JP2597025B2 - 耐孔食性に優れた缶容器蓋用アルミニウム合金圧延複合板 - Google Patents

耐孔食性に優れた缶容器蓋用アルミニウム合金圧延複合板

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JP2597025B2 JP2058013A JP5801390A JP2597025B2 JP 2597025 B2 JP2597025 B2 JP 2597025B2 JP 2058013 A JP2058013 A JP 2058013A JP 5801390 A JP5801390 A JP 5801390A JP 2597025 B2 JP2597025 B2 JP 2597025B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、缶胴を鉄とする缶容器の蓋の材料に使用す
るアルミニウム合金圧延複合板に関するものである。
〔従来の技術〕
食品容器としての金属缶の組み合わせは、缶胴にアル
ミニウム合金、缶蓋にもアルミニウム合金が使用される
場合、缶胴、缶蓋にブリキあるいはティンフリースチー
ル等の鉄が使用される場合、そして、缶胴に鉄、缶蓋に
アルミニウム合金が使用される場合が一般的なものであ
る。
缶蓋として使用されるアルミニウム合金は、ひきちぎ
れ性、成形性などにすぐれており、一方缶蓋として使用
される鉄は缶蓋強度にすぐれている。しかし鉄蓋のひき
ちぎれ性は不良であるため、EOE缶には使用できないな
ど用途が限定される。よって一般に、缶蓋用材料として
はJIS5052、5182に代表されるAl−Mg合金が使用されて
いる。
〔発明が解決しようとする課題〕
缶胴、缶蓋すべてがアルミニウム合金からなる金属缶
の場合、塩分などの腐食成分を含んでいても何等問題は
ない。しかしながらコスト・強度面から鉄とアルミニウ
ム合金を組み合わせて使用する場合にはアルミニウム合
金缶蓋に孔食が発生することがある。すなわち、アルミ
ニウム合金缶蓋の保護膜である塗装が不充分であるか、
成形により塗膜の損傷を受けるか、Cl-イオン濃度が高
いか、あるいは溶存酸素濃度が高いなどの腐食条件が厳
しい場合、FeとAlの電位差によるガルバニック作用によ
り局部溶解・孔食を発生し、窄孔を生ずる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等は上記に説明したアルミニウム合金使用上
の問題点を解決するために、これまでに、Tiを添加する
ことにより、Ti濃縮層を生成させ耐孔食性に優れたアル
ミニウム合金圧延板を開発したが(特願平1−76553
号)、さらに鋭意研究を進めた結果この合金を芯材に
し、Al含有量99.0wt%以上のAl合金を皮材として芯材に
クラッドすることにより更に優れた耐食性、特に耐孔食
性を有する食品容器用アルミニウム合金圧延複合板を開
発するに至った。
本発明に係る耐孔食性に優れた容器蓋用アルミニウム
合金は、Ti:0.05〜1.0wt%およびMn0.05〜2.5wt%、Cu
0.05〜1.0wt%の一種または二種を含有し、残部がアル
ミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を
芯材とし、この芯材にAl含有量99.0%以上のAl合金を皮
材としてクラッドした缶胴を鉄とする食品容器蓋用アル
ミニウム合金圧延複合板を第1の発明とし、Ti:0.05〜
1.0wt%、およびMn0.05〜2.5wt%,Cu0.05〜1.0wt%の一
種又は二種、およびMg:0.05〜5.0wt%を含有し、残部が
アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合
金を芯材とし、この芯材にAl含有量99.0wt%以上のAl合
金を皮材としてクラッドした缶胴を鉄とする食品容器蓋
用アルミニウム合金圧延複合板を第2発明とする二つの
発明からなるものである。
本発明に係る耐孔食性に優れた食品容器用アルミニウ
ム合金の各成分の限定理由をまず芯材について次に皮材
について説明する。
芯材 Ti: 第1発明、第2発明のいずれにおいてもTiは耐孔食性
向上の基本元素である。従来微細化成分として考えられ
ていたTiはBと共にTiB2を形成して鋳塊結晶粒微細化に
効果がある。しかし、耐孔食性向上のためにはTiの他に
Bがアルミニウム合金中に存在することは必要でなく、
むしろTiがTiB2として完全に固定されると、耐孔食性は
向上しない。したがって、Bは全く添加しないかあるい
は結晶微細化のために添加するにしても50ppm以下が好
ましい。
Tiは圧延板表面にこれと平行な濃縮層を作る。すなわ
ち、EPMA等の微小部分定量機器で圧延板断面を測定する
と、全体の平均含有量より2倍以上の高濃度偏析領域が
