JPH05320805A

JPH05320805A - しごき成形性に優れた耳率が低いアルミニウム合金板

Info

Publication number: JPH05320805A
Application number: JP15154292A
Authority: JP
Inventors: Shinji Teruda; 伸二照田
Original assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Current assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Priority date: 1992-05-19
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1993-12-07

Abstract

(57)【要約】【構成】Ｍｇ：０．２〜１％、Ｓｉ：１．２〜２．５
％、ならびにＴｉ：０．００５〜０．２％を単独である
いはＢ：０．０００１〜０．０５％とともに含有し、Ｍ
ｎ：０．１〜０．７％、Ｆｅ：０．１〜０．７％、Ｃ
ｕ：０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、
Ｚｎ：０．１〜０．５％の１種以上とＡｌからなり、板
表面に４μｍ以上の粒子が５００個／ｍｍ²以上存在す
るアルミニウム合金板。【効果】ＤＩ加工を施し塗装焼付けを行う缶胴材に好
適な、しごき成形性に優れ耳率が低いアルミニウム合金
板を提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、しごき成形性に優れ、
耳率が低いアルミニウム合金板に関するものであり、更
に詳しくは２ピースアルミニウム缶胴（ＤＩ缶胴）用の
Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合金板に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】缶胴材、特にアルミニウム２ピース缶の
缶胴材はブランキングにより円板状に切り出し、絞り成
形によりカップ状に成形したものをしごき成形により伸
長・薄肉化する、いわゆるＤＩ加工により製造されてい
るものが多い。従来は、ＪＩＳ３００４合金硬質板は生
成される比較的粗大なＡｌ₆（Ｍｎ・Ｆｅ）またはα−
Ａｌ（Ｍｎ・Ｆｅ）Ｓｉの金属間化合物がＤＩ成形時の
しごき加工におけるゴーリング（縦疵）に対して効果が
あり、また強度を上げるために高度の冷間圧延を施した
場合でも比較的良好な成形性を有することから、缶胴材
に多く用いられている。しかし、近年、缶材に用いられ
るアルミニウム合金板は薄肉化と高強度化が進められて
いる。これは、より強度の高い薄板を利用することによ
る材料コストを低減させる等の経済的要求によるところ
が大きい。このため、板厚を薄肉化しても十分な強度を
有し、かつ成形性は従来と同等またはそれ以上で、しか
も製品歩留を悪化させる耳率は低いアルミニウム合金板
が求められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、しごき
成形性に優れていることにより従来から用いられている
ＪＩＳ３００４系合金材の場合、高強度化する方法とし
て溶体化効果のあるＣＡＬによる中間焼鈍を施して、缶
胴材の耐圧に寄与する塗装焼付後の強度低下を抑える方
法が取られている。しかしながら、これらの方法によっ
ても、高強度を達成するためには高圧延率の冷間圧延を
行う必要があり、その結果、成形性はそれほど損なわれ
なくとも耳率が高くなる傾向があるという問題がある。
しかも、塗装焼付後の強度低下は少ないとはいえ、塗装
焼付け後の強度を十分なものとするためには元板の強度
を高いものとしなければならず、その結果、ＤＩ成形時
における変形抵抗が大きくなり、結局トータルの成形性
が阻害されるという問題がある。一方、元板強度が低く
しかも時効硬化により塗装焼付後の強度向上を図ること
により優れた成形性を得ることができるＡｌ−Ｍｇ−Ｓ
ｉ系（６０００系）合金による缶材の提案もなされてい
る。しかしながら、この系の合金はＤＩ成形加工におけ
るしごき加工においてゴーリング等の表面欠陥が生じて
しまい、これを改善するために、このＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系合金にさらに高濃度のＭｎまたはＦｅの添加を行って
いる。しかし、この場合、ＳｉがＭｎまたはＦｅと化合
物を形成してしまい十分な時効硬化が得られず、さらに
Ｓｉを増量すると金属間化合物が多くなり、しごき加工
性はよくなるものの成形性を阻害するようになる。本発
明は、かかる問題を解決してＤＩ成形時にゴーリング等
の発生が少なくしごき成形性がすぐれ、しかも耳率の低
い材料を提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明者が鋭意検討し、従来のＪＩＳ３００４系の合
金における粗大なＡｌ₆（Ｍｎ・Ｆｅ）またはα-Ａｌ
（Ｍｎ・Ｆｅ）Ｓｉの金属間化合物がＤＩ成形のしごき
加工時に発生するゴ−リング（縦疵）に対して効果が有
ることに着目し、他の合金系においても該粗大粒子と同
等の効果を示すサイズ・分布の粒子を得ることができれ
ばＤＩ成形におけるしごき加工時のゴ−リング（縦疵）
に対して効果が有り得ることを見出し、化学成分調整、
組織並びに製造条件等について総合的に研究を重ねた結
果、本発明をするに至った。すなわち本発明は、

