JP5113411B2 - 包装容器用アルミニウム合金板およびその製造方法 - Google Patents
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本発明は、Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系アルミニウム合金からなる包装容器用アルミニウム合金板およびその製造方法に係り、特に、薄肉軽量化に適した包装容器用アルミニウム合金板およびその製造方法に関する。
従来、飲料、食品用途に使用される包装容器としては、図１に示すように、底部６と、胴体部２と、ネック部３およびネジ切り加工されたネジ部５を備えた開口部４とが一体成形されたボトル缶（２ピースボトル缶）１や、胴体部２と、ネック部３およびネジ切り加工されたネジ部５を備えた開口部４とが一体成形され、この一体成形された胴体部２に底部６を形成する底端壁が継がれたボトル缶（３ピースボトル缶）１や、これらの樹脂被覆タイプのもの等が知られている。
また、図２に示すように、有底円筒状の胴体部１２と、胴体部１２に繋がりこの胴体部１２より小さい外径を有するネック部１３と、このネック部１３の端部に形成されたフランジ部１５および開口部１４を備えたＤＩ缶１１等も知られている。また最近では、樹脂フィルムをラミネートしたアルミニウム合金板を用いて製造されたＤＩ缶も市場に出ている。
これらいずれの容器においても、競合他容器に対する競争力を高めるためには、薄肉軽量化を進め、コストダウンを図ることが有効である。しかし、内容物の充填・巻締め時や、その後の輸送・ハンドリング時等に容器の変形を防止するため、十分な強度を保つ必要があり、材料の高強度化や容器形状の工夫等が行われている。
前記したように、薄肉軽量化のためには材料の高強度化が有効であるが、この高強度化に有効な添加元素として、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｃｕが挙げられる。しかし、Ｍｎの過度の添加は、金属間化合物を増加させて成形性（加工性）等に悪影響を及ぼすことになり、好ましくない。また、Ｍｇの過度の添加は、均質化熱処理の際のバーニングや、圧延時の板表面の焼付きが発生しやすくなる等、やはり製造上における問題点がある。そうすると、残る有効な元素はＣｕであるが、このＣｕについて、例えば、非特許文献１には、添加量が０．２質量％以上の領域、とりわけ０．２５質量％を超える領域になると、一定温度以上の焼鈍を施せば、Ｃｕ量の増加に応じて強度が向上することが記載されている。
また、特許文献１には、缶を塗装焼付けした際に、Ｓｉを含む析出物を析出させて強度を向上させるという観点から、アルミニウム合金板に含有される固溶Ｓｉ量を積極的に高める技術が開示されている。
「軽金属 Ｖｏｌ４１．Ｎｏ．２」 社団法人軽金属学会 １９９１年 ｐ．１０２−１０７ 特開２００２−３９７３号公報（段落０００８、０００９）
「軽金属 Ｖｏｌ４１．Ｎｏ．２」 社団法人軽金属学会 １９９１年 ｐ．１０２−１０７
しかしながら、従来のアルミニウム合金板を用いたボトル缶やＤＩ缶においては、以下に示すような問題があった。
従来のボトル缶やＤＩ缶の中でも、特に、樹脂被覆タイプのボトル缶やＤＩ缶（樹脂被覆包装容器）では、樹脂フィルムのラミネート時や製缶工程において大きな熱量が加わるため軟化しやすく、薄肉軽量化したときの容器の強度を十分に保つことが難しいという問題があった。このため、一般の（樹脂被覆タイプではない）ＤＩ缶のような薄肉軽量化が進展していない。また、一般のＤＩ缶においても、樹脂被覆包装容器に比べれば軽量化は進んではいるが、コストダウン等の観点から、さらなる薄肉軽量化が望まれているものの、やはりここ数年、それ以上の薄肉軽量化は進展していない。さらに、これら（一般、および樹脂被覆タイプ）のボトル缶やＤＩ缶においては、成分組成や製造条件等によっては、加工性が劣化する場合があった。
従来のボトル缶やＤＩ缶の中でも、特に、樹脂被覆タイプのボトル缶やＤＩ缶（樹脂被覆包装容器）では、樹脂フィルムのラミネート時や製缶工程において大きな熱量が加わるため軟化しやすく、薄肉軽量化したときの容器の強度を十分に保つことが難しいという問題があった。このため、一般の（樹脂被覆タイプではない）ＤＩ缶のような薄肉軽量化が進展していない。また、一般のＤＩ缶においても、樹脂被覆包装容器に比べれば軽量化は進んではいるが、コストダウン等の観点から、さらなる薄肉軽量化が望まれているものの、やはりここ数年、それ以上の薄肉軽量化は進展していない。さらに、これら（一般、および樹脂被覆タイプ）のボトル缶やＤＩ缶においては、成分組成や製造条件等によっては、加工性が劣化する場合があった。
また、非特許文献１には、高強度化に有効な元素として、Ｃｕについて記載されているが、Ｃｕを添加しても、焼鈍温度が低い場合、もしくは焼鈍を施さない場合には、むしろ強度が低下する場合があることが知られており、また、そのメカニズムについても不明なところが多いという問題があった。
さらに、特許文献１の技術では、アルミニウム合金板の製造においては、均質化熱処理後の冷却速度を高める方向にするか、もしくは中間焼鈍の実施が必要となる。しかし、前者では熱間仕上げ圧延時の再結晶が不十分となって、成形性の低下や缶寸法不良が生じやすくなるため、加工性に劣り、後者では中間焼鈍工程の追加によるコストアップが大きいという問題があった。
従って、従来の技術においては、合理的な製造プロセスで薄肉軽量化に適した高強度材を提供するには限界があった。
本発明は、前記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、強度および加工性に優れ、薄肉軽量化に適した包装容器用アルミニウム合金板およびその製造方法を提供することにある。
