JPH04272151A - アルミニウム合金硬質板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルミニウム合金硬質板
に関し、更に詳しくは、特に飲料缶胴材として、しごき
加工性、塗装印刷（ベーキング）後の成形性（ネッキン
グ性・フランジング性）に優れるアルミニウム合金硬質
板とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、ビール及び炭酸飲料用などの飲料缶体には、材料と
してはＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系の３００４合金が用いられて
いる。

【０００３】近年、缶の軽量化のために高強度高成形性
と低耳率化の要望が強くなっており、種々の提案（例え
ば、特公昭６１−７４６５号、特願平１−２２６７４６
号など）がなされている。しかしながら、特公昭６１−
７４６５号においては高強度化については満足し得るも
のの、成形性については特願平１−２２６７４６号に及
ばない難点がある。また、特願平１−２２６７４６号に
ついては、元板での変形抵抗力の上昇により、しごき加
工性の向上が必要とされる。このように、なお不充分な
点が多く残されている。

【０００４】一方、缶体用材料の製造方法は、前述の３
００４合金に均質化熱処理、熱間圧延、冷間圧延及び中
間焼鈍を組み合わせて行う方法である（例えば、特公昭
６１−７４６５号、特公昭６２−３７７０５号等）。こ
れらの提案における冷間圧延率は、基本的には中間焼鈍
後から最終板厚に至るまでのトータルの圧延率を規制し
ている。この結果、通常数回の通板を行う現状では、パ
ス間で回復が生じ、次パスを行うと強度が非常に高くな
り、成形性を低下させる上、冷間圧延開始温度がばらつ
き、強度のばらつきを生じ、成形性を低下させるといっ
た問題点があった。

【０００５】本発明は、上記従来技術の欠点を解消して
、しごき加工性、ベーキング後の成形性に優れるアルミ
ニウム合金硬質板を提供し、またその製造方法を提供す
ることをもくてきとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
、本発明者等は、化学成分並びに製造条件について鋭意
研究を重ねた結果、ここに本発明をなしたものである。

【０００７】すなわち、本発明は、Ｍｎ：０．５〜１．
５％及びＭｇ：０．５〜１．５％を含有し、Ｆｅ：０．
３〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜０．５％をＦｅ＋Ｓｉ＝
０．７〜１．０％、Ｆｅ／Ｓｉ＝１．２５〜２．５の関
係を満足するように含有し、更にＣｕ：０．０５〜０．
５％及びＺｎ：０．０５〜１．０％のうちの１種又は２
種を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなること
を特徴とするアルミニウム合金硬質板を要旨とするもの
である。

【０００８】また、その製造方法は、前記化学成分を有
するアルミニウム合金鋳塊に５００〜６００℃の温度で
１時間以上の均質化熱処理を施した後、熱間圧延を終了
板厚１．５〜３．０ｍｍ、終了温度３００〜３６０℃で
行い、その直後又は放冷後、加熱冷却速度１００℃／ｍ
ｉｎ以上で、板温度４００〜６００℃に１０分以内で保
持し、板温度が１５０℃以下に冷却する条件の連続焼鈍
を施し、更にその後、１回の通板による冷間圧延率を７
５％以上とする冷間圧延を施して、パス間での回復がな
いようにすることを特徴とするものである。

【０００９】以下に本発明を更に詳細に述べる。

【作用】まず、本発明における化学成分の限定理由につ
いては次のとおりである。

【００１０】Ｍｎ：Ｍｎは強度の向上及びＡｌ−Ｆｅ−
Ｍｎ系晶出物の生成によるしごき加工性の向上、缶壁強
度の軟化に効果のある元素である。しかし、０．５％未
満ではいずれの効果もなく、また１．５％を超えると強
度が高くなりすぎて成形性（絞り性、しごき性、張出し
性、フランジ性）の低下を招く。したがって、Ｍｎ量は
０．５〜１．５％の範囲とする。

【００１１】Ｍｇ：Ｍｇは強度向上に効果のある元素で
あり、特にＣｕとの組合せにより、ベーキング時にＡｌ
−Ｃｕ−Ｍｇ系析出物による析出硬化を生じ、缶底部の
高強度化に有効である。しかし、０．５％未満ではその
効果は小さく、また１．５％を超えると強度が高くなり
すぎて成形性の低下を招く。以上の理由により、Ｍｇ量
は０．５〜１．５％の範囲とする。

