JP4763976B2 - 広口ボトル缶キャップ用アルミニウム合金板 - Google Patents
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しかし、いずれも、MgとMnのバランスにおいて、直径38mm等の広口キャップには、強度が高すぎて開栓しにくかったり(特許文献2)、強度が低すぎて所定の耐圧が得られない(特許文献3)という不具合があった。
Mn:0.5%(重量%、以下同じ)以上、2.0%以下を含み、さらにCu:0.01〜0.30%、Cr:0.01〜0.10%、Zn:0.01〜0.25%、Si:0.01〜0.40%、Fe:0.01〜0.70%、Ti:0.005〜0.05%のうち1種または2種以上を含み、Mg含有量が0.09%以下であり、残部が不可避的不純物とアルミニウムからなる化学組成を有し、
上記アルミニウム合金板の元板の引張強さが175〜230MPa、耐力が161〜210MPa、伸びが5%以上であり、
かつ、上記元板に対して、200℃の温度で10分間保持する熱処理を施した空焼板の引張強さが172〜230MPa、耐力が150〜200MPa、伸びが5%以上であり、
上記元板の耳率試験に使用する絞りカップの開口部に発生する耳のうち、圧延方向に対し45°方向の4箇所、及び0°、90°、180°、270°方向の4箇所に発生する耳の耳率が2.5%未満であり、かつ圧延方向に対し0°と180°方向の2箇所に発生する耳の耳率が2.0%以下であることを特徴とする広口ボトル缶キャップ用アルミニウム合金板にある(請求項1)。
Mnは、本発明の必須の成分であり、その含有量を0.5%以上、2.0%以下に限定する。
Mnは、強度および成形性を良好に保つために必須の成分である。また、Mnをこの範囲に限定することによって、例えばMnを含有している缶ボディ材3004合金、3104合金をリサイクルして原料に使用することが容易となる。
Mn含有量が0.5%未満の場合、強度不足となるため、広口ボトル缶キャップ(以下、適宜、単にキャップという。)として所定の耐圧を得ることができない。それ故、Mn含有量はより好ましくは0.55%以上がよい。
また、2.0%超えの場合、強度が高すぎて、開栓時に多大な力を要するため、開栓しにくくなってしまう。また、Mn含有量が多いほどFe等の他の元素と大きな金属間化合物を作りやすくなるので、製造に当たってはMn含有量の上限値を若干下げた方が好ましい。すなわち、Mn含有量は、より好ましくは1.1%以下がよい。
また、上記元板とは、本発明のアルミニウム合金板そのもの、すなわち製造したままの状態であり、キャップ製造工程に供給される前の状態の板をいう。そして、上記空焼板とは、この元板に、上記の熱処理を施して、便宜上キャップ製造工程における印刷後の状態をある程度反映させた状態の板をいう。
上記元板の引張強さ、耐力及び伸びが上記範囲にないと、空焼後に目的とする強度を得ることが困難となる。
上記空焼板の引張強さが160MPa未満の場合及び耐力が100MPa未満の場合には、成形したキャップにおいて所定の耐圧を得ることができない。一方、空焼板の引張強さが230MPaを超える場合及び耐力が200MPaを超える場合には、成形したキャップの開栓がしにくくなるという問題がある。
上記空焼板の伸びが5%未満の場合には、キャップ成形時に割れなどの成形不良が出やすくなるという問題がある。
45°耳高さ=A、135°耳高さ=B、225°耳高さ=C、315°耳高さ=D、
45°と135°の間の最小の谷高さ=E、
135°と225°の間の最小の谷高さ=F、
225°と315°の間の最小の谷高さ=G、
315°と45°の間の最小の谷高さ=H、
耳部の平均:M45=(A+B+C+D)/4、
谷部の平均:V45=(E+F+G+H)/4とすると、
耳率=〔(M45−V45)/{(M45+V45)/2}〕×100(%)
0°耳高さ=A’、90°耳高さ=B’、180°耳高さ=C’、270°耳高さ=D’、0°と90°の間の最小の谷高さ=E’、
90°と180°の間の最小の谷高さ=F’、
180°と270°の間の最小の谷高さ=G’、
270°と0°の間の最小の谷高さ=H’、
耳部の平均:M’=(A’+B’+C’+D’)/4、
谷部の平均:V’=(E’+F’+G’+H’)/4とすると、
耳率=〔(M’−V’)/{(M’+V’)/2}〕×100(%)
カップの平均高さ=P(開口端の高さを1000点測定した平均高さ)、
0°耳高さ=Q、180°耳高さ=R、
耳部の平均:S=(Q+R)/2、
耳率={(S−P)/P}×100(%)
ダイス径33.6mm、ポンチ径33mm、ポンチ肩R1.5mmの金型を用い、供試材ブランク径55mmとして、絞り比1.67でカップ絞りを実施。
Cuは、材料強度に影響を及ぼす元素である。0.01%未満の場合、その効果が得られないばかりでなく、純度の高い地金を使用する必要があり、コストアップとなる。Cu含有量が0.30%を超える場合には、圧延時に耳割れしやすくなるという問題がある。
Cr、Zn、Feは、結晶粒微細化による成形性に影響を及ぼす元素である。それぞれ上記下限未満の場合、その効果が得られないばかりでなく、純度の高い地金を使用する必要があり、コストアップとなる。一方、上記上限を超える場合、結晶粒微細化効果は飽和するため、添加に要するコストアップを考慮すると上記上限とすることが好ましい。
