JP2008169417A - エアゾール容器用アルミニウム合金板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 飲料用ＤＩ缶よりもしごき加工が厳しく、成型時の胴部の割れや、ネック部のしわが発生しやすいＤＩ成形により製造されるエアゾール容器用に好適なアルミニウム合金板を提供する。
【解決手段】 Ｓｉ０．１〜０．６％、Ｆｅ０．２〜０．７％、Ｍｎ０．５〜１．５％、Ｍｇ０．００１〜１．５％、Ｃｕ０．０５〜０．３％を含有するＡｌ合金であって、耐力が１５０ＭＰａ〜２５０ＭＰａ、加工硬化指数ｎ値が０．０６以下であり、７３％のしごき加工後の缶側壁強度を素板強度の１５０％以下とする。
製法としては、合金鋳塊を５５０〜６２０℃で均質化処理し、熱間圧延したのち圧延率６０％以下の冷間圧延を行い、中間焼鈍を保持温度４００〜５００℃、保持時間０〜３００秒で行い、さらに中間焼鈍から最終板厚までの冷間圧延率を１０〜３０％として冷間圧延を行う。
【選択図】なし

Description

本発明はＤＩ成形により製造されるエアゾール容器を製造する際に用いられる成形性に優れたアルミニウム合金板およびその製造方法を提供するものである。

一般にアルミニウム合金は美しさ、成形性の良さ、耐食性の良さという特性を活かして容器の素材として用いられる。飲料用アルミニウム製容器としては２ピースのＤＩ缶やキャップが巻き締められた再栓可能なボトル缶が普及している。最近では商品を消費者にアピールするために意匠性を考慮した新しいタイプの容器が考案されており、その一例としてＤＩ成形により製造されるエアゾール容器がある。

アルミニウムＤＩ缶胴材としては従来からＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金であるＪＩＳ３００４合金が使用されている。アルミニウム合金は一般的に加工により硬化することが知られており、缶胴材の製造においても材料強度を高めるために冷間加工によりこの現象を利用している。

特許文献１にはインパクト成形によるエアゾール缶について３０００系合金を用いたアルミニウム合金製容器が提案されており、容器の座屈強度と耐圧強度の向上を図ったものであるが、ＤＩ成形に関する記述は一切ない。
特開平６−３００１９３号公報

特許文献２には加工硬化の少ないアルミニウム合金硬質板について０．１％耐力と０．２％耐力の比とｎ値を規定したものであるが、加工硬化性についてのみの検討しかしておらず、十分な検討をしているとは言えない。
特許第２０２５３４６号

ＤＩ成形により製造されるエアゾール容器に用いられるアルミニウム合金板には従来３０００系合金も用いられている。しかし、従来よりも径の小さいエアゾール缶では通常のエアゾール缶よりもしごき加工が厳しく、成型時に胴部の割れが起こる問題や、容器の側壁強度が増加することによるネック部のしわが発生する問題などがあり、成形が困難であった。そのため、ＤＩ成形により製造される従来よりもしごき加工の厳しくしごき加工率が７３％以上に達するエアゾール容器に適する成形性に優れたアルミニウム合金板を開発する必要があった。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑み、成形性に優れたエアゾール容器用アルミニウム合金板および製造方法を提供することを目的とする。

本発明はＤＩ成形により製造されるエアゾール容器用材料に関して詳細に検討したところ、成形に供される段階での材料の引張特性のうち、耐力および加工硬化指数ｎ値を適切に調整することで成形時の加工硬化が少なく成形性に優れたエアゾール容器用に適したアルミニウム合金板が得られることを見出した。

さらに鋭意検討を行った結果、本発明に示す所定量の合金元素を含有したアルミニウム合金板で中間焼鈍条件および中間焼鈍前後の冷間圧延率を規定することによりエアゾール容器として成形する際に割れやしわが発生しない成形性の優れたアルミニウム合金板を完成させるに至った。

すなわち、請求項１に記載の発明は、Ｓｉ０．１〜０．６％、Ｆｅ０．２〜０．７％、Ｍｎ０．５〜１．５％、Ｍｇ０．００１〜１．５％、Ｃｕ０．０５〜０．３％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、耐力が１５０ＭＰａ〜２５０ＭＰａ、加工硬化指数ｎ値が０．０６以下であり、７３％のしごき加工後の缶側壁強度が素板強度の１５０％以下であることを特徴とするエアゾール容器用アルミニウム合金板である。

また、請求項２に記載の発明は、Ｓｉ０．１〜０．６％、Ｆｅ０．２〜０．７％、Ｍｎ０．５〜１．５％、Ｍｇ０．００１〜１．５％、Ｃｕ０．０５〜０．３％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる合金鋳塊を５５０〜６２０℃で均質化処理し、熱間圧延したのち圧延率６０％以下の冷間圧延を行い、中間焼鈍を保持温度４００〜５００℃、保持時間０〜３００秒で行い、さらに中間焼鈍から最終板厚までの冷間圧延率を１０〜３０％として冷間圧延を行うことを特徴とするエアゾール容器用アルミニウム合金板の製造方法である。

