JP6405014B1 - ボトル缶胴用アルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】軸力強度が高く、カール割れが発生し難いボトル缶を実現することができるボトル缶胴用アルミニウム合金板及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】ボトル缶胴用アルミニウム合金板は、0.05〜0.60質量%のSiと、0.05〜0.80質量%のFeと、0.05〜0.25質量%のCuと、0.80〜1.50質量%のMnと、0.80〜1.50質量%のMgと、Alと、不可避的不純物と、を含有する。ブランク径が57mm、絞り比が1.73という条件で絞った成形カップにおける45°耳率が2.5%以下である。0−180°耳高さの平均値が、45°耳高さの平均値以下である。耐力が180MPa以上、230MPa以下である。引張強さから耐力を差し引いた値が10.0MPa以上、28.0MPa以下である。前記ボトル缶胴用アルミニウム合金板の表面において圧延方向に直交する方向の結晶粒の幅が10μm以上60μm以下である。
【選択図】図1
【解決手段】ボトル缶胴用アルミニウム合金板は、0.05〜0.60質量%のSiと、0.05〜0.80質量%のFeと、0.05〜0.25質量%のCuと、0.80〜1.50質量%のMnと、0.80〜1.50質量%のMgと、Alと、不可避的不純物と、を含有する。ブランク径が57mm、絞り比が1.73という条件で絞った成形カップにおける45°耳率が2.5%以下である。0−180°耳高さの平均値が、45°耳高さの平均値以下である。耐力が180MPa以上、230MPa以下である。引張強さから耐力を差し引いた値が10.0MPa以上、28.0MPa以下である。前記ボトル缶胴用アルミニウム合金板の表面において圧延方向に直交する方向の結晶粒の幅が10μm以上60μm以下である。
【選択図】図1
Description
本開示はボトル缶胴用アルミニウム合金板及びその製造方法に関する。
近年、アルミ缶の一種であるボトル缶が知られている。ボトル缶は、胴部に比べて細いネック部を備える。ネック部は、ネッキング加工により形成される。ボトル缶は、ネック部の先端付近にネジ部を備える。ネジ部は、キャップを取り付けるためのネジが形成された部分である。ボトル缶は、ネック部の先端にカール部を備える。カール部は、外周側に屈曲するように、カール成形された部分である(特許文献1〜5)。
ボトル缶内に内容物を充填し、キャップを巻き締めするとき、軸方向の荷重がボトル缶に負荷される。この荷重が負荷されても変形しないために、ボトル缶は高い軸力強度を有する必要がある。軸力強度とは、軸方向の荷重に耐える強度である。
軸力強度を向上させるためには、ボトル缶を構成するアルミニウム合金板の強度を上げることが考えられる。しかしながら、強度が高いアルミニウム合金板を使用した場合、一般的に、ネッキング加工、ネジ成形、カール成形において成形性が低下し、ネック部及びネジ部にシワ、亀裂等が発生しやすくなる。さらに、それらに起因してカール部に割れが発生する現象(以下ではカール割れとする)が発生し易くなってしまう。
本開示の一局面は、軸力強度が高く、カール割れが発生し難いボトル缶を実現することができるボトル缶胴用アルミニウム合金板及びその製造方法を提供することを目的とする。
本開示の一局面は、ボトル缶胴用アルミニウム合金板であって、0.05〜0.60質量%のSiと、0.05〜0.80質量%のFeと、0.05〜0.25質量%のCuと、0.80〜1.50質量%のMnと、0.80〜1.50質量%のMgと、Alと、不可避的不純物と、を含有し、ブランク径が57mm、絞り比が1.73という条件で絞った成形カップにおける45°耳率が2.5%以下であり、0−180°耳高さの平均値が、45°耳高さの平均値以下であり、耐力が180MPa以上、230MPa以下であり、引張強さから耐力を差し引いた値が10.0MPa以上、28.0MPa以下であり、前記ボトル缶胴用アルミニウム合金板の表面において圧延方向に直交する方向の結晶粒の幅が10μm以上60μm以下であるボトル缶胴用アルミニウム合金板である。
本開示の一局面であるボトル缶胴用アルミニウム合金板を用いて製造したボトル缶は、軸力強度が高く、カール割れが発生し難い。
本開示の別の局面は、0.05〜0.60質量%のSiと、0.05〜0.80質量%のFeと、0.05〜0.25質量%のCuと、0.80〜1.50質量%のMnと、0.80〜1.50質量%のMgと、Alと、不可避的不純物と、を含有するアルミニウム合金の鋳塊を均質化処理し、熱間圧延を行い、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延を行い、前記熱間圧延において、熱間仕上圧延の開始温度が400℃以上520℃以下であり、前記冷間圧延において、最終パスの前パスの圧延終了温度が130℃以上190℃以下であり、前記冷間圧延において、総圧下率が80.0%以上、90.0%以下であるボトル缶胴用アルミニウム合金板の製造方法である。
本開示の別の局面は、0.05〜0.60質量%のSiと、0.05〜0.80質量%のFeと、0.05〜0.25質量%のCuと、0.80〜1.50質量%のMnと、0.80〜1.50質量%のMgと、Alと、不可避的不純物と、を含有するアルミニウム合金の鋳塊を均質化処理し、熱間圧延を行い、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延を行い、前記熱間圧延において、熱間仕上圧延の開始温度が400℃以上520℃以下であり、前記冷間圧延において、最終パスの前パスの圧延終了温度が130℃以上190℃以下であり、前記冷間圧延において、総圧下率が80.0%以上、90.0%以下であるボトル缶胴用アルミニウム合金板の製造方法である。
