JP3689106B2 - 缶の構成要素の作製に適した薄板の製造方法 - Google Patents

Description

発明の技術分野
本発明は、飲料用缶又は食品用缶の構成要素の作製に適したアルミニウム合金薄板をロール間で連続鋳造することにより製造する方法に関する。
例えば、缶本体と気密に結合して液体又は固体状態の食品の包装容器を形成する蓋を製造することは公知である。
これらの蓋は、アルミニウム合金シートから円板を切り抜き、リベット締め又は接着により開放装置を固定することにより得られる。
これらの機械的操作と、炭酸飲料のような所定の食品により缶の内側に加えられる圧力及び取り扱いに起因する応力とに適するようにするためには、これらのシートは適切な変形能と十分な降伏応力とを兼備する必要がある。
更に、これらのシートは大気と収容製品との腐食作用に耐えなければならないので、例えばラッカーのような保護剤でコーティングすることが不可欠であり、従って、シートはこのコーティングに対して接着性であることが必要になる。
技術状態
ドイツ特許文献ＤＥ３２４７６９８（Ａｌｕｓｕｉｓｓｅ）は、５〜１０ｍｍの間隙の２個の冷却キャスティングロール間でＳｉ０．１５〜０．５０重量％、Ｆｅ０．３〜０．８重量％、Ｃｕ０．０５〜０．２５重量％、Ｍｎ０．５〜１重量％、Ｍｇ２．５〜３．５重量％及びＴｉ０．２０重量％までを含有する合金を鋳造し、得られたストリップを０．４〜０．２ｍｍの最終厚さに冷間圧延することを特徴とする、連続鋳造機から送り出されるアルミニウム合金から缶の蓋の作製用ストリップを製造する方法を教示している。
この方法によると、３２１ＭＰａの降伏応力と７．７％の伸び率を得るためには、鋳造ストリップを厚さ１．９ｍｍまで圧延後に、ストリップを３８０℃に加熱してこの温度に２時間維持する中間焼鈍工程を実施し、更にその後、ラッカー塗布前に２０５℃に８分間加熱することにより最終軟化焼鈍を実施することが必要である。
従って、この方法は実施例によると（ｅ１−ｅ２）／ｅ１×１００＝９５．４％の圧延比に対応する収縮率で厚さをｅ１＝６．５ｍｍからｅ２＝０．３ｍｍにするために必要なエネルギー以外に、２つの別個の圧延段階で加熱操作を２回実施することが必要である。
文献ＪＰ ０４２７６０４７（Ｓｋｙ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ）は、缶の蓋の作製用アルミニウム合金硬板の製造方法を記載しており、該方法は、＞５０℃／秒の冷却速度で厚さ１５ｍｍ未満の薄いストリップを鋳造し、得られたプレートを直接又は冷間圧延後に第１の中間焼鈍、３０〜８５％の収縮率の冷間圧延、第２の中間焼鈍、＞３０％の収縮率の最終冷間圧延の各工程を実施し、場合によってはこの最終冷間圧延後に最終焼鈍処理を実施する。
合金の組成は、Ｍｇ１．２〜３重量％、Ｃｕ０．０５〜０．５重量％、Ｍｎ０．５〜２重量％、Ｆｅ０．１〜０．７重量％、Ｓｉ０．１〜０．５重量％、Ａｌ残余である。
この方法によると、圧延方向に対して４５°で３０５〜３１０Ｎ／ｍｍ²の降伏応力を有する厚さ６ｍｍのプレートが得られた。
文献ＥＰ９９７３９（Ｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌ）は、例えば缶を得ることを目的として、圧伸成形及びアイアニングに適したアルミニウム合金ストリップの製造方法を記載している。該方法によると、厚さ２．５４ｃｍ未満、好ましくは６〜１２ｍｍのストリップを連続鋳造し、５１０〜６２０℃に加熱した後、冷間圧延により厚さを２５％以上収縮し、焼鈍し、厚さを１０％以上収縮する第２の冷間圧延処理を実施し、再結晶加熱し、最終冷間圧延する。
記載の方法によると、厚さ１２．１ｍｍの種々の組成のストリップが得られ、これを処理し、得られる最終製品は以下の特徴（表XIX）：降伏応力２８０〜２９４ＭＰａ、引張り強さ２９１〜３０８ＭＰａ、伸び率２．２〜２．５％を有する。
文献ＵＳ４４１１７０７（Ｃｏｏｒｓ）は蓋の製造に適したスリップの製造方法を記載している。この方法によると、厚さ６〜７ｍｍのストリップを連続鋳造し、このストリップを凝固中に最大２５％収縮させた後、６０％以上の収縮率で冷間圧延し、４４０〜４８３℃で焼鈍し、最終厚さまで８０％以上冷間圧延する。
得られる引張り強さは２７２ＭＰａ、降伏応力は２４５ＭＰａ、伸び率は４．１％である。
種々の合成組成を使用するこれらの全方法は冷間圧延中に中間焼鈍処理が少なくとも１回必要であるため、実施が複雑であり、費用が増加する。
発明の目的
本発明の目的は、少なくとも同等の特性でありながら、圧延比を低下させ、冷間圧延中の中間焼鈍段階を省略し、製法を簡単でより経済的にすることである。
発明の要旨
本発明は、Ｍｇ１〜４重量％、Ｍｎ０〜１．６重量％、残余Ａｌ及び不可避的不純物に、場合によりＣｕ及び／又はＣｒを添加した缶製造用アルミニウム合金シートの製造方法に係り、該方法は、液体状態の前記合金を２個のロールの間で厚さ４ｍｍ以下のストリップ状に鋳造することにより前記シートを得た後、シートが少なくとも部分的に再結晶するように４００〜５８０℃の温度で少なくとも１回熱処理し、０．３ｍｍ未満の最終厚さまで冷間圧延し、場合によりコーティング処理することを特徴とする。
