JPH04276046A - 成形用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】この発明は、主としてアルミニウ
ム合金製の２ピース缶の材料、特に蓋材として用いられ
る成形用のアルミニウム合金硬質板の製造方法に関する
ものであり、特に塗装焼付後の強度が高くかつ成形性に
優れ、しかも缶蓋材として用いた場合にリサイクル性に
優れたアルミニウム合金板の製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにアルミニウム２ピース缶の
缶体は、ＤＩ加工による缶胴（ＤＩ缶胴）と缶蓋（エン
ド）とによって組立てられている。

【０００３】これらのうち、缶体の胴材としては、深絞
り性、しごき性、さらにはＤＩ加工−焼付塗装後のネッ
キング加工性、フランジング加工性等に優れていること
が要求され、一般にはＡｌ−Ｍｎ系の３００４合金Ｈ１
９材やＨ３９材が使用されている。近年の薄肉化の要求
に伴ない、胴材としてもより高強度化が要求されるよう
になっているが、従来の３００４合金缶胴材でも焼付塗
装後の耐力で２７０Ｎ／ｍｍ２　以上の強度が得られる
ようになっている。

【０００４】一方缶体の蓋材としては、ビールその他の
炭酸飲料用の缶体の蓋材、すなわち内圧が高くなる用途
の缶体の蓋材では、近年の薄肉化の傾向に伴ない、焼付
塗装後の耐力で３００Ｎ／ｍｍ２　以上の高強度が要求
され、そこで一般にはＡｌ−Ｍｇ系の５１８２合金が多
用されており、このほか特に高強度が要求されない蓋材
では５０８２合金や５０５２合金も使用され、さらにＡ
ｌ−Ｍｎ系の３００４合金も使用されることがある。

【０００５】なおタブ材は、一般に焼付塗装を施さない
ため、特に高強度は要求されず、耐力２５０Ｎ／ｍｍ２
　以上で曲げ性に優れていれば良く、５１８２合金、５
０８２合金、５０５２合金、３００４合金のいずれも上
述の強度は得られ、かつ低加工度であるため、曲げ性に
対しても特に問題はない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来の
アルミニウム２ピース缶体の胴材としてはＡｌ−Ｍｎ系
の３００４合金が一般的であり、蓋材としては内圧が加
わる用途ではＡｌ−Ｍｇ系の５１８２合金が主流である
。ところがこのように胴材に３００４合金、蓋材に５１
８２合金を用いた場合、使用後の缶体を回収して再溶解
して、再び２ピース缶体用の材料として用いる場合（す
なわちリサイクル時）に、再生前と同じ缶胴用３００４
合金および缶蓋用５１８２合金を溶製するためには、新
たな純アルミ地金とＭｇ添加用の母合金、その他若干の
成分調整材料を添加して成分調整を行なわなければなら
ない不便がある。

【０００７】一方、最近では缶体のリサイクルを容易に
するため、缶胴と缶蓋とを同一成分組成の合金で構成す
る所謂ユニアロイ化の試みもなされているが、この場合
最も問題となるのは、内圧が加わる用途の缶体における
蓋材である。すなわち、缶胴のＤＩ加工に要求されるよ
うな良好な成形性を呈し得る成分組成の合金を用いて、
内圧が加わるような用途の缶体の蓋材に要求される高強
度を達成しようとした場合、蓋材としての成形性が著し
く低下してしまう。具体的には、３００４合金を缶胴、
缶蓋の両者に共用しようとする提案が既になされている
が、この場合、内圧が加わる用途の缶蓋に要求される焼
付塗装後の３００Ｎ／ｍｍ２　以上の強度を得るために
はＨ１９相当以上の冷間加工が必要となり、蓋材として
の成形性が従来の５１８２合金と比較して著しく劣って
しまう問題があった。したがって従来は実際にはユニア
ロイ化を達成することは困難であった。