【００１２】Ｆｅ：ＦｅはＭｎとの関係でＡｌ−Ｆｅ−
Ｍｎ系晶出物を形成し、しごき加工性の向上、晶出物形
成による缶壁強度の軟化及びＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系析出物
の形成による高強度化に効果がある。しかし、０．３％
未満ではこのような効果が小さく、また０．７％を超え
ると巨大晶出物を形成して成形性の低下を生じる。以上
の理由により、Ｆｅ量は０．３〜０．７％の範囲とする
。

【００１３】Ｓｉ：ＳｉはＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の晶出物
に相変態を生じさせ、いわゆるα相を形成させて晶出物
の硬度を上昇させ、しごき加工性の向上に効果がある。 しかし、０．１％未満ではこの効果は小さく、また０．
５％を超えると晶出物の巨大化及び晶出物の全面変態に
より、逆にしごき加工性を低下させる。以上の理由より
、Ｓｉ量は０．１〜０．５％の範囲とする。

【００１４】但し、Ｆｅ及びＳｉについては、上述の範
囲内での含有量の合計並びに比を以下のように規定する
ことが必要である。

【００１５】Ｆｅ＋Ｓｉ：Ｆｅ＋Ｓｉ量は晶出物の量及
びサイズの適正化によるしごき加工性の向上に効果があ
る。 しかし、Ｆｅ＋Ｓｉ量が０．７％未満では本発明品のし
ごき加工に対しては不充分であり、また１．０％を超え
ると晶出物の巨大化及びα相への全面変態によりしごき
加工性の低下を生じる。以上の理由により、Ｆｅ＋Ｓｉ
量は０．７〜１．０％の範囲とする。

【００１６】Ｆｅ／Ｓｉ：Ｆｅ／Ｓｉ比はα相の最適形
成によるしごき加工性の向上に効果がある。しかし、Ｆ
ｅ／Ｓｉ比が１．２５未満ではα相の形成量が少なく、
しごき加工性の向上に対しては不充分である。また、２
．５を超えると晶出物のα相への全面変態により加工時
に割れの起点となる。以上の理由により、Ｆｅ／Ｓｉ比
は１．２５〜２．５の範囲とする。

【００１７】上述の元素の他、以下の成分の１種又は２
種を適量で含有させる必要がある。

【００１８】Ｃｕ：ＣｕはＭｇと同様の効果を示す元素
であり、ベーキング時にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系析出物によ
る析出硬化を生じ、缶底部の高強度化に有効である。し
かし、Ｃｕ量が０．０５％未満ではその効果は小さく、
また０．５％を超えると強度が高くなりすぎて、成形性
の低下を招く。以上の理由により、Ｃｕ量は０．０５〜
０．５％の範囲とする。

【００１９】Ｚｎ：Ｚｎは晶出物の分散を適正にし、絞
り加工性、しごき加工性及びフランジ成形性の向上に効
果がある。しかし、Ｚｎ量が０．０５％未満ではその効
果が小さい。またＺｎ量は１．０％を超えて添加しても
各種成形性を向上させる効果は小さく、またその効果と
コストを考慮すると１．０％が上限である。以上の理由
により、Ｚｎ量は０．０５〜１．０％の範囲とする。

【００２０】なお、不純物としては本発明の効果を損な
わない限度で許容される。例えば、 Ｃｒ≦０．２０％、Ｔｉ≦０．２０％である。

【００２１】次に本発明の製造法について説明する。上
記化学成分を有するアルミニウム合金は、常法により溶
解、鋳造し、得られた鋳塊は熱間圧延前に均質化熱処理
を施される。この均質化熱処理は、その後の熱間圧延性
の向上や、前述のα相形成によるしごき加工性の向上及
び絞り加工時に形成される耳の抑制に効果がある。しか
し、加熱温度が５００℃未満ではいずれの効果も小さく
、また６００℃を超えるとバーニング等による板表面の
性能低下を生じる。保持時間は温度により異なるが、１
時間以上が必要である。したがって、均質化熱処理は５
００〜６００℃の温度で１時間以上の条件とする。なお
、均質化熱処理は必要に応じて２回以上行っても良い。

