JP2016020531A - Ｄｉ成形性、ネック成形性、および耳率に優れる缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＤＩ成形性、ネック成形性、および耳率に優れる缶ボディ用アルミニウム合金板の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇを規定量含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物のアルミニウム合金の鋳塊を均質化処理の後、熱間圧延および熱間仕上圧延し、続いて圧下率を２０％以上６５％以下とする第１冷間圧延を行った後、連続焼鈍装置を用いて加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度３３０〜３８０℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で第１中間焼鈍を行い、圧下率１０〜２５％で第２冷間圧延を行った後、連続焼鈍装置を用いて加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度４２０〜６００℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で第２中間焼鈍を行い、続いて圧下率６８％以上８５％以下の条件で最終板厚まで最終冷間圧延を行うことを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、ＤＩ成形性、ネック成形性、および耳率に優れる缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法に関する。

一般に缶ボディとしては、その開口端部に缶蓋が巻締められる缶や、開口端部にキャップが螺着されるボトル缶等があり、飲料等の内容物が充填、密封され、市場において流通している。このような缶ボディは、従来、ＪＩＳ３００４（ＡＡ３００４）またはＪＩＳ３１０４（ＡＡ３１０４）のＡｌ合金からなる板材に絞り加工およびしごき加工を施すことによって行われるＤＩ（Ｄｅｅｐ Ｄｒａｗ ＆ Ｉｒｏｎｉｎｇ）加工により形成されている。

缶入り飲料水などの需要増加に伴ってアルミニウム合金製のボトル型の飲料缶が開発されている。ボトル型の飲料缶は図３に示すように、底部１６を有する円筒状の胴部１１の上部に、直径を減少させた肩部１２を介し頸部１３が形成されている。頸部１３にはキャップ（図示省略）をねじ込むためのネジ部１４が形成されており、ネジ部１４の先端には口当たりを良くするためのカール部１５が形成されている。
図３に示すようなボトル型飲料缶１０の製造方法の概要を示せば図４の通りとなる。すなわち、例えばＪＩＳ３００４合金のようなＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金のブランク材１に深絞り加工を施し、カップ２を形成する。
次いでカップ２に再絞り加工を施し、その後通常３回のしごき加工を順次施して缶体３を形成する。深絞り、しごき成形した時には板材の圧延方向に応じて、成形した缶体の上縁の高さが山谷状に変化する現象が起こる。この山谷状に変化した部分３Ａは通常「耳」と呼ばれている。

次いで、深絞り、しごき加工を行った缶体３は耳３Ａの部分を切断するトリム加工を行って缶の高さを揃える。トリム加工の際に除去される耳の部分の板材の割合が多いと、材料歩留まりが低下し製造コストが上昇する。従って除去すべき板材の割合（以下、「耳率」と呼ぶ）は低いことが望まれる。
耳を除去した缶体３は、縮径加工を施して肩部１２と頸部１３を形成し、その先端部を形成しようとするネジの谷径と同程度の径の円筒状に絞り成形し、さらに残った部位をロールフォーミングなどによって凹凸変形させてネジ部１４を形成し、最後に先端部をロールで丸くカール加工してボトル型飲料缶１０とする。
このようにボトル型飲料缶１０においては、従来のアルミニウム缶の主流であったＤＩ缶（Ｄｅｅｐ ｄｒａｗｉｎｇ ＆ Ｉｒｏｎｉｎｇ 缶）に比較して頸部１３に一段と厳しい塑性加工を施すため、素材にも一段と高い特性が要求される。

従来、飲料缶用のアルミニウム合金板材の製造方法において、質量％で、Ｓｉ：０．２〜０．４５％、Ｆｅ：０．３〜０．５５％、Ｃｕ：０．１５〜０．４％、Ｍｎ：０．８〜１．２％、Ｍｇ：０．５〜１．７％、Ｃｒ：０．００１〜０．０５％、Ｚｎ：０．０５〜０．４％、Ｔｉ：０．００１〜０．１％を含有し、残部が不可避的不純物を含むＡｌからなる組成のアルミニウム合金を用いることが知られている。
そして、この組成のアルミニウム合金を溶製し、半連続鋳造して得た鋳塊を５６０〜６１０℃で均質化処理し、その後熱間粗圧延およびそれに続く熱間仕上げ圧延による熱間圧延を行なう。続いて圧下率を２０〜７５％とする第１冷間圧延を行った後、連続焼鈍装置を用いて加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度３３０〜４００℃、保持時間０〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／ｓなる条件で第１中間焼鈍を行い、続いて圧下率１０〜２５％で第２冷間圧延を行う。続いて、加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度５００〜６００℃、保持時間０〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で第２中間焼鈍を行ない、さらに圧下率６０〜７５％の条件で最終板厚まで最終冷間圧延を行う製造方法が知られている（特許文献１参照）。
前記製造方法において、熱間仕上げ圧延の最終パスを歪速度が１０〜１５０／秒の条件下で仕上り温度ｙ（℃）と仕上り板厚ｘ（ｍｍ）の関係が２４０≦ｙ≦２０ｘ＋２４０（但し、２．０≦ｘ≦５．０）を満たすように制御することが有利であると特許文献１に記載されている。