本開示の別の局面であるボトル缶胴用アルミニウム合金板の製造方法により製造されたボトル缶胴用アルミニウム合金板を用いて製造したボトル缶は、軸力強度が高く、カール割れが発生し難い。
本開示の実施形態を説明する。
1.ボトル缶胴用アルミニウム合金板の構成
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板は、0.05〜0.60質量%のSiを含有する。Siは、Al−Mn−Fe系晶出物に相変態を起こさせ、より硬度の高いAl−Mn−Fe−Si系化合物を形成する。Al−Mn−Fe−Si系化合物は固体潤滑作用を有する。Al−Mn−Fe−Si系化合物が形成されることにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板のしごき成形性が向上する。
1.ボトル缶胴用アルミニウム合金板の構成
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板は、0.05〜0.60質量%のSiを含有する。Siは、Al−Mn−Fe系晶出物に相変態を起こさせ、より硬度の高いAl−Mn−Fe−Si系化合物を形成する。Al−Mn−Fe−Si系化合物は固体潤滑作用を有する。Al−Mn−Fe−Si系化合物が形成されることにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板のしごき成形性が向上する。
Siの含有量が0.05質量%以上であることにより、DI成形を行う場合、合金型と金型との凝着によるビルドアップを抑制することができる。Siの含有量が0.60質量%以下であることにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の耳率を低減することができる。
その理由は以下のとおりである。Siの含有量が0.60質量%以下である場合、熱間圧延中における微細なα−AlMnFeSi相の析出を抑制することができる。α−AlMnFeSi相は、熱間圧延終了後の再結晶を阻害する作用を有する。α−AlMnFeSi相の析出を抑制することにより、熱間圧延終了後の再結晶を促進し、耳率を低減できる。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板は、0.05〜0.80質量%のFeを含有する。0.05質量%以上のFeを含有することにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板のしごき成形性が向上する。0.05質量%以上のFeを含有することでしごき成形性が向上する理由は、Al−Mn−Fe系、Al−Mn−Fe−Si系等の化合物が析出し、それらの化合物が固体潤滑作用を有するためである。
また、Feの含有量が0.05質量%以上であることにより、熱間圧延終了時の再結晶粒径が微細化する。再結晶粒径が微細化する理由は以下のとおりである。Al−Mn−Fe系、Al−Mn−Fe−Si系等の化合物は、熱間圧延中にその周囲に母相よりも高ひずみであり、転位密度が大きい領域を形成し、熱間圧延終了時に再結晶核となる。Feの含有量が0.05質量%以上であると、再結晶核となる前記化合物の量が増加し、再結晶粒径が微細化する。
また、Feの含有量が0.05質量%以上であることにより、アルミニウム地金の純度を過度に高める必要がなく、コストダウンを実現できる。
Feの含有量が0.80質量%以下であることにより、溶解鋳造時にFeとMnとが結合して巨大なAl−Mn−Fe系初晶化合物が発生してしまうことを抑制できる。巨大なAl−Mn−Fe系初晶化合物が圧延後も残存するとDI成形時に割れやピンホールを発生させてしまう。
Feの含有量が0.80質量%以下であることにより、溶解鋳造時にFeとMnとが結合して巨大なAl−Mn−Fe系初晶化合物が発生してしまうことを抑制できる。巨大なAl−Mn−Fe系初晶化合物が圧延後も残存するとDI成形時に割れやピンホールを発生させてしまう。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板は、0.05〜0.25質量%のCuを含有する。Cuの含有量が0.05質量%以上であることにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の強度が向上する。ボトル缶胴用アルミニウム合金板の強度が向上すれば、DI成形において十分な軸力強度を得ることができる。
Cuの含有量が0.25質量%以下であることにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の強度が過度に高くなることを抑制できる。そのため、DI缶側壁が過度に硬くなることを抑制できる。その結果、ネック成形時にしわが発生してカール成形性が悪化することを抑制できる。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板は、0.80〜1.50質量%のMnを含有する。Mnの含有量が0.80質量%以上であることにより、Al−Mn−Fe−Si系化合物が形成され易くなる。その結果、ボトル缶胴用アルミニウム合金板のしごき成形性が向上する。また、Mnの含有量が0.80質量%以上であることにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の強度が向上する。ボトル缶胴用アルミニウム合金板の強度が向上すれば、DI成形において十分な軸力強度を得ることができる。
