JPH0762222B2

JPH0762222B2 - 改良されたアルミ合金シ−ト材の製造方法

Info

Publication number: JPH0762222B2
Application number: JP61316015A
Authority: JP
Inventors: イー．サンダーズ，ジュニアロバート; ケイ．マックブライドジョン; ダブリュ．カーンタヘンリィ; ダブリュ．ミルナーミルトン; エイ．ペリゴテリィ; エル．シェルビィサムエル
Original assignee: アルミナムカンパニ− オブアメリカ
Priority date: 1985-12-30
Filing date: 1986-12-29
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: US4812183A; BR8606525A; JPS63443A; EP0234044A2; AU6699786A; EP0234044A3

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は改良されたアルミニウム合金シート材の製造方
法に関するものであり、特に改良された強度及び高度の
成形性を備えたコーテツドアルミニウム合金シート材を
提供する方法に関するものである。

（従来技術及び発明が解決しようとする問題点） AA5182のようなアルミニウム合金は容器のためのイージ
ーオープン端として広く用いられている。前記端部が作
られるシートはしつかりしたりベツト及び破断の無いス
コア部（刻み目）を作るための十分な成形性と缶の内圧
により誘起される座くつに対抗する十分な強度を備えな
ければならない。AA5182のような端用材料を薄肉のもの
ですませるようにするためには、すでに前記シートに課
せされている諸拘束条件のために多くの異なる問題点が
生ずる。例えば端材シートの薄肉化のためには従来より
も高強度の合金を使用する必要がある。しかしながら、
典型的にはより高強度の合金を用いると成形性が減少す
る。かくて、缶端上の一体リベツト及びスコアラインの
一体性を損なわないようにするためには成形性の損失が
無い高強度合金を提供することが極めて望ましい。

端部材に適した成分の例は米国特許第3,560,269号及び
第3,502,448号に与えられており、これらは加工硬化式5
000番台合金の典型である。このような合金は時間の経
過とともに室温又は高温で時効軟化（強度低下）を受け
るということが知られている。過去においては、そのよ
うな合金は機械的特性をあるレベルに迄下げてそこで当
該合金が長時間安定するよう熱軟化処理を受けることが
行なわれた。この処理はシート製造と成形の間の時間間
隔とは無関係にほぼ同一のレベルの成形性を与えるもの
で、安定化処理と呼ばれる。この安定化処理はシートの
熱軟化によつて特定の強度及び延性特性を達成するのに
用いられる部分焼鈍処理とは異なるものである。

飲料缶端に適した薄肉のシートを製造するために、高レ
ベルの成形性を維持しながら改良された強度を提供し、
かつまた安定化処理又は焼鈍の結果機械的特性を低下さ
せないような改良されたプロセスに対する大きな需要が
ある。

（問題点を解決するための手段）本発明によれば、飲料容器用のイージーオープン端を製
作するのに有用な改良されたアルミ合金シート材の製造
方法であって、該方法は、（ａ）重量で、4.0〜5.8％のMgと、0.2〜0.9％のMnと、
0.02〜0.40％のCuと、残部のアルミニウム及び不可避の
元素ならびに不純物とを有するアルミニウム基合金材料
を提供する段階と、（ｂ）前記材料を圧延してアルミニウムシート材を製作
する段階と、（ｃ）圧延された前記シート材を121〜205℃（250〜400
゜Ｆ）の範囲内の温度にして組織を微細化し、微細に分
割されたマグネシウム含有成分を析出せしめる段階と、（ｄ）前記（ｃ）段階の後に、前記シート材を有機コー
ティング材で被覆する段階と、（ｅ）前記（ｄ）段階の後に、前記コーティング材を十
分低い温度にて、かつ前記析出成分が溶解するのを防止
する時間間隔において硬化せしめ、以って改良されたレ
ベルの引張強度並びに高レベルの成形性を備えたシート
材を提供する段階とを有することを特徴とする方法が提
供される。

