JP2015059250A - 負圧缶蓋用アルミニウム合金板 - Google Patents
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Description
<缶蓋の一般的な製造工程について>
このようなアルミニウム缶を構成する缶蓋は、次のような工程で製造される。まず、素材となる缶蓋用アルミニウム合金板に、耐食性を確保するためのクロメート処理等の化成処理を施した後、前記化成処理を施した缶蓋用アルミニウム合金板の片面、あるいは両面に塗装及び焼き付けを行う。
缶蓋は、缶胴と巻き締めされる際、カール部の寸法にバラツキがあると巻き締め不良が発生することがあり、缶蓋には厳しい寸法精度が求められる。さらに、巻き締め後、殺菌工程の加熱によって内圧が上昇しても反転(バックリング)しないだけの耐圧強度や、消費者の手に渡った後、タブを起こし(或は引っ張り)開缶する際、不具合なく飲み口が開口することが求められる。
<材料の要求特性について>
このような缶蓋を得るため、材料となるアルミニウム合金板には缶蓋への成形性、巻き締め不良抑制のための低い変形異方性、耐圧強度を得るための材料強度、開缶不良を起こさないためのリベット成形性や引き裂き性(開缶性)などが求められる。
本発明に係る負圧缶蓋用アルミニウム合金板は、Siを0.10質量%以上、0.40質量%以下、Feを0.20質量%以上、0.40質量%以下、Cuを0.10質量%以上、0.30質量%以下、Mnを0.30質量%以上、0.80質量%未満、Mgを1.00質量%以上、2.00質量%以下、Znを0.25質量%以下の範囲で含有し、残部がAl及び不可避不純物からなる。望ましいZn含有量は、0.05質量%以上、0.25質量%以下の範囲である。
<Si:0.10質量%以上、0.40質量%以下>
Siは、アルミニウム合金中にMg−Si系、Al−Fe−Mn−Si系晶出物を形成し、熱間圧延後の再結晶を促進させる効果がある。Siの含有量が0.10質量%未満の場合、アルミニウム合金板の原材料に使用できるスクラップ量が減少するとともに、アルミニウム地金の必要純度が高くなるため、コストが増大する。一方、Siの含有量が0.40質量%を超える場合、熱間圧延までの工程でアルミニウム合金中に微細なAl−Fe−Mn−Si系析出物が多数生じて熱間圧延後の再結晶を阻害し、リベット成形性を低下させる。従って、Siの含有量は0.10質量%以上、0.40質量%以下とする。
Feは、アルミニウム合金中にAl−Fe−Mn系、Al−Fe−Mn−Si系晶出物を形成し、熱間圧延後の再結晶を促進させる効果がある。Feの含有量が0.20質量%未満の場合、前記晶出物が不足して熱間圧延後の再結晶が不十分となり、リベット成形性が低下する。一方、Feの含有量が0.40質量%を超える場合、アルミニウム合金板中の晶出物が大きく、また過剰に形成され、リベット成形性が低下する。従って、Feの含有量は0.20質量%以上、0.40質量%以下とする。
Cuは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果がある。Cuの含有量が0.10質量%未満の場合、アルミニウム合金板の強度が不十分であり、缶蓋に成形されたときの耐圧強度が不足する。一方、Cuの含有量が0.30質量%を超える場合、アルミニウム合金板の強度が過剰となり、リベット成形性が低下する。従って、Cuの含有量は0.10質量%以上、0.30質量%以下とする。
Mnは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果があるとともに、アルミニウム合金板中にAl−Fe−Mn系、Al−Fe−Mn−Si系晶出物を形成させ、熱間圧延後の再結晶を促進させる効果がある。Mnの含有量が0.30質量%未満の場合、アルミニウム合金板の強度が不十分となるとともに、熱間圧延後の再結晶が不十分となってリベット成形性が低下する。一方、Mnの含有量が0.80質量%以上の場合、アルミニウム合金板中の晶出物が大きく、また過剰に形成され、リベット成形性を低下させる。従って、Mnの含有量は0.30質量%以上、0.80質量%未満とする。望ましい範囲は0.50質量%以上、0.80質量%未満である。
Mgは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果がある。Mgの含有量が1.00質量%未満の場合、アルミニウム合金板の強度が不十分であり、缶蓋に成形されたときの耐圧強度が不足する。一方、Mgの含有量が2.00質量%を超える場合、アルミニウム合金板の強度が過剰となり、リベット成形性が低下する。従って、Mgの含有量は1.00質量%以上、2.00質量%以下とする。望ましい範囲は1.00質量%以上、1.80質量%未満、さらに望ましい範囲は、1.2質量%以上、1.50質量%未満である。
Znは、アルミニウム合金板の結晶粒を微細化させ、リベット成形性を向上させる効果がある。アルミニウム合金板がZnを含有しない場合、前記効果が得られない。一方、Znの含有量が0.25質量%を超える場合、熱間圧延後の冷却中などに、Al−Cu−Mg−Zn系析出物が粒界偏析し、リベット成形性がかえって低下する。従って、Znの含有量は0.25質量%以下とする。Znを0.05質量%以上含有させることにより、リベット成形性の向上が一層顕著となる。望ましい範囲は0.08質量%以上、さらに望ましい範囲は0.12質量%以上である。
