JP3241064B2 - 耐軟化性に優れた飲料缶蓋用アルミニウム合金硬質板の製造方法 - Google Patents

耐軟化性に優れた飲料缶蓋用アルミニウム合金硬質板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、コーヒー、ウーロン茶
などのレトルト飲料缶用缶蓋に用いるアルミニウム合金
板材の製造方法に関し、特に250〜300℃で防食用塗料な
どを塗布乾燥するとき、材料が軟化せず、高強度を保
ち、しかも成形性に優れた硬質板の製造方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】コーヒー、ウーロン茶などを缶に充填す
る際に、殺菌のための加熱、いわゆるレトルト加熱が必
要となっている。また、レトルト飲料缶では、アルミニ
ウム合金を腐食させやすい成分を含むために、缶の内部
には防食効果の高い高分子樹脂の塗装が施されている。
高分子樹脂の塗料としては、ビニル系、ビニルオルガノ
ゾル系、エポキシアミノ系、エポキシフェノール系、エ
ポキシアクリル系などがある。帯(板)状硬質板は塗装
に際し、ロールコータ等で塗料を塗布し、塗膜性能の要
求から連続熱処理炉で250〜300℃で乾燥処理され
る。
【0003】従来、コーヒー、ウーロン茶などのレトル
ト飲料缶用缶蓋に用いるアルミニウム合金板材の製造方
法は、アルミニウム合金鋳塊を均質化処理した後、熱間
圧延により3〜5mm厚さとし、(1)冷間圧延→中間焼鈍(3
00〜450℃)→最終冷間圧延する方法、または、(2)熱間
圧延で2mm程度の板厚とし、その板厚で中間焼鈍する
か、または熱間圧延のまま最終冷間圧延を行い、0.4mm
以下の硬質板とする方法が一般的である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記レトルト飲料缶の
缶蓋用アルミニウム合金板材は、ロールコータ等で高分
子樹脂塗料を塗布し、連続加熱炉で250〜300℃に加熱
し、焼き付け・乾燥させる。このとき上記従来材では、
軟化してしまい、強度低下をきたし、材料の薄肉化が達
成されないという欠点があった。
【0005】そこで本発明の目的は、耐軟化性のさらに
優れたアルミニウム合金硬質板の製造方法を提供するも
のである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、Mn、Cu、Si、Fe、Ti、Bの添加と低温熱
処理によりAl−Mn系の化合物を微細に析出させて塗
装焼付処理時の耐軟化性を改善するとともに、最終板の
強度、成形加工性と途中製造工程との関連性を検討した
結果として、冷間圧延と再結晶のための熱処理工程を途
中工程に付加することにより、強度、成形性の優れた硬
質板が得られることを発見し、本発明を完成した。
【0007】すなわち、本発明の要旨は、Mg:3.0
〜6.0%、Mn:0.4〜0.8%、Cu:0.05
〜0.4%、Si:0.05〜0.5%、Fe:0.1
〜0.5%、Ti:0.01〜0.05%、B:0.0
001〜0.0010%を含み、残部Al及び不可避的
不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を、均質化処理し
た後板厚2〜6mmまで熱間圧延し、ついで冷間圧延後
再結晶のための焼鈍を行い、圧下率30%を越える冷間
圧延をした後、200〜250℃で1時間以上の熱処理
を行い、その後、50%以上の最終冷間圧延を行うこと
を特徴とする耐軟化性に優れた飲料缶蓋用アルミニウム
合金硬質板の製造方法である。
【0008】
【作用】本発明のアルミニウム合金の成分および処理条
件を規定した理由について述べる。
【0009】Mg:Mgは本発明における基本的な添加
元素であり、強度に寄与する。Mgが3.0%未満では要
求される強度が得られない。6%を越えると熱延時に割
れを生じやすくなる。
【0010】Mn:Mnは耐軟化性を向上させるのに不
可欠な添加元素である。その添加量が 0.4%未満では十
分な効果が得られない。0.8%を越えると熱間加工性が
低下し、さらに造塊時にAl−Fe−Mn系の粗大金属
間化合物を形成しやすくなり、硬質板の成形性を劣化さ
せる。
【0011】Cu:CuもMnと同様に耐軟化性を向上
させうる元素である。特に塗装焼付時に微細析出し、転
位の移動を抑える。その添加量が0.4%を越えると熱間
圧延時に割れが発生し好ましくない。また、0.05%未満
ではその効果が得られない。 Si:塗装焼付時にMgとの化合物(Mg2Si)を形
成し、材料強度を上げるには有利であるが、硬質板の成
形性にとっては好ましくない。
【0012】本発明では低く抑える方がよく、0.05〜0.