【０００５】請求項１記載のごとく、重量％でＭｇ：
０．２〜１％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、組織微細化・
安定化のためＴｉ：０．００５〜０．２％を単独である
いはＢ：０．０００１〜０．０５％とともに含有し、Ｍ
ｎ：０．１〜０．７％、Ｆｅ：０．１〜０．７％、Ｃ
ｕ：０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、
Ｚｎ：０．１〜０．５％のうちの１種または２種以上を
含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり、板表
面において４μｍ以上の粒子が５００個／ｍｍ²以上存
在することを特徴とするしごき成形性に優れた耳率が低
いアルミニウム合金板である。

【０００６】上記のごとく、本発明は６０００系合金を
ベースとしてＳｉ量を適宜選択すると同時に他の合金成
分についてもその添加量を適正にし、板表面における４
μｍ以上のＳｉ単体またはＭｇ₂Ｓｉ等の粒子を５００
個／ｍｍ²以上存在させることにより、しごき加工の際
に発生するゴ−リング（縦疵）を抑制するものである。

【作用】

【０００７】先ず、本発明における成分限定理由につい
て説明する。Ｍｇ：ＭｇはＳｉ・Ｃｕとの共存によりＭｇ₂Ｓｉある
いはＡｌ-Ｃｕ-Ｍｇの時効析出による硬化が望め、本発
明のように塗装焼付を施す用途においては成形時には軟
らかく成形・塗装焼付け後に時効で強くなることから非
常に効果がある。更にＭｇは単独でも固溶体強化の効果
がある元素である。このように強度向上には不可欠な元
素であるが、Ｍｇ量が０．２％未満ではその効果が少な
く、１％を超えて添加した場合には、粗大なＭｇ₂Ｓｉ
が多くなるため成形性を悪くする。したがって、Ｍｇ量
は０．２〜１％の範囲とする。Ｓｉ：Ｓｉを添加することにより、Ｍｇ₂Ｓｉ系化合物
の時効硬化による強度向上が期待できる。さらに、本発
明材のようにしごき成形加工を行う用途においては、し
ごき成形性を向上させるＭｇ₂Ｓｉ金属間化合物および
単体Ｓｉの粗大粒子形成に不可欠な元素である。ただ
し、Ｓｉ量が１．２％未満ではその効果がなく、２．５
％を超えて添加すると時効硬化に対する寄与は飽和し
て、またしごき成形性の向上は容易に得られるものの金
属間化合物が多くなりすぎて成形性を阻害する。したが
ってＳｉ量は１．２％〜２．５％の範囲とする。Ｔｉ、Ｂ：通常のアルミニウム合金においては、鋳塊結
晶粒微細化のためにＴｉを単独であるいはＢとともに微
量添加することが行われており、本発明においても結晶
粒微細化および組織安定化のために微量のＴｉを単独で
あるいはＢとともに添加する。ただし、Ｔｉ量が０．０
０５％未満ではその効果が得られず、また０．２％を超
えて添加すると初晶ＴｉＡｌ₃が晶出して成形性を阻害
する。したがってＴｉ量は０．００５〜０．２％の範囲
とする。また、Ｔｉと共にＢを添加するとこの効果が向
上する。ただしＢを添加する場合、Ｂ量が０．０００１
％未満ではその効果がなく、また０．０５％を越えると
ＴｉＢ₂の粗大粒子が混入して成形性を害する。したが
って、Ｂ量は０．０００１〜０．０５％の範囲とする。Ｍｎ：Ｍｎは強度向上に寄与する元素であり、さらに再
結晶粒の微細化にも有効な元素である。Ｍｎ量が０．１
％未満ではその効果がなく、また０．７％を超えると金
属間化合物が多くなりすぎて成形性を阻害する。したが