特開２０１２−１７２１９２号公報 特開昭５９−１６２２６１号公報

先の特許文献１に記載の技術により、耳率が低い飲料缶用アルミニウム合金板を高い生産性で製造することができる。この製造方法により製造された飲料缶用アルミニウム合金板からボトル型飲料缶を製造するならば、ネック部の強度が高いボトル型飲料缶の製造が可能となる。
しかし、特許文献１に記載の製造方法で得られる飲料缶用のアルミニウム合金板を用いてボトル飲料缶を製造する場合、ネック成形において、極めて低い頻度ではあるものの、ねじ部からカール部の範囲で割れ不良が生じ、生産性を低下させる場合があった。
ネック成形性を改善するために、最終冷間圧延率を高くすることが考えられる。最終冷間圧延率を調整する技術として、アルミニウム合金を均質化処理した後、熱間圧延を最終板厚の２倍以上の厚さに、３００℃以上の温度で終了するように行い、引き続き、２８０℃までの温度域を２時間以上で冷却し、焼鈍することなく最終板厚まで冷間圧延する技術が知られている（特許文献２）。
しかし、特許文献２に記載されている技術を採用すると、ＤＩ成形時の強度が高くなりすぎるため、ＤＩ成形性に劣るという問題があった。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、缶を形成するためのネック成形において割れ等のネック成形不良の発生を抑制し、生産性の低下を引き起こすことなく缶ボディを製造することができる缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法の提供を目的とする。

本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法は、質量％で、Ｓｉ：０．２〜０．４５％、Ｆｅ：０．３〜０．５５％、Ｃｕ：０．１５〜０．５％、Ｍｎ：０．８〜１．２％、Ｍｇ：０．５〜１．７％を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を溶製し、半連続鋳造して得た鋳塊を均質化処理の後、熱間圧延および熱間仕上圧延し、続いて圧下率を２０％以上７５％以下とする第１冷間圧延を行った後、連続焼鈍装置を用いて加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度３３０〜３８０℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で第１中間焼鈍を行い、続いて圧下率１０〜２５％で第２冷間圧延を行った後、連続焼鈍装置を用いて加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度４２０〜６００℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で第２中間焼鈍を行い、続いて圧下率６８％以上８５％以下の条件で最終板厚まで最終冷間圧延を行うことを特徴とする。
本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法において、さらに、保持温度１２０〜１６０℃、保持時間３００秒〜６時間の条件で最終焼鈍を行うことが好ましい。

本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法は、ＳｉとＦｅとＣｕとＭｎとＭｇを特定範囲含有した組成のアルミニウム合金を溶製し、熱間圧延後、第１冷間圧延と第１中間焼鈍と第２冷間圧延と第２中間焼鈍と最終冷間圧延を行って缶ボディ用アルミニウム合金板を製造する方法であり、各冷間圧延の圧下率、各中間焼鈍の加熱速度、保持温度、保持時間、最終冷間圧延の圧下率を特定の範囲に制御することで、ＤＩ成形時に缶ボトム部にしわの発生を抑え、ＤＩ成形性に優れるとともに、ネック成形性に優れ、耳率にも優れる効果を得ることができる。
また、最終冷間圧延後に保持温度、保持時間を制御した最終焼鈍を行うことにより、ＤＩ成形時のボトム成形性により優れるとともに、ネック成形性に優れ、耳率にも優れる缶ボディ用アルミニウム合金板を製造できる効果を奏する。

図１は本発明に係る製造方法を実施する際に、熱間圧延工程において用いる装置と工程を示す説明図。 本発明に係る製造方法の実施に用いる連続焼鈍装置の一例を示す概略構成図。 ボトル型飲料缶の一例構造を示す断面図。 図３に示すボトル型飲料缶を製造する概略工程を示す図。

以下、本発明に係るＤＩ成形性、ネック成形性、および耳率に優れる缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法の各実施形態について説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に制限されるものではない。
初めに、本実施形態で用いる缶ボディ用アルミニウム合金板の組成について説明する。
本実施形態の缶ボディ用アルミニウム合金板は、質量％で、Ｓｉ：０．２〜０．４５％、Ｆｅ：０．３〜０．５５％、Ｃｕ：０．１５〜０．５％、Ｍｎ：０．８〜１．２％、Ｍｇ：０．５〜１．７％を含有し、残部が不可避的不純物を含むＡｌからなる組成のアルミニウム合金からなる。また、このアルミニウム合金に、更に、Ｃｒ：０．００１〜０．０５％、Ｚｎ：０．０５〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．０５％のうち、１種または２種以上を含有するアルミニウム合金を用いても良い。
以下、本実施形態で使用するアルミニウム合金の組成限定理由について説明する。
なお、本明細書において記載する各元素の含有量は、特に限定しない限り質量％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。例えば０．１〜０．５％との表記は０．１％以上０．５％以下を意味する。

