JP4364616B2 - 高強度Ａｌ−Ｆｅ合金箔およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高強度Ａｌ−Ｆｅ合金箔、詳しくは、強度に優れ、ピンホールや破断を生じることなしに薄肉化することができるＡｌ−Ｆｅ合金箔およびその製造方法に関する。

食料品や薬品の包装などの用途に使用されるアルミニウム箔は、５〜２００μｍ程度の板厚を有するもので、アルミニウム箔が単独で使用されることは少なく、多くの場合、ポリエチレンなどと貼り合わせて使用される。

このような用途のアルミニウム箔については、内容物を湿気や光から保護するために、ピンホールが少ないという特性をそなえることが重要であり、ピンホールは、箔厚が薄くなるに従い指数関数的に増加し、従来この種用途に使用されてきた純アルミニウム系の薄箔ではピンホールが多くなるため、薄箔用途には、ピンホールの少ないアルミニウム合金箔が要求され、その一つとしてピンホールの少ないＡｌ−Ｆｅ合金箔が提案されている。

例えば、Ｆｅ：０．８〜２．８％、Ｓｉ：０．０４〜０．２％を含有し、残部Ａｌと、不純物としてＣｕ含有量を０．００５％以下、Ｔｉ含有量を０．０３％以下、その他の不可避的不純物の含有量を合計で０．０５％以下に規制したＡｌ−Ｆｅ合金箔（特許文献１参照）が提案されている。このＡｌ−Ｆｅ合金箔においては、Ｆｅの大部分を金属間化合物としてアルミニウム母材中に分散させ、圧延中に導入される転位を均一に分散または回復させることにより、不均一な変形に起因するピンホール発生を低下させようとするものであるが、圧延中に導入される転位の分散または回復が容易であるため、圧延中の加工熱が不均一となった時には、局部的に先進率が変化して箔切れなどのトラブルが生じ易くなるという問題点がある。

Ｆｅの一部を固溶させて転位の回復し易さを低減するアイデアもあり、過去において、Ｆｅ：０．８〜２．８％、Ｓｉ：０．２％以下、、残部Ａｌおよび不純物からなり、固溶Ｆｅ濃度を０．０２％以下に規制したＡｌ−Ｆｅ合金箔が提案されている（特許文献２参照）。このアイデアは高温均質化処理、高温中間焼鈍、長時間中間焼鈍などによりＦｅの一部を固溶させるもので、上記の提案のものにおいても、固溶Ｆｅ濃度の制御は鋳造から箔地焼鈍までの熱処理により行われ、例えば熱間圧延後３００〜４００℃で１０時間以上の焼鈍が行われるが、高温均質化処理、高温中間焼鈍、長時間中間焼鈍により１μｍ未満の微細な金属間化合物を多く固溶する結果、最終焼鈍時のピニング効果が低減して強度が低下するとともに、圧延中に不均一な変形が生じ易くなるためピンホールが発生し易くなるという難点がある。

Ａｌ−Ｆｅ合金箔を溶湯圧延により製造する方法も提案されている（特許文献３参照）このものにおいては、Ｆｅが連続鋳造圧延時にＡｌ−Ｆｅ系金属間化合物として微細に晶出し、続く熱間圧延と冷間圧延により粉砕して０．２〜５μｍの大きさの微細粒子として均一に分散され、その結果、この微細粒子の周囲に箔圧延中に転位が局部的に堆積して、これを駆動力として動的回復が起こるため圧延硬化の進行が抑制されピンホールが少なくなるというものであるが、この方法では、金属間化合物の分布が不均一となり易く、薄箔圧延の際、部分的な加工軟化が生じて圧延切れが生じたり、溶湯圧延時に混入し易い酸化物に起因してピンホールが発生するという問題点がある。
特開平５−２９５４７４号公報 特開昭６３−２６３２２号公報 特開平６−１０１００３号公報

発明者らは、上記従来のＡｌ−Ｆｅ合金箔における問題点を解消して、高強度でピンホールの少ないＡｌ−Ｆｅ合金箔を得るために、これらの特性と金属間化合物の分布形態との関連性について試験、検討を行った結果、０．２μｍ以上１．０μｍ未満の大きさの金属間化合物の分布密度を特定範囲とした場合にピンホールが低減され、強度に優れたＡｌ−Ｆｅ合金箔が得られることを見出した。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その目的は、高強度でピンホールが少なく、包装用その他の用途に好適なＡｌ−Ｆｅ合金箔およびその製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明による高強度Ａｌ−Ｆｅ合金箔は、Ｆｅ：０．８〜２．０％、Ｓｉ：０．２％以下、Ｍｎ：０．１％以下を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなり、マトリックス中に円相当直径０．２〜１．０μｍの金属間化合物が４×１０^６〜８×１０^６個／ｃｍ^２分散していることを特徴とする。また、本発明による高強度Ａｌ−Ｆｅ合金箔の製造方法は、請求項1に記載のＡｌ−Ｆｅ合金箔を製造する方法であって、請求項１に記載の組成を有するＡｌ−Ｆｅ合金鋳塊を４６０〜５００℃で均質化処理し、熱間圧延および加工度４０〜６０％の冷間圧延を行った後、第１回目の中間焼鈍を施し、その後冷間圧延して第２回目の中間焼鈍を施し、さらに冷間圧延して製箔し、前記第1回目と第２回目の中間焼鈍を３００〜４００℃で行うことを特徴とする。

