JPH0947845A - しごき加工性に優れた成形加工用アルミニウム合金連続鋳造圧延板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 連続鋳造圧延に用いる鋳造ロールに平均粒径
が０．１〜５０μｍの固体潤滑剤を塗布し、このロール
を用いて連続鋳造圧延することにより該固体潤滑剤を連
続鋳造圧延板の表面に転写・圧入して埋め込むことによ
り初期固体潤滑剤層を形成し、引き続き圧延を施して、
最終圧延板の表面における平均粒径０．１〜５０μｍの
固体潤滑剤の占める面積率が２０％以上とする。 【効果】 従来使用されていた３０００系アルミニウム
合金だけでなく５０００系等の合金組成においてもしご
き加工性に優れた成形加工用アルミニウム合金連続鋳造
圧延板を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、しごき加工時にゴーリ
ングの発生しにくいアルミニウム合金板の連続鋳造圧延
法による製造方法に係り、例えば缶胴材として好適なア
ルミニウム合金板の製造方法に関する。なお、本発明に
おいてはアルミニウム合金板とは工業用純アルミニウム
板ならびに各種アルミニウム合金板を意味するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般にＤＩ缶胴材のように絞り加工(Dra
wing)としごき加工(Ironing)とが加えられる成形（ＤＩ
加工と総称）では、しごき加工時に素材板表面にしごき
方向とほぼ平行に疵や変色、いわゆるゴーリングが発生
することがある。このゴーリングは素材板表面の品質を
著しく劣化させるものであり、特にアルミニウム缶のよ
うに缶胴を全面塗装するのではなくアルミニウム素地を
露出させて使用するような用途においては、このゴーリ
ングの発生は商品の外観を著しく損なうものとして致命
的な表面欠陥となる。

【０００３】また、ゴーリングの発生はダイス等の工具
の損傷をまねき工具寿命を短いものにしてしまう。

【０００４】さらに、ゴーリングが激しい場合にはしご
き加工中に材料破断等のトラブルが生じ、作業を中断さ
せ作業率を低下させるとともに、破片が時としてしごき
加工具、加工装置に損傷を与えることもある。

【０００５】このような問題があるため、しごき加工に
おいてゴーリングの発生を抑制することが強く望まれて
いる。

【０００６】アルミニウム板においてゴーリングの発生
する機構は、しごき加工の際の潤滑不良等によりアルミ
ニウム合金板表面としごきダイスが直接接触し、アルミ
ニウム合金片およびＡｌ₂Ｏ₃等の硬質粒子が該合金板表
面から剥離してしごきダイスに凝着し、該凝着塊がアル
ミニウム合金板表面を擦ること等に起因すると考えられ
ている。そこで、従来より潤滑を良好にすることにより
ゴーリングの発生を抑止する方法が種々考案されてい
る。

【０００７】塗布する潤滑油に関するものとして、 １）しごき加工前処理として潤滑油原液をアルミニウム
合金板に塗布して潤滑性を良くするリオイル処理を施
す。 ２）しごき加工時の潤滑油の組成割合等を種々組みあわ
せ油切れしにくい適切な組成割合の潤滑油を用いる。 ３）素材板表面の粗度を調整して板表面の凹凸により保
油性を向上させる。等の方法がある。

【０００８】また、アルミニウム合金板の組織等の素材
特性を制御することによりゴーリングの発生を抑止する
ことも行なわれている。例えば、現在ＡＡ３００４合金
が広く缶胴材に採用されているが、その理由として一つ
には比較的強度が高く成形性にも優れしごき加工時の加
工硬化が比較的小さい等の機械的性質に優れていること
が上げられるが、それとともにＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の粗
大晶出化合物が多く存在し、この粗大晶出化合物が固体
潤滑性を示し、また晶出化合物近傍に生じる空隙により
保油性が向上し、さらにはしごきダイスのセルフクリー
ニング等の効果が得られる等の作用によりゴーリングが
起きにくいこともこの合金が実用合金として採用されて
いる理由の一つである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のようにゴーリン
グ対策として種々の方法が考案されているが、いまだ十
分なものとなっていないのが現状である。

【００１０】潤滑油を用いた方法では、缶成形のような
加工度の大きいしごき加工を連続して数回行う多段加工
の場合に、最初の加工では潤滑性を示すものの加工の進
行とともに潤滑油が剥離され油切れが生じてしまう。