「Ｓｉ：０．２〜０．４５％」
Ｓｉは、同時に含有するＭｇと化合物を形成し易く、固溶硬化作用、分散硬化作用および析出硬化作用を有する他、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅなどと化合物を形成し、しごき成形時のダイスに対する焼付きを防止する効果がある。Ｓｉの含有量は、０．２質量％未満では所望の潤滑特性を確保することができず、また０．４５質量％を越えると加工性が劣化して不都合である。
「Ｆｅ：０．３〜０．５５％」
Ｆｅは、結晶の微細化およびしごき成形時のダイスに対する焼付きを防止する効果がある。Ｆｅの含有量は、０.３質量％未満では所望の効果が得られず、０.５５質量％を越えると加工性を劣化させる。

「Ｃｕ：０．１５〜０．５％」
Ｃｕは、Ｍｇと化合物を形成し易く、固溶硬化、分散硬化および析出硬化に寄与する。
Ｃｕの含有量は、０.１５質量％未満では所望の効果が得られず、０.５質量％を越えると加工性を劣化させる。
「Ｍｎ：０．８〜１．２％」
Ｍｎは、Ｆｅ、Ｓｉ、Ａｌなどと化合物を形成し易く、晶出相および分散相となって分散硬化作用を現すと共にしごき成形時のダイスに対する焼付きを防止する効果がある。Ｍｎの含有量は、０．８質量％未満では所望の硬化特性が得られず、１．２質量％を越えると加工性が劣化する。
「Ｍｇ：０．５〜１．７％」
Ｍｇは、固溶体強化作用を有し、圧延による加工硬化性を高めるとともに、前記Ｓｉや前記Ｃｕと共存することによって分散硬化と析出硬化作用を現す。Ｍｇの含有量は、０．５質量％未満では所望の効果が得られず、１．７質量％を越えると加工性を劣化させるようになる。

本実施形態で用いるアルミニウム合金において、前記Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇの主要成分に加え、以下のＣｒ、Ｚｎ、Ｔｉのいずれか１種または２種以上を含有しても良い。
「Ｃｒ：０．００１〜０．０５％」
Ｃｒは結晶の微細化としごき成形加工時にダイスに対する焼き付きを防止する効果を発揮する。Ｃｒの含有量は、０．００１質量％未満では所望の効果が得られず、０．０５質量％を越えると脆くなり加工性が劣化する。

「Ｚｎ：０．０５〜０．４％」
ＺｎはＭｇ、Ｓｉ、Ｃｕの析出物を微細化する作用を有する。Ｚｎの含有量は、０.０５質量％未満では所望の効果が得られず、０．４質量％を越えると加工性と耐食性を劣化させる。
「Ｔｉ：０．００１〜０．１％」
Ｔｉは、結晶粒を微細化して加工性を改善する効果がある。ただし、Ｔｉの含有量は０.１質量％を越えると粗大な化合物を生成し、逆に加工性を劣化させ、０.００１質量％未満では効果がほとんど得られない。

＜ＤＩ成形性、ネック成形性、および耳率に優れる缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法＞
次に、本実施形態に係るＤＩ成形性、ネック成形性、および耳率に優れる缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法の実施の形態について説明する。
本実施形態の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法においては、前記組成のアルミニウム合金を溶製し、鋳造して得た鋳塊に対して均質化処理した後、熱間粗圧延およびそれに続く熱間仕上げ圧延による熱間圧延を行い、続いて第１冷間圧延、第１中間焼鈍、第２冷間圧延、第２中間焼鈍を順次施して、さらに最終冷間圧延を行うことにより所望の板厚の缶ボディ用アルミニウム合金板を得る。更に、前記の工程に加え、保持温度１２０〜１６０℃、保持時間３００秒〜６時間の条件で最終焼鈍を行うことができる。
以下、本実施形態のＤＩ成形性、ネック成形性、および耳率に優れる缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法について順を追って説明する。

「鋳造」
前記組成のアルミニウム合金を溶解後、常法に従ってアルミニウム合金溶湯から鋳塊を鋳造するが、鋳造に先立ち、アルミニウム合金を溶製した際に、水素ガスや酸化物などの介在物を除去し、半連続鋳造法により鋳塊を得る。
このときの凝固速度は通常、５〜２０℃／秒とされる。鋳造された鋳塊の厚さは、例えば５００〜６００ｍｍ程度とすることができる。
次に、面削を行い、鋳塊の表面を１〜２５ｍｍ程度切削し、面削体を作製する。

