JPH06503854A - 缶の製造に適したアルミニウム合金 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 缶の製造に適したアルミニウム合金 本発明は、液体容器製造用に用いられるアルミニウム基合金に関し、特に液体容 器の製造用として適した高亜鉛量のアルミニウム基合金に関する。

従来の２ピース型アルミニウム製飲料容器は一般に、例えばアルミニウム協会規 格（ＡＡ規格：　Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｉｏｎ　５ｐｅｃｉｆ ｉｃａｔｉｏｎ）３００４と５１８２というように異なる２種類の合金を用いて 製造されている（表１を参照）。一般に３００４合金は、深絞り加工と缶壁しご き加工を行ってボディー材として用いられるが、適当な蓋材として必要な剛性お よび強度特性は無く、一方、ボディー材には不向きな５１８２合金は缶蓋の製造 用として望ましい特性がある。

このタイプの容器に対する需要が増し、また薄肉で強い缶に対する要請が高くな ってきたため、新しい合金の開発、特にボディー材と蓋材に共用できる合金の開 発が急がれている。

缶のボディー材として適するためには、必要な成形性と強度とを兼備すると同時 に経済的に製造できる合金でなければならない。

ＡＡ３００４系の組成を持つ合金を製造する従来からの方法では、直接冷却鋳造 法（ＤＣ鋳造法）により鋳造して厚さ５００ｍｍＸ幅７００ｍｍ程度の断面を持 つインゴットにする。このインゴットを５００〜６２０°Ｃで４〜２４時間均質 化してから圧延する。一連のブレークダウン圧延としての熱間圧延を行い、イン ゴットの厚さから２〜３ｍｍ程度の厚さまで圧下する。

その次に、通常は３００〜４００°Ｃで０．　５〜４時間の焼鈍を行い再結晶さ せる。焼鈍後に冷間圧延を行って強度等の性質を向上させる。普通この冷間圧延 は圧下率２０〜５０％で２〜５パスで行い最終肉厚を０．　３〜０．３３ｍｍ程 度にする。

この最終肉厚板をカッピング機（円筒絞り機、カップ絞り機）と缶ボディー製造 機を用いてアルミニウム缶にする。カッピング機では、冷間圧延板から直径１３ ５ｍｍ程度の円板がカットまたはパンチされ、浅いカップ状に絞り加工される。

次にこのカップをボディー製造機に入れて、先ず再度深絞り加工して最終直径に 近いカップにする。次に缶壁のしごき加工を１回あるいは２回以上行って側面の 肉厚を減少させ、およそ直径６５ｍｍ、高さ１４０ｍｍ、肉厚０゜１０〜０．１ ８ｍｍの缶ボディーとする。

ボディーの深絞り加工に用いる材料には異方性（諸性質が方向によって異なる） があるので、深絞り後のボディーは上端が波を打っており、互いに９０°ずつ離 れた位置にほぼ４つのピークがあって、これを耳（イヤリング）と呼んでいる。

耳の程度は下記の式によって端的に計算される。

ここで、ｈ、はカップの底から耳のピークまでの距離、ｈｌはカップの底から耳 の谷までの距離である。

このように成形されたボディーを飲料容器にするために更に加工できるためには 、耳の程度は３〜５％以下、望ましくは３％以下でなければならない。スリッテ ィング加工により缶ボディーの上端をトリミングしく個々の製造工程により決ま る）、耳の部分はスクラップ化する。

このように成形されたボディーの品質としてもう一つ重要なことは、ボディー製 造機で裂けずに成形でき、仕上げ表面が滑らかで深絞りによる条痕や線状疵が無 いことである。材料のミクロ組織が適正でない場合には、缶の仕上げ表面に「か じり」による深い溝が発生することがある。

ボディーの製造コストを低減するために従来の歪み強化合金の肉厚を減少させる には、合金量（例えば銅、マンガン、マグネシウム）を増やして強度を高める必 要がある。しかし、これら合金の量を増加させると、合金の成形性は低下する。

例えば、ａＸＸＸ系をベースとする合金の潜在的な強度は、表面仕上げ前の処理 工程中には維持可能な圧延歪みの量によって最終的には限定されてしまうので、 材料の性質か劣化する。現在側の用途に用いられている他の系のアルミニウム合 金は、５ＸＸＸ系合金よりも高い強度を発揮する潜在的な可能性がある。

かじりが発生せず耳の程度も少ない高強度の３００４型合金の薄肉材で容器缶が 結果的に製造できたとしても、肉厚減少による強度低下分を相殺できる十分な強 度がない限り、得られた缶はバックリング（座屈）抵抗が低いものになる。

バックリング抵抗の強さを測定するには、深絞りおよび缶壁しごき加工した缶の 内部に圧力をかけ、圧力を徐々に高めていって缶の底を変形させて膨らませ、す なわちバックリングを発生させ、窪んだドーム部分を反転させる。この底部バッ クリング発生時の圧力をバックリング強度あるいはドーム反転圧力とする。缶ボ ディーとして使用できるためには、合金シートから成形した缶のバックリング強 度が少なくとも８５ｐｓｉはなければならない。従来の直接冷却（ＤＣ）鋳造法 により製造した高強度３００４合金を深絞りした缶は、バックリング強度が約９ ０ｐｓｉである。