って、Ｍｎ量は０．１〜０．７％の範囲とする。Ｆｅ：Ｆｅは強度向上に寄与する元素である。さらに再
結晶粒の微細化にも有効な元素である。Ｆｅ量が０．１
％未満ではその効果がなく、また０．７％を超えると金
属間化合物が多くなりすぎて成形性を阻害する。したが
って、Ｆｅ量は０．１〜０．７％の範囲とする。Ｃｒ：Ｃｒは強度向上に寄与する元素であり、さらに再
結晶粒の微細化にも有効な元素である。Ｃｒ量が０．０
５％未満ではその効果がなく、また０．３％を超えると
巨大晶出物生成により成形性の低下を招くため好ましく
ない。したがって、Ｃｒ量は０．０５〜０．３％の範囲
とする。Ｃｕ：ＣｕはＭｇとの共存によりＡｌ-Ｃｕ-Ｍｇの時効
析出硬化が望め強度向上に寄与する。Ｃｕ量が０．０５
％未満でりはその効果は得られず、また０．５％を超え
ると時効硬化は容易に得られるもの硬くなりすぎて成形
性を阻害する。したがって、Ｃｕ量は０．０５〜０．５
％の範囲とする。Ｚｎ：Ｚｎの添加はＭｇ₂Ｚｎ₃Ａｌ₂の時効析出により
強度向上を望めるが、Ｚｎ量が０．１％未満ではその効
果はなく、また０．５％を超えて添加されると強度の寄
与に対しては問題無いが耐食性を劣化させるため、この
値以下に規制する必要がある。したがって、Ｚｎ量は
０．１〜０．５％の範囲とする。以上の各成分の残部は
Ａｌ及び不可避不純物である。

【０００８】次に、本発明における組織の限定理由につ
いて説明する。アルミニウム合金板のしごき成形におい
ては、通常エマルジョンタイプの潤滑剤が用いられてい
る。しかしながら、エマルジョンタイプ潤滑剤だけでは
潤滑能が不足しがちで、ゴーリングと呼ばれる擦り疵や
焼付きといった外観不良が発生する。これを解決するた
めに本発明においては、アルミニウム合金板の金属組織
中の粒子のうち４μｍ以上の大きさの粗大粒子をアルミ
ニウム合金板表面に５００個／ｍｍ²以上存在させ、こ
れにより粗大粒子が固体潤滑的役割を示し、しごき面で
の工具とアルミニウム合金板との焼付きを防止し、ゴー
リングの発生を抑制するものである。粒子の大きさが４
μｍ未満では固体潤滑的役割を果たすには大きさが不十
分であり、また４μｍ以上であっても５００個／ｍｍ²
未満に散在しているのでは工具とアルミニウムマトリッ
クスとが接触する面積が大きくなり、焼付き、ゴーリン
グを起こしてしまう。したがって板表面において４μｍ
以上の粒子が５００個／ｍｍ²以上存在することとす
る。ただし、粒子の大きさが５０μｍを超えては成形加
工時の割れの起点となるため、５０μｍ以下が望まし
く、特に４〜４０μｍが最も好ましい。また、４μｍ以
上の粒子としては、Ｓｉ等の単体金属またはＭｇ₂Ｓｉ
等の金属間化合物の晶出物、析出物などがあげられる。
また、焼付き、ゴーリングはアルミニウム合金板表面の
現象であるから、本発明は板表面における粒子について
規程するものであり、板中心部における金属間化合物粒
子等の組織については特に規程するものではない。本発
明材においては、４μｍ以上の粗大な粒子と極めて微細
な金属間化合物粒子とが混在し、このうち、微細な金属
間化合物粒子が再結晶焼鈍の過程において再結晶の進行
をゆるくピンニングしつつ、低耳成分のＣｕｂｅ方位の
結晶を優先成長させる作用を有する。したがって、再結
晶終了時点では低耳成分が多くを占める再結晶組織とな
り、耳率の低いアルミニウム合金板を得ることができ
る。さらには、再結晶焼鈍後の冷間圧延において圧延率
を低く抑えることによりノンイヤ−材を得ることも可能
である。