本願発明者らは、鋭意研究した結果、現在主流のホットコイル直通タイプ（中間焼鈍なし）による材料製造プロセスを前提に、加工性に優れ、アルミニウム缶の薄肉軽量化が可能となる高強度材を提供することを目的として、特に、アルミマトリックス中のＣｕ、Ｓｉの固溶・析出挙動に着目し、前記目的を満足させる材料とその製造方法を見出し、本発明を成すに至った。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板は、Ｃｕ：０．２〜０．４質量％、Ｍｇ：１．３〜２．０質量％（１．３質量％は除く）、Ｍｎ：０．７〜１．３質量％、Ｆｅ：０．４〜０．８質量％、Ｓｉ：０．１〜０．４質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成される包装容器用アルミニウム合金板であって、前記Ｃｕの固溶量が０．０８質量％以上、かつ、前記Ｓｉの固溶量が０．０１０質量％未満であることを特徴とする。
このような構成によれば、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、およびＳｉの各含有量を所定範囲に規制し、更に、ＣｕおよびＳｉの固溶量を所定範囲に規制することで、アルミニウム合金板の強度および加工性が向上する。
前記課題を解決するため、本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板の製造方法は、Ｃｕ：０．２〜０．４質量％、Ｍｇ：１．３〜２．０質量％（１．３質量％は除く）、Ｍｎ：０．７〜１．３質量％、Ｆｅ：０．４〜０．８質量％、Ｓｉ：０．１〜０．４質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成されるアルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊を作製する第１工程と、前記鋳塊を均質化熱処理する第２工程と、前記均質化熱処理された鋳塊を熱間圧延して圧延板を作製する第３工程と、前記圧延板を冷間圧延してアルミニウム合金板を作製する第４工程と、を含み、前記第２工程において、前記均質化熱処理を、５７０〜６２０℃の到達温度で２時間以上保持した後、５００℃まで６０℃／時間以下の冷却速度で冷却し、更に、２００℃以下まで冷却する条件で行い、前記第３工程において、前記冷却した鋳塊を再加熱することで、前記熱間圧延を、熱間粗圧延開始温度を４８０〜５４０℃、熱間粗圧延終了温度を４６０℃以上、熱間仕上げ圧延終了温度を２９０℃以上の条件で行うことを特徴とする。
このような構成によれば、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、およびＳｉの各含有量を所定範囲に規制することで、アルミニウム合金板の強度および加工性が向上する。また、均質化熱処理の条件を所定に規制することで、ＣｕおよびＳｉの固溶量が所定範囲に規制され、アルミニウム合金板の強度および加工性が向上し、また、アルミニウム合金板の表面品質が良好となる。更に、熱間粗圧延開始温度を所定範囲に規制することで、アルミニウム合金板の表面品質が良好となり、熱間仕上げ圧延終了温度を所定範囲に規制することで、Ｃｕの固溶量が所定範囲に規制される。
本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板によれば、強度および加工性が向上する。また、この包装容器用アルミニウム合金板を用いることで、ＤＩ缶やボトル缶等の強度を向上させることができるため、これらの缶の薄肉軽量化を図ることができる。
本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板の製造方法によれば、強度および加工性に優れる包装容器用アルミニウム合金板を得ることができる。
本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板の製造方法によれば、強度および加工性に優れる包装容器用アルミニウム合金板を得ることができる。
まず、本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板（以下、適宜、アルミニウム合金板と称す）について説明する。
≪包装容器用アルミニウム合金板≫
アルミニウム合金板は、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉの含有量を所定範囲に規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、更に、前記Ｃｕ、Ｓｉのうち、Ｃｕの固溶量およびＳｉの固溶量を所定範囲に規制したものである。
以下、アルミニウム合金板の成分の限定理由およびアルミニウム合金板の特性について説明する。
≪包装容器用アルミニウム合金板≫
アルミニウム合金板は、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉの含有量を所定範囲に規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、更に、前記Ｃｕ、Ｓｉのうち、Ｃｕの固溶量およびＳｉの固溶量を所定範囲に規制したものである。
以下、アルミニウム合金板の成分の限定理由およびアルミニウム合金板の特性について説明する。
＜Ｃｕ：０．２〜０．４質量％＞
Ｃｕは、アルミニウム合金板の強度に寄与する元素である。Ｃｕの含有量が０．２質量％未満では、缶強度が不足し、一方、０．４質量％を超えると、加工硬化が大きすぎ、しごき成形時の割れ（破断（胴切れ）やスジ状の欠陥等も含む）やネック成形時のシワ等の不良発生率が高く、加工性に劣り、実用に適さない。
したがって、Ｃｕの含有量は、０．２〜０．４質量％とする。
Ｃｕは、アルミニウム合金板の強度に寄与する元素である。Ｃｕの含有量が０．２質量％未満では、缶強度が不足し、一方、０．４質量％を超えると、加工硬化が大きすぎ、しごき成形時の割れ（破断（胴切れ）やスジ状の欠陥等も含む）やネック成形時のシワ等の不良発生率が高く、加工性に劣り、実用に適さない。
したがって、Ｃｕの含有量は、０．２〜０．４質量％とする。
＜Ｍｇ：１．３〜２．０質量％＞
