JP3262409B2 - アルミニウム合金硬質板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウ合金硬質板
に関し、更に詳しくは、特に飲料缶胴材として、しごき
加工、及びネッキング加工性、フランジング加工性に優
れるアルミニウム合金硬質板の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、飲料缶体用材料としてＡl−Ｍn−Ｍg系合金が用い
られている。近年、缶の軽量化として、高強度高成形性
化と低耳率化、更に生産性の向上のため、成形性(しご
き加工性、ネックフランジ加工性)向上の要望が強くな
っている。

【０００３】これに対して、種々の提案がなされている
(例えば、特開平２−２４７３６３号、特願平１−２２
６７４６号)。しかしながら、これらの提案では、高強
度化については満足させられるものの、成形性について
はまだ不十分であり、更に特願平１−２２６７４６号に
ついても、元板での変形抵抗力の上昇により加工性の向
上が必要とされる。

【０００４】一方、缶体用材料の製造方法としては、従
来は前述の３００４合金に均質化熱処理、熱間圧延、冷
間圧延及び中間焼鈍を組み合わせて行う方法である(例
えば、特公昭６１−７４６５号、特公昭６２−３７７０
５号等)。しかしながら、このような方法では、強度が
非常に高くなったり或いはバラツキがあったりして、成
形性が低下するという問題があった。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点を解決し
て、しごき加工性及びネッキング性、フランジング加工
性等の加工性に優れ、かつ品質の安定したアルミニウム
合金板を製造し得る方法を提供することを目的とするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者は、従来の飲料缶体用材料の成分組成並び
に製造条件について総合的に再検討を行った。その結
果、Ａl−Ｍn−Ｍg系合金においてＰbについてはどの資
料にても明確な規制は設けられておらず、一般的な不純
物として０.０５％以下に規制し、実際には０.０１５％
のようなレベルで許容されているようであるが、このよ
うな規制範囲並びに含有量では本発明の加工性向上の目
的に対しては不十分であることが判明した。つまり、Ｐ
bは従来の量で含有すると割れ感受性を高め、しごき加
工において著しく成形性を低下させる。

【０００７】また、従来の製造条件における冷間圧延率
としては、基本的には中間焼鈍後から最終板厚に至るま
でのＴotalの圧延率を規制している。この結果、通常数
回の通板を行う現状では、パス間で回復が生じ、次パス
を行うと強度が非常に高くなり、成形性を低下させる
上、冷間圧延開始温度がばらつき、強度のばらつきを生
じ、成形性を低下させるといった問題点があることが判
明した。

【０００８】そこで、本発明者は、これらの知見を踏ま
え、本発明で目的とする加工性向上の方策として、更に
Ａl−Ｍn−Ｍg系合金の成分組成並びに製造条件につい
て実験研究を重ねた結果、ここに本発明を完成したもの
である。

【０００９】すなわち、本発明は、Ｍｎ：０．５〜１．
５％、Ｍｇ：０．５〜１．５％、Ｆｅ：０．３〜０．７
％、Ｓｉ：０．１〜０．５％をＦｅ＋Ｓｉ＝０．５〜
１．０％、Ｆｅ／Ｓｉ＝１．２５〜２．５の関係を満足
するように含有し、更にＣｕ：０．０５〜０．５％、Ｚ
ｎ：０．０５〜０．５％及びＰｂ：０．００５％以下を
含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニ
ウム合金鋳塊に５７０〜６２０℃の温度で１時間以上の
均質化熱処理を施し、引き続き４５０〜５５０℃まで冷
却した後、熱間圧延を終了板厚１．５〜３．０ｍｍ、終
了温度２８０〜３６０℃で行い、その直後又は放冷後、
加熱冷却速度１００℃／ｍｉｎ以上で板温度４００〜６
００℃１０分以内で保持し、板温度が１５０℃以下に冷
却する条件の連続焼鈍を施し、更にその後、１回の通板
で最終板厚とする冷間圧延を施し、その通板による冷間
圧延率を７５％以上とすることを特徴とするアルミニウ
ム合金硬質板の製造方法を要旨としている。

【００１０】

【作用】以下に本発明を更に詳細に説明する。まず、本
発明における合金の化学成分の限定理由については次の
とおりである。

【００１１】Ｍn：Ｍnは強度の向上及びＡl−Ｆe−Ｍn
系晶出物を生成し、しごき加工時の焼付き防止に効果の
ある元素である。しかし、０.５％未満ではいずれの効
果もなく、また１.５％を超えると強度が高くなりすぎ
る上、巨大晶出物を形成する恐れがあり、成形性を低下
させる。以上の理由により、Ｍn量は０.５〜１.５％の
範囲とする。

