JPH08239729A - Ｄｉ缶底成形性に優れたアルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高強度および良成形性を維持しながら薄肉化
並びに生産性の向上を図り得るアルミニウム合金板の製
造方法を提供する。 【構成】 Ｍｎ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｓｉ，Ｃｕ，Ｚｎを含有
したアルミニウム合金鋳塊に，５８０〜６３０℃にて２
時間以上均熱処理し，４５０〜５２０℃で荒熱延し，仕
上げ熱延を開始温度４００〜４５０℃，終了温度３００
〜３５０℃で実施し，得られた熱延板を加熱冷却速度１
００℃／ｍｉｎ以上，温度４００〜６００℃の範囲で１
０分以内の連続焼鈍し，引き続いてタンデム圧延機にて
冷間圧延を１パスで製造するに当り，圧延速度１０００
〜１７００ｍ／ｍｉｎの範囲で，出側温度Ｙ（℃）と圧
延速度Ｘ（ｍ／ｍｉｎ）との間に下記の関係式を満足さ
せてサブグレインの面積占有率を５％以上２５％未満と
する。 ２．１×（３２００−Ｘ）^０．５＋６３＜Ｙ＜２．１×
（３２００−Ｘ）^０．５＋８４

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、飲料用缶に関し、さら
に詳しくは缶底成形性に優れるＤＩ缶に適したアルミニ
ウム合金硬質板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＤＩ（しごき絞り：drawing with ironi
ng）缶は、資源節減およびコストダウンの観点から、よ
り薄肉軽量化が要求され続けられている。このような現
状下で種々の材料、製造方法についての改善が提案され
ているが、従来、一般的には３００４合金の硬質板が専
ら使用されている。この材料には大きくは２種類の製造
工程があり、これは荒鈍直通工程と中鈍工程である。

【０００３】熱延材に焼鈍を施してその後冷間圧延によ
って製品板厚にする荒鈍工程には要求される強度（製品
缶の耐圧強度）によって、焼鈍方法がバッチ式とＣＡＬ
式（特願平1-226746号公報参照）とがある。いずれの工
程でも得られる製品はＤＩ加工後の耳率が低くなり、歩
留りの点で優れるといった特徴がある。しかし従来のこ
れら例における工程は熱間圧延時の歪みの導入が十分で
ない為、結晶粒が粒径６０μｍ以上と比較的大きく、か
つ、微細結晶粒として成形性向上の効果を持つサブグレ
インの形成も５％未満に止まる上、元板での強度が高い
ことによりＤＩ加工時に缶底部の伸びが十分得られない
ことからくるスプリングバック或いはクビレを生じ缶底
成形性が劣るといった成形面での問題があった。

【０００４】缶底成形性を向上させるために、従来は冷
間圧延後仕上げ焼鈍を施したり、中鈍ＣＡＬ工程を採用
したりしている。冷間圧延後仕上げ焼鈍を施しサブグレ
インを形成する工程では、実際上コイルで焼鈍する為、
全体を均一なサブグレインの面積占有率とすることは非
常に難しく、コイル内部と外部とでバラツキを生じて内
部を１０％としたとき外部では３０％を超えるといった
ことが生じる。更に、この方法では工程数が増加すると
いった問題もある。また、中鈍ＣＡＬ工程は荒鈍工程材
に比較し粒径２０μｍ以下の微細結晶粒が得られ缶底成
形性の向上は図れるが、この工程では加工硬化が大きく
なるためにネック部の強度が高くなり、ＤＩ缶特性とし
て必要なネックフランジ成形性に劣るといった問題もあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】薄肉軽量化の要求に応
えるために、本出願人は先に特開平 4−272151号公報に
開示される先行技術等幾つかの改善発明を提案してき
た。前記先行技術では、前述した熱延材にＣＡＬ焼鈍を
施し、その後冷間圧延によって製品とする工程である。
しかしながらこの方法では缶底成形性を向上させる為の
手段に関しては特に触れていなく、その結果、サブグレ
インの面積占有率で５％未満となり、ＤＩにおける「し
ごき」加工性は優れるものの、スプリングバックが十分
抑制できないことにより、所定の缶底深さが出なくある
いは缶底成形時の伸びが不十分となり缶底の立ち上がり
部にクビレを生じて、缶に要求される耐圧強度を満足で
きない等の問題は依然として残されている。

