きとなる。
また１．５％を超えると通常の鋳造条件では巨大な化合
物を形成し易くなり、後述する成形時の亀裂発生の起点
となる大きな第２相となる可能性が高い。Ｆｅは上記効
果とともに後述する成形性を害する化合物を形成するＳ
ｉを取り込み、固定する効果を有する。後者の効果を生
じるためには０．４５％以上の添加を必要とする。しか
し０．７％を超える添加ではＭｎ元素と同様、巨大化合
物の形成をもたらす。ここで鋳造時の冷却速度が著しく
速い連続鋳造法等を行う場合には上記化合物の大きさを
小さく抑えることが可能になるためＭｎ、Ｆｅの添加量
をさらに２倍まで多くすることができる。ＭｇはＣｕと
同様、主に固溶することにより本系合金の強度を向上さ
せる重要な元素である。また溶体化処理および焼き入れ
により過飽和の固溶状態とすることにより缶成形後の塗
装焼き付けにおける２００℃前後の熱処理時にＭｇ₂ Ｓ
ｉあるいはＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系析出物を形成し、さらに
強度向上を図ることができる。Ｍｇ添加量が０．７％未
満では必要な強度を維持できず、１．３％を超えるとス
コーリングが発生し易くなる。凝固速度の速い特別な鋳
造方法を用いることにより、耐焼き付き性の高いＭｎ系
の析出物の密度を上げることで、さらにＭｇ添加量を
２．５％まで増すことは可能である。ＣｕはＭｇと同様
の効果が期待できる。そして０．１５％未満では強度の
向上効果が期待できず、０．３％を超えると成形性を害
するとともに耐食性の点においても問題を生じる。Ｓｉ
はそれ自体の固溶硬化性は低いが熱処理の初期段階にお
いて形成される微細化合物が他の元素の析出物の核生成
場所となることによって他の元素の析出を促進する。そ
のためＳｉ添加はＦｅ、Ｍｎの固溶量を下げるとともに
析出硬化をもたらすＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系化合物の析出を
促進する。またさらに多いＳｉの添加によりさらに微細
なＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ系化合物（Ａｌ₅ Ｃｕ₂ Ｍｇ
₈ Ｓｉ₆ のＱ相の準安定相）を新たに生じる。これら析
出物は強度の向上に有効であるが後者の化合物は前者と
比較してより微細であり、成形性を著しく低下させる。
そのためＳｉ添加量は０．２５％未満とする必要があ
る。

【０００９】本発明製造方法について述べるとまず合金
鋳塊を５８０℃以上融点以下の温度で５時間以上の均質
化処理するのは強制固溶したＭｎ元素を析出させること
により、耳率の安定化を図るためである。これより低温
あるいは短時間ではＭｎ元素の固溶量を十分下げられな
いために耳率が不安定となる。その後の４００〜５５０
℃の温度まで冷却し、この温度で１時間以上保持する処
理は成形性に悪影響を及ぼすＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ系
析出に大きく影響するＳｉ元素をＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓ
ｉ系の析出物を形成させることにより除く為である。さ
らにここで形成される析出物は耐スコーリング性の向上
に役立つ。Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系析出物は４００〜
５００℃において最も多く析出し、４００℃未満あるい
は５５０℃より高い温度では効率的ではない。またこの
処理は析出が速い温度域において行うことにより処理時
間を短縮できるが１時間以上行うことが望ましい。均質
化処理後、通常の熱間圧延を行うが、１．５mm未満の板
厚で上げるとその後十分な冷間圧延加工が行えず、強度
が不足し、４mmを超えると耳率が若干悪化し、ＤＩ成形
体として不適当となることがあるが、引き続く冷間圧延
の圧延率とその後の焼鈍条件により耳率が改善できる組
み合わせを行う場合には熱延上りの板厚は５mmまで可能
である。焼鈍処理は均質化処理において残存する固溶Ｓ
ｉを晶出物（Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｍｎ系等）あ
るいは粗大なＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系化合物のまわりに析出
させるために行う。そのため焼鈍処理の前に材料内部に
加工組織を残存させる条件を選ぶこと、例えば熱延温度
を低めとしたり、焼鈍前に冷間圧延を施す等は本焼鈍処
理の効果をより顕著とする作用を持つ。ここで焼鈍処理
の温度が３００℃未満では十分な析出が生じず、４５０
℃より高い温度では熱延時に析出したＳｉが逆に固溶す
るため意味をなさない。焼鈍時間は１時間以上行うこと
により本目的は達せられるが２時間以上の焼鈍を施すこ
とにより性能のより安定した材料が製造可能となる。Ｄ
Ｉ成形性を害するＱ′相は主に２００℃以下の温度域に
おいて形成される。ここで冷間圧延等により多くの転位
が導入された場合にはその析出は促進される。そのため
１００℃未満の温度にて冷間圧延を施さないとＱ′相あ
るいはこの前段階のクラスタあるいはＧＰゾーンが形成
されてしまい、著しくＤＩ成形性を害することとなる。