【００１２】Ｍg：Ｍgは缶強度向上に効果のある元素で
あり、特にＣuとの組み合わせにより、ベーキング時に
Ａl−Ｃu−Ｍg系析出物による析出硬化を生じ、缶底部
の高強度化に有効である。しかし、０.５％未満ではそ
の効果は少なく、また１.５％を超えると強度が高くな
りすぎ、成形性の低下を招く。以上の理由により、Ｍg
量は０.５〜１.５％の範囲とする。

【００１３】Ｆe：ＦeはＭnとの関係でＡl−Ｆe−Ｍn系
晶出物を形成し、しごき加工性の向上に効果がある。し
かし、０.３％未満ではこの効果が小さく、また０.７％
を超えると巨大晶出物を形成し成形性の低下を生じる。
以上の理由により、Ｆe量は０.３〜０.７％の範囲とす
る。

【００１４】Ｓi：ＳiはＡl−Ｆe−Ｍn系晶出物に相変
態を生じさせ、いわゆるα相を形成させ晶出物の硬度を
上昇させ、しごき加工性の向上(焼付きの防止)に効果が
ある。しかし、０.１％未満であるとこの効果は小さ
く、また０.５％を超えると強度が高くなりすぎる上、
晶出物の巨大化を生じ成形性を低下させる。以上の理由
により、Ｓi量は０.１〜０.５％の範囲とする。

【００１５】但し、Ｆe及びＳiが上記範囲であっても、
以下の理由により、Ｆe＋Ｓi量、Ｆe／Ｓi比の関係を満
足する量で含有させる必要がある。

【００１６】Ｆe＋Ｓi：Ｆe＋Ｓi量は晶出物の量及びサ
イズの適性化によるしごき加工性の向上に効果がある。
しかし、Ｆe＋Ｓi量が０.５％未満では本発明品のしご
き加工性の向上効果に対しては不十分であり、また１.
０％を超えると晶出物の巨大化及びα相への全面変態に
より成形性を低下させる。以上の理由により、Ｆe＋Ｓi
量は０.５〜１.０％の範囲とする。

【００１７】Ｆe／Ｓi:Ｆe／Ｓi比はα相の最適形成に
よるしごき加工性の向上に効果がある。しかしＦe／Ｓi
比が１.２５未満ではα相の形成量が少なく、しごき加
工性の向上に対しては不十分である。また、２.５を超
えると晶出物のα相への全面変態により成形性の低下を
招く。以上の理由により、Ｆe／Ｓi比は１.２５〜２.５
の範囲とする。

【００１８】Ｃu：ＣuはＭgと同様の効果を示す元素で
あり、ベーキング時にＡl−Ｃu−Ｍg系析出物による析
出硬化を生じ缶底部の高強度化に有効である。しかし、
０.０５％未満ではその効果は小さく、また０.５％を超
えると強度が高くなりすぎ、成形性の低下を招く。以上
の理由により、Ｃu量は０.０５〜０.５％の範囲とす
る。

【００１９】Ｚn：Ｚnは晶出物の分散を適正にし、絞り
加工性、しごき加工性及びフランジ成形性の向上に効果
がある。しかし、Ｚn量が０.０５％未満ではその効果が
小さい。またＺn量が０.５％を超えると飲料缶に必要な
耐食性を低下させる。以上の理由により、Ｚn量は０.０
５〜０.５％の範囲とする。

【００２０】Ｐb：Ｐbは微量の存在により著しくしごき
加工性を低下させる。このため、Ｐb量は０.００５％以
下に規制する。

【００２１】次に本発明の製造方法について詳述する。

【００２２】上記化学成分を有するアルミニウム合金
は、常法により溶解、鋳造後、均質化熱処理が施され
る。この均質化熱処理は、その後の熱間圧延性の向上
や、前述のα相形成によるしごき加工性の向上及び絞り
加工時に形成される耳の抑制に効果がある。しかし、５
７０℃未満ではいずれの効果も小さく、また６２０℃を
超えるとバーニング等による板表面の性能低下を生じ
る。また、保持時間は温度により異なるが、１時間以上
が必要である。したがって、均質化熱処理は５７０〜６
２０℃の温度で１時間以上の条件で行う。