「均質化処理」
次に、作製した面削体に均質化処理を施す。均質化処理は一般に、溶湯の凝固によって生じたミクロ偏析の均質化、過飽和固溶元素の析出、凝固によって形成された準安定相の平衡相への転移などのために行われる。
均質化処理においては、均質化温度を５６０〜６１０℃の範囲内とすることが重要である。均質化温度が５６０℃未満では後述の第２中間焼鈍の効果が得られず、後述の熱間圧延工程や第１冷間圧延工程においてクラックが発生し易く、最終板材の耳率が高くなる。また、均質化温度が６１０℃を超えると、鋳塊が溶融するおそれがある。

均質化処理において、面削体は１００℃／時以下の加熱速度で均質化温度まで加熱することが好ましい。加熱速度が１００℃／時を超えると、部分的に溶融を生じるおそれがある。しかし、加熱速度が遅すぎると生産効率が低下する。以上の観点から、均質化温度までの加熱速度は１０〜１００℃／時の範囲内とすることが好ましい。
また、均質化処理において、均質化温度に保持する時間（均質化時間）は５時間以上とすることが好ましい。均質化時間が５時間未満では、均質化が充分に進行しない場合がある。しかし、均質化時間が長すぎても効果はなく生産効率が低下する。以上の観点から、好ましい均質化時間は５〜２４時間の範囲内である。この均質化処理は、均質化時間が比較的長いので、通常、バッチ方式の炉中に置くことで行われる。
本実施形態おいて、均質化処理の後さらに面削体を４８０〜５６０℃まで冷却し、熱間圧延を開始する。４８０〜５６０℃の温度範囲での保持時間（均熱時間）は、１〜１２時間の範囲内で行うことができる。

「熱間圧延」
熱間圧延は、熱間粗圧延およびそれに続く熱間仕上げ圧延よりなり、本実施形態においては、シングルミルのリバース式熱間仕上圧延機を使用して熱間仕上げ圧延を行うことが好ましい。
熱間圧延工程においては、図１に示すように、熱間粗圧延機２０を用いて板厚２０ｍｍ程度まで熱間粗圧延した後、熱間仕上圧延機３０を用いて板厚２〜７ｍｍまで熱間圧延する。

図１に示す熱間粗圧延機２０は、例えば上下のワークロール２１、２２、およびバックアップロール２３、２４と、複数の搬送ローラが配列された搬送路４を備え、搬送されてきたアルミニウム合金の板材５をワークロール２１、２２間を通過させて目的の厚さに圧延する装置である。図１において、ワークロール２１、２２の左右両側の搬送路４、６から繰り返しアルミニウム合金の板材５をワークロール２１、２２に供給して順次粗圧延することにより、熱間粗圧延機２０は板材５を必要な厚さまで圧延して板材７とすることができる。

図１に示す熱間仕上圧延機３０は、シングルミルのリバース式熱間仕上圧延機であり、例えば上下のワークロール３１、３２およびバックアップロール３３、３４と、これらロールの入り側に設置されたリール型の送出巻取装置３５と、出側に設置されたリール型の送出巻取装置３６とを具備してなる。この熱間仕上圧延機３０は、送出巻取装置３５から送り出してワークロール３１、３２間を通過させて熱間圧延した板材を送出巻取装置３６で巻き取る操作と、送出巻取装置３６から再度ワークロール３１、３２間を通過させて熱間圧延した板材を送出巻取装置３５で巻き取る操作を繰り返し必要回数行うとともに、圧延操作の度に徐々にワークロール３１、３２間の間隔を調節することにより、アルミニウム合金の板材を目的の板厚まで熱間仕上圧延する装置である。

前記均質化処理後、炉から取り出したスラブは通常直ちに熱間粗圧延を開始するが、スラブ温度が５００℃未満にならなければ、熱間粗圧延開始を遅延してもよい。熱間粗圧延のパス数は、鋳塊（スラブ）厚さ、仕上げ厚さ、スラブ幅、合金組成などに依存するが、十数パス〜二十数パスの範囲が一般的である。
熱間粗圧延は、圧延材が厚い間は、通常圧延機の前後に搬送テーブルが設置された１スタンド式粗圧延機（図１に示す熱間粗圧延機２０）を用いて圧延する。しかし、板が薄くなると、必要な搬送テーブル長が長くなり、板の自重によるたるみも大きくなり、板の冷却も生じ易くなる。そのため、搬送テーブルで保持するには、板厚が十数ｍｍ以上必要である。したがって、粗圧延機から仕上圧延機に板を送る際の最低板厚は、コイル重量や板幅に依存するが、工業的に用いられている重量・幅の場合、１６ｍｍ程度以上であることが好ましい。また、粗圧延機から仕上げ圧延機に送る際の板厚が厚すぎる場合には、仕上圧延機での圧延パス回数の増加を招き、生産性を低下させる。したがって、仕上げ圧延機に送る際の板厚の上限は４０ｍｍ以下であることが好ましい。上述の厚さ上限から下限の範囲内までアルミニウム合金の板材が薄くなった場合に、図１に示す構成のシングルミルのリバース式熱間仕上圧延機で熱間仕上げ圧延を行う。