【０００８】また従来から、３００４合金の強度を向上
させるため、ＭｇやＣｕ等の強化用合金元素を増量して
高強度を達成することが提案されているが、これらの合
金元素を単純に増量しただけの場合、特に缶体の胴材と
してはＤＩ加工性を悪化させ、さらにはＤＩ加工後のフ
ランジ部の加工性（ネッキング成形性、フランジ成形性
）を悪化させる等の問題が生じ、そのため単純にＭｇや
Ｃｕを増量することは不適当と考えられる。

【０００９】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、アルミニウム２ピース缶の蓋材に必要な焼付
塗装後の強度と成形性とを兼ね備え、しかも２ピース缶
の蓋材として使用した場合に缶のリサイクルが容易な成
形用のアルミニウム合金硬質板を製造する方法を提供す
ることを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するため、本発明者等が種々実験・検討を重ねた結果、
従来から胴材に使用されている３００４合金に比較的近
い成分系でその成分組成を適切に設定すると同時に、圧
延中途での中間焼鈍の条件を適切に設定してその中間焼
鈍に溶体化効果を持たせ、さらに、高温短時間での焼付
塗装処理時における強度低下を少なくするために最適な
条件での最終焼鈍を施して時効性を高め、さらに中間焼
鈍後の冷間圧延条件を適切に調整し、これにより焼付塗
装後の高強度と優れた成形性とを同時に達成できるとと
もに蓋材として用いた場合のリサイクルを容易にし得る
ことを見出し、この発明をなすに至ったのである。

【００１１】具体的には、この発明の成形用アルミニウ
ム合金硬質板の製造方法は、Ｍｇ１．２〜　３．０ｗｔ
％、Ｃｕ０．０５〜　０．５ｗｔ％、Ｍｎ　０．７〜　
１．８ｗｔ％、Ｆｅ　０．１〜　０．７ｗｔ％、Ｓｉ　
０．１〜　０．５ｗｔ％を含有し、残部がＡｌおよび不
可避的不純物よりなる合金を鋳造後、所定の中間板厚ま
で圧延し、その後、１℃／ｓｅｃ　以上の昇温速度で４
００〜６２０℃の範囲内の温度に加熱して保持なしもし
くは１０分以下の保持後、１℃／ｓｅｃ　以上の冷却速
度で冷却する中間焼鈍を行ない、次いで合計５０％以上
の圧延率の冷間圧延を２パス以上の圧延パスでかつ最終
の仕上パスの圧下率が４０％以下となるように行なって
最終板厚とし、さらに１０〜１００℃／ｈｒの昇温速度
で１２０〜２２０℃の範囲内の温度に加熱して１０分以
上保持した後１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で冷却す
る最終焼鈍を施すことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】先ずこの発明における成分組成限定理由を説明
する。

【００１３】Ｍｇ：ＭｇはＣｕやＳｉとの共存によりＭ
ｇ２　ＳｉやＡｌ２　ＣｕＭｇを析出させて時効硬化を
もたらし、これによって強度向上に寄与するとともに、
Ｍｇそれ自体でも固溶強化に寄与する。またＭｇは冷間
圧延加工時に剪断帯を発達させて再結晶粒を微細化する
にも寄与する。Ｍｇ量が　１．２ｗｔ％未満では蓋材と
して充分な強度が得られず、一方Ｍｇ量が３．０ｗｔ％
を越えれば蓋材としての強度は得られるが、成形性を悪
化させるから、Ｍｇ量は　１．２〜　３．０ｗｔ％の範
囲内とした。なおこの範囲内でも特に　１．５〜　３．
０ｗｔ％の範囲内が好ましい。

