JP4257135B2

JP4257135B2 - 缶胴用アルミニウム合金硬質板

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Publication number: JP4257135B2
Application number: JP2003055368A
Authority: JP
Inventors: 旭日比野
Original assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2023-03-03
Also published as: JP2004263253A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明はＤＩ成形（絞り−しごき加工）による２ピースアルミニウム缶用の缶胴に使用されるＡｌ−Ｍｇ−Ｍｎ系アルミニウム合金の硬質板、およびその製造方法に関し、特に深絞り耳が低くかつ塗装焼付後の強度が高く、しかもＤＩ加工時における成形性、例えばしごき加工性などが優れると同時に塗装焼付後の成形性、例えばフランジ成形性などが優れたＤＩ缶胴用アルミニウム合金硬質板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に２ピースアルミニウム缶（ＤＩ缶）の製造工程としては、缶胴用素材に対して、深絞り加工およびしごき加工によるＤＩ成形を施して缶胴形状とした後、所定の寸法、形状にトリミングを施して脱脂・洗浄処理を行ない、さらに塗装・印刷を行って焼付け（ベーキング）を行ない、その後に缶胴縁部に対してネッキング加工、フランジ加工を行ない、別に成形した缶蓋と合せてシーミング加工を行なうのが通常である。
【０００３】
このようにして製造されるＤＩ缶胴用素材としては、従来からＡｌ−Ｍｇ−Ｍｎ系合金からなるＪＩＳ３００４合金の硬質板が広く使用されている。この３００４合金は、しごき加工性に優れていて、強度を高めるために高圧延率で冷間圧延を施した場合でも比較的良好な成形性を示すところから、ＤＩ缶胴材として好適であるとされている。
【０００４】
なおこのような３００４合金からなるＤＩ缶胴用硬質板の製造方法としては、一般にＤＣ鋳造法などによって鋳造した後、鋳塊に均質化処理を施し、さらに熱間圧延および冷間圧延によって所定の板厚とし、かつその過程における熱間圧延後の冷間圧延前、もしくは冷間圧延の中途において、再結晶のために中間焼鈍を施す方法が一般的である。
【０００５】
ところで２ピースアルミニウム缶胴（ＤＩ缶）については、主として材料コスト削減の観点から、薄肉化を図ることが強く望まれている。そしてこのように薄肉化を図る場合、薄肉化に伴なう缶の座屈強度低下の問題等を回避するため、材料の高強度化を図ることが不可欠である。
【０００６】
さらにＤＩ缶胴用材料としては、ＤＩ成形時における耳率が小さいことが望まれる。すなわち、ＤＩ成形時の耳率が低いことは、ＤＩ成形時の歩留り向上と、缶胴の耳切れに起因する缶胴破断防止の点から重要である。
【０００７】
そしてまた、ＤＩ缶製造時におけるフランジ成形性（口拡げ性）が優れること、およびしごき性（耐缶切れ性）が優れることも必要である。
【０００８】
ここで、これらの強度、耳率、フランジ成形性（口拡げ性）、しごき性（耐缶切れ性）は、いずれか一つが優れていれば良いというものではなく、これらのバランスが良好で総合的に優れていることが必要であり、また製造方法としては、上述のような材料特性からの諸要求のほか、製造コストが低廉であることも重要である。
【０００９】
ところで従来の３００４合金缶胴用硬質板の一般的な製造方法においては、前述のように熱間圧延後の冷間圧延前、あるいは冷間圧延の中途において、再結晶のために中間焼鈍を行なうのが通常である。このような中間焼鈍の観点から従来の主な製造プロセスを分類すれば、次の（ａ）〜（ｃ）のプロセスに分けられる。
（ａ）熱延−バッチ焼鈍プロセス
これは、通常の熱間圧延の後、加熱速度の遅い箱型焼鈍炉（バッチ式焼鈍炉；ＢＡＦ）を用いて焼鈍する方法である。
（ｂ）熱延−連続焼鈍プロセス
これは、通常の熱間圧延の後、加熱速度の速い連続焼鈍炉（ＣＡＬ）を用いて焼鈍する方法である。
（ｃ）冷延中間連続焼鈍プロセス
これは、通常の熱間圧延後の冷間圧延の中途において、加熱速度の速い連続焼鈍炉を用いて焼鈍する方法である。
【００１０】
さらに、以上の（ａ）〜（ｃ）のプロセスのほか、次の（ｄ）のような方法もある。
（ｄ）自己再結晶プロセス
これは、熱間圧延の上がり温度を材料の再結晶温度以上に制御することによって、熱間圧延上がりの状態で材料を自己再結晶（自己焼鈍）させる方法である。
【００１１】