5%の範囲が好ましい。0.05%未満にするにはAl地金
の純度を上げる必要があり、コスト的に不利である。0.
5%を越えると成形性が劣化する。
【0013】Fe:造塊時にAl−Fe−Mn粗大化合
物を形成し、硬質板の成形性が劣化する。本発明では低
く抑える方がよく、0.1〜0.5%の範囲が好ましい。0.1
未満にするにはAl地金の純度を上げる必要があり、コ
スト上昇につながる。0.5%を越えると成形性が劣化す
る。
【0014】Ti:鋳塊組織を微細化し、圧延性や硬質
板の成形性を向上させるために有効に作用する。0.01%
未満では上記効果が十分に得られず、0.05%を越えると
Bとの粗大化合物(TiB2)を形成し、ピンホールな
どの重大欠陥が発生する。
【0015】B:Tiと同様、鋳塊組織を微細化する効
果がある。0.0001%未満ではその効果が十分でなく、0.
0010%を越えるとTiとの粗大化合物(TiB2)を形
成し、ピンホールなどの重大欠陥が発生する。
【0016】熱間圧延:開始温度が高すぎると、共晶融
解や粗大再結晶粒形成による成形性劣化があるため、53
0℃以下とする。開始温度を低くすれば、再結晶粒が細
かくなり成形性にとっては好ましいが、工業生産時の能
率が低下し、また終了温度が低くなりすぎるため、下限
を400℃とした。再結晶温度(280℃)以上で薄く仕上げ
ることが好ましい。熱間圧延終了時に非再結晶組織であ
ったり、板厚が厚い場合、最終板の耳率が高くなってし
まうことがある。又、厚すぎると冷間圧延での能率が悪
くなり、工業的に不利なため、本発明では6mm以下とし
た。熱間圧延終了時の板厚を2mmより薄くすると、終了
温度が低くなり過ぎて圧延性が悪くなるとともに非再結
晶組織の度合いが大きくなって、最終板の耳率が大きく
なりやすいので好ましくない。なお、鋳塊の溶質原子の
偏析を取除くため、熱延に先立って均質化処理をするこ
とが望ましい。この均質化処理は通常480〜530℃で3〜1
0時間行われる。
【0017】冷間圧延と再結晶のための熱処理:熱間圧
延のあと冷間圧延と再結晶のための熱処理を行う。最終
板の耳率、強度、成形性には、この熱処理以後の合計し
た冷間圧延量が大きく影響する。この合計した冷間圧延
量(板厚減少率)は60%以上で好ましくは75〜85%であ
る。95%を超えると最終板の耳率が大きくなり、成形性
が低下する。したがって、熱間圧延の直後に行う冷間圧
延は、上記関係から逆算される所定の板厚を得るために
行われる。再結晶のための熱処理は、最終板の耳率、強
度、成形性などを調整するために必要である。熱処理は
300〜450℃で30分以上保持する、いわゆる箱型焼鈍(バ
ッチ式焼なまし)か、帯板を巻き直しながら400〜530℃
で5秒以上保持されるように加熱炉内を通過させる連続
型(帯板)焼鈍により行えば十分である。後者で行え
ば、微細な再結晶組織が得られ、耳率も前者によるより
も改良されるが、実質的にはいずれの方法でも問題はほ
とんどない。
【0018】中間熱処理前の冷間圧延:再結晶させるた
めの中間焼鈍後、冷間圧延を30%を越えて行う必要が
ある。これは中間熱処理時にAl−Mn系化合物を均一
微細に析出させるためである。その圧下量が30%以下
では析出サイトが十分でなく、均一な析出が得られな
い。
【0019】中間熱処理:Al−Mn系化合物を結晶粒