【０００９】次に本発明材の製造プロセス例について説
明する。鋳造：先ず、前述の合金組成を有するアルミニウム合金
鋳塊を常法に従ってＤＣ鋳造法（半連続鋳造法）により
作製する。均熱：次いでその鋳塊に対して、均質化処理としての加
熱を施した後に熱間圧延前の予備加熱を施すか、または
均質化処理を兼ねた熱間圧延前の予備加熱を施す。均熱
条件は、均熱温度４５０〜５６０℃で１時間以上の保持
が好ましい。熱間圧延：上記均熱処理の後に引き続き熱間圧延を行な
う。熱間圧延上りの条件は特に規制はしないが、熱延性
を考慮すると２００℃以上の上り温度とすることが好ま
しい。また、３００℃以上では熱延終了後にその余熱に
より、Ｓｉ・Ｍｇ₂Ｓｉの析出が進み、後工程での溶体
化処理において十分な効果が得られない。従って、熱延
上り温度は２００〜３００℃が望ましい。また熱延上り
の板厚は巻取性を考慮すると１０ｍｍ以下が好ましい。冷間圧延：特に規定はしないが次工程の焼鈍時に均一な
再結晶組織を得るためには、３０％以上の冷間圧延を施
されることが望ましい。中間焼鈍：本発明材のように時効析出による強度向上を
はかる合金では、ＣＡＬのように溶体化効果のある焼鈍
が望ましい。到達温度は４５０〜５６０℃であれば十分
な効果が得られる。保持は長い方がよいが製造性を考慮
して適宜選定する。冷却速度１℃／ｓ以上で１００℃以
下まで冷却することで時効硬化が得やすくなる。冷延：上記中間焼鈍後、冷間圧延率５％以上の冷間圧延
を行う方が好ましい。この冷間圧延は、焼入れ板の歪の
除去と常温時効性の回避に有効である。本発明の合金組
成では、溶体化直後保持しておくと、常温時効により強
度が変化する。これを回避する方法としては、溶体化し
たその日のうちに冷間圧延を施し常温時効性を促進させ
て強度安定化させるか、または４日以上常温放置して常
温時効が飽和状態となった時点で冷間圧延を行う方法な
どがある。しかし、総合的な成形性を考慮すると溶体化
したその日のうちに冷間圧延を施すことが望ましい。ま
た溶体化終了からＤＩ成形後の塗装焼付処理までの間に
１００℃より高い温度に晒されない方が好ましい。これ
は塗装焼付処理以前に時効を促進させるような熱処理が
加わると、塗装焼付終了時点で過時効現象が起り、ＤＩ
缶のその後の成形（ネッキング・フランジング・シ−ミ
ング）において成形性を阻害するためである。従って、
冷延の各パスの終了温度は１００℃以下に抑えることが
望ましく、また１００℃を超える温度となる焼鈍工程は
行わない方が望ましい。