以上のような（ａ）〜（ｄ）のプロセスのうち、（ａ）、（ｂ）、（ｄ）のプロセスを適用した場合、いずれも最終的に得られた缶胴材のしごき性が劣るという共通の問題がある。また（ｄ）のプロセスを適用した場合、得られた缶胴材の材料強度が不足するという問題がある。さらに（ｃ）のプロセスを適用した場合、缶胴材としてしごき性は優れるものの、フランジ成形性が劣るという問題がある。そしてまた、熱間圧延後に再結晶のための焼鈍を必要とする（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のプロセスでは、製造コストが割高であるという問題もある。
【００１２】
ここで、Ａｌ−Ｍｇ−Ｍｎ系合金からなるＤＩ缶胴材の製造方法として既に提案されている先行技術の方法としては、例えば特許文献１〜特許文献８に示すような方法があるが、これらのうち特許文献１〜特許文献６の方法は、いずれも熱間圧延の後、もしくは冷間圧延の中途で焼鈍を必須とするものであり、前述のようにコスト面等で問題があった。
【００１３】
また特許文献７には、熱間圧延後に焼鈍なしで最終冷間圧延を施す方法も示されているが、この特許文献７に示されているのは熱間圧延機としてタンデム式圧延機を用いた場合の方法であり、リバース式圧延機（リバーシング・ミル、リバーシング・ウォームミル）を用いた場合については開示されていない。タンデム式圧延機とリバース式圧延機では、最適な熱間圧延プロセス条件が異なるのが通常であり、したがって特許文献７に示されている方法をリバース式圧延機を用いた場合に転用しても、直ちに前記諸特性の優れた缶胴材が得られるとは限らないのが実情である。
【００１４】
さらに特許文献８の方法でも、熱間圧延後の焼鈍を省略しても良いとされているが、この特許文献８の方法も、熱間圧延機としてタンデム式圧延機を使用するものであり、またその熱間圧延条件も厳密に規定されてはおらず、そのため特許文献８の方法をリバース式圧延機を用いる場合に転用しても、前記諸特性のバランスに優れたＤＩ缶胴材は得られなかったのである。
【００１５】
【特許文献１】
特開平１１−２５６２９０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２５６２９１号公報
【特許文献３】
特開平１１−２５６２９２号公報
【特許文献４】
特開２０００−２３４１５８号公報
【特許文献５】
特開２００１−４０４６１号公報
【特許文献６】
特開２００２−２１２６９１号公報
【特許文献７】
特開平１０−３１０８３７号公報
【特許文献８】
特開平１１−１４０５７６号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、ＤＩ缶胴材として望まれる諸特性をバランスよく満足し得る材料、すなわち高強度を有すると同時に低耳率で、しかもフランジ成形性、しごき性に優れていて、これらの諸特性のバランスが総合的に良好であり、かつまた低コストで製造し得ることを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者等が前述の課題を解決するべく種々実験・検討を重ねた結果、板の集合組織、特に板表面に近い部分の集合組織を適切に制御すると同時に、Ｍｎ固溶量、導電率を適切に調整することによって、高強度と低耳率を確保しながら、フランジ成形性としごき性のバランスを最適化し、高品質のＤＩ缶胴材を得ることができることを見出した。そしてまた、このようなＤＩ缶胴材を、製造するにあたっては、熱間圧延条件、特に板厚５０ｍｍの段階から熱間圧延上がりの段階における条件を厳密に規制することによって、熱間圧延後の再結晶のための焼鈍を省略しつつ高品質のＤＩ缶胴材を得ることができるプロセス、特にリバーシングミル方式の熱間圧延機を使用して高品質のＤＩ缶胴材を得ることができるプロセスを実現できることを見出し、この発明をなすに至った。
【００１８】
具体的には、請求項１の発明の缶胴用アルミニウム合金硬質板は、Ｍｇ０．５〜２．０％、Ｍｎ０．５〜２．０％、Ｆｅ０．１〜０．７％、Ｓｉ０．０５〜０．５％、Ｃｕ０．０５〜０．５％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合金からなり、かつ板表層のβファイバに属するＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｓ方位の各方位密度の合計をｄ₀とするとともに、板表面から板厚方向に板厚の１／４の深さの位置におけるβファイバに属するＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｓ方位の各方位密度の合計をｄ_1/4とし、さらに板表層におけるＣｕｂｅ方位の方位密度をＣ₀とし、かつ板表面から板厚方向に板厚の１／４の深さの位置におけるＣｕｂｅ方位の方位密度をＣ_1/4とした場合に、次式
