JPH0770721A - スコア加工部の耐腐食割れ性に優れた蓋材用アルミニウム合金薄板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 焼付塗装して使用されるアルミニウム合金薄
板として、高強度を有し、食品容器、特に炭酸飲料等、
内圧が陽圧の蓋材として適するアルミニウム合金薄板の
製造方法を提供する。 【構成】 Ｃu：０.０５〜１.００％、Ｍn：０.３〜１.
５％及びＭg：２.９〜４.０％を含有し、必要に応じて
更にＴi：０.０１〜０.２０％を含有し、残部がＡl及び
不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解、鋳造
後、５００〜６００℃の温度で均熱処理を行い、熱間圧
延の終了温度が３５０℃以下となるように熱間圧延を行
った後、中間焼鈍を含む冷間圧延を行うに際し、中間焼
鈍として、４００〜６００℃の温度に１００℃／分以上
の加熱速度で加熱し、加熱後直ちに又は１０分以内保持
した後、１００℃／時間以上の冷却速度で２００℃以下
の温度まで冷却し、平均結晶粒径８０μm以下とすると
共に焼付硬化に寄与する成分を固溶状態に保ち、更に加
工率３０％以上の冷間圧延を行うことを特徴としてい
る。焼付塗装して使用される食品容器、特に炭酸飲料
等、内圧が陽圧の蓋材に適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム合金薄板の
製造に係り、食品容器、特に炭酸飲料等、内圧が陽圧の
蓋材として好適であり、焼付塗装して使用されるアルミ
ニウム合金薄板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、炭酸飲料缶やビール缶等の内圧
が陽圧の蓋材用包装材料としては、ＪＩＳ規格５１８２
或いは５０８２等のアルミニウム合金が使用されてい
る。

【０００３】蓋材用包装材料に対しては、一般に、
（a）成形性がよいこと、（b）強度が高いこと、（c）
耐食性がよいこと、等の品質特性が要求され、上記のＡ
l−Ｍg系のアルミニウム合金薄板が焼付塗装されて使用
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのアル
ミニウム合金を蓋材として使用して内圧の高い飲料を充
填し、更に蓋の周囲、或いはケース詰めした缶の周囲を
樹脂フィルム等でラップし、倉庫等湿度の高い環境下に
保管した場合、開口部として設けられた蓋のスコア部が
破裂し内容物の漏れを起こす結果、他の缶を汚染し損失
を被るという問題が発生することがある。このスコア破
裂は、湿度が高く３０〜５０℃の高温環境下では更に促
進されている。

【０００５】通常、スコアは蓋材の内外面に塗装焼付け
された後に外面から溝加工される。そのため、蓋外面の
塗膜は切り裂かれ、スコアの溝はアルミニウムが露出し
た状態になっている。高い湿度は、このアルミニウムの
露出した部分の水分が乾燥することを妨げる。すなわ
ち、アルミニウムが腐食し易い環境を提供しているので
ある。

【０００６】高温環境は、缶内の飲料中に溶け込むガス
量を減らし、その結果、缶内の内圧をより高くする。一
方、溝加工されたスコア部はアルミニウムの肉厚も薄く
なっており、溝の底部は応力も集中し易い状態になって
いる。特に、この溝部には内圧によって引張り応力がか
かる。

【０００７】このような状況下において、スコア溝に亀
裂が存在すると、内圧に耐えられなくなり破裂するとい
うのがスコア破裂の現象である。

【０００８】亀裂は溝加工時に発生している場合もある
が、溝加工時に亀裂が存在していなくても、上記した水
分の存在により発生するもの、溝加工時に発生した亀裂
が水分の存在により成長したものなどがある。

【０００９】スコア破裂した蓋のスコア部の元々の残肉
部の破面の観察結果から、亀裂はアルミニウム合金の結
晶粒界に沿っていなく、結晶粒を横切っていることか
ら、スコア破裂のメカニズムは、粒内応力腐食割れ、或
いは水素脆性による割れと推定されている。