【０００６】この問題を解決するためには、成分の調整
により元板の強度レベルを向上させる等の対策を採る必
要があるが、これでは逆にＤＩ成形性を低下させること
になり実際的な問題の解決にはつながらない。

【０００７】本発明は、このような問題点の解消を図る
ために成されたものであり、本発明の目的は、高強度お
よび良成形性を維持しながら薄肉化並びに生産性の向上
を図り得るアルミニウム合金板の製造方法を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため以下に述べる構成としたものである。即
ち、本発明は、重量％でＭｎ：０．８５〜１．１５，Ｍ
ｇ：０．９０〜１．５０，Ｆｅ：０．３５〜０．５５，
Ｓｉ：０．１５〜０．３０，Ｃｕ：０．１５〜０．３０
およびＺｎ：０．１〜１．０を含有し、その他不可避的
不純物を含むアルミニウム合金鋳塊に、５８０〜６３０
℃にて２時間以上の均熱処理を施し、その後冷却して開
始温度を４５０〜５２０℃とした荒熱延および仕上げ熱
延からなる熱延を行って、この場合の仕上げ熱延前の温
度を４００〜４５０℃に、仕上げ熱延直後の温度を３０
０〜３５０℃にそれぞれ調節して、得られる熱延板に対
してさらに加熱冷却速度１００℃／min 以上、加熱冷却
温度４００〜６００℃の範囲で保持１０min 以内の連続
焼鈍を施し、引き続いてタンデム圧延機を用いてトータ
ルの冷間圧延率が８３〜８７％の製品を１パスで製造す
るに当たり、圧延速度１０００〜１７００ｍ／min の範
囲で、出側温度Ｙ（℃）と圧延速度Ｘ（ｍ／min)との間
に下記の関係式 ２．１×（３２００−Ｘ)^0.5＋６３＜Ｙ＜２．１×（３
２００−Ｘ)^0.5＋８４ を満足させてサブグレインの面積占有率を５％以上２５
％未満とすることを特徴とするＤＩ缶底成形性に優れた
アルミニウム合金板の製造方法である。

【０００９】

【作用】本発明の作用を述べるに当たり、先ず化学成分
の限定理由について説明する。 Ｍｎ：Ｍｎは、強度の向上およびＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系晶
出物を生成することによるしごき加工時の焼き付き防止
に効果のある元素である。しかしこの場合、０．８５％
未満ではいずれの効果もなく、また、１．１５％を超え
ると巨大晶出物を形成するおそれがあって成形性を低下
させる。以上の理由によりＭｎ量は０．８５％〜１．１
５％とする。 Ｍｇ：Ｍｇは、缶強度向上に効果のある元素であり、特
にＣｕとの組み合わせにより、ベーキング時にＡｌ−Ｃ
ｕ−Ｍｇ系析出物による析出硬化を生じて缶底部の高度
強化に有効である。しかし、０．９０％未満ではその効
果は小さく、また、１．５０％を超えると強度が高くな
り過ぎ成形性の低下を招く。以上の理由により、Ｍｇ量
は０．９０％〜１．５０％の範囲とする。

【００１０】Ｆｅ：Ｆｅは、結晶粒の微細化並びにＭｎ
との関係でＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系晶出物を形成することに
よるしごき加工性の向上に効果がある。しかし、０．３
５％未満ではこの効果が小さく、また、０．５５％を超
えると巨大晶出物を形成して成形性を低下させる。以上
の理由によりＦｅ量は０．３５％〜０．５５％とする。 Ｓｉ：Ｓｉは、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系晶出物に相変態を生
じさせ、所謂、α相を形成させ晶出物の硬度を上昇さ
せ、しごき加工性の向上（焼き付きの防止）に効果があ
る。しかし、０．１５％未満ではその効果は小さく、ま
た、０．３０％を超えると強度が高くなり過ぎる上晶出
物の巨大化を生じて成形性を低下させる。以上の理由に
よりＳｉ量は０．１５％〜０．３０％とする。