（実施例）本発明に係る合金は4.0〜5.0重量％Mgと、0.2〜0.9重量
％Mnと、0.02〜0.40重量％Cuと、残余のアルミニウム及
び付随的元素及び不純物とを含むことが出来る。当該合
金内の不純物の最大量は0.5重量％Fe、0.3重量％Si、0.
1重量％Ti、0.2重量％Crであり、全ての他の不純物は各
0.05重量％、全量で0.15重量％に制限されている。加え
るに、Fe＋Siは0.45重量％を超えるべきではない。加え
るに、Mg＋Cuは5.0重量％より大きくてはいけない。本
発明に係る好ましい合金は4.70〜5.5重量％Mg、0.40〜
0.70重量％Mn、0.1〜0.25重量％Cuを含有することが出
来、Siの最大値は0.18重量％であり、Feのそれは0.36重
量％である。高強度を得る合金成分は約5.0超5.8重量％
迄のMgと、0.3〜0.6重量％Mnと、0.2超0.29迄のCuと、
前述の割合のFe及びSiを含有する。典型的な合金成分は
約5.2重量％Mg、0.38重量％Mn、0.21重量％Cu、0.26重
量％Fe及び0.12重量％Siを含有する。成形性を減少させ
たい時には、合金元素のレベルは高強度を得たい時より
も低くすべきである。例えば、Mg及びCuは最小値を5.0
重量％とすべきであり、6.0重量％を最大値とした場合
には、本発明のプロセスで製作すると、強度レベルが改
良されるも、高レベルの成形性が保持されることにな
る。

前記合金製品は前述のようにコントロールした量の合金
元素を添加するばかりでなく、当該合金は特定の操作段
階に従つて準備し、強度及び成形性の両者のもつとも望
ましい特性を提供することが望ましい。かくて前述の合
金は現在当業界で採用されている鋳造法（好ましくは連
続鋳造法）により、適当な伸延品となるインゴツト又は
ビレツトとして提供することが出来る。主要加工作業に
先立つて、前記合金材は均質化処理にさらされるのが好
ましい。均質化処理は482〜560℃（900〜1040゜Ｆ）の
金属温度において少なくとも１時間の期間行なわれるの
が好ましく、これにより溶解可能な元素を溶解して金属
の内部組織を均質化するのが好ましい。均質化温度範囲
における好ましい時間間隔は約４時間以上である。通常
は、加熱及び均質化処理は８時間以上行なう必要はない
が、時間間隔を伸ばしたからといつて悪影響は通常認め
られない。均質化温度において４〜６時間保持すること
が最適である。典型的な均質化温度は516℃（960゜F）
であり、この温度における典型的な保持時間は約６時間
である。均質化の後、インゴツトは熱間加工又は熱間圧
延され中間の板厚とする。熱間圧延を行なう場合には圧
延の開始温度は371〜524℃（700〜975゜F）とされる。
合金の用途が飲料缶の端材であるような場合、前記熱間
圧延は約4.83〜3.3mm（0.190〜0.130インチ）の板厚を
備えた中間製品を提供するために行なわれる。その後、
前記中間製品は260〜371℃（500〜700゜F）の温度で内
部組織を再結晶させるのに十分な時間加熱することによ
り焼鈍することが出来る。次にこの材料は冷間圧延され
て、約0.20〜0.38mm（約0.008〜0.015インチ）の厚味範
囲のシートが提供される。

前記シートに有機被膜をコーテイングするのに先立つ
て、同シートは最初これに微細化された組織を与えるた
め熱処理される。最終製品の特性にとつて重要なのがこ
の微細化組織であり、所望の特性を保持すべく前記コー
テイング及び熟成段階とともに注意深くコントロールさ
れねばならないのがこの微細化組織である。かくて、コ
ーテイングに先立つて、前記シート材は固溶体から合金
内のMgをMg₂Al₃相の形態へと析出させる組織微細化目的
で熱処理を受ける。なおこの熱処理は121〜204℃（250
〜400゜F）の範囲の温度で１〜24時間行なわれる。Mg₂A
l₃相を最大に析出させるための時間間隔及び温度が第１
図に示されている。第１図のＣ−曲線は析出物の相対密
度をあらわしており、5182−H19（歪硬化）シートを熱
処理することにより得られる、時間及び温度の変化にと
もなう機械的特性の変化を示している。真直線は種々の
熱処理により作り出される一定降伏強度を与える条件と
対応している。カーブした線は熱処理によつて生じたMg
₂Al₃析出量の同一レベル線をあらわしている。かくて、
異なる熱処理により同一強度レベルに達し、しかも異な
るMg₂Al₃析出量を得ることが可能である。組織微細化処
理によつて生ずる好ましい組織は強度レベルが最大とな
りなおかつMg₂Al₃の量が最大となる（すなわち溶体中の
Mgが最小となる）ような組織である。

第２図は一連の光学的顕微鏡写真であり、これらの写真
はアルミ合金5182を177℃（350゜F）で熱処理した時の
析出物の密度の漸増状態を例示している。ここに（Ｃ）
で示した組織写真は177℃、２時間の熱処理を行なつて
得られる本発明の微細組織の一例を示している。

組織微細化の後、シート材は洗浄され、有機コーテイン
グ材で被覆される。コーテイングはシート材を浴中に通
過させることで直接得るか、又は米国特許第3,962,060
号に記載のようにメツキにより得ることが出来る。その
後有機コーテイングは熟成、硬化される。