Mnの含有量が1.50質量%以下であることにより、溶解鋳造時にFeとMnとが結合して巨大なAl−Mn−Fe系初晶化合物が発生してしまうことを抑制できる。巨大なAl−Mn−Fe系初晶化合物が圧延後も残存するとDI成形時に割れやピンホールを発生させてしまう。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板は、0.80〜1.50質量%のMgを含有する。Mgの含有量が0.80質量%以上であることにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の強度が向上する。ボトル缶胴用アルミニウム合金板の強度が向上すれば、DI成形において十分な軸力強度を得ることができる。
Mgの含有量が1.50質量%以下であることにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板が加工硬化しにくくなる。そのため、DI缶側壁が過度に硬くなることを抑制できる。その結果、ネック成形時にしわが発生してカール成形性が悪化することを抑制できる。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板はAlを含有する。Alはボトル缶胴用アルミニウム合金板の主成分である。Alは、例えば、アルミニウム合金板において、Si、Fe、Cu、Mn、Mg、及び不可避的不純物以外の残部である。不可避的不純物の含有量は、0.5質量%以下であることが好ましい。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板では、ブランク径が57mm、絞り比が1.73という条件で絞った成形カップにおける45°耳率が2.5%以下であり、0−180°耳高さの平均値が、45°耳高さの平均値以下である。
45°耳率は、以下の式(1)により算出される値である。
式(1) 45°耳率(%)=((45°耳高さの平均値―平均高さ)/平均高さ)×100
式(1)において、「45°耳高さ」とは、エリクセンカップ耳のうち、圧延方向から45°の角度をなす位置に現れるカップ耳高さを意味する。「45°耳高さの平均値」は、1つのカップに4箇所存在する「圧延方向から45°の角度をなす位置」でそれぞれ測定した「45°耳高さ」の平均値を意味する。4箇所の「圧延方向から45°の角度をなす位置」は、対称の位置関係にある。
式(1) 45°耳率(%)=((45°耳高さの平均値―平均高さ)/平均高さ)×100
式(1)において、「45°耳高さ」とは、エリクセンカップ耳のうち、圧延方向から45°の角度をなす位置に現れるカップ耳高さを意味する。「45°耳高さの平均値」は、1つのカップに4箇所存在する「圧延方向から45°の角度をなす位置」でそれぞれ測定した「45°耳高さ」の平均値を意味する。4箇所の「圧延方向から45°の角度をなす位置」は、対称の位置関係にある。
式(1)における「平均高さ」とは、以下の値である。エリクセンカップの高さを、圧延方向から1°刻みで測定することで、360点でのカップ高さを取得する。その360点でのカップ高さの平均値が、「平均高さ」である。
式(1)における「0−180°耳高さの平均値」とは、圧延方向から0°の角度をなす位置に現れるカップ耳高さと、圧延方向から180°の角度をなす位置に現れるカップ耳高さとの平均値を意味する。
45 ° 耳率が2.5%以下であることで、DI缶のネック成形中に圧延方向から45°の位置のネック部側壁板厚が薄くなることを抑制できる。そのことにより、ネックしわの発生を抑制することができ、カール成形性が向上する。ネックしわとは、ネック成形中にネック部に生じるしわである。
45 ° 耳率は1.0%以上であることが好ましい。1.0%以上である場合、45°耳高さが0−180°耳高さより低くなることを抑制できる。
0−180°耳高さの平均値が、45°耳高さの平均値以下であることにより、0−180°耳高さの平均値が抑制される。そのことにより、DI缶のネック成形中に圧延方向から0−180°の位置のネック部側壁板厚が薄くなることを抑制できる。その結果、ネックしわの発生を抑制することができ、カール成形性が向上する。
0−180°耳高さの平均値が、45°耳高さの平均値以下であることにより、0−180°耳高さの平均値が抑制される。そのことにより、DI缶のネック成形中に圧延方向から0−180°の位置のネック部側壁板厚が薄くなることを抑制できる。その結果、ネックしわの発生を抑制することができ、カール成形性が向上する。
0−180°耳高さの平均値が、45°耳高さの平均値以下であるという関係を満たす範囲で、45°耳率は、低いほど好ましい。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板では、耐力が180MPa以上、230MPa以下である。耐力が180MPa以上であることにより、成形後の缶体における軸力強度を高くすることができる。軸力強度とは、すなわち缶軸方向の座屈強度である。耐力が230MPa以下であることにより、缶側壁が硬くなり過ぎることを抑制できる。そのことにより、ネックしわの発生を抑制することができ、カール成形性が向上する。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板では、耐力が180MPa以上、230MPa以下である。耐力が180MPa以上であることにより、成形後の缶体における軸力強度を高くすることができる。軸力強度とは、すなわち缶軸方向の座屈強度である。耐力が230MPa以下であることにより、缶側壁が硬くなり過ぎることを抑制できる。そのことにより、ネックしわの発生を抑制することができ、カール成形性が向上する。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板では、引張強さから耐力を差し引いた値(以下では差分値とする)が10.0MPa以上、28.0MPa以下である。一般的に、差分値を10.0MPa未満にするためには、冷間圧延途中に熱処理を追加する必要がある。本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板では、差分値が10.0MPa以上であることにより、必ずしも、冷間圧延途中に熱処理を追加する必要がない。そのため、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の生産性を高め、製造コストを低減し、エネルギーロスを低減し、CO2排出量を抑制することができる。