インゴット鋳造による３００４ボデイー材の製造が広（行われているが、経済上 およびエネルギー上の観点からはアルミニウムシートの製造に連続鋳造を用いる 方が好ましいと考えられる。従来、ストリップ連続鋳造法によりアルミニウムを 鋳造して厚さ１　ｉｎ程度の薄い合金帯材を得ようとする試みがなされてきた。

この方法を用いれば、均質化処理が省略できると共に中間厚さへの熱間圧延圧下 量が非常に少なくなり、そして非常に薄いストリップに連続鋳造した際に所望の ミクロ組織が得られれば熱間圧延工程そのもの省略できる。次に、インゴット鋳 造材と同様に焼鈍その他の処理を行う。この段階まできて、この方法で製造され た缶材料は以降の処理および缶ボディー製造に適していないことが分かった。

そこで本発明の目的の一つは、かじりが発生せず耳発生が少なく高強度を持ち、 少なくとも現存するＡＡ３００４合金に対して遜色のない良好な成形性があり、 従来よりも薄いシート材から缶ボディーを作ることができる、缶材料として適し たアルミニウム合金を提供することである。本発明のもう一つの目的は、缶蓋の 製造にも適し、それにより１種類の合金で２ピ一ス型飲料缶の全体を製造できる 缶材料を提供することである。この合金で缶材料を作製する際、直接冷却鋳造法 およびストリップ連続鋳造法のいずれを用いても良い。そこで本発明は、亜鉛３ ．０〜８．０ｗｔ％、マグネシウム０゜５〜３．　０ｗｔ％、鉄０，７ｗｔ％未 満、シリコン０．　０１〜２．　０ｗｔ％、鋼０．０５〜０．９ｗｔ％、マンガ ン０．１〜１．１ｗｔ％、およびクロム０．　００．　３ｗｔ％を含むアルミニ ウム合金から成る缶材料およびこの缶材料を製造する方法に関する。この合金の 随伴不純物レベルは合計量で０．１５ｗｔ％未満である。

本発明のもう一つの態様においては、この合金から缶製造用素材を製造する方法 は、 鋳造に適したこの合金の溶湯を作製する工程、この溶湯を圧延に適した形に鋳造 する工程、中間圧延を行い中間厚さにする工程、 この合金を熱処理する工程、 ２〜８５％の範囲内の冷間圧延により仕上げ圧延を行う工程、得られた材料をテ ンパー熱処理して所望の延性および強度にする工程を含んで成る。

この合金の望ましい構成成分量は、重量％で亜鉛４．０〜６．５、マグネシウム １．０〜２．５、マンガン０．３〜０．８、シリコン０．１５〜０．３、鉄０． ４５以下、銅０．１０〜０．５０、クロム０．２０以下、随伴不純物の合計量０ ．　１未満である。

最大レベルで０．２５ｗｔ％以下のジルコニウムを含有する合金は、耳の少ない 缶ボディーを製造するための缶材料として適しているが、ジルコニウムのレベル は０．０８ｗｔ％未満であることが望ましく、溶湯へ添加せず不純物としてのこ の元素の標準的なレベルである０゜０１ｗｔ％未満であることが最も望ましい。

前記組成の範囲内にある合金は引張強さおよび降伏強さが共に高く、成形性が良 好で、缶壁しごき加工で「無かじり」であることが分かった。このように、この 合金は飲料容器のボディーと蓋の両方を製造するのに適している。

この合金を用いると、ドーム反転強度が９０ｐｓｉより大きく、壁しごき加工後 の肉厚が０．１６ｍｍより薄い缶ボディーを製造することができる。一般的にＡ ３００４合金で同等のドーム反転強度を得ようとすると、肉厚を０．１６ｍｍ以 上にせざるを得ない。

上記合金は、直接冷却鋳造法、ロール連続鋳造法、あるいはストリップ連続鋳造 法のいずれで鋳造しても良い。しかしこの合金をロールまたはストリップ鋳造法 を用いて製造するのであれば、合金の組成範囲を広くとることができる。

Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、およびＳｉの量を多くしてもよく、その場合は鋳造後 のα相粒子の体積率が多くなり、最終処理時の析出量が多くなる。

この合金シートを、製造の最終段階において圧延圧下と熱処理とを組み合わせる ことにより製造してもよい。結局、製造工程は最終用途での要請内容によって変 わるものである。しかし、熱処理を行ってみて分かったことは、このようにして 製造された合金は非常に短時間の溶体化処理ができるだけでなく、熱処理を非常 に長時間行って再結晶焼鈍あるいは回復焼鈍による焼鈍を同時に行うこともでき るという点である。

