JP3867569B2

JP3867569B2 - 容器用アルミニウム箔およびその製造方法

Info

Publication number: JP3867569B2
Application number: JP2001387120A
Authority: JP
Inventors: 泰久西川; 孝彦渡井
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2007-01-10
Anticipated expiration: 2016-04-04
Also published as: JP2002322530A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容器用アルミニウム箔およびその製造方法に係り、例えば箔シートまたは絞り成形用等に使用されるアルミニウム箔に関して、強度が高く伸びのある絞り成形性の良好な容器用アルミニウム箔およびその製造方法を提供しようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
再結晶組織またはサブグレイン組織あるいはサブグレイン組織中に再結晶粒が一様に混在している混在組織である１０００系、３０００系、５０００系等のアルミニウム乃至アルミニウム合金は強度もあり、伸びもあることから包装等のアルミニウム箔として使用され、また絞り成形性が良好なことから各種の容器に使用されている。例えば、食品を入れる皺有り容器の場合は、箔厚５０〜２００μｍの箔を用いて、ダイスとポンチで絞り加工し、フランジ部、容器壁共に皺を寄せて製造している。
【０００３】
なお上述のような厚さ５０〜２００μｍの箔は、ＤＣ鋳造して厚さ４００〜５５０ｍｍの鋳塊を得、この鋳塊を均質化熱処理、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍処理、冷間加工して所定の厚さ（１〜３ｍｍ）の薄板とし、調質焼鈍して所定の硬さとした後、箔圧延して所定の厚さの箔を製造している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記したような１０００系のアルミニウム合金などは加工がし易く多用されているが、コスト低減から薄箔化が求められ、薄箔化によって強度の低下する分製箔工程で加工度を増し硬化させ強度の向上を計っているが、硬化させると伸びが低下すると共に特に絞り成形性の低下する問題点がある。また、ＤＣ鋳造による箔の製造は、鋳塊の厚さが厚く従ってその後の圧延に多くの工程を要する不利がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記したような従来技術における課題を解消することについて鋭意研究した結果、箔厚中心部にのみ再結晶粒が存在するサブグレイン組織である箔は強度が高くて伸びもあり、しかも絞り成形性に良好であることを見出して本発明を完成したものであって、強度が高く伸びがあって、絞り成形性の良好なアルミニウム箔および製造工程の容易な該アルミニウム箔の製造方法を提供することに成功したものであって、以下の如くである。
【０００６】
（１）ｗｔ％で、Ｆｅ：０．１０〜０．８％、Ｔｉ：０．００１〜０．０２％を含有し、残部が不可避的不純物およびＡｌからなり、不可避的不純物中Ｓｉが０．１５％未満であるアルミニウム合金溶湯を連続的に鋳造して得られたスラブを中間で焼鈍することなく圧下率９５％以上の冷間圧延を行い、しかる後２５０〜３００℃の温度で４時間以上１０時間以下の調質焼鈍を行うことを特徴とする容器用アルミニウム箔の製造方法。
【０００７】
（２）前記（１）項記載の方法により製造される容器用アルミニウム箔であって、箔厚中心部に再結晶粒が存在し、箔厚表面層は再結晶粒が存在しないサブグレイン組織であり、箔厚中心部に存在する再結晶粒の割合が圧延方向に沿った断面における面積率で１〜３０％であり、箔厚中心部に存在する再結晶粒の大きさが５〜５０μｍであり、再結晶粒が存在する箔厚中心部の層厚範囲が全箔厚の１／４〜３／４であることを特徴とする容器用アルミニウム箔。