本発明によれば、高強度でピンホールが少なく、包装用その他の用途に好適なＡｌ−Ｆｅ合金箔を提供される。

本発明における含有成分の意義および限定理由について説明すると、Ｆｅは強度を向上させるよう機能し、Ａｌ−Ｆｅ系の金属間化合物を形成する。Ｆｅの好ましい含有範囲は０．８〜２．０％であり、０．８％未満では、形成される金属間化合物数が少ないため、その効果が十分でなく、２．０％を越えると、粗大な金属間化合物が生成して機械的性質が低下し、ピンホールが生じ易くなる。Ｆｅのさらに好ましい含有範囲は１．２〜１．６％である。

Ｓｉは０．２％以下に規制することが好ましい。０．２％を越えて含有すると、鋳造時にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物を生成し、この金属間化合物は球体であり、ピンホールを発生させ易くする。また、固溶Ｓｉは圧延中に不均一変形を引き起こし易くし、ピンホールを生じる。Ｓｉのさらに好ましい含有範囲は０．１％以下である。

Ｍｎは０．１％以下に規制することが好ましい。Ｍｎが０．１％以下の範囲で含有されると、Ａｌ−Ｆｅ系の金属間化合物の一部を置換して微細なＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の金属間化合物を形成し、最終焼鈍箔の強度が向上する。０．１％を越えると、粗大なＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の金属間化合物が形成し易くなってピンホールが増加するとともに、固溶したＭｎが最終焼鈍時に析出して、最終製品の結晶粒が粗大化し易くなる。Ｍｎのさらに好ましい含有範囲は０．０１〜０．０５％である。

本発明のＡｌ−Ｆｅ合金箔においては、その他の成分として、０．１％以下のＴｉ、０．１％以下のＢが含有されていても本発明の効果に影響することはなく、その他、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎなどの不純物は総量で０．２５％以下の範囲で許容される。

本発明においては、円相当直径が０．２〜１．０μｍの金属間化合物の分布数を特定範囲とすることにより、最終焼鈍時に結晶粒界移動が阻止され、結晶粒が微細化されて強度が向上する。上記金属間化合物の好ましい分布密度は４×１０⁶ 〜８×１０⁶ 個／ｃｍ² の範囲であり、分布密度が４×１０⁶ 個／ｃｍ² 未満では、転位が金属間化合物を乗り越えて移動するため強度向上の効果が小さく、分布密度が８×１０⁶ 個／ｃｍ² より大きいと、固溶成分が著しく低下するため、粗大な結晶粒が不均一に形成し、不均一結晶粒に起因する不均一変形によりピンホールが生じ易くなる。

また、金属間化合物が０．２μｍより小さいと、転位または結晶粒界の移動を阻止する効果が小さく、金属間化合物が１．０μｍより大きいと、金属間化合物の周囲で回復が生じ易いため、加工軟化が促進され強度が低下する。

金属間化合物の測定は、試料箔を電解研磨し、研磨後の表面を光学顕微鏡で４００倍に拡大した写真を撮影し、金属間化合物の粒径分布を画像解析装置（株式会社ニレコ製ルーゼックス５００）を用いて測定する。この場合、金属間化合物の直径は、円相当直径、すなわち、写真における金属間化合物の面積と同じ面積を有する円の直径として換算し、この結果から金属間化合物の粒径および数を測定する。

本発明のＡｌ−Ｆｅ合金箔は、前記の組成を有するアルミニウム合金を、例えばＤＣ鋳造により造塊し、得られた鋳塊を均質化処理後、熱間圧延し、その後、２回の中間焼鈍を介しての冷間圧延を行うことにより製造され、最終焼鈍を施す。