圧延板表面と平行に存在するのが認められる。これがTi
濃縮層である。Ti濃縮層は、含有TiによりCl-含有液中
の腐食速度を遅延させる働きと共に、腐食進展方向を圧
延面に平行な層状の方向に変えることによって孔食を起
こり難くし、腐食が圧延板の表面全体でゆっくり進行さ
せる働きをもつ。TiがTi濃縮層に偏析した当然の結果と
して、Ti濃縮層に接してTi濃度が添加含有量よりも低い
層状領域が存在する。このような相対的にTi濃度に低い
部分では腐食速度が速くなり、Ti無添加合金とほぼ同等
のレベルになる。しかしながら、Ti濃縮層が塩分などの
腐食成分のバリヤーとして働き、この結果耐孔食性は飛
躍的に向上する。
Ti濃縮層と低Ti濃縮層はAl中のTi固溶量の差異により
生じる。一方Tiは鋳造時に初晶として晶出すると、Alと
の巨大金属間化合物が生成され、多量の初晶が生成され
る場合はAl地中の固溶Ti量は少なくなり、Ti固溶量の差
異が少なくなる。したがって、Ti濃縮層を積極的に生成
されるためには、連続鋳造法などの冷却速度が速い鋳造
法を採用することが好ましい。
耐孔食性はTi添加量とともに向上する。しかし、Ti含
有量が0.05wt%未満では耐孔食性向上の効果は弱い。一
方、Tiを1.0wt%を超えて含有させた場合圧延性・加工
性を損なうため上限を1.0wt%とした。好ましくは、0.1
5〜0.80wt%のTi含有量範囲が耐孔食性にも優れ、加工
性にも優れる。
Cu,Mn: Cu,Mnの一種または二種をTiに加えてさらに添加する
ことにより、耐孔食性がさらに向上する。CuはAl合金の
マトリックスそのものの電位を貴にするため、芯材と皮
材の自然電極電位を遠ざけ、耐孔食性が向上する。Cuを
添加した場合、Tiの添加は少なくすることができ、板の
圧延性および缶蓋の成形性を向上することができる。Cu
を1.0wt%以上を添加した場合、鋳造時に割れを発生し
やすくなり、操業上好ましくないので、Cu添加量の上限
を1.0wt%とする。Cuの添加量が0.05wt%未満では耐孔
食性向上効果が現われないので、Cu添加量の下限は0.05
wt%である。
Mnは孔食の発生を助長するFe系の晶出物あるいは析出
物の発生を防止しかつMn系の晶出物は電位がアルミニウ
ム合金のマトリックスと非常に近いために、Mnは耐孔食
性向上に効果がある。Mnの添加量が0.05wt%以下ではFe
量が多い場合その悪影響を排除することができず、2.5w
t%以上では効果があるものの板の圧延性および缶蓋の
加工性を劣化するため、下限を0.05wt%、上限を2.5wt5
%とした。
なお、MnもCuと同様にTiの添加量を少なくし、圧延性
および加工性を向上することに有効である。したがっ
て、本発明のTi,Cu,Mnの添加量範囲において、耐孔食性
と圧延性・加工性がバランスするようにこれら元素の添
加量を定めることが必要である。尚、Cu,Mnは強度向上
にも有効な元素である。
Mn,Cuを添加することにより、Ti含有量が0.5%以下で
耐孔食性と圧延性・加工性が良好にバランスした圧延板
を得ることができる。
Mg: Mgは、一般に、圧延性を劣化させることが少なく強度
を向上させるが耐孔食性を劣化させる。ところが、Ti,C
u,MnとともにMgを添加するとMg添加による悪影響を顕現
させることなく強度向上を図ることができる。Mgの添加
量は強度向上の効果が現われる0.05wt%を好ましい下限
とし、上限は圧延性上の操業リミットである5.0wt%と
した。なお、Mgを添加する場合、溶湯酸化を防止するた
めや板表面の酸化皮膜の成長を抑えるためにBeを100ppm
未満添加してもよい。
Cr,Zr,Vは焼付け時の軟化を遅らせるなど耐熱性向上
のために添加してもよいが、Tiと同時に添加した場合、
初晶の発生を促すので、0.2wt%以下に抑える必要があ
る。また耐孔食性を向上するためZnを添加しても良い
が、多すぎると皮材との電位差が小さくなり犠牲陽極効
果がなくなるので0.3wt%以下に抑える必要がある。上
記元素の他、通常のアルミニウム合金と同様にFe,Siが
不可避不純物として含有される。これらは、いずれも耐
孔食性を劣化させるので少なければ少ないほど良い。し
かし、Mnが添加される場合には総量0.5wt%までの不純
物含有が許容される。
皮材 次に皮材をAl含有量99.0wt%以上のAl合金としたの
は、Al含有量がこれ未満ではアルミニウム合金複合板と
しての耐孔食性および成形性が低下するためである。Al
含有量がこれ以上であれば、他の元素が含まれていても
よい。
本発明において芯材に対する皮材のクラッド率には特
に制限は無いが5〜15%の範囲が適当である。又、皮材
は芯材の片面に設けられ、缶容器の内面側となる。
なお、本発明合金圧延複合板の製造方法は特に限定さ