容器製造あるいはその他の用途で強度と成形性とが重要になる場合には、インゴ ット鋳造材またはストリップ鋳造材を熱処理して鋳造材を均質化することができ 、熱間圧延の後冷間圧延することが望ましい。次に溶体化熱処理を行い、モして 冷間圧延により圧下される。最後に、強度および延性を向上させるために、最終 製品に対する要請内容に応じた温度で時効する。

鋳造材がインゴット鋳造されたものである場合には、合金の均質化のために熱処 理を追加し、その後熱間圧延することが望ましい。

中間圧延は望ましくは冷間圧延であり、冷間圧延の途中で完全焼鈍または回復の ための中間焼鈍を行うことが望ましい。

合金を熱処理する工程は望ましくは溶体化熱処理であり、その後に自然時効工程 を入れてもよい。

仕上げ圧延の工程は本発明に不可欠な工程であり、これにより最終製品に必要な 強度特性を付与するのであるが、缶材料として適した十分な延性および成形性は 維持させる必要がある。そのために、この仕上げ圧延は冷間圧延とし、圧下率は ２〜８５％の範囲内、望ましくは１０〜８０％の範囲内、最も望ましくは３０〜 ８０％の範囲内とする。最終的なテンパー熱処理は人工時効であることが望まし い。

本発明のもう一つの態様によれば、本発明の合金から製造され、降伏強さおよび 引張強さが４００ＭＰａより高く、全伸びが４％以上である缶製造用材料か提供 される。

本発明の合金は缶の端板材（ｅｎｄｓｔａｃｋ）を製造するためにも用いること ができ、この端板材はテンパーされた状態での降伏応力が３１０ＭＰａ以上、極 限引張応力が３５５ＭＰａ以上、伸びが６％以上でなければならない。

上記規定した缶用端板材の強度および伸びは材料のベーキング後の強度と関係が ある。

一般的に端板材はコイルの形で製造されて端板メーカーに送られ、そこでコーテ ィングを施してから１５５°Ｃ〜２１０°Ｃの中程度の温度で１０〜３０分のベ ーキングを行う。普通、この合金の規定試験は２０５℃Ｘ２０分である。端板メ ーカーでは次に当業者に周知の従来の金属成形法により缶端板を製造する。

本発明に従って作られた缶端板材はベーキング後の状態で前記の下限値より大き い強度および延性を持つので、本発明の合金から適正な缶端板を製造することが できる。

本発明のもう一つの態様は、本発明の合金から作られた２ピース型飲料容器であ る。この容器は、肉厚が０．１２ｍｍ未満、ドーム反転強度が９０ｐｓｉより大 であることが望ましい。

本発明の上記およびその他の特徴、目的および利点は、以下に説明する望ましい 実施態様および添付図面の記載からより明瞭になるであろう。

表１は本発明の合金範囲および望ましい範囲の詳細を示す。

図１は本発明の合金について製造工程全体の詳細を示すフローチャートである。

図２は本発明の合金についての走査型示差熱分析曲線である。

図３（ａ）は本発明の合金を製造する最終工程を示すフローチャートである。

図３（ｂ）は最終冷間圧延圧下率の影響を示す。

図３（ｃ）は実施例１の合金に対する冷間圧延および人工時効の影響を示す。

図４は実施例２の合金２のミクロ組織を種々の製造工程について示しており、４ （ａ）は熱間圧延後のミクロ組織であり、４（ｂ）は焼鈍後のミクロ組織であり 、４（Ｃ）は最終冷間圧延後のミクロ組織である。

図５は合金１．２および３（実施例２）に対する自然時効の影響を示す。

図６〜８は実施例２の各合金について最終時効処理における各温度での時間に対 する挙動を示すグラフである。

図９は本発明の合金に対する自然時効および冷間加工の影響を示す。

図１０は時効時効において２段時効を用いた場合の影響および冷間加工の影響を 示す。

図１１は本発明の合金について引張試験結果を示す。

図１２は本発明の合金の強度および延性を従来の３００４ボデイー材と比較して 示す。

図１３は本発明の合金の利点を示す概観図である。

本発明による合金は次の基本合金元素（ｗｔ％）を含む。すなわち、銅（０，０ ５〜０．９）、マンガン（０，１〜１．　１）、マグネシウム（０，５〜３．０ ）、および比較的高濃度の亜鉛（３，０〜８゜０）。更に、溶湯中に含まれる添 加元素として、クロム（０，０〜０．３０）、シリコン（０，１〜２．０）およ び鉄（０，０〜０゜５）がある。

溶体化熱処理後にマグネシウムおよび亜鉛は大部分が固溶状態になっており、テ ンパリング熱処理中に析出して合金に必要強度を付加するということが分かった 。

添加元素であるシリコン、マンガンおよび鉄は、合金中に第２相（α相）が分散 分布した状態を誘起するために必要であり、この状態がかじり発生せずに缶壁し ごき加工された缶を製造するための決め手になるので、これら添加元素を上記規 定範囲内にすることは本発明にとって不可欠である。

