JPH089758B2 - アルミニウム合金硬質板の製造方法 - Google Patents

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)後の成形性(ネッキング
性・フランジング性)に優れるアルミニウム合金硬質板
とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、ビール及び炭酸飲料用などの飲料缶体には、材料と
してはＡl−Ｍn−Ｍg系の３００４合金が用いられてい
る。

【０００３】近年、缶の軽量化のために高強度高成形性
と低耳率化の要望が強くなっており、種々の提案(例え
ば、特公昭６１−７４６５号、特願平１−２２６７４６
号など)がなされている。しかしながら、特公昭６１−
７４６５号においては高強度化については満足し得るも
のの、成形性については特願平１−２２６７４６号に及
ばない難点がある。また、特願平１−２２６７４６号に
ついては、元板での変形抵抗力の上昇により、しごき加
工性の向上が必要とされる。このように、なお不充分な
点が多く残されている。

【０００４】一方、缶体用材料の製造方法は、前述の３
００４合金に均質化熱処理、熱間圧延、冷間圧延及び中
間焼鈍を組み合わせて行う方法である(例えば、特公昭
６１−７４６５号、特公昭６２−３７７０５号等)。こ
れらの提案における冷間圧延率は、基本的には中間焼鈍
後から最終板厚に至るまでのトータルの圧延率を規制し
ている。この結果、通常数回の通板を行う現状では、パ
ス間で回復が生じ、次パスを行うと強度が非常に高くな
り、成形性を低下させる上、冷間圧延開始温度がばらつ
き、強度のばらつきを生じ、成形性を低下させるといっ
た問題点があった。

【０００５】本発明は、上記従来技術の欠点を解消し
て、しごき加工性、ベーキング後の成形性に優れるアル
ミニウム合金硬質板の製造方法を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者等は、化学成分並びに製造条件について鋭
意研究を重ねた結果、ここに本発明をなしたものであ
る。

【０００７】即ち、本発明に係るアルミニウム合金硬質
板の製造方法は、Ｍｎ：０．５〜１．５％及びＭｇ：
０．５〜１．５％を含有し、Ｆｅ：０．３〜０．７％、
Ｓｉ：０．１〜０．５％をＦｅ＋Ｓｉ＝０．７〜１．０
％、Ｆｅ／Ｓｉ＝１．２５〜２．５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組成のアルミニウム
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１．５〜３．
０ｍｍ、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、更にその
後、冷間圧延率が７５％以上の冷間圧延を１回行うこと
を特徴とする。但し、本願明細書にて、組成を規定する
％は重量％である。

【０００８】

【０００９】以下に本発明を更に詳細に述べる。

【作用】まず、本発明における化学成分の限定理由につ
いては次のとおりである。

【００１０】Ｍn：Ｍnは強度の向上及びＡl−Ｆe−Ｍn
系晶出物の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１.５％を超えると強度が
高くなりすぎて成形性(絞り性、しごき性、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
〜１.５％の範囲とする。

【００１１】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−Ｃ
u−Ｍg系析出物による析出硬化を生じ、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１.５％を超えると強度が高くなりすぎて
成形性の低下を招く。以上の理由により、Ｍg量は０.５
〜１.５％の範囲とする。

【００１２】Ｆe：ＦeはＭnとの関係でＡl−Ｆe−Ｍn系
晶出物を形成し、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Ａl−Ｃu−Ｍg系析出物の形成に
よる高強度化に効果がある。しかし、０.３％未満では
このような効果が小さく、また０.７％を超えると巨大
晶出物を形成して成形性の低下を生じる。以上の理由に
より、Ｆe量は０.３〜０.７％の範囲とする。

【００１３】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相を形成させて晶出物の硬
度を上昇させ、しごき加工性の向上に効果がある。しか
し、０.１％未満ではこの効果は小さく、また０.５％を
超えると晶出物の巨大化及び晶出物の全面変態により、
逆にしごき加工性を低下させる。以上の理由より、Ｓi
量は０.１〜０.５％の範囲とする。

【００１４】但し、Ｆe及びＳiについては、上述の範囲
内での含有量の合計並びに比を以下のように規定するこ
とが必要である。

【００１５】Ｆe＋Ｓi：Ｆe＋Ｓi量は晶出物の量及びサ
イズの適正化による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相への全面変態によりしごき加
工性の低下を生じる。以上の理由により、Ｆe＋Ｓi量は
０.７〜１.０％の範囲とする。