【００１０】以上述べた合金組成、製造条件により１０
０ｎｍ未満のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ系析出物の生成が
抑えられ、成形性とくにしごき成形性のよいアルミニウ
ム合金板を得ることができる。

【００１１】

【実施例】以下本発明を実施例により更に詳細に説明す
る。表１に示す合金組成の５００mm厚の水冷鋳造鋳塊を
用いて表２に示す各製造条件で製造実験を行った。すな
わち、均質化処理および析出処理を行い、通常の熱間圧
延により厚さ２〜６mmの板とした後、直ちに又は冷間圧
延した後焼鈍を施し、引き続いて圧延速度を変えること
により圧延時の温度を制御した冷間圧延により厚さ０．
３０mmの圧延板としこれより供試材を得た。これら供試
材に対して以下の組織観察、機械的性能試験およびＤＩ
加工における割れ発生率を測定した。組織観察としては
微細析出物について、透過型の電子顕微鏡を用いて１万
〜１０万倍の倍率にて観察して析出物の平均長さを測定
するとともに、エネルギー分散型の元素分析および電子
線回折による析出物の同定を行った。また通常の成形体
の場合、塗装焼き付け処理を施された後の材料の耐力値
が特に問題となる。そこで供試材の機械的性能として焼
き付け処理に対応する２００℃で１５分間の熱処理後の
耐力値を測定した。また成形性の評価として、ＤＩ成形
性は板厚減少率を６４％と一定にした条件にて内容量が
３５０mlの標準的な缶を１０００缶連続成形し、この時
の割れ発生缶数により評価した。評価基準としては割れ
無し：優れる、１〜４缶割れ：現行並、５缶以上割れ：
劣るとした。表３にはこれら供試材の熱処理後の耐力
値、組織観察結果およびＤＩ成形性試験結果を示す。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【表２】

【００１４】

【表３】

【００１５】表３から明らかなように本発明法によった
本発明品No．１〜６は従来品No．１１と比較してＤＩ成
形性に優れるとともに強度も維持されている。これに対
し合金組成、各種製造条件のいずれかが本発明の範囲を
外れる比較例No．７〜１０はＤＩ成形性が劣ることが判
る。

【００１６】

【発明の効果】以上述べたように本発明方法により得ら
れたＤＩ成形用アルミニウム合金板は機械的強度を維持
したまま、ＤＩ成形性とくにしごき成形性が非常に優れ
る。そのため本材料を使用することにより成形体の生産
性が向上するとともに、最近の厳しい成形条件、コスト
の低減の要請に対応することが可能となり、工業上顕著
な効果を奏するものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｎ０．８〜１．５％（重量％以下同
   じ）、Ｍｇ０．７〜１．３％、Ｃｕ０．１５〜０．３
   ％、Ｓｉ０．２５％未満、Ｆｅ０．４５〜０．７％を含
   み、残部がＡｌと不可避的不純物とからなるＡｌ合金鋳
   塊に、５８０℃以上融点以下の温度で５時間以上の均質
   化処理を施した後、４００〜５５０℃の温度まで冷却
   し、この温度に１時間以上保持し、通常の熱間圧延によ
   り厚さ１．５〜５mmの熱延板とした後、直ちに３００〜
   ４５０℃の温度で１時間以上の焼鈍を施し、その後の冷
   間圧延において材料温度を１００℃未満に抑えることを
   特徴とするＤＩ成形用アルミニウム合金板の製造方法。
2. 【請求項２】 Ｍｎ０．８〜１．５％、Ｍｇ０．７〜
   １．３％、Ｃｕ０．１５〜０．３％、Ｓｉ０．２５％未
   満、Ｆｅ０．４５〜０．７％を含み、残部がＡｌと不可
   避的不純物とからなるＡｌ合金鋳塊に、５８０℃以上融
   点以下の温度で５時間以上の均質化処理を施した後、４
   ００〜５５０℃の温度まで冷却し、この温度に１時間以
   上保持し、通常の熱間圧延により厚さ１．５〜５mmの熱
   延板とした後、冷間圧延を施し、この冷間圧延の途中で
   ３００〜４５０℃で１時間以上の焼鈍を施し、その後の
   冷間圧延において材料温度を１００℃未満に抑えること
   を特徴とするＤＩ成形用アルミニウム合金板の製造方
   法。