JP2021107578A - 成形性が向上したアルミニウムシート及び該アルミニウムシートから製造されたアルミニウム容器 - Google Patents

成形性が向上したアルミニウムシート及び該アルミニウムシートから製造されたアルミニウム容器 Download PDF

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Abstract

【課題】飲料容器等の加工性に優れる第１のアルミニウム合金シートを得ることと、前記シートから容器前駆体を形成することと、を含む方法提供する。【解決手段】３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金からなる第１インゴットを圧延することによって形成された第１のアルミニウム合金シートを得ることであって、前記第１のアルミニウム合金シートは、Ｍｎ含有量が０．４５〜０．９重量％であり、圧延前に、前記第１インゴットは、ｆ／ｒが７．６５未満の第１分散質を達成するのに十分な温度に十分な時間をかけて加熱されている、第１のアルミニウム合金シートを得ることと、前記第１のアルミニウム合金シートから容器前駆体を形成することと、を含む方法である。【選択図】図２

Description

＜関連出願の相互参照＞
本出願は、２０１６年８月３０日に出願された米国仮出願第６２／３８１，３４１号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
＜発明の分野＞
広義において、本発明は、飲料容器などの物品を成形するシステム及び方法に関する。
容器産業では、実質的に同じ形状の金属飲料容器が大量かつ比較的経済的に製造されている。造形された容器の製造において、容器の直径を拡大又は容器全体の直径を拡大するに際し、各金属容器を所定量拡張するために、幾つかの異なる拡張ダイを使用した幾つかの作業を必要とされることがしばしばある。また、容器のネック形成及び形状形成にダイが使用されている。各金属容器について所定量の拡径及び／又は減径を行うために、幾つかの異なるダイを使用して幾つかの作業を必要とされることがしばしばある。素材(blank)は、一端側に閉じた底部と他端側に開口端部とを有するカップに成形される。カップは、次に、ボディメーカー（例えば、再絞り工程及びしごき工程）を介して、缶に加工／成形される。容器の開口端部は、フランジ加工、カーリング、ネジ形成及び／又は他の加工を行うことによって、王冠キャップ、ツイストオフ王冠キャップ、ＲＯＰＰクロージャ、キャップ、及び継ぎ端部などのクロージャを受け入れることができるように仕上げられる。ネック形成工程、拡径工程、形状形成工程及び仕上げ工程では、カーリング割れ、容器破損、容器崩れ、しわ発生、ひだ発生、ネジ破損、ネジ崩れ、フランジ割れなどの容器不良を生じることがある。
＜要旨＞
方法は、３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金からなる第１インゴットを圧延することによって形成された第１のアルミニウム合金シートを得ることを含む。なお、圧延前に、前記第１インゴットは、ｆ／ｒが７．６５未満の第１分散質を達成するのに十分な温度に十分な時間をかけて加熱される。方法はまた、前記第１のアルミニウム合金シートから容器前駆体を形成することを含み、前記第１のアルミニウム合金シートが容器前駆体に形成されると、前記容器前駆体は、ｆ／ｒ値７．６５以上の第２分散質を有する第２インゴットから圧延された第２のアルミニウム合金シートから形成された容器前駆体と比べて、表面に観察されるストライエーション(striations)及びリッジ(ridges)が少ない。
幾つかの実施形態において、第１のアルミニウム合金シートは、０．００６インチ以上、０．０７インチ以下の厚さを有する。
幾つかの実施形態において、３ｘｘｘ系アルミニウム合金は、ＡＡ３ｘ０３、ＡＡ３ｘ０４及びＡＡ３ｘ０５からなる群から選択される。
幾つかの実施形態において、３ｘｘｘ系アルミニウム合金はＡＡ３１０４である。
幾つかの実施形態において、５ｘｘｘ系アルミニウム合金シートは、ＡＡ５０４３及びＡＡ５００６からなる群から選択される。
幾つかの実施形態において、第１分散質のｆ／ｒは約４．５以上、７．６５未満である。
幾つかの実施の形態において、第１のアルミニウム合金シート中のＭｎの量は０．４５重量％以上、０．９５重量％以下である。
幾つかの実施形態において、第１のアルミニウム合金シート中のＭｇの量は０．５重量％以上、０．９重量％以下である。
方法は、３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金からなる第１インゴットを、ｆ／ｒが７．６５未満の第１分散質を達成するのに十分な温度に十分な時間をかけて加熱することと、前記第１インゴットを、第１のアルミニウム合金シートに圧延することと、を含み、前記第１のアルミニウム合金シートが容器前駆体に形成されると、前記容器前駆体は、ｆ／ｒ値７．６５以上の第２分散質を有する第２インゴットから圧延された第２のアルミニウム合金シートから形成された容器前駆体と比べて、表面に観察されるストライエーション及びリッジが少ない。
幾つかの実施形態において、第１のアルミニウム合金シートは、０．００６インチ以上、０．０７インチ以下の厚さを有する。
幾つかの実施形態において、３ｘｘｘ系アルミニウム合金は、ＡＡ３ｘ０３、ＡＡ３ｘ０４及びＡＡ３ｘ０５からなる群から選択される。
幾つかの実施形態において、３ｘｘｘ系アルミニウム合金はＡＡ３１０４である。
幾つかの実施形態において、５ｘｘｘ系アルミニウム合金シートは、ＡＡ５０４３及びＡＡ５００６からなる群から選択される。
幾つかの実施形態において、第１分散質のｆ／ｒは約４．５以上、７．６５未満である。
幾つかの実施の形態において、第１のアルミニウム合金シート中のＭｎの量は０．４５重量％以上、０．９５重量％以下である。
幾つかの実施形態において、第１のアルミニウム合金シート中のＭｇの量は０．５重量％以上、０．９重量％以下である。