（ｄ₀＋ｄ_1/4）＞（Ｃ₀＋Ｃ_1/4）
を満足し、さらにＭｎ固溶量が０．０５〜０．３５％の範囲内でかつ導電率が３４〜４５ＩＡＣＳ％の範囲内であることを特徴とするものである。
【００１９】
また請求項２の発明の缶胴用アルミニウム合金硬質板は、請求項１の缶胴用アルミニウム合金硬質板において、前記アルミニウム合金の成分として、さらにＣｒ０．０５〜０．３％、Ｚｎ０．０５〜０．５％、Ｔｉ０．００５〜０．２０％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とするものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
先ずこの発明の缶胴用アルミニウム合金硬質板に用いられるアルミニウム合金の成分組成の限定理由について説明する。
【００２３】
Ｍｇ：
Ｍｇの添加は、Ｍｇそれ自体の固溶による強度向上に効果があり、またＭｇの固溶に伴なう加工硬化量の増大による強度向上が期待でき、さらにはＳｉとの共存によるＭｇ₂Ｓｉの時効析出による強度向上も期待でき、したがってＭｇは缶胴材として必要な強度を得るためには不可欠の元素である。またＭｇは、加工時の転位の増殖作用があるため、再結晶粒を微細化させるためにも有効である。但しＭｇ量が０．５％未満では上述の効果が少なく、一方２．０％を越えれば、高強度は容易に得られるものの、ＤＩ加工時の変形抵抗が大きくなって絞り性やしごき性を悪くする。したがってＭｇ量は０．５〜２．０％の範囲内とした。
【００２４】
Ｍｎ：
Ｍｎは強度および成形性の向上に寄与する有効な元素である。特にこの発明で目的としている用途である缶胴材ではＤＩ成形時にしごき加工が加えられるため、とりわけＭｎは重要となる。アルミニウム板のしごき加工においては通常エマルジョンタイプの潤滑剤が用いられているが、Ｍｎ系晶出物が少ない場合には同程度の強度を有していてもエマルジョンタイプ潤滑剤だけでは潤滑能が不足し、ゴーリングと称される擦り疵や焼付きなどの外観不良が発生するおそれがある。ゴーリングは晶出物の大きさ、量、種類に影響されることが知られており、その晶出物を形成するためにＭｎは不可欠な元素である。Ｍｎ量が０．５％未満ではＭｎ系化合物による固体潤滑的な効果が得られず、一方Ｍｎ量が２．０％を越えればＡｌ₆Ｍｎの初晶巨大金属間化合物が発生して、著しく成形性を損なってしまう。そこでＭｎ量は０．５〜２．０％の範囲内とした。またここで製品板中における固溶Ｍｎは、加工時の回復を抑制する効果および塗装焼付け時の軟化を低減する効果があり、そこでこの発明では後に改めて説明するように、材料中のトータルＭｎ量のみならず、製品板中のＭｎ固溶量をも規定している。
【００２５】
Ｆｅ：
Ｆｅは、Ｍｎの晶出や析出を促進して、アルミニウム基地中のＭｎ固溶量やＭｎ系金属間化合物の分散状態を制御するために必要な元素である。適切な化合物分散状態を得るためには、Ｍｎ添加量に応じてＦｅを添加することが必要である。Ｆｅ量が０．１％未満では適切な化合物分散状態を得ることが困難であり、一方Ｆｅ量が０．７％を越えれば、Ｍｎ添加に伴なって初晶巨大金属間化合物が発生しやすくなり、成形性を著しく損なう。そこでＦｅ量の範囲は０．１〜０．７％とした。
【００２６】
Ｓｉ：
Ｓｉの添加は、Ｍｇ₂Ｓｉ系化合物の析出による時効硬化を通じて缶胴材の強度向上に寄与する。またＳｉは、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物を生成して、Ｍｎ系金属間化合物の分散状態を制御するために必要な元素である。Ｓｉ量が０．０５％未満では上記の効果が得られず、一方０．５％を越えれば時効硬化により材料が硬くなりすぎて成形性を阻害する。そこでＳｉ量の範囲は０．０５〜０．５％とした。
【００２７】
Ｃｕ：
Ｃｕは、アルミニウム基地中に溶体化させておき、塗装焼付処理時にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系析出物として析出することによる析出硬化を利用した強度向上に寄与する。Ｃｕ量が０．０５％未満ではその効果が得られず、一方Ｃｕを０．５％を越えて添加した場合には、時効硬化は容易に得られるものの、硬くなりすぎて成形性を阻害し、また耐食性も劣化する。そこでＣｕ量の範囲は０．０５〜０．５％とした。
【００２８】
以上の各元素のほかは、基本的にはＡｌおよび不可避的不純物とすれば良いが、必要に応じてＴｉ、Ｃｒ、Ｚｎのうちの１種または２種以上を添加しても良い。これらのＴｉ、Ｃｒ、Ｚｎについてさらに詳細に説明する。
【００２９】
Ｔｉ：