所定量の合金元素を含有したアルミニウム合金板で中間焼鈍条件および中間焼鈍前後の冷間圧延率を規定することにより、耐力および加工硬化指数ｎ値を適切に調整することで、成形時の加工硬化が少なく成形性に優れたエアゾール容器用アルミニウム合金を得ることができる。

まず合金組成の限定理由について示す。
この発明のアルミニウム合金板の組成はＳｉ０．１〜０．６％、Ｆｅ０．２〜０．７％、Ｍｎ０．５〜１．５％、Ｍｇ０．００１〜１．５％、Ｃｕ０．０５〜０．３％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるものである。

ＳｉはＡｌ_１２（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｓｉ相（α相）を形成してしごき成形を向上させる元素であるが、含有量が０．１％未満ではその効果が十分に得られず、０．６％を超えると晶出物が粗大化し、しごき成形性が低下することに加え、析出物が微細に生じ、熱延後の再結晶を阻害する。

ＦｅはＭｎやＭｇとともに強度に寄与する元素であるが、含有量が０．２％未満ではその効果が十分に得られず、０．７％を超えると晶出物が粗大化するためにしごき成形性およびフランジ成形性が低下する。

Ｍｎは強化に寄与するとともにＡｌ_１２（Ｍｎ，Ｆｅ）_３Ｓｉ相（α相）を形成してしごき成形時に金型との間で固体潤滑作用としての役割を果たす。しかし、Ｍｎ量が０．５％未満では上記の効果が十分に得られず、１．５％を超えると晶出物が粗大化するためにしごき成形性およびフランジ成形性が低下する。また、Ｍｎが多いと微細なα相が密に析出し、ボトムしわ性に悪影響を及ぼす。

Ｍｇは母相に固溶して強度に寄与する元素であり、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の析出物を形成し、耐熱軟化性に寄与する元素であるが、０．００１％未満ではその効果が十分に得られず、１．５％を超えると強度および加工硬化性が上昇しすぎてしごき成形性およびフランジ成形性が低下する。

Ｃｕは強度に寄与する元素であるが、０．０５％未満ではその効果が十分に得られず、０．３％を超えると強度が上昇しすぎてしごき成形性、フランジ成形性が低下する。

上記各元素のほかは、基本的には不可避不純物およびＡｌからなる。
ただし、鋳塊組織を微細にするためにＴｉ０．０１％〜０．１５％を単独であるいはＢ０．０００１％〜０．０５％とともに添加してもかまわない。Ｔｉ添加量が０．１０％を超え、かつＢ添加量が０．０１％を超えると粗大な晶出物が生じ、しごき成形時に割れやピンホールを生じやすくなる。一方、Ｔｉが０．０１％未満で、かつＢ０．０００１％未満である場合には、鋳塊の組織微細化の効果が少ない。また、Ｔｉが０．１５％を超えるとＴｉＡｌ３が晶出し成形性を害し、Ｂが０．０５％を超えるとＴｉＢ_２の粗大粒子が混入し成形性を害する。

また、０．３％までのＺｎ、０．３％までのＣｒ、０．１％までのＺｒ、０．１％までのＶは、本発明の効果を妨げないので、含有していてもかまわない。

次に本発明のアルミニウム合金板の耐力および加工硬化指数ｎ値の規定理由について説明する。

本発明において耐力が１５０〜２５０ＭＰａであることを規定する。耐力が２５０ＭＰａを超えるとＤＩ成形によるエアゾール容器では成形時に割れが多発してしまう。また、耐力が１５０ＭＰａより小さいと耐圧強度不足となる。よって、耐力は１５０〜２５０ＭＰａとした。

さらに、７３％のしごき加工を加えたときの缶側壁強度が素板強度の１５０％以下であることを規定する。成形したときの缶の側壁強度が素板強度の１５０％を超え、側壁強度が高くなると、成形時に割れが起こる可能性が高くなることに加えて、ネック部の加工時にしわが発生する。

本発明において加工硬化指数ｎ値が０．０６以下であることを規定する。加工硬化性が高くなると成形時に加工硬化するために成形性が悪化し、ＤＩ成形により製造されるエアゾール容器では成形時に割れが起こりやすくなる。よって加工硬化指数ｎ値は０．０６以下とした。

次に本発明のアルミニウム合金板の製造工程について説明する。

本発明ではアルミニウム鋳塊に保持温度５５０〜６２０℃で保持時間０（所定温度に到達したらすぐに冷却する）〜１０時間の均質化処理を施す。この均質化処理は鋳造時に生じた偏析の均質化の他に、過飽和に固溶した溶質元素を析出させるとともに析出物分布を整えて、熱間圧延時に再結晶しやすくするために行う。均質化温度が５５０℃未満ではその効果が十分ではない。６２０℃を超えると局所的に溶融が起こり、表面品質が低下する。また、保持時間が１０時間を超えても効果が飽和し経済的で無い。なお、熱間圧延機の稼動スケジュールの関係で熱間圧延直前に均質化処理を行えない場合は一旦冷やして、熱間圧延のために再加熱を行っても良い。その場合の再加熱温度は均質化処理温度を超えずかつ４００〜６００℃の範囲内とする。