方法は、３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金からなる第１インゴットを圧延することによって形成された第１のアルミニウム合金シートを得ることと、前記第１のアルミニウム合金シートから容器を成形することと、を含み、前記第１インゴットは、圧延前に、ｆ／ｒが７．６５未満の第１分散質を達成するのに十分な温度に十分な時間をかけて加熱されており、前記第１のアルミニウム合金シートが容器に形成されると、前記容器は、ｆ／ｒ値が７．６５以上の第２分散質を有する第２インゴットから圧延された第２のアルミニウム合金シートから形成された容器と比べて、少なくも１つの容器欠陥を有さない。
幾つかの実施形態において、第１のアルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０７インチの厚さを有する。
方法は、３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金からなる第１インゴットを、ｆ／ｒが７．６５未満の第１分散質を達成するのに十分な温度に十分な時間をかけて加熱することと、前記第１インゴットを、第１のアルミニウム合金シートに圧延することと、を含み、前記第１のアルミニウム合金シートが容器に形成されると、前記容器は、ｆ／ｒ値が７．６５以上の第２分散質を有する第２インゴットから圧延された第２のアルミニウム合金シートから形成された容器と比べて、少なくも１つの容器欠陥を有さない。
幾つかの実施形態において、第１のアルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０７インチの厚さを有する。
本発明の実施形態は、上記の簡単な要約及び添付の図面に描かれた例示的実施形態を参照した以下の詳細な説明によって理解されることができる。しかしながら、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを示すものであり、本発明の範囲を限定するものと解されるべきでないことに留意されるべきである。本発明は同等に有効な他の実施形態も認められるものとする。
図１は、本開示の幾つかの実施形態によるアルミニウムシートの一部分を拡大して示す斜視図である。
図２は、本開示の幾つかの実施形態による一体型ドーム部を有するアルミニウムボトルの側面図である。
図３は、本開示の幾つかの実施形態によるプロセス工程を示す図である。
図４は、本開示の幾つかの実施形態による実施例の項で評価した３種類の合金と対照合金における様々な合金元素の組成を示すグラフである。
図５は、本開示の幾つかの実施形態における合金１〜３及び対照について、予熱１７時間後の後方散乱電子（Backscatter Electron: ＢＳＥ）顕微鏡写真を示す。
図６は、本開示の幾つかの実施形態における合金１〜３及び対照について、予熱５５時間後の後方散乱電子（ＢＳＥ）顕微鏡写真を示す。
図７は、本開示の幾つかの実施形態に基づいて従来の予熱と長時間の予熱をした合金１について、再絞り（二次）後のカップ表面外観の比較写真である。
図８は、本開示の幾つかの実施形態に基づいて従来の予熱と長時間の予熱をした合金３について、再絞り（二次）後のカップ表面外観の比較写真である。
図９は、本開示の幾つかの実施形態に基づいて従来の予熱と長時間の予熱をした合金２について、再絞り（二次）後のカップ表面外観の比較写真である。
図１０は、本開示の幾つかの実施形態に基づいて従来の予熱と長時間の予熱をした対照合金について、再絞り（二次）後のカップ表面外観の比較写真である。
図１１は、本開示の幾つかの実施形態による例示的方法のフローチャートを示す図である。
図１２は、本開示の幾つかの実施形態による例示的方法のフローチャートを示す図である。
理解を容易にするために、図面に共通の同一の要素を示すために同一の参照番号が使用されている。図は縮尺どおりに描かれておらず、明確にするために簡略化されている場合がある。一実施形態の要素及び特徴は、他の実施形態においても、さらなる説明を加えることなく組み込まれている。
＜詳細な説明＞
本発明について、添付の図面を参照してさらに説明するが、同様の構造については、幾つかの図を通して同じ参照番号が付されている。示された図は必ずしも縮尺とおりではなく、本発明の原理を説明することに重点が置かれている。さらに、幾つかの特徴については、特定の構成要素の詳細を示すために誇張されている場合がある。
図は、本明細書の一部を構成し、本発明の例示的な実施形態を含み、その様々な目的及び特徴を示す。さらに、図面は必ずしも縮尺とおりではなく、特徴の中には特定の構成要素の詳細を示すために誇張されている場合がある。加えて、図面に示された全ての寸法、仕様などは、例示的なものであって、限定するものでないことが意図されている。それゆえ、本明細書で開示される具体的構造的及び機能説明は、限定するものとして解釈されるべきではなく、本発明が様々に使用され得ることを当業者に教示するための代表的な例として解釈されるべきである。
開示された利点及び改良の中で、本発明の他の目的及び利点は、添付の図と併せて以下の説明から明らかになるであろう。本発明の詳細な実施形態を本明細書に開示するが、開示された実施形態は、様々な形態で具体化され得る本発明の単なる例示であることが理解されるべきである。さらに、本発明の様々な実施形態に関連して示される各実施例は、例示的であり、限定するものではないことが意図されている。
明細書及び特許請求の範囲全体を通して、以下の用語は、文脈上他に明確に示されない限り、明示的に関連づけられた意味を有するものとする。本明細書で使用する「一実施形態」及び「幾つかの実施形態」という語は、たとえそのように記載されていたとしても、必ずしも同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、本明細書で使用される「他の実施形態」及び「幾つかの他の実施形態」という語は、たとえそのように記載されていたとしても、必ずしも異なる実施形態を指すとは限らない。それゆえ、以下に説明するように、本発明の様々な実施形態は、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、容易に組み合わせることができる。