【００１４】Ｃｕ：ＣｕもＭｇと同様に強度向上に寄与
し、特にＭｇとの共存下でＧＰゾーンやＳ′相等の時効
析出による強度向上が期待できる。特にこの発明で主用
途としている２ピース缶蓋材の如く焼付塗装処理を施す
用途、とりわけ連続焼付塗装ラインの如く２２０〜４０
０℃の高温で焼付けする場合には、中間焼鈍に連続焼鈍
を適用して溶体化効果を得て、焼付塗装処理時の時効析
出を図り、焼付塗装後の強度低下を少なくするに有効で
ある。Ｃｕ量が０．０５ｗｔ％未満ではその効果が少な
く、蓋材として必要な強度を得ることが困難となり、一
方Ｃｕ量が　０．５ｗｔ％を越えれば、溶体化後に常温
でも時効してしまうため安定した強度が得られず、また
時効硬化性が大き過ぎるため材料が硬化して成形性が低
下する。したがってＣｕ量は０．０５〜　０．５ｗｔ％
の範囲内とした。

【００１５】Ｍｎ：Ｍｎは強度向上に寄与するばかりで
なく、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系あるいはＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−
Ｓｉ系等の微細な金属間化合物を形成して適切な金属間
化合物の分散状態を得、これにより成形性を向上させる
役割を果たす。Ｍｎ量が　０．７ｗｔ％未満ではその効
果が少なく、一方Ｍｎ量が　１．８ｗｔ％を越えれば巨
大晶出物を生成して成形性を低下させるおそれがある。 したがってＭｎ量は　０．７〜　１．８ｗｔ％の範囲内
とした。

【００１６】Ｆｅ：Ｍｎと同様に金属間化合物の適切な
分散状態を得て成形性を向上させる効果がある。Ｆｅ量
が　０．１ｗｔ％未満ではその効果が得られず、　０．
７ｗｔ％を越えれば成形性を劣化させるから、Ｆｅ量は
　０．１〜　０．７ｗｔ％の範囲内とした。

【００１７】Ｓｉ：ＳｉはＭｇ２　Ｓｉ等の微細析出物
を生成して強度向上に寄与するが、この発明の場合はＦ
ｅおよびＭｎの析出を促進させて金属間化合物の適切な
分散状態を得るに寄与する。Ｓｉ量が　０．１ｗｔ％未
満ではその効果が得られず、一方　０．５ｗｔ％を越え
ればその効果が飽和する。したがってＳｉ量は　０．１
〜　０．５ｗｔ％の範囲内とした。

【００１８】なお通常のアルミニウム合金においては、
鋳塊結晶粒微細化のため、Ｔｉ単独あるいはＴｉをＢと
組合せて微量添加することがあり、この発明でも微量の
Ｔｉ、あるいはＴｉおよびＢを添加することは許容され
る。但しＴｉを添加する場合その添加量が０．０１ｗｔ
％未満では鋳塊結晶粒微細化の効果が得られず、一方　
０．３ｗｔ％を越えれば成形性を害するから、Ｔｉは０
．０１〜　０．３ｗｔ％の範囲内とすることが好ましい
。またＴｉとともにＢを添加する場合、Ｂが１ｐｐｍ　
未満ではその効果がなく、一方５００ｐｐｍ　を越えれ
ば成形性を害するからＢは１〜５００ｐｐｍ　の範囲内
とすることが好ましい。

【００１９】またこのほか、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖはいずれも
それぞれ　０．３ｗｔ％程度以下であれば、この発明の
効果を失わずに強度向上に寄与し、またＺｎも　１．０
ｗｔ％程度以下であれば、この発明の効果を失わずに強
度向上に寄与するから、これらの元素をそれぞれ前述の
量以下含有することは許容される。

【００２０】次にこの発明における製造プロセスを説明
する。

【００２１】先ず前述のような成分組成の合金を鋳造し
、所定の中間板厚まで圧延し、その後中間焼鈍を施すが
、この中間焼鈍の前までのプロセスは常法に従って行な
えば良い。そこで先ず中間焼鈍の前までのプロセスの望
ましい条件を説明する。