Ｍｇは、アルミニウム合金板の強度に寄与する元素である。Ｍｇの含有量が１．３質量％未満では、缶強度が不足し、一方、２．０質量％を超えると、加工硬化が大きすぎ、しごき成形時の割れ（破断（胴切れ）やスジ状の欠陥等も含む）やネック成形時のシワ等の不良発生率が高く、加工性に劣る。また、均質化熱処理時のバーニングや、圧延時の板表面の焼付きが発生しやすくなる等、材料製造上における問題点があり、実用に適さない。
したがって、Ｍｇの含有量は、１．３〜２．０質量％とする。
Ｍｇは、アルミニウム合金板の強度に寄与する元素である。Ｍｇの含有量が１．３質量％未満では、缶強度が不足し、一方、２．０質量％を超えると、加工硬化が大きすぎ、しごき成形時の割れ（破断（胴切れ）やスジ状の欠陥等も含む）やネック成形時のシワ等の不良発生率が高く、加工性に劣る。また、均質化熱処理時のバーニングや、圧延時の板表面の焼付きが発生しやすくなる等、材料製造上における問題点があり、実用に適さない。
したがって、Ｍｇの含有量は、１．３〜２．０質量％とする。
＜Ｍｎ：０．７〜１．３質量％＞
Ｍｎは、アルミニウム合金板の強度に寄与すると共に、金属間化合物を適正に分散させて、加工性を向上させるのに効果的な元素である。Ｍｎの含有量が０．７質量％未満では、缶強度が不足し、一方、１．３質量％を超えると、金属間化合物のサイズ、量ともに過度に増える結果となり、粗大な金属間化合物起因のフランジ割れやしごき成形時の割れ（破断（胴切れ）やスジ状の欠陥も含む）、ネック成形時のシワの発生等、加工性に悪影響を及ぼし、実用に適さない。
したがって、Ｍｎの含有量は、０．７〜１．３質量％とする。
Ｍｎは、アルミニウム合金板の強度に寄与すると共に、金属間化合物を適正に分散させて、加工性を向上させるのに効果的な元素である。Ｍｎの含有量が０．７質量％未満では、缶強度が不足し、一方、１．３質量％を超えると、金属間化合物のサイズ、量ともに過度に増える結果となり、粗大な金属間化合物起因のフランジ割れやしごき成形時の割れ（破断（胴切れ）やスジ状の欠陥も含む）、ネック成形時のシワの発生等、加工性に悪影響を及ぼし、実用に適さない。
したがって、Ｍｎの含有量は、０．７〜１．３質量％とする。
＜Ｆｅ：０．４〜０．８質量％＞
Ｆｅは、アルミニウム合金板の耳率を適正範囲にコントロールすると共に、金属間化合物を適正に分散させて、加工性を向上させるのに効果的な元素である。
Ｆｅの含有量が０．４質量％未満では、０−１８０°耳の増大により、所定の缶寸法が得難くなり、加工性に劣る。一方、０．８質量％を超えると、金属間化合物のサイズ、量ともに過度に増える結果となり、粗大な金属間化合物起因のフランジ割れやしごき成形時の割れ（破断（胴切れ）やスジ状の欠陥）の発生等、加工性に悪影響を及ぼし、実用に適さない。
したがって、Ｆｅの含有量は、０．４〜０．８質量％とする。
Ｆｅは、アルミニウム合金板の耳率を適正範囲にコントロールすると共に、金属間化合物を適正に分散させて、加工性を向上させるのに効果的な元素である。
Ｆｅの含有量が０．４質量％未満では、０−１８０°耳の増大により、所定の缶寸法が得難くなり、加工性に劣る。一方、０．８質量％を超えると、金属間化合物のサイズ、量ともに過度に増える結果となり、粗大な金属間化合物起因のフランジ割れやしごき成形時の割れ（破断（胴切れ）やスジ状の欠陥）の発生等、加工性に悪影響を及ぼし、実用に適さない。
したがって、Ｆｅの含有量は、０．４〜０．８質量％とする。
＜Ｓｉ：０．１〜０．４質量％＞
Ｓｉは、アルミニウム合金板の耳率を適正範囲にコントロールして、加工性を向上させるのに効果的な元素である。
Ｓｉの含有量が０．１質量％未満では、４５°耳の増大により、所定の缶寸法が得難くなり、加工性に劣る。一方、０．４質量％を超えると、熱間圧延時の集合組織のばらつきを招き、耳率のばらつきが増大し、所定の缶寸法が得難くなり、加工性に劣る。
したがって、Ｓｉの含有量は、０．１〜０．４質量％とする。
Ｓｉは、アルミニウム合金板の耳率を適正範囲にコントロールして、加工性を向上させるのに効果的な元素である。
Ｓｉの含有量が０．１質量％未満では、４５°耳の増大により、所定の缶寸法が得難くなり、加工性に劣る。一方、０．４質量％を超えると、熱間圧延時の集合組織のばらつきを招き、耳率のばらつきが増大し、所定の缶寸法が得難くなり、加工性に劣る。
したがって、Ｓｉの含有量は、０．１〜０．４質量％とする。
ここで、Ｃｕ、Ｓｉについては、アルミニウム合金中に含有される総量のみならず、固溶量についても所定範囲に規制する。
＜固溶Ｃｕ：０．０８質量％以上＞
Ｃｕの固溶量が０．０８質量％未満では、最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加し、アルミニウム合金板の強度が不足する上、熱処理時の軟化が大きく、十分な缶強度が得られない。
したがって、Ｃｕの固溶量は、０．０８質量％以上とする。
Ｃｕの固溶量が０．０８質量％未満では、最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加し、アルミニウム合金板の強度が不足する上、熱処理時の軟化が大きく、十分な缶強度が得られない。
したがって、Ｃｕの固溶量は、０．０８質量％以上とする。
＜固溶Ｓｉが０．０１０質量％未満＞
Ｓｉの固溶量が０．０１０質量％以上では、しごき成形性を高めるための金属間化合物α−Ａｌ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｓｉが不足して、しごき成形性を低下させる。
したがって、Ｓｉの固溶量は、０．０１０質量％未満とする。
Ｓｉの固溶量が０．０１０質量％以上では、しごき成形性を高めるための金属間化合物α−Ａｌ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｓｉが不足して、しごき成形性を低下させる。
したがって、Ｓｉの固溶量は、０．０１０質量％未満とする。