【００２３】引き続き、鋳塊を４５０〜５５０℃まで冷
却し、熱間圧延を開始する。これは以下の理由によるも
のである。

【００２４】まず、熱間圧延開始温度を低くすることに
より、熱間圧延中に形成するマクロ組織の微細化に効果
がある。マクロ組織は成形性(しごき加工性、フランジ
加工性)に強く影響し、マクロ組織が粗いとこの成形性
を低下させる。熱間圧延開始温度が５５０℃より高いと
その効果は小さく、しかし、４５０℃未満では熱間圧延
でのパス数が増える上、熱間圧延中に温度が下がり過ぎ
て、製品の耳を高くするといった性能低下を生じさせ
る。したがって、熱間圧延開始温度は４５０〜５５０℃
の範囲とする。

【００２５】更に、本発明では、均質化熱処理を２回行
わず、１回の均質化熱処理後に引き続き冷却し熱間圧延
を開始するが、その理由は、一度常温まで冷却する２回
均質化熱処理では、冷却中或いは再度熱上げを行う最中
に析出を生じ、次工程の熱処理でもこの析出物が消えな
いため、ベーキング後の強度が低くなり、例えば、耐圧
強度が低くなるといった問題を生じるためである。

【００２６】鋳塊は熱間圧延によりコイル状に巻き上げ
られるが、その際の終了板厚と終了温度は、製品での絞
り耳率、缶壁の強度に影響を及ぼす。すなわち、終了板
厚が１.５mm未満では耳率を抑制するには効果がある
が、缶壁の軟化に不足を生じる。また３.０mmを超える
と強度が高過ぎることによる成形性の低下及び耳率の上
昇による加工不具合を招く。以上の理由により、熱間圧
延の終了板厚は１.５〜３.０mmとする。更に、終了温度
は特に耳率に大きな影響を与え、２８０℃未満では耳率
の抑制に効果が小さく、また３６０℃を超える場合には
その後の焼鈍においても再結晶に要する歪みエネルギー
が不足し、未再結晶が残存し、同じく耳率抑制に効果が
なくなる。以上の理由により、終了温度は２８０〜３６
０℃の範囲とする。

【００２７】次に焼鈍を行うが、焼鈍は熱間圧延直後又
は放冷後に行う。この焼鈍は、所謂ＣＡＬと呼ばれる連
続焼鈍炉にて行われ、その条件は強度及び成形性に大き
な影響を与える。

【００２８】すなわち、まず、加熱及び冷却速度が１０
０℃／min未満では強度及び成形性の向上に対する効果
が少ない。以上の理由により、加熱及び冷却速度は１０
０℃／minの範囲とする。また、板温度は再結晶及びＣ
u、Ｍgの強制固溶量に影響を及ぼし、４００℃未満では
再結晶が完了せず、また６００℃を超えるとバーニング
による板の表面不良を生じる。したがって、板温度は４
００〜６００℃の範囲とする。なお、高強度高成形性の
面から板温度は４５０〜５３０℃の範囲が好ましい。ま
た、保持時間は再結晶及びＣu、Ｍgの強制固溶量に影響
を及ぼす。板温度により異なるが、低温(例、４００℃)
であれば１０分程度、高温(例、６００℃)であれば保持
なしでも良い。したがって、保持時間は１０分以内とす
る。更に、冷却に関しては、１５０℃を超えた温度で冷
却が完了するとＡl−Ｃu−Ｍg系の析出物が生成し、製
品板での加工時(ベーキング)に析出硬化が得られない。
以上の理由により、冷却は板温度が１５０℃以下となる
ように行う。

【００２９】最後の工程である冷間圧延は、強度及び成
形性（缶壁のベーキング軟化）に影響を及ぼす。１回の
通板による圧延率が７５％未満であると、強度及び成形
性の向上に効果が得られない。また、最終板厚まで数回
の通板を行う必要があり、冷間圧延時に発熱したままコ
イルに巻き取り、次回の冷間圧延まで放置される間に回
復が生じ、次回の冷間圧延では加工効果が大きくなって
強度が高くなり、成形性に悪影響を及ぼす。更に、冷間
圧延開始温度のばらつきによる製品強度のばらつきも生
じ易くなり、成形性に悪影響を及ぼす。以上の理由によ
り、冷間圧延は、１回の通板で最終板厚とするものと
し、その通板による圧延率を７５％以上とする。これに
より数回の通板を行う場合に生じたパス間での回復の問
題がなくなる。