【００１４】
【発明の実施の形態】
箔厚中心部にのみ再結晶粒が存在するサブグレイン組織であるアルミニウム箔は、所謂複合組織の箔であって、箔全体が一様なサブグレイン組織あるいは再結晶組織のものに比較して強度および伸びがバランスされ、絞り成形性も優れる。即ち絞り成形性について述べれば、絞り成形時において従来技術のように板全体が一様なサブグレイン組織であると、サブグレイン組織は伸びが良好なことからポンチ肩部に変形が集中して割れ欠陥を呈し易く、また再結晶粒が箔表面にも混在しているような金属組織は、再結晶組織はサブグレイン組織に比べて加工硬化し易いので、変形歪みを拡散する効果は有するものの再結晶組織の所で肌荒れを生じやすくまた割れ発生の起点となって割れ欠陥を呈し易い。
【００１５】
これに対し、本発明による上記のような複合組織であるとポンチ肩部で変形歪みが集中することを阻止し良好な絞り加工が可能となる。然して本発明の複合組織の箔は、箔厚中心部に存在する再結晶の割合は、断面面積率で１〜３０％であることが好ましく、このようにすることにより絞り成形時ポンチ肩部における箔表面における変形集中の進行を的確に阻止する。即ち、１％未満ではポンチ肩部での割れを防止し難く、また３０％を超えると絞り成形時に加工硬化が大きくなる結果、変形時の割れの起点となる虞れがある。
【００１６】
また上記のような本発明複合組織箔で箔中心部における再結晶粒の大きさを５〜５０μｍとすることによって絞り加工時においてポンチ肩部における変形歪みの集中を適切に阻止する。即ち、この再結晶粒の大きさが５μｍ未満または箔厚中心部における再結晶粒の存在割合が１％未満のような場合、ポンチ肩部での割れ発生を防止しきれない虞れがあり、また５０μｍを超える再結晶粒割合が３０％を超えるような場合には絞り成形時に割れの起点となる虞れがある。
【００１７】
本発明による複合組織箔は図１に示す如く箔厚中心部において再結晶粒２の存在する層の厚さを、同じく図１のように箔厚の１／４〜３／４の範囲とし、箔厚表面層は再結晶粒の存在しないサブグレイン組織１による層とすることにより絞り加工時におけるポンチ肩部での変形歪みの集中を効果的に阻止する。すなわち、１／４未満のような薄い層または箔厚中心部に存在する再結晶粒の割合が断面面積率で１％未満のような場合に表面変形の内部への進行を阻止しきれない虞れがあり、また３／４を超える厚い層では再結晶粒の割合が断面面積率で３０％を超えるような場合に組成加工による硬化でポンチ肩部で割れの起点となる虞れがある。
【００１８】
本発明による複合組織のアルミニウム箔は、その組成がｗｔ％で、Ｆｅ：0.１０〜0.８％、Ｔｉ：0.００１％以上0.０２％未満、残部不純物からなり、不可避的不純物としてのＳｉが0.１５％未満とすることにより、強度を向上でき、箔シートとしてばかりでなく好ましい絞り成形容器用箔を得しめる。Ｆｅ含有量が0.１０％未満であると、例えば容器として成形後の強度が低くて箔として適用し難く、またＦｅが0.８ｗｔ％超えとなると延性が不足して絞り成形時に割れが発生する虞がある。Ｔｉ含有量が0.００１ｗｔ％未満では鋳造時の結晶微細化が不足して鋳造割れが生じる虞れがあり、また0.０２ｗｔ％を超えても鋳造割れ防止効果は飽和している。
【００１９】
なお、成形性および耐蝕性を低下させないように、代表的な不純物としてＳｉを0.１５ｗｔ％未満とする。またＳｉ以外の不純物についてもＣｕは0.１５ｗｔ％未満、Ｍｎ0.０３ｗｔ％未満、Ｃｒ、ＶおよびＺｒそれぞれ0.０１５ｗｔ％未満とすることが好ましい。
【００２０】
本発明の複合組織箔は連続鋳造技術による鋳片の圧延板であることにより、合金元素の固溶量が多くなり、強度を有効に付与できるので好ましい。
【００２１】
本発明による複合組織箔の製造については以下に説明する方法に限定されるものではないが、好ましい製造方法の要件としては成分組成、連続鋳造圧延条件、および調質焼鈍があり、成分組成から説明すると以下の如くである。