【００１１】潤滑油の代わりに板の表面に固体潤滑剤を
塗布する方法も考案されている。しかし、１回のみの加
工には効果があるものの、缶成形のような多段加工では
１〜２回目の加工の段階で塗布されていた潤滑剤がはぎ
取られてしまい、それ以後の加工で潤滑不足が生じゴー
リングが発生するという問題がある。

【００１２】また板の製造条件を工夫して材料特性を改
善してゴーリングの発生しにくい組織等特性をもたせる
方法においても、特定の組織等にするための製造条件が
複雑となりコスト高となるとともに条件範囲が狭く製造
に高度な技術が必要となるなどの問題がある。また加工
度の大きい場合には素材の特性改良のみでは充分な耐ゴ
ーリング性は得られない。

【００１３】また、従来は合金系の異なる材料を用いて
いた缶蓋材と缶胴材を同一合金とするユニアロイ化が生
産性、リサイクル性の点から検討されてきているが、素
材の特性を限定してしごき加工性を改善する方法はこの
ユニアロイ化を妨げるものとなっている。このため、材
料そのものの合金成分、特性の改良以外のしごき加工性
向上方法が求められている。

【００１４】さらに、従来から用いられている３００４
合金であっても、連続鋳造圧延のように一般に用いられ
ているＤＣ鋳造法よりも鋳造時の冷却速度が速い製造方
法では、晶出化合物径が小さくなりＭｎ等合金成分の固
溶量が多くなることから強度は向上するものの加工硬化
が大きく５０００系合金と同様にしごき加工しにくくな
り、ゴーリングが発生しやすいものとなっている。

【００１５】本発明は上記の問題点に鑑みて、現行缶胴
用アルミニウム合金板ならびに現行ではしごき加工性の
悪い高強度材等のアルミニウム合金板におけるゴーリン
グの発生を抑制してしごき加工性を向上させて、高強度
薄肉化に適したＤＩ加工缶胴材に適する材料を供給する
ことを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明により問題を解決
するための手段は、固体潤滑材を板の表面に埋め込ま
せ、板表面の潤滑性を改善することにより、板の成形加
工性特にしごき加工性を向上させゴーリングの発生を抑
止しようとするものである。

【００１７】本発明は、連続鋳造圧延に用いる鋳造ロー
ルに平均粒径が０．１〜５０μｍの固体潤滑剤を塗布
し、このロールを用いて連続鋳造圧延することにより該
固体潤滑剤を連続鋳造圧延板の表面に転写・圧入して埋
め込むことにより初期固体潤滑剤層を形成し、引き続き
圧延を施して、最終圧延板の表面における平均粒径が
０．１〜５０μｍの固体潤滑剤の占める面積率が２０％
以上とすることを特徴とするしごき加工性に優れた成形
加工用アルミニウム合金連続鋳造圧延板の製造方法であ
る。

【００１８】

【作用】以下、本発明の作用について説明する。

【００１９】使用する固体潤滑剤としては一般に用いら
れているもので良いが、代表的なものとして二硫化モリ
ブデン、二硫化タングステン、黒鉛（グラファイト）、
窒化ホウ素、フッ化黒鉛（ＣＦ）_n 、金属酸化物（酸化
鉛、酸化モリブデン、酸化亜鉛等）、フッ化物（フッ化
カルシウム、フッ化バリウム、フッ化ナトリウム等）、
窒化ケイ素、あるいはこれら固体潤滑剤の２種類以上の
混合物等があげられる。

【００２０】使用する固体潤滑剤の平均粒径は０．１〜
５０μｍとする。０．１μｍより小さいと摩擦係数が大
きくなり、５０μｍを超えると耐荷重性能が低下する。

【００２１】良好な表面潤滑層を得るには、連続鋳造圧
延時に十分な量の固体潤滑剤を転写することが必要であ
る。そのためには、例えば通常より濃度の高い２０〜４
０％のコロイド状固体潤滑剤水溶液を鋳造ロールにスプ
レー塗布・ブラシによる塗布、あるいはコーターロール
を用いて塗布すると良い。濃度がこれより薄いと十分な
量の固体潤滑剤が付着せず、あまり濃すぎると鋳造ロー
ルによる溶湯の冷却効果を阻害して鋳造圧延条件が不安
定になるという問題がある。

