JP2008144217A - キャップ用アルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、Mg:1.61〜1.9%、Cu:0.05%以下、Mn:0.1%以下、Cr:0.05%以下、Zn:0.2%以下、Si:0.3%以下、Fe:0.05〜0.4%、Ti:0.2%以下を含有し、元板の引張強さが202〜235MPa、耐力が171〜200MPa、伸びが7〜12%の範囲であり、深絞り試験によりカップの開口部に発生する耳の形態が、圧延方向に対して0°方向、45°方向の6箇所に発生する六方耳、又は、0°方向、45°方向、90°方向の8箇所に発生する八方耳であり、なお且つ、絞り比1.97における耳率が1.5%以下であり、ベーキング後の引張強さが202〜235MPa、耐力が160〜195MPa、伸びが7〜12%の範囲である。
【選択図】なし
Description
一般に、ボトル缶の材質としては、JIS 3004(AA3004)またはJIS 3104(AA3104)等、Al−Mn系のAl合金(3000系)が用いられており、また、キャップの材質としては、AA5151のようなAl−Mg系のAl合金(5000系)が用いられている。
さらに、本発明者等は、Mgを適正範囲で含有するAl合金からなるアルミニウム合金板に対し、冷間圧延の工程中において適正温度での中間焼鈍を行い、また、中間焼鈍及び冷間圧延を行なった後、適正温度による最終調質焼鈍を施すことにより、加工性が良く、また、伸びが得られるとともに、安定化と強度のバランスが良好となり、耐熱性に優れたキャップ用アルミニウム合金板が得られることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、以下に関する。
質量%で、Mg:1.61〜1.9%、Cu:0.05%以下、Mn:0.1%以下、Cr:0.05%以下、Zn:0.2%以下、Si:0.3%以下、Fe:0.05〜0.4%、Ti:0.2%以下を含有し、残部が不可避不純物を含むAlからなり、元板の引張強さが202〜235MPa、耐力が171〜200MPa、伸びが7〜12%の範囲であり、深絞り試験によりカップの開口部に発生する耳の形態が、圧延方向に対して0°方向、45°方向の6箇所に発生する六方耳、又は、0°方向、45°方向、90°方向の8箇所に発生する八方耳であり、なお且つ、絞り比1.97における耳率が1.5%以下であり、ベーキング後の引張強さが202〜235MPa、耐力が160〜195MPa、伸びが7〜12%の範囲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)請求項2に記載の発明
質量%で、Mg:1.61〜1.9%、Cu:0.05%以下、Mn:0.1%以下、Cr:0.05%以下、Zn:0.2%以下、Si:0.3%以下、Fe:0.05〜0.4%、Ti:0.2%以下を含有し、残部が不可避不純物を含むAlからなるスラブに、熱間圧延を必要回数行なってアルミニウム合金板とし、次いで、前記アルミニウム合金板に冷間圧延を必要回数行なうとともに、前記冷間圧延の工程間において、中間焼鈍を350〜500℃の温度で連続焼鈍によって行い、次いで、冷間圧延率50%超75%以下の範囲で最終冷間圧延を行なった後、200〜250℃の温度で最終調質焼鈍を行な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。
これにより、本発明のキャップ用アルミニウム合金板を用いてキャップを構成すれば、ホット飲料を充填したボトル缶並びにキャップを加熱した際にボトル缶内部の圧力上昇が生じても、キャップがボトル缶から外れて飛び出したりすることのないキャップとすることが可能となる。
従って、耐熱性に優れたキャップ用アルミニウム合金板を、安価な構成で実現することができる。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、質量%で、Mg:1.61〜1.9%、Cu:0.05%以下、Mn:0.1%以下、Cr:0.05%以下、Zn:0.2%以下、Si:0.3%以下、Fe:0.05〜0.4%、Ti:0.2%以下を含有し、残部が不可避不純物を含むAlからなり、元板の引張強さが202〜235MPa、耐力が171〜200MPa、伸びが7〜12%の範囲であり、深絞り試験によりカップの開口部に発生する耳の形態が、圧延方向に対して0°方向、45°方向の6箇所に発生する六方耳、又は、0°方向、45°方向、90°方向の8箇所に発生する八方耳であり、なお且つ、絞り比1.97における耳率が1.5%以下であり、ベーキング後の引張強さが202〜235MPa、耐力が160〜195MPa、伸びが7〜12%の範囲として概略構成されている。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、例えば、アルミニウム材料からなり胴体部と口部とを備えるボトル缶の前記口部に取り付けられる、スクリュー式のキャップの材料として用いるのに適する。