熱間仕上げ圧延は、シングルミルのリバース式熱間仕上圧延機を使用して行う。
圧延機の両側に巻取装置があるシングルミルのリバース式熱間仕上圧延機（図１に示す熱間仕上圧延機３０）を使用することにより、熱間仕上板厚を小さくすることができる。
従って、以降の冷間圧延の圧下率を小さくできるので、冷間圧延のパス回数を削減でき、生産性を向上させることができる。これに対し、例えば、巻取装置が片方にだけ設置された熱間仕上圧延機を用いた場合、搬送テーブル上で保持できる板厚に最小値が存在するために、熱間圧延で圧延可能な最小板厚が増加することになる。このため、熱間圧延後の冷間圧下率が増加する。

前述の如く、熱間圧延の仕上り板厚の薄肉化は、冷間圧延パス回数の削減による生産性の向上に寄与する。そのため、本実施形態において、熱間仕上げ圧延の仕上げ板厚は、２〜７ｍｍの範囲内とする。仕上げ板厚が２ｍｍ未満では第１冷間圧延の圧下率が不足し、低い耳率が得られない。仕上げ板厚が７ｍｍを超えると第１冷間圧延のパス回数が増加して生産性が低下する。

「第１冷間圧延」
第１冷間圧延工程においては、前記の熱間圧延を施した後に冷却した板材を、圧下率２０〜７５％の範囲となるように冷間圧延する。第１冷間圧延の圧下率が７５％を超えると、冷間圧延のパス回数が増加して生産性が低下する。一方、第１冷間圧延の圧下率が２０％未満では、第１中間焼鈍時の歪導入量が不足するため、第２中間焼鈍後に０−９０°耳が発達しにくくなり、得られたアルミニウム板材を加工した際に低い耳率が得られない。
第１冷間圧延の圧下率を２０〜７５％の範囲内とすることにより、加工にあたって耳率を低く抑えることができるアルミニウム合金板を、良好な生産性で製造できる。

「第１中間焼鈍」
第１中間焼鈍工程は、前記第１冷間圧延後の板材に対し、図２に基本構成を示す連続焼鈍装置を用いて加熱速度１０〜２００℃／秒の範囲（１０℃／秒以上、２００℃／秒以下の範囲）で加熱し、保持温度３３０〜３８０℃の範囲（３３０℃以上、３８０℃以下の範囲）に１〜３０秒（１秒以上、３０秒以下）保持し、冷却速度１０〜２００℃／秒の範囲（１０℃／秒以上、２００℃／秒以下の範囲）で冷却を行う。
この焼鈍工程は、アルミニウム合金板材を半軟化状態にもたらすものであって、焼鈍後の耐力；ＹＳ（Ｙｉｅｌｄ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を好適な範囲とすることが好ましい。
焼鈍温度が３３０℃未満では十分な軟化が得られず結果的に耳率が高くなる。焼鈍温度が３８０℃を越えまたは保持時間が３０秒を越えると軟化が過剰となって耳率が高くなる。

図２に連続焼鈍装置（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ Ｌｉｎｅ：略称ＣＡＬ）の基本構成例を示すが、この例の連続焼鈍装置４０は、供給ロール４１から長尺のアルミニウム合金の板材４２を引き出して緩衝装置４３を介して数１０ｍ〜１００ｍ程度の長い炉本体４４に供給し、この炉本体４４内で移動中に前記の条件で焼鈍し、焼鈍後に炉本体４４から引き出し、緩衝装置４６を介して巻取ロール４７に巻き取ることができる装置である。この連続焼鈍装置４０によれば、炉本体４４を通過するアルミニウム合金の板材４２を連続単体処理できるために、バッチ式の焼鈍炉よりもより正確な加熱条件と冷却条件で焼鈍処理を行うことができる。
そして、連続焼鈍装置４０ならば、アルミニウム合金の板材４２を供給ロール４１に巻き付けた状態のコイルの幅や径が異なっても、換言するとアルミニウム合金の板材４２の幅や厚さ、処理するべき長さが異なっていても、製造したい順番に焼鈍処理できるために、同一の大きさのコイルのみを焼鈍炉に搬入して焼鈍していたバッチ式の焼鈍炉の場合に比べて中間在庫の増加を抑えることができる。

「第２冷間圧延」
次に、第１中間焼鈍後の板材に対し、圧下率１０〜２５％の範囲内となるように冷間圧延を施す。第２冷間圧延の圧下率を１０〜２５％の範囲内とすることにより、後述する第２中間焼鈍後に０−９０°耳を発達させることができるので、結果的に、後述する最終冷延工程において、最終冷延率が６８％以上の条件でも低耳率の板材を得ることができる。
第２冷間圧延の圧下率が１０％未満では工程全体として圧延パス数が増大して生産効率が低下する可能性があり好ましくない。第２冷間圧延の圧下率が２５％を越えると、耳率が高くなる。