通常のアルミニウム合金においては、鋳塊結晶粒微細化のためにＴｉを微量添加することが行なわれており、この発明においても、必要に応じて微量のＴｉを添加しても良い。但しＴｉ量が０．００５％未満ではその効果が得られず、一方０．２０％を越えれば巨大なＡｌ−Ｔｉ系金属間化合物が晶出して成形性を阻害するため、Ｔｉを添加する場合のＴｉ量は０．００５〜０．２０％の範囲内とした。またＴｉとともに微量のＢを添加すれば鋳塊結晶粒微細化の効果が向上することが知られており、そこでこの発明の場合もＴｉとともに微量のＢを添加することは許容される。このようにＴｉと併せてＢを添加する場合、Ｂ量が０．０００１％未満ではその効果がなく、０．０５％を越えればＴｉ−Ｂ系の粗大粒子が混入して成形性を害することから、ＴｉとともにＢを添加する場合のＢ量は０．０００１〜０．０５％の範囲内ととすることが望ましい。
【００３０】
Ｃｒ：
Ｃｒは強度向上に効果的な元素であるが、０．０５％未満ではその効果が少なく、０．３％を越えれば巨大晶出物生成によって成形性の低下を招くため、好ましくない。そこでＣｒを添加する場合のＣｒ量の範囲は０．０５〜０．３％とした。
【００３１】
Ｚｎ：
Ｚｎの添加はＡｌ−Ｍｇ−Ｚｎ系粒子の時効析出による強度向上に寄与するが、０．０５％未満ではその効果が得られず、０．５％を越えれば、強度への寄与については問題がないが、耐食性を劣化させる。そこでＺｎを添加する場合のＺｒ量の範囲は０．０５〜０．５％とした。
【００３２】
さらにこの発明の缶胴用アルミニウム合金硬質板においては、合金の成分組成を前述のように調整するばかりでなく、製品板中における固溶元素の固溶量を適切に調整する必要がある。そしてこの発明では、各固溶元素のうち、代表的なＭｎについてその固溶量を定めるとともに、その他の固溶元素を含めた総合的な固溶量の指標として導電率を定めた。
【００３３】
すなわち、固溶元素は回復の抑制や塗装焼付け時における軟化の抑制などに効果があり、塗装焼付け後に適切な強度を得るためには、各元素の添加量だけではなく、固溶元素の固溶量を適切に制御する必要がある。そしてこの発明では、最も大きな影響を与えるＭｎ固溶量を０．０５〜０．３５％の範囲内とするとともに、Ｍｎのほかの固溶元素Ｍｇ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆｅの固溶量を、板の導電率を指標として３４〜４５ＩＡＣＳ％の範囲内とすることによって、しごき性およびフランジ成形性を損なうことなく、塗装焼付け後に必要な高強度を得ることが可能となったのである。
【００３４】
ここで、Ｍｎ固溶量が０．０５％未満では、必要な強度を得ることが困難となり、一方０．３５％を越えればしごき性およびフランジ成形性が悪くなる。したがってＭｎ固溶量は０．０５〜０．３５％の範囲内とした。
【００３５】
またＭｎのほかＭｇ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｆｅ等の総合的な固溶量の指標となる板の導電率が３４ＩＡＣＳ％未満では、全体の固溶量が多過ぎて、しごき性およびフランジ成形性が悪くなり、一方導電率が４５ＩＡＣＳ％を越えれば、全体の固溶量が少な過ぎて強度不足となるおそれがあり、そこで板の導電率を３４〜４５ＩＡＣＳ％の範囲内に定めた。
【００３６】
そしてまたこの発明の缶胴用アルミニウム合金硬質板では、板の表面やそれに近い部分（板表層の部位および板厚の１／４の部位）の集合組織を適切に制御することが、他の特性に悪影響を与えることなくしごき性を向上させるために重要である。
【００３７】
すなわち、本願発明者等の詳細な実験によれば、ｄ₀、ｄ_1/4、Ｃ₀、Ｃ_1/4を、それぞれ
ｄ₀：板表層におけるβファイバに属するＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｓ方位の各方位密度の合計
ｄ_1/4：板表面から板厚方向に板厚の１／４の深さの部位におけるβファイバに属するＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｓ方位の各方位密度の合計
Ｃ₀：板表層におけるＣｕｂｅ方位の方位密度
Ｃ_1/4：板表面から板厚方向に板厚の１／４の深さの部位におけるＣｕｂｅ方位の方位密度
と規定した場合、次の（１）式
（ｄ₀＋ｄ_1/4）＞（Ｃ₀＋Ｃ_1/4）・・・（１）
を満たすように板の集合組織を調整することによって、しごき性を従来と比較して格段に向上させ得ることを見出し、この発明において（１）式を規定した。（１）式が満たされなければ充分なしごき性向上効果が得られない。
【００３８】
なお各方位密度は、Ｘ線回折装置を用い、Ｓｃｈｕｌｚ反射法により、｛２００｝、｛２２０｝、｛１１１｝の不完全極点図を測定し、これらをもとに三次元結晶方位解析（ＯＤＦ）を行なって得たものとする。またここで、Ｃｕ方位は｛１１２｝＜１１１＞方位、Ｓ方位は｛１２３｝＜６３４＞方位、Ｂｓ方位は｛１１０｝＜１１２＞方位、Ｃｕｂｅ方位は｛００１｝＜１００＞方位がそれぞれ理想方位であるが、これら理想方位を中心に方位差１５°の範囲内のものも含むものとする。