【００２２】従来から固体潤滑剤は連続鋳造圧延の離型
剤として使用されてはいるが、それはあくまで鋳造圧延
されるアルミニウム合金のロールへの凝着を防止し、鋳
造板を鋳造ロールから剥がれやすくするためのものであ
る。従って、濃度１０％以下のコロイド状固体潤滑剤の
水溶液を鋳造ロールにスプレー塗布するのが一般的であ
る。しかし本願発明の場合には単なる離型作用のためで
はなく、固体潤滑剤を板表面に転写し埋め込むことが必
要であるから、濃度２０〜４０％程度の水溶液を用いる
のが適当である。

【００２３】鋳造ロールに塗布する代わりに溶湯表面に
直接固体潤滑剤を供給する方法でも良いが、通常用いら
れている連続鋳造装置では設計上から潤滑剤供給装置を
設置できる箇所が極めて局所的となり技術的に困難であ
る。

【００２４】連続鋳造圧延終了時の固体潤滑剤の板表面
の面積率は２０％以上必要であり、３０％以上あること
が望ましい。これより少ないとその後の冷間圧延により
板の表面積が増加した時に最終板表面の固体潤滑剤の面
積率が２０％以上を確保できないことがある。３０％以
上であれば、冷間圧延により板表面積が増大しても、同
時に冷間圧延により固体潤滑剤が破壊されて、劈開・剥
離することにより固体潤滑剤の個数・面積も増加するこ
とから最終板での面積率を２０％以上とすることができ
る。

【００２５】また連続鋳造圧延時に５％以上、特に１０
〜２０％の圧下率で圧延されるような鋳造方法が望まし
い。これにより固体潤滑剤が表面層に強固に埋め込ま
れ、冷間圧延時に脱落する固体潤滑剤の量を少なくする
ことができる。

【００２６】このようにして初期固体表面潤滑層を形成
した板に、熱間圧延・冷間圧延を施すことにより、最終
板における固体潤滑剤の面積率が２０％以上である連続
鋳造圧延板を得ることができる。熱間圧延は必要に応じ
て行い、また冷間圧延の前後には通常行われているよう
に焼鈍等の熱処理を施しても良く、また冷間圧延は２度
以上行っても構わない。冷間圧延において、さらに板表
面に固体潤滑剤を補って圧延しても良い。

【００２７】固体潤滑剤を埋め込ませる板表面層の深さ
については、アルミニウム合金板の板厚やしごき率等の
加工度に応じて決めれば良いが、板表面から０．１〜１
５０μｍの深さが適当である。０．１μｍより小さい範
囲にしか固体潤滑剤が無いと、固体潤滑作用を生じるた
めには量が少なすぎ、また埋め込ませた際に埋没したり
逆に剥離したりし易くなるため、加工により生成される
新成面に対して十分な潤滑効果が得られないことがあ
る。すなわち固体潤滑剤１層分程度の深さまで分布して
いることが重要で、さらに板の内部まで埋め込まれてい
ると効果的である。また１５０μｍを超えた深さまで埋
め込ませても、更なる性能の向上は期待できないが、特
に強加工あるいは多数回の加工を施す時には強加工によ
り表面近傍の固体潤滑剤が奪われても代わりに深部の固
体潤滑剤が表面に露出してくるので固体潤滑剤は深くま
で分布していた方が好ましい。

【００２８】なお、本発明においては固体潤滑剤は板表
面に一部が露出していることが重要であり、固体潤滑剤
がアルミニウム合金板内部に完全に埋没していてはゴー
リング防止・しごき加工性向上の効果が無くなる。

【００２９】アルミニウム板におけるゴーリングの発生
する機構は、しごき加工の際に油膜切れ等潤滑不良によ
り （１）アルミニウム合金板表面としごきダイスが直接接
触してアルミニウム合金片がダイスに凝着すること、
（２）アルミニウム合金板表面に生成されるＡｌ₂Ｏ₃や
ＭｇＯ等の酸化物やＡｌ（Ｍｎ，Ｆｅ）Ｓｉ等の微細金
属間化合物の硬質粒子がいた表面から剥離してしごきダ
イスに凝着すること、により形成された凝着塊がアルミ
ニウム合金板表面を擦ることに起因すると考えられてい
る。