「第２中間焼鈍」
第２中間焼鈍工程は、前記第２冷間圧延後の板材に対し、図２に基本構成を示す連続焼鈍装置を用いて加熱速度１０〜２００℃／秒の範囲（１０℃／秒以上、２００℃／秒以下の範囲）で加熱し、保持温度４２０〜６００℃の範囲（４２０℃以上、６００℃以下の範囲）に１〜３０秒（１秒以上、３０秒以下）保持し、冷却速度１０〜２００℃／秒の範囲（１０℃／秒以上、２００℃／秒以下の範囲）で冷却を行う。

この第２中間焼鈍工程は、前述の均質化処理から第２冷間圧延までの工程を順次施した板材を十分に再結晶させ、適量の立方体方位組織を発達させ、０−９０゜耳が発生する軟質材を得る工程である。
焼鈍温度が４２０℃未満および保持時間１秒未満では局部的に再結晶が不完全な部位を生じ、強度および耳率が不安定となるため好ましくない。焼鈍温度が６００℃を越えると板が炉本体内部で破断する可能性が高くなるため好ましくない。保持時間が３０秒を越えると生産性が低下するため好ましくない。冷却速度が遅すぎても、生産性が低下するため、下限を１０℃／秒とした。また、加熱／冷却速度が２００℃／秒を超えると、板材に歪が発生し易くなる。

「最終冷間圧延」
第２中間焼鈍を施した後、圧下率６８〜８５％の条件で最終板厚まで冷間圧延を施す。
最終冷間圧延における圧下率が６８％未満では、ネック成形時に割れやしわ等のネック成形不良が生じ易くなる。また圧下率が８５％を超えると、耳率が高くなり、耐胴切れ性が劣化する。
以上のような各条件下でアルミニウム合金の鋳塊に圧延加工を施してアルミニウム合金板材を製造することにより、アルミニウム缶の製造において、ＤＩ成形性、ネック成形性、および耳率のバランスに優れるものを得ることができる。

「最終焼鈍処理」
以上の製造方法によれば、ＤＩ成形性、ネック成形性、および耳率をバランスよく満足する缶ボディ用アルミニウム合金板を得ることができるが、当該合金板のＤＩ成形において、缶底部の成形条件によっては、ボトムしわと呼ばれる缶底チャイム部のしわが認められる場合がある。当該合金板に対して、保持温度１２０〜１６０℃、保持時間３００秒〜６時間の条件で最終焼鈍を行うことによってボトム成形性が改善され、前記ボトムしわの発生を有効に抑制することが可能である。
保持温度を１２０℃未満にすると、ボトムしわの抑制効果がほぼ認められなくなるという面で問題があり、１６０℃を超える保持温度とすると、ＤＩ成形における胴切れ性の低下が認められる問題が生じる。
保持時間３００秒未満にすると、製品コイル内での熱処理温度の不均一が生じやすくなるため好ましくなく、６時間を超える保持時間とすると、生産性が低下するという問題がある。
最終焼鈍処理を上述の条件で施すことにより、ＤＩ成形した場合に缶ボトム部にしわを生じることなく成形できる特徴がある。

以下、実施例を示して、本発明に係る缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法について更に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものでは無い。
表１に示す組成のアルミニウム合金を溶解し、脱ガスおよび溶湯ろ過後、半連続鋳造により厚さ６００ｍｍ、幅１１００ｍｍ、長さ４．５ｍのスラブに鋳造した。なお本実施例各スラブにおけるＣｒ、Ｚｎ、Ｔｉの含有量はほぼ同等で、それぞれＣｒ＝０．０２〜０．０３％、Ｚｎ＝０．１５〜０．１７％、Ｔｉ＝０．０２〜０．０３％であった。次に、前記スラブを面削後、均質化・均熱兼用炉を用いて、保持温度５６５℃かつ保持時間７時間の均質化処理を施した後、保持温度５４５℃まで炉中で冷却し、当該保持温度にて保持時間２時間の均熱処理を施した。続いて、図１に示す構成の熱間粗圧延機２０を使用して板厚２０ｍｍまで熱間粗圧延した後、図１に示すシングルミルのリバース式熱間仕上圧延機３０を使用して、熱間仕上げ圧延により種々の仕上板厚の板材を得た。