【００１０】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。表１
に合金成分組成を示す。各々について説明すると、合金
Ａは、必須成分以外にＦｅならびにＣｕ，Ｍｎ，Ｚｎ，
Ｃｒを含む発明例合金である。合金Ｂは、必須成分以外
にＦｅならびにＣｕを含む発明例合金である。合金Ｃ
は、必須成分以外にＦｅを含む発明例合金であり、強度
をそろえるため合金Ａ，Ｂと比べＭｇ量がやや多くなっ
ている。合金Ｄは、Ｓｉ量が本発明の範囲より低く、Ｍ
ｇ量が高い従来例合金である。合金Ｅは、比較例として
４μｍ以上の粒子個数が少ない５０５２合金を用いたも
のである。

【００１１】

【表１】

【００１２】表１に示す合金成分組成を有するアルミニ
ウム合金を、常法に従い鋳造、加熱、熱延、冷延を行い
中間焼鈍ゲ−ジとした。その後、表２に示す製造工程に
より熱処理、圧延し試料を作成した。ここで中間焼鈍の
板厚の欄の単位はｍｍ、条件の欄は温度×保持時間を示
し、保持時間が０となっているのは温度到達後直ちに
（保持無しで）冷却に移ったことを示す。また加熱・冷
却速度は、ＣＡＬでは約２０℃／ｓ、バッチでは約３５
℃／ｈであった。以下、各々について説明すると、Ｎｏ
１は、発明合金Ａを用い中間焼鈍をＣＡＬで行った発明
例である。Ｎｏ２は、発明合金Ａを用い中間焼鈍をバッ
チで行った発明例である。Ｎｏ３は、発明合金Ｂを用い
Ｎｏ１と同様に中間焼鈍をＣＡＬで行った発明例であ
る。Ｎｏ４は、Ｎｏ３と同様だが中間焼鈍温度がやや低
い発明例である。Ｎｏ５は、発明合金Ｃを用いＮｏ１と
同様に中間焼鈍をＣＡＬで行った発明例である。Ｎｏ６
は、Ｎｏ５の製造工程後に１００℃を超える温度での最
終焼鈍を施した発明例である。Ｎｏ７は、従来合金Ｄを
用いＮｏ１と同様に中間焼鈍をＣＡＬで行った従来例で
ある。Ｎｏ８は、比較合金Ｅを用いＮｏ１と同様に中間
焼鈍をＣＡＬで行った比較例である。

【００１３】

【表２】

【００１４】得られた試料について、元板および塗装焼
付け相当の２００℃ｘ２０分のベーキング処理を施した
ものの引張強さ（ＴＳ：Ｎ／ｍｍ²）、耐力（ＹＳ：Ｎ
／ｍｍ²）、伸び（ＥＬ：％）を調べた。また元板につ
いて、３８ｍｍφ、肩Ｒ２．５ｍｍのポンチを用いて６
６ｍｍφサークルをクリアランス３０％で深絞りを行っ
て耳率を測定した。さらに、組織観察を行い、４μm以
上の粒子数（個／mm²）を測定した。また実際のＤＩ成
形を行って、ＤＩ缶の外観目視によりゴーリング（縦
疵）による表面欠陥の有無を観察してＤＩ性とし、また
ネッキング・フランジング・シ−ミング性を観察してＤ
Ｉ缶塗装後成形性として評価した。その結果を表３に示
す。

