JP2004353079A - キャップ用アルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 キャップ自体の浮き上がり、変形を防止しながら、ネジ部の嵌合強度も向上でき、加工性にも優れるキャップ用アルミニウム合金板及びその製造方法を得る。
【解決手段】 本発明は、重量％でＭｇ：１.５〜２.１％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、引張強さが２１５〜２７０ＭＰａ、伸びが３.０％以上、耳率が３.５％以下であることを特徴とする。本発明方法は、スラブに熱間圧延、冷間圧延を必要回数行って最終板厚のキャップ用アルミ合金板とするとともに、最終冷間圧延を圧下率５０超〜８０％で行い、該最終冷間圧延後に１６０〜２３０℃の最終調質焼鈍を行うことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ボトル缶のキャップ用アルミニウム合金板及びその製造方法に関する。

近年、胴体部と口部とスクリューキャップを備えてなるボトル形状のアルミニウム缶が開発されてきている。それに伴い、キャップ材もボトル缶用に適したものが望まれている。また、ボトル缶のキャップではないが、一般的なキャップ用アルミニウム合金として、Ａｌ−Ｍｇ系合金が提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
一方、ボトル缶の場合、中身を全部飲まずに、再びキャップをしめて保管しておく場合がある。はじめに飲んだ時に、だ液などから微生物が混入し、飲み残した飲料が栄養源となって、ボトル缶内で菌の増殖が起き、ガス発生をもたらして内圧が向上し、場合によってはキャップが飛び出す現象が生じることがある。この対策として、ボトルのネジ部とキャップのネジ部の嵌合をより強固にすることが必要であり、このためにキャップの強度を高くすることが求められている。加えて、キャップのナ−ル部にスリットを形成し、このスリットからガスを放出させる構成のキャップが知られている。（例えば、特許文献２参照。）
特開平４−２６８０５４号公報 特開２００３−１５５０５２号公報（段落０００９、第２図、第７図参照）

前記特許文献２に記載された構造のキャップにおいては、キャップが内圧によって飛び上がる前に、キャップが変形し、前記スリットからガスが放出されるような構成、あるいは、それに必要なキャップ材強度としなければならない。

そのためには、キャップのネジ部がボトル缶内圧の上昇に耐えて嵌合状態が外れないように必要な強度を有すると同時に、キャップの天面が適度に変形し、キャップの天面が持ち上がるように膨出変形することでギャップのパッキンとボトルのカール部が離れ、キャップの天面近くの側面部に形成されたガス抜き用のスリットから効率よくガス抜きできるような強度のキャップを製造しなくてはならない。なお、通常ボトル缶に用いられる炭酸飲料等から受ける内圧は０.２ＭＰａ程度であるが、先の如く菌の繁殖によりガス発生を起こした場合、場合によっては０.８〜１.０ＭＰａ程度もの高圧が発生するとの知見もある。このため、このような高圧が発生するおそれを有するボトル缶用のキャップにあっては、特に高い強度を有する合金でキャップを製造する必要を生じる。
また、この種のキャップは大量生産されるので、製造の際に材料の無駄が出ないようにすることが望ましく、板材から圧延した際に材料の無駄を生じる原因となる耳がどの程度発生するのか、また、如何に低耳率のまま良好な加工性と高い引張強さの確保ができるのかという重要な課題がある。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、耳率が低いままで、引張強さを向上させて、しかも適当な伸びを確保して、これによってキャップ自体の浮き上がり、変形を防止しながら、ネジ部の嵌合強度も向上でき、加工性にも優れるキャップを得られるキャップ用アルミニウム合金板及びその製造方法を提供するものである。

上記目的を達成するための本発明のキャップ用アルミニウム合金板の請求項１記載の発明は、重量％でＭｇ：１.５〜２.１％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、引張強さが２１５〜２７０ＭＰａ、伸びが３.０％以上、耳率が３.５％以下であることを特徴とする。

請求項２記載のキャップ用アルミニウム合金板の発明は、更に重量％でＦｅ：０.０５〜０.３５％、Ｃｕ：０.０３％以下、Ｍｎ：０.０１〜０.１０％の１種又は２種以上を含有する組成を有することを特徴とする。