Siは、MnやFeと化合物を形成し、鋳造時にAl−Mn−Fe−Si系やAl−Fe−Si系化合物等の晶出物を形成する元素である。0.01%未満の場合、純度の高い地金を使用する必要があり、コストアップとなる。0.40%を超える場合、前記晶出物が多くなり、キャップ成形性を劣化させる。
Tiは、鋳塊組織微細化による成形性向上に影響を及ぼす元素である。0.005%未満の場合、その効果が得られない。0.05%を超えると、未固溶のAl−Ti系化合物が最終製品の表面欠陥として現れやすくなる。
なお、鋳塊組織微細化剤としてAl−Ti−B中間合金を添加する場合は、Bが含有されるが、Bは0.02%以下の範囲で添加されるのが好ましい。
基本的な製造工程は、鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延をして板を形成し、焼鈍、冷間圧延、焼鈍、冷間圧延を順次行って製品板厚とし、最後に強度の安定化のために安定化熱処理することである。なお、この安定化熱処理の前あるいは後において、脱脂、化成処理等の表面処理をすることが多い。
上記焼鈍1、2では、300〜550℃の温度に保持する条件で行う。保持温度が300℃未満の場合、最終板で所定の耳率が得られず、また、強度が高くなりすぎて成形性に劣る。保持温度が550℃超えの場合、表面が酸化しやすくなり好ましくない。なお、保持時間は特に限定しないが、連続焼鈍ラインなどによる急速加熱・急速冷却の比較的高温での焼鈍の場合、保持0〜20秒、バッチ式焼鈍炉による比較的低温での焼鈍の場合保持30分〜5時間が適当である。
(実施例1)
表1に示す化学成分を含有するアルミニウム合金鋳塊を半連続鋳造にて造塊し、表面の偏析層を切削後、600℃で6時間保持する均質化熱処理し、均質化熱処理炉から出してすぐに熱間圧延を開始した。熱間圧延は、板厚3mmで終了し、焼鈍を行うことで再結晶組織を得た後に、所定の板厚まで冷間圧延し、さらに中間焼鈍して再結晶組織とした後、50%の冷間加工度で、製品板厚まで冷間圧延し、安定化熱処理して供試材とした。
<機械的性質>
JIS5号試験片にて、引張試験した。
ダイス径33.6mm、ポンチ径33mm、ポンチ肩R1.5mmの金型を用い、供試材ブランク径55mmとして、絞り比1.67でカップ絞りを実施。
耳率は、前述の条件により成形したカップを、前述の式から、45°方向4箇所(A方向)の耳の耳率、あるいは0°、90°、180°、270°方向4箇所(B方向)の耳の耳率、及び0°と180°方向2箇所の耳の耳率を測定した。
供試材板面を電解研磨し、偏光顕微鏡で結晶粒を観察した。ASTMカードを用いて、比較法から、結晶粒径を求めた。
文字曲がりは、キャップ開口端部から3〜5mmの位置に文字が来るように、絞り前のブランクに10文字の印刷をし、直径38mmより絞り比が厳しい直径28mmPPキャップ用カップを絞り成形し、文字曲がりを目視観察して評価した。
<キャップ成形性>
成形後のキャップ用のカップの外観において、割れ、しわ、肌荒れ等の欠陥の有無を目視確認した。
表3に示すMg、Mnの含有量が本発明の請求範囲外である成分を有するアルミニウム合金鋳塊を、前述の実施例1と同じ条件で製造し、供試材C1〜C2を得た。
表4から知られるように、供試材C1は、Mn量が本発明の下限未満であるので、高強度を得ることができず、高耐圧のかかる製品には適さない。また、絞りカップの耳が0°−90°耳になりやすく、0°−180°耳は2.0%を超え、製品には適さない。
供試材C2は、Mg量およびMn量が本発明の上限を超えるため、強度が高すぎ、開口力が高くなり、開栓しにくいキャップとなり、適さない。
Claims (1)
- 塗装・印刷後に、直径28mmを超える円筒状のカップに成形し、該カップの耳部をトリミングした後、裾部にミシン目を加工し、その後、内容物が充填された飲料容器のネジ部に巻き締めされる広口ボトル缶キャップ用のアルミニウム合金板であって、
Mn:0.5%(重量%、以下同じ)以上、2.0%以下を含み、さらにCu:0.01〜0.30%、Cr:0.01〜0.10%、Zn:0.01〜0.25%、Si:0.01〜0.40%、Fe:0.01〜0.70%、Ti:0.005〜0.05%のうち1種または2種以上を含み、Mg含有量が0.09%以下であり、残部が不可避的不純物とアルミニウムからなる化学組成を有し、
上記アルミニウム合金板の元板の引張強さが175〜230MPa、耐力が161〜210MPa、伸びが5%以上であり、
かつ、上記元板に対して、200℃の温度で10分間保持する熱処理を施した空焼板の引張強さが172〜230MPa、耐力が150〜200MPa、伸びが5%以上であり、
上記元板の耳率試験に使用する絞りカップの開口部に発生する耳のうち、圧延方向に対し45°方向の4箇所、及び0°、90°、180°、270°方向の4箇所に発生する耳の耳率が2.5%未満であり、かつ圧延方向に対し0°と180°方向の2箇所に発生する耳の耳率が2.0%以下であることを特徴とする広口ボトル缶キャップ用アルミニウム合金板。
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