JP2003129203A - リベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性に優れた陽圧缶用の蓋に使用するアルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 缶蓋に加工する際のリベット成形やスコアー
加工で割れの発生が無く、内容物を充填して内圧のかか
る製品（陽圧缶）とした場合にもブローアップが無い、
陽圧缶用の蓋に使用するアルミニウム合金板を提供す
る。 【解決手段】 Mg3.3〜5.0%、Mn0.01〜0.55%、Si0.02〜0.
20%、Cu0.01〜0.35%、Cr0.01〜0.15%、Fe≦0.40%、Ti≦0.
05％のＡｌ合金鋳塊を４６０〜５３０℃、０．５〜１５
時間の均質化処理を兼ねた加熱処理を施し、(1)最終パ
スの圧下率：２５〜６０％、(2)最終パスの圧延速度：
１５０ｍ／分以上、(3)最終パス完了後の板の実体温
度：２６０〜３４０℃、(4)熱間圧延上り板厚：１．８
〜３．４ｍｍ、(5)熱間圧延板の再結晶率：９０％以上
の条件を満たす熱間圧延を行った後、熱間圧延後または
冷間圧延の途中では焼鈍を行わずに８４〜９２％の圧延
率で冷間圧延を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は缶蓋用のアルミニウ
ム合金、特にリベット成形性、スコアー加工性、そして
耐ブローアップ性に優れた陽圧缶用の蓋に使用するアル
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】アルミニウム合金缶蓋材は、内容物の種
類や用途によって合金やプロセスを変えて製造するのが
一般的である。例えば、炭酸飲料などの陽圧缶にはＪＩ
Ｓ５１８２合金が、内圧がかからない陰圧缶用にはＪＩ
Ｓ５０５２合金や、最近ではその合金の主要元素の１つ
であるＣｒをＭｎに置き換えた合金が主に使用されてい
る。また近年ではコスト削減の一環で材料の薄肉化が進
んでおり、このため板厚を薄くした場合においても成形
性に優れたアルミニウム合金缶蓋材の要求が益々高まっ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に材料の薄肉化が
進むと、加工時の材料にかかる負荷が大きくなるため、
成形性が低下し何らかの問題が生じる。例えば、缶蓋材
としてのアルミニウム板はプレスなどにより円形に打ち
抜いて缶蓋の形状に加工していくが、カウンターシンク
部では問題なくても、加工条件の厳しいリベット成形や
スコアー加工を行った時に割れが発生することがある。
また、蓋と胴、タブを組み合わせて缶とし、内容物を充
填して製品とするが、内容物が炭酸系の飲料やあるいは
窒素充填などの処理を施す陽圧缶の場合には、缶蓋に対
して高い内圧がかかった時にカウンターシンク部が反り
返る前にスコアー部が破裂してしまう「ブローアップ」
と呼ばれる現象が生じ、内容物が噴出してしまうことも
ある。このように、陽圧缶用の蓋の場合には素材のリベ
ット成形性やスコアー加工性さらには耐ブローアップ性
が低下して、内容物を健全な状態で長期間保持すること
ができないといった問題がある。そこで、我々はこれら
の諸問題を引き起こさない成形性に優れた陽圧缶用の蓋
に使用するアルミニウム合金板の開発を積極的に進めて
きた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明者らが種々実験、検討を重ねた結果、本発
明に至った。すなわち本発明は、Ｍｇ３．３〜５．０％
(質量％、以下同様)、Ｍｎ０．０１〜０．５５％、Ｓｉ
０．０２〜０．２０％、Ｃｕ０．０１〜０．３５％、Ｃ
ｒ０．０１〜０．１５％を含有し、Ｆｅ０．４０％以
下、Ｔｉ０．０５％以下に規制し、残部がＡｌ及び不可
避的不純物からなるＡｌ合金鋳塊を設定温度４６０〜５
３０℃、保持０．５〜１５時間である均質化処理を兼ね
た加熱処理を施し、 （１）最終パスの圧下率：２５〜６０％ （２）最終パスの圧延速度：１５０ｍ／分以上 （３）最終パス完了後の板の実体温度：２６０〜３４０
℃ （４）熱間圧延上り板厚：１．８〜３．４ｍｍ （５）熱間圧延板の再結晶率：９０％以上 の条件を満たす熱間圧延を行った後、最終板厚までは焼
鈍を行わず、８４〜９２％の圧延率で冷間圧延を行うこ
とを特徴とする陽圧缶用の蓋に使用するアルミニウム合
金板の製造方法である。また上記のアルミニウム合金冷
延板に対して、１００〜２４０℃の温度範囲、保持１〜
１０時間の調質焼鈍を施すことを特徴とする陽圧缶用の
蓋に使用するアルミニウム合金板の製造方法である。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各要素の限定理由
について説明する。先ず、この発明における合金成分の
限定理由について説明する。