【００３０】次に本発明の実施例を示す。

【００３１】

【実施例】

【００３２】表１に示す化学成分のアルミニウム合金及
び表２に示す工程を表３の組合せで試料(製品板)を作製
した。以下、試料は組合せ記号で記す。

【００３３】製品板の材料特性並びにＤＩ缶の缶強度を
調べた結果を表４に示す。なお、製品板の成形性評価は
以下のとおりである。

【００３４】限界絞り比(ＬＤＲ)は、エリクセン試験機
を使用し、ブランク径を変化させ、成形できる限界の絞
り比(ブランク径／ポンチ径)にて求めた。ポンチ径は３
３mmφで、潤滑油はダイドロ−Ｎを用い、しわ押さえ力
は５００kgfである。

【００３５】張出し性(エリクセン値)は、ＪＩＳのエリ
クセン試験Ｂ法により評価した。限界しごき率(ＬＩＲ)
は、ブランク径１５０mmφ、ポンチ径８７mmφにて作製
した絞りカツプを用い、実機レベルのＤＩ加工機で通常
３伸でしごき加工するところを２伸で行い、そのしごき
ダイス径を変化させることにより、成形できる限界の加
工率(１伸と２伸の板厚変化)にて求めた。なお、缶サイ
ズは３５０ccであり、潤滑油は水溶性潤滑油を用いた。

【００３６】ベーキング後の成形性(ネック成功率、フ
ランジ成功率)については、得られたＤＩ缶(６６mmφ×
１２２mm高さ)に２００℃のベーキングを施し、４段ネ
ック加工を実施した。加工配分は２mm／段である。４段
ネックができた成功率(ネック成功率)(ネックシワを生
じたものは不成功)にて評価した。更に、交角９０゜の
ポンチにて穴拡げを実施し、フランジ率１２％(フラン
ジ径６５mmφ、ネック径５８mmφ)における成功率(フラ
ンジ成功率)にて評価した。

【００３７】また、缶強度については、窒素封入により
耐圧強度を求め、及び軸圧縮により座屈強度を求めた。

【００３８】以上の評価基準は、限界絞り比(ＬＤＲ)
１.８５以上、限界しごき加工率(ＬＩＲ)５２％以上、
エリクセン値４.３mm以上、ベーキング後耐力２７kgf／
mm²以上、耐圧強度６.３kgf／cm²以上、座屈強度１７０
kgf以上を合格と判断した。

【００３９】表４より明らかなように、本発明例１Ａ及
び２Ｂは、比較例３Ａ及び２Ｄに較べて成形性(特にＬ
ＩＲ)に優れており、更に比較例２Ｃに較べると缶強度
(耐圧強度、座屈強度)に優れている。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【表３】

【００４３】

【表４】

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により得ら
れるアルミニウム合金硬質板は、加工性(しごき加工、
及びネッキング加工性、フランジング加工性)に優れ、
かつ品質の安定した材料であるので、特に飲料缶胴材と
して適していると共に、成形中の不具合等を低減でき、
生産性を向上できる。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で（以下、同じ）、Ｍｎ：０．５
   〜１．５％、Ｍｇ：０．５〜１．５％、Ｆｅ：０．３〜
   ０．７％、Ｓｉ：０．１〜０．５％をＦｅ＋Ｓｉ＝０．
   ５〜１．０％、Ｆｅ／Ｓｉ＝１．２５〜２．５の関係を
   満足するように含有し、更にＣｕ：０．０５〜０．５
   ％、Ｚｎ：０．０５〜０．５％及びＰｂ：０．００５％
   以下を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるア
   ルミニウム合金鋳塊に５７０〜６２０℃の温度で１時間
   以上の均質化熱処理を施し、引き続き４５０〜５５０℃
   まで冷却した後、熱間圧延を終了板厚１．５〜３．０ｍ
   ｍ、終了温度２８０〜３６０℃で行い、その直後又は放
   冷後、加熱冷却速度１００℃／ｍｉｎ以上で板温度４０
   ０〜６００℃１０分以内で保持し、板温度が１５０℃以
   下に冷却する条件の連続焼鈍を施し、更にその後、１回
   の通板で最終板厚とする冷間圧延を施し、その通板によ
   る冷間圧延率を７５％以上とすることを特徴とするアル
   ミニウム合金硬質板の製造方法。