【００１６】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
加工性の向上に対しては不充分である。また、２.５を
超えると晶出物のα相への全面変態により加工時に割れ
の起点となる。以上の理由により、Ｆe／Ｓi比は１.２
５〜２.５の範囲とする。

【００１７】上述の元素の他、以下の成分の１種又は２
種を適量で含有させる必要がある。

【００１８】Ｃu：ＣuはＭgと同様の効果を示す元素で
あり、ベーキング時にＡl−Ｃu−Ｍg系析出物による析
出硬化を生じ、缶底部の高強度化に有効である。しか
し、Ｃu量が０.０５％未満ではその効果は小さく、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。以上の理由により、Ｃu量は０.０５〜０.５
％の範囲とする。

【００１９】Ｚn：Ｚnは晶出物の分散を適正にし、絞り
加工性、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
小さい。またＺn量は１.０％を超えて添加しても各種成
形性を向上させる効果は小さく、またその効果とコスト
を考慮すると１.０％が上限である。以上の理由によ
り、Ｚn量は０.０５〜１.０％の範囲とする。

【００２０】なお、不純物としては本発明の効果を損な
わない限度で許容される。例えば、 Ｃr≦０.２０％、Ｔi≦０.２０％である。

【００２１】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
を施される。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の抑制に効果がある。しか
し、加熱温度が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
の性能低下を生じる。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℃の温度で１時間以上の条件とする。な
お、均質化熱処理は必要に応じて２回以上行っても良
い。

【００２２】均質化熱処理後、引き続き熱間圧延を行う
が、熱間圧延の開始温度は特に制限されないが、４５０
℃以上が好ましい。鋳塊はこの熱間圧延によりコイル状
に巻き上げられるが、その際の終了板厚と終了温度は、
製品での絞り耳率、缶壁の強度に影響を及ぼす。すなわ
ち、終了板厚が１.５mm未満では耳率を抑制するには効
果があるが、缶壁の軟化に不足を生じる。一方、３.０m
m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。以上の理由によ
り熱間圧延の終了板厚は１.５〜３.０mmとする。更に、
終了温度は特に耳率に大きな影響を与え、３００℃未満
では耳率の抑制に効果が小さく、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みエ
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。以上の理由により終了温度は３００
〜３６０℃の範囲とする。

【００２３】次に焼鈍を行うが、焼鈍は熱間圧延直後又
は放冷後に行う。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
ないので、加熱及び冷却速度は１００℃／min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
影響を及ぼし、４００℃未満では再結晶が完了せず、６
００℃を超えるとバーニングによる板の表面不良を生じ
る。したがって、板温度は４００〜６００℃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
強制固溶量に影響を及ぼし、板温度により異なるが、低
温(例、４００℃)であれば１０分程度、高温(例、６０
０℃)であれば保持なしでもよい。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
℃を超えた温度で冷却が完了するとＡl−Ｃu−Ｍg系の
析出物が生成し、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、冷却は板温度が１５０
℃以下となるようにする。

【００２４】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)に影響を及ぼす工程であ
る。しかし、１回の通板による圧延率が７５％未満であ
ると、強度及び成形性の向上の効果が得られない。ま
た、最終板厚まで数回の通板を行う必要があり、冷間圧
延時に発熱したままコイルに巻き取り、次回の冷間圧延
まで放置される間に回復が生じ、次回の冷間圧延では加
工硬化が大きくなり強度が高くなり、成形性に悪影響を
及ぼす。更に、冷間圧延開始温度のばらつきによる製品
強度のばらつきも生じ易くなり、成形性に悪影響を及ぼ
す。以上の理由により、冷間圧延は１回の通板時の圧延
率を７５％以上とし、パス間での回復がないようにす
る。

【００２５】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。実施例１ 表１に示す化学成分のアルミニウム合金に５８０℃×４
ｈｒ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℃／ｍｉｎにて板温度５００℃×０ｍｉ
ｎ、冷却完了温度８０℃のＣＡＬ焼鈍を実施し、その後
０．３０ｍｍ（圧延率８５％）の製品板厚まで１回の通
板にて冷間圧延を行った。製品板の材料特性並びにＤＩ
缶の缶強度を調べた結果を表２及び表３に示す。なお、
製品板の成形性は以下の要領にて評価した。

【表１】

【表２】

【表３】

【００２６】限界絞り比(ＬＤＲ)は、エリクセン試験機
を使用し、ブランク径を変化させ、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３３mm
φ、潤滑油はダイドローＮ、しわ押さえ力５００kgfで
ある。

