JP4375786B2 - 塗装焼付け処理後の缶壁の二次加工性に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板 - Google Patents

Description

本発明は、缶壁の二次加工性に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板、詳しくは、ＤＩ加工による２ピース缶ボディ用アルミニウム合金板であって、ＤＩ加工、塗装焼付け処理後に缶壁にエンボス加工などの二次加工を施すのに好適な缶壁の二次加工性に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板に関する。

炭酸系飲料、ソフトドリンク、ビールなどの飲料用缶のボディは、従来、ＤＩ加工した後、各種デザインを塗装、焼付け処理を行って製品缶としていたが、近年、意匠性の観点から、装焼付け処理後の缶ボディの側壁部にエンボス加工を施す飲料缶が増えており、このような背景から、ＤＩ加工、塗装焼付け処理後の缶壁にエンボス加工などの二次加工を施す場合、割れやしわを生じない二次加工性に優れた飲料缶ボディ用アルミニウム合金板が要求されている。

この要求に応えるために、従来、缶壁部を厚肉にすることが行われてきた。缶壁部を厚肉にするためには素材の板厚を大きくしなければならず、素材の節約や缶ボディの軽量化によるコスト低減の点からは好ましくない。

ＤＩ加工、塗装焼付け後、缶壁の張出加工（バルジ加工）を行う異形缶用アルミニウム合金板として、板表面からみた金属間化合物の大きさ、分布、面積占有率を特定したアルミニウム合金板（特許文献１参照）、これに加えてさらに中間焼鈍後の平均結晶粒幅を特定したアルミニウム合金板（特許文献２参照）が提案され、二次加工性に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板として期待されるが、これらのアルミニウム合金板を製造するためには、均質化処理条件、熱間圧延条件や中間焼鈍条件を調整しなければならず、製造面での煩わしさがあり、また缶壁に割れやしわを生じることなくエンボス加工などの二次加工を施すという要求に対して品質的に必ずしも満足すべきものではない。
特公昭６３−１０２１９号公報 特公昭６３−３０３８７号公報

発明者らは、従来の飲料缶と同様の缶壁厚を保持し、ＤＩ加工、塗装焼付け処理後の缶壁にエンボス加工などの二次加工を施しても、割れやしわを生じない二次加工性に優れた飲料缶ボディ用アルミニウム合金板を、煩わしい製造条件の調整を行うことなく得るために、通常缶ボディ材として使用されている３００４系アルミニウム合金板の製造条件について種々の試験、検討を行った結果、熱間圧延終了後および冷間圧延の途中で中間焼鈍を行うことなしに冷間圧延を行って硬質板とした場合に上記の缶ボディ用アルミニウム合金板が得られる可能性があることを見出した。

本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、従来の飲料缶と同様の缶壁厚を保持することができ、ＤＩ加工、塗装焼付け処理後の缶壁にエンボス加工などの二次加工を施しても割れやしわを生じることがなく、製造時に煩わしい製造条件の調整も不必要な缶壁の二次加工性に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板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塗装焼付け処理後の缶壁の二次加工性に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板は、Ｍｇ：１．４〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｆｅ：０．２０〜０．５０％を含有し、Ｍｇ含有量とＭｎ含有量との比、（Ｍｇ含有量％）／（Ｍｎ含有量％）が１．６〜５．０で、残部Ａｌおよび不純物からなる組成を有するアルミニウム合金板であって、該アルミニウム合金板を缶ボディにＤＩ加工して塗装焼付け処理した後の厚さ０．０８〜０．１４ｍｍの缶壁部のＪＩＳ１３Ｂ号試験片による缶円周方向の引張性能が、引張強さ：２８０〜３３０ＭＰａ、０．２％耐力：２６０〜３００ＭＰａ、破断伸び：３〜８％であり、前記缶壁部の曲げ半径１．０ｍｍの９０°繰り返し曲げによる破断限界サイクルが６サイクル以上であることを特徴とする。