内に微細に析出させるために低温で熱処理(200〜250℃
で1時間以上)を行う。処理温度が200℃未満では保持
時間が長時間必要となり、工業的に不利である。
【0020】また250℃より高くなると、Al−Mn系
化合物の析出よりも冷間圧延で形成された転位の回復の
方がはやく、従ってAl−Mn系化合物の析出サイトが
消滅し、結果的に均一微細な析出状態が得られず、十分
な効果が期待できない。
【0021】保持温度が200〜250℃の範囲ならば、保持
時間は1時間でAl−Mn系化合物の均一微細な析出が
得られる。しかし、24時間以上となってもこの効果は変
化せず、工業的に不利である。
【0022】最終冷間圧延:缶蓋材として要求される強
度を高める効果がある。圧下量が50%未満ではこの効果
はなく、93.75%を越えると成形性が低下し、耳率も悪
化するため好ましくない。
【0023】最終熱処理、塗装:以上の方法で作られた
硬質板を飲料用缶蓋に使用するときは、防食用の塗装あ
るいは高分子樹脂フィルムの貼布、印刷などが行われ
る。
【0024】その際に板に冷間圧延による残留応力が不
均一だと、塗装、貼布、印刷などに付随する乾燥、熱硬
化などを目的とした加熱処理で板に大きなそりやひずみ
を生ずる。このようなトラブルを避けるために、冷間圧
延した硬質板を加熱して残留応力の不均一さを緩和して
もよい。この目的で行う熱処理は塗装等に付随する加熱
処理と同等かより低い温度すなわち300℃以下、例えば1
50〜200℃で数時間行うのが好ましい。
【0025】残留応力の緩和のための熱処理を、帯板の
連続式熱処理炉で行ってもよい。塗装などに付随する乾
燥、熱硬化などのための加熱処理を帯板に張力をかけて
行う連続式熱処理炉で実施すれば、残留応力緩和のため
の熱処理に代用することもできる。
【0026】
【実施例】
実施例1 表1に示すNo.1のアルミニウム合金を通常のDC鋳造法
で造塊し、表2に示した条件で板を作成した。均質化処
理はすべて500℃×8時間とした。得られた冷間圧延材を
そのまま、及び300℃に20秒間の加熱(塗料の焼付処理
温度の最高温度)と450℃に30秒間の加熱(完全再結晶
温度に加熱、いわゆるO材)を行い、試験に供した。引
張試験から得られる耐力の値で、次の式により軟化度を
計算した。
【0027】軟化度(%)=100×{(冷間圧延材−300℃
加熱材)}/(冷間圧延材−450℃加熱材)} すなわち、軟化度は防食塗料の焼き付け時に材料が軟化
するかどうかを判断する指標となり、加熱温度を300℃
としたのは防食塗料の焼き付け温度の最高温度を採用
し、450℃としたのはこの合金系の完全再結晶温度を採
用した。従って、本発明の場合、軟化度の高い(100%)ほ
ど悪く、軟化度の低いほど耐軟化性に優れていることに
なる。これらの試験結果を表3に示した。又、耳率(ブ
ランク径=φ55mm、平底ポンチ径=φ33mmで評価)測定
を行った。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】
【表3】
【0031】本発明材は、300℃処理後の耐力が290MPa
以上あり、軟化度も50%以下と小さく、耐軟化性に優れ
たものである。
【0032】比較例は各々次のような欠点を有する。
【0033】No.E、Iは中間熱処理直前の圧下量が
小さいため、軟化度が50%以上になっている。No.