ジルコニウムおよびクロムは典型的には０．０１ｗｔ％未満の不純物レベルで溶 湯中に存在するが、強度特性向上のために溶湯中に予め存在しあるいは添加する 場合には、それぞれ０．０８ｗｔ％未満および０．０５ｗｔ％未満のレベルにす ることが望ましい。

細粒化元素であるクロムおよび望ましくはジルコニウムが非常に少量存在すると 、例えば熱間圧延材または低温焼鈍材（３４５℃×０．５〜２時間）で完全再結 晶が起こるという効果がある。

ジルコニウムおよびクロムのレベルが本発明の規定レベルを超えると、熱間およ び冷間圧延により生成された加工組織が溶体化熱処理あるいは焼鈍中に残留し、 最終肉厚になったシートの性質の異方性が強くなる。このような状態になると、 シート材を深絞り加工する場合に、異方性のために耳の発生が著しくなり缶ボデ ィーの製造プロセスに適さなくなるので、大きな欠点となる。これらの元素を増 量すれば高強度を得ることはできるが、その結果成形性と耳発生は悪化する。

本発明による１０合金の降伏強さおよび引張強さは３ＸＸＸ系缶ボディー材より も著しく高い。３００４合金は降伏強さおよび引張強さがそれぞれ２８５ＭＰａ および３３０ＭＰａ、伸びが４％であるのに対して、本発明の合金は降伏強さお よび引張強さがそれぞれ４２０および４８０ＭＰａ、伸びが４％以上（測定部長 さ５０ｍｍ）である。このシートを深絞り加工および壁しごき加工して２ピース 型飲料容器のボディーを作ると、得られた缶は肉厚０．１２ｍｍの場合のバック リング強度が１００ｐｓｉである。この合金は、どのタイプの３００４系合金あ るいはその修正版の３ＸＸＸ系合金と比べても、強度が非常に高く且つ延性が向 上しているので、最初の成形工程に供給するシート（缶製造ラインへの供給材） の肉厚を少なくとも１０％は減少させながら、最終的なボディー材のバックリン グ強度および成形性はそのまま維持することができる。

本発明の合金は強度が高いので、缶の蓋材としても用いることができる。飲料缶 の蓋として現在用いられている合金ＡＡ５１８２は引張強さが３９５ＭＰａ、伸 びが４％である。３００４合金は所望厚さの蓋にすると十分な強度が得られない ため、一般に蓋材としては用いられていない。本発明の合金はＡＡ５１８２と遜 色のない特性があるので、従来のように２種類の合金を用いる代わりに、１種類 の合金で２ピ一ス缶を作ることができる。

缶ボディーを製造するためにＤＣ鋳造によって合金を鋳造した場合には、先ず均 質化処理を施す。鋳造材を望ましくはブロックとして４８０〜５００℃で５〜１ ０時間均質化する。次に、望ましくは５００°Ｃ以下の温度から、巻き取り（コ イリング）に適した厚さく望ましくは５ｍｍ未満）にまで熱間圧延する。本発明 の合金は巻き取り中に自動的に焼鈍されるので、熱間圧延時巻き取り完了温度は 約３００℃以上とするのが望ましい。

次に冷間圧延を行うが、その際に望ましくは冷間圧延途中で完全焼鈍または回復 焼鈍を中間で行う。この冷間圧延段階を経たストリップは、厚さが０．８〜０． ４ｍｍであることが望ましい。この厚さにする理由は、缶用シートの肉厚までに する最終段階での圧下によって、必要なシート平坦性および最終肉厚強度を得る ためである。

その次に溶体化熱処理を行うが、その温度は４８０°Ｃ〜５９５°Ｃ１保持時間 は５秒〜１時間とすることが望ましく、その後、室温まで水で急冷する。

溶体化熱処理前に冷間圧延を施されている場合、上記範囲の上限に近い保持時間 で溶体化熱処理を行えば、これは焼鈍処理にもなる。

ただし、本発明の合金は３００４合金を通常に処理した場合よりも非常に短い保 持時間で熱処理することができる。

この合金ストリップは、冷間圧延する前に、室温で０〜４８時間の自然時効をさ せてもよい。

本発明の合金で必要な強度特性を得るためには、仕上げ圧延工程において２〜８ ５％、望ましくは１０〜８０％、最も望ましくは３０〜７０％の範囲の圧下率で 冷間圧延を行うことが必要である。冷間圧延の圧下率を上記範囲の上限近くにし ても、適正な缶材材として必要な延性および成形性があることが分かった。

最後にこのシート材を、不完全時効（アンダーエージ）と過時効（オーバーエー ジ）との間の温度で時効処理する。時効処理は、用いる設備と製造者の強度・延 性規格とで決まるものであり、１２０〜２６°Ｃの範囲で１分〜４時間行うこと が望ましい。

最終的な処理の前に行う溶体化熱処理で再結晶が起き、冷間圧延で生じた異方性 が弱められる。すなわち、最終圧延し所望温度で完全時効すると、異方性が非常 に弱く耳発生が非常に少ない深絞り用材料が得られる。最終肉厚にした３００４ あるいはその修正版の合金を成形したカップの典型的な耳のレベルは３％である のに対して、本発明の合金を成形したカップは耳のレベルが２％未満である。