また、本明細書で使用される「を基準として(based on)」という用語は排他的なものではなく、文脈上他に明確に指示されていない限り、記載されていない追加の要素に基づくものを許容する。また、本明細書を通して、「１つの（ａ／ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、複数のものを指す場合も含まれる。「〜の中に（中の）（ｉｎ）」の意味は、「〜の中に（中の）（ｉｎ）」と「〜の上に（上の）（ｏｎ）」を含む。
図１１は、本開示の幾つかの実施形態による例示的方法１１００のフローチャートを示す。方法１１００は、１１０２において、３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金の第１インゴットを圧延することによって形成された第１のアルミニウム合金シートを得ることを含む。前記第１インゴットは、圧延前に、ｆ／ｒが７．６５未満の第１分散質を達成するのに十分な温度に十分な時間をかけて加熱されている。次に、方法１１００は、１１０４において、第１のアルミニウム合金シートから容器前駆体を形成することを含み、前記第１のアルミニウム合金シートが容器前駆体に形成されると、容器前駆体は、ｆ／ｒ値が７．６５以上の第２分散質を有する第２インゴットから圧延された第２のアルミニウム合金シートから形成された容器前駆体と比べて、表面に観察されるストライエーション及びリッジが少ない。
図１２は、本開示の幾つかの実施形態による例示的方法１２００のフローチャートを示す。方法１２００は、１２０２において、３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金からなる第１インゴットを、ｆ／ｒが７．６５未満の第１分散質を達成するのに十分な温度に十分な時間をかけて加熱することを含む。次に、方法は、１２０４において、前記第１インゴットを第１のアルミニウム合金シートに圧延することを含み、前記第１のアルミニウム合金シートが容器前駆体に形成されると、容器前駆体は、ｆ／ｒ値が７．６５以上の第２分散質を有する第２インゴットから圧延された第２のアルミニウム合金シートから形成された容器前駆体と比べて、表面に観察されるストライエーション及びリッジが少ない。
本明細書で使用される「容器前駆体(container precursor)」という語は、カップ又は１若しくは複数回再絞りされた(redrawn)カップのことをいう。幾つかの実施形態において、カップは、底部と、前記底部の周囲から周方向上向きに延びる周囲側壁と、を具えた構成である。幾つかの実施形態において、カップは、閉じた端部（底部）と開放された上端部とを有する一体型(one-piece)である。幾つかの実施形態において、平らな底部又はドーム部状の底部を有するように構成されたアルミニウム容器を形成するために、カップ（例えば、底部及び／又は側壁）に追加の成形工程を行うこともできる。
幾つかの実施形態において、図１に示されるアルミニウム合金シート１００は、ｆ／ｒ値が７．６５未満の分散質を有するＡＡ３ｘｘｘ又は５ｘｘｘ合金を含む。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、ＡＡ：３ｘ０３、３ｘ０４又は３ｘ０５のうちの１つを含む。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金は、ＡＡ３ｘ０３、ＡＡ３ｘ０４及びＡＡ３ｘ０５からなる群から選択される。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートはＡＡ３１０４を含む。幾つかの実施形態では、アルミニウム合金シートはＡＡ５０４３及びＡＡ５００６からなる群から選択される。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは圧延されたアルミニウム合金シートである。
幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０７インチの範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０６インチの範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０５インチの範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０４インチの範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０３インチの範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０２インチの範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０１インチの範囲の厚さを有する。
幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０１インチ〜０．０７インチの範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０１２インチ〜０．０７インチの範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０１４インチ〜０．０７インチの範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０１６インチ〜０．０７インチの範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０１８インチ〜０．０７インチの範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０２インチ〜０．０７インチの範囲の厚さを有する。