【００２２】
Ｆｅ：0.１０〜0.８ｗｔ％。
Ｆｅは、連続鋳造圧延で十分に固溶させて強度と絞り成形性を付与し、爾後の調質焼鈍で析出させて箔厚中心部に再結晶粒を存在せしめ、箔表面層に再結晶粒が存在しないサブグレイン組織とするために含有させるものであって、Ｆｅ含有量が0.１０ｗｔ％未満では好ましい強度付与ができず、また0.８ｗｔ％超えでは粗大な金属間化合物を生じて成形性を低下させると共に、爾後の調質焼鈍で箔厚中心部に再結晶粒が存在し、板表面層に再結晶粒が存在しないサブグレイン組織とすることができない。このようなＦｅ含有量のより好ましい範囲は0.７ｗｔ％以下である。
【００２３】
Ｔｉ：0.００１ｗｔ％〜0.０２ｗｔ％。
Ｔｉは連続鋳造時の結晶粒を微細化して鋳造割れを防止するために含有させるものである。このＴｉの含有量が0.００１ｗｔ％未満であると上述の効果が低下し、0.０２ｗｔ％超えとなると、鋳造割れ防止効果が飽和すると共に、箔全体が微細なサブグレイン組織となってしまい、爾後の調質焼鈍で板厚中心部のみに再結晶粒が存在し、板表面層に再結晶粒が存在しないサブグレイン組織とすることができない。Ｔｉ含有量の好ましい上限は0.０１５ｗｔ％未満である。Ｔｉの添加はＡｌ−Ｔｉ母合金またはＡｌ−Ｔｉ−Ｂ母合金を用いると好ましい。なおＡｌ−Ｔｉ母合金を使用した場合はＢが含有されるが、その量が0.００２ｗｔ％以下であれば本発明のアルミニウム箔の効果を阻害しない。
【００２４】
不可避的不純物不純物としては、成形性および耐蝕性を低下させないように、代表的なものとしてＳｉを0.１５ｗｔ％未満とするが、その他の不純物としてもＣｕを0.１５ｗｔ％未満、Ｍｎは0.０３ｗｔ％未満、Ｃｒ、ＶおよびＺｒそれぞれ0.０１５ｗｔ％未満とすることが好ましい。
【００２５】
連続鋳造圧延条件。
連続鋳造圧延箔は、連続的に鋳造して得られたスラブを中間で焼鈍することなく圧下率で９５％以上の冷間圧延を施して所望の厚さの箔とするものである。この連続鋳造圧延は、急冷凝固してスラブを鋳造し、連続して圧延できる方法であればそれ以上に限定するものではない。例えば、対設した一対の内部冷却回転ロールの間にアルミニウム溶湯を注入し、鋳造されたスラブを焼鈍することなく圧延する水冷ロール法があり、その他の方法としても、他側を冷却した一対の回転板の間にアルミニウム溶湯を注入し、鋳造されたスラブを焼鈍することなく圧延する方法などがある。なお鋳造の条件は、たとえば、溶湯の温度は６８０〜７３０℃で、スラブの厚さは７０ｍｍ以下、好ましくは５０ｍｍ以下、さらに好ましくは３０ｍｍ以下である。６ｍｍ以下では本発明の主旨とする複合組織を実現し難くする。スラブの引き出し速度は５０〜１５０ｃｍ／分である。
【００２６】
調質焼鈍。
上記のように圧下率９５％以上の冷間圧延を施した後、２５０〜３００℃の温度で４時間〜１０時間の調質焼鈍処理を行う。この処理は、アルミニウム箔に高強度を付与するための調質焼鈍処理であって、ＦｅおよびＴｉを適度に析出させ、箔厚中心部における箔厚の１／４〜３／４に再結晶粒が断面面積率で１〜３０％の割合で存在し、他の箔表面層においてはサブグレイン組織であって、これら再結晶粒とサブグレイン組織の複合組織とするためのものである。圧下率が９５％未満であり、また調質焼鈍温度が２５０℃未満で、かつ４時間未満では上記したような再結晶粒を得ることができない。また調質焼鈍温度が３００℃を超えると再結晶粒の面積割合が増え過ぎたり、再結晶粒が大きくなり過ぎては本発明の目的とする好ましい複合金属組織を得難くする。この調質焼鈍が１０時間以上となることは経済的でない。
【００２７】
【実施例】
次の表１に示すような本発明合金、比較合金および従来合金の組成（ｗｔ％）を有するアルミニウム合金溶湯を、水冷ロール法により厚さ７ｍｍのスラブに鋳造し、冷間圧延して厚さ0.１００ｍｍの薄板とした。
【００２８】
【表１】

