JPH0949043A

JPH0949043A - しごき加工性に優れた成形加工用アルミニウム合金圧延板

Info

Publication number: JPH0949043A
Application number: JP7221135A
Authority: JP
Inventors: Akira Tajiri; 田尻彰
Original assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Current assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 1997-02-18
Anticipated expiration: 2015-08-07
Also published as: JP3256108B2

Abstract

(57)【要約】【構成】アルミニウム合金板表面に平均粒径が０．１
〜５０μｍの固体潤滑剤を塗布し、その後圧延を施すこ
とにより板表面に固体潤滑剤を面積率で２０％以上埋め
込む。【効果】従来材に限らず、しごき性の劣る素材でも従
来材と同等あるいはそれ以上の良好なしごき加工性を有
し、しかも素材の機械的性質等の特性を劣化させない優
れた成形加工用アルミニウム合金板を得ることができ
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に係り、例えば
缶胴材として好適なアルミニウム合金板に関する。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。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。

【０００４】以上のようなことから、しごき加工におい
てはゴーリングの発生を抑制することが強く望まれてい
る。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】

【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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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
こと及びＤＩ加工時におけるダイスへの凝着塊の生成を
抑制してダイスクリーニングのインターバルを伸ばし作
業率を向上させ、またダイス等の工具の寿命を延ばすこ
とを目的とする。

【００１４】

【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。

【００１５】すなわち本発明は、板表面に、平均粒径
０．１〜５０μｍの固体潤滑剤が面積率２０％以上埋め
込まれており、かつ固体潤滑剤の少なくとも一部が板表
面に露出してい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圧延板であり、また板表
面に平均粒径が０．１〜５０μｍの固体潤滑剤を塗布
し、その後圧延を施すことにより板表面に固体潤滑剤を
面積率で２０％以上埋め込む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圧延板の製造
方法である。

【００１６】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、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。

【００１７】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。

【００１８】埋め込ませる固体潤滑剤の量は、板表面に
おける固体潤滑剤の占める面積率が２０％以上であるこ
とが必要である。２０％よりも少ないと、加工により生
成される新成面に対して充分な潤滑効果が得られない。
面積率の上限については特に限定しないが、処理の表面
潤滑層を形成させる熱間圧延時の板厚及びその後の冷間
圧延率により決まる。冷間圧延による初期表面潤滑層の
分散および新成面の生成により最終板での面積率が決定
される。一般的には通常２０％以上の冷間圧延が施され
ることから、固体潤滑剤の占める面積率は８０％以下と
する。

【００１９】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。

【００２０】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。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必要であり、さら
に板の内部まで埋め込まれていると効果的である。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。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。しかしながら、特に強加工あ
るいは多数回の加工を施す時には深くまで分布していた
方が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好ま
しい。

【００２１】請求項１記載のアルミニウム合金板の製造
方法としては、請求項２記載のように該固体潤滑剤をア
ルミニウム合金板表面に塗布し、その後圧延を施すこと
により板表面に固体潤滑剤を埋め込む方法が上げられ
る。

【００２２】固体潤滑剤を板表面に塗布するには、固体
潤滑剤をそのままあるいは液体等の分散媒に分散させコ
ロイド状態にしたものをブラシ、ロールコーター等で塗
布・あるいはスプレーで噴霧すると良い。固体潤滑剤の
塗布直後に圧延を行うので強固に付着させる必要はない
が、全体に均一に塗布することが重要である。

【００２３】塗布後の圧延は圧延率３％以上であれば固
体潤滑剤をアルミニウム合金板表面に埋め込ませること
ができる。従って通常のアルミニウム合金板製造工程の
熱間圧延、冷間圧延のいずれかの工程で行えば良い。た
だし、あまり上流工程で行うと、その後に施す圧延によ
り板表面積が増大し、その結果固体潤滑剤の最終面積率
が２０％未満となるおそれがある。この場合には塗布時
の固体潤滑剤の面積率を高めに設定することが望まし
い。

【００２４】

【作用】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、等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。

【００２５】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、アルミニウム合金そのものとダイス表面が直接接触
しないように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、その結果ゴーリングの発生やア
ルミニウム合金片、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る。

【００２６】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、従来の固体
潤滑剤を塗布するだけでは加工途中で潤滑効果が低下し
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。

