JP4908805B2

JP4908805B2 - 高強度キャップ用アルミニウム合金の製造方法

Info

Publication number: JP4908805B2
Application number: JP2005261770A
Authority: JP
Inventors: 覚鈴木
Original assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: JP2007070711A

Description

本発明は、広口用ＰＰ（ｐｉｌｆｅｒｐｒｏｏｆ）キャップなどに適した高強度で絞り成形性に優れるアルミニウム（Ａｌ）合金板の製造方法に関する。

ＰＰキャップは、例えば、塗装および文字印刷を施したＡｌ合金板をカップ状に絞り成形し、開口端の耳部をトリミングし、裾部に開栓を容易にするためのミシン目を入れ、胴部にネジ溝を設けて製造されている。前記ミシン目は印刷文字をまたいで入れられ開栓有無が識別できるようになっている。

材料には、一般に成形性に優れたＪＩＳ−Ａ１１００やＡ３１０５合金が用いられているが、近年キャップの広口化にともなって、天面強度低下を補う高強度のＡｌ−Ｍｇ系合金が用いられ始めており、たとえば高強度ＰＰキャップ材としては特許文献１（特開２００３−３２８０６２号公報）に示されるような発明が開示されている。この特許文献１はＭｇ０．５〜２．１％を主成分とし、耳高さを規定したキャップ用アルミニウム合金の発明である。
特開２００３−３２８０６２号公報

しかしながら前記の特許文献１（特開２００３−３２８０６２号公報）では広口ＰＰキャップ材としては、まだ強度的には十分ではなかった。
すなわち従来材では、口径の小さいキャップに使用する場合は問題無いものの、口径の大きな広口キャップとして用いるとキャップの天面強度が十分ではないために、内圧により天面が膨らんだり、それによりライナーの部分の密封度が低下し、密封性が低下してしまうという不具合が発生してしまう。
一方、一般に天面強度を上昇させるために素材の高強度化を行なうと、キャップをひねって開ける時の開栓トルクが上昇しすぎて、なかなか開けられない、つまりキャップの引きちぎれ性が悪くなるという問題があり、そのため極端な高強度化は不可能であった。

そのため高強度でありながら引きちぎれ性がよく開栓性の良い材料が望まれていた。
さらには、ＰＰキャップはアルミニウム板の状態で文字や模様などを印刷してからキャップ形状に成形することから、キャップ用アルミニウム合金の耳率が大きいと耳が高い部分の印刷文字がその高さに対応するように曲がる（歪む）という問題もある。

本発明は、極めて高強度でありながら開栓性も良く、耳率が良好で印刷文字の曲がりが無く、表面品質にも優れたＰＰキャップ用Ａｌ合金板の製造を目的とする。

そこで、更なる高強度と開栓性の両立を目指し研究した結果、本発明者等はＡｌ−Ｍｇ合金材のＭｇ含有量とＭｎ含有量をさらに高めるとともに晶出物を適正に制御することで、さらに高強度でありながら開栓性が良い事を見出し、さらに検討を進めて本発明を完成させるに至った。

すなわち、請求項１記載発明は、Ｍｇを２．１％（ｍａｓｓ％、以下同じ）を越え３．０％以下、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｓｉを０．０５〜０．２％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる鋳塊に均質化処理を常温で施した後、熱間粗圧延機と熱間仕上げ圧延機による熱間圧延を行うにあたり、仕上げ圧延の開始温度を４５０℃以下、終了温度を３１０〜３５０℃、総圧下率８５％以上、最終パスの圧下率５０％以上の条件で行い、熱間圧延終了板中の再結晶組織を９０％以上とし、次いで１次冷間圧延を施したのち、中間焼鈍を４００〜５５０℃の温度で保持なし乃至２分以内保持する条件で行い、次いで仕上冷間圧延を総圧延率３０〜６５％で施し、次いで安定化処理を施すことを特徴とする全晶出物面積率が０．５〜２．０％であり、更に抗張力が２２０〜２７０ＭＰａであり、４５°耳で耳率が２％以下である表面品質の良好なキャップ用アルミニウム合金板の製造方法である。

本発明によれば、きわめて高強度でありながら開栓力が低く、更に耳率が良好で印刷文字の曲がりを起こすことも無く、表面品質にも優れたＰＰキャップ用アルミニウム合金板を提供できる。