本発明に係るアルミニウム合金板は、ほかに不可避不純物を含有する。不可避不純物として、Cr、Ti、Zrはそれぞれ0.15質量%以下、好ましくはそれぞれ0.05質量%以下、その他の元素としてV、Ni、In、Sn、Gaなどはそれぞれ0.05質量%以下の範囲で含有が許容される。
鋳造は、半連続鋳造法(DC鋳造)が用いられる。
均質化熱処理は、DC鋳造で得られた鋳塊を480〜620℃に2〜10時間保持する条件で、1回又は2回行う。処理温度が480℃未満では溶質元素の均質化が不十分となり、処理温度が620℃を超えると鋳塊の表面で局部的な溶融(バーニング)が生じるおそれがある。保持時間は2時間以上であれば均質化が可能で、10時間を超えるとエネルギーコストが無駄になる。この均質化熱処理は、後続の熱間圧延の予備加熱を兼ねる。
冷間圧延は、80〜93%の圧延率で行い、冷間圧延の前又は途中で中間焼鈍を行わない。冷間圧延の圧延率が80%未満では缶蓋としての強度が不足し、93%を超えると耐力が上がりすぎて成形性が低下し、また変形異方性(耳率)が大きくなる。
なお、以上説明した製造工程及び条件は、従来の負圧缶蓋用アルミニウム合金板の製造工程及び条件と特に変わるものではない。
熱間圧延後のアルミニウム合金板(熱間圧延材)を供試材として、以下の要領で再結晶率を求めた。また、冷間圧延後のアルミニウム合金板(冷間圧延材)を供試材として、以下の要領で0.2%耐力とリベット成形性を測定した。
各供試材から試験片を切り出し、圧延方向及び板厚方向に平行となる断面が観察できるように研磨用樹脂に埋め込み、同断面を研磨して鏡面とし、次いでエッチングした後、倍率が100倍の光学顕微鏡により結晶組織を観察し、再結晶率を測定した。供試材の板厚をt、板厚方向に測定した再結晶組織の厚みをtr、同じく未再結晶部の厚みをtnとしたとき、t=tr+tnであり、再結晶率は(tr/t)×100で算出した。なお、再結晶組織は等軸粒からなり、未再結晶部は圧延方向に伸びた加工組織である。再結晶率の適正範囲は90%以上とした。再結晶率が90%以上であれば、冷間圧延後の冷間圧延板(アルミニウム合金板)のリベット成形性に問題が生じない。表1において、再結晶率の欄の○印は再結晶率が90%以上、×印は90%未満を意味する。
各供試材について、塗装・焼付け工程を模擬したオイルバスによる250℃×20秒の熱処理を施した後、引張方向が圧延方向と平行になるJIS−5号引張試験片を作製し、JISZ2241の規定に準じて引張試験を行い、0.2%耐力を求めた。0.2%耐力の適性範囲は240MPa以上とした。0.2%耐力が240MPa以上であれば、薄肉化された缶蓋であっても耐圧強度を満足する。
各供試材について、塗装・焼付け工程を模擬したオイルバスによる250℃×20秒の熱処理を施した後、各供試材から50mm×50mmの試験片を作製し、バブル工程を模擬した張出試験を実施し、限界張出し高さを求めた。張出試験は、図1に示すように、試験片1を上下のダイス2,3の間に挟み、一定のしわ押さえ力で固定し、ポンチ4を試験片1の中央部に対し垂直に押し込んで張出加工を行った。ダイス2,3は穴の内径が6.60mm、肩部半径が0.40mm、ポンチ4は外径が6.00mm、頭部の中央平坦部の直径が1mm、頭部の肩部半径が2.50mmである。
この張出試験により、試験片1に割れやくびれの発生なしに張出加工が行える張出高さの限界値(限界張出高さ)を測定した。限界張出高さの適正範囲は1.45mm以上とした。限界張出高さが1.45mm以上であれば、実成形時に十分な高さのボタンを成形することができ、リベット成形性に優れ、ステイク工程によってタブをしっかりと固定することができる。なお、タブの固定が不十分だと、開缶時にタブが取れて飲み口が開口しない不具合が発生する。
一方、いずれかの成分の含有量が本発明の規定範囲外のNo.7〜20は、耐力又はリベット成形性のいずれかがNo.1〜6に比べて劣る。このうち、No.7はSi含有量が過剰で、No.8はFe含有量が不足し、No.11はMn含有量が不足していたため、いずれも再結晶率が低く、リベット成形性が劣っていた。No.9はCu含有量が不足し、No.13はMg含有量が不足していたため、いずれも耐力が低かった。No.10,12,14,15,17,18は、Cu、Mn、Mg、Zn、Feのいずれか1種以上が過剰なため、リベット成形性が劣っていた。No.16はZnを含有せず、No.19,20はさらにMn含有量が過剰なため、リベット成形性が劣っていた。
なお、No.17は特許文献1の実施例の合金C、No.18は特許文献1の実施例の合金G、No.19は特許文献3の実施例の合金No.2、No.20は特許文献4の合金No.4に相当する。
2,3 ダイス
4 パンチ
Claims (2)
- Siを0.10質量%以上、0.40質量%以下、Feを0.20質量%以上、0.40質量%以下、Cuを0.10質量%以上、0.30質量%以下、Mnを0.30質量%以上、0.80質量%未満、Mgを1.00質量%以上、2.00質量%以下、Znを0.25質量%以下の範囲で含有し、残部がAl及び不可避不純物からなることを特徴とする負圧缶蓋用アルミニウム合金板。
- Znを0.05質量%以上、0.25質量%の範囲で含有することを特徴とする請求項1に記載された負圧缶蓋用アルミニウム合金板。
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