【００３９】
なおまた、ｄ₀、Ｃ₀の各方位密度については板の表層と規定しているが、これは板の表面で測定した方位密度を意味する。
【００４０】
次に前述のような発明の缶胴用アルミニウム合金硬質板を得るための製造プロセスについて説明する。
【００４１】
先ず前述のような合金組成を有するアルミニウム合金鋳塊を、常法にしたがってＤＣ鋳造法（半連続鋳造法）により鋳造する。次いでその鋳塊に対して均質化処理を行ない、鋳塊の偏析を均質化するとともにＭｎ、Ｆｅ、Ｓｉ系の第２相粒子サイズと分布を最適化する。またこのような第２相粒子のサイズと分布は最終板の集合組織に影響を及ぼすこともある。均質化処理温度が５２０℃未満では、均質化効果が不充分であるばかりでなく、最適な集合組織が得られなくなるおそれがあり、一方６３０℃を越えれば、共晶融解のおそれがある。また均質化処理の時間は、１時間未満では均質化効果が不充分となるばかりでなく、最適な集合組織が得られないおそれがある。したがって均質化処理条件は、５２０〜６３０℃の範囲内の温度で１時間以上と規定した。なお均質化処理時間の上限は特に規定しないが、経済性を考慮して４８時間以下とすることが好ましい。
【００４２】
均質化処理を施した鋳塊に対しては、熱間圧延を行なう。ここで、熱間圧延後に焼鈍を施さない方式を適用する場合、後述するように熱間圧延上がり板の状態で９０％以上の再結晶率で再結晶している必要があり、また熱間圧延中の再結晶挙動は集合組織の制御を通じて耳率の低減およびしごき性の向上に大きな影響を与える。そこで熱間圧延開始温度や熱間圧延終了温度（熱延上がり温度）のみならず、熱間圧延中における板厚５０ｍｍの段階から熱延上がりまでの諸条件や、熱延上がり後、室温近くの温度（１００℃以下の温度）に冷却されるまでの間の条件などを厳密に規定することが好ましい。具体的には、次の（１）〜（６）の条件とする。
【００４３】
（１）熱間圧延開始温度を３５０〜５９０℃の範囲内とする
（２）板厚５０ｍｍから上がり板厚までの熱間圧延中において、材料温度を２８０〜４５０℃の範囲内に制御するとともに、各パスの歪み速度を２．０〜３５０／秒に制御し、かつ各パス間での滞留時間を１０分以内に制御する
（３）板厚５０ｍｍから上がり板厚までの熱間圧延中において圧延ロールと板との接触部分の平均温度を３５０℃以下に保持する
（４）熱間圧延上がりの材料温度を２８０〜３５０℃の範囲内とする
（５）熱間圧延上がり板厚を１．５〜２．８ｍｍの範囲とする
（６）熱間圧延上がりの２８０〜３５０℃の範囲内の温度から１００℃以下の温度までの平均冷却速度を１００℃／時間以下に制御する
【００４４】
なお熱間圧延の仕上げ圧延機としては、リバーシング・ミルおよびリバーシング・ウォームミルを用いる場合、あるいは熱間圧延の粗圧延および仕上げ圧延兼用の圧延機としては、リバーシング・ミルを用いる場合を想定しており、上記の（１）〜（６）の条件も、少なくとも仕上げ圧延にリバース方式の圧延機を用いた場合に有効な条件として規定している。そしてまた上記の各条件中、「板厚５０ｍｍから上がり板厚までの熱間圧延中」とは、リバース方式による仕上げ圧延中に含まれる。
【００４５】
上記（１）〜（６）の熱間圧延条件について次に詳細に説明する。
【００４６】
（１）熱間圧延開始温度を３５０〜５９０℃の範囲内とする：
熱間圧延開始温度は、熱間圧延中の材料の回復、再結晶挙動に強い影響を及ぼす。熱間圧延開始温度が３５０℃未満では、圧延中に再結晶が起こりにくく、材料の延性が低下し、圧延中に板のエッジ割れ現象が生じやすい。一方５９０℃を越えた温度で熱間圧延を開始すれば、粗大な結晶粒が形成されやすく、板の表面品質が低下する。そこで熱間圧延開始温度は３５０〜５９０℃の範囲内とした。
【００４７】
（２）板厚５０ｍｍから上がり板厚までの熱間圧延中において、材料温度を２８０〜４５０℃の範囲内に制御するとともに、各パスの歪み速度を２．０〜３５０／秒に制御し、かつ各パス間での滞留時間を１０分以内に制御する：
熱間圧延中における板厚５０ｍｍの段階から仕上げ板厚までの熱間圧延諸条件は、再結晶挙動、適切な集合組織の形成に大きな影響を与える。この段階での材料温度、各パス歪み速度、各パス間滞留時間を上述のように定めて組合せることにより、熱間圧延板の再結晶挙動を調整し、板の集合組織を熱間圧延の段階から制御することによって、最終板での集合組織が前記（１）式を満足させることが可能となる。この段階で材料温度が２８０℃未満となれば、表面品質の低下と熱間圧延中の深刻なエッジ割れを招くおそれがあり、一方この段階の材料温度が４５０℃を越えれば、再結晶の進行が早まって、所要の集合組織が得られなくなる。またこの段階での各パスの歪み速度が２．０／秒未満では、生産性の低下を招き、一方３５０／秒を越えれば、エッジ割れや板表面品質の低下を招き、圧延負荷の過大化を招くおそれがある。さらに材料のパス間滞留時間が１０分以上では、滞留中に回復と再結晶が進行し、所要の集合組織が得られなくなるおそれがあり、また生産性の低下をも招く。したがってこれらの条件を前述のように定めた。