【００２２】均質化熱処理後、引き続き熱間圧延を行う
が、熱間圧延の開始温度は特に制限されないが、４５０
℃以上が好ましい。鋳塊はこの熱間圧延によりコイル状
に巻き上げられるが、その際の終了板厚と終了温度は、
製品での絞り耳率、缶壁の強度に影響を及ぼす。すなわ
ち、終了板厚が１．５ｍｍ未満では耳率を抑制するには
効果があるが、缶壁の軟化に不足を生じる。一方、３．
０ｍｍを超えると強度が高すぎることによる成形性の低
下及び耳率の上昇による加工不具合を招く。以上の理由
により熱間圧延の終了板厚は１．５〜３．０ｍｍとする
。更に、終了温度は特に耳率に大きな影響を与え、３０
０℃未満では耳率の抑制に効果が小さく、また３６０℃
を超える場合にはその後の焼鈍においても再結晶に要す
る歪みエネルギーが不足し、未再結晶が残存し、同じく
耳率抑制に効果がなくなる。以上の理由により終了温度
は３００〜３６０℃の範囲とする。

【００２３】次に焼鈍を行うが、焼鈍は熱間圧延直後又
は放冷後に行う。この焼鈍は所謂ＣＡＬと呼ばれる連続
焼鈍炉にて行われ、その条件は強度及び成形性に大きな
影響を与える。すなわち、加熱及び冷却速度が１００℃
／ｍｉｎ未満では強度及び成形性の向上に対する効果が
少ないので、加熱及び冷却速度は１００℃／ｍｉｎ以上
の範囲とする。板温度は再結晶及びＣｕ、Ｍｇの強制固
溶量に影響を及ぼし、４００℃未満では再結晶が完了せ
ず、６００℃を超えるとバーニングによる板の表面不良
を生じる。したがって、板温度は４００〜６００℃の範
囲とする。なお、高強度高成形性の面で４５０〜５３０
℃の範囲が好ましい。また、保持時間は再結晶及びＣｕ
、Ｍｇの強制固溶量に影響を及ぼし、板温度により異な
るが、低温（例、４００℃）であれば１０分程度、高温
（例、６００℃）であれば保持なしでもよい。したがっ
て、保持時間は１０分以内とする。更に、冷却に関して
は、１５０℃を超えた温度で冷却が完了するとＡｌ−Ｃ
ｕ−Ｍｇ系の析出物が生成し、製品板での加工時（ベー
キング）に析出硬化が得られない。したがって、冷却は
板温度が１５０℃以下となるようにする。

【００２４】最後の工程である冷間圧延は、強度及び成
形性（缶壁のベーキング軟化）に影響を及ぼす工程であ
る。しかし、１回の通板による圧延率が７５％未満であ
ると、強度及び成形性の向上の効果が得られない。また
、最終板厚まで数回の通板を行う必要があり、冷間圧延
時に発熱したままコイルに巻き取り、次回の冷間圧延ま
で放置される間に回復が生じ、次回の冷間圧延では加工
硬化が大きくなり強度が高くなり、成形性に悪影響を及
ぼす。更に、冷間圧延開始温度のばらつきによる製品強
度のばらつきも生じ易くなり、成形性に悪影響を及ぼす
。以上の理由により、冷間圧延は１回の通板時の圧延率
を７５％以上とし、パス間での回復がないようにする。

【００２５】次に本発明の実施例を示す。

【実施例１】

【表１】 に示す化学成分のアルミニウム合金に５８０℃×４ｈｒ
の均質化熱処理を施した後、熱間圧延（終了板厚２．０
ｍｍ、終了温度３２０℃）を行い、直ちに加熱冷却速度
３００℃／ｍｉｎにて板温度５００℃×０ｍｉｎ、冷却
完了温度８０℃のＣＡＬ焼鈍を実施し、その後０．３０
ｍｍ（圧延率８５％）の製品板厚まで１回の通板にて冷
間圧延を行った。製品板の材料特性並びにＤＩ缶の缶強
度を調べた結果を

【表２】 及び

【表３】 に示す。なお、製品板の成形性は以下の要領にて評価し
た。

【００２６】限界絞り比（ＬＤＲ）は、エリクセン試験
機を使用し、ブランク径を変化させ、成形できる絞り比
（ブランク径／ポンチ径）にて求めた。ポンチ径は３３
ｍｍφ、潤滑油はダイドローＮ、しわ押さえ力５００ｋ
ｇｆである。