幾つかの実施形態において、３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金シートは適当なインゴットから形成される。前記インゴットは、ｆ／ｒ値が７．６５未満の分散質を有するのに十分な時間と十分な温度の予熱が施される。インゴットに対する予熱の実施は、適当な温度での予備均熱時間(presoak time)と適当な温度での均熱時間(soak time)とを加えたものを指す。
幾つかの実施形態において、分散質ｆ／ｒ値は７．６５未満である。幾つかの実施形態において、分散質ｆ／ｒ値は、７．５未満、７未満、６．５未満、６未満、５．５未満、５未満、４．５未満、４未満、３．５未満、３未満、２．５未満、２未満、１．５未満、１未満、又はそれより小さい。
幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートには、少なくとも幾つかの分散質が存在する。
幾つかの実施形態において、上記の分散質ｆ／ｒ値は、アルミニウムシートコイルとしてアルミニウム容器メーカー（例えば、アルミニウム缶及び／又はアルミニウムボトルのメーカー）に出荷されるアルミニウム合金シートを形成するために加工されるインゴットに対するものである。
本明細書で使用される「分散質(dispersoid)」という語は、インゴットの予熱実施中に生成する第２相粒子(second phase particles)を意味する。例えば、分散質は、３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金のどちらの合金においてもＭｎを含有する相である。
本明細書で使用される「分散質ｆ／ｒ」という語は、第２相の量を第２相のサイズで割算した比を意味する。
幾つかの実施形態において、３ｘｘｘ又は５ｘｘｘアルミニウム合金シートは、０．４重量％〜０．９５重量％のＭｎと、０．５重量％〜０．９重量％のＭｇとを含有し、ｆ／ｒ値が７．６５未満の分散質を有する。
幾つかの実施形態において、３ｘｘｘ又は５ｘｘｘのアルミニウム合金シートは、０．４重量％〜０．９５重量％のＭｎと、０．５重量％〜０．９重量％のＭｇとを含有し、ｆ／ｒ値が７．６５未満の分散質を有するのに十分な時間と十分な温度の予熱が施されたインゴットから形成される。
幾つかの実施形態において、Ｍｎ含有量は、少なくとも０．４５重量％、少なくとも０．５重量％、少なくとも０．５５重量％、少なくとも０．６０重量％、少なくとも０．６５重量％、少なくとも０．７０重量％、少なくとも０．７５重量％、少なくとも０．８重量％、少なくとも０．８５重量％、少なくとも９重量％、又は少なくとも０．９５重量％である。
幾つかの実施形態において、Ｍｎ含有量は、０．４５重量％以下、０．５重量％以下、０．５５重量％以下、０．６０重量％以下、０．６５重量％以下、０．７０重量％以下、０．７５重量％以下、０．８重量％以下、０．８５重量％以下、９重量％以下、又は０．９５重量％以下である。
幾つかの実施の形態において、Ｍｇ含有量は、少なくとも０．５重量％、少なくとも０．５５重量％、少なくとも０．６０重量％、少なくとも０．６５重量％、少なくとも０．７０重量％、少なくとも０．７５重量％、少なくとも０．８重量％、少なくとも０．８５重量％、又は少なくとも９重量％である。
幾つかの実施形態において、Ｍｇ含有量は、０．５重量％以下、０．５５重量％以下、０．６０重量％以下で、０．６５重量％以下、０．７０重量％以下、０．７５重量％以下、０．８重量％以下、０．８５重量％以下、又は０．９重量％以下である。
幾つかの実施形態において、図３に示されるように、上記した方法１１００、１２００は、３００において、容器前駆体から容器を形成することと、３１０において、（例えば、アルミニウムボトルの形状に対応するテーパ状ネックを形成するために）容器の一部分(portion)の直径を少なくとも２６％減少させることと、を含む。
幾つかの実施形態において、容器の直径を減少させることは、容器をネッキングダイでネッキングすることを含む（すなわち、複数の工程を通じて）。幾つかの実施形態において、方法１１００、１２００は、減少した直径を有する容器の前記一部分の区域(section)を拡大することをさらに含む。幾つかの実施形態では、前記区域は長さを有する。幾つかの実施形態では、前記長さは少なくとも０．３インチである。幾つかの実施形態では、前記長さは少なくとも０．４インチである。幾つかの実施形態でにおいて、方法１１００、１２００は、減少した直径を有する容器の前記一部分のネッキングされた区域を拡大することをさらに含む。幾つかの実施形態において、容器はボトルである。一実施形態では、ボトルは、ネック部直径が本体の直径よりも小さい剛性容器である。幾つかの実施形態では、容器は再密閉可能である。
図２は、本開示の幾つかの実施形態に基づいて形成されたドーム部２１０を有するアルミニウム容器（例えば、アルミニウムボトル）２００の例を示す。幾つかの実施形態において、ドーム部２１０は、アルミニウム容器２００の底部にあるドーム部２１０である。幾つかの実施形態において、アルミニウム容器２００は、ｆ／ｒ値が７．６５未満の分散質を有するＡＡ３ｘｘｘ又は５ｘｘｘ合金を含む。幾つかの実施形態において、アルミニウム容器２００は、第１直径２０２及び第２直径２０４を有し得る。幾つかの実施形態において、前記第１直径２０２は、アルミニウム容器２００のドーム部２１０以外の部分の最小直径である。前記第２直径２０４は、アルミニウム容器２００の最大直径である。幾つかの実施形態において、第１直径２０２は、アルミニウム容器２００のドーム部２１０とは反対側の第１端部にある。幾つかの実施形態において、第２直径２０４は、前記第１端部と前記ドーム部２１０との間にある。幾つかの実施形態では、第１直径２０２は第２直径２０４の７０％未満である。幾つかの実施形態では、第１直径２０２は第２直径２０４の６５％未満である。幾つかの実施形態では、第１直径２０２は第２直径２０４の６０％未満である。幾つかの実施形態では、第１直径２０２は第２直径２０４の５５％未満である。