れるものではない。例えば、鋳造はDC鋳造でもCC鋳造で
もよく、圧延途中に必要に応じて中間焼鈍を入れる場合
にもバッチ焼鈍でも連続焼鈍でもよく、要求板厚に応じ
て圧下率を任意に定めることができる。
〔作用〕
缶内面の塗装が不完全であるなどの原因によって、皮
材の一部が孔食により孔があき芯材が露出した場合、あ
るいは缶の加工中に芯材が一部露出した場合、皮材が犠
牲陽極となり、皮材が完全になくなるまで犠牲防食効果
を発揮する。芯材はTi濃縮層によりすぐれた耐孔食性を
有するが、犠牲防食効果によりよりすぐれた耐孔食性を
発揮することができる。
次に本発明に係る耐孔食性に優れた食品容器用アルミ
ニウム合金圧延板の実施例について説明する。
〔実施例〕
第1表に示す含有成分のアルミニウム合金を、実験室
規模で、40mm銅モールド、20mmまたは40mm鉄モールド、
一方向凝固装置および小型連鋳装置を用いて鋳造した。
凝固速度は、小型連鋳造機>一方向凝固(凝固端より15
mm)>40mm銅モールド>40mm鉄モールド>20mm鉄モール
ドの順であった。鋳造後一率に550℃×1時間の均熱
し、その後熱間圧延を行って得られた芯材の一面に皮材
を合わせ、通常の熱間圧延、冷間圧延により、0.28mm板
厚(うち皮材の厚さ0.03mm)のアルミニウム合金複合板
を作製した。耐孔食性腐食試験は、通常缶蓋で行われる
塗装焼付け後の試験より厳しい条件である塗装せずに焼
付けに相当する熱処理(200℃×20分、又は270℃×20
秒)のみを行った状態で行った。一方の極に芯材側をシ
ールした供試合金板を、対極にブリキを導線でつなぎ、
試験液中に40℃で24時間浸漬した後の供試合金板の孔食
深さを測り、耐孔食性を比較した。尚、芯材のみの場合
も比較例として実験した。
試験液はNaCl、CuCl2で調整しpH6.0、Cl-濃度が20000
ppm、Cu2+濃度が1.08ppmのものである。表中、「加工
性」は、圧延性と、製品圧延板の成形性を総合して、◎
非常に容易、○容易、×難の三段階で評価した。また、
Ti濃縮層数はEPMA(島津製作所製8705型)で芯材の圧延
板表面から深さ100μm当たりの層数を測定した値であ
る。
本発明合金圧延複合板No.1〜8のうち、No.1〜4はM
g,Cr,Fe,Siは不純物である第1発明の実施例であり、N
o.5〜8はMgが合金元素であり、Cr,Fe,Siが不純物であ
る第2発明の実施例である。
表1から明らかなように、本発明に係わる合金圧延複
合板は芯材のみの試料や1100、5052、5082合金と比較し
て耐孔食性に優れており、加工性は1100、5052合金と同
等である。
また、本発明に係わる合金圧延板芯材の孔食深さ、Ti
濃縮層数及び組成の関係をみると、Ti量が多く、Ti濃縮
層数が多い法が、孔食深さが浅くなっている。(合金9
〜14) なお、Ti添加量、Tiの固溶量に影響する第3元素の
量、鋳造速度などを変化させて、Ti濃縮層を変化させた
ところ、Ti濃縮層数は少なくとも片側(塩分を含む溶液
と接触する側)の表面から100μmで8層以上あると耐
孔食性が良好な結果を得られた。
表1中の合金5〜合金8はプロセスを従来法の範囲で
調整しても、ベーキング後の耐力で20kgf/mm2から39kgf
/mm2が可能となり、極めて高強度の缶蓋が得られる。
〔発明の効果〕
このように本発明の耐孔食性に優れた食品容器用アル
ミニウム合金圧延複合板は耐孔食性が極めて良好であ
り、たとえ芯材が腐食した場合でも深い孔食が発生しな
いため、食塩を含有した飲料、食品スチール缶の蓋には
好適である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B65D 8/00 B65D 8/00 Z

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】缶胴を鉄とする缶容器蓋に用いられ、Ti:
    0.05〜1.0wt%,およびMn:0.05〜2.5wt%以下とCu:0.05
    〜1.0wt%の1種または2種を含有し、残部がアルミニ
    ウムおよび不可避不純物からなり、かつ圧延面と平行な
    Ti濃縮層を有するアルミニウム合金を芯材とし、この芯
    材にAl含有量99.0wt%以上のアルミニウムを皮材として
    クラッドしてなる耐孔食性に優れた缶容器蓋用アルミニ
    ウム合金圧延複合板。
  2. 【請求項2】上記芯材がMg0.05〜5.0wt%をさらに含有
    し、この芯材にAl含有量99.0wt%以上のアルミニウムを
    皮材としてクラッドしてなる請求項1記載の耐孔食性に
    優れた缶容器蓋用アルミニウム合金圧延複合板。
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