差分値が28.0MPa以下であることにより、DI成形・ネック成形における加工硬化が抑制され、カール成形性が向上する。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板では、その表面において圧延方向に直交する方向の結晶粒の幅(以下では結晶粒幅とする)が10μm以上60μm以下である。一般的に、結晶粒幅を10μm未満にするためには、冷間圧延途中に熱処理を追加する必要がある。本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板では、結晶粒幅が10μm以上であることにより、必ずしも、冷間圧延途中に熱処理を追加する必要がない。そのため、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の生産性を高め、製造コストを低減し、エネルギーロスを低減し、CO2排出量を抑制することができる。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板では、その表面において圧延方向に直交する方向の結晶粒の幅(以下では結晶粒幅とする)が10μm以上60μm以下である。一般的に、結晶粒幅を10μm未満にするためには、冷間圧延途中に熱処理を追加する必要がある。本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板では、結晶粒幅が10μm以上であることにより、必ずしも、冷間圧延途中に熱処理を追加する必要がない。そのため、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の生産性を高め、製造コストを低減し、エネルギーロスを低減し、CO2排出量を抑制することができる。
結晶粒幅が60μm以下であることにより、缶胴の製造過程におけるカップ絞り、及びネック絞り成形での肌荒れ不良を抑制し、良好なカール成形性を得ることができる。
結晶粒幅を小さくする方法として、例えば、合金元素としてFeを添加して、熱間圧延終了後の再結晶核となるAl−Fe−Mn−Si化合物を晶出させる方法がある。また、結晶粒幅を小さくする方法として、例えば、熱間仕上圧延の開始温度を低くして熱間圧延中の蓄積ひずみ量を増加させ、熱間圧延終了後の再結晶駆動力を高めることで、再結晶粒を微細化する方法がある。結晶粒幅の測定方法は、後述する実施例で説明する方法である。
結晶粒幅を小さくする方法として、例えば、合金元素としてFeを添加して、熱間圧延終了後の再結晶核となるAl−Fe−Mn−Si化合物を晶出させる方法がある。また、結晶粒幅を小さくする方法として、例えば、熱間仕上圧延の開始温度を低くして熱間圧延中の蓄積ひずみ量を増加させ、熱間圧延終了後の再結晶駆動力を高めることで、再結晶粒を微細化する方法がある。結晶粒幅の測定方法は、後述する実施例で説明する方法である。
2.ボトル缶胴用アルミニウム合金板の製造方法
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板は、例えば、アルミニウム合金の鋳塊を均質化処理し、熱間圧延を行い、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延を行いうことで製造できる。必要に応じて、冷間圧延の後に最終焼鈍を行ってもよい。以下では、工程ごとに説明する。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板は、例えば、アルミニウム合金の鋳塊を均質化処理し、熱間圧延を行い、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延を行いうことで製造できる。必要に応じて、冷間圧延の後に最終焼鈍を行ってもよい。以下では、工程ごとに説明する。
(2−1)鋳造、均質化処理
アルミニウム合金の鋳塊は、0.05〜0.60質量%のSiと、0.05〜0.80質量%のFeと、0.05〜0.25質量%のCuと、0.80〜1.50質量%のMnと、0.80〜1.50質量%のMgと、Alと、不可避的不純物と、を含有する。
アルミニウム合金の鋳塊は、0.05〜0.60質量%のSiと、0.05〜0.80質量%のFeと、0.05〜0.25質量%のCuと、0.80〜1.50質量%のMnと、0.80〜1.50質量%のMgと、Alと、不可避的不純物と、を含有する。
Alはアルミニウム合金の鋳塊の主成分である。Alは、例えば、アルミニウム合金の鋳塊において、Si、Fe、Cu、Mn、Mg、及び不可避的不純物以外の残部である。不可避的不純物の含有量は、0.5質量%以下であることが好ましい。アルミニウム合金の鋳塊は、通常の方法で溶解、鋳造して得ることができる。
均質化処理における温度は、580℃ 以上、鋳塊の融点以下であることが好ましい。580℃以上である場合、Al6(Fe、Mn)から、α 相化合物 (Al−Mn−Fe−Si系)への変態を促進することができる。α 相化合物 (Al−Mn−Fe−Si系)は、しごき成形時に焼き付き防止効果を奏する。均質化処理の温度が鋳塊の融点以下である場合、鋳塊の一部に共晶融解を生じて板表面の品質が悪化することを抑制できる。
均質化処理の時間は、1時間以上、20時間以下であることが好ましい。1時間以上である場合、上記の変態を一層促進することができる。20時間以下である場合、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の製造における経済性が向上する。