幾つかの実施形態において、アルミニウム容器２００は、ＡＡ３ｘ０３、ＡＡ３ｘ０４又はＡＡ３ｘ０５のうちの１つを含む。幾つかの実施形態では、アルミニウム容器２００は、ＡＡ３１０４を含む。幾つかの実施形態では、アルミニウム容器２００は、ＡＡ５０４３及びＡＡ５００６からなる群から選択される。幾つかの実施形態において、アルミニウム容器２００はアルミニウムシートを絞ること(drawing)及びしごくこと(ironing)によって形成される。
本明細書の中で記載される合金及び質別(temper)は、アルミニウムに関する米国国家規格合金及び質別記号体系ＡＮＳＩ Ｈ３５．１（American National Standard Alloy and Temper Designation System for Aluminum ANSI H35.1）並びに、２００９年２月に改定された展伸用アルミニウム及び展伸用アルミニウム合金に関するアルミニウム協会国際合金記号及び化学組成限定（the Aluminum Association International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys）によって規定される。
＜実施例：成形性評価＞
厚さ０．０１８６インチの３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金シートから容器前駆体（例えば、カップ）を形成した。アルミニウム合金シートの成形性の評価は、ｆ／ｒ値が７．６５以上の分散質を有するアルミニウム合金シートから形成したカップと、ｆ／ｒ値が７．６５未満の分散質を有するアルミニウム合金シートから形成したカップとの比較により行なった。
カップ表面の外観を目視観察した。 １又は複数の実施形態において、カップ形成の改善は、１又は複数の基準によって定量化／評価されることでき、前記基準は、カップの廃棄に至るか、又は下流側でのネッキング、カーリング、ネジ形成、フランジ形成、若しくは拡径の作業で問題となる不良又は欠陥を生じる特徴を含む。
成形性特性は目視観察によって評価され、ｆ／ｒ値が７．６５以上の分散質を有する３ｘｘｘ系アルミニウム及び５ｘｘｘ系アルミニウムから形成されたカップと、ｆ／ｒ値が７．６５未満の分散質を有する３ｘｘｘ系アルミニウム及び５ｘｘｘ系アルミニウムシートから形成されたカップとを対比することによって行なった。
長時間の予熱時間では、評価された全ての事例のカップにおいて、滑らな外観を有することが視覚的に観察された（図７〜１０に示される）。それゆえ、予熱時間を長くすることより、アルミニウム合金シートの成形性が向上すると言える。すなわち、予熱時間が長いアルミニウム合金シートから再絞りされたカップは、予熱時間が長くないアルミニウム合金シートから再絞りされたカップよりも良好で改善された品質を有する。前記良好なカップは、下流での追加の成形加工によって、より良好なアルミニウム容器（すなわち、不良率及び／又は欠陥が少ない）に作られる。
商業的ボトルラインでは、これらのカップは、さらなる成形工程が行われ、前記成形工程には、カップを（ボディメーカーを介して）缶に加工する工程、ネッキング工程、拡径工程、ネジ形成工程、ナロウイング(narrowing)工程、カーリング工程、フランジ形成工程、又はクロージャ(closure)を受け入れるために容器の開口を形成する工程のうちの１又は複数の仕上げ工程を含む。ｆ／ｒ値が７．６５以上の分散質を有するシートから形成されたカップの表面に観察されたストライエーションとリッジは、商業的ボトルラインの続いて行われる成形加工において、（ｆ／ｒ値が７．６５未満の分散質を有するシートから形成されたカップで、そのような表面欠陥を有しないカップと比べて）高い不良率を有すると考えられる。不良の原因となる容器の欠陥は、例えば、カール割れ(curl splits)、容器破損(container fracture)、容器崩れ(container collapse)、しわ(wrinkles)、ひだ(puckers)、ネジ破損、ネジ崩れ、フランジ割れ(split flange)、又は表面仕上げのうちの１又は複数の欠陥が含まれる。
＜実施例：組成及び予熱(Preheat)の分散質ｆ／ｒに対する影響＞
組成及び／又は予熱実施のアルミニウムシートに対する影響を評価するために、３種類の異なる合金を、商業的に入手可能なボトル原料(bottlestock)合金の対照と比較した。
前記シートに対して、定量的微細構造キャラクタリゼーション(Quantitative Microstructure Characterization))（例えば、分散質ｆ／ｒの計算）を行なった。前記試料について、金属組織学的に調製した縦断面上の３箇所の厚さ位置におけるＳＥＭ画像を、後方散乱電子画像（１５画像）により、倍率１０ｋＸで収集した。図５は、本開示の幾つかの実施形態によるもので、合金１〜３と比較用の対照合金について１７時間の予熱後の後方散乱電子（ＢＳＥ）顕微鏡写真の例を示す。図６は、本開示の幾つかの実施形態によるもので、合金１〜３と比較用の対照合金について５５時間の予熱後の後方散乱電子（ＢＳＥ）顕微鏡写真の例を示す。
大きな平均原子番号を有する位置では、ＢＳＥ画像が明るく見える。つまり、 不溶性成分Ａｌ１２ ［Ｆｅ，Ｍｎ］３Ｓｉと分散質Ａｌ１２ Ｍｎ３Ｓｉは、アルミニウムマトリックスよりも明るい。得られた画像を画像分析を行い、直径＜５５０ｎｍ（０．５５μｍ）の全ての粒子を測定した。
分散質を同定し、これを利用して、分散質のｆ／ｒ値を定量化する。ＳＥＭにより、表面で１５画像、ｔ ／ ４（１／４平面）で１５画像、ｔ ／ ２（１／２平面）で１５画像のデジタル画像を収集した。グレイレベルの画像は、画像に対して２段階の区別がされており、所定の閾値サイズ［サブミクロンサイズの粒子上限］を超える全ての粒子は（構成として）切り捨てることにより、インゴットの特定位置における分散質（粒子＜所定の閾値）を定義する。