【００１１】Ｃｕ：Ｃｕは、強度上昇並びにＭｇとの組
み合わせに基づく製缶時のベーキングによる軟化防止に
効果がある。しかし、０．１５％未満ではいずれの効果
もなく、また、０．３０％を超えると強度上昇が大き
く、成形性の低下に繋がる。したがって、Ｃｕ量は０．
１５％〜０．３０％とする。 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０．１％未満ではその効果が小さい。
また、Ｚｎ量は１．０％を超えてもその効果は飽和状態
である上に飲料缶に必要な耐蝕性を低下させるおそれが
ある。以上の理由によりＺｎ量は０．１％〜１．０％の
範囲とする。なお、その他不可避的不純物として、Ｔｉ
は０．１％以下、Ｂは０．０５％以下等、不純物レベル
であれば本発明の効果を妨げるものではない。

【００１２】次に製造工程について述べる。通常にＤＣ
鋳造された本合金系鋳塊を面削した後、均熱を行う。こ
の均熱は析出物の形成に影響し、熱延板での結晶粒微細
化に影響を与える。結晶粒微細化はＤＩ成形におけるし
ごき加工性を向上させる上で重要である。従来、均熱条
件は一般的に６００℃未満である。これは従来ピット炉
（バッチ炉）では鋳塊の加熱温度に差異が生じ、高温部
ではバーニングを起こすおそれがあること、また、従来
からも高温であるため（Ａｌ−Ｍｇ合金の場合は５４０
℃以下）、更に高温に均熱にすることの効果が明らかで
なかった。

【００１３】本発明では均熱温度を５８０〜６３０℃と
している。５８０℃未満では化合物による再結晶粒の核
形成が少なく、効果が余りない。また、６３０℃を超え
る場合にはバーニングのおそれがある。より望ましくは
６００〜６２０℃の範囲である。更に好ましくは横型の
連続均質化熱処理炉を用いることにより、鋳塊の加熱温
度差も少なく安定した均質化熱処理条件での操業が行え
る。尚、横型の連続均質化熱処理炉としては炉内を数区
分に分けて、加熱帯，保持帯および冷却帯を備えている
ものが好ましい。

【００１４】続いて均熱後に熱延を行うが、熱延時の歪
み導入は更に熱延板での結晶粒を微細にするものであ
る。従って、熱延開始前に鋳塊を冷却（放冷）して熱延
を開始する。５２０℃を超える温度での熱延開始では歪
み導入の効果が少なく、また、４５０℃未満では効果は
あるものの、特に冷却までの時間で表される生産性に劣
る。従って、加熱開始温度は４５０〜５２０℃の範囲で
ある。なお、開始温度の調整には、炉内冷却による方法
と均熱後室温まで冷却し熱延温度まで加熱する方法とが
あり、冷却帯を持つ連続均熱炉で行う前者の方がより生
産性で各段に優れる。

【００１５】熱延はリバース型の粗圧延とタンデムの仕
上げ圧延から成され、熱延板の結晶粒を微細にするため
には、仕上げ圧延での出入りの温度コントロールが必要
である。入側温度は低目が望ましいが出側温度を適正な
温度範囲に制御するためには入側温度を４００〜４５０
℃にする必要がある。また、出側温度は同じく３００〜
３５０℃にする必要がある。３００℃未満では熱延コイ
ル全体を再結晶させることができず、３５０℃を超える
場合には再結晶をするものの、結晶粒の成長による粗大
化を招く。なお、熱延後にコイル全体を再結晶させる理
由は、残存する一部未再結晶粒をその後の焼鈍にて再結
晶させると結晶粒の粗大化を招くためである。なお、本
条件で得られる結晶粒は２０〜４０μｍとなる。上記条
件にて得られた熱延板の板厚は本発明では規制していな
いが、一般製品の板厚および要求される強度を考慮する
と１．５〜３．０mmである。