【００４８】
（３）板厚５０ｍｍから上がり板厚までの熱間圧延中において圧延ロールと板との接触部分の平均温度（ロール表面平均温度）を３５０℃以下に保持する：
板の集合組織、特に表層の集合組織の形成には、圧延ロール表面の状態、特にその温度が大きな影響を与える。５０ｍｍを越える厚板の段階ではその影響は小さいが、板厚５０ｍｍから上がり板厚までの間では、圧延ロール表面温度が板表層の集合組織形成に大きな影響を与える。ここで、熱間圧延においては、圧延板と圧延ロールの接触により圧延ロールの表面温度が室温より高くなるが、その圧延ロールと圧延板との接触部分の温度が３５０℃を越えれば、板の表層に適切な集合組織が得られなくなり、また板の表面品質の低下を招くおそれがある。そこでこの発明では、板厚５０ｍｍから仕上げ板厚までの間における圧延ロールと板との接触部分の平均温度を３５０℃以下に保持することとした。
【００４９】
（４）熱間圧延上がりの材料温度を２８０〜３５０℃の範囲内とする：
熱間圧延の終了温度が２８０℃未満では、充分な再結晶が得られ難く、これをそのまま焼鈍せずに最終板厚まで冷間圧延した場合はＤＩ缶の耳が高くなり、成形性の劣化を招く。一方熱間圧延終了温度が３５０℃を越える場合、材料は完全に再結晶するが、表面品質が低下してしまうおそれがある。そこで熱間圧延の終了温度は２８０〜３５０℃の範囲内とした。なおこの範囲内でも特に２９０〜３４０℃が好ましい。
【００５０】
（５）熱間圧延上がり板厚を１．５〜２．８ｍｍの範囲とする：
熱間圧延上がり板厚が１．５ｍｍ未満では、熱間圧延機での板厚精度の制御が困難となる。一方熱間圧延上がり板厚が２．８ｍｍを越えれば、その後の冷間圧延率が高くなり過ぎて、高強度は容易に得られるが、耳率が大きくなってしまう。そこで熱間圧延上がり板厚は１．５〜２．８ｍｍの範囲内とした。
【００５１】
（６）熱間圧延上がりの２８０〜３５０℃の範囲内の温度から１００℃以下の温度までの平均冷却速度を１００℃／時間以下に制御する：
熱間圧延上がり材（コイル）の２８０〜３５０℃の範囲内の温度から１００℃以下の温度までの冷却過程は、再結晶の進行過程であり、またＣｕｂｅ方位結晶粒が成長する過程でもある。この過程での冷却速度が１００℃／時間を越えれば、再結晶が充分に進行できず、Ｃｕｂｅ方位結晶粒の生成が不充分となる。その結果最終板の耳率を充分に低くすることができず、また成形性も低下するおそれがある。そこで熱間圧延上がりの２８０〜３５０℃の範囲内の温度から１００℃以下の温度までの冷却過程の平均冷却速度を１００℃／時間以下とした。
【００５２】
以上のような（１）〜（６）の条件に従って、熱間圧延してコイルに巻上げ、さらに１００℃以下の温度まで冷却した熱延板は、自己焼鈍により９０％以上の再結晶率を達成することができ、このようなほぼ完全再結晶状態の組織の熱間圧延板に対しては、その後に改めて再結晶のための中間焼鈍を施すことなく、低コストで高品質の最終板に仕上げることができる。
【００５３】
さらに、熱間圧延板の特性としては、耐力が１２０ＭＰａ以下で、しかも集合組織条件として、板表面から板厚方向に板厚の１／４の深さの部位におけるＣｕｂｅ方位の方位密度がランダム方位の５〜１４０倍の範囲内で、かつ圧延集合組織に属するＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｓ方位の各方位密度がそれぞれランダム方位の１０倍以下となるように制御されているものとする。ここで、熱間圧延板における耐力が１２０ＭＰａを越えている場合は、最終板において強度が高くなり過ぎ、しごき性の低下を招くおそれがある。また熱間圧延板における板厚１／４に相当する部位のＣｕｂｅ方位の密度がランダム方位密度の５倍未満では、最終板に４５°耳が高くなりやすく、一方１４０倍を越えれば、最終板に０−９０°耳が高くなりやすい。さらに熱間圧延板における圧延集合組織に属するＣｕ、Ｓ、Ｂｓ成分の方位密度がそれぞれランダム方位の１０倍を越える場合は、最終板において４５°耳が高くなりやすく、またしごき性の低下を招くおそれがある。
【００５４】