粒子が測定されると、それら粒子は横断面積の関数としてビンに分けられ(binned)、グループ化される。分散質の面積％（「ｆ」値）を得るには、ディケイド(decade)当たりビンが５つの対数領域(log space)において、各ビンにおける分散質の面積を合計し、測定された全面積(total area)で割算し、次に１００を掛算する。「ｒ」値を決定するには、ビンの上限(upper bin limit)＝円の面積（πｒ２）として、ｒの値を求める。個々のビンについて、分散質ｆ／ｒを計算し、次いで、個々の分散質ｆ／ｒを合計することにより、特定の合金試料（例えば、合金１〜３及び対照合金）の分散質ｆ／ｒが得られる。
ミクロ組織、機械的性質、及び成形性に対する予熱時間（従来の時間、及び従来より長時間）の影響を評価／決定するために、３種類の合金を対照合金と比較して評価した。
次の表は、ＳＥＭ画像及び定量的金属組織学を用いて、分散質（Ａｌ１２Ｍｎ３Ｓｉ）について、合金と予熱とによる差異を定量化したものである。
Figure 2021107578
合金１は、Ｓｉ０．２１重量％、Ｆｅ０．５１重量％、Ｃｕ０．１６重量％、Ｍｎ０．８８重量％、Ｍｇ０．５０重量％、残部アルミニウムの組成を有するアルミニウム合金シートである。合金２は、Ｓｉ０．２１重量％、Ｆｅ０．５２重量％、Ｃｕ０．１５重量％、Ｍｎ０．６９重量％、Ｍｇ０．７０重量％、残部アルミニウムの組成を有するアルミニウム合金シートである。合金３は、Ｓｉ０．２重量％、Ｆｅ０．５３重量％、Ｃｕ０．１５重量％、Ｍｎ０．５５重量％、Ｍｇ０．９９重量％、残部アルミニウムの組成を有するアルミニウム合金シートである。幾つかの実施形態では、対照合金はＡＡ３１０４である。図４は、本開示の幾つかの実施形態に係るもので、実施例の項で示された３種類の合金における様々な合金元素の組成をグラフで表している。
長時間の予熱時間では、面積％及び数密度が小さくなったことが観察された。また、予熱時間が１７時間の画像を、予熱時間が５５時間の画像と比較すると、構成相(constituent phase)の成長が分散質を犠牲にして起こったことが観察された。さらに、分散質粒子の直径に僅かな変化が観察された。また、長時間（５５時間）の予熱により、全ての試料（すなわち、合金１〜３及び対照合金）について、分散質ｆ／ｒ値に有意な低下が観察された。
ｆ／ｒが７．６５未満の分散質を有するシートを製造するための１つの方法は、缶シートに利用される標準的な製造目標における予熱の実施時間を増やすことである。
特定のメカニズム及び／又は理論に拘束されるものでないが、予熱の均熱温度が上昇するにつれて、最も小さい分散質Ａｌ１２ Ｍｎ３Ｓｉは、熱力学的に不安定になり溶解すると考えられる。固溶体に戻るＭｎは、より大きな粒子（構成成分又は分散質のどちらも、大きな粒子が小さな粒子を犠牲にして成長する）に拡散する。特定のメカニズム及び／又は理論に拘束されるものでないが、この拡散により、不溶性構成成分の量が増加し、分散質の量が減少すると考えられる（すなわち、これらの相の総量は一定のままである）。このプロセスは、予熱均熱時間の増加及び／又は予熱均熱温度の上昇によって持続する。
幾つかの実施形態において、アルミニウムシート用のインゴットの予熱時間は、１０８０°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３０〜４０時間の均熱、又は１０８５°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３０〜４０時間の均熱、又は１０９０°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３０〜４０時間の均熱、又は１０９５°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３０〜４０時間の均熱 、又は１１００°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３０〜４０時間の均熱である。さらに長い時間又は高い温度を適用することができる。
幾つかの実施形態において、アルミニウムシート用のインゴットの予熱時間は、１０８０°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３５〜４０時間の均熱、又は１０８５°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３５〜４０時間の均熱、又は１０９０°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３５〜４０時間の均熱、又は１０９５°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３５〜４０時間の均熱 、又は１１００°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３５〜４０時間の均熱である。さらに長い時間又は高い温度を適用することができる。
幾つかの実施形態において、アルミニウムシート用のインゴットの予熱時間は、１０８０°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３７〜４０時間の均熱、又は１０８５°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３７〜４０時間の均熱、又は１０９０°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３７〜４０時間の均熱、又は１０９５°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３７〜４０時間の均熱 、又は１１００°Ｆで３時間の予備均熱プラス１０６０°Ｆで３７〜４０時間の均熱である。さらに長い時間又は高い温度を適用することができる。