従って、本発明はまず第１に２個のロール間でストリップを４ｍｍ以下の厚さに鋳造し、製造すべき缶の蓋の厚さに達するように圧延比を９５％未満とすることを特徴とする方法に係り、こうして、上述のように厚さが４ｍｍを越える場合に必要であった圧延パス間の中間焼鈍処理を不要にするものである。
ロール鋳造なる用語は、耐熱性ノイズを用いて２個の冷間ロール間に液体金属を導入して金属を凝固させるストリップの連続鋳造を意味する。
この種の鋳造の１例はＰＥＣＨＩＮＥＹにより開発された“３Ｃ”鋳造であり、その原理は仏国特許第１１９８００６号に記載されている。
本発明はシートを構成する合金の種々の元素を上記特定組成範囲で使用することにより可能になり、改善された特性、特に高い機械的特性が得られる。
更に、厚さが４ｍｍを越えると、塑性異方性が過大になり、蓋の製造中に寸法が不均質になり、特にクリンプされる蓋の縁部は性能仕様に合致できなくなり、廃棄せざるを得なくなる。
また、４ｍｍ未満の厚さに鋳造することはストリップの品質に好ましく、特に、皆無ではないとしても偏析が大幅に減り、成形性が改善されると共に最適付近の生産性が得られる。
他方、１ｍｍ未満の厚さに鋳造すると、圧延によるストリップの常温加工が不十分になり、ストリップの機械的強度が低下し、蓋に適用できなくなるので、１ｍｍ未満の厚さに鋳造するのは無益である。
本発明の別の特徴は、鋳造工程からのストリップを４００〜５８０℃の熱処理後に、部分的（例えば約５０重量％以上）又は完全に再結晶化した構造を得ることである。金属のこの再結晶化は優れた成形性を有する合金を得るために必要である。
この操作は、巻き取ったストリップに不連続的に実施してもよいし、鋳造機から連続的に送り出されるストリップ又は鋳造工程後に予め巻き取っておいたストリップを繰り出し中に実施してもよい。熱処理時間及び温度は温度上昇速度に依存する。不連続処理を実施する場合には、加熱速度は一般に２０〜２００℃／ｈである。他方、繰り出し中の加熱速度は３０００℃／ｈ以上である。繰り出し中の処理は約０．７５重量％未満のＭｎを含有する合金に特に有利である。実際に、中間焼鈍により得られる粒子の粒度は２００〜５０μｍであるのに対して、粒度４０μｍ以下の等方性微粒子で再結晶するので、シートの成形性を改善される。
繰り出し中の処理は誘導炉又は熱風循環炉で加熱するのが好ましいが、他の任意のストリップ繰り出し処理手段を使用することもできる。
もっとも、最良の結果が得られるのは上記条件で繰り出し中の処理を実施した後、コイルへの不連続処理を実施した場合である。
他方、０．７５重量％以上のＭｎを含有する合金の場合には、一般に繰り出し中に（鋳造出口又はコイルで）処理するよりもコイルへの不連続処理を実施すれば十分である。
熱処理後、ストリップを最終厚さまで冷間圧延し、得られたシートを環境から保護するのに適したプラスチック材料でコーティングする。これは例えば両面にラッカーを塗布した後、２００〜２８０℃の温度に加熱して乾燥することにより実施する。
適切な機械的特性及び成形性を有する蓋を得るためには、方法を明確な範囲の合金に適用することが必要である。
これらの合金はマグネシウム含有量が１．０〜４重量％でなければならず、４重量％を越えると偏析が生じて成形性を損なう恐れがあり、１重量％未満では機械的強さが不十分である。
このマグネシウムは１．６重量％までの割合のマンガンと併用するのが好ましい。含有率が最大値を越えると、焼鈍中に適切な再結晶が得られなくなり、大きい粒子が出現して機械的特性に有害となる。
いずれにせよ、機械的強さと成形性との最良の兼ね合いを得るためには、マグネシウムとマンガンが６重量％≦（３Ｍｎ重量％＋２Ｍｇ重量％）≦９重量％の条件に合致するように併存すると特に有利である。
好ましくは、マグネシウム含有率は３．２重量％未満であるが、Ｍｇが２．８重量％未満の場合に最良の結果が得られ、実際に、Ｍｇの高含有率に結びつけられる偏析の危険を鋳造中に低らすことができる。
Ｍｎの存在は、Ｍｇ含有率を制限し、従って、偏析の危険を減らすことができ、有利には約０．４重量％以上である。
他方、銅の添加量を少なくし、０．４重量％以下、好ましくは０．２重量％とし、及び／又はクロムを約０．２重量％まで添加することにより、合金の機械的強さを改善することができる。これらの元素の含有率は過剰になると金属の延性、従ってその成形性が制限されるので、一定限度内とする。
ケイ素及び鉄は特に、使用されるアルミニウムの量に依存する不純物である。
好ましくは、ケイ素は０．３重量％未満、より好ましくは０．２重量％未満であり、鉄は０．５重量％、より好ましくは０．３重量％未満である。
実際に、ケイ素は鋳造後又は熱処理後に時効によりＭｇ₂Ｓｉの金属間化合物を析出し、合金の成形性を制限する。
鉄については、鋳造中に共晶が析出すると共に偏析が生じ、延性にも有害である。
実施例
以下、比限定的な実施例により本発明を説明する。
以下重量組成を有する３種の合金Ａ、Ｂ及びＣを製造した。