【００２７】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。

【００２８】

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。

【００２９】供試材として使用したアルミニウム合金は
ＪＩＳＡ３００４Ｐ、ＪＩＳＡ５０５２Ｐ、ＪＩＳＡ５
１８２Ｐを用いた。その合金成分組成を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】表面潤滑層の形成方法は、次の方法によっ
た。Ｉ：熱間圧延時にコロイド状の固体潤滑剤をロール、板
表面にスプレー塗布し圧延により板表面に埋め込ませ
た。 II：表面潤滑層の形成されていない板に、引抜き試験前
に固体潤滑剤を塗布した。 −：固体潤滑剤層は形成せず素地のままで試験を行っ
た。耐ゴーリング性については各供試材から幅１０ｍｍ×長
さ１５０ｍｍの試験片を作成して引抜き試験を行いこれ
により評価した。引抜き試験は絞り−しごき加工のよう
な多段加工を想定して引抜き速度５００ｍｍ／ｍｉｎ、
板厚減少率２０％の引抜き加工を連続して２回行い、１
回目のみ鉱物油系潤滑油を塗布した。

【００３２】［実施例１］Ｎｏ１〜３は３００４合金を
用いＤＣ鋳造(DC cast)により板厚５００ｍｍの鋳塊を
得た。次に熱間圧延で板厚３．５ｍｍ、冷間圧延で板厚
０．７５ｍｍとし、ここで連続焼鈍炉（ＣＡＬ）による
中間焼鈍を行い、引き続き冷間圧延により板厚０．３０
ｍｍとした。ここで中間焼鈍は加熱速度２０℃／ｓ、設
定温度到達後直ちに冷却速度２０℃／ｓという条件で冷
却を行った。なおＮｏ２，３のものについては熱間圧延
時にコロイド状のＭｏＳ₂をスプレーにより塗布し圧延
することにより表面潤滑層を形成した。この供試材を用
いて引抜き試験により耐ゴーリング性の評価を行った。
製造条件及び耐ゴーリング性の評価結果を表２に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】表に示すように３００４合金ＤＣ材は、材
料自体が耐ゴーリング性に優れていることから、いずれ
も極めて良好な性能を示している。すなわち従来から耐
ゴーリング性に優れている合金に対して本発明を適用す
ると従来材と同等あるいは優れた性能を示し、性能を劣
化させることが無いことが確認された。

【００３５】［実施例２］従来はゴーリングの発生が激
しくしごき加工を施す用途には使用できないとされてい
る５０５２合金を用いた本発明を適用した実施例Ｎｏ４
〜１２を示す。

【００３６】

【表３】

【００３７】Ｎｏ４，５，６，７についてはＤＣ鋳造に
より厚さ５００ｍｍの鋳塊を得た。その後熱間圧延によ
り３．５ｍｍ、冷間圧延により１．０ｍｍとし、３２０
℃×２Ｈｒの焼鈍を行いＯ材とした。Ｎｏ８〜１２につ
いては同様にＤＣ鋳造により得た５００ｍｍの鋳塊を熱
間圧延により３．５ｍｍ、冷間圧延により０．７５ｍｍ
とし、５００℃でＣＡＬ中間焼鈍を行った。続いて冷間
圧延により０．３ｍｍとし供試材とした。またＮｏ４，
５，８，１０，１１，１２については実施例１と同様
に、熱間圧延において初期表面潤滑層の形成を行った。
固体潤滑剤としてはグラファイトを用いた。Ｎｏ７につ
いては引抜き試験前にコロイド状のグラファイトを塗布
して試験を行った。本願発明例のＮｏ４，５，８は良好
な耐ゴーリング性を示した。それに対して、Ｎｏ６，９
は潤滑油のみを用いた従来法による比較例であり、強い
ゴーリングが発生した。引抜き試験直前に板表面にグラ
ファイトを塗布しただけのＮｏ７は１回目では効果が見
られたものの、この引抜き加工で潤滑剤がはぎ取られて
しまうため２回目ではゴーリングが発生した。Ｎｏ１０
では固体潤滑剤の面積率が２０％より小さいため、Ｎｏ
１１では固体潤滑剤のグラファイトの平均粒径が０．１
μｍより小さいため、またＮｏ１２ではグラファイトの
平均粒径が５０μｍより大きすぎるためいずれも十分な
効果が得られなかった。

【００３８】［実施例３］同様にしごき加工性の劣る５
１８２合金を用いた実施例Ｎｏ１３〜２１を示す。５１
８２合金を用いてＤＣ鋳造により厚さ５００ｍｍの鋳塊
を得た後、Ｎｏ１３〜１７については熱間圧延により
３．５ｍｍ、冷間圧延により０．６０ｍｍとした。ここ
で３２０℃×２Ｈｒの中間焼鈍を行い、引き続き冷間圧
延により０．３ｍｍとした。Ｎｏ１８〜２１については
熱間圧延により５．０ｍｍ、冷間圧延により１．０ｍｍ
とし、３２０℃×２Ｈｒの焼鈍によりＯ材とした。固体
潤滑剤としては窒化ホウ素を用い、Ｎｏ１３，１４，１
５，１７，１８，２０の初期表面潤滑層の形成は熱間圧
延時に行った。Ｎｏ１６，１９，２１については本発明
による表面潤滑層の形成は行っていない。