以下に、本発明に係るキャップ用アルミニウム合金板において限定する成分組成、並びに合金板特性について説明する。
以下に記載する各元素の含有量は、特に規定しない限り質量%であり、また、特に規定しない限り上限と下限を含むものとする。従って、例えば0.05〜0.4%は、0.05%以上、0.4%以下を意味する。
Mgは、本発明のキャップ用アルミニウム合金板において、固溶体強化作用を有し、圧延加工時に加工硬化性を高めるとともに、SiやCuと共存することで分散硬化と析出硬化作用を発揮し、強度を向上させる元素である。
Mgの含有量が1.61%未満だと、上述した耐熱性向上の効果が充分に得られない。
Mgの含有量が1.9%を超えると、強度が高くなりすぎ、加工性が低下するとともに、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。
従って、Mgの含有量は、1.61〜1.9%の範囲内とすることがより好ましい。
Cuは、本発明のキャップ用アルミニウム合金板において、Mg等と金属間化合物を形成し、固溶硬化、析出硬化及び分散硬化作用で強度を高める効果を有する。
Cuの含有量が0.05%を越えると、強度が高くなりすぎ、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。また、Mg、Si、Alとの金属間化合物が溶体化できなくなり、靭性低下によって加工性が低下する。
Mnは、本発明のキャップ用アルミニウム合金板において、Al−Mn−Fe系金属間化合物を形成し、晶出相及び分散相となって分散硬化作用を発揮し、強度を高める効果を有する。
Mnの含有量が0.1%を越えると、強度が高くなりすぎ、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。また、Al−Mn−Fe系金属間化合物の量が多くなりすぎ、靭性低下によって加工性が低下する。
Crは、結晶を微細化して成形性を向上させるとともに、強度を向上させる効果を有する。また、Crは、Cuとともに添加することにより、複合的に効果が大きくなる。
Crの含有量が0.05%を越えると、強度が高くなりすぎ、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。
Znは、析出するMg、Si、Cuの金属間化合物を微細化する作用を有する。
Znの含有量が0.2%を越えると、加工性と耐食性が劣化するとともに、強度が高くなりすぎ、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。
Siは、本発明のキャップ用アルミニウム合金板において、同時に含有されるMg等とともに化合物を形成し、固溶硬化、析出硬化及び分散硬化作用で強度を向上させる他、Al−Mn−Fe系金属間化合物を形成する効果を有する。
Siの含有量が0.3%を越えると、強度が高くなりすぎ、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。また、Mg、Cu、Alとの金属間化合物が溶体化できなくなり、靭性が低下する。
Feは、本発明のキャップ用アルミニウム合金板において、Al−Mn−Fe系の金属間化合物の析出量を増加させ、結晶を微細化する効果を有する。金属間化合物の量や大きさ等を適正に制御することにより、加工性を向上させることができる。
Feの含有量が0.05%未満だと、Al−Mn−Fe系金属間化合物の析出量が少なくなりすぎ、上述の加工性向上の効果が得られず、また、耐熱性が不足する虞がある。
Feの含有量が0.4%を超えると、Al−Mn−Fe系金属間化合物の量が多くなりすぎ、靭性低下によって加工性が低下し、また、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。
Tiは、本発明のキャップ用アルミニウム合金板において、結晶粒を微細化し、加工性を改善する効果を有する。
Tiの含有量が0.2%を越えると、粗大な化合物が生じて加工性が低下するとともに、強度が高くなりすぎ、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。
以下に、本発明に係るキャップ用アルミニウム合金板で規定する各機械的特性について説明する。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板では、詳細を後述するベーキング後の機械的特性を得るため、元板の機械的特性を、以下に説明する特性で規定した。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、元板の引張強さが202〜235MPaの範囲とされていることが好ましい。
元板の引張強さを上記範囲とすることにより、本発明のキャップ用アルミニウム合金板を成形加工及び塗装焼付してキャップを構成し、ボトル缶に組み付けられた際、高温で加熱された場合であっても高い強度を確保することが可能となり、高い耐熱性が得られる。
元板の引張強さが202MPa未満だと、上述のような高い耐熱性が得られなくなる。また、元板の引張強さが235MPaを超えると、加工性が低下する虞が有る。