本発明の合金は、直接冷却鋳造法の代わりに、従来のストリップ鋳造機によりス トリップ鋳造して厚さｆｉｎ程度以下の帯材に鋳造することもできる。その際に は合金溶湯の組成はＤＣ鋳造用の合金溶湯よりも高濃度であってよいが、本発明 の望ましい合金範囲のものとする（表１参照）。望ましくは次に、ストリップを 熱間または冷間圧延し板厚を少な（とも２５％、望ましくは５０〜８５％減少さ せる。

本発明の合金組成および製造方法を用いることにより、肉厚の薄いシート材から 液体容器を作ることができ、コストを低減することができる。更に、１種類の合 金を、その製造工程を変えることにより、端板用材料とオーブンタブ用材料に用 いることができる。液体容器の部材全てに１種類の合金を用いると、製造コスト 上有利であり且つスクラップのリサイクル効率が向上する。

以下に、本発明の合金を実施例により説明する。

下記組成（ｗｔ％）の合金を直接冷却鋳造して５０　ｃｍＸ　ｌ　２０　ｃｍの 寸法のインゴットを得た。

このインゴットを下記工程で処理してシートのコイルを製造した。

−均質化　５時間　４８００°〜５９５°Ｃ−熱間圧延　３．１７５ｍｍまで コイル出口ゲージ温度　２９５〜３１５℃−標準のエツジトリム処理 一焼鈍　３７０°Ｃ〜３７３°ＣＸ３時間−冷間圧延　圧下率６０％で１．２２ まで一溶体化熱処理を１．２２まで フラッシュソリューション処理　５８５°Ｃ×１０秒−冷間圧延　圧下率４０％ で０．７３ｍｍまで３ｍ％で０．４５４まで 一３５％で０．３０３ｍｍまで −レベリングおよびソルベント洗浄 −人工時効　Ｔ８７テンパー状態にする一時効　１６０°ＣＸ１時間 上記工程において、熱処理したコイルは、バック・ツウ・ツク２．り（ｂａｃｋ −ｔｏ−ｂａｃｋ）パスで圧延して最終厚さとし、その際に圧延開始までの遅れ 時間は最大で４８時間であった。

冷間圧延後の時効硬化があるため、レベリングは冷間圧延後５日以内に実施して 過剰な自然時効を回避した。

５０個のサンプルを試験した平均は下記のとおりであった。

降伏強さ＝３９３ＭＰａ 極限引張強さくＵＴＳ）＝４０６ＭＰａ　伸び＝４％延性＝４．３４ｍｍ これらのサンプルから製造した缶ボディーはドーム部肉厚０．３０ｍｍでのドー ム反転が１０５ｐｓｉであった。図３（ｂ）に合金の強度および延性に及ぼす最 終冷間圧延の圧下率の影響を示し、図３（Ｃ）に上記合金を溶体化熱処理（Ｓ、 Ｈ，Ｔ）後７０９６冷間圧延した後の人工時効時間の、強度および延性に及ぼす 影響を示す。この時効温度は２５０°Ｆ（１２１℃）である。

実施例２ 表１に示した組成の本発明に従った３種類の合金を直接冷却鋳造して断面１００ Ｘ３００ｍｍ、長さ１．２ｍのインゴットとした。

これらインゴットを皮むきして幅１９０ｍｍ、厚さ１００ｍｍ、長さ２００ｍｍ のブロックにした。次に５００℃〜５８５°Ｃの範囲の温度でそれぞれ均質化し た。溶質量が最も多い合金については高い方の均質化温度で行い、均質化の促進 を図った。均質化実施中の合金内部での析出反応を示す熱分析曲線を図２に示す 。以下のアルファベット文字は図２中で位置を表しており、種々の相で起こった 変化に対応する。ＡｓはＧＰゾーンの固溶であり、Ｂはη′＋η′（ＭｇＺｎｔ ）相の析出であり、Ｃはη′＋η′相の固溶、ＤはＴ相の析出、ＥはＴ相の固溶 、そしてＦは局部的な粒界（ＧＢ）の溶融である。個々のサンプル合金について 均質化処理および熱間圧延のスケジュールを表２に示す。

これらの合金を熱間圧延するために、皮むきしたブロックを炉内で５００〜４８ ５°Ｃの圧延温度まで冷却した。次にブロックを炉から取り出し、それぞれ肉厚 １００ｍｍから最終肉厚約２〜３ｍｍにまで圧延した。この熱間圧延材のミクロ 組織を図４ａに示す。

熱間圧延の仕上げ温度はしばしば２００℃以上になっており、これは溶体化熱処 理用肉厚にまで行う冷間圧延の前に圧延組織をある程度回復させるのに十分な温 度である。しかし３種類の合金サンプルの幾つかについては、３４５°ＣＸ３時 間の再結晶焼鈍を施した。