【００３９】

【表４】

【００４０】Ｎｏ１３，１４，１５，１８は本発明の方
法による実施例であり、いずれも良好な耐ゴーリング性
を示した。Ｎｏ１６，１９は潤滑油のみを使用した比較
例であり、どちらも加工途中で油切れをおこして強いゴ
ーリングが発生した。Ｎｏ１７は表面潤滑層での固体潤
滑剤の面積率が２０％より小さいため、またＮｏ２０は
固体潤滑剤の平均粒径が５０μｍより大きいため、どち
らも十分な効果が得られなかった。Ｎｏ２１は引抜き試
験前にコロイド状の窒化ホウ素を板に塗布して試験を行
ったもので、１回目の引き抜きでは効果が見られたが、
この時に固体潤滑剤がはぎ取られてしまい、２回目の引
抜きではゴーリングが発生した。

【００４１】［実施例４］実施例２と同様に５０５２合
金に対して固体潤滑剤の種類を変え、また複数種類の固
体潤滑剤を混合した場合について検討した。５０５２合
金を用いＤＣ鋳造により厚さ５００ｍｍの鋳塊を得た。
次に熱間圧延により厚さ３．５ｍｍにすると同時に、固
体潤滑剤による初期表面潤滑層を形成した。固体潤滑剤
としてはＮｏ．２２〜２７が二硫化モリブデン、Ｎｏ．
２８〜３２では平均粒径が５μｍの二硫化モリブデンと
平均粒径が５μｍのグラファイトを１：１で混合したも
のを用いた。続いて冷間圧延により０．７５ｍｍとし、
ＣＡＬ（連続焼鈍炉）で到達温度５００℃の中間焼鈍を
行い、さらに冷間圧延により０．３ｍｍとし供試材とし
た。

【００４２】

【表５】

【００４３】Ｎｏ．２２，２３，２４，２８，２９，３
０，３１は本発明例であり、いずれも良好なしごき性を
示した。これに対してＮｏ．２５は固体潤滑剤の面積率
が２０％以下のため１回目では若干の効果が認められた
が、２回目では強いゴーリングが発生した。Ｎｏ．２６
も同様に面積率が低いためゴーリングが発生した。Ｎ
ｏ．２７は固体潤滑剤の面積率は十分にあるが、平均粒
径が小さすぎるためゴーリングが発生している。Ｎｏ．
３２も面積率が小さいため強いゴーリングが発生した。

【００４４】

【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
ム合金板に限らず、金属組織的にはしごき性の劣る３０
０４系ＣＣ材（連続鋳造圧延材）でも、また５０００系
などの別の合金系でも３００４系ＤＣ材と同等あるいは
それ以上の良好なしごき加工性を有し、しかも素材の機
械的性質等の特性を劣化させない優れた成形加工用アル
ミニウム合金板を得ることができる。

【００４５】従って、従来はしごき性等の加工性と強度
との両立が難しいため、缶蓋と缶胴は組成の異なる別合
金を採用していたが、本発明によれば缶蓋と缶胴に例え
ば高強度の５０５２材など同一合金を採用することがで
きるようになる。その結果、製造時において１種類の合
金のみ製造すれば良いなど作業面・コスト面でのメリッ
トがあるとともに、リサイクルの点においても従来は缶
蓋と缶胴が異種合金からなるため再生合金の用途が無
い、あるいは使用するためには合金成分の大幅な調整が
必要などの問題があったが、これも同一合金を用いるこ
とができることから回収材をそのまま溶解して缶材とし
て使用できるなど非常に大きな効果がある。

【００４６】また、アルミニウム板そのものに事前にプ
レ潤滑処理を施すため、リオイルしたりＤＩ加工での従
来の潤滑油塗布作業が不要となり、あるいは潤滑油を塗
布するにしても極わずかで済むなど大幅に工程省略する
ことが可能となるという効果がある。

【００４７】なお今回は特にしごき加工（ＤＩ）に限定
したが、しごき加工より軽度の加工である一般の絞りや
張り出しなどの成形加工においても本発明を適用するこ
とにより、ダイス等の工具への板表面から剥離した酸化
物等の凝着が軽減され、ダイス交換やダイスクリーニン
グ等のメンテナンス作業工数を減らすことができ、作業
性が向上し、さらに凝着物によるダイス等の工具の摩耗
も減少できるので、工具寿命を延ばす効果もある。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板表面に、平均粒径０．１〜５０μｍの
固体潤滑剤が面積率２０％以上埋め込まれており、かつ
固体潤滑剤の少なくとも一部が板表面に露出しているこ
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
ニウム合金圧延板。
【請求項２】板表面に平均粒径が０．１〜５０μｍの
固体潤滑剤を塗布し、その後圧延を施すことにより板表
面に固体潤滑剤を面積率で２０％以上埋め込むことを特
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
合金圧延板の製造方法。