金属間化合物の分布密度の制御は、鋳造速度などの鋳造条件、均質化処理条件、熱間圧延条件、中間焼鈍条件、あるいはこれらの条件の組み合わせを調整することにより行われるが、上記の範囲の金属間化合物の分布密度を得るためには、鋳造速度を３５〜５０ｍｍ／分、均質化処理温度を４６０〜５００℃とするのが好ましい。また、熱間圧延後、加工度４０〜６０％の冷間圧延を行って析出サイトとなる加工歪を導入したのち第１回目の中間焼鈍を行い、その後冷間圧延し第２回目の中間焼鈍を施して、さらに冷間圧延するのが望ましく、第１〜２回目の中間焼鈍条件は３００〜４００℃で１〜５時間とするのが好ましい。

熱間圧延後の熱延コイルは析出または組織が不均一で、そのまま冷間圧延を行うと、不均一な析出が生じ易く、また組織の均一化も得られ難いため、そのまま冷間圧延を継続すると不均一組織部でピンホールが生じ易くなる。本発明においては、熱間圧延後、加工度４０〜６０％の冷間圧延を行い、その後中間焼鈍を行う。熱間圧延後できるだけ早く冷間圧延し、中間焼鈍を行うのが好ましい。熱間圧延後６０％を越える冷間圧延を施して中間焼鈍すると、形成された不均一な冷間圧延組織が均一化し難い。熱間圧延後、加工度４０〜６０％の冷間圧延を行い、その後第１回目の中間焼鈍を施して冷間圧延を行い、第２回目の中間焼鈍を施して、さらに冷間圧延することによって、析出量が多く、加工により転位が均一に導入されているため析出形態も微細且つ均一となる。熱間圧延後直ちに中間焼鈍を行っても加工組織が十分に導入されないため析出が促進されず、上記の効果が得難くなる。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明するとともに、それに基づいてその効果を実証する。なお、これらの実施例は本発明の好ましい一実施態様を示すものであり、本発明はこれに限定されるものではない。

Ｆｅ：１．２５％、Ｓｉ：０．０５％、Ｍｎ：０．０５％、不純物総量０．１７％を含有し、残部ＡｌからなるＡｌ−Ｆｅ合金を表１に示す鋳造速度でＤＣ鋳造により造塊し、得られた鋳塊を、表１に示す条件で均質化処理した。

ついで、熱間圧延により厚さ４ｍｍの熱延板とした後、熱延板を中間焼鈍を行うことなく加工度５０％の冷間圧延を行って、第１回目の中間焼鈍を行い、続いて冷間圧延（厚さ０．５ｍｍまで）−第２回目の中間焼鈍−冷間圧延により厚さ６μｍまで製箔（試験材Ｎｏ．１〜３及び５）し、３００℃の温度で最終焼鈍してＡｌ−Ｆｅ合金箔とした。中間焼鈍条件を表1に示す。試験材Ｎｏ．４は、熱延板（厚さ４ｍｍ）を厚さ０．５ｍｍまで冷間圧延した後、表１に示す条件で中間焼鈍し、ついで冷間圧延により厚さ６μｍまで製箔した。また試験材Ｎｏ．６は、熱延板（厚さ４ｍｍ）を３２５℃で１２時間中間焼鈍し、その後、中間焼鈍を行うことなしに冷間圧延を続行し厚さ６μｍまで製箔した。

得られた最終焼鈍後のＡｌ−Ｆｅ合金箔について、前記の測定方法に従って０．２〜１．０μｍの金属間化合物の分布密度を測定し、最終焼鈍後の引張強さ、ピンホール数を測定した。結果を表２に示す。表２に示すように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１〜３はいずれも、引張強さが１００ＭＰａを越える高強度を有し、ピンホール数もきわめて少ない。これに対して、金属間化合物の分布密度が本発明の条件を外れた試験材Ｎｏ．４〜６は、強度が低く、ピンホール数も多かった。

Claims (2)

1. Ｆｅ：０．８〜２．０％（質量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．２％以下（０％を含む、以下同じ）、Ｍｎ：０．１％以下（０％を含む、以下同じ）を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなり、マトリックス中に円相当直径０．２〜１．０μｍの金属間化合物が４×１０^６〜８×１０^６個／ｃｍ^２分散していることを特徴とする高強度Ａｌ−Ｆｅ合金箔。
2. 請求項1に記載のＡｌ−Ｆｅ合金箔を製造する方法であって、請求項１に記載の組成を有するＡｌ−Ｆｅ合金鋳塊を４６０〜５００℃で均質化処理し、熱間圧延および加工度４０〜６０％の冷間圧延を行った後、第１回目の中間焼鈍を施し、その後冷間圧延して第２回目の中間焼鈍を施し、さらに冷間圧延して製箔し、前記第1回目と第２回目の中間焼鈍を３００〜４００℃で行うことを特徴とする高強度Ａｌ−Ｆｅ合金箔の製造方法。