【００２７】張出し性（エリクセン値）は、ＪＩＳのエ
リクセン試験Ｂ法により評価した。限界しごき加工率（
ＬＩＲ）は、ブランク径１５０ｍｍφ、ポンチ径８７ｍ
ｍφにて作製した絞りカップを用い、実機レベルのＤＩ
加工機で通常３伸でしごき加工するところを２伸で行い
、そのしごきダイスの径を変化させることにより、成形
できる加工率（１伸と２伸の板厚変化）にて求めた。な
お、缶サイズは３５０ｃｃであり、潤滑油は水溶性潤滑
油を用いた。

【００２８】次に得られたＤＩ缶（６６ｍｍφ×１２２
ｍｍｈ）に２００℃のベーキングを施し、４段ネック加
工を実施した。加工配分は２ｍｍ／段である。４段ネッ
クができた成功率（ネック成功率）を評価した。更に交
角９０°のポンチにて穴拡げを実施し、フランジ率１２
％（フランジ径６５ｍｍφ、ネック径５８ｍｍφ）にお
ける成功率（フランジ成功率）を評価した。また缶強度
である耐圧、座屈強度は窒素封入及び軸圧縮にて求めた
。

【００２９】以上の評価基準としては、限界絞り比（Ｌ
ＤＲ）１．８５以上、限界しごき加工率（ＬＩＲ）５２
％以上、エリクセン値４．３ｍｍ以上、ベーキング後耐
力２７ｋｇｆ／ｍｍ２以上、耳率３％以内、耐圧強度６
．３ｋｇｆ／ｃｍ２以上、座屈強度１７０ｋｇｆ以上で
ある。

【００３０】表２及び表３より明らかなように、本発明
例Ｎｏ．１及びＮｏ．２は、適正な化合物分布、並びに
適正な強度及び高ベーキング耐力を有しており、比較例
に比べ、明らかに成形性が優れている。なお、本製造工
程で製造された板の耳率は全て３％以内であり、充分満
足し得るものである。

【００３１】

【実施例２】表１中の合金Ｎｏ．１のアルミニウム合金
を用いて、

【表４】 に示す製造条件にて製品板厚０．３ｍｍの材料を作製し
、実施例１と同じく評価した。その結果を

【表５】 に示す。表５に示すように、本発明範囲の製造条件以外
で製造された比較例Ｄ〜Ｏは、成形性或いは缶強度が劣
っている。つまり、比較例Ｅ、Ｊ、Ｋは強度が不足して
おり、その他の比較例は成形性が劣っている。また比較
例Ｇは耳率が３．５％あり、成形時の不具合につながる
。比較例Ｄ、Ｎ、Ｏは実際の通常生産工程で行われる冷
間圧延間でのコイルの放置時間を比較とした例であるが
、何れも本発明例Ａに比べて成形性が劣っている。これ
はパス間で回復が生じるため元板強度が適正強度より高
くなりすぎるためである。また比較例Ｄ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、
Ｏはコイルの先後端での強度のばらつきが見られた。こ
れはコイルでの巻き芯、巻き外でパス間での回復の度合
いが異なるためである。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により得ら
れるアルミニウム合金硬質板は、成形性に優れ、かつ品
質の安定した材料が得られるので、成形中の不具合等を
低減でき、生産性向上の効果は顕著である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量％で（以下、同じ）、Ｍｎ：０．
   ５〜１．５％及びＭｇ：０．５〜１．５％を含有し、Ｆ
   ｅ：０．３〜０．７％、Ｓｉ：０．１〜０．５％をＦｅ
   ＋Ｓｉ＝０．７〜１．０％、Ｆｅ／Ｓｉ＝１．２５〜２
   ．５の関係を満足するように含有し、更にＣｕ：０．０
   ５〜０．５％及びＺｎ：０．０５〜１．０％のうちの１
   種又は２種を含有し、残部がＡｌと不可避的不純物から
   なることを特徴とするアルミニウム合金硬質板。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の化学成分を有するア
   ルミニウム合金鋳塊に５００〜６００℃の温度で１時間
   以上の均質化熱処理を施した後、熱間圧延を終了板厚１
   ．５〜３．０ｍｍ、終了温度３００〜３６０℃で行い、
   その直後又は放冷後、加熱冷却速度１００℃／ｍｉｎ以
   上で、板温度４００〜６００℃に１０分以内で保持し、
   板温度が１５０℃以下に冷却する条件の連続焼鈍を施し
   、更にその後、１回の通板による冷間圧延率を７５％以
   上とする冷間圧延を施して、パス間での回復がないよう
   にすることを特徴とするアルミニウム合金硬質板の製造
   方法。