本開示の様々な実施形態を詳細に説明したが、当業者であれば、それら実施形態の変形及び適用を思いつくであろうことは明らかである。しかしながら、そのような変形及び適用は本開示の精神及び範囲内にあることは理解されるべきである。
幾つかの実施形態において、第１のアルミニウム合金シートは、０．００６インチ（０．１５２ｍｍ）以上、０．０７インチ（１．７７８ｍｍ）以下の厚さを有する。
幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０７インチ（０．１５２〜１．７７８ｍｍ）の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０６インチ（０．１５２〜１．５２４ｍｍ）の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０５インチ（０．１５２〜１．２７ｍｍ）の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０４インチ（０．１５２〜１．０１６ｍｍ）の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０３インチ（０．１５２〜０．７６２ｍｍ）の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０２インチ（０．１５２〜０．５０８ｍｍ）の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．００６インチ〜０．０１インチ（０．１５２〜０．２５４ｍｍ）の範囲の厚さを有する。
幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０１インチ〜０．０７インチ（０．２５４〜１．７７８ｍｍ）の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０１２インチ〜０．０７インチ（０．３０５〜１．７７８ｍｍ）の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０１４インチ〜０．０７インチ（０．３５６〜１．７７８ｍｍ）の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０１６インチ〜０．０７インチ（０．４０６〜１．７７８ｍｍ）の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０１８インチ〜０．０７インチ（０．４５７〜１．７７８ｍｍ）の範囲の厚さを有する。幾つかの実施形態において、アルミニウム合金シートは、０．０２インチ〜０．０７インチ（０．５０８〜１．７７８ｍｍ）の範囲の厚さを有する。
幾つかの実施形態において、Ｍｎ含有量は、少なくとも０．４５重量％、少なくとも０．５重量％、少なくとも０．５５重量％、少なくとも０．６０重量％、少なくとも０．６５重量％、少なくとも０．７０重量％、少なくとも０．７５重量％、少なくとも０．８重量％、少なくとも０．８５重量％、少なくとも０．９重量％、又は少なくとも０．９５重量％である。
幾つかの実施形態において、Ｍｎ含有量は、０．４５重量％以下、０．５重量％以下、０．５５重量％以下、０．６０重量％以下、０．６５重量％以下、０．７０重量％以下、０．７５重量％以下、０．８重量％以下、０．８５重量％以下、０．９重量％以下、又は０．９５重量％以下である。
幾つかの実施の形態において、Ｍｇ含有量は、少なくとも０．５重量％、少なくとも０．５５重量％、少なくとも０．６０重量％、少なくとも０．６５重量％、少なくとも０．７０重量％、少なくとも０．７５重量％、少なくとも０．８重量％、少なくとも０．８５重量％、又は少なくとも０．９重量％である。
幾つかの実施形態において、容器の直径を減少させることは、容器をネッキングダイでネッキングすることを含む（すなわち、複数の工程を通じて）。幾つかの実施形態において、方法１１００、１２００は、減少した直径を有する容器の前記一部分の区域(section)を拡大することをさらに含む。幾つかの実施形態では、前記区域は長さを有する。幾つかの実施形態では、前記長さは少なくとも０．３インチ（７．６２ｍｍ）である。幾つかの実施形態では、前記長さは少なくとも０．４インチ（１０．１６ｍｍ）である。幾つかの実施形態でにおいて、方法１１００、１２００は、減少した直径を有する容器の前記一部分のネッキングされた区域を拡大することをさらに含む。幾つかの実施形態において、容器はボトルである。一実施形態では、ボトルは、ネック部直径が本体の直径よりも小さい剛性容器である。幾つかの実施形態では、容器は再密閉可能である。
厚さ０．０１８６インチ（０．４７２ｍｍ）の３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金シートから容器前駆体（例えば、カップ）を形成した。アルミニウム合金シートの成形性の評価は、ｆ／ｒ値が７．６５以上の分散質を有するアルミニウム合金シートから形成したカップと、ｆ／ｒ値が７．６５未満の分散質を有するアルミニウム合金シートから形成したカップとの比較により行なった。
粒子が測定されると、それら粒子は横断面積の関数としてビンに分けられ(binned)、グループ化される。分散質の面積％（「ｆ」値）を得るには、ディケイド(decade)当たりビンが５つの対数領域(log space)において、各ビンにおける分散質の面積を合計し、合計された分散質の面積を、ＳＥＭ画像によって測定されたインゴットの全面積(total area)で割算し、次に１００を掛算する。「ｒ」値を決定するには、ビンの上限(upper bin limit)＝円の面積（πｒ２）として、ｒの値（粒子の半径（ｄ／２）であり、その単位はナノメートル）を求める。個々のビンについて、分散質ｆ／ｒを計算し、次いで、個々の分散質ｆ／ｒを合計することにより、特定の合金試料（例えば、合金１〜３及び対照合金）の分散質ｆ／ｒ値が得られる。
