JP3897926B2 - 成形性に優れたアルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、飲料缶などの2ピースアルミニウム缶の缶胴体に好適に使用される成形性(ネック・フランジ成形)に優れたアルミニウム合金板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
アルミニウム缶の缶胴体には、Al−Mn−Mg系のJIS3004合金硬質板が従来から使用される。JIS3004合金は強度を上げるためとして高圧延率の冷間圧延を行っても良好な成形性を有しているため、キャンボディ材に広く使用されている。この種合金は、典型的な先行技術である特開平 3− 90549号公報によって挙示されるように、鋳造後、加熱による均質化処理を施し、偏析の低減、Al−Fe−Mn−Si相(以下、析出相(α相)という)の成長を促進させている。
【0003】
析出相はそのサイズ・分布状態により熱間圧延終了後の再結晶挙動に影響するため、析出相のコントロールは重要である。均熱処理では均熱温度を高くするほど、また均熱時間を長くするほど析出物の成長が認められるため、生産性を考慮して均熱条件が決められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
缶胴体の加工に際しては、成形速度の上昇、潤滑コストの低減などにより近年頓に処理条件が厳しくなっており、加工性の向上が要求されている。この場合、絞り加工性、しごき(扱き)加工性に影響を及ぼす因子として結晶粒のサイズがあり、この結晶粒サイズが大きいと加工性の低下を招くため、熱間圧延終了後の再結晶において結晶粒を小さくすることが望ましい。
【0005】
再結晶が発生する核には晶出物、析出物、歪み(転位)があり、これらの分布を適切にして再結晶の発生を促すことによって、結晶粒サイズを小さくコントロールすることが可能である。析出物を成長させる上で、従来では均熱温度、均熱時間のコントロールを行ってきたが、前述するように生産性の面からの制限がある点から、更なる再結晶の発生の促進を期することは決して容易ではない。
【0006】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて、より一層の結晶粒サイズの小粒化を図るべく案出されたものであり、本発明者等は、均熱処理後の冷却過程に着目して冷却温度域及び冷却速度が再結晶の発生条件に及ぼす影響に関して詳細に調査を行った結果、均熱処理後における冷却条件を適切にすることによって結晶粒サイズを小さくし得る点を知見するに至ったものである。しかして、本発明の目的は、上述する技術的背景に基づいて適正な冷却条件を設定することにより結晶粒サイズをより一層小さくすることを可能とし、以て、成形性に優れたアルミニウム合金板を製造する方法を提供しようとすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため以下に述べる構成としたものである。即ち、本発明における請求項1の発明は、化学成分として重量%で、Mn:0.85〜1.50%、Mg:0.50〜1.50%、Fe:0.30〜0.70%、Si:0.10〜0.50%、Cu:0.15〜0.50%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を、590〜630℃で通常の方法にて均質化処理した後、冷却速度50℃/h以下で550℃以下まで冷却し、熱間圧延を開始温度400〜550℃、終了温度300〜350℃で行った後、冷間圧延を施すことを特徴とする成形性に優れたアルミニウム合金板の製造方法である。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について具体的に説明する。
先ず、本発明に係るアルミニウム合金板における各成分の限定理由について説明する。この場合の各合金成分は、アルミニウムの強度を高めると同時に耳率(軸対称絞り時に材料が持つ面内異方性により発生する耳の方向性の度合い)や成形性のコントロールを目的として添加するものである。
【0011】
◆Mn:
Mnは強度向上に寄与するとともに、化合物であるAl−Fe−Mn−Si相(α相)の適正分布によってしごき加工性の向上に有効である。Mnが0.85%未満では何れの効果も少なく、また、1.50%超過ではMnAl6 の初晶巨大金属化合物が晶出し、成形性の低下につながる。従って、Mnは0.85%〜1.50%とする。
【0012】
◆Mg:
Mgは単独で固溶強化による強度向上に有効であるとともに、Cuとの組合せ(CAL使用時:製品コイルを巻きほどしながら急速加熱・冷却により短時間焼鈍する)によりAl−Cu−Mgが析出し、製缶時のベーキング(焼付け印刷)による軟化防止に効果がある。Mgが0.50%未満では何れの効果もなく、また、1.50%を超えると加工硬化が大きくなり成形性の低下につながる。従って、Mgは0.50%〜1.50%とする。
【0013】
◆Fe:
Feは結晶粒の微細化及び化合物(α相)の適正分布による成形性の向上に効果がある。Feが0.30%未満ではその効果がなく、また、0.70%を超える場合は化合物(α相)の粗大化による成形性の低下につながる。従って、Feは0.30%〜0.70%とする。
【0014】
◆Si:
Siは化合物(α相)の形成による成形性の向上に効果がある。Siが0.10%未満ではその効果がなく、また、0.50%を超える場合はMg2 Siによる強度上昇が大きくなり、成形性の低下につながる。従って、Siは0.10%〜0.50%とする。
【0015】
◆Cu:
Cuは強度上昇及びMgとの組合せ(CAL使用時)により製缶時のベーキングによる軟化防止に効果がある。Cuが0.15%未満では何れも効果がなく、0.50%超過では強度上昇が大きく、成形性の低下につながる。従って、Cuは0.15%〜0.50%とする。
【0016】
なお、その他の不可避的不純物として、Tiは0.10%以下、Bは0.05%以下等、不純物レベルであれば、本発明の効果を妨げるものではない。
【0017】
次に本発明における製造工程について説明する。
◆鋳造:
前述の合金組成を有するアルミニウム合金鋳塊を常法に従ってDC鋳造法(半連続鋳造法)により製作する。
【0018】
◆均熱:
鋳塊に対して、先ず均質化処理を行う。均質化処理は、ミクロ偏析の均質化、過飽和元素の析出に加えてAl−Fe−MnからAl−Fe−Mn−Si相(α相)への相変態を促し、しごき加工性を向上させることに有効である。この場合、590℃未満では析出物の成長が十分ではないため再結晶形成の核になり難く、630℃超過では炉内でバーニングを起こす恐れがある。従って、均質化処理は590〜630℃の温度範囲内で行う。また、2時間未満の均熱保持では十分な均質化が得られないことから、均熱保持時間は2時間以上とすることが望ましい。
【0019】
◆冷却:
均熱処理後に行う冷却では、均熱によって固溶した元素が温度の低下と共に析出し、均熱中に生成した析出物がさらに成長する。この場合の冷却速度が50℃/hより速いと、析出に要する時間が得られなくなり、析出物の成長が十分ではない。また、冷却到達温度が550℃より高いと、均熱終了温度との差が小さくなり、固溶限の変化が少なくなるため、析出の駆動力が得られず、析出物の成長に対して効果が小さい。よって、冷却速度は50℃/h以下で、かつ、550℃以下まで冷却する。冷却到達温度については、望ましくは480℃まで冷却することにより析出物の成長が認められる。
【0020】
◆熱間圧延:
上述する冷却処理が終わると熱間圧延を行う。熱延開始温度を低温にすることは、熱延時に再結晶の駆動力となる歪みを積極的に導入し、結晶粒を微細化させる効果がある。また、板表面の焼付きを低減させることができる。550℃超過ではその効果は少なく、400℃未満では効果はあるものの粗圧延のパス数が増え、生産性に劣る。従って、熱延開始温度は400〜550℃とする。
【0021】
熱間圧延の終了温度は300〜350℃にする必要がある。300℃未満では熱延板全体を再結晶させることができず、350℃超過では再結晶するものの、結晶粒の粗大化を招く。
【0022】
◆冷間圧延:
熱間圧延の終了後、通常の方法によって冷間圧延を行い、所要の厚さのアルミニウム合金板を得る。
【0023】
【実施例】
以下、本発明の実施例について下記表1、表2を参照しながら説明する。
【0024】
表1に示すような化学成分を持つアルミニウム合金を鋳造し、表2に示す各製造条件での製造方法により、均質化処理、冷却、熱間圧延を行った。表1のA,Bは本発明に係る合金であり、CはMgが本発明の範囲よりも低い合金である。表2には、各製造方法により、均質化処理、冷却、熱間圧延を行ったアルミニウム板の析出物サイズ及び熱間圧延終了後の表面結晶粒サイズが示される。
【0025】
【表1】
【0026】
【表2】
【0027】
No.1、2、3は本発明例であり、ホットコイルの表面結晶粒サイズが20μm以下と細かい再結晶粒が得られており、ボディ材として良好な成形性を示した。No.4は、合金Cを用いた比較例であり、Mgが少ないために熱間圧延時に歪みの導入が少ない。そのため再結晶の発生が疎になり、結晶粒が粗大化している。No.5は、均熱温度が520℃と本発明の範囲より低く、均熱中の析出物の成長が十分でなく、また固溶量も少ないために冷却中に析出物が殆ど成長していない。
【0028】
No.6では、均熱温度が640℃と本発明の範囲より高く、均熱中にバーニングを起こしてしまい、使用不可となった。No.7では、均熱終了後の冷却速度が100℃/hと本発明の範囲の外であり、析出物の成長に必要な時間及び温度域が不足しており、結晶粒が細かくならなかった。
【0029】
No.8は、同じく冷却時の到達温度が本発明の範囲より高く、均熱温度との差が小さく析出の駆動力が十分ではない。そのため析出物が細かくなり、結晶粒の微細化が得られなかった。No.9では、熱延開始温度が高いため、熱間圧延時の歪みの導入が不足し、再結晶の発生が十分出はなかった。
【0030】
No.10では、熱延開始温度が低いため、熱延終了温度も本発明の範囲より低くなり、再結晶温度に達せず、圧延集合組織が残っていた。No.11では、熱延終了温度が高いため、再結晶の粗大化を招いてしまい、細かい結晶粒は得られなかった。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、均熱条件、熱延条件を適正にし、析出物及び歪みをコントロールすることにより、再結晶の発生を促進させることができ、その結果、結晶粒が小さくて高強度かつ成形性の良好なアルミニウム合金板を提供することが可能となり、また、製造過程においては生産性の向上に寄与するところが大である。
Claims (1)
- 化学成分として重量%で、Mn:0.85〜1.50%、Mg:0.50〜1.50%、Fe:0.30〜0.70%、Si:0.10〜0.50%、Cu:0.15〜0.50%を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を、590〜630℃で通常の方法にて均質化処理した後、冷却速度50℃/h以下で550℃以下まで冷却し、熱間圧延を開始温度400〜550℃、終了温度300〜350℃で行った後、冷間圧延を施すことを特徴とする成形性に優れたアルミニウム合金板の製造方法。
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