以下、まず合金成分の添加理由について記す。

本発明において、Ａｌ合金に含有されるＭｇはキャップ用Ａｌ合金板の強度向上に寄与する。Ｍｇが２．１％以下ではその効果が十分に得られず広口ＰＰキャップに使用した時の天面強度が不足し、一方、３．０％を超えると強度が高くなり過ぎて開栓が困難になる場合がある。従ってＭｇの含有量は２．１％を超え３．０％以下とする。

Ｆｅは晶出物を形成し、開栓性の改善に寄与する。Ｆｅの含有量が０．１％未満ではその効果が十分に得られず引きちぎれ性が不充分となり開栓性が悪化するが、０．３％を超えると４５°方向の耳が高くなり、印刷文字の曲がりを起こす場合がある。従ってＦｅの含有量は０．１〜０．３％とする。

Ｍｎは強度を付与し、更には晶出物を形成し開栓性改善に寄与するが０．１％未満ではその効果が無く引きちぎれ性が不充分となり、０．３％を超えると４５°方向の耳が高くなり印刷文字の曲がりを起こす場合がある。従ってＭｎの含有量は０．１〜０．３％とする。

ＳｉもＭｇ₂Ｓｉの晶出物形成に寄与し開栓性改善に寄与するが、０．０５％未満ではその効果がなく開栓性が十分に得られず、０．２５％を超えるとＭｇ₂Ｓｉ晶出物が増えすぎ４５°耳が発達し、印刷文字の曲がりを引き起こす。従ってＳｉの含有量は０．０５〜０．２５％の範囲とする。

その他元素は特性へ大きな影響を与えない範囲で許容される。例えば鋳造時の微細化材として添加されるＴｉやＢはそれぞれ０．０５％以下、０．０１％以下、更にＣｒやＶやＺｒは０．１％以下、Ｃｕは０．２５％以下、Ｚｎは１％以下であれば問題ない。

次に、全晶出物面積率は高強度材においても開栓性を良好に保つ役割のために重要である。尚、全晶出物面積率とはＡｌ_６（Ｆｅ，Ｍｎ）やＭｇ_２Ｓｉなどのすべての晶出物の面積率の和を意味する。
全晶出物面積率が０．５％以上であれば、広口ＰＰキャップとして使用した場合、キャップを開栓しようとした時に、キャップに設けたミシン目からの亀裂がこの晶出物を伝わるようにして進行することにより快適な引きちぎり性が得られて、本発明の高強度材であっても容易に開栓することが可能となる。
一方、この全晶出物面積率が２．０％を超えると、開栓性は確保できるものの、中間焼鈍時の立方体方位の発達を抑制しすぎて、その結果、キャップに成形した時に４５°耳が強くなり、印刷文字の曲がりが発生する。
従って、本発明においては全晶出物面積率を０．５〜２．０％の範囲とすることが開栓性と耳制御のために必要である。

抗張力を２２０〜２７０ＭＰａとしたのは２２０ＭＰａ未満では天面強度が十分ではなく、２７０ＭＰａを超えると開栓性が悪くなるからである。

次に製造法について説明する。

通常の半連続鋳造で製造した鋳塊を必要に応じて面削する。

次に熱間圧延を、粗圧延、仕上げ圧延からなる圧延機で行う。

熱間仕上げ圧延開始温度が４５０℃を超えると、熱間仕上げ圧延時に圧延ロール表面に形成されたロールコーティングの一部が剥がれ、板表面に埋め込まれる欠陥（ピックアップ）が多発し最終製品にフローマークが現れる事があり表面品質が低下する。従って熱間仕上げ圧延開始温度を４５０℃以下とする。

熱間圧延終了温度を３１０〜３５０℃としたのは、３１０℃未満では熱間圧延終了板の再結晶率が低下し、０−１８０°耳が強くなり印刷文字の曲がりが発生するためである。一方３５０℃を超えると、やはり熱間仕上げ圧延時に圧延ロール表面に形成されたロールコーティングの一部が剥がれ板表面に埋め込まれる欠陥（ピックアップ）が多発し最終製品にフローマークが現れる事があり表面品質が低下するためである。

熱間仕上圧延機での総圧下量を８５％以上とするのは、８５％未満では本願発明の圧延終了温度では再結晶状態とすることが出来ず、中間焼鈍時に過度に立方体方位が発達し、最終板の０−１８０°耳が極めて強くなり印刷文字の曲がりが発生するためである。