これにより回復および再結晶を十分に行わせた。完全再結晶状態での結晶粒径は 平均直径で１９ｍ　（ＡＳＴＭ８．５）であった（図４ｂ）。

この軟化した状態の合金に冷間圧延を行って表４に示す種々の肉厚にした。これ は、ボディー材成形用の所定最終肉厚に対して種々の最終冷間圧延圧下率を得る ためである。最終処理工程は図３ａに図解しである。

図４（ｃ）は実施例２の合金２の最終冷間圧延後のミクロ組織を示しており、こ のミクロ組織から分かるようにα相（α−ＡＩ　（Ｆｅ。

Ｍｎ）Ｓｉ）がマトリックス全体に分散している。このミクロ組織によって、壁 しごき加工した缶ボディーはかじりの無い優れた品質になる。

この板材の溶体化熱処理は５００°Ｃで行い、最終時効処理のために各元素を固 溶させた。これら３種類の合金を５００℃で２時間溶体化熱処理した後の自然時 効挙動を調べた結果を図５に示す。サンプルを冷水中に急冷した後、種々の熱処 理を施した。時効の調査および硬さ測定により、種々の熱処理に対する各合金の 挙動の特徴を明らかにした。次に、幾つかの条件についてはシートの引張試験を 行い、特定の合金処理時の降伏強さおよび伸びを測定した。

最終時効処理についての調査結果を図６〜８に示す。

図６　（ａ）　、６　（ｂ）および６（Ｃ）は、１２１℃でそれぞれ１時間、２ 時間および３時間の第１段階時効を行った後に１５５°Ｃで時効を行ったときの 各合金の挙動を示す。

図７　（ａ）　、７　（ｂ）および７（Ｃ）は、それぞれ０時間、２４時間およ び４８時間の自然時効を予め行った後に１１１°Ｃで時効したときの各合金の時 効挙動を示す。

図８　（ａ）　、８　（ｂ）および８（Ｃ）は、それぞれ０時間、２４時間およ び４８時間の自然時効を予め行った後に１３１°Ｃで時効したときの各合金の時 効挙動を示す。

表４ 図９は、合金２の冷間圧延の影響を示す。

図１０（ａ）および（ｂ）は、０〜６０％の冷間圧延（ｃｗ）を施した合金に及 はす第２段の人工時効の影響を示す。図１０（ａ）の合金のＪ歴は、溶体化熱処 理（５００’ＣＸ２時間）、自然時効（０時間）、冷間圧延、および１段の人工 時効（１２１０℃×３時間）である。

図１０　（ｃ）の合金の覆歴は、溶体化熱処理（５００°ＣＸ２時間）、自然時 効（４８時間）、冷間圧延、および最初の人工時効（１２１°ＣＸ３時間）であ る。　表４は、冷間圧延および人工時効の変化に対する実施例２の合金ｌ、２お よび３の挙動を示す。

Ｃ，Ｗ、と記した欄は冷間圧延工程における圧下率を示す。ＡＡ（１）およびＡ 　Ａ　（２＋の欄はＴ／ｌの形で表示されており、Ｔは熱処理の温度”ｃＳ　ｔ はこの温度での保持時間である。

ＮＡと記した欄は自然時効の時間を示す。ＳＨＴ／ＡＮＮは溶体化熱処理／焼鈍 の温度および時間を、人工時効工程の（Ａ　Ａ　（１）およびＡＡ（２））と同 様にＴ／ｌの形で示す。それ以降の欄は、それぞれ降伏強さ、引張強さ、伸び、 耳およびドーム反転圧力を示す。

多数枚の合金シートをボディー製造用のカップに成形し、耳のレベルを測定した 。次に缶ボディー製造機でカップをボディーに成形した。個々の実験結果は穴も 表面疵も無い良好な缶ボディーについてのものである。幾つかの缶については、 従来のバックリング抵抗試験機によりバックリング抵抗を測定した。

その結果、延性が４％より大きい合金で非常に高い引張強さが得られた。本発明 の合金で作った缶ボディーの耳レベルはＯ〜２．４％であった。これは、同じ条 件の３００４製ボデイーよりも平均で１％低いレベルである。

本発明の合金で作ったこれらの缶のドーム反転圧力は、同一厚さの３００４製缶 に比べてはるかに大きい値である。３００４製缶のドーム反転圧力は典型的な値 が９０ｐｓｉであるのに対して、本発明の合金で作った同一厚さの缶は１００〜 １１５ｐｓｉである。

図１１のグラフは、合金２および３の引張特性に対する時効の影響を示し、図１ ２は本発明の合金と３００４について引張特性を比較して示す。図１２に示した ように、直線ＡとＢとの間にある本発明の合金は延性が４％より大きくて、３０ ０４型合金（従来の缶材料）よりも引張強さが約２０〜４０％高く、種々の特性 において優れている。

缶ボディー材料の強度が高いということは、標準的な３００４の剛性およびバッ クリング抵抗をそのまま維持した上で、缶ボディーの肉厚を薄くすることができ るということである。