熱間圧延板に対しては、その後に改めて再結晶のための中間焼鈍を施すことなく、最終板厚まで冷間圧延を行なう。ここで、冷間圧延率は６５％以上とする必要がある。すなわち、中間焼鈍を施さずに最終冷間圧延率を６５％未満にするためには、最終製品の板厚（通常０．３５〜０．２５ｍｍ）を考慮すれば、熱延上がり板を１ｍｍ未満にする必要があるが、そのようなことは実操業上極めて困難であるばかりでなく、材料の冷間加工硬化による強化が少なくなり、充分な材料強度が得られなくなるおそれがあり、さらには耳率の制御にも不利となる。したがって冷間圧延率は６５％以上とした。
【００５５】
以上のようにして得られた最終板（冷間圧延板）は、これをそのままＤＩ缶胴に用いても良いが、最終板の延性の回復による成形性の向上を図るため、必要に応じて冷間圧延後の板に対し、８０〜２００℃の温度範囲で０．１〜２４時間保持の条件で最終焼鈍（仕上げ焼鈍）を行なっても良い。この最終焼鈍の温度が８０℃未満では、成形性の向上効果が不十分であり、一方２００℃を越えれば、軟化による強度低下が大きくなる。また最終焼鈍の保持時間が０．１時間未満では成形性の向上効果が不十分となり、一方２４時間を越えれば、成形性向上の効果が飽和し、コスト面で問題が生じる。なお、冷間圧延を高速で行なった場合に生じる加工熱を利用しても、上記の最終焼鈍と同様な焼鈍効果を得ることが可能である。
【００５６】
【実施例】
表１に示す合金記号Ａ〜Ｇの各合金について、常法に従ってＤＣ鋳造法により鋳造した。得られた鋳塊に対し、均質化処理を施し、熱間圧延を行なってコイルに巻取り、１００℃以下に冷却し、さらに冷間圧延を行なって最終板厚とし、一部のものについて最終焼鈍を行ない、最終板（製品板）とした。これらのプロセスの具体的な条件について、表２、表３の製造番号１〜１２に示す。なお熱間圧延においては、仕上圧延機としてリバーシング・ミルを用いて、板厚５０ｍｍ以下の段階での圧延はすべてリバーシング・ミルによるものとした。
【００５７】
ここで、熱間圧延終了後１００℃以下の温度まで冷却した段階で、その熱間圧延板について、強度（圧延方向の引張強さおよび耐力）を調べるとともに、その集合組織として、板表面から板厚方向に板厚の１／４の深さの位置のＣｕｂｅ方位密度、Ｃｕ方位密度、Ｓ方位密度、Ｂｓ方位密度を測定したので、その結果を表３中に示す。
【００５８】
また最終板について、板表層および板表面から板厚の１／４の部位のＣｕｂｅ方位密度Ｃ₀、Ｃ_1/4と、同じく板表層および板表面から板厚の１／４の部位におけるβファイバに属するＣｕ方位密度、Ｓ方位密度、Ｂｓ方位密度を調べ、板表層のＣｕｂｅ方位密度Ｃ₀と、板表面から板厚の１／４の部位のＣｕｂｅ方位密度Ｃ_1/4との和の値（Ｃ₀＋Ｃ_1/4）を求め、同時に板表層のＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｓ方位の各方位密度の合計ｄ₀と、板表面から板厚の１／４の部位のＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｓ方位の各方位密度の合計ｄ_1/4との和の値（ｄ₀＋ｄ_1/4）を求めたので、その結果を表４中に示す。
【００５９】
なおここで上述のような各方位密度の測定、すなわち集合組織の測定は、次のようにして行なった。
【００６０】
すなわち、板厚表層の集合組織を求めるにあたっては、圧延板そのままで、エッチングなしで測定サンプルとした。一方板厚の１／４に相当する部位の集合組織を求めるにあたっては、ＮａＯＨ水溶液で表面から板厚の１／４に相当する部位までエッチングして測定サンプルとした。そしてＸ線回折装置を用い、Ｓｃｈｕｌｚ反射法により、｛２００｝、｛２２０｝、｛１１１｝の不完全極点図を測定し、これらをもとに三次元結晶方位解析（ＯＤＦ）を行なった。なおＣｕ方位は｛１１２｝＜１１１＞方位、Ｓ方位は｛１２３｝＜６３４＞方位、Ｂｓ方位は｛１１０｝＜１１２＞方位、Ｃｕｂｅ方位は｛００１｝＜１００＞方位がそれぞれ理想方位であるが、これら理想方位を中心に方位差１５°のものもそれぞれの方位の結晶として算定した。
【００６１】
さらに、前述のようにして得られた各最終板については、導電率（％ＩＡＣＳ）と、Ｍｎ固溶量も調べたので、その結果を表４中に併せて示す。ここで導電率は、渦電流式導電率測定装置を用いて、銅、黄銅を基準試料として測定を行なった。
【００６２】
前述のようにして得られた最終板（缶胴用の薄板）について、圧延方向と平行に採取した引張試験片を用いて元板の引張強度（ＴＳ）、耐力（ＹＳ）、伸び（ＥＬ）を測定し、また塗装焼付（ベーク）を想定した２００℃×２０分の熱処理を行なった後の引張強度（ＴＳ）、耐力（ＹＳ）、伸び（ＥＬ）を測定した。さらに元板の耳率を調べるとともに、しごき性の指標として「ＤＩ缶苛酷しごきの成功率」を調べるとともに、フランジ成形性（口拡げ性）の指標として口拡げ率を調べた。これらの結果を表４、表５に示す。
【００６３】