(2−2)熱間圧延
熱間圧延は、例えば、熱間粗圧延と、熱間仕上圧延とから構成される。熱間粗圧延では、圧延する板厚に応じて、均質化処理後の鋳塊を圧延する。熱間粗圧延は、例えば、リバーシングミルを用いて行うことができる。熱間粗圧延後の板厚は、例えば、50mm以下である。熱間仕上圧延では、例えば、5mm以下の板厚まで圧延する。熱間仕上圧延は、例えば、タンデムミルを用いて行うことができる。
熱間圧延は、例えば、熱間粗圧延と、熱間仕上圧延とから構成される。熱間粗圧延では、圧延する板厚に応じて、均質化処理後の鋳塊を圧延する。熱間粗圧延は、例えば、リバーシングミルを用いて行うことができる。熱間粗圧延後の板厚は、例えば、50mm以下である。熱間仕上圧延では、例えば、5mm以下の板厚まで圧延する。熱間仕上圧延は、例えば、タンデムミルを用いて行うことができる。
熱間仕上圧延の開始温度は、400℃以上520℃以下であることが好ましい。熱間仕上圧延の開始温度が400℃以上である場合、熱間圧延中に板のエッジ割れが生じにくい。熱間仕上圧延の開始温度が520℃以下である場合、熱間圧延中の蓄積ひずみ量が増し、再結晶するための駆動力が高まる。そのことにより、再結晶粒径が微細化され、最終冷延板表面における結晶粒幅を微細化できる。
熱間仕上圧延の開始温度は、420℃以上500℃以下であることが一層好ましい。熱間仕上圧延の開始温度がこの範囲内である場合、結晶粒幅を一層適正な範囲とすることができる。
熱間仕上圧延の終了温度は、300℃以上400℃以下であることが好ましい。熱間仕上圧延の終了温度が300℃以上である場合、熱間圧延終了後の再結晶を十分に進行させ、45°耳率を低くすることができる。熱間仕上圧延の終了温度が400℃以下である場合、熱間圧延板の表面が酸化して表面品質が劣化してしまうことを抑制できる。その結果、DI成形後に缶側壁の外側表面に視認されることがある筋模様欠陥(“フローマーク”と呼称される欠陥)が生じ難い。
熱間仕上圧延の終了温度は、300℃以上400℃以下であることが好ましい。熱間仕上圧延の終了温度が300℃以上である場合、熱間圧延終了後の再結晶を十分に進行させ、45°耳率を低くすることができる。熱間仕上圧延の終了温度が400℃以下である場合、熱間圧延板の表面が酸化して表面品質が劣化してしまうことを抑制できる。その結果、DI成形後に缶側壁の外側表面に視認されることがある筋模様欠陥(“フローマーク”と呼称される欠陥)が生じ難い。
(2−3)冷間圧延前、又は冷間圧延の途中の中間焼鈍
冷間圧延前、又は冷間圧延の途中に中間焼鈍すると、溶質元素の固溶度が上がり、ネック成形性が低下する。また、中間焼鈍すると、製造コストが上昇し、エネルギーロスが生じる。中間焼鈍を行うことなく冷間圧延を行うことで、上記の弊害を抑制できる。
冷間圧延前、又は冷間圧延の途中に中間焼鈍すると、溶質元素の固溶度が上がり、ネック成形性が低下する。また、中間焼鈍すると、製造コストが上昇し、エネルギーロスが生じる。中間焼鈍を行うことなく冷間圧延を行うことで、上記の弊害を抑制できる。
(2−4)冷間圧延
冷間圧延を行うことにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の材料強度が向上する。冷間圧延における総圧下率は、80.0%以上、90.0%以下が好ましい。総圧下率が80.0%以上である場合、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の材料強度が一層向上する。
冷間圧延を行うことにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の材料強度が向上する。冷間圧延における総圧下率は、80.0%以上、90.0%以下が好ましい。総圧下率が80.0%以上である場合、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の材料強度が一層向上する。
総圧下率が90.0%以下である場合、圧延集合組織が過度に発達することを抑制できる。そのことにより、45°耳が高くなりすぎることを抑制できる。また、DI成形時の絞りのとき、再絞りカップのとき、ボトル型の缶に特有のネック部を成形するとき等に、缶側壁板厚のばらつきを抑制することができる。その結果、しわが発生し難くなる。冷間圧延の総圧下率は、85.0%以上90.0%以下であることが一層好ましい。この範囲内である場合、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の強度が一層向上し、耳率が一層適正になる。
冷間圧延において、最終パスの前パスの圧延終了温度が130℃以上190℃以下であることが好ましい。130℃以上である場合、冷間圧延パス間でMg−Si系、Al−Mg−Cu系、Al−Mg−Cu−Si系化合物の微細析出が起き、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の材料強度が向上する。また、最終パスの前パスの圧延終了温度が130℃以上である場合、母相のCu、Mg、Siの固溶量が減少することで、冷延板の加工硬化性が抑えられる。そのことにより、DI成形・ネック成形における加工硬化が抑制され、ネジ成形性、カール成形性が向上する。
最終パスの前パスの圧延終了温度が190℃以下である場合、Mg−Si系、Al−Mg−Cu系、Al−Mg−Cu−Si系化合物の微細析出による時効硬化が過度に起こることを抑制できる。そのことにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の材料強度が過度に高くなり難い。その結果、DI成形性、ネック成形性が向上する。