【００３０】これに対して本願発明によるアルミニウム
合金板においては、固体潤滑剤を板の表面層に埋め込み
かつ固体潤滑剤の一部が板表面に露出させていることに
より、アルミニウム合金そのものとダイス表面が直接接
触する頻度を少なくして摩擦を少なくするとともにアル
ミニウム合金板表面に生成した酸化物等がダイスにより
剥離されることが無くなり、その結果アルミニウム合金
片および酸化物や金属間化合物がダイスに凝着すること
を防止することができ、ゴーリングの発生を抑止するこ
とができる。

【００３１】しかも多段しごき加工のように著しい板厚
減少や新成面の生成を伴う加工においては、従来の単に
固体潤滑剤を塗布するだけでは加工途中で潤滑能力が低
下して十分な効果が得られなかったが、本願発明のアル
ミニウム合金板によれば、板表面に固体潤滑剤を埋め込
ませてあるため、著しい板厚減少や新成面の生成があっ
ても、板表面から潤滑剤がはぎ取られることがないの
で、多段しごき加工においても十分な潤滑効果が得られ
ゴーリングの発生がない。

【００３２】本発明の上記の作用は鉱物系潤滑油、植物
系潤滑油、合成潤滑油もしくはこれらの混合潤滑油と併
用することによりさらに向上させることもできる。

【００３３】

【実施例】本発明の実施例について説明する。供試材と
して使用したアルミニウム合金はＪＩＳＡ３００４、Ｊ
ＩＳＡ５０５２、ＪＩＳＡ５１８２を用いた。合金成分
組成を表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１の成分の合金を用いてアルミニウム合
金板を作成した。製造プロセスは、連続鋳造圧延で板厚
７ｍｍの連続鋳造板を得て、これを冷間圧延により０．
７５ｍｍの板厚とし、次いで連続焼鈍炉により加熱速度
２０℃／ｓｅｃ、到達温度５２０℃、到達後保持無しで
冷却速度２０℃／ｓｅｃの冷却を行う中間焼鈍を施し、
さらに最終冷間圧延を行って板厚０．３０ｍｍとした。
固体潤滑剤の塗布は、次のようにした。 （Ｉ）連続鋳造圧延において鋳造ロールにコロイド状に
した固体潤滑剤（各表に記載）を塗布し、板表面層に埋
め込ませた。 （II）従来の連続鋳造法により作成した板表面に引抜き
試験直前に固体潤滑剤を塗布した。（連続鋳造時の固体
潤滑剤使用は離型剤として作用する程度の量のみ塗布） (III) 従来の連続鋳造法による製造。（連続鋳造時の固
体潤滑剤使用は離型剤として作用する程度の量のみ塗
布）

【００３６】また、ＤＣ鋳造法による従来例も作成し
た。そのプロセスはＤＣ鋳造により板厚５００ｍｍの鋳
塊を得、熱間圧延により板厚３．５ｍｍとし、次いで冷
間圧延により０．７５ｍｍとした後、上記と同じ条件で
中間焼鈍、最終冷間圧延を施して板厚０．３０ｍｍの板
を得た。

【００３７】この供試材を用いて、引抜き試験により耐
ゴーリング性を評価した。試験片形状は幅１０ｍｍ×長
さ１５０ｍｍとした。引抜き試験は引抜き速度５００ｍ
ｉｎ／ｍｍ、板厚減少率２０％で連続して２回行い、１
回目のみ鉱物油系潤滑油を塗布した。ゴーリングの発生
状況を目視により観察し、○＝ゴーリングの発生無し、
△＝弱いゴーリングの発生有り、×＝強くゴーリングが
発生の３段階で評価した。

【００３８】［実施例１］従来材ならびに固体潤滑剤と
して二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂ ）を用いて評価した実
施例を表２に示す。