ここで、耳率は、ポンチ径３２ｍｍ、ブランク径５６ｍｍの条件でカップ深絞り試験を行なって調べた。またしごき性の指標としての「ＤＩ苛酷しごきの成功率」は、ＤＩ缶成形において第２のダイスを抜き、第１と第３のダイスのしごき率を５５％としたときに、連続１００缶の製缶で缶切れが発生しない缶の比率を調べた。さらにフランジ成形性（口拡げ性）の指標としての口拡げ率は、４段ネッキング後のＤＩ缶について、トリミング、洗浄、ベークを行ない、そのＤＩ缶の上部開口部分に、１５°の勾配を有するポンチを、材料に割れが生じるまで押し込む試験を行ない、割れが生じるまでの口拡げ率を以下の式で求めた。
口拡げ率＝［Ｒ1−Ｒ0］×１００％
但し、Ｒ0：４段ネッキング後のＤＩ缶開口部の半径（２９ｍｍ）
Ｒ1：割れが生じる限界まで口拡げしたときの開口部の半径
【００６４】
【表１】

【００６５】
【表２】

【００６６】
【表３】

【００６７】
【表４】

【００６８】
【表５】

【００６９】
表２〜表５において、製造番号１〜５は、いずれもこの発明で規定する成分組成範囲内の合金を用いて、前述の望ましい製造方法に従って製造した例である。これらの例では、表４、表５に示す通り、耳率が低く、ベーク後の強度も充分に高く、しかもしごき性とフランジ成形性にも優れた材料を得ることができた。
【００７０】
これに対し製造番号６は、合金成分はこの発明で規定する範囲内であるが、製造方法が前述の望ましい範囲から外れたものである。すなわち熱間圧延における板厚５０ｍｍ以降における最高温度が４７２℃と高く、この発明で規定する２８０〜４５０℃の範囲を外れ、また熱間圧延の上がり温度が２５６℃と低く、この発明で規定する２８０〜３５０℃の範囲を外れ、さらに熱間圧延上がり板の耐力が１４４ＭＰａと高く、この発明で規定する１２０ＭＰａ以下の範囲を外れ、そしてまた熱間圧延板の集合組織と最終板の集合組織も、この発明で規定する範囲を外れたものであって、ＤＩ缶胴用の板として４５°耳率が高く、苛酷しごきの成功率が低く、口拡げ率も劣った。
【００７１】
また製造番号７は合金成分がこの発明で規定する範囲から外れたものであり、ベーク後の強度が不足し（注：ＤＩ缶の耐圧性などの点から、材料の耐力は２４０ＭＰａ以上が必要）、またしごき性とフランジ成形性も劣っていた。
【００７２】
さらに製造番号８から製造番号１０までの場合は、均質化処理あるいは熱間圧延の条件が前述の望ましい範囲を外れたため、熱間圧延中途からエッジ割れにより熱間圧延の続行が困難となってしまった。
【００７３】
また製造番号１１の場合は、熱間圧延ロールの表面温度が前述の望ましい範囲の上限を越えてしまったため、４５°耳率が高く、またＤＩ缶のしごき性も劣ってしまった。
【００７４】
そしてまた製造番号１２の場合は、均質化処理条件が前述の望ましい範囲を外れたため、０°、９０°耳率が高く、またＤＩ缶のしごき性も劣ってしまった。
【００７５】
【発明の効果】
前述の実施例からも明らかなように、この発明によれば、ＤＩ缶胴用硬質板としてバランスの優れた板、すなわち塗装焼付後の強度として高強度を有すると同時に低耳率で、しかもしごき性およびフランジ成形性のいずれもが優れた板を得ることができる。そしてまた、熱間圧延後や冷間圧延中途における中間焼鈍を省略したプロセスで上述のような優れた材料を得ることができるところから、低コストで高品質の材料を得ることができる。

Claims

Ｍｇ０．５〜２．０％（ｍａｓｓ％、以下同じ）、Ｍｎ０．５〜２．０％、Ｆｅ０．１〜０．７％、Ｓｉ０．０５〜０．５％、Ｃｕ０．０５〜０．５％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合金からなり、かつ板表層のβファイバに属するＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｓ方位の各方位密度の合計をｄ₀とするとともに、板表面から板厚方向に板厚の１／４の深さの位置におけるβファイバに属するＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｓ方位の各方位密度の合計をｄ_1/4とし、さらに板表層におけるＣｕｂｅ方位の方位密度をＣ₀とし、かつ板表面から板厚方向に板厚の１／４の深さの位置におけるＣｕｂｅ方位の方位密度をＣ_1/4とした場合に、次式
（ｄ₀＋ｄ_1/4）＞（Ｃ₀＋Ｃ_1/4）
を満足し、さらにＭｎ固溶量が０．０５〜０．３５％の範囲内でかつ導電率が３４〜４５ＩＡＣＳ％の範囲内であることを特徴とする、缶胴用アルミニウム合金硬質板。
請求項１の缶胴用アルミニウム合金硬質板において、
前記アルミニウム合金の成分として、さらにＣｒ０．０５〜０．３％、Ｚｎ０．０５〜０．５％、Ｔｉ０．００５〜０．２０％のうちの１種または２種以上を含有することを特徴とする、缶胴用アルミニウム合金硬質板。