冷間圧延の最終パスの前パス終了から最終パス圧延開始までの時間(以下ではパス間時間とする)は、1時間以上48時間未満であることが好ましい。パス間時間が1時間以上である場合、冷間圧延パス間でMg−Si系、Al−Mg−Cu系、Al−Mg−Cu−Si系化合物の微細析出が起き、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の材料強度が向上する。また、パス間時間が1時間以上である場合、母相のCu、Mg、Siの固溶量が減少することで、冷延板の加工硬化性が抑えられる。そのことにより、DI成形・ネック成形における加工硬化が抑制され、ネジ成形性、カール成形性が向上する。パス間時間が48時間未満である場合、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の製造における経済性が向上する。
(2−5)最終焼鈍
最終焼鈍は、行ってもよいし、行わなくてもよい。最終焼鈍を行うことにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の材料強度を調整することができる。最終焼鈍を行う場合、温度は80℃以上、250℃以下であることが好ましく、時間は0.1時間以上、24時間以下であることが好ましい。焼鈍温度の温度が80℃以上であるか、最終焼鈍の時間が0.1時間以上である場合、冷間圧延で導入される転位が回復し、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の材料強度が減少する。焼鈍温度が250℃以下である場合、前記転位の回復が過度に進行して材料強度が過度に減少してしまうことを抑制できる。焼鈍時間は0.1時間以上であることが好ましいが、24時間より長く保持しても上記特性は変わらず経済性において不利なため好ましくない。
最終焼鈍は、行ってもよいし、行わなくてもよい。最終焼鈍を行うことにより、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の材料強度を調整することができる。最終焼鈍を行う場合、温度は80℃以上、250℃以下であることが好ましく、時間は0.1時間以上、24時間以下であることが好ましい。焼鈍温度の温度が80℃以上であるか、最終焼鈍の時間が0.1時間以上である場合、冷間圧延で導入される転位が回復し、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の材料強度が減少する。焼鈍温度が250℃以下である場合、前記転位の回復が過度に進行して材料強度が過度に減少してしまうことを抑制できる。焼鈍時間は0.1時間以上であることが好ましいが、24時間より長く保持しても上記特性は変わらず経済性において不利なため好ましくない。
3.ボトル缶の製造方法
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板を用いて、ボトル缶を製造することができる。
(3−1)第1のボトル缶の製造方法
図1に基づき、第1のボトル缶の製造方法を説明する。第1のボトル缶は、後述する第2のボトル缶に比べて口部が比較的大きいボトル缶である。S1では、ボトル缶胴用アルミニウム合金板1を用意する。S2では、ブランキング工程を行う。S3では、カッピング工程を行い、カップ7を形成する。S4では、DI成形工程を行う。S5では、トリミング工程を行う。S6では、ネッキング工程を行う。このとき、ネック部3が形成される。S7では、ネジ成形工程を行う。このとき、ネック部3にネジ部5が形成される。また、ネック部3の先端にカール成形がなされる。
本開示のボトル缶胴用アルミニウム合金板を用いて、ボトル缶を製造することができる。
(3−1)第1のボトル缶の製造方法
図1に基づき、第1のボトル缶の製造方法を説明する。第1のボトル缶は、後述する第2のボトル缶に比べて口部が比較的大きいボトル缶である。S1では、ボトル缶胴用アルミニウム合金板1を用意する。S2では、ブランキング工程を行う。S3では、カッピング工程を行い、カップ7を形成する。S4では、DI成形工程を行う。S5では、トリミング工程を行う。S6では、ネッキング工程を行う。このとき、ネック部3が形成される。S7では、ネジ成形工程を行う。このとき、ネック部3にネジ部5が形成される。また、ネック部3の先端にカール成形がなされる。
(3−2)第2のボトル缶の製造方法
図2に基づき、第2のボトル缶の製造方法を説明する。第2のボトル缶は、口部がペットボトルと同サイズのボトル缶である。S11〜S15は、前記S1〜S5と同様である。S16では、カップ7の底部側にネック部9を形成し、エンド部11を開口させる。S17では、カップ7の開口部13の側にフランジング工程を行う。S18では、底部15の巻き締めと、ネジ成形工程とを行う。このとき、ネック部9にネジ部17が形成される。また、ネック部9の先端にカール成形を行う。
図2に基づき、第2のボトル缶の製造方法を説明する。第2のボトル缶は、口部がペットボトルと同サイズのボトル缶である。S11〜S15は、前記S1〜S5と同様である。S16では、カップ7の底部側にネック部9を形成し、エンド部11を開口させる。S17では、カップ7の開口部13の側にフランジング工程を行う。S18では、底部15の巻き締めと、ネジ成形工程とを行う。このとき、ネック部9にネジ部17が形成される。また、ネック部9の先端にカール成形を行う。
4.実施例
(4−1)ボトル缶胴用アルミニウム合金板の製造
表1に示すJ1〜J8の製造条件で、それぞれ、ボトル缶胴用アルミニウム合金板を製造した。
(4−1)ボトル缶胴用アルミニウム合金板の製造
表1に示すJ1〜J8の製造条件で、それぞれ、ボトル缶胴用アルミニウム合金板を製造した。
次に、リバーシングミルを用いて熱間粗圧延を行う。次に、3スタンドのタンデムミルにより熱間仕上圧延を行い、熱間圧延板を得る。次に、得られた熱間圧延板が常温になってから、0.44mm厚まで冷間圧延を行う。次に、220℃にて2時間保持する最終焼鈍を施して、ボトル缶胴用アルミニウム合金板を得る。冷間圧延の最終パスの前パス圧延終了から最終パス圧延開始までの時間は1時間以上とする。