なお、前記Ｃｕの固溶量およびＳｉの固溶量は、例えば、熱フェノール法にて定量分析を行うことにより定量することができる。即ち、熱フェノールによる残渣抽出法による残渣抽出溶液を得、その溶液中の元素量をＩＣＰ発光分析法によって測定し、Ｃｕ、Ｓｉの固溶量を求めることができる。
＜残部：Ａｌおよび不可避的不純物＞
アルミニウム合金板の成分は、前記の他、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。なお、不可避的不純物として、例えば、Ｃｒ：０．１０質量％以下、Ｚｎ：０．５０質量％以下、Ｔｉ：０．１０質量％以下、Ｚｒ：０．１０質量％以下、Ｂ：０．０５質量％以下の含有は本発明の効果を妨げるものではなく、このような不可避的不純物の含有は許容される。
アルミニウム合金板の成分は、前記の他、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。なお、不可避的不純物として、例えば、Ｃｒ：０．１０質量％以下、Ｚｎ：０．５０質量％以下、Ｔｉ：０．１０質量％以下、Ｚｒ：０．１０質量％以下、Ｂ：０．０５質量％以下の含有は本発明の効果を妨げるものではなく、このような不可避的不純物の含有は許容される。
＜その他（特性）＞
アルミニウム合金板の特性として、圧延上がりの０．２％耐力が２９０ＭＰａ以上で、且つ、ｔ℃×２０分（１６０≦ｔ≦２２０）の熱処理を施したときの０．２％耐力Ｘｔが「Ｘ０−Ｘｔ≦｛（ｔ−１６０）／９｝２＋５（但しＸ０は圧延上がりの０．２％耐力）」の関係を満足するものである。
前記関係を満足しない場合、アルミニウム合金板の強度が不足する上、熱処理時の軟化が大きく、十分な缶強度が得られない。
アルミニウム合金板の特性として、圧延上がりの０．２％耐力が２９０ＭＰａ以上で、且つ、ｔ℃×２０分（１６０≦ｔ≦２２０）の熱処理を施したときの０．２％耐力Ｘｔが「Ｘ０−Ｘｔ≦｛（ｔ−１６０）／９｝２＋５（但しＸ０は圧延上がりの０．２％耐力）」の関係を満足するものである。
前記関係を満足しない場合、アルミニウム合金板の強度が不足する上、熱処理時の軟化が大きく、十分な缶強度が得られない。
次に、本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板の製造方法について説明する。
≪包装容器用アルミニウム合金板の製造方法≫
アルミニウム合金板の製造方法は、第１工程、第２工程、第３工程および第４工程を含むものである。
以下、各工程について説明する。
≪包装容器用アルミニウム合金板の製造方法≫
アルミニウム合金板の製造方法は、第１工程、第２工程、第３工程および第４工程を含むものである。
以下、各工程について説明する。
＜第１工程＞
第１工程は、アルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊を作製する工程である。
ここで、アルミニウム合金の成分は、Ｃｕ：０．２〜０．４質量％、Ｍｇ：１．３〜２．０質量％、Ｍｎ：０．７〜１．３質量％、Ｆｅ：０．４〜０．８質量％、Ｓｉ：０．１〜０．４質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。各成分の説明については、前記したとおりであるため、ここでは省略する。
第１工程は、アルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊を作製する工程である。
ここで、アルミニウム合金の成分は、Ｃｕ：０．２〜０．４質量％、Ｍｇ：１．３〜２．０質量％、Ｍｎ：０．７〜１．３質量％、Ｆｅ：０．４〜０．８質量％、Ｓｉ：０．１〜０．４質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものである。各成分の説明については、前記したとおりであるため、ここでは省略する。
＜第２工程＞
第２工程は、第１工程で作製された鋳塊を均質化熱処理する工程である。
ここで、第２工程においては、均質化熱処理を、５７０〜６２０℃の到達温度で２時間以上保持した後、５００℃まで６０℃／時間以下の冷却速度で冷却し、更に、２００℃以下まで冷却する条件で行う。
第２工程は、第１工程で作製された鋳塊を均質化熱処理する工程である。
ここで、第２工程においては、均質化熱処理を、５７０〜６２０℃の到達温度で２時間以上保持した後、５００℃まで６０℃／時間以下の冷却速度で冷却し、更に、２００℃以下まで冷却する条件で行う。
［５７０〜６２０℃の到達温度で２時間以上保持］
均質化熱処理の到達温度が５７０℃未満もしくは保持時間が２時間未満では、Ｃｕの固溶が不十分となって、結果として最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加し、缶強度が得られない。一方、到達温度が６２０℃を超えると、スラブ（鋳塊）表面がバーニングを起こし、アルミニウム合金板の製造そのものができなくなる。
均質化熱処理の到達温度が５７０℃未満もしくは保持時間が２時間未満では、Ｃｕの固溶が不十分となって、結果として最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加し、缶強度が得られない。一方、到達温度が６２０℃を超えると、スラブ（鋳塊）表面がバーニングを起こし、アルミニウム合金板の製造そのものができなくなる。
［５００℃まで６０℃／時間以下の冷却速度で冷却］
５００℃までの冷却速度が６０℃／時間を超えると、Ｓｉ固溶量が増大し、これに伴って、しごき成形性を高めるための金属間化合物α−Ａｌ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｓｉが不足して、しごき成形性を低下させる。
５００℃までの冷却速度が６０℃／時間を超えると、Ｓｉ固溶量が増大し、これに伴って、しごき成形性を高めるための金属間化合物α−Ａｌ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｓｉが不足して、しごき成形性を低下させる。
［更に、２００℃以下まで冷却］