本発明によれば、従来の飲料缶と同様の缶壁厚を保持することができ、ＤＩ加工、塗装焼付け処理後の缶壁にエンボス加工などの二次加工を施しても割れやしわを生じることがなく、製造時に煩わしい製造条件の調整も不必要な缶壁の二次加工性に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板が提供される。

本発明における合金成分の意義および限定理由について説明すると、ＭｇおよびＭｎは、ＤＩ加工後の熱履歴の後の伸びを大きくするために重要な成分であり、相互関係を特定することが好ましい。すなわち、ＤＩ成形後の熱履歴は、洗浄乾燥（例えば２００℃で２〜３分）、外面塗装焼付け（例えば２００℃で３０秒〜１分）、内面塗装焼付け（例えば２００℃で２〜３分）であり、これらの熱が順に缶に加わる。ＤＩ加工のままの缶では、缶壁部は強度は高いが伸びは低く、二次加工時に亀裂が生じ易いが、前記熱履歴による回復によって伸びが増加し二次加工し易くなる。本発明は、この伸びの増加に着目し、この伸びの向上と合金成分との関係について検討を行い、伸びの向上に対するＭｇとＭｎの重要性を見出したことに基づいてなされたものである。

Ｍｇは強度向上のために機能する元素で、好ましい含有量は１．４〜２．５％の範囲である。１．４％未満では前記熱履歴後の缶壁部の強度が低くなり、伸びも得難くなる。また、缶ボディとして必要な耐圧強度や軸力も得難くなる。Ｍｇが２．５％を越えて含有すると、前記熱履歴後も缶壁部の強度が大きくなり過ぎ、伸びが低下する。さらに、ＤＩ加工においても材料強度が上がり過ぎるため、大きな加工力が必要となり破胴も生じ易くなる。Ｍｇのより好ましい含有範囲は１．４〜１．８％である。

Ｍｎは金属間化合物（α相：Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ化合物）を生成して、Ｍｇと同様、強度向上に影響を与える元素で、好ましい含有量は０．５〜１．０％の範囲であり、その含有量はＭｇ含有量との関係において調整される。０．５％未満では前記金属間化合物が少なくなり、ＤＩ加工時にスコアリングが発生し易くなる。１．０％を越えて含有すると、前記金属間化合物が粗大となって缶壁部にピンホールが発生し易くなり、また、材料強度が大きくなり過ぎて破胴が生じ易くなる。Ｍｎのより好ましい含有範囲は０．６〜０．９％である。

Ｍｇ含有量とＭｎ含有量との関係は、Ｍｇ含有量とＭｎ含有量との比、（Ｍｇ含有量％）／（Ｍｎ含有量％）を１．６〜５．０の範囲に調整することが必要である。Ｍｇ含有量とＭｎ含有量との比が１．６未満では、Ｍｇ含有量が少なくなるために缶壁部の伸びが得られず、缶壁部の二次加工時に割れが生じ易くなる。Ｍｇ含有量とＭｎ含有量との比が５．０を越えると、缶壁部の伸びが得られ二次加工性が向上するが、ＤＩ加工時にスコアリングや破胴が生じ易くなる。

Ｓｉは金属間化合物（Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉなど）の生成に不可欠の元素で、好ましい含有量は０．２５〜０．４５％の範囲である。０．２５％未満ではＤＩ加工時のダイクリーニング効果のあるＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ晶出物が減少して、スコアリングが発生し易くなる。０．４５％を越えて含有すると、Ｍｎ固溶量が減少してＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ化合物が増加し、前記熱履歴後の缶壁部の強度が低くなり、伸びも得難くなる。また、缶ボディとして必要な耐圧強度や軸力も得難くなる。Ｓｉのより好ましい含有範囲は０．２５〜０．４０％である。