【０００６】Ｍｇ：Ｍｇの添加はＭｇそれ自体の固溶に
よる強度向上があり、また転位との相互作用が大きいた
めに加工硬化による強度向上が期待でき、内圧のかかる
アルミニウム合金缶蓋材に対して必要な強度を得るため
には不可欠な元素である。しかし、Ｍｇ量が３．３％未
満では十分な強度を得ることができない。一方、５．０
％を超えると冷間圧延によって導入される転位密度が過
剰になり、リベット成形性やスコアー加工性を低下させ
てしまう。また、過剰転位密度が引き起こすスコアー加
工性の低下は非常に深刻で、かなりの高い確率でブロー
アップを発生させることが明らかになった。更に、本発
明プロセスの場合には、熱間圧延後、最終板厚までは焼
鈍を施さないため、他の合金元素の添加量によっては冷
延性を阻害してしまう。このため、Ｍｇ添加量を３．３
〜５．０％の範囲とした。

【０００７】Ｍｎ：Ｍｎの添加は強度向上と塗装焼付け
時の軟化抑制に大きな効果がある。そのため、少なくと
も０．０１％以上の添加が必要である。一方、０．５５
％を超えるとＡｌ−Ｍｎ−(Ｓｉ)、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−
(Ｓｉ)系金属間化合物の生成と粗大化が生じる。金属間
化合物の延性はアルミニウムマトリックスに比べて極端
に低いため、リベット成形性やスコアー加工性を低下さ
せてしまう。また、金属間化合物の粗大化が引き起こす
スコアー加工性の低下は非常に深刻で、かなりの高い確
率でブローアップを発生させることが明らかになった。
従って、Ｍｎ添加量を０．０１〜０．５５％の範囲とし
た。

【０００８】Ｓｉ：Ｓｉの添加は塗装焼付け時の軟化抑
制に大きな効果がある。そのため、少なくとも０．０２
％以上の添加が必要である。一方、０．２０％を超える
とＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉさらには
Ｍｇ_２Ｓｉ金属間化合物の生成と粗大化を引き起こし、
過剰にＭｎを添加した時と同じ問題が発生してしまう。
従ってＳｉ添加量を０．０２〜０．２０％の範囲にし
た。

【０００９】Ｃｕ：Ｃｕの添加は強度向上と塗装焼付け
時の軟化に対して効果的である。しかし、添加量が０．
０１％未満では、その効果は現れない。一方、０．３５
％を超える場合には、冷間圧延によって導入される転位
密度が高くなり、過剰にＭｇを添加した時と同じ問題が
発生してしまう。更に、本発明プロセスの場合には、熱
間圧延後に最終板厚までは焼鈍を施さないため、冷延性
を阻害してしまう。そのためＣｕ添加量を０．０１〜
０．３５％の範囲にした。