なお、本発明で説明する元板とは、キャップ用アルミニウム合金板を製造する工程において、熱間及び冷間圧延、最終調質焼鈍を施した後、ベーキングを施す前のアルミニウム合金板のことを言う。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、元板の耐力が171〜200MPaの範囲とされていることが好ましい。
元板の耐力を上記範囲とすることにより、本発明のキャップ用アルミニウム合金板を成形加工及び塗装焼付してキャップを構成し、ボトル缶に組み付けられた際、高温で加熱された場合であっても高い強度を確保することが可能となり、高い耐熱性が得られる。
元板の耐力が171MPa未満だと、上述のような高い耐熱性が得られなくなる。また、元板の耐力が200MPaを超えると、加工性が低下する虞が有る。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、元板の伸びが7〜12%の範囲とされていることが好ましい。
元板の伸びを上記範囲とすることにより、本発明のキャップ用アルミニウム合金板を成形加工及び塗装焼付してキャップを構成し、ボトル缶に組み付けられた際、高温で加熱された場合であっても高い強度を確保することが可能となり、高い耐熱性が得られる。
元板の伸びが7%未満だと、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。また、元板の伸びが12%を超えると、上述のような高い耐熱性が得られなくなる。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、深絞り試験によりカップの開口部に発生する耳の形態が、圧延方向に対して0°(180°)方向、45°(135°、225°、315°)方向の6箇所に発生する六方耳、又は、0°(180°)方向、45°(135°、225°、315°)方向、90°(270°)方向の8箇所に発生する八方耳であり、なお且つ、絞り比1.97における耳率を1.5%以下とすることによって、製造時の材料の無駄を少なくすることができる。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板を成形加工して得られるキャップは、洗浄、化成処理後の乾燥時、外面印刷または内面塗装後の焼付け処理によって約195℃の温度に加熱される。このような加熱処理により、一般に、キャップの天板や胴部の強度が変化する。この、加熱後の強度は、キャップ成形時の歪量によって異なる。天板は成形時の歪みが小さいため、その加熱後の強度は加工前の素材であるキャップ用アルミニウム合金板を加熱した後の強度とほぼ等しくなる。このため、強度の目安として、素材であるキャップ用アルミニウム合金板をベーキング(加熱)した後の強度を用いることができる。本発明では、このための加熱条件を、195℃×10分としている。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板では、元板の特性を上述のように規定し、さらに、ベーキング後の機械的特性を以下に説明する特性で規定した。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、上記条件でベーキングを行なった後の引張強さが202〜235MPaの範囲とされていることが好ましい。
ベーキング後の引張強さを上記範囲とすることにより、本発明のキャップ用アルミニウム合金板を成形加工及び塗装焼付してキャップを構成し、ボトル缶に組み付けられた際、高温で加熱された場合であっても高い強度を確保することが可能となり、高い耐熱性が得られる。
ベーキング後の引張強さが202MPa未満だと、上述のような高い耐熱性が得られなくなる。また、ベーキング後の引張強さが235MPaを超えると、加工性が低下するとともに、強度が高くなりすぎ、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、上記条件でベーキングを行なった後の耐力が160〜195MPaの範囲とされていることが好ましい。
ベーキング後の耐力を上記範囲とすることにより、本発明のキャップ用アルミニウム合金板を成形加工及び塗装焼付してキャップを構成し、ボトル缶に組み付けられた際、高温で加熱された場合であっても高い強度を確保することが可能となり、高い耐熱性が得られる。
ベーキング後の耐力が160MPa未満だと、上述のような高い耐熱性が得られなくなる。また、ベーキング後の耐力が195MPaを超えると、加工性が低下するとともに、強度が高くなりすぎ、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。
本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、上記条件でベーキングを行なった後の伸びが7〜12%の範囲とされていることが好ましい。