Ｆｅは、Ｓｉと同様、前記金属間化合物の生成に不可欠な元素で、好ましい含有量は０２０〜０．５０％の範囲である。０．２０％未満では、金属間化合物が少なくなるため、ＤＩ加工時にスコアリングが生じ易くなる。Ｆｅ含有量が０．５０％を越えると、粗大な金属間化合物が生成し、缶壁部にピンホールが生じ易くなる。Ｆｅのより好ましい含有範囲は０．３５〜０．５０％である。

本発明のアルミニウム合金板においては、アルミニウム合金に通常不純物として含まれる、例えば０．２５％以下のＣｕ、０．２５％以下のＺｎ、０．１０％以下のＣｒが含まれていても本発明の効果を損なうことはなく、鋳塊の結晶粒微細化のために、０．３％以下のＴｉ、０．１％以下のＢを添加することもできる。

本発明のアルミニウム合金板を製造するには、前記組成のアルミニウム合金をＤＣ鋳造により造塊し、得られたインゴットを常法に従って均質化処理、熱間圧延後、中間焼鈍を行うことなしに、冷間圧延し、冷間圧延の途中でも中間焼鈍することなく、８５％以上の圧延加工度（熱間圧延後、仕上げ厚さまでの冷間圧延加工度）で冷間圧延して硬質板とするのがよい。アルミニウム合金板の製造時に中間焼鈍を行うと、Ｍｇの含有によりＤＩ加工後の塗装焼付け処理時にベークハード（焼付硬化）し、必要な缶壁部の伸びや繰り返し曲げ強度が得難い。また、フランジ割れが発生し易くなる。

得られた硬質アルミニウム合金板を、常法に従って缶ボディにＤＩ加工し、塗装焼付け処理した場合、厚さ０．０８〜０．１４ｍｍの缶壁部のＪＩＳ１３Ｂ号試験片による缶円周方向の引張性能が、引張強さ：２８０〜３３０ＭＰａ、０．２％耐力：２６０〜３００ＭＰａ、破断伸び：３〜８％の特性をそなえていることが好ましい。

引張強さ、耐力が下限値未満では、必要な缶体強度が得られず、引張強さ、耐力が上限値を越えると強度が大き過ぎて破胴が生じ易くなる。引張強さのより好ましい範囲は２９０〜３１０ＭＰａであり、耐力のより好ましい範囲は２７０〜２９０ＭＰａである。破断伸びが３％未満では缶壁部の二次加工時に割れが生じ易くなり、８％を越えると、前記熱履歴による回復が多くなって強度低下が大きくなり、必要な缶体強度が得難い。破断伸びのより好ましい範囲は３〜６％である。

前記缶壁部の曲げ半径１．０ｍｍの９０°繰り返し曲げによる破断限界サイクルは６サイクル以上であることが望ましく、６サイクル未満の場合には缶壁部の二次加工において割れが生じ易くなる。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。これらに実施例は、本発明の一実施態様であり、本発明はこれに限定されるものではない。

表１に示す組成のアルミニウム合金を溶解してＤＣ鋳造により造塊し、得られたインゴットを面削後、５８０℃の温度に１２時間保持する均質化処理を行い、均質化処理後直ちに熱間圧延を開始し、熱間圧延を３５０℃の温度で終了し２．５ｍｍ厚さの熱間圧延板を得た。この熱間圧延板が常温まで冷却された後、冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍの冷間圧延板とし（圧延加工度８８％）、試験材Ｎｏ．Ｅ１〜Ｅ５、Ｃ１〜Ｃ６とした。なお、試験材Ｎｏ．Ｃ６については、上記の工程において、熱間圧延後０．８５ｍｍ厚さまで冷間圧延し、ついで連続焼鈍炉で４５０℃に急速加熱後保持無しで冷却する中間焼鈍を行い、さらに冷間圧延して０．３ｍｍ厚さの冷間圧延板とした。