【００２２】前述のような成分組成の合金の溶湯を常法
に従って溶製し、通常はＤＣ鋳造法（半連続鋳造法）に
よって鋳造する。得られた鋳塊に対しては常法に従って
５００〜６２０℃で１〜２４時間程度の均質化熱処理を
行ない、そのまま熱間圧延を開始するかまたは改めて熱
間圧延前予備加熱を施してから熱間圧延を開始する。熱
間圧延も常法に従って行なえば良いが、ロールコーティ
ング等を考慮すれば熱間圧延開始温度は４００〜５５０
℃が好ましい。また一般に材料強度を高めるためには合
金元素が固溶状態にある方が良く、そこで熱間圧延後の
状態で固溶状態を維持するためには、熱間圧延の上がり
温度を２５０〜３５０℃とすることが好ましい。熱間圧
延上がり温度が２５０℃より低い場合、熱延時に生じる
歪が多く、そのため熱間圧延直後の通常の自然放冷では
、その歪の存在によりＣｕ，Ｍｇ，Ｓｉ等の金属元素が
析出し、一方熱間圧延上がり温度が３５０℃を越える場
合は、Ｍｎ等の遷移金属が析出しやすくなるからである
。

【００２３】このようにして熱間圧延を終了した後には
、そのまま中間焼鈍を施すか、また冷間圧延を行なって
所要の板厚とした後、中間焼鈍を施す。この中間焼鈍は
、再結晶させるばかりでなく、溶体化効果を持たせるた
めに急速加熱、急速冷却の条件で行なう必要があり、そ
のためには連続焼鈍を適用することが望ましい。具体的
には、１℃／ｓｅｃ　以上の加熱速度で昇温して、４０
０〜６２０℃の範囲内の温度に到達させ、その範囲内の
温度に到達後直ちに、もしくは１０分以内の保持の後、
１℃／ｓｅｃ　以上の冷却速度で冷却する。ここで、中
間焼鈍の昇温速度が１℃／ｓｅｃ　未満、または冷却速
度が１℃／ｓｅｃ　未満では固溶元素が析出してしまう
おそれがある。 また加熱到達温度が４００℃未満では再結晶せず、６２
０℃を越えれば実生産で連続焼鈍を適用した場合に通板
上問題が生じる。なお加熱到達温度は再結晶の点では４
００℃以上で充分であるが、充分な溶体化効果を得て充
分な強度を達成するためには５００℃以上が適当である
。また上記の範囲内の温度に到達すれば目的は達せられ
るから、特にその範囲内の温度での保持は行なわなくて
も良いが、１０分以内の保持であれば表面酸化等の弊害
は少ない。

【００２４】このようにして中間焼鈍を行なった後には
冷間圧延を行なって最終板厚に仕上げる。この中間焼鈍
の最終冷間圧延は、合計圧延率５０％以上とし、かつ２
パス以上の圧延パスで圧延し、しかも最終の仕上げパス
（１パス）を４０％以下の圧下率とする。ここで合計圧
延率が５０％未満では目的とする高強度を得ることが困
難となる。但し、後述するようにこの発明では中間焼鈍
を適切に行ないかつ最終焼鈍を適切に行なうことによっ
て、中間焼鈍後の冷間圧延率が比較的低くても充分な高
強度を得ることができるのであり、そのためには中間焼
鈍後の冷間圧延率が５０％以上であれば充分である。ま
たこの中間焼鈍後の冷間圧延の各圧延パスのうち最終の
１パス（仕上げパス）の圧下率が４０％を越えれば、冷
延による動的回復が進んで充分な高強度が得られなくな
るから、仕上げパスは４０％以下の圧下率とする必要が
ある。またこのように最終の１パスの圧下率を４０％以
下とししかも全体の圧延率を５０％以上とする関係から
、圧延パス数は２パス以上とする必要がある。