有機コーテイングを端材に添加する際、コーテイングの
硬化には約218〜260℃（425〜500゜F）の温度と、典型
的には２〜３分より長くなく、しばしば約１分のオーダ
である短かい保持時間が必要とされる。コーテイング層
の硬化操作は最初加工硬化していた材料の強度を減じ、
コーテイングしていない材料にくらべて伸びの増大をも
たらす効果を発揮する可能性がある。しかしながら、前
記熱硬化によつては、缶端の一体性を損なうことなくよ
り薄肉の端材を使用可能とするのに必要な改良された強
度及び高レベルの成形性を得ることが出来ない。従つ
て、コーテツド端材内に適正な微細組織を誘起せしめる
必要があり、この組織により当該材料が缶端の成形中変
形に対して適正に反応するようにしてやる必要がある。
かくて、本発明によれば、シート製品をして有機コーテ
イングの添加以前に前述の熱処理を行うことによつて組
織微細化が達成される。

有機コーテイングの硬化のための温度は注意深くコント
ロールされねばならない。すなわち、高過ぎる硬化温度
は以前に得られている組織微細化に悪影響を与える可能
性があるので、そのような処理条件は成形性レベルを保
持することを保証するため避けなければならない。従つ
て、場合によつては、高い硬化温度における最大保持時
間は20秒を超えるべきではない。温度範囲の低い方では
硬化時間は20分迄延長することが出来る。好ましくは、
硬化温度は232℃（450゜F）以下で５秒〜20分の範囲の
期間保持される。かくて、これらの硬化温度は固溶体か
らマグネシウムを追い出し、同マグネシウムが溶解しそ
の結果析出成分が失なわれるということを防止するため
に重要である。熱的精錬、コーテイング及び硬化という
因子が合金成分と統合されて、成形性を損なうことなく
改良された強度レベルを備えたこのユニークなコーテツ
ド端材が提供されているのだということを理解された
い。

例 4.32Mg、0.4Mn、0.04Cu、0.25Fe、0.12Si（数字は重量
％）を含有する合金が鋳造され、中間板厚に熱間圧延さ
れ、焼鈍され、0.33mm（0.013インチ）の最終板厚へと
冷間圧延され、表Ｉに示すような熱処理を施された。対
応して得られた特性は本発明の意義を示している。例え
ば、有機コーテイングをコイル上で硬化させる典型的熱
処理である処理Ａによれば、高強度が得られるものの低
レベルの成形性しか得られない。しかしながら、処理Ｂ
及びＣは高強度レベルを維持するとともに、高レベルの
成形性を提供する。

合金Ｉ及びIIと称する２つの合金が鋳造されて、前述の
ように圧延された。合金Ｉの成分は4.74Mg、0.35Mn、0.
20Cu、10.12Si及び0.24Feであり、合金IIの成分は5.45M
g、0.64Mn、0.02Cu、0.11Si及び0.19Feである。

圧延のままにおける両合金の特性が表IIに示されてい
る。これらの合金からなるシートサンプルが次に実験室
において232℃（450゜F）で30秒間硬化処理を受けた。
特性は表IIIに示されている。これらの合金からなるシ
ートサンプルが組織微細化処理を受け、両合金は232℃
（450゜F）、30秒という典型的な有機コーテイング硬化
処理を受ける前に、合金Ｉが149℃、24時間、合金IIが1
49℃、２時間の熱処理を受けた。特性は表IVに示されて
いる。強度及び成形性のレベルともに表IIIに示された
それらよりも高いことに注目されたい。特性がこのよう
に違うということは、使用中の缶端の一体性に悪影響を
与えることなく缶端シート材の厚味すなわちゲージを著
しく減少させ得るという点で顕著な事柄である。ここに
示したより高い硬化温度を用いた場合には強度及び組織
の微細化状態の両者が失なわれ、成形性の低下を招く。

本発明に従つて作られたアルミニウム合金は慣用の5182
端材とくらべて同合金の成形性を維持しながら、７〜10
％の強度向上を果せるという利点を備えている。かく
て、容器の強度に悪影響を与えることなくより薄肉の端
部材を製造することが出来る。

本発明は好ましい実施例に関して説明を行なつてきた
が、特許請求の範囲は本発明の精神を備えた全ての実施
例を包含するものと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は硬化時間、温度及びコーテツドシート材の得ら
れた強度変化の関係を示す図である。第２図は本発明に係る微細組織を含む一連の顕微鏡写真
を示す図である。