請求項３記載のキャップ用アルミニウム合金板の発明は、請求項１又は２に記載のキャップ用アルミニウム合金板において、更にＣｒを０.１０％以下含有することを特徴とする。

請求項４記載のキャップ用アルミニウム合金板の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載のキャップ用アルミニウム合金板の製造方法であって、スラブに熱間圧延、冷間圧延を必要回数行って最終板厚のキャップ用アルミ合金板とするとともに、最終冷間圧延を圧下率５０超〜８０％で行い、該最終冷延後に１６０〜２３０℃の最終調質焼鈍を行うことを特徴とする。

本発明のキャップ用アルミニウム合金板によれば、重量％でＭｇ：１.５〜２.１％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、引張強さが２１５〜２７０ＭＰａ、伸びが３.０％以上、耳率が３.５％以下であるので、キャップ材として良好な強度を有し、キャップ自体の浮き上がり、変形を防止しながら、ネジ部の嵌合強度も向上でき、良好な伸びも有するので加工性にも優れるキャップを得ることができる。また、これらの要求を満たした上で耳率を低くできるので、製造する際の材料の無駄が少なくなり、大量生産した場合に低コスト化できる効果がある。

以下に、本発明に係る合金成分の範囲について説明するが、本発明が以下の説明により限定解釈されるものではない。
Ｆｅ：０.０５〜０.３５％
Ｆｅはアルミニウム合金の強度を向上させる。Ｆｅ含有量が０.０５％未満では強度向上効果が小さく、０.３５％を超えると加工性が劣化する。よってＦｅの含有量は０.０５〜０.３５％とする。更に材料強度のバラツキを低減するためには、Ｆｅ含有量を０.１５〜０.３０％とするのが好ましい。
Ｍｎ：０.０１〜０.１０％
Ｍｎはアルミニウム合金の強度を向上させる。Ｍｎ含有量が０.０１％未満ではその効果が小さく、０.１０％を超えると加工性が劣化する。よってＭｎの含有量は０.０１〜０.１０％とする。材料強度のバラツキを低減するためには、Ｍｎ含有量を０.０４〜０.０９％とするのが好ましい。

Ｍｇ：１.５〜２.１％
Ｍｇはアルミニウム合金の強度を向上させる。Ｍｇ含有量が１.５％未満では上記効果が不十分で、２.１％を超えると加工性が劣化する。よってＭｇの含有量は１.５〜２.１％とする。この範囲内でもＭｇ含有量は１.６〜１.８５％が好ましく、さらに好ましくは１.６５〜１.８％である。

Ｃｒ：０.１０％以下
Ｃｒは耳率を低減させるために０.１０％以下に規制するが、０.０６％以下とするのが好ましく、０.０５％以下とするのがより好ましい。
Ｃｕ：０.０３％以下
Ｃｕはアルミニウム合金の強度を向上させるが、耐食性の面から０.０３％以下が好ましい。

その他、不可避不純物として、重量％で、Ｓｉ：０.２％以下、Ｚｎ：０.１５％以下、Ｔｉ：０.１０％以下は許容される。

引張強さ：２１５〜２７０ＭＰａ
引張強さが２１５ＭＰａ未満では、ボトル缶用のキャップとしての強度が不足し、２７０ＭＰａを超えるとキャップに形成するネジの成形が困難となる。よって引張強さは２１５〜２７０ＭＰａとする。この範囲内でも引張強さ２３０〜２５０ＭＰａの範囲が好ましい。ここでボトル缶用のキャップとしての強度とは、単なるキャップ材としての強度ではなく、先に説明したボトル缶内部でガス発生した場合にキャップの周壁にスリットを形成してそのスリットからガス抜きを行う場合に、必要な強度となる。
即ち、ボトル缶で高圧ガスが発生してもネジ部が緩まない状態で強固にネジ嵌合してネジ部が外れない、キャップの浮き上がりを防止するために必要な強度を有すると同時に、キャップの天面が変形して変形した天面がキャップ周壁を引張り、キャップ周壁のスリットを押し広げてガス抜きをスムーズに行うために必要な強度を意味する。ここでキャップの材料強度が不足すると、キャップ周壁のスリットが開くことなくキャップの天面のみが変形してしまい、キャップ周壁のスリットからのガス抜きが満足になされなくなるので好ましくない。