【００２５】上述のようにして最終板厚に仕上げた後に
は、１０〜１００℃／ｈｒの加熱速度で昇温して１２０
〜２２０℃の範囲内の温度に１０分以上（通常は１０時
間以内）保持し、１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で冷
却する最終焼鈍を行なう。このような条件で最終焼鈍を
施すことによって時効析出を充分に行なうことができ、
そのためこの発明のアルミニウム合金板の主用途である
蓋材の如く高温短時間（２２０〜４００℃×５〜３００
ｓｅｃ　）の焼付塗装に供される場合にはその焼付塗装
時における強度の低下を確実に防止できる。ここで昇温
速度または冷却速度が１０℃／ｈｒ未満の場合、また加
熱保持温度が２２０℃を越える高温の場合、さらに加熱
保持時間が１０時間を越える長時間の場合には、いずれ
も回復が進んで強度が低下してしまう。一方、昇温速度
または冷却速度が１００℃／ｈｒを越える場合、また加
熱保持温度が１２０℃より低温の場合、さらには加熱保
持時間が１０分より短時間の場合には、いずれも充分な
時効析出が進行せず、焼付塗装時における強度低下が著
しくなる。 したがって最終焼鈍の条件は前述のような範囲内とした
。なおこのような条件の最終焼鈍には、箱型焼鈍炉を用
いたバッチ式の焼鈍を適用すれば良い。

【００２６】以上のように、各プロセス条件、特に中間
焼鈍条件、冷間圧延条件、最終焼鈍条件を適切に調整す
ることによって、従来２ピース缶胴材に用いられていた
３００４合金よりも格段に高い強度を有しかつ従来２ピ
ース缶蓋材として用いられていた５１８２合金と同程度
の高強度を有する硬質板、すなわち蓋材として充分な強
度を有する硬質板を得ることができる。そして特に中間
焼鈍後の冷間圧延率が比較的低くても高強度が得られる
ところから、蓋材に要求される充分な成形性をも確保す
ることが可能となったのである。したがってこの発明に
より得られる硬質板は２ピース缶の蓋材に最適であるが
、この発明による硬質板の成分組成は従来から胴材とし
て使用されている３００４合金の成分組成に近いため、
２ピース缶蓋材に使用すれば、缶胴材に近い成分組成と
なり、その結果アルミニウム缶のリサイクルを容易化す
ることができる。また缶胴材に同じ成分組成の合金板を
用いて２ピース缶のユニアロイ化を図り、より一層のリ
サイクル容易化を図ることも可能である。

【００２７】

【実施例】表１に示すようなこの発明の成分組成範囲内
の符号Ａの合金と、従来の蓋材として用いられている５
１８２合金に相当する符号Ｂの合金とについて、常法に
従ってＤＣ鋳造、鋳塊加熱、熱間圧延、冷間圧延を行な
って、表２中に示すように１．１〜　３ｍｍの中間板厚
に仕上げた。その後表２の製造番号１〜５に示すような
種々の条件で中間焼鈍、冷間圧延を行って最終板厚　０
．３ｍｍに仕上げ、さらに一部のものについて最終焼鈍
を施した。なおここで中間焼鈍は連続焼鈍炉もしくは箱
型焼鈍炉を用いて行なったが、連続焼鈍炉の場合には昇
温速度、冷却速度ともにこの発明で規定する下限（１℃
／ｓｅｃ　）を大幅に上回っており、一方箱型焼鈍炉の
場合はその下限を大幅に下回っている。また最終焼鈍は
バッチ式の箱型焼鈍炉で行なったものであって、昇温速
度、冷却速度はこの発明で規定する範囲を満たしている
。

【００２８】以上のようにして得られた各板について、
連続焼付塗装に相当する熱処理として、オイルバスによ
る２７０℃×２０ｓｅｃ　の熱処理を施した。この連続
焼付塗装相当熱処理後の板について、圧延方向に対して
４５°方向の耐力（すなわち一般に面内各方向のうち耐
力値が最低となる方向の耐力）を調べるとともに、成形
性評価として、エリクセン値および曲げ性を調べたので
、その結果を表３に示す。