【００１５】

【表３】

【００１６】以下、各々について説明する。本発明の請
求の範囲を満たす発明例Ｎｏ１〜Ｎｏ６はいずれも従来
使用されている３０００系合金を用いた従来例Ｎｏ７と
比較してＤＩ性においてまったく遜色なく、しかも耳率
は同等もしくはより良好な特性を示している。ただし、
その製法においてバッチ焼鈍のもの（Ｎｏ２）、低温Ｃ
ＡＬのもの（Ｎｏ４）においては、塗装焼付後に従来材
並みの強度は得られず、ＤＩ缶の成形性でもやや劣るも
のとなっている。また、中間焼鈍後から塗装焼付までの
間で１００℃を超える温度に晒される処理として最終焼
鈍を施した材料（Ｎｏ６）ではＤＩ成形は可能であるも
ののＤＩ缶としてネッキング、フランジング等の成形を
行う際の成形性において劣るものとなっている。発明例
のうち、最も好ましい製法で得られた材料（Ｎｏ１、Ｎ
ｏ３、Ｎｏ５）は、缶胴材等のしごき加工を施す用途に
最も適したものである。すなわち、従来材と比較してＤ
Ｉ成形時の強度が軟らかく、よって絞り成形等の成形加
工性が良好であり、しかもＤＩ成形性の評価も良好でし
ごき加工を行ってもゴーリング等の表面欠陥が生じな
い。また強度に関しても、塗装焼付後の強度は引張強さ
が３００Ｎ/mm²以上、耐力においては３００Ｎ/mm²以上
の材料さえ得るのも可能である。したがって缶胴材に求
められる薄肉高強度化の要求に対しても十分対応できる
ものである。さらに、耳率においてもいずれも従来例よ
りかなり低くなっており、Ｎｏ３の発明例では１％と非
常に良好な値を示している。また、ネッキング・フラン
ジング・シ−ミング性を観察したＤＩ缶塗装後成形性の
評価においてもいずれも良好である。以上のように、本
発明の範囲においても特に適切な製造条件を適用するこ
とにより元板では軟質であることから成形加工性が良好
であり、しかもしごき加工に対してもゴーリング等が生
じずにしごき成形性に優れており、また塗装焼付け後の
使用状態における強度は強く耐力もあり薄肉化された場
合でも十分な強度を持ち、また耳率は非常に小さく良好
であり、しかも塗装焼付け後のネッキング等の加工にお
いても良好な性質を有するアルミニウム合金板を得るこ
とができる。比較例としてあげたＮｏ８では４μm以上
の粒子個数の少なく、ＤＩ時のゴ−リングがひどく缶ぎ
れを生じたため、ＤＩ缶塗装後成形性の評価は実施でき
なかった。

【００１７】

【効果】以上詳述したように本発明によれば、元板では
軟質であることから成形加工性が良好であり、しかもし
ごき加工に対してもゴーリング等が生じずにしごき成形
性に優れており、また塗装焼付け後における強度は強く
かつ耐力もあり薄肉化された場合でも十分な強度を持
ち、また耳率は小さく良好であるアルミニウム合金板を
得ることができる。本発明の範囲においても、特に適切
な製造条件を適用することにより、耳率が非常に小さく
良好であり、しかも塗装焼付け後のネッキング等の加工
においても良好な性質を有するアルミニウム合金板を得
ることができる。したがって、絞り成形とともにしごき
加工を行い、しかも塗装焼付けを行う２ピースアルミニ
ウム缶胴（ＤＩ缶胴）等の用途に好適な、しごき成形性
が良好で耳率の低いＡｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系アルミニウム合
金板を提供することができ、また強度面においても近年
求められている缶材用アルミニウム合金板の薄肉化、高
強度化の要求にも十分対応することができるものであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で（以下、同じ）、Ｍｇ：０．２
〜１％、Ｓｉ：１．２〜２．５％、組織微細化・安定化
のためＴｉ：０．００５〜０．２％を単独であるいは
Ｂ：０．０００１〜０．０５％とともに含有し、Ｍｎ：
０．１〜０．７％、Ｆｅ：０．１〜０．７％、Ｃｕ：
０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｚ
ｎ：０．１〜０．５％のうちの１種または２種以上を含
有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり、板表面
において４μｍ以上の粒子が５００個／ｍｍ²以上存在
することを特徴とするしごき成形性に優れた耳率が低い
アルミニウム合金板。