J1〜J8における、アルミニウム合金の鋳塊の組成と、熱間仕上圧延での開始温度と、冷間圧延での総圧下率と、冷間圧延での最終パスの前パスの圧延終了温度と、を上記表1に示す。
(4−2)ボトル缶胴用アルミニウム合金板の評価
J1〜J8のそれぞれについて、ボトル缶胴用アルミニウム合金板を以下のように評価した。
(4−2)ボトル缶胴用アルミニウム合金板の評価
J1〜J8のそれぞれについて、ボトル缶胴用アルミニウム合金板を以下のように評価した。
(i)カップ耳特性
ボトル缶胴用アルミニウム合金板から切り出して、ブランク径57mmの試料を作成した。この試料をエリクセン試験機で深絞り成形した。ポンチの直径は33mmであり、ポンチの肩のRは2.5mmである。しわ押さえ力は300kgfとした。圧延方向に対し1°おきにカップの高さを測定した。45°耳率の値と、(0−180°耳高さの平均値)の値と、(45°耳高さの平均値)の値を求めた。測定結果を表2に示す。
ボトル缶胴用アルミニウム合金板から切り出して、ブランク径57mmの試料を作成した。この試料をエリクセン試験機で深絞り成形した。ポンチの直径は33mmであり、ポンチの肩のRは2.5mmである。しわ押さえ力は300kgfとした。圧延方向に対し1°おきにカップの高さを測定した。45°耳率の値と、(0−180°耳高さの平均値)の値と、(45°耳高さの平均値)の値を求めた。測定結果を表2に示す。
ボトル缶胴用アルミニウム合金板から切り出して、JIS−Z−2201で規定する5号試験片を作成した。この試験片は、圧延方向に対して0°の角度をなす方向に延びる。
試験片について、JIS−Z−2241に準拠して引張試験を行い、引張強さ及び0.2%耐力を測定した。耐力と、引張強さから耐力を差し引いた値(差引値)とをそれぞれ上記表2に示す。
(iii)結晶粒幅
JIS H0501の切断法に準じて、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の結晶粒幅を測定した。具体的な測定方法は以下のとおりである。ボトル缶胴用アルミニウム合金板の表面における5視野について、それぞれ、図3に示す結晶粒組織写真101を取得する。この結晶粒組織写真101の視野の大きさは、0.7mm×0.9mmである。結晶粒組織写真101は100倍に拡大したものである。図3における左右方向が圧延方向である。結晶粒組織写真101には、複数の結晶粒Cが現れている。
(iii)結晶粒幅
JIS H0501の切断法に準じて、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の結晶粒幅を測定した。具体的な測定方法は以下のとおりである。ボトル缶胴用アルミニウム合金板の表面における5視野について、それぞれ、図3に示す結晶粒組織写真101を取得する。この結晶粒組織写真101の視野の大きさは、0.7mm×0.9mmである。結晶粒組織写真101は100倍に拡大したものである。図3における左右方向が圧延方向である。結晶粒組織写真101には、複数の結晶粒Cが現れている。
それぞれの結晶粒組織写真101において、3本の線分103を引いた。そのため、5視野の結晶粒組織写真101には、合計15本の線分103が存在する。それぞれの線分103は、圧延方向に直交する方向に延びる。線分103は、結晶粒組織写真101の一端から他端まで達している。線分103の長さは0.7mmである。結晶粒組織写真101は100倍に拡大されているので、線分103は700μmを表す。
まず、1本の線分103に着目する。その線分103が完全に切断する結晶粒Cの数をNとする。結晶粒Cを完全に切断するとは、線分103が結晶粒Cを通り、結晶粒Cの一端から他端まで達していることを意味する。図3に示す例では、最も左に位置する線分103が完全に切断する結晶粒Cの数Nは7個である。
700μmをNで除した値を、その線分103における結晶粒幅とする。15本の線分103のそれぞれにおいて、同様の方法で、1本の線分103における結晶粒幅を求める。最後に、1本の線分103における結晶粒幅を、15本の線分103で平均して、ボトル缶胴用アルミニウム合金板の結晶粒幅とする。測定した結晶粒幅を上記表4に示す。
(iv)カール成形性
ボトル缶胴用アルミニウム合金板から、ブランク径179mmの円板を切り出した。この円板を、内径58mmとなるようにDI成形した。次に、トリミング、洗浄、及びベーキングを順次行った。ベーキングにおける最高保持温度は210℃である。次に、口部の直径が26mmとなるまでダイネック方式によりネッキングを施した。次に、ネジ・カール成形を施してボトル缶を作製した。この方法で100缶のボトル缶を作成し、それぞれのボトル缶におけるカール割れの発生状況を確認した。そして、以下の基準により、カール成形性を評価した。
ボトル缶胴用アルミニウム合金板から、ブランク径179mmの円板を切り出した。この円板を、内径58mmとなるようにDI成形した。次に、トリミング、洗浄、及びベーキングを順次行った。ベーキングにおける最高保持温度は210℃である。次に、口部の直径が26mmとなるまでダイネック方式によりネッキングを施した。次に、ネジ・カール成形を施してボトル缶を作製した。この方法で100缶のボトル缶を作成し、それぞれのボトル缶におけるカール割れの発生状況を確認した。そして、以下の基準により、カール成形性を評価した。
○:カール割れ発生率が5%未満。
×:カール割れ発生率が5%以上。
カール成形性の評価結果を上記表2に示す。
×:カール割れ発生率が5%以上。
カール成形性の評価結果を上記表2に示す。
(v)軸力強度
前記(iv)で製造したボトル缶に上部から荷重を加えて、ボトル缶が塑性変形したときのピーク荷重を測定した。この測定を5缶のボトル缶についてそれぞれ行い、5缶におけるピーク荷重の平均値を軸力強度とした。そして、以下の基準により、軸力強度を評価した。