実施例３ 既に説明したように、缶端板として適した合金はベーキング後の強度ができるだ け低く、延性があることが必要である。

実施例２の合金３の組成を持った合金に下記の処理を施した。

ｌ、　熱間圧延（３，０ｍｍまで） ２、　冷間圧延（３，０ｍｍから０．８ｍｍまで）３、　焼鈍（３４５°ＣＸ１ 時間） ４、　材料を２つに切離し、一方は０．４３ｍｍまで、他方は０．３５５ｍｍま で冷間圧延した。

５、　両サンプルを５００°ＣＸ１時間の溶体化熱処理後、水で急冷した。

６　両サンプルを０．３１５ｍｍまで冷間圧延した。冷間圧延圧下率はそれぞれ ３０％および１０％である。

７、　次に、各サンプルを切断して合計８個のサンプルとし、全てについて２４ 時間の人工時効を行った。

８．　各サンプルに１２ビＣＸ３時間または６時間の人工時効を施した。

９、　サンプルの半数に２０５°Ｃ×２０分のベーキングを施した。

１０、次に、各サンプルについて引張試験およびカップを、得られた結果を表５ に示す。

表６は、缶端板メーカーで行っているベーキングによる強度および延性の低下率 ％を示す。

実施例３の結果から、本発明により製造した缶端板はベーキング後の特性が強度 および延性の要求下限値を上回っていることが分かる。

従来の缶端板材料であるＡＡ５１８２合金は、降伏応力が３２５ＭＰａ、引張強 さくＵＴＳ）が３７０ＭＰａ、伸びが８％である。

本発明の合金および方法による缶端板材料は、ベーキング後の特性が従来の缶端 板材料と同等であることが分かる。

温度　工程　寸法 Ｎ 降伏強さ　引張強さ　伸び 熱間圧延後のミクロ組織（Ｘ　２００）合金２のミクロ組織 焼鈍３４５°ｃｘｉ時間（Ｘ２００） 合金２のミクロ組織 合金２のミクロ組織 （／Ｖネｒ弘）♀鍛 ＜１（＊（＋Ａ）ｊａ （’Ｉ／零ｒａｔ＞♀鍛 ＜１（＊（＋Ａ）　！１ｌＮ （８Ｈ）♀ｉｉ！１１／＊ｒｌ、４ （日Ｈ）♀鍛１ｔネｒ直Ａ （Ｅｌｌ−１）　？ｉＭｒ本（＋Ａ ＣＦＩＨ）　？遭１（＊　（＋Ａ （１：ｌＨ）♀；１１４（＊　Ｃ１Ａ （ＥＩＨ）ｅＮ４ｆｔ−（＋（− 冷間加工％ −Ａ２　６０％＋１２１１引張強さ 時効時間（時間） −を−−合一　−ｅ−−合一　一番一 〇％　５％　１０％　３０％　６０％ ０％　５％　１０％　３０％　聞％ の　ト　噛　Ｌｌ”ｌ　Ｊ　／’Ｆｌ　〜（％）　ρ　中シ ＥＮＤＯＦ　ＡＮＮＥＸ フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＲ，ＧＢ、　ＧＲ，ＩＴ、　ＬＵ、　ＮＬ、　ＳＥ）、０Ａ （ＢＦ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ 、ＴＧ）、ＡＴ、ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ、 　ＤＫ。

ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、　ＬＵ、ＭＣ， ＭＧ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ，ＳＤ、　ＳＥ、　ＳＵ、　ＵＳ