試験材を、缶壁部の厚さが０．１０５ｍｍとなるよう常法に従ってＤＩ成形し、さらに塗装焼付け処理に相当する熱処理（２１０℃×１０分）を施し、缶壁部について、以下に示す方法で引張性能、繰り返し曲げ性、ＤＩ加工性、缶体強度を評価した。評価結果を表２に示す。なお、表１において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。

引張性能：缶底から６０ｍｍ高さを中心として、缶の円周方向にＪＩＳ１３Ｂ号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠して引張試験を行った。

繰り返し曲げ性：缶底から６０ｍｍ高さを中心として、缶の円周方向に２００ｍｍ長さ、幅１２．５ｍｍの引張試験片を採取し、０．２％耐力の１５％程度の応力を負荷した状態で、曲げ半径１．０ｍｍで左右９０°曲げ（両振り）による繰り返し曲げ試験を行い、曲げ回数をカウントした。

ＤＩ加工性：試験材から１００缶づつ製缶し、その時の製缶成功率と外観の目視観察により評価し、全缶成功して外観不良の認められないものを○、１〜５缶破胴したものは△、５缶を越えて破胴したものを×とした。

缶体強度：製缶された缶の缶底耐圧を測定し、市販されている缶の耐圧と比べて同等以上のものを○、２０ｋＰａ以下低下したものを△、２０ｋＰａを越えて低下したものを×とした。

表２に示すように、本発明に従う試験材Ｎｏ．Ｅ２〜Ｅ５はいずれも、引張性能、繰り返し曲げ性、ＤＩ加工性に優れ、良好な塗装焼付け処理後の缶壁の二次加工性が期待され、優れた缶体強度をそなえている。なお、試験材Ｎｏ．Ｅ１は参考として示すものである。

これに対して、試験材Ｎｏ．Ｃ１はＭｇ量が少なく、またＭｇ／Ｍｎ比が低いため、缶壁部の伸び、繰り返し曲げ性が劣っている。試験材Ｎｏ．Ｃ２はＦｅ量が少ないため、ＤＩ加工性が劣っている。試験材Ｎｏ．Ｃ３はＳｉ量、Ｍｎ量が少ないためスコアリングが生じ、ＤＩ加工性が劣っている。また缶体強度も低くなっている。試験材Ｎｏ．Ｃ４はＭｎ量が多く強度が高いためＤＩ加工性が劣る。またＭｇ／Ｍｎ比が小さいため、缶壁部の伸びが低く、繰り返し曲げ性が劣る。試験材Ｎｏ．Ｃ５はＭｎ量が多く強度が高いため、伸びが低くＤＩ加工性が劣っている。試験材Ｎｏ．Ｃ６は中間焼鈍を施したものであるため、塗装焼付時にベークハードが生じて、缶壁強度が高くなり伸びが小さくなり、繰り返し曲げ性が劣っている。

Claims (1)

1. Ｍｇ：１．４〜２．５％（質量％、以下同じ）、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｓｉ：０．２５〜０．４５％、Ｆｅ：０．２０〜０．５０％を含有し、Ｍｇ含有量とＭｎ含有量との比、（Ｍｇ含有量％）／（Ｍｎ含有量％）が１．６〜５．０で、残部Ａｌおよび不純物からなる組成を有するアルミニウム合金板であって、該アルミニウム合金板を缶ボディにＤＩ加工して塗装焼付け処理した後の厚さ０．０８〜０．１４ｍｍの缶壁部のＪＩＳ１３Ｂ号試験片による缶円周方向の引張性能が、引張強さ：２８０〜３３０ＭＰａ、０．２％耐力：２６０〜３００ＭＰａ、破断伸び：３〜８％であり、前記缶壁部の曲げ半径１．０ｍｍの９０°繰り返し曲げによる破断限界サイクルが６サイクル以上であることを特徴とする塗装焼付け処理後の缶壁の二次加工性に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板。