これらの合金は、ＡＴ５Ｂ型のチタン及びホウ素含有アルミニウム合金を製造炉に直接添加するか又は炉の上流で順次線溶融により溶融金属に導入することにより製造中に精錬処理した。
前記合金を２個のロールの間で３ｍ／ｍｉｎの速度で厚さ２．８ｍｍのストリップ状に鋳造した。これらのストリップに下記の３種の熱処理を実施した。
Ｉ）炉で熱風を吹き付け、合金Ａ及びＢは４４０℃、合金Ｃは５００℃に加熱し、この温度に３０秒間維持することにより、鋳造機から炉に送り出されるストリップを繰り出し中に焼鈍した。その後、ストリップを３００℃に冷却した後、巻き取った。
II）金属を合金Ａ及びＢは４４０℃、合金Ｃは５００℃に加熱し、この温度に１０時間維持することにより、巻き取ったストリップを炉で不連続焼鈍した。
III）焼鈍Ｉ後に焼鈍IIを実施した。
焼鈍したストリップを次の中間焼鈍工程を挟まずに６パス圧延し、最終厚さ２７０μｍのシート状に鋳造した。
次に前記シートを脱脂し、化学変換処理した後、両面にラッカーを塗布した。
次に、得られたシートに以下の測定を行った。
−降伏応力：ラッカーの焼鈍後に長手方向に測定したＲ０．２％。
−仏国規格ＮＦ Ａ０３−６５２によるエリクセン成形性指数。
−ラッカーの離層（金属の切り込み及び脱イオン水中で７５℃で３０分間シートの低温滅菌後に実施した測定）。
Ｉ、II又はIIIに従って熱処理した合金Ａ、Ｂ又はＣで得られた結果を下表に示す。

適切な蓋を得るために必要な特性は降伏応力＞３２０ＭＰａ、エリクセン指数＞４、ラッカー離層＜０．６ｍｍであるので、特にII又はIII型の熱処理を実施した場合に本発明の方法により目的が達せられる。
鋳造工程から送り出されるストリップに繰り出し中に熱処理した後に不連続処理する操作と、不連続処理とに夫々対応するＢIII及びＣIIで最良の結果が得られる。

Claims (13)

1. Ｍｇ１〜４重量％、Ｍｎ１．６重量％以下、残余Ａ１及び不可避的不純物から成る缶製造用アルミニウム合金シートの製造方法であって、液体状態の前記合金を２個のロールの間で厚さ１〜４ｍｍのストリップ状に鋳造することにより前記シートを得た後、圧延前に、シートが少なくとも部分的に再結晶するように４００〜５８０℃の温度で少なくとも１回熱処理し、中間焼鈍工程を挟まずに圧延し、０．３ｍｍ未満の最終厚さまで冷間圧延することを特徴とする前記方法。
2. マンガンの存在下でマグネシウムが６重量％≦（３Ｍｎ重量％＋２Ｍｇ重量％）≦９重量％の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 合金のマグネシウム含有率が３．２重量％未満であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. マグネシウム含有率が２．８重量％未満であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. Ｍｎ含有率が０．４重量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 合金が０．４重量％未満の銅を更に含有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 合金が０．２重量％未満のクロムを含有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 熱処理がコイル状に巻き付けたストリップに２０〜２００℃／ｈの加熱速度で不連続熱処理を実施するものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. 不連続熱処理が０．７５重量％以上のＭｎを含有する合金にコイルへの不連続処理を適用するものであることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 熱処理が繰り出し中に３０００℃／ｈ以上の加熱速度でストリップに熱処理を実施するものであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 熱処理が連続熱処理及び不連続熱処理を順次実施するものであることを特徴とする請求項８又は１０に記載の方法。
12. 熱処理が０．７５重量％未満のＭｎを含有する合金に、繰り出し中に熱処理を実施した後に、コイルへの不連続熱処理を実施するものであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 合金がＣｕ及び／又はＣｒを更に含有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の方法。