更に続けて２００℃以下まで冷却するのは、その後に面削（表面平滑化処理）を行って均質化熱処理時に生成した酸化皮膜を除去し、以後の熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延時の表面品質を良好に保つ（焼付きの防止）ためである。
なお、均質化熱処理前に面削を行うと、酸化皮膜が厚く成長した状態で圧延を行うことになり、その結果、製品板の表面品質を損ねることとなる。したがって、均質化熱処理後に面削を行うため、面削できる温度まで冷却する必要がある。
更に続けて２００℃以下まで冷却するのは、その後に面削（表面平滑化処理）を行って均質化熱処理時に生成した酸化皮膜を除去し、以後の熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延時の表面品質を良好に保つ（焼付きの防止）ためである。
なお、均質化熱処理前に面削を行うと、酸化皮膜が厚く成長した状態で圧延を行うことになり、その結果、製品板の表面品質を損ねることとなる。したがって、均質化熱処理後に面削を行うため、面削できる温度まで冷却する必要がある。
＜第３工程＞
第３工程は、第２工程で均質化熱処理された鋳塊を熱間圧延して圧延板を作製する工程である。
ここで、前記第３工程においては、前記第２工程で冷却した鋳塊を再加熱することで、前記熱間圧延を、熱間粗圧延開始温度を４８０〜５４０℃、熱間粗圧延終了温度を４６０℃以上、熱間仕上げ圧延終了温度を２９０℃以上の条件で行う。
第３工程は、第２工程で均質化熱処理された鋳塊を熱間圧延して圧延板を作製する工程である。
ここで、前記第３工程においては、前記第２工程で冷却した鋳塊を再加熱することで、前記熱間圧延を、熱間粗圧延開始温度を４８０〜５４０℃、熱間粗圧延終了温度を４６０℃以上、熱間仕上げ圧延終了温度を２９０℃以上の条件で行う。
［熱間粗圧延開始温度：４８０〜５４０℃］
熱間粗圧延の開始温度が４８０℃未満では、以下に説明するように、熱間粗圧延の終了温度４６０℃以上を確保することが困難であり、一方、５４０℃を超えると、表面酸化皮膜の成長を促進させて表面品質の低下を招く。
熱間粗圧延の開始温度が４８０℃未満では、以下に説明するように、熱間粗圧延の終了温度４６０℃以上を確保することが困難であり、一方、５４０℃を超えると、表面酸化皮膜の成長を促進させて表面品質の低下を招く。
［熱間粗圧延終了温度：４６０℃以上］
熱間粗圧延終了温度が４６０℃未満では、Ｃｕの固溶が不十分となって、結果として最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加し、缶強度が得られない。なお、好ましくは、５００℃以下である。
熱間粗圧延終了温度が４６０℃未満では、Ｃｕの固溶が不十分となって、結果として最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加し、缶強度が得られない。なお、好ましくは、５００℃以下である。
［熱間仕上げ圧延終了温度：２９０℃以上］
熱間仕上げ圧延時は、高温が確保しにくく、かつ早く冷却しやすい端面の温度管理がとくに重要である。そのため、ホットコイル巻取り直後における端面の温度を接触式温度計で実測したとき２９０℃以上を確保することで、Ｃｕの固溶・析出状態を所期の状態にコントロールできる。熱間仕上げ圧延終了温度が２９０℃未満では、Ｃｕの固溶が不十分となって、結果として最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加し、缶強度が得られない。
したがって、端面の温度を２９０℃以上とすることができるように、熱間仕上げ圧延終了温度を２９０℃以上とする。なお、好ましくは、３５０℃以下である。
熱間仕上げ圧延時は、高温が確保しにくく、かつ早く冷却しやすい端面の温度管理がとくに重要である。そのため、ホットコイル巻取り直後における端面の温度を接触式温度計で実測したとき２９０℃以上を確保することで、Ｃｕの固溶・析出状態を所期の状態にコントロールできる。熱間仕上げ圧延終了温度が２９０℃未満では、Ｃｕの固溶が不十分となって、結果として最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加し、缶強度が得られない。
したがって、端面の温度を２９０℃以上とすることができるように、熱間仕上げ圧延終了温度を２９０℃以上とする。なお、好ましくは、３５０℃以下である。
＜第４工程＞
第４工程は、第３工程で作製された圧延板を冷間圧延してアルミニウム合金板を作製する工程である。
ここで、第４工程においては、冷間圧延間の中間焼鈍は行わない。
中間焼鈍を行うと、成形時の加工硬化が大きくなり、ネック成形時のシワの発生等によりネック成形性が劣化するためであり、また、工程が増えることで、コストアップになるためである。
第４工程は、第３工程で作製された圧延板を冷間圧延してアルミニウム合金板を作製する工程である。
ここで、第４工程においては、冷間圧延間の中間焼鈍は行わない。
中間焼鈍を行うと、成形時の加工硬化が大きくなり、ネック成形時のシワの発生等によりネック成形性が劣化するためであり、また、工程が増えることで、コストアップになるためである。
また、冷間圧延は、冷間圧延時の冷間加工率を８０〜９０％の条件下で行うことが好ましい。
冷間圧延時の冷間加工率が８０％未満では、アルミニウム合金板の強度不足により缶強度が不足しやすくなる。一方、９０％を超えると、成形時に４５°耳が高く発生し、フランジ部寸法不良等を招きやすく、所定の缶寸法が得難くなり、加工性に劣りやすい。
冷間圧延時の冷間加工率が８０％未満では、アルミニウム合金板の強度不足により缶強度が不足しやすくなる。一方、９０％を超えると、成形時に４５°耳が高く発生し、フランジ部寸法不良等を招きやすく、所定の缶寸法が得難くなり、加工性に劣りやすい。
以上説明した本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板は、図１に示すような従来の一例のボトル缶１（２ピースボトル缶または３ピースボトル缶）や、図２に示すような従来の一例のＤＩ缶１１等に好適に用いることができると共に、従来の種々のアルミニウム合金板のラミネート材（不図示）にも好適な素材である。