熱間仕上げ圧延の最終パスの圧下率を５０％以上とするのは、歪みを十分に蓄えさせて本願発明のような低温の熱延終了温度でも確実に再結晶させるためであり、５０％未満では未再結晶部の残存率が高くなり、最終板の０−１８０°耳が強くなるため印刷文字の曲がりが生ずる。
仕上げ圧延機がタンデム式圧延機の場合は最終スタンドの圧下率を５０％以上とすればよい。

熱間圧延終了板中に未再結晶部分が残存するとその後の中間焼鈍時に過度に立方体方位が発達し、最終板の０−１８０°耳が強くなり印刷文字の曲がりが発生する。このため熱間圧延終了板中の再結晶率は板厚の９０％以上とする。これは板厚の９０％以上が再結晶状態となっていることを意味する。

続いて１次冷間圧延を施し、歪みを十分蓄積させる必要がある。これにより中間焼鈍時の結晶粒が微細化される。冷間圧延率として３０％以上の冷間圧延を行なう事が望ましい。

次いで中間焼鈍として４００〜５５０℃で保持なし乃至２分以内保持する焼鈍を行なうが、連続焼鈍炉で実施することが望ましい。４００℃未満では連続焼鈍炉の場合再結晶状態とするのは難しく、最終板の強度が異常に高くなり開栓性が悪くなる。さらに本来発達させるべき立方体方位が発達しないため４５°耳が強くなる。一方、５５０℃を超えたり、２分以上保持を行なうと再結晶粒が粗大化し、成形後肌荒れが生じる。また、この結晶粒の粗大化の際は立方体方位の結晶粒が他方位の結晶粒より速く粗大化するため立方体方位が強くなりすぎ、最終板の０−１８０°耳が強くなり印刷文字の曲がりが発生する。

続いて仕上圧延として最終冷間圧延を行なうが、その圧延率を３０〜６５％としたのは、３０％未満では強度が不足するとともに中間焼鈍で発達させた立方体方位に見合うだけの圧延集合組織を発達させることが出来ず、０−１８０°、９０−２７０°耳が高くなる。また６５％を超えると強度が高くなりすぎ開栓性が悪化する。また圧延集合組織が発達しすぎて４５°耳が強くなる。

次いで工業的には安定化処理が行なわれるが、この条件については特に限定しないが通常１４０〜２５０℃で０．５〜１２ｈｒ程度で行なわれる。

以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
表１に示す合金成分を常法により溶解鋳造し厚さ５００ｍｍのスラブ（板状鋳塊）を得た。このスラブを用いて表２に示す条件で最終板を製造した。
尚５００℃×４ｈｒの均質化処理後の熱間圧延については粗圧延をシングルのリバース式圧延機で行い、開始温度４８０℃で行なった。仕上げ圧延は４スタンドのタンデム式圧延機を使用した。終了板厚は２．５ｍｍとした。中間焼鈍は連続式焼鈍炉（ＣＡＬ）を用いた。安定化処理は箱型焼鈍炉（バッチ炉）を用い２２０℃×２ｈｒの条件で行なった。最終板厚は０．２５ｍｍとした。

このようにして得られた製品板の引張試験と耳率測定、晶出物の画像解析を行なった。
また中間工程で熱延板の表面品質をアルマイト処理してわかりやすくした後、目視で判定を行ない、ピックアップ等の表面欠陥が工業製品として問題ないものを○、欠陥で製品とならないものは×として評価した。
＜熱延板の結晶率＞
中間工程の熱延板の圧延方向と平行断面を研磨後、バーカー法で写真撮影を行い、全板厚
中に再結晶部分の占める割合を測定した。
＜引張試験＞
ＪＩＳ５号試験片を使用して圧延方向と平行方向で引張試験を実施した。
＜耳率＞
パンチ径３３ｍｍ、パンチ肩Ｒ１．５ｍｍ、ブランク径５７ｍｍ、しわ押さえ
２４５２．５Ｎ（２５０ｋｇｆ）でカップ成形し、次式を用いて計算した。
耳率＝（山平均−谷平均）／カップ平均高さ×１００（％）
尚０°、９０°位置と４５°位置を比較して０°、９０°位置が高い場合をマイナス、
４５°位置が高い場合をプラスで表記した。
耳率は２．０％以下である必要があり、マイナス耳は許容できない。
＜晶出物画像解析＞
板の横断面を鏡面まで研磨した後光学顕微鏡により４００倍の写真撮影し、画像解析に
より１μｍ以上の大きさの晶出物の面積率を測定した。
測定面積は０．５ｍｍ²であった。
また、製品板に塗装処理を施し、プレス、ロール成形により直径３８φのキャップを作製した後外観観察を行い成形上の問題が無いか確認した後、容器に巻き締めその開栓トルクを測定した。
＜外観観察＞
目視により外観観察を行い、特に問題が無いものを○、フローマークや肌荒れが
生じたものは×とした。
＜開栓トルク＞
０．７３６Ｎ・ｍ（７．５ｋｇｆ・ｃｍ）以下を○、これを超えた場合は×とした。