ベーキング後の伸びを上記範囲とすることにより、本発明のキャップ用アルミニウム合金板を成形加工及び塗装焼付してキャップを構成し、ボトル缶に組み付けられた際、高温で加熱された場合であっても高い強度を確保することが可能となり、高い耐熱性が得られる。
ベーキング後の伸びが7%未満だと、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。また、ベーキング後の伸びが12%を超えると、上述のような高い耐熱性が得られなくなる。
本発明に係る本発明のキャップ用アルミニウム合金板の製造方法の一例について、以下に説明する。
本実施形態の製造方法は、上述したように、質量%で、Mg:1.61〜1.9%、Cu:0.05%以下、Mn:0.1%以下、Cr:0.05%以下、Zn:0.2%以下、Si:0.3%以下、Fe:0.05〜0.4%、Ti:0.2%以下を含有し、残部が不可避不純物を含むAlからなるスラブに、熱間圧延を必要回数行なってアルミニウム合金板とし、次いで、前記アルミニウム合金板に冷間圧延を必要回数行なうとともに、前記冷間圧延の工程間において、中間焼鈍を350〜500℃の温度で連続焼鈍によって行い、次いで、冷間圧延率50%超75%以下の範囲で最終冷間圧延を行なった後、200〜250℃の温度で最終調質焼鈍を行なう方法である。
本実施形態の製造方法では、まず、上記成分組成を含有するアルミニウム合金を溶解して溶湯とし、これを脱ガス処理、介在物除去処理等を行なった後、半連続鋳造により、所定サイズのスラブに鋳造する。このスラブに対して均熱化処理を施した後、所定の厚さとなるまで必要回数の熱間圧延を施すことにより、アルミニウム合金板とする。また、熱間圧延前に、均質化処理を行っても良い。
次いで、上記アルミニウム合金板に対し、必要回数の冷間圧延を施す。また、必要に応じて、冷間圧延の工程間において、後述の温度条件で中間焼鈍を行なう。
次いで、上記アルミニウム合金板に対し、後述の条件で最終冷間圧延を施し、所定の板厚とする。なお、最終冷間圧延は、複数回の圧延処理として行なっても良い。
そして、最終冷間圧延を完了して所定の板厚とされた上記アルミニウム合金板に対し、後述の温度条件で最終調質焼鈍を施し、本発明のキャップ用アルミニウム合金板が得られる。さらに、本実施形態の製造方法では、キャップ用アルミニウム合金板に対し、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す方法としても良い。
以下に、本発明の製造方法で限定する各条件について説明する。
中間焼鈍温度は、350〜500℃の範囲とすることが好ましい。
中間焼鈍温度をこの範囲とすることにより、成形加工を行ってキャップとした際、高温で加熱された場合であっても高い強度を有し、耐熱性に優れた本発明のキャップ用アルミニウム合金板が得られる。
また、本発明の製造方法では、前記中間焼鈍を、前記冷間圧延の工程間において、連続焼鈍炉を用いて行うことが好ましい。
最終冷間圧延における冷間圧延率は、50%超75%以下の範囲であることが好ましい。
最終冷間圧延率をこの範囲とすることにより、成形加工を行ってキャップとした際、高温で加熱された場合であっても高い強度を有し、耐熱性に優れた本発明のキャップ用アルミニウム合金板が得られる。
最終冷間圧延率が50%以下だと、上述のような高い耐熱性が得られなくなる。また、最終冷間圧延率が75%を超えると、強度が高くなりすぎ、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。
また、最終冷間圧延率の下限は56%であることがより好ましい。さらに、最終冷間圧延率の上限は69%であることがより好ましく、68%であることが最も好ましい。
最終調質焼鈍の温度は、200〜250℃の範囲であることが好ましい。
最終調質焼鈍の温度をこの範囲とすることにより、成形加工を行ってキャップとした際、高温で加熱された場合であっても高い強度を有し、耐熱性に優れた本発明のキャップ用アルミニウム合金板が得られる。
最終調質焼鈍温度が200℃未満だと、成形加工されたキャップをボトル缶に組み付けた場合、開栓が困難になる。また、最終調質焼鈍温度が250℃を超えると、上述のような高い耐熱性が得られなくなる。
また、最終調質焼鈍温度は、215〜235℃の範囲であることがより好ましい。
これにより、本発明のキャップ用アルミニウム合金板を用いてキャップを構成すれば、ホット飲料を充填したボトル缶並びにキャップを加熱した際にボトル缶内部の圧力上昇が生じても、キャップがボトル缶から外れて飛び出したりすることのないキャップとすることが可能となる。
従って、耐熱性に優れたキャップ用アルミニウム合金板を、安価な構成で実現することができる。
本発明者等が鋭意研究したところ、アルミニウム合金板からなるキャップは、引張強さが高いほど加工性が低下するとともに開栓が困難となるものの強度が向上し、また、伸びが大きいほど強度が低下するものの開栓が容易になるとともに加工性が向上する。本発明では、Mgの含有量を上記範囲としたうえで、上述の機械的特性を、強度面と開栓容易性のバランスを考慮した関係とする範囲に規定しているので、高温で加熱された場合であっても、高い強度を有しながら開栓の容易さを確保することが可能となる。