次に、図面を参照して、前記のアルミニウム合金板を用いた包装容器用ボトル缶の製造方法について説明する。なお、図１は、従来の一例のボトル缶（２ピースボトル缶または３ピースボトル缶）を模式的に示す斜視図、図２は、従来の一例のＤＩ缶を模式的に示す斜視図、図３（ａ）は、ボトル缶（３ピースボトル缶）の製造方法を示す模式図、（ｂ）は、ＤＩ缶の製造方法を示す模式図である。
本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板を、図１に示すような従来の一般的なボトル缶１（ここでは、３ピースボトル缶を例に説明する）に適用する場合には、例えば、図３（ａ）に示すように、本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板Ａに対し、カップ成形やＤＩ成形等の缶体成形を施して有底円筒状の缶（胴体部２）を形成する。続いて、この有底円筒状の缶（胴体部２）の底部にネッキング加工を施してネック部３を形成する。そして、印刷・焼付けを施し、ネック部３に開口部４を開口した後、キャップ取り付け用のネジ切り加工を施してネジ部５を設ける。また、これに対向する開口部には、ボトムネックイン加工とフランジ加工を施した後、シーマによって別途成形した底蓋を巻き締めて底部６を形成することで、３ピースボトル缶１を製造することができる。
また、本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板を、図２に示すような従来の一般的なＤＩ缶１１に適用する場合には、例えば、図３（ｂ）に示すように、本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板Ａに対し、カップ成形やＤＩ成形等の缶体成形を施して有底円筒状の缶（胴体部１２）を形成する。続いて、この有底円筒状の缶（胴体部１２）にネッキング加工を施してネック部１３を形成する。そして、印刷・焼付けを施し、ネック部１３のエンド部に開口部１４を形成するが、このときに、開口部１４の口径が胴体部１２の径に比べて小さくなるように加工することで、ＤＩ缶１１を製造することができる。
さらに、本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板を、従来の一般的なラミネート材に適用する場合には、従来公知のラミネート材に適用されている各種の樹脂フィルムを、接着剤等を介して貼り合わせた後、その樹脂フィルムの融点以上で熱処理が施される工程等を経て、ラミネート材が作製される。
次に、本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板について、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない比較例とを比較して具体的に説明する。
≪アルミニウム合金板の作製≫
表１の実施例１〜５および比較例１〜１６に示すような合金組成を備えたアルミニウム合金を溶解、鋳造し、次に均質化熱処理、続いて熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延を順次行い、ホットコイルを製造した。更に、このホットコイルに冷間圧延を施し、製缶用のアルミニウム合金板（板厚０．２８０ｍｍ）とした。
なお、現在、樹脂被覆タイプのボトル缶には、０．３１５〜０．３２０ｍｍ程度のアルミニウム合金板が使用されており、これに対し板厚０．２８０ｍｍというのは、十分に薄い水準にある。
また、均質化熱処理、熱間圧延（熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延）および冷間圧延における各条件については、表１に示すとおりである。また、表１において、本発明の構成を満たさないもの等については、数値に下線を引いて示す。
表１の実施例１〜５および比較例１〜１６に示すような合金組成を備えたアルミニウム合金を溶解、鋳造し、次に均質化熱処理、続いて熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延を順次行い、ホットコイルを製造した。更に、このホットコイルに冷間圧延を施し、製缶用のアルミニウム合金板（板厚０．２８０ｍｍ）とした。
なお、現在、樹脂被覆タイプのボトル缶には、０．３１５〜０．３２０ｍｍ程度のアルミニウム合金板が使用されており、これに対し板厚０．２８０ｍｍというのは、十分に薄い水準にある。
また、均質化熱処理、熱間圧延（熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延）および冷間圧延における各条件については、表１に示すとおりである。また、表１において、本発明の構成を満たさないもの等については、数値に下線を引いて示す。
このアルミニウム合金板について、熱フェノール法にて固溶Ｃｕ、固溶Ｓｉの定量分析を行った。即ち、熱フェノールによる残渣抽出法（フィルターのメッシュサイズ０．２μｍ）による残渣抽出溶液を得、その溶液中の元素量をＩＣＰ発光分析法（ＪＩＳ Ｋ ０１０２−５２．４）によって測定し、Ｃｕ、Ｓｉの固溶量を求めた。
≪アルミニウム合金板の特性≫
次に、このようにして製造されたアルミニウム合金板の特性として、０．２％耐力を調べた。
次に、このようにして製造されたアルミニウム合金板の特性として、０．２％耐力を調べた。
＜０．２％耐力＞
前記の方法により作製されたアルミニウム合金板に対し、熱処理なし、および１８０℃×２０分、２００℃×２０分、２２０℃×２０分のベーキング処理を施し、ＪＩＳ Ｈ ４０００に準じて引張試験を行い、０．２％耐力を測定した。
前記の方法により作製されたアルミニウム合金板に対し、熱処理なし、および１８０℃×２０分、２００℃×２０分、２２０℃×２０分のベーキング処理を施し、ＪＩＳ Ｈ ４０００に準じて引張試験を行い、０．２％耐力を測定した。