【００１０】Ｃｒ：Ｃｒの添加は強度向上と塗装焼付け
時の軟化抑制に大きな効果がある。しかし、添加量が
０．０１％未満では、その効果は現れない。一方、０．
１５％を超える場合には冷間圧延によって導入される転
位密度が高くなりすぎる。また、Ａｌ−Ｃｒ系の金属間
化合物の生成と粗大化を引き起こす。その結果、リベッ
ト成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性を低下さ
せてしまう。更には、冷延性も阻害してしまう。そのた
めＣｒ添加量を０．０１〜０．１５％の範囲とした。

【００１１】Ｆｅ：Ｆｅの添加は塗装焼付け時の軟化抑
制に大きな効果がある。しかし、０．４０％を超えると
Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−(Ｓｉ)系金属間化合物の生成と粗大
化を引き起こし、リベット成形性、スコアー加工性、耐
ブローアップ性を劣化させてしまう。従って、Ｆｅ添加
量を０．４０％以下に規制した。

【００１２】Ｔｉ：Ｔｉは結晶粒の微細化に有効な元素
であるが、添加量が多いと鋳塊組織を羽毛状晶になり難
くし、粒状晶を生成しやすくする。粒状晶の場合には、
羽毛状晶の場合よりも粒界に晶出する金属間化合物を粗
大化させたり、それ自体、粗大金属間化合物を生成して
しまう。従って、Ｔｉ量を０．０５％以下に規制した。
尚、ＴｉにＢを加えて添加する場合もあるが、その時の
Ｂ量は１００ｐｐｍ以下にすることが望ましい。

【００１３】次に本発明の製造プロセスについて説明す
る。

【００１４】まず、設定温度４６０〜５３０℃、保持
０．５〜１５時間である均質化処理を兼ねた加熱処理を
施す理由について説明する。設定温度が４６０℃未満の
場合は金属間化合物の粗大化に対して抑制効果があり、
リベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性は
良好である。しかし、熱延でワニ口割れなどの板端部の
割れが発生して、熱延性を低下させてしまう。一方、５
３０℃を超えると金属間化合物の粗大化効果が大きく、
リベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性が
劣化する。更に、保持０．５時間未満では金属間化合物
の粗大化に対して抑制効果があるが、組織の均質化が得
られない。更に、熱延性を低下させてしまう。一方、１
５時間を超えると、金属間化合物の粗大化効果が大き
く、製蓋時には先述の蓋の諸問題が発生してしまう。そ
のため、均質化処理を兼ねた加熱処理条件は、設定温度
４６０〜５３０℃、保持０．５〜１５時間に設定した。

【００１５】また、本発明プロセスは熱間圧延で焼鈍を
兼ね、最終板厚までの焼鈍を省略するものである。その
ため、以下に列挙する熱間圧延、冷間圧延の制御は先述
の成形性や生産性の観点から非常に重要な役割を果た
す。

【００１６】（１）最終パスの圧下率：２５〜６０％ 最終パスの圧下率が２５％未満では、再結晶に対する駆
動力が小さすぎ熱間圧延板の再結晶率の規定を満たさな
くなる。その結果、製品板での転位密度は熱間圧延で残
存した転位密度＋冷間圧延によって導入された転位密度
になる。先にも説明したように、過剰の転位密度はリベ
ット成形性、スコアー加工性さらに耐ブローアップ性ま
でも低下させる。一方、６０％を超える圧下率では、熱
延中に板切れが生じてしまうこともある。また、クーラ
ントの焼付きによるコーティングが発生して製品として
の価値を失う。そこで、最終パスの圧下率を２５〜６０
％とした。

【００１７】（２）最終パスの圧延速度：１５０ｍ／分
以上 最終パスの圧延速度が１５０ｍ／分未満であると、圧下
率と同様に再結晶に対する駆動力が小さすぎる。そのた
め、熱間圧延板の再結晶率の規定を満たさなくなり、リ
ベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性が低
下する。