【００１０】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、焼付塗装して使用されるアルミニウム合金薄板とし
て、高強度を有し、食品容器、特に炭酸飲料等、内圧が
陽圧の蓋材として適するアルミニウム合金薄板の製造方
法を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者は、陽圧容器用蓋材として必要な強度、成
形性を有し、また優れたスコア加工部の耐腐食割れ性も
具備し得る方策について鋭意研究を重ねた。その結果、
Ｃu、Ｍn、Ｍgを必須成分とし、製造条件については特
に熱間圧延条件と中間焼鈍条件を規制することにより可
能であることを見い出し、本発明をなしたものである。

【００１２】すなわち、本発明は、Ｃu：０.０５〜１.
００％、Ｍn：０.３〜１.５％及びＭg：２.９〜４.０％
を含有し、必要に応じて更にＴi：０.０１〜０.２０％
を含有し、残部がＡl及び不可避的不純物からなるアル
ミニウム合金を溶解、鋳造後、５００〜６００℃の温度
で均熱処理を行い、熱間圧延の終了温度が３５０℃以下
となるように熱間圧延を行った後、中間焼鈍を含む冷間
圧延を行うに際し、中間焼鈍として、４００〜６００℃
の温度に１００℃／分以上の加熱速度で加熱し、加熱後
直ちに又は１０分以内保持した後、１００℃／時間以上
の冷却速度で２００℃以下の温度まで冷却し、平均結晶
粒径８０μm以下とすると共に焼付硬化に寄与する成分
を固溶状態に保ち、更に加工率３０％以上の冷間圧延を
行うことを特徴とするスコア加工部の耐腐食割れ性に優
れた蓋材用アルミニウム合金薄板の製造方法を要旨とし
ている。

【００１３】

【作用】以下に本発明について更に詳細に説明する。ま
ず、本発明における化学成分の限定理由を説明する。

【００１４】Ｍg：Ｍgは強度の向上に有効な元素であ
り、塗装焼付した後、所要の強度(およそ２９４Ｎ／mm²
の耐力)を得るためには、２.９％以上が必要である。し
かし、４.０％を超えると耐腐食割れ性が低下するので
好ましくない。したがって、Ｍg量は２.９〜４.０％の
範囲とする。

【００１５】Ｍn：Ｍnは、Ｍgと同様、強度を向上させ
るのに必要な元素であるほか、耐応力腐食割れ性向上に
効果がある。更に、不純物として不可避的に存在するＦ
eをＡl−Ｍn−Ｆe系の金属間化合物として固定する作用
があるため、耐食性を向上する効果がある。しかし、Ｍ
n量が０.３％未満では上記のような作用が小さく、また
１.５％を超えると巨大な金属間化合物が生成する恐れ
があり、成形性を低下させることになるので好ましくな
い。したがって、Ｍn量は０.３〜１.５％の範囲とす
る。

【００１６】Ｃu：ＣuはＭnと同様に強度、耐応力腐食
割れ性を付与する元素であり、強度については特に焼付
け塗装後の強度向上効果が大きい。一方、耐応力腐食割
れ性については、固溶された状態でのみβ相の析出を抑
制するため、効果がある。しかし、０.０５％未満では
所望の効果は期待できず、また１.００％を超えると粒
界腐食感受性が増大するので好ましくない。したがっ
て、Ｃu量は０.０５〜１.００％の範囲とする。

【００１７】Ｔi：Ｔiは腐食形態を横広がりとし、板厚
方向への腐食の進行を抑制する効果がある。したがっ
て、必要に応じて添加して本発明の製造方法と組み合わ
せることにより、更にスコア加工部の腐食割れ性に優れ
たアルミニウム合金薄板を得ることができる。添加する
場合、Ｔi量が０.０１％未満では所望の効果は期待でき
ず、また０.２０％を超えて含有せしめても効果が飽和
するため無駄である。したがって、Ｔi量は０.０１〜
０.２０％の範囲とする。