表３から明らかなようにＮｏ．１〜４の本発明例は全ての特性が良好であるのに対し、本発明の条件から外れる比較例は良好な特性が得られなかった。
No.５はＦｅ、Ｓｉ量が過多のため晶出物面積率が高く最終板の４５°方向の耳率が高く、印刷文字の曲がりを引き起こす。
Ｎｏ.６はＭｎ量が過小のため、強度が十分でないうえ、晶出物が少なく開栓トルクも高くなっている。
Ｎｏ．７はＭｎ量過多のため４５°耳が強く印刷文字の曲がりが起きる。
Ｎｏ．８はＭｇ量が過小のため強度が低い。
Ｎｏ．９はＭｇ量が過多のため強度が高すぎて開栓力が高くなっている。
Ｎｏ．１０は熱間仕上げ圧延終了温度が低すぎて熱間圧延後の再結晶率が低く、最終板の耳がマイナスになっており、０−１８０°位置で印刷文字の曲がりが生ずる。
Ｎｏ．１１は熱間仕上げ圧延開始温度、終了温度が高すぎて熱延板の表面品質が低下し、最終板の成形品にフローマークが発生した。また、熱間仕上げ圧延総圧下率は低いため熱間圧延後の再結晶率が低く、最終板の耳がマイナスになっている。
Ｎｏ．１２は熱間仕上げ圧延総圧下率は低いため熱間圧延後の再結晶率が低く、最終板の耳がマイナスになっており、０−１８０°位置で印刷文字の曲がりが生ずる。
Ｎｏ．１３は熱間仕上げ圧延の最終スタンドの圧下率が低すぎて熱延板に未再結晶部が残存したため最終板の耳がマイナスになり０−１８０°位置で印刷文字の曲がりが生ずる。
Ｎｏ．１４は中間焼鈍温度が低すぎて完全に再結晶とすることが出来なかったため強度が高くなりすぎ開栓トルクが高い。また４５°耳が著しく発達し、４５°位置で印刷文字の曲がりが発生する。
Ｎｏ．１５は中間焼鈍温度が高すぎて結晶粒径が粗大になったため成形品表面に肌荒れが発生した。また立方体方位が強くなり最終板の耳がマイナスになり０−１８０°位置で印刷文字の曲がりが生ずる。
Ｎｏ．１６は中間焼鈍保持時間が長すぎて結晶粒径が粗大になったため成形品表面に肌荒れが発生した。また立方体方位が強くなり最終板の耳がマイナスになり０−１８０°位置で印刷文字の曲がりが生ずる。
Ｎｏ．１７は最終冷延率が低すぎて、耳率がマイナスになり、さらに強度も不足する。
Ｎｏ．１８は最終冷延率が高すぎて、４５°耳が高くなりすぎ、更に強度が高すぎて開栓トルクも高くなる。

Claims

Ｍｇを２．１％（ｍａｓｓ％、以下同じ）を越え３．０％以下、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｓｉを０．０５〜０．２％含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなる鋳塊に均質化処理を常温で施した後、熱間粗圧延機と熱間仕上げ圧延機による熱間圧延を行うにあたり、仕上げ圧延の開始温度を４５０℃以下、終了温度を３１０〜３５０℃、総圧下率８５％以上、最終パスの圧下率５０％以上の条件で行い、熱間圧延終了板中の再結晶組織を９０％以上とし、次いで１次冷間圧延を施したのち、中間焼鈍を４００〜５５０℃の温度で保持なし乃至２分以内保持する条件で行い、次いで仕上冷間圧延を総圧延率３０〜６５％で施し、次いで安定化処理を施すことを特徴とする全晶出物面積率が０．５〜２．０％であり、更に抗張力が２２０〜２７０ＭＰａであり、４５°耳で耳率が２％以下である表面品質の良好なキャップ用アルミニウム合金板の製造方法。