【００２９】なおここで曲げ性は０．１５ｍｍＲの１８
０°曲げ試験を行ない、従来の蓋材である５１８２合金
（製造番号５）についての評価を良（○印）とし、それ
より若干劣る場合に△印、大幅に劣る場合に×印を付し
た。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】表３に示すように、この発明の方法による
場合（製造番号１）には、焼付塗装後の耐力として蓋材
として充分な３００Ｎ／ｍｍ２　以上の高強度が得られ
ると同時に、成形性も従来の５１８２合金と同程度以上
に優れていた。一方製造番号２の比較例は、最終焼鈍を
行なわなかったものであるが、この場合には中間焼鈍後
の冷間圧延率を若干高くしなければ３００Ｎ／ｍｍ２　
の耐力が得られず、またその結果、成形性が若干劣って
いた。また製造番号３の比較例は、中間焼鈍後の冷間圧
延の最終の仕上げパスの圧下率をこの発明の上限を越え
る５０％としたものであり、この場合は冷間圧延での動
的回復が進むために強度が低下する傾向があり、そのた
め耐力３００Ｎ／ｍｍ２以上の高強度を得るためには中
間焼鈍後の冷間圧延での合計圧延率を若干大きくせざる
を得ず、その結果成形性が若干低下した。さらに製造番
号４の比較例は、中間焼鈍を徐熱、徐冷却の箱型焼鈍炉
で行ない、かつ最終焼鈍を施さなかったものであり、こ
の場合は耐力３００Ｎ／ｍｍ２　以上の高強度を得るた
めには中間焼鈍後の冷間圧延率を９０％と著しく高くせ
ざるを得ず、そのため成形性が大幅に劣ってしまった。

【００３４】

【発明の効果】前述の実施例からも明らかなように、こ
の発明の方法によれば、従来から２ピース缶の胴材に使
用されている３００４合金に近い成分系で、焼付塗装処
理後の強度として従来の蓋材に用いられている５１８２
合金と同程度以上の高い強度を有すると同時に成形性に
も優れたアルミニウム硬質板を得ることが可能となった
。そしてこの発明の方法により得られた硬質板の成分組
成は、一般に２ピース缶の胴材に使用されている３００
４合金の成分組成に近いため、これを２ピース缶の蓋材
に使用すれば、アルミニウム缶のリサイクルが従来より
も著しく容易となる効果も得られる。

【００３５】なおこの発明の方法により得られたアルミ
ニウム合金硬質板は、２ピース缶の蓋材に最適であるが
、もちろん２ピース缶の胴材に用いて２ピース缶のユニ
アロイ化を達成することも可能であり、さらには他の焼
付塗装処理を施して用いられる成形加工用の用途にも適
用し得ることはもちろんである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｍｇ　１．２〜　３．０ｗｔ％、Ｃｕ
   ０．０５〜０．５ｗｔ％、Ｍｎ　０．７〜　１．８ｗｔ
   ％、Ｆｅ　０．１〜　０．７ｗｔ％、Ｓｉ　０．１〜　
   ０．５ｗｔ％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純
   物よりなる合金を鋳造後、所定の中間板厚まで圧延し、
   その後、１℃／ｓｅｃ　以上の昇温速度で４００〜６２
   ０℃の範囲内の温度に加熱して保持なしもしくは１０分
   以下の保持後、１℃／ｓｅｃ　以上の冷却速度で冷却す
   る中間焼鈍を行ない、次いで合計５０％以上の圧延率の
   冷間圧延を２パス以上の圧延パスでかつ最終の仕上パス
   の圧下率が４０％以下となるように行なって最終板厚と
   し、さらに１０〜１００℃／ｈｒの昇温速度で１２０〜
   ２２０℃の範囲内の温度に加熱して１０分以上保持した
   後１０〜１００℃／ｈｒの冷却速度で冷却する最終焼鈍
   を施すことを特徴とする、成形用アルミニウム合金硬質
   板の製造方法。