合金１は、Ｓｉ０．２１重量％、Ｆｅ０．５１重量％、Ｃｕ０．１６重量％、Ｍｎ０．８８重量％、Ｍｇ０．５０重量％、残部アルミニウムの組成を有するアルミニウム合金シートである。合金２は、Ｓｉ０．２１重量％、Ｆｅ０．５２重量％、Ｃｕ０．１５重量％、Ｍｎ０．６９重量％、Ｍｇ０．７０重量％、残部アルミニウムの組成を有するアルミニウム合金シートである。合金３は、Ｓｉ０．２重量％、Ｆｅ０．５３重量％、Ｃｕ０．１５重量％、Ｍｎ０．５５重量％、Ｍｇ０．９重量％、残部アルミニウムの組成を有するアルミニウム合金シートである。幾つかの実施形態では、対照合金はＡＡ３１０４である。図４は、本開示の幾つかの実施形態に係るもので、実施例の項で示された３種類の合金における様々な合金元素の組成をグラフで表している。

Claims (20)

  1. ３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金からなる第１インゴットを圧延することによって形成された第１のアルミニウム合金シートを得ることであって、前記圧延前に、前記第１インゴットは、ｆ／ｒが７．６５未満の第１分散質を達成するのに十分な温度に十分な時間をかけて加熱されている、第１のアルミニウム合金シートを得ることと、
    前記第１のアルミニウム合金シートから容器前駆体を形成することと、を含む方法であって、
    前記第１のアルミニウム合金シートが容器前駆体に形成されると、前記容器前駆体は、ｆ／ｒ値７．６５以上の第２分散質を有する第２インゴットから圧延された第２のアルミニウム合金シートから形成された容器前駆体と比べて、表面に観察されるストライエーション及びリッジが少ない、方法。
  2. 前記第１のアルミニウム合金シートは、０．００６インチ以上、０．０７インチ以下の厚さを有する、請求項１の方法。
  3. 前記３ｘｘｘ系アルミニウム合金は、ＡＡ３ｘ０３、ＡＡ３ｘ０４及びＡＡ３ｘ０５からなる群から選択される、請求項１の方法。
  4. 前記３ｘｘｘ系アルミニウム合金はＡＡ３１０４である、請求項１の方法。
  5. 前記５ｘｘｘ系アルミニウム合金シートは、ＡＡ５０４３及びＡＡ５００６からなる群から選択される、請求項１の方法。
  6. 前記第１分散質のｆ／ｒは約４．５以上、７．６５未満である、請求項１の方法。
  7. 前記第１のアルミニウム合金シート中のＭｎの量は０．４５重量％〜０．９５重量％である、請求項１の方法。
  8. 前記第１のアルミニウム合金シート中のＭｇの量は０．５重量％〜０．９重量％である、請求項１の方法。
  9. ３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金からなる第１インゴットを、ｆ／ｒが７．６５未満の第１分散質を達成するのに十分な温度に十分な時間をかけて加熱することと、
    前記第１インゴットを第１のアルミニウム合金シートに圧延することと、を含む方法であって、
    前記第１のアルミニウム合金シートが容器前駆体に形成されると、前記容器前駆体は、ｆ／ｒ値が７．６５以上の第２分散質を有する第２インゴットから圧延された第２のアルミニウム合金シートから形成された容器前駆体と比べて、表面に観察されるストライエーション及びリッジが少ない、方法。
  10. 前記第１のアルミニウム合金シートは、０．００６インチ以上、０．０７インチ以下の厚さを有する、請求項９の方法。
  11. 前記３ｘｘｘ系アルミニウム合金は、ＡＡ３ｘ０３、ＡＡ３ｘ０４及びＡＡ３ｘ０５からなる群から選択される、請求項９の方法。
  12. 前記３ｘｘｘ系アルミニウム合金はＡＡ３１０４である、請求項９の方法。
  13. 前記５ｘｘｘ系アルミニウム合金シートは、ＡＡ５０４３及びＡＡ５００６からなる群から選択される、請求項９の方法。
  14. 前記第１分散質のｆ／ｒは約４．５以上、７．６５未満である、請求項９の方法。
  15. 前記第１のアルミニウム合金シート中のＭｎの量は０．４５重量％〜０．９５重量％である、請求項９の方法。
  16. 前記第１のアルミニウム合金シート中のＭｇの量は０．５重量％〜０．９重量％である、請求項９の方法。
  17. ３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金からなる第１インゴットを圧延することによって形成された第１のアルミニウム合金シートを得ることであって、前記第１インゴットが、圧延前に、ｆ／ｒが７．６５未満の第１分散質を達成するのに十分な温度に十分な時間をかけて加熱されている、第１のアルミニウム合金シートを得ることと、
    前記第１のアルミニウム合金シートから容器を成形することと、を含む方法であって、
    前記第１のアルミニウム合金シートが容器に形成されると、前記容器は、ｆ／ｒ値が７．６５以上の第２分散質を有する第２インゴットから圧延された第２のアルミニウム合金シートから形成された容器と比べて、少なくも１つの容器欠陥を有さない、方法。
  18. 前記第１のアルミニウム合金シートは、０．００６インチ以上、０．０７インチ以下の厚さを有する、請求項１７の方法。
  19. ３ｘｘｘ系又は５ｘｘｘ系アルミニウム合金からなる第１インゴットを、ｆ／ｒが７．６５未満の第１分散質を達成するのに十分な温度に十分な時間をかけて加熱することと、 前記第１インゴットを、第１のアルミニウム合金シートに圧延することと、を含む方法であって、
    前記第１のアルミニウム合金シートが容器に形成されると、前記容器は、ｆ／ｒ値が７．６５以上の第２分散質を有する第２インゴットから圧延された第２のアルミニウム合金シートから形成された容器と比べて、少なくも１つの容器欠陥を有さない、方法。
  20. 前記第１のアルミニウム合金シートは、０．００６インチ以上、０．０７インチ以下の厚さを有する、請求項１９の方法。
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