上述したように、Al−Mg系のAl合金(5000系)からなるアルミニウム合金板を製造する際は、圧延処理を行った後、加工硬化後に130〜170℃の低温加熱によって安定化処理する最終焼鈍(H3n:JIS H0001)が行なわれる。しかしながら、このような条件で最終焼鈍が施された5000系のAl合金は、キャップとして成形加工した後、経時変化によって強度にばらつきが生じてしまう。このようなキャップをホット飲料が充填されたボトル缶のねじ部に取り付けて螺着し、この状態で加熱した場合、キャップのねじ部が変形してボトル缶に対する螺着に緩みが生じ、キャップが外れて飛び出す虞がる。
本実施例では、下記表1に示す成分組成及び製造条件にて、以下の工程で本発明のキャップ用アルミニウム合金板(実施例)及び比較例のキャップ用アルミニウム合金板を作製し、後述の各項目について評価を行った。
質量%で、Mg:1.75%、Cu:0.02%、Mn:0.07%、Cr:0.03%、Zn:0.10%、Si:0.20%、Fe:0.25%、Ti:0.10%を含有し、残部Al及び不可避不純物からなる成分組成を有するアルミニウム合金を溶解し、この溶湯を常法により脱ガス、介在物除去を行い、半連続鋳造によりスラブに鋳造した。次いで、このスラブに均質化処理を施した後、熱間圧延を施して所定の板厚のアルミニウム合金板とした。次いで、このアルミニウム合金板に冷間圧延を施し、連続焼鈍炉を用いて中間焼鈍(460℃)を行なった後、下記表1に示す最終冷間圧延率で、0.250mmの最終板厚となるまで最終冷間圧延を行なった。そして、下記表1に示す温度条件によって最終調質焼鈍を行ない、各実施例及び比較例のキャップ用アルミニウム合金板を得た。
上述のようにして得られた各実施例及び比較例のキャップ用アルミニウム合金板のサンプルについて、元板の状態、並びにベーキング後の状態の各条件で、引張強さ、0.2%耐力、及び伸び率を各々測定した。ここで、キャップ用アルミニウム合金板のベーキングは、195℃の温度で10分間加熱することにより行なった。
表1に示す結果より、本発明で規定する成分組成及び機械的特性を有し、また、本発明で規定する製造条件によって得られた、No.4〜No.8の各実施例に示す本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、何れも、元板の引張強さが202〜235MPa、耐力が171〜200MPa、伸びが7〜12%の範囲内となっている。また、ベーキング後のキャップ用アルミニウム合金板は、何れの実施例及び比較例においても、引張強さが202〜235MPa、耐力が160〜195MPa、伸びが7〜12%の範囲内となっている。
これに対し、No.1〜No.3及びNo.9,10の比較例のキャップ用アルミニウム合金板は、何れも、本発明で規定する範囲外の作製条件となっているため、上記各特性が劣る結果となっている。
このように、各実施例に示す本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、何れも高い機械的特性を示しており、耐熱性、つまり高温下における強度特性に優れ、また、加工性に優れていることが明らかである。
Claims (2)
- 質量%で、Mg:1.61〜1.9%、Cu:0.05%以下、Mn:0.1%以下、Cr:0.05%以下、Zn:0.2%以下、Si:0.3%以下、Fe:0.05〜0.4%、Ti:0.2%以下を含有し、残部が不可避不純物を含むAlからなり、
元板の引張強さが202〜235MPa、耐力が171〜200MPa、伸びが7〜12%の範囲であり、
深絞り試験によりカップの開口部に発生する耳の形態が、圧延方向に対して0°方向、45°方向の6箇所に発生する六方耳、又は、0°方向、45°方向、90°方向の8箇所に発生する八方耳であり、なお且つ、絞り比1.97における耳率が1.5%以下であり、
ベーキング後の引張強さが202〜235MPa、耐力が160〜195MPa、伸びが7〜12%の範囲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。 - 質量%で、Mg:1.61〜1.9%、Cu:0.05%以下、Mn:0.1%以下、Cr:0.05%以下、Zn:0.2%以下、Si:0.3%以下、Fe:0.05〜0.4%、Ti:0.2%以下を含有し、残部が不可避不純物を含むAlからなるスラブに、熱間圧延を必要回数行なってアルミニウム合金板とし、
次いで、前記アルミニウム合金板に冷間圧延を必要回数行なうとともに、前記冷間圧延の工程間において、中間焼鈍を350〜500℃の温度で連続焼鈍によって行い、
次いで、冷間圧延率50%超75%以下の範囲で最終冷間圧延を行なった後、200〜250℃の温度で最終調質焼鈍を行な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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