伸び：３.０％以上
材料としての伸びが３.０％未満ではキャップ形成時の成形性が劣化する。よって、伸びは３.０％以上とすることが好ましい。
耳率：３.５％以下
本発明では耳率を３.５％以下に低く抑えながら上記引張強さにすることができる。耳率が３.５％を超えると材料ロスが多くなる。よって耳率は３.５％以下とすることが好ましい。

最終調質焼鈍：１６０〜２３０℃
最終的には最終冷間圧延で目的の引張強さを得るが、最終冷間圧延後に、最終調質焼鈍（安定化焼鈍）を行う。調質焼鈍を行わないと伸びが出ない。また、この処理温度が１６０℃未満では、強度が安定化せず、また、キャップとしての塗装焼き付け（２００℃程度）を施した時にアルミニウム板が軟化し、２３０℃を超えると素材強度が低下する。よって最終調質焼鈍は１６０〜２３０℃で行うものとする。この範囲内でも好ましくは２００〜２３０℃である。加熱方法はバッチ式でも急速加熱方式でもよい。加熱時間はバッチ式では１〜１０時間程度、急速加熱方式では１〜６０秒程度である。

中間焼鈍
その後の冷間圧延を容易にするために行う。通常、バッチ式の焼鈍であれば、３００〜４５０℃で１〜１０時間程度、急速加熱方式であれば４００〜５９０℃で１〜６０秒程度であればよい。
均質化処理：４５０〜５９０℃
均質化処理は行わなくてもよいが、行った方が好ましく、均質化処理を行うことで加工時の耳率が安定化する。４５０℃未満ではその効果が小さく、５９０℃を超えると、材料の溶融の危険がある。よって均質化温度は、４５０〜５９０℃の範囲とする。また、均質化処理を行った方が大量製造した場合にロット間での耳率の安定化を図ることができる。

最終冷間圧延率：５０超〜８０％
本発明では低い耳率を維持しながら引張強度を向上させることができる。５０％以下では強度が不十分となり、８０％を超えると耳率が高くなる。例えば、板厚０.６ｍｍから０.２５ｍｍに加工した場合の最終冷間圧延率は５８％、板厚０.８ｍｍから０.２５ｍｍにした場合の最終冷間圧延率は６９％であるが、どちらの場合においても耳率が低く、冷間圧延率が高い方が引張強さが向上する。よって最終冷間圧延率は５０超〜８０％、より好ましくは６５〜８０％とする。

本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、上記組成の合金を用い、この種のアルミニウム合金を製造する場合に適用する常法を組み合わせることにより製造することができる。即ち、溶湯からスラブを得、このスラブに熱間圧延加工と冷間圧延加工を複数回施し、これら圧延の前後に必要に応じて均質化処理と中間焼鈍を行い、最終圧延は冷間圧延するものとし、その際の圧延率を先に説明した範囲とすることが好ましい。
本発明のキャップ材は製造方法が限定されるものではない。上記により得られたキャップ材は、必要に応じてリン酸クロメート処理などの表面処理を施した後、絞り加工等により、キャップに成形される。

表１に示す組成のアルミニウム合金を溶製し、スラブに鋳造した。５６０℃×４時間の均質化処理を行い、熱間圧延で板厚６ｍｍとした。ついで冷間圧延で２.５ｍｍとし、連続焼鈍炉（４５０℃）で１回目の中間焼鈍を行い、再び冷間圧延を行った。続いて連続焼鈍炉（４５０℃）で２回目の中間焼鈍を行ったが、その時の板厚を変更し、表２の最終冷間圧延率で、最終板厚０.２５ｍｍまで最終冷間圧延を行った。そして表２に示す条件で最終調質焼鈍を行った。
また、得られた各試料の引張強さと伸びと耳率を測定した結果を表２に示す。また、最終調質焼鈍の時間は４時間とし、耳率は直径６２ｍｍのブランクを３３.８ｍｍポンチで絞って形成した絞りカップの耳高さから算出した。