次に、熱間圧延後の板材に表１に示す圧下率（第１冷延率）で第１冷間圧延を施した後、連続焼鈍装置を用いて表１記載の保持温度で、常温から保持温度までの平均加熱速度２０℃／秒、保持した時間２０秒、最高到達温度から７０℃までの平均冷却速度３０℃／秒の条件で第１中間焼鈍を行った。
次いで、第１中間焼鈍後の板材に表１に示す圧下率（第２冷延率）で第２冷間圧延を施した後、連続焼鈍装置を用いて、表１記載の保持温度で、常温から保持温度までの平均加熱速度２０℃／秒、保持した時間２０秒、最高到達温度から７０℃までの平均冷却速度５０℃／秒の条件で第２中間焼鈍を行った。

その後、第２中間焼鈍後の板材に、表１に示す圧下率（最終冷延率）で最終冷間圧延を施し、表１に示す板厚（ｍｍ）の缶ボディ用アルミニウム合金板を得た。
前記アルミニウム合金板の一部試料に対し、表１に示す保持温度（℃）×保持時間（時間）の条件で最終焼鈍を施し、缶ボディ用アルミニウム合金板を得た。

得られた缶ボディ用アルミニウム合金板の素材強度（ＡＳＴＳ）をＪＩＳＺ２２４１に準拠した引張試験により求め、更に２１０℃×１０分の条件で塗装焼き付け相当の熱処理を行い、ベーキング後の耐力（ＡＢＹＳ、０.２％耐力）を測定した。また、ＡＳＴＳ−ＡＢＹＳの値を計算により算出した。なお、上記物性値（ＡＳＴＳ）は、コイルの幅方向及び長手方向各３点以上の位置から採取したサンプルについて計測し、ＡＳＴＳばらつき（最大値‐最小値）については、８ＭＰa未満を許容範囲とした。
得られた缶ボディ用アルミニウム合金板のブランク材のうち、試料Ｎｏ．１〜２０については、図４の工程図に従ってボトル型飲料缶に加工した。また、試料Ｎｏ．２１〜２９については、通常の３５０ｃｃ飲料缶に加工した。

耳率は、素材をエリクセン試験機で深絞り加工したカップの側壁高さから計算した。加工条件はポンチ径；３３ｍｍ（平頭ポンチ）、絞り比；１．７５、しわ押さえ力；３ｋＮとした。このカップの側壁高さをデジタルマイクロメーターで測定し、次式により耳率を算出した。
（山平均高さ−谷平均高さ）÷谷平均高さ×１００＝耳率（％）
なお、０°および１８０°の山の平均高さと４５°、１３５°、２２５°、３１５°の山の平均高さをそれぞれ求め、いずれか高い方の山を上式の山平均高さとした。また、９０°および２７０°の谷平均高さを求め、上式の谷平均高さとした。

表２において、ＤＩ成形性の評価は、ＤＩ成形における胴切れの発生率によって行った。ＤＩ成形は促進評価を行うため、第２しごき加工率を下げ、第３しごき加工率を高める条件にて実施した。試料Ｎｏ．１〜２０についてはボトル型飲料缶用の金型で、また試料２１〜２９については３５０ｃｃ飲料缶用の金型でそれぞれ２０００缶の製缶を行い、胴切れの発生数を測定し、胴切れ発生率を求めた。胴切れの発生なきものを◎、胴切れ発生率が０．２％以下のものを○、胴切れ発生率が０．２％を超えるものを×とした。
ボトム成形性の評価には、前述の胴切れ試験で製缶した試作缶のうち無作為に抽出した２４缶を用いた。缶底チャイム部のしわを観察し、しわの発生が全く認められない場合を◎、極軽微なしわが見られる場合を○、しわが明瞭に見られる場合を×とした。

ネック成形性の評価は、試料Ｎｏ.１〜２０についてボトル型飲料缶に成形して実施した。ＤＩ成形後の缶の口端部をトリムにより除去し、洗浄乾燥後、缶内外面に塗装印刷を施し、ボトル型飲料缶のネック成形に供した。なお、ＤＩ成形の際に、ネック成形加工を受ける部位の肉厚を薄くすることにより、ネック成形加工におけるカール部からネジ部にかけて生じる割れを促進評価した。４８０缶の製缶を行い、カール部からネジ部にかけて割れが発生した缶数を目視にて計数し、ネック成形不良率を求めた。ネック成形不良が認められない場合を◎、ネック成形不良率が５％以下の場合を○、ネック成形不良率が５％を超える場合を×とした。
試料Ｎｏ．２１〜２９については、３５０ｃｃ飲料缶に成形してネック成形性の評価を実施した。ＤＩ成形後の缶の口端部をトリムにより除去し、洗浄乾燥後、缶内外面に塗装印刷を施し、ダイネック成形およびスピンフロー成形を行い、内径およそ５５ｍｍの３５０ｃｃ飲料缶のネック形状とした。なお、ＤＩ成形の際に、ネック成形加工を受ける部位の肉厚を薄くすることにより、ネック成形加工におけるフランジ先端のしわ発生を促進評価した。２４缶の製缶を行い、フランジ先端のしわの程度を目視評価し、しわが認められないものを◎、極軽微なしわが認められるものを○、しわが明瞭に認められるものを×とした。