【００１８】なお、上記以外に含有し得る元素として
は、通常市販されている純アルミニウムに含有されてい
る不純物程度であれば、特に規制はしないが、Ｓi及び
Ｆeは少ないほど望ましい。特にＦeは耐食性を阻害する
元素であり、充分な耐食性を確保するために０.３％以
下に抑制するのが好ましい。

【００１９】次に本発明に係る蓋材用アルミニウム合金
薄板の製造方法について説明する。

【００２０】上記化学成分のアルミニウム合金は、通常
の方法により溶解鋳造して鋳塊とし、この鋳塊を５００
〜６００℃の温度において均熱処理を施す。この均熱処
理は適正な熱間圧延及び耐腐食割れ性を得るためのもの
であり、５００℃未満の均熱温度では、熱間圧延時の耳
割れが発生し易く、かつ、微細析出物が多く生成し、耐
腐食割れ性が低下し、また、６００℃を超える均熱温度
ではバーニング及びフクレを発生し、製品特性の加工
性、表面品質の低下につながる。よって、均熱処理温度
は５００〜６００℃とする。なお、均熱処理時間は上述
の目的に従い適宜決められる。

【００２１】次いで、熱間圧延を行うが、熱間圧延の終
了温度を３５０℃以下に規制する必要がある。この条件
は、耐腐食割れ性を得るためのものであり、３５０℃を
超える終了温度では微細析出物が多く生成し、耐腐食割
れ性が低下する。よって、熱間圧延の終了温度は３５０
℃以下とする。

【００２２】熱間圧延後、中間焼鈍を含む冷間圧延を行
うが、中間焼鈍は、必須成分であるＣuを固溶せしめ、
より効果的にβ相の析出を抑制すること、及び微細な結
晶粒を得るために、その条件を以下のように規制するこ
とが重要である。

【００２３】具体的には、まず、中間焼鈍温度が４００
℃未満ではＣuの固溶が充分行われず、また６００℃を
超えるとバーニングを起こして特性の低下を招く恐れが
あるので、中間焼鈍温度は４００〜６００℃の範囲とす
る。その際、加熱速度を１００℃／分以上とし、加熱後
直ちに又は１０分以内に保持した後、１００℃／時間以
上の冷却速度で２００℃以下の温度まで冷却する。これ
により、平均結晶粒径が８０μm以下となり、所望の成
形性が得られる。これらの範囲外の条件では前述の中間
焼鈍効果が得られず、また加熱保持を１０分を超えて行
ってもエネルギーの無駄である。また、１００℃／時間
以上の冷却速度で２００℃以下の温度まで冷却するのは
耐腐食割れ性を低下させる微細析出物の生成を規制する
ためである。加熱冷却速度は２００℃／分以上(例、８
００℃／分)が望ましい。

【００２４】なお、中間焼鈍前の冷間圧延条件は特に制
限されないが、より微細な結晶粒とするために高い加工
率で圧延することが好ましく、３０％以上が良い。ま
た、中間焼鈍後に冷間圧延を行うが、加工率を３０％以
上とすることが重要であり、これにより所望の強度と成
形性が得られる。

【００２５】かくして得られたアルミニウム合金薄板
は、常法により表面処理を施して蓋材に使用される。一
般的には、りん酸クロメート等の化成処理を施した後、
エポキシ系或いは塩ビオルガノゾル系塗料を塗布し、約
２００〜３００℃で数秒〜１０分の焼付が行われた後、
蓋として成形加工される。