【００２９】
上記のようにして得られた各箔は引続き次の表２に示すような焼鈍条件で調質焼鈍を行い、またこのようにして得られたアルミニウム箔に対しては次いでそれぞれ絞りを形成して成形性を評価した結果はこの表２における後段に併せて示す如くである。なおその他の特性値としてＦｅ固溶量、再結晶粒の存在する範囲の板厚、再結晶粒の占める割合、機械的性質限界絞り比（ＬＤＲ）を測定したが、それらの結果も表２において併せて示す如くである。
【００３０】
【表２】

【００３１】
前記した表２における評価および測定条件について説明すると以下の如くである。
＊絞り成形性（ＬＤＲ）の測定ポンチ径３３Φ、肩部Ｒ３のものを使用。一定ポンチを使い、ブランク径を替えて、カップに絞れる径のものについて、Ｌ．Ｄ．Ｒとして評価した。しわ押えは無しで、潤滑はワックスを使用した。
【００３２】
また前記表１および表２の比較合金箔および従来合金箔のものは表１に示したような組成の合金をＤＣ鋳造して得られたスラブ厚さ５８０ｍｍの鋳塊を６３０℃で１時間均質化処理し、熱間圧延で厚さ７ｍｍとし、冷間圧延で0.１００ｍｍの箔としたものである。またこの箔を引続き調質焼鈍を施したが、調質焼鈍条件は表２に示す如くで、このようにして得られたアルミニウム箔を絞り形成して成形性を評価したが、その評価方法は前記した実施例の場合と同じであり、その評価結果は表２に併せて示した如くである。
【００３３】
然して上記したような表３の結果によれば、本発明によるものが何れにしても強度、伸びが共にバランスして高く、限界絞り比も高いことが明かである。これに対しＤＣ鋳造法によって得られた従来合金箔は同一強度で伸びが低く、また同一限界絞り比において強度の低いことが明かである。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したような本発明によるものは、強度および伸びが共にバランスして高く、限界絞り比も高いので、比較的薄い箔を箔シートとして各種包装などに使用することができ、該箔シートにより容器などを容易且つ的確に絞り成形することができて低コストに好ましい容器を提供し得るなどの効果を有し、工業的にその効果の大きい発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアルミニウム箔の断面構成を略解的に示した説明図である。
【符号の説明】
１サブグレイン
２再結晶粒

Claims

ｗｔ％で、Ｆｅ：０．１０〜０．８％、Ｔｉ：０．００１〜０．０２％を含有し、残部が不可避的不純物およびＡｌからなり、不可避的不純物中Ｓｉが０．１５％未満であるアルミニウム合金溶湯を連続的に鋳造して得られたスラブを中間で焼鈍することなく圧下率９５％以上の冷間圧延を行い、しかる後２５０〜３００℃の温度で４時間以上１０時間以下の調質焼鈍を行うことを特徴とする容器用アルミニウム箔の製造方法。
請求項１記載の方法により製造される容器用アルミニウム箔であって、箔厚中心部に再結晶粒が存在し、箔厚表面層は再結晶粒が存在しないサブグレイン組織であり、箔厚中心部に存在する再結晶粒の割合が圧延方向に沿った断面における面積率で１〜３０％であり、箔厚中心部に存在する再結晶粒の大きさが５〜５０μｍであり、再結晶粒が存在する箔厚中心部の層厚範囲が全箔厚の１／４〜３／４であることを特徴とする容器用アルミニウム箔。