表１、表２において試料Ｎｏ.１〜６、９、１６〜２０、２４〜２７が実施例に相当し、低い耳率と良好なＤＩ成形性、ボトム成形性、ネック成形性を兼ね備えている。
これらの試料に対し、試料Ｎｏ.７、８、１０〜１５、２１〜２３、２８、２９が比較例に相当する。
Ｎｏ.７の試料は第１焼鈍保持温度を４００℃とした試料であるが、第１焼鈍保持温度が高過ぎた結果、耳率が高くなった。Ｎｏ.８の試料は第１焼鈍保持温度を３００℃とした試料であるが、第１焼鈍保持温度が低くなり過ぎた結果、耳率が高くなった。
Ｎｏ.１０の試料は第１冷延率を７７％とした試料であるが、第１冷延率を高くし過ぎると、第１冷延率の増加による耳率改善の効果は飽和し、熱間仕上圧延の仕上げ板厚が厚くなる（８ｍｍ）ため、生産性が低下する。
Ｎｏ.１１〜１３の試料は最終冷延率が６２％であり、最終冷延率が低すぎる試料であるが、ネック成形性に問題を生じた。Ｎｏ.１４の試料は中間焼鈍を施さない試料であるが、ＤＩ成形性、ボトム成形性に問題を生じた。
Ｎｏ.１５の試料は第２焼鈍保持温度が４００℃であり、第２焼鈍保持温度が低すぎた試料であるが、コイルの幅方向中央部と端部でＡＳＴＳを測定した値の最大差が８ＭＰa以上となり、コイル内で強度のばらつきが発生した。
Ｎｏ.２１〜２２の試料は最終冷延率が６３％であり、最終冷延率が低すぎる試料であるが、ネック成形性に問題を生じた。
Ｎｏ.１３、２３、２８の試料は焼鈍を１回のみ施した試料であるが耳率が高く、ネック成形性にも問題を生じた。
Ｎｏ.２９の試料は中間焼鈍を施さない試料であるが、ＤＩ成形性、ボトム成形性に問題を生じた。
これらの対比から、試料Ｎｏ.１〜６、９、１６〜２０、２４〜２７の実施例が示すように、表１に示す組成のアルミニウム合金の鋳塊を均質化処理、熱間圧延および熱間仕上圧延し、続いて圧下率を２０％以上７５％以下とする第１冷間圧延を行った後、連続焼鈍装置を用いて保持温度３３０〜３８０℃なる条件で第１中間焼鈍を行い、続いて圧下率１０〜２５％で第２冷間圧延を行った後、連続焼鈍装置を用いて保持温度４２０〜６００℃なる条件で第２中間焼鈍を行い、続いて圧下率６８％以上８５％以下の条件で最終板厚まで最終冷間圧延を行うことにより、耳率が低く、ＤＩ成形性、ボトム成形性、ネック成形性ともに優れたアルミニウム合金板を提供できることがわかる。

１…ブランク材、２…カップ、３…缶体、３Ａ…耳、４、６…搬送路、５、７…板材、１０…ボトル型飲料缶、１１…胴部、１２…肩部、１３…頸部、１４…ネジ部、１５…カール部、１６…底部、２０…熱間粗圧延機、２１、２２…ワークロール、２３、２４…バックアップロール、３０…熱間仕上圧延機、３１、３２…ワークロール、３３、３４…バックアップロール、３５、３６…送出巻取装置、４０…連続焼鈍装置、４１…供給ロール、４２…アルミニウム合金板材、４３、４６…緩衝装置、４４…炉体、４７…巻取ロール。

Claims (2)

1. 質量％で、Ｓｉ：０．２〜０．４５％、Ｆｅ：０．３〜０．５５％、Ｃｕ：０．１５〜０．５％、Ｍｎ：０．８〜１．２％、Ｍｇ：０．５〜１．７％、を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を溶製し、半連続鋳造して得た鋳塊を均質化処理の後、熱間圧延および熱間仕上圧延し、続いて圧下率を２０％以上７５％以下とする第１冷間圧延を行った後、連続焼鈍装置を用いて加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度３３０〜３８０℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で第１中間焼鈍を行い、続いて圧下率１０〜２５％で第２冷間圧延を行った後、連続焼鈍装置を用いて加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度４２０〜６００℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で第２中間焼鈍を行い、続いて圧下率６８％以上８５％以下の条件で最終板厚まで最終冷間圧延を行うことを特徴とするＤＩ成形性、ネック成形性、および耳率に優れる缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法。
2. 更に保持温度１２０〜１６０℃、保持時間３００秒〜６時間の条件で最終焼鈍を行うことを特徴とする請求項１に記載のＤＩ成形性、ネック成形性、および耳率に優れる缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法。

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