【００２６】次に本発明の実施例を示す。

【００２７】

【実施例】表１に示す化学成分を有するアルミニウム合
金鋳塊に５２０℃×６時間の均熱処理を施した後、熱間
圧延により４mm厚の熱間圧延板とし、次いで厚さ１mmに
冷間圧延し、同表に示す条件で中間焼鈍を行った後、冷
間圧延を行って厚さ０.３mmとした。熱間圧延終了温度
を表１に併記した。

【００２８】得られたアルミニウム合金薄板について、
焼付塗装を想定した２００℃×２０分の加熱を施した後
の機械的性質、成形性、結晶粒径及び耐腐食割れ性を調
査した。その結果を表２に示す。

【００２９】なお、成形性は、クランクプレスを使用
し、６.０mmφ(１伸)→４.０mmφ(２伸)→３.２mmφ(３
伸)のポンチ径で限界張り出し高さを求めて評価した。

【００３０】耐腐食割れ試験は、次の要領でモデル試験
を実施し、スコア部が破裂する頻度を求めることにより
評価した。

【００３１】〈蓋成形条件〉得られたアルミニウム合金
薄板について、常法に従ってりん酸クロメート処理を施
した後、内面に塩ビオルガノゾル塗料を１０μm塗布し
２００℃×１０分焼付し、外面にエポキシ系塗料を５μ
m塗布し、２００℃×１０分焼付した後、蓋成形プレス
にて蓋を製作した。スコア部の溝の深さは０.２mmとし
た。

【００３２】〈内圧調整〉塗装されたアルミニウム缶胴
にクエン酸溶液を一定量充填し、その中にオブラートで
包んだ一定量の炭酸水素ナトリウムを添加した後、直ち
に製作した蓋を巻き締め機で巻き締めることにより調整
した。

【００３３】〈保管条件〉巻き締めた蓋のスコア部にコ
ークを希釈した液を０.２ml付着させた後、蓋全体をパ
ラフィンフィルムでシールし、４０℃、相対湿度８５％
の恒温恒湿器に保管した(ｎ＝２０)。

【００３４】表２に示すとおり、本発明材はいずれも高
強度で、しかも優れた成形性を維持しており、更に良好
な耐腐食割れ性を示しているので、飲料缶等の焼付塗装
されて使用される蓋用材料として好適であることがわか
る。一方、比較材や従来材はいずれも成形性が得られて
いても耐腐食割れ性が劣っている。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
アルミニウム合金の成分調整と併せて、均熱温度、熱間
圧延の終了温度及び中間焼鈍条件等を規制することによ
り、耐腐食割れ性を低下させるＣu、Ｍgを含む微細析出
物の生成を抑制し、結晶粒径を８０μm以下とするの
で、高強度で、良好な成形性及び耐腐食割れ性が得ら
れ、焼付塗装して使用される食品容器、特に炭酸飲料
等、内圧が陽圧の蓋材に適している。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で(以下、同じ)、Ｃu：０.０５〜
   １.００％、Ｍn：０.３〜１.５％及びＭg：２.９〜４.
   ０％を含有し、残部がＡl及び不可避的不純物からなる
   アルミニウム合金を溶解、鋳造後、５００〜６００℃の
   温度で均熱処理を行い、熱間圧延の終了温度が３５０℃
   以下となるように熱間圧延を行った後、中間焼鈍を含む
   冷間圧延を行うに際し、中間焼鈍として、４００〜６０
   ０℃の温度に１００℃／分以上の加熱速度で加熱し、加
   熱後直ちに又は１０分以内保持した後、１００℃／時間
   以上の冷却速度で２００℃以下の温度まで冷却し、平均
   結晶粒径８０μm以下とすると共に焼付硬化に寄与する
   成分を固溶状態に保ち、更に加工率３０％以上の冷間圧
   延を行うことを特徴とするスコア加工部の耐腐食割れ性
   に優れた蓋材用アルミニウム合金薄板の製造方法。
2. 【請求項２】 前記アルミニウム合金が、更にＴi：０.
   ０１〜０.２０％を含有している請求項１に記載の方
   法。