熱間圧延は常法に従って行えばよく、特に条件の規定は無い。

熱間圧延後に行う冷間圧延の圧延率を６０％以下と規定する。これは冷間圧延率が６０％を超えると耳率が悪化するためである。

中間焼鈍を保持温度４００〜５００℃、保持時間０〜３００秒で行うことを規定する。保持温度が４００℃より低いと再結晶粒が粗大化し、加工を施した際に肌荒れの原因となる。保持温度が５００℃を超えるとＭｇやＣｕの固溶量が大きくなり、耐力が上昇するため成形性に悪影響を及ぼす。また、ＭｇやＣｕの固溶量が大きくなると加工硬化性が上昇して、成形性に悪影響を及ぼす。保持時間が３００秒を超えると２次再結晶により逆に再結晶粒が粗大化し、加工を施した際に肌荒れの原因となる。なお、保持時間「０」秒とは板がその温度に達したら保持せずにすぐ冷却する。

中間焼鈍から最終板厚までの冷間圧延率を１０〜３０％と規定する。冷間圧延率が１０％未満では加工硬化性が高くなり、３０％を超えると耐力が上昇するため成形性に悪影響を及ぼす。

表１に示す組成の合金を常法により溶解鋳造し厚さ５００ｍｍの鋳塊を作製した。
次にこの鋳塊を面削後、均質化処理を６００℃で保持時間６時間にて行った。熱間圧延のために鋳塊を５００℃で１時間再加熱し、シングルリバースミルによる熱間粗圧延を行い、３タンデム圧延機による熱間仕上げ圧延を行い、板厚２ｍｍの熱間圧延板を得た。得られた熱間圧延板に表２に示す条件で冷間圧延、中間焼鈍を施した。

表３に素板の耐力およびｎ値、しごき率７３％でしごき成形を連続１００００缶行ったときの破胴缶数、ネック部のしわについて示す。耐力はＪＩＳ規格に基づいて引張試験を行い、耐力とは０．２％耐力のことである。ｎ値は引張試験にて応力ひずみ曲線を求め、公称１．５から５．０％間で算出した。また、ネック部のしわは目視にてしわや肌荒れが観察されなかったものを○（良好）、しわや肌荒れが観察されたものを×（不良）とした。

供試材１〜７は本発明例であり、素板耐力、ｎ値ともに本発明の範囲であり、成形性についても良好な結果が得られた。

供試材８では合金組成が本発明の範囲外であり、Ｍｇ量が多く添加されている。Ｍｇ量が多いと固溶Ｍｇ量が多くなり、強度が上昇するとともに加工硬化性が高くなり、成形性に悪影響を及ぼす。

供試材９では中間焼鈍時の保持温度が低く、本発明の範囲外であり、中間焼鈍中に結晶粒が粗大化するため、ネック部に肌荒れが起こる。

供試材１０では中間焼鈍時の保持温度が高く、本発明の範囲外であり、中間焼鈍中にＭｇやＣｕの固溶量が大きくなるため耐力および加工硬化性が上昇し、成形性に悪影響を及ぼす。

供試材１１では中間焼鈍時の保持時間が長く、本発明の範囲外であり、中間焼鈍中にＭｇやＣｕの固溶量が大きくなるため耐力および加工硬化性が上昇し成形性に悪影響を及ぼす。さらに２次再結晶が起こり、再結晶粒が粗大化するため、ネック部に肌荒れが起こる。

供試材１２では最終冷延率が低く、本発明の範囲外であり、加工硬化性が高くなるため、成形性に悪影響を及ぼす。

供試材１３では最終冷延率が高く、本発明の範囲外であり、素板耐力が高くなりすぎて成形性に悪影響を及ぼす。

Claims (2)

1. Ｓｉ０．１〜０．６％（ｍａｓｓ％で、以下同じ）、Ｆｅ０．２〜０．７％、Ｍｎ０．５〜１．５％、Ｍｇ０．００１〜１．５％、Ｃｕ０．０５〜０．３％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、耐力が１５０ＭＰａ〜２５０ＭＰａ、加工硬化指数ｎ値が０．０６以下であり、７３％のしごき加工後の缶側壁強度が素板強度の１５０％以下であることを特徴とするエアゾール容器用アルミニウム合金板。
2. Ｓｉ０．１〜０．６％、Ｆｅ０．２〜０．７％、Ｍｎ０．５〜１．５％、Ｍｇ０．００１〜１．５％、Ｃｕ０．０５〜０．３％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる合金鋳塊を５５０〜６２０℃で均質化処理し、熱間圧延したのち圧延率６０％以下の冷間圧延を行い、中間焼鈍を保持温度４００〜５００℃、保持時間０〜３００秒で行い、さらに中間焼鈍から最終板厚までの冷間圧延率を１０〜３０％として冷間圧延を行うことを特徴とするエアゾール容器用アルミニウム合金板の製造方法。