十分な缶強度を得るためには、下記の条件を満足することが必要であり、これにより目標とすべき元板（アルミニウム合金板）強度、耐軟化性が得られているかを判断した。
すなわち、圧延上がりの０．２％耐力が２９０ＭＰａ以上で、且つ、ｔ℃×２０分（１６０≦ｔ≦２２０）の熱処理を施したときの０．２％耐力Ｘｔが「Ｘ０−Ｘｔ≦｛（ｔ−１６０）／９｝２＋５（但しＸ０は圧延上がりの０．２％耐力）」の関係を満足することが必要である。なお、表１において、前記式を満たすものを「○」、満たさないものを「×」とした。
すなわち、圧延上がりの０．２％耐力が２９０ＭＰａ以上で、且つ、ｔ℃×２０分（１６０≦ｔ≦２２０）の熱処理を施したときの０．２％耐力Ｘｔが「Ｘ０−Ｘｔ≦｛（ｔ−１６０）／９｝２＋５（但しＸ０は圧延上がりの０．２％耐力）」の関係を満足することが必要である。なお、表１において、前記式を満たすものを「○」、満たさないものを「×」とした。
≪ボトル缶作製法≫
次に、このアルミニウム合金板を用いて、下記の処理および成形を行った。
まず、アルミニウム合金板表面にリン酸クロメート処理を施したのち、厚さ１６μｍの樹脂を両面に被覆し、２７０℃×２０秒の熱処理を施してラミネート材とした。このラミネート材にワセリンを塗布して絞り成形（カップ成形）、その後ＤＩ成形（しごき成形）を行い、有底円筒状の缶（しごき成形缶）を作製した。その際、被覆した樹脂の剥離を防止するべく、フランジ部を残した成形を行った。このようにして得られたＤＩ成形缶（しごき成形缶）の缶底部にネック成形を施したのち、開口部をトリミングして、缶底部に底蓋を巻き締める前の状態のボトル缶の缶胴部を作製した。その後、缶体到達温度２７０℃、炉内保持時間２０秒の熱処理を行い、ネジ加工を施した。そして、本発明に係るアルミニウム合金板について評価を行う際の缶（３ピースボトル缶の底部のないもの）を作成した。
次に、このアルミニウム合金板を用いて、下記の処理および成形を行った。
まず、アルミニウム合金板表面にリン酸クロメート処理を施したのち、厚さ１６μｍの樹脂を両面に被覆し、２７０℃×２０秒の熱処理を施してラミネート材とした。このラミネート材にワセリンを塗布して絞り成形（カップ成形）、その後ＤＩ成形（しごき成形）を行い、有底円筒状の缶（しごき成形缶）を作製した。その際、被覆した樹脂の剥離を防止するべく、フランジ部を残した成形を行った。このようにして得られたＤＩ成形缶（しごき成形缶）の缶底部にネック成形を施したのち、開口部をトリミングして、缶底部に底蓋を巻き締める前の状態のボトル缶の缶胴部を作製した。その後、缶体到達温度２７０℃、炉内保持時間２０秒の熱処理を行い、ネジ加工を施した。そして、本発明に係るアルミニウム合金板について評価を行う際の缶（３ピースボトル缶の底部のないもの）を作成した。
＜評価方法＞
前記の成形プロセス中の缶、および作製した缶を使用して、加工性の評価として、しごき成形性、缶寸法（フランジ部寸法）、ネック成形性（ネック成形部のシワの発生）、強度の評価として、座屈強度の評価を以下の方法で行った。
前記の成形プロセス中の缶、および作製した缶を使用して、加工性の評価として、しごき成形性、缶寸法（フランジ部寸法）、ネック成形性（ネック成形部のシワの発生）、強度の評価として、座屈強度の評価を以下の方法で行った。
［しごき成形性］
連続成形で１００００缶製缶したときに、破断（胴切れ）やスジ状の欠陥が発生した回数が０〜３回のものをしごき成形性が○（良好）、４回以上をしごき成形性が×（不良）とした。
なお、しごき成形性の評価は、図３（ａ）に示すＤＩ成形中に行った。
連続成形で１００００缶製缶したときに、破断（胴切れ）やスジ状の欠陥が発生した回数が０〜３回のものをしごき成形性が○（良好）、４回以上をしごき成形性が×（不良）とした。
なお、しごき成形性の評価は、図３（ａ）に示すＤＩ成形中に行った。
［缶寸法］
缶寸法は、フランジ部寸法により評価した。しごき成形時に上端部に残しているフランジ部の形が真円に近いものを缶寸法（フランジ部寸法）が○（良好）、四角形やフランジ部が欠けているものを缶寸法（フランジ部寸法）が×（不良）とした。
なお、フランジ部寸法の評価は、図３（ａ）に示すＤＩ成形後に行った。
缶寸法は、フランジ部寸法により評価した。しごき成形時に上端部に残しているフランジ部の形が真円に近いものを缶寸法（フランジ部寸法）が○（良好）、四角形やフランジ部が欠けているものを缶寸法（フランジ部寸法）が×（不良）とした。
なお、フランジ部寸法の評価は、図３（ａ）に示すＤＩ成形後に行った。
［ネック成形性］
ネック成形性は、ネック成形部のシワの発生により評価した。５０缶をネック成形した際、ネック部にシワが認められなかった場合をネック成形性が○（良好）、１缶でもシワの発生が認められた場合をネック成形性が×（不良）とした。
なお、ネック成形性の評価は、図３（ａ）に示すネッキング加工後に行った。
ネック成形性は、ネック成形部のシワの発生により評価した。５０缶をネック成形した際、ネック部にシワが認められなかった場合をネック成形性が○（良好）、１缶でもシワの発生が認められた場合をネック成形性が×（不良）とした。
なお、ネック成形性の評価は、図３（ａ）に示すネッキング加工後に行った。
［座屈強度］
成形した缶に軸方向の圧縮荷重を掛け、ネジ部、肩部、胴体部のいずれかが座屈したときの荷重を求めた（１０缶測定し、その平均値を座屈強度とした）。この座屈強度は、１５００Ｎ以上を座屈強度が○（良好）、１５００Ｎ未満を座屈強度が×（不良）とした。
なお、座屈強度の評価は、図３（ａ）に示すボトムネックイン加工およびフランジ加工後に行った。
前記の各試験結果を表２に示す。
成形した缶に軸方向の圧縮荷重を掛け、ネジ部、肩部、胴体部のいずれかが座屈したときの荷重を求めた（１０缶測定し、その平均値を座屈強度とした）。この座屈強度は、１５００Ｎ以上を座屈強度が○（良好）、１５００Ｎ未満を座屈強度が×（不良）とした。
なお、座屈強度の評価は、図３（ａ）に示すボトムネックイン加工およびフランジ加工後に行った。
前記の各試験結果を表２に示す。