は熱延での仕上げ板厚が厚すぎたため、耳率が6%以
上となった。No.は中間熱処理温度が高すぎたた
め、軟化度が50%以上となった。No.は熱延温度
が低すぎるため、耳率が6%以上となった。No.
最終CR量が小さすぎるため、300℃処理後の耐力が
250MPaしかなく、軟化度も50%以上となった。
【0034】実施例2 表4に示す組成のアルミニウム合金を通常のDC鋳造法
で造塊し、500℃で8時間の均質化処理した後、480℃で
熱間圧延を開始し、板厚3.2mm、温度320℃になるように
終了。引き続いて冷間圧延して板厚2.0mmの板を得た。
このあと、再結晶のための熱処理として、昇温20〜50℃
/h、保持350±10℃×2h、自然冷却の条件で焼なまし
処理を施した。その後板厚1.0mm(圧下量50%)まで冷
間圧延を行った後、200℃で10時間の中間熱処理を行
い、板厚0.25mm(圧下量75%)までの最終冷間圧延を行
った。得られた冷間圧延材を実施例1と同様にして試験
をした。これらの試験結果を表5に示す。
【0035】
【表4】
【0036】
【表5】
【0037】本発明材は300℃処理後の耐力が280MPa以
上あり、軟化度も50%以下と小さく、耐軟化性に優れた
ものである。
【0038】比較材は以下のような欠点を有する。
【0039】No.6はFe、Si量が多いため、伸び、エ
リクセン値がやや低下し、300℃処理後の耐力や軟化度
も本発明材に比べ劣る。
【0040】No.7はMn添加量が十分でないため、軟化
度が大きくなっている。
【0041】No.8はMn、Cu添加量が多すぎるため、
熱延時に割れが発生したので以降の試験を中止した。
【0042】No.9はMg、Mn量とも少ないため、300
℃処理後の耐力が低く、軟化度も最も大きくなってい
る。
【0043】No.10はTi、B添加量が多すぎたため、
TiB2の粗大化合物が形成され、最終冷延板にピンホ
−ル(貫通孔)を発生させた。よって以降の試験を中止
した。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、コーヒー、ウーロン茶
などのレトルト飲料缶用缶蓋に用いられるアルミニウム
合金板材に防食用塗料などを塗布し、加熱乾燥すると
き、強度の低下が小さいため、高強度の塗装板が得ら
れ、さらに薄肉化が可能となり、成形性にすぐれた硬質
材が得られる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C22F 1/00 673 C22F 1/00 673 683 683 691 691A 691B 694 694B (56)参考文献 特開 平5−70904(JP,A) 特開 平5−86444(JP,A) 特開 平3−6356(JP,A) 特開 平2−185955(JP,A) 特開 昭63−444(JP,A) 特開 昭63−293144(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22F 1/04 - 1/057 C22C 21/00 - 21/18

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Mg:3.0〜6.0%(質量%、以下
    同じ)、Mn:0.4〜0.8%、Cu:0.05〜
    0.4%、Si:0.05〜0.5%、Fe:0.1〜
    0.5%、Ti:0.01〜0.05%、B:0.00
    01〜0.0010%を含み、残部Al及び不可避的不
    純物からなるアルミニウム合金鋳塊を、均質化処理した
    後板厚2〜6mmまで熱間圧延し、ついで冷間圧延後再
    結晶させるための焼鈍を行い、圧下率30%を越える冷
    間圧延をした後、200〜250℃で1時間以上の熱処
    理を行い、その後、50%以上の最終冷間圧延を行うこ
    とを特徴とする耐軟化性に優れた飲料缶蓋用アルミニウ
    ム合金硬質板の製造方法。
  2. 【請求項2】 最終冷間圧延後300℃以下の温度で加
    熱処理を行う請求項1記載の耐軟化性に優れた飲料缶蓋
    用アルミニウム合金硬質板の製造方法。
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