【００２７】張出し性(エリクセン値)は、ＪＩＳのエリ
クセン試験Ｂ法により評価した。限界しごき加工率(Ｌ
ＩＲ)は、ブランク径１５０mmφ、ポンチ径８７mmφに
て作製した絞りカップを用い、実機レベルのＤＩ加工機
で通常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ることにより、成形できる
加工率(１伸と２伸の板厚変化)にて求めた。なお、缶サ
イズは３５０ccであり、潤滑油は水溶性潤滑油を用い
た。

【００２８】次に得られたＤＩ缶(６６mmφ×１２２mm
ｈ)に２００℃のベーキングを施し、４段ネック加工を
実施した。加工配分は２mm／段である。４段ネックがで
きた成功率(ネック成功率)を評価した。更に交角９０°
のポンチにて穴拡げを実施し、フランジ率１２％(フラ
ンジ径６５mmφ、ネック径５８mmφ)における成功率(フ
ランジ成功率)を評価した。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。

【００２９】以上の評価基準としては、限界絞り比(Ｌ
ＤＲ)１.８５以上、限界しごき加工率(ＬＩＲ)５２％以
上、エリクセン値４.３mm以上、ベーキング後耐力２７k
gf／mm²以上、耳率３％以内、耐圧強度６.３kgf／cm²以
上、座屈強度１７０kgf以上である。

【００３０】表２及び表３より明らかなように、本発明
例Ｎo.１及びＮo.２は、適正な化合物分布、並びに適正
な強度及び高ベーキング耐力を有しており、比較例に比
べ、明らかに成形性が優れている。なお、本製造工程で
製造された板の耳率は全て３％以内であり、充分満足し
得るものである。

【００３１】実施例２ 表１中の合金Ｎｏ．１のアルミニウム合金を用いて、表
４に示す製造条件にて製品板厚０．３ｍｍの材料を作製
し、実施例１と同じく評価した。その結果を表５に示
す。表５に示すように、本発明範囲の製造条件以外で製
造された比較例Ｄ〜Ｏは、成形性又は缶強度が劣ってい
る。つまり、比較例Ｅ，Ｊ，Ｋは強度が不足しており、
その他の比較例は成形性が劣っている。また比較例Ｇは
耳率が３．５％あり、成形時の不具合につながる。比較
例Ｄ，Ｎ，Ｏは実際の通常生産工程で行われる冷間圧延
間でのコイルの放置時間を比較とした例であるが、何れ
も本発明例Ａ〜Ｃに比べて成形性が劣っている。これは
パス間で回復が生じるため元板強度が適正強度より高く
なりすぎるためである。更に、比較例ＨとＩはＣＡＬ温
度が低いものであり、比較例Ｈは一部未再結晶組織、比
較例Ｉは大部分が未再結晶組織であって、いずれも強度
が高すぎて成形性が低下する。また、比較例Ｄ，Ｌ，
Ｍ，Ｎ，Ｏはコイルの先後端での強度のバラツキが見ら
れた。これはコイルでの巻き芯、巻き外でパス間での回
復の度合いが異なるためである。

【表４】

【表５】

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により得ら
れるアルミニウム合金硬質板は、成形性に優れ、かつ品
質の安定した材料が得られるので、成形中の不具合等を
低減でき、生産性向上の効果は顕著である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｎ：０．５〜１．５重量％及びＭｇ：
   ０．５〜１．５重量％を含有し、Ｆｅ：０．３〜０．７
   重量％、Ｓｉ：０．１〜０．５重量％をＦｅ＋Ｓｉ＝
   ０．７〜１．０重量％、Ｆｅ／Ｓｉ：１．２５〜２．５
   の関係を満足するように含有し、更にＣｕ：０．０５〜
   ０．５重量％及びＺｎ：０．０５〜１．０重量％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
   からなる組成の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１．５〜３．０ｍｍ、終了温度３００〜
   ３６０℃で行い、その直後又は放冷後、加熱冷却速度１
   ００℃／ｍｉｎ以上で、板温度４００〜６００℃に１０
   分以内で保持し、板温度が１５０℃以下に冷却する条件
   の連続焼鈍を施し、更にその後、冷間圧延率が７５％以
   上の冷間圧延を１回行うことを特徴とするアルミニウム
   合金硬質板の製造方法。