表１と表２において、本発明に係る実施例の試料はいずれも２１５〜２６５ＭＰａの範囲の引張強さを示し、伸びが５.３〜８.２％の範囲であり、耳率が０.４〜２.６％の範囲となり優れた値を示した。
表１の比較例１はＭｇ含有量を２.５％と多くした例であるが、表２に示すように引張強さが異常に上昇した。このように引張強さが強くなりすぎると、キャップとした場合のネジの成形が困難となる問題を有する。
表１の比較例２はＭｇ含有量を１.１％と少なくした例であるが、表２に示すように引張強さが低下した。表１の比較例３はＣｒ含有量を０.２５％と多くした例であるが、表２に示すように耳率が高くなった。
表１の比較例４は最終冷間圧延率を８５％とした例であるが、最終冷間圧延率が高すぎて表２に示すように耳率が高くなった。
表１の比較例５は最終冷間圧延率を４５％とした例であるが、最終冷間圧延率が低すぎて表２に示すように引張り強さが低くなり、耳率が高くなった。
表１の比較例６は最終調質焼鈍を２７０℃で行った例であるが、処理温度が高すぎて表２に示すように引張強さが低下した。表１の比較例７は最終調質焼鈍を行わなかった例であるが、伸びが低くなった。

次に、図１〜図２は以下の表３に示す各組成の合金試料の耳率において、成分元素の中でもＭｇとＣｒの濃度（含有量）に注目してこれらの含有量を上述の例よりも狭い範囲で詳細に測定し、これら元素の含有量と耳率の相関関係を示した試験結果を示すものである。これらの試料の作成方法は上述の実施例と同等の製造条件とした。

図１はＭｇ濃度（含有量）に注目して含有量毎の耳率を示したが、Ｍｇ含有量については１.５〜２.１％の範囲内でも耳率を低減するためには１.６〜１.８５％の範囲が良好であり、更に耳率を低くするために好ましくは、１.６５〜１.８％の範囲であると思われる。

図２はＣｒ濃度（含有量）に注目して含有量毎の耳率を示したが、Ｃｒ含有量については０.０６９％の試料よりも０.０４５％の試料及びそれよりも低濃度の試料の方が優れていることから、０.１％以下の範囲内でも耳率を低減するためには０.０６％以下の範囲が良好であり、更に耳率を低くするために好ましくは、０.５％以下の範囲であると思われる。なお、Ｃｒ含有量の図２の下限の試料はＣｒ：０.００４％である。

これらＭｇ含有量とクロム含有量を総合すると、Ｍｇ含有量については１.６〜１.８５％の範囲、Ｃｒ含有量については０.０６％以下の範囲の範囲を満たすことが更なる耳率の改善に良好であると思われる。

図１は本発明に係る合金板試料のＭｇ濃度と耳率の関係を示す図である。 図２は本発明に係る合金板試料のＣｒ濃度と耳率の関係を示す図である。

Claims (4)

1. 重量％でＭｇ：１.５〜２.１％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、引張強さが２１５〜２７０ＭＰａ、伸びが３.０％以上、耳率が３.５％以下であることを特徴とするキャップ用アルミニウム合金板。
2. 更に重量％でＦｅ：０.０５〜０.３５％、Ｃｕ：０.０３％以下、Ｍｎ：０.０１〜０.１０％の１種又は２種以上を含有する組成を有することを特徴とする請求項１に記載のキャップ用アルミニウム合金板。
3. 更にＣｒを０.１０％以下含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のキャップ用アルミニウム合金板。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のキャップ用アルミニウム合金板の製造方法であって、スラブに熱間圧延、冷間圧延を必要回数行って最終板厚のキャップ用アルミ合金板とするとともに、最終冷間圧延を圧下率５０超〜８０％で行い、該最終冷間圧延後に１６０〜２３０℃の最終調質焼鈍を行うことを特徴とするキャップ用アルミニウム合金板の製造方法。
   
   

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