【００１８】（３）最終パス完了後の板の実体温度：２
６０〜３４０℃ 最終パス完了後の板の実体温度が２６０℃未満では、熱
間圧延後のコイル冷却中などで生じる再結晶が起こり難
い。そのため、熱間圧延板の再結晶率の規定を満たさな
くなり、リベット成形性、スコアー加工性、耐ブローア
ップ性が低下する。一方、３４０℃を超える場合には、
再結晶に対しては優位であるが、クーラントの焼付きに
よるコーティングが発生して製品としての価値を失う。
そのため、最終パス完了後の板の実体温度を２６０〜３
４０℃の範囲とした。

【００１９】（４）熱間圧延上り板厚：１．８〜３．４
ｍｍ 熱間圧延上り板厚が１．８ｍｍ未満では、熱延中の温度
低下の影響が極端に大きくなり、最終パス完了後の板の
実体温度が２６０℃を下回ることもある。そのため、熱
延板の再結晶率の規定を満たすことができなくなる。一
方、３．４ｍｍを超える場合には、総冷間圧延率が高く
なり過ぎ、冷延によって導入される転位密度が過剰にな
る。その結果、先述の蓋の諸問題が発生してしまう。そ
こで、熱間圧延上り板厚を上記の範囲にした。

【００２０】（５）熱間圧延板の再結晶率：９０％以上 熱間圧延板の再結晶率が９０％未満では、熱間圧延で残
存する転位密度が高い。製品板での転位密度は（熱間圧
延で残存した転位密度）＋（冷間圧延によって導入され
た転位密度）になることから、転位密度は過剰となり、
その結果、リベット成形性、スコアー加工性を低下さ
せ、さらに過剰転位密度によるスコアー加工性の低下に
伴い高い確率でブローアップを発生させる。従って、熱
間圧延板の再結晶率は９０％以上とし、残存転位密度を
少なくしてリベット成形性、スコアー加工性、耐ブロー
アップ性を向上させる必要がある。尚、再結晶率の測定
は光学顕微鏡を使用して熱延板の圧延方向断面で行っ
た。

【００２１】次に冷間圧延条件について説明する。冷間
圧延率が８４％未満では、炭酸を含むアルミニウム合金
缶蓋材に必要とする強度にならないことがある。一方、
９２％を超える圧延率では冷間圧延によって導入される
転位密度が過剰になり、リベット成形性、スコアー加工
性、耐ブローアップ性が低下する。そこで、冷間圧延率
は８４〜９２％の範囲に規定した。

【００２２】本発明プロセスは熱間圧延で中間焼鈍を兼
ね、熱間圧延直後あるいは冷間圧延の途中での焼鈍（中
間焼鈍）を省略し、最終板厚までは焼鈍を行わない。上
記の条件の熱間圧延を施して熱間圧延上り板の転位密度
を低く抑え、途中の焼鈍は行わずに上記の最終冷間圧延
を施すことにより、缶蓋材としての十分な強度を与える
とともに、過剰の転位密度となることを抑制してリベッ
ト成形性、スコアー加工性さらに耐ブローアップ性を向
上させることができる。

【００２３】上記の条件を満たして製造した冷間圧延板
に対して、１００〜２４０℃の温度範囲で保持１〜１０
時間の調質焼鈍を行うことができる。１００℃未満では
調質焼鈍の効果が充分に得られず、一方、２４０℃を超
える温度では材料軟化の影響が大きくなり過ぎ、陽圧缶
用の蓋に要求される強度を満たさなくなる。また保持１
時間未満ではコイル全体に渡って均一な熱処理ができな
い。これに対し、１０時間を超えると生産性の低下を招
くだけでなく、強度不足を引き起こしてしまう。そのた
め、調質焼鈍の条件を上記の通りにした。