前記(iv)で製造したボトル缶に上部から荷重を加えて、ボトル缶が塑性変形したときのピーク荷重を測定した。この測定を5缶のボトル缶についてそれぞれ行い、5缶におけるピーク荷重の平均値を軸力強度とした。そして、以下の基準により、軸力強度を評価した。
○:軸力強度が1800N以上である。
×:軸力強度が1800N未満である。
軸力強度の評価結果を上記表2に示す。なお、1800Nは、高内圧の内容物を巻締めする場合に望ましい軸力強度である。
×:軸力強度が1800N未満である。
軸力強度の評価結果を上記表2に示す。なお、1800Nは、高内圧の内容物を巻締めする場合に望ましい軸力強度である。
(vi)評価結果について
J1、J2では、カップ耳特性、引張特性、結晶粒幅、カール成形性、及び軸力強度の全てが良好であった。
J1、J2では、カップ耳特性、引張特性、結晶粒幅、カール成形性、及び軸力強度の全てが良好であった。
J3では、カール成形性が不良であった。その理由は、熱間仕上圧延の開始温度が高すぎ、結晶粒幅が過度に大きいためであると推測される。
J4では、熱間圧延時に板エッジ割れが発生した。その理由は、熱間仕上圧延の開始温度が低すぎたためであると推測される。
J4では、熱間圧延時に板エッジ割れが発生した。その理由は、熱間仕上圧延の開始温度が低すぎたためであると推測される。
J5では、カール成形性が不良であった。その理由は、冷間圧延の総圧下率が高すぎて、45°耳率が過度に高くなったためであると推測される。
J6では、軸力強度とカール成形性とが不良であった。その理由は、冷間圧延の総圧下率が低すぎて、(0−180°耳高さの平均値)が(45°耳高さの平均値)以上となり、また耐力が小さくなったためであると推測される。
J6では、軸力強度とカール成形性とが不良であった。その理由は、冷間圧延の総圧下率が低すぎて、(0−180°耳高さの平均値)が(45°耳高さの平均値)以上となり、また耐力が小さくなったためであると推測される。
J7では、カール成形性が不良であった。その理由は、冷間圧延の最終パスの前パス圧延終了温度が低くなりすぎ、引張強さと耐力の差が大きくなったためであると推測される。
J8では、カール成形性が不良であった。その理由は、冷間圧延の最終パスの前パス圧延終了温度が高くなりすぎ、耐力が過度に大きくなったためであると推測される。
J8では、カール成形性が不良であった。その理由は、冷間圧延の最終パスの前パス圧延終了温度が高くなりすぎ、耐力が過度に大きくなったためであると推測される。
5.他の実施形態
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
(1)上記各実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
(2)上述したボトル缶胴用アルミニウム合金板の他、当該ボトル缶胴用アルミニウム合金板を構成要素とするボトル缶、ボトル缶の製造方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。
1…ボトル缶胴用アルミニウム合金板、3、9…ネック部、5、17…ネジ部、7…カップ、11…エンド部、13…開口部、15…底部、101…結晶粒組織写真、C…結晶粒、103…線分
Claims (3)
- ボトル缶胴用アルミニウム合金板であって、
0.05〜0.60質量%のSiと、0.05〜0.80質量%のFeと、0.05〜0.25質量%のCuと、0.80〜1.50質量%のMnと、0.80〜1.50質量%のMgと、Alと、不可避的不純物と、を含有し、
ブランク径が57mm、絞り比が1.73という条件で絞った成形カップにおける45°耳率が2.5%以下であり、
0−180°耳高さの平均値が、45°耳高さの平均値以下であり、
耐力が180MPa以上、230MPa以下であり、
引張強さから耐力を差し引いた値が10.0MPa以上、28.0MPa以下であり、
前記ボトル缶胴用アルミニウム合金板の表面において圧延方向に直交する方向の結晶粒の幅が10μm以上60μm以下であるボトル缶胴用アルミニウム合金板。 - 0.05〜0.60質量%のSiと、0.05〜0.80質量%のFeと、0.05〜0.25質量%のCuと、0.80〜1.50質量%のMnと、0.80〜1.50質量%のMgと、Alと、不可避的不純物と、を含有するアルミニウム合金の鋳塊を均質化処理し、熱間圧延を行い、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延を行い、
前記熱間圧延において、熱間仕上圧延の開始温度が400℃以上520℃以下であり、
前記冷間圧延において、最終パスの前パスの圧延終了温度が130℃以上190℃以下であり、
前記冷間圧延において、最終パスの前パスの圧延終了から、最終パスの圧延開始までの時間が1時間以上48時間未満であり、
前記冷間圧延において、総圧下率が80.0%以上、90.0%以下であるボトル缶胴用アルミニウム合金板の製造方法。 - 請求項2に記載のボトル缶胴用アルミニウム合金板の製造方法であって、
製造したボトル缶胴用アルミニウム合金板は、
ブランク径が57mm、絞り比が1.73という条件で絞った成形カップにおける45°耳率が2.5%以下であり、
0−180°耳高さの平均値が、45°耳高さの平均値以下であり、
耐力が180MPa以上、230MPa以下であり、
引張強さから耐力を差し引いた値が10.0MPa以上、28.0MPa以下であり、
前記ボトル缶胴用アルミニウム合金板の表面において圧延方向に直交する方向の結晶粒の幅が10μm以上60μm以下であるボトル缶胴用アルミニウム合金板の製造方法。
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