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. １．亜鉛３．０〜８．０ｗｔ％、マグネシウム０．５〜３．０ｗｔ％、鉄０．７ ｗｔ％未満、シリコン０．０１〜２．０ｗｔ％、銅０．０５〜０．９ｗｔ％、マ ンガン０．１〜１．１ｗｔ％、クロム０．３ｗｔ％および随伴不純物合計量０． １５ｗｔ％未満を含むアルミニウム合金からアルミニウム缶材料を製造する方法 であって、鋳造に適した該合金の溶湯を形成する工程、該溶湯を圧延に適した形 に鋳鋳造する工程、中間厚さにまで中間圧延する工程、該合金を熱処理する工程 、２〜８５％の冷間圧延圧下率により仕上げ圧延する工程、および該材料をテン パー熱処理して所望の延性および強度特性にする工程を含むアルミニウム缶材料 の製造方法。
2. ２．該アルミニウム合金はジルコニウムレベルが０．０１ｗｔ％未満である請求 の範囲第１項記載の方法。
3. ３．該合金材料はα相が全体に分散した金属マトリクスを有する請求の範囲第１ 項または第２項記載の方法。
4. ４．該仕上げ圧延工程は圧下率１０〜８０％の冷間圧延である請求の範囲第１項 または第２項記載の方法。
5. ５．該仕上げ圧延工程は圧下率３０〜７０％の冷間圧延である請求の範囲第１項 または第２項記載の方法。
6. ６．亜鉛が４〜６．５ｗｔ％の範囲で存在し、マグネシウム１．０〜２．５ｗｔ ％、マンガン０．３〜０．８ｗｔ％、シリコン０．１５〜０．３ｗｔ％、鉄０． ４５ｗｔ％以下、銅０．１０〜０．５０ｗｔ％、クロム０．０５ｗｔ％以下であ る請求の範囲第１項または第２項記載の方法。
7. ７．該鋳造工程の次に該材料を均質化するために熱処理工程を行う請求の範囲第 １項記載の方法。
8. ８．該熱処理工程に次いで該中間圧延工程の前に熱間圧延工程を行う請求の範囲 第５項記載の方法。
9. ９．該熱間圧延工程の後に、該材料を十分に高い温度で熱間巻き取りすることに より、該巻き取られた材料を焼鈍させる請求の範囲第８項記載の方法。
10. １０．該中間圧延工程は冷間圧延工程である請求の範囲第１項から第８項までの いずれか１項記載の方法。
11. １１．該中間圧延工程は、冷間圧延途中での完全焼鈍または回復のための中間焼 鈍を含む請求の範囲第７項記載の方法。
12. １２．該合金の熱処理工程は溶体化熱処理である請求の範囲第１項記載の方法。
13. １３．亜鉛３．０〜８．０ｗｔ％、マグネシウム０．５〜３．０ｗｔ％、鉄０． ７ｗｔ％未満、シリコン０．０１〜２．０ｗｔ％、銅０．０５〜０．９ｗｔ％、 マンガン０．１〜１．１ｗｔ％、クロム０．３ｗｔ％未満および随伴不純物合計 量０．１５ｗｔ％未満を含む合金から製造されたアルミニウム缶材料。
14. １４．亜鉛量が４〜６，５ｗｔ％の範囲内にある請求の範囲第１３項記載のアル ミニウム缶材料。
15. １５．マグネシウム量が１．０〜２．５ｗｔ％の範囲内である請求の範囲第１３ 項記載のアルミニウム缶材料。
16. １６．マンガン量が０．３〜０．８ｗｔ％の範囲内である請求の範囲第１３項記 載のアルミニウム缶材料。
17. １７．シリコン量が０．１５〜０．３ｗｔ％の範囲内である請求の範囲第１３項 記載のアルミニウム缶材料。
18. １８．鉄量が０．４５ｗｔ％未満である請求の範囲第１３項記載のアルミニウム 缶材料。
19. １９．銅が０．１０〜０．５０ｗｔ％の範囲内である請求の範囲第１３項記載の アルミニウム缶材料。
20. ２０．クロムが０．０５ｗｔ％未満の範囲内である請求の範囲第１３項記載のア ルミニウム缶材料。
21. ２１．ジルコニウムが０．０１ｗｔ％未満の量で存在し、ジルコニウムが０．０ ８ｗｔ％未満の範囲内である請求の範囲第１３項記載のアルミニウム缶材料。
22. ２２．亜鉛が４〜６．５ｗｔ％の範囲内で存在し、マグネシウム１．０〜２．５ ｗｔ％、マンガン０．３〜０．８ｗｔ％、シリコン０．１５〜０．３０ｗｔ％、 鉄０．４５ｗｔ％未満、銅０．１０〜０．５０ｗｔ％、クロム０．０５ｗｔ％未 満、ジルコニウム０．０１ｗｔ％未満である請求の範囲第１３項記載のアルミニ ウム缶材料。
23. ２３．該合金材料を溶湯状態にし、圧延に適した形に鋳造し、次に該材料を中間 圧延して中間厚さとした後に熱処理し、次に該材料を圧下率２〜８５％の冷間圧 延により仕上げ圧延し、そして該材料をテンパー熱処理して所望の延性および強 度にする請求の範囲第１３項から第２１項までのいずれか１項記載のアルミニウ ム缶材料。
24. ２４．該仕上げ圧延の圧下率が１０〜８０％の範囲である請求の範囲第２３項記 載のアルミニウム缶材料。
25. ２５．該仕上げ圧延の圧下率が３０〜７０％の範囲である請求の範囲第２３項記 載のアルミニウム缶材料。
26. ２６．ボディー部分と端面部分とを有し、該ボディー部分および該端面部分が請 求の範囲第２３項から第２５項までのいずれか１項記載のアルミニウム缶材料で 作られている２ピース型飲料容器。
27. ２７．ボディー部分と端面部分とを有し、該ボディー部分および該部分の両方の 缶材料、該ボディー部分および該端面部分の両方の缶材料が製造方法第１項から 第１２項までのいずれか１項記載の方法によって製造されている２ピース型飲料 容器。
28. ２８．容器のドーム反転が約１００ｐｓｉよりも大きい請求の範囲第２６項記載 の２ピース型飲料容器。
29. ２９．平均耳レベルが２％未満の請求の範囲第２３項から第２５項までのいずれ か１項記載の缶材料を深絞り加工することにより製造された缶ボディー。