【００２４】

【実施例】表１に示す種々の化学成分のアルミニウム合
金鋳塊を、表２で記載したプロセスで製造し最終板厚
０．２５ｍｍに仕上げて、エポキシユリア系の塗料で塗
装し、２６０℃×２４ｓで焼き付け処理した。なお表２
の（６）〜（１０）は製造条件は本発明の条件を満たす
ものだが、合金の成分組成が外れているものである。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】得られた塗装板に対して、各特性を評価し
た。リベット成形性とスコアー加工性の評価はフルフォ
ーム形状の蓋を２０００個作製し、リベット部とスコア
ー部裏の割れを目視で判断した。割れのまったく無いも
のを○（合格）、割れが１個でも認められたものを×
（不合格）とした。更に、２０００個の中からランダム
に蓋を２０個取り出し、ＥＲＶを測定した。測定値の平
均が１０ｍＡ以下の場合を○、１０ｍＡを超える場合を
×とした。耐ブローアップ性の評価は、ランダムに蓋を
２０個取り出し耐圧試験を行い、カウンターシンク部か
ら全て蓋が反り返ったものを○、１個でもスコアー部か
ら蓋が破損した場合を×とした。尚、塗装後の耐力（Ｙ
Ｓ）が２７０ＭＰａを下回る場合には、陽圧缶用の蓋材
に要求される強度に足りないため不合格とした。その結
果を表３に示す。

【００２８】

【表３】

【００２９】表３に示すように、発明例であるＮｏ．１
およびＮｏ．４はいずれも良好なリベット成形性、スコ
アー加工性を示すとともに、耐ブローアップ性も良好で
あり、しかも充分な強度も有している。これに対してＮ
ｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５は合金成分組成は本発明の
規定内だが、製造条件が外れていることから、リベット
成形性、スコアー加工性が悪くなっている。また耐ブロ
ーアップ性も良くない。またＮｏ．６〜９は合金組成が
外れているため、リベット成形性やスコアー加工性、耐
ブローアップ性が悪くなっている。Ｎｏ．１０はＭｇ量
の少ない合金組成であり、リベット成形性やスコアー加
工性、さらに耐ブローアップ性は良いものの強度不足に
なってしまっている。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によるアルミ
ニウム合金板は、板厚を薄くしてもリベット成形性、ス
コアー加工性に優れ、缶蓋に成形するためにこれらの加
工を施した場合にも割れの発生がない。また炭酸系の飲
料や窒素充填を施して内容物を充填する陽圧缶として用
いても、内圧がかかった場合にもスコアー部の破裂が無
く、耐ブローアップ性に優れている。また冷間圧延途中
での中間焼鈍を行わず、生産性を向上させることができ
る製造方法を提供することができる。従って、本発明に
よれば陽圧缶用の蓋に適したアルミニウム合金板を効率
的に提供することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 ６７３ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６７３ ６８２ ６８２ ６８３ ６８３ ６８６ ６８６Ａ ６９１ ６９１Ｂ ６９１Ｃ ６９４ ６９４Ａ ６９４Ｂ ６９４Ｚ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｇ３．３〜５．０％(質量％、以下同
   様)、Ｍｎ０．０１〜０．５５％、Ｓｉ０．０２〜０．
   ２０％、Ｃｕ０．０１〜０．３５％、Ｃｒ０．０１〜
   ０．１５％を含有し、Ｆｅ０．４０％以下、Ｔｉ０．０
   ５％以下に規制し、残部がＡｌ及び不可避的不純物から
   なるＡｌ合金鋳塊を設定温度４６０〜５３０℃、保持
   ０．５〜１５時間である均質化処理を兼ねた加熱処理を
   施し、 （１）最終パスの圧下率：２５〜６０％ （２）最終パスの圧延速度：１５０ｍ／分以上 （３）最終パス完了後の板の実体温度：２６０〜３４０
   ℃ （４）熱間圧延上り板厚：１．８〜３．４ｍｍ （５）熱間圧延板の再結晶率：９０％以上 の条件を満たす熱間圧延を行った後、最終板厚までは焼
   鈍を行わずに、８４〜９２％の圧延率で冷間圧延を行う
   ことを特徴とする陽圧缶用の蓋に使用するアルミニウム
   合金板の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアルミニウム合金冷延板
   に対して、１００〜２４０℃の温度範囲、保持１〜１０
   時間の調質焼鈍を施すことを特徴とする陽圧缶用の蓋に
   使用するアルミニウム合金板の製造方法。