【００３９】

【表２】

【００４０】表２のＮｏ１は従来から缶胴材として使用
されている３００４ＤＣ鋳造材であり、合金特性がしご
き加工に適しているためゴーリングは発生しなかった。
Ｎｏ２は従来の連続鋳造圧延法による比較例で、単に離
型材としてのみ固体潤滑剤を塗布しているため面積率が
２％と著しく少ないため十分な潤滑性が得られずゴーリ
ングが発生した。Ｎｏ３，４，５は３００４合金の連続
鋳造圧延材による本発明例で固体潤滑剤としてＭｏＳ₂
を用いたものである。いずれも引抜き試験の１回目も２
回目も共にゴーリングの発生が無く良好なしごき性を示
している。Ｎｏ６はＮｏ２と同一の固体潤滑剤を埋め込
まない連続鋳造材試料に引抜き直前に固体潤滑剤ＭｏＳ
₂ を塗布して試験を行ったものであり、１回目の引抜き
ではゴーリングの発生が無く塗布した固体潤滑剤の効果
が出ているが、この引抜きにより塗布した固体潤滑剤が
はぎ取られてしまい２回目にはゴーリングは発生してし
まっている。 ［実施例２］固体潤滑剤として二硫化モリブデン（Ｍｏ
Ｓ₂ ）と黒鉛の混合物を使用した実施例を表３に示す。

【００４１】

【表３】

【００４２】Ｎｏ７〜１０は実施例１と同様に３００４
合金の連続鋳造圧延板を用いたもので、固体潤滑剤して
平均粒径が５μｍのＭｏＳ₂ と黒鉛を等量混ぜたものを
用いた。Ｎｏ７，８は本発明例であり、良好なしごき性
を示した。これに対して、Ｎｏ９は固体潤滑剤の面積率
が２０％未満のもので、１回目のしごきでは若干効果が
認められたが２回目では強いゴーリングが発生した。ま
たＮｏ１０も同様に面積率が少ないためゴーリングが発
生している。

【００４３】［実施例３］従来は絞り、しごき加工に適
していない５０５２合金を用いて固体潤滑剤を窒化硼素
（ＢＮ）に変えた実施例の結果を表４に示す。

【００４４】

【表４】

【００４５】Ｎｏ１１，１２，１３は本発明例であり、
良好なしごき性を示した。これに対してＮｏ１４は固体
潤滑剤の平均粒径が０．１μｍより小さいため十分な潤
滑効果が得られずゴーリングが発生した。またＮｏ１５
は固体潤滑剤の面積率が小さすぎるものであり、ゴーリ
ングが強く発生している。またＮｏ１６は従来法で製造
した板の表面に、引抜き試験直前に固体潤滑剤ＢＮを塗
布して引抜きを行ったもので、１回目の引抜きでは効果
があったが２回目ではゴーリングが発生した。Ｎｏ１７
は従来法で製造した板の結果であり、１回目の引抜き試
験からゴーリングの発生が認められた。

【００４６】［実施例４］アルミニウム合金を５１８２
に、固体潤滑剤を黒鉛に変えた実施例を表５に示す。

【００４７】

【表５】

【００４８】Ｎｏ１８，１９は本発明例であり良好なし
ごき性を示した。これに対してＮｏ２０は固体潤滑剤の
面積率が小さすぎるためゴーリングが発生しており、ま
たＮｏ２１は固体潤滑剤の平均粒径が小さすぎるためゴ
ーリングが発生している。Ｎｏ２２，２３は従来法によ
り製造した連続鋳造圧延板であり、いずれもゴーリング
が発生した。Ｎｏ２２のように引抜き試験直前に黒鉛を
塗布しても２回目ではゴーリングが発生している。

【００４９】

【効果】以上詳細に説明したように、本発明によれば３
００４系アルミニウム合金ＤＣ鋳造法によるアルミニウ
ム板に限らず、３００４系の連続鋳造圧延材等の急冷凝
固材のように金属組織の異なるアルミニウム合金でも、
あるいは５０００系等のしごき性の劣る合金系でも、し
ごき性を向上することができ、ゴーリングの発生をなく
すことができる。またダイス等の工具へのアルミニウム
粉等の凝着も軽減されることから、ダイス交換やダイス
クリーニング等の作業工数を削減することができ従って
作業性を向上させることができる。さらに凝着物による
工具磨耗を減少させて工具寿命を延ばす効果もある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造圧延に用いる鋳造ロールに平均
   粒径が０．１〜５０μｍの固体潤滑剤を塗布し、このロ
   ールを用いて連続鋳造圧延することにより該固体潤滑剤
   を連続鋳造圧延板の表面に転写・圧入して埋め込むこと
   により初期固体潤滑剤層を形成し、引き続き圧延を施し
   て、最終圧延板の表面における平均粒径０．１〜５０μ
   ｍの固体潤滑剤の占める面積率が２０％以上とすること
   を特徴とするしごき加工性に優れた成形加工用アルミニ
   ウム合金連続鋳造圧延板の製造方法。