表２に示すように、実施例１〜５は、いずれも、本発明で規制した条件を満足しているので、しごき成形性、缶寸法（フランジ部寸法）、ネック成形性（ネック成形部のシワ）および座屈強度のいずれにおいても良好であった。
一方、比較例１〜１６は、本発明の要件のうちのいずれかを満たしていないので、以下のような好ましくない結果が得られた。
以下に、比較例の試験結果について説明する。
一方、比較例１〜１６は、本発明の要件のうちのいずれかを満たしていないので、以下のような好ましくない結果が得られた。
以下に、比較例の試験結果について説明する。
比較例１は、Ｓｉの含有量が下限値未満のため、４５°耳が増大し、フランジ部寸法が不良であった。比較例２は、Ｓｉの含有量が上限値を超えるため、耳率のばらつきが増大し、フランジ部寸法が不良であった。
比較例３は、Ｆｅの含有量が下限値未満のため、０−１８０°耳が増大し、フランジ部寸法が不良であった。比較例４は、Ｆｅの含有量が上限値を超えるため、金属間化合物のサイズ、量ともに過度に増え、しごき成形性が不良であった。
比較例５は、Ｃｕの含有量が下限値未満のため、また、Ｃｕの固溶量が下限値未満のため、缶強度が不足し、座屈強度が不良であった。比較例６は、Ｃｕの含有量が上限値を超えるため、加工硬化が大きすぎ、しごき成形性およびネック成形性が不良であった。
比較例７は、Ｍｎの含有量が下限値未満のため、缶強度が不足し、座屈強度が不良であった。比較例８は、Ｍｎの含有量が上限値を超えるため、金属間化合物のサイズ、量ともに過度に増え、しごき成形性およびネック成形性が不良であった。
比較例９は、Ｍｇの含有量が下限値未満のため、缶強度が不足し、座屈強度が不良であった。比較例１０は、Ｍｇの含有量が上限値を超えるため、加工硬化が大きすぎ、しごき成形性およびネック成形性が不良であった。
比較例１１は、均質化熱処理の到達温度が下限値未満のため、Ｃｕの固溶が不十分となって、結果として最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加し、缶強度が不足し、座屈強度が不良であった。比較例１２は、均質化熱処理の到達温度が上限値を超えるため、スラブ（鋳塊）表面がバーニングを起こし、アルミニウム合金板の製造そのものができなかった。
比較例１３は、均質化熱処理の保持時間が下限値未満のため、Ｃｕの固溶が不十分となって、結果として最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加し、缶強度が不足し、座屈強度が不良であった。比較例１４は、均質化熱処理における５００℃までの冷却速度が上限値を超えるため、Ｓｉ固溶量が増大し、これに伴って、しごき成形性を高めるための金属間化合物α−Ａｌ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｓｉが不足し、しごき成形性が不良であった。
比較例１５は、熱間粗圧延終了温度が下限値未満のため、Ｃｕの固溶が不十分となり、結果として最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加したため、缶強度が不足し、座屈強度が不良であった。比較例１６は、熱間仕上げ圧延終了温度が下限値未満のため、Ｃｕの固溶・析出状態を所期の状態にコントロールできず、Ｃｕの固溶が不十分となり、結果として最終製品板の晶出物または析出物として存在するＣｕが増加したため、缶強度が不足し、座屈強度が不良であった。
以上、本発明に係る包装容器用アルミニウム合金板および包装容器用アルミニウム合金板の製造方法について最良の実施の形態および実施例を示して詳細に説明したが、本発明の趣旨は前記した内容に限定されるものではない。なお、本発明の内容は、前記した記載に基づいて広く改変・変更等することができることはいうまでもない。
１ ボトル缶（２ピースボトル缶または３ピースボトル缶）
２、１２ 胴体部
３、１３ ネック部
４、１４ 開口部
５ ネジ部
６ 底部
１１ ＤＩ缶
１５ フランジ部
Ａ 包装容器用アルミニウム合金板
２、１２ 胴体部
３、１３ ネック部
４、１４ 開口部
５ ネジ部
６ 底部
１１ ＤＩ缶
１５ フランジ部
Ａ 包装容器用アルミニウム合金板
Claims (2)
- Ｃｕ：０．２〜０．４質量％、Ｍｇ：１．３〜２．０質量％（１．３質量％は除く）、Ｍｎ：０．７〜１．３質量％、Ｆｅ：０．４〜０．８質量％、Ｓｉ：０．１〜０．４質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成される包装容器用アルミニウム合金板であって、
前記Ｃｕの固溶量が０．０８質量％以上、かつ、前記Ｓｉの固溶量が０．０１０質量％未満であることを特徴とする包装容器用アルミニウム合金板。 - Ｃｕ：０．２〜０．４質量％、Ｍｇ：１．３〜２．０質量％（１．３質量％は除く）、Ｍｎ：０．７〜１．３質量％、Ｆｅ：０．４〜０．８質量％、Ｓｉ：０．１〜０．４質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成されるアルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊を作製する第１工程と、
前記鋳塊を均質化熱処理する第２工程と、
前記均質化熱処理された鋳塊を熱間圧延して圧延板を作製する第３工程と、
前記圧延板を冷間圧延してアルミニウム合金板を作製する第４工程と、を含み、
前記第２工程において、前記均質化熱処理を、５７０〜６２０℃の到達温度で２時間以上保持した後、５００℃まで６０℃／時間以下の冷却速度で冷却し、更に、２００℃以下まで冷却する条件で行い、
前記第３工程において、前記冷却した鋳塊を再加熱することで、前記熱間圧延を、熱間粗圧延開始温度を４８０〜５４０℃、熱間粗圧延終了温度を４６０℃以上、熱間仕上げ圧延終了温度を２９０℃以上の条件で行うことを特徴とする包装容器用アルミニウム合金板の製造方法。
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