フロントページの続き (72)発明者ヘンリィダブリュ．カーンタアメリカ合衆国インディアナ州ニューバーグ，ストンゲイトドライブ 4599 (72)発明者ミルトンダブリュ．ミルナーアメリカ合衆国インディアナ州ニューバーグ，ウィフルトリーコート 7211 (72)発明者テリィエイ．ペリゴアメリカ合衆国インディアナ州ブーンビル，ヘリテッジドライブ 644 (72)発明者サムエルエル．シェルビィアメリカ合衆国アイオワ州ベテンドーフ, アスペンヒルズサークル 4320

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】飲料容器用のイージーオープン端を製作す
るのに有用な改良されたアルミ合金シート材の製造方法
であって、該方法は、（ａ）重量で、4.0〜5.8％のMgと、0.2〜0.9％のMnと、
0.02〜0.40％のCuと、残部のアルミニウム及び不可避の
元素ならびに不純物とを有するアルミニウム基合金材料
を提供する段階と、（ｂ）前記材料を圧延してアルミニウムシート材を製作
する段階と、（ｃ）圧延された前記シート材を121〜205℃（250〜400
゜Ｆ）の範囲内の温度にして組織を微細化し、微細に分
割されたマグネシウム含有成分を析出せしめる段階と、（ｄ）前記（ｃ）段階の後に、前記シート材を有機コー
ティング材で被覆する段階と、（ｅ）前記（ｄ）段階の後に、前記コーティング材を十
分低い温度にて、かつ前記析出成分が溶解するのを防止
する時間間隔において硬化せしめ、以って改良されたレ
ベルの引張強度並びに高レベルの成形性を備えたシート
材を提供する段階とを有することを特徴とする方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
て、前記アルミニウム基合金材料は重量で、4.70〜5.50
％のMgと、0.40〜0.70％のMnと、0.10〜0.25％のCuとを
有していることを特徴とする方法。
【請求項３】特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の
方法において、前記（ｃ）段階は１〜24時間の期間にわ
たって実施されることを特徴とする方法。
【請求項４】特許請求の範囲第１項から第３項までのい
ずれか１つの項に記載の方法において、前記（ｂ）段階
の圧延は、371〜524℃（700〜975゜Ｆ）の範囲内の開始
温度で熱間圧延してアルミニウムシート材を製作するこ
とを特徴とする方法。
【請求項５】特許請求の範囲第４項に記載の方法におい
て、製作された前記アルミニウムシート材を260〜371℃
（500〜700゜Ｆ）の範囲内の温度で焼鈍することを特徴
とする方法。
【請求項６】特許請求の範囲第５項に記載の方法におい
て、焼鈍された前記アルミニウムシート材を0.2〜0.38m
m（0.008〜0.015インチ）の範囲内の厚さに冷間圧延す
ることを特徴とする方法。
【請求項７】特許請求の範囲第４項に記載の方法におい
て、前記アルミニウム基合金材料は4.83〜3.30mm（0.19
0〜0.130インチ）の厚さに熱間圧延されることを特徴と
する方法。
【請求項８】特許請求の範囲第１項から第７項迄のいず
れか１つの項に記載の方法において、前記（ｅ）段階の
硬化は218〜260℃（425〜500゜Ｆ）の範囲内の温度で実
施されることを特徴とする方法。
【請求項９】特許請求の範囲第１項から第８項迄のいず
れか１つの項に記載の方法において、前記（ｅ）段階に
おける硬化時間は５秒〜20分の範囲内にあることを特徴
とする方法。
【請求項１０】特許請求の範囲第１項から第９項迄のい
ずれか１つの項に記載の方法において、前記（ｅ）段階
における硬化温度は232℃（450゜Ｆ）を超えないことを
特徴とする方法。
【請求項１１】特許請求の範囲第１項又は第３項から第
10項迄のいずれか１つの項に記載の方法において、提供される前記アルミニウム基合金材料は重量で、4.70
〜5.10％のMgと、0.32〜0.43％のMnと、0.17〜0.25％の
Cuと、残部のアルミニウム、不可避の元素及び不純物と
を有しており、前記シート材の組織が121〜205℃（250〜400゜Ｆ）の範
囲内の温度において、微細に分解されたマグネシウム含
有成分を析出させるべく１〜24時間にわたって微細化さ
れ、前記コーティング材は232℃（450゜Ｆ）を超えない温度
で３分より少ない時間にわたって硬化されることを特徴
とする方法。
【請求項１２】特許請求の範囲第１項から第11項迄のい
ずれか１つの項に記載の方法において、提供される前記
アルミニウム基合金材料には、Mg＋Cuが5.0重量％以上
含有されていることを特徴とする方法。