【００１６】熱延板（コイル）はその後に所謂ＣＡＬ焼
鈍が施され、その場合特にＣｕとＭｇ量のコントロール
が重要である。４００℃未満ではＣｕとＭｇの固溶量が
少なく、製缶時のベーキング強度が得られない。一方、
６００℃を超える場合にはその固溶が多くなり、強度は
確保できるものの、加工硬化の増大による成形性の低下
に繋がる。また、加熱冷却も速度が遅い場合は固溶量の
低下を招き、やはり強度不足となる。なお、加熱の保持
時間は加熱温度により異なるが、１０分以内で十分であ
る。

【００１７】次に冷間圧延を行うが、これが本発明の要
点とするところである。本発明ではタンデム冷間圧延機
の特徴を十分調査研究し、その特徴を利用することによ
り、缶底成形性に優れたＤＩ成形用アルミニウム硬質板
の開発を行ったものである。缶底成形性を向上させる為
には、サブグレインを形成させ十分な伸びを与えること
が重要であることが判明した。そして成形性の向上を図
るためには冷間圧のみ（仕上げ焼鈍なし）にて材料を回
復させた時に優れた特性を示すことも明らかである。そ
のためにはタンデム冷間圧延機での発熱を利用すること
が有効であるが、単に圧下率を大きくした場合でも圧延
速度との関係で十分な速度に達しない場合はサブグレイ
ンの占有率が低くなり、缶底成形性の向上に対する寄与
は小さいことが判った。

【００１８】その関係について調査した結果、以下の要
件を満足することにより缶底成形性に優れた材料を得ら
れることが判明した。即ち、トータルの冷間圧延率８３
〜８７％の製品をタンデム圧延機を用いて１パスで製造
するに当たり、圧延速度１０００ｍ／min 〜１７００ｍ
／min の範囲で、出側温度Ｙ（℃）と圧延速度Ｘ（ｍ／
min)の間に下記の関係式 ２．１×（３２００−Ｘ)^0.5＋６３＜Ｙ＜２．１×（３
２００−Ｘ)^0.5＋８４ を満足させて、サブグレインの面積占有率を５％以上２
５％未満とすることである。

【００１９】従って、本発明では冷間圧延率８３〜８７
％の製品をタンデム圧延機を用いて１パスで製造するも
のである。冷間圧延が８３％未満では、製品の耳が０−
１８０°耳となりＤＩ成形性を低下させるためである。
一方、８７％以上では４５°耳が高くなり過ぎる上、強
度上昇によるＤＩ成形性の低下を招く。また、現状の一
般的に使われている圧延機ではタンデム圧延機以外は１
パスで前述の冷間圧延率を得ることはできない。

【００２０】更に、圧延速度に関して、１０００ｍ／mi
n 未満では生産性が著しく低下し現実的ではなく、しか
もロールとの摩擦による発熱が十分でなくサブグレイン
化のための温度が維持できない。１７００ｍ／min を超
える場合、圧延時の歪みが非常に悪くなり、製品板に悪
影響を及ぼす。以上の理由により、圧延速度は１０００
ｍ／min 〜１７００ｍ／min の範囲とする。

【００２１】圧延速度と出側温度との関係において上述
の式を満足しない範囲、つまり、圧延速度が１０００ｍ
／min 〜１７００ｍ／min の範囲で、Ｙが２．１×（３
２００−Ｘ)^0.5＋６３以下の場合は、冷間圧延における
サブグレイン化に必要な歪み量は得られるものの、クー
ラントの冷却効果により十分な温度が得られないため、
サブグレインの占有率が５％未満となり、缶底成形性の
向上に対する効果がみられない。なお、圧延クーラント
を絞ってしまうと表面性状を劣化するといった問題も生
じる。また、Ｙが２．１×（３２００−Ｘ)^0.5＋８４以
上では、クーラントの冷却効果より発熱の効果の方が大
きくなり、サブグレインが２５％以上形成され、缶底成
形性は向上するがしごき加工性を低下させる結果とな
る。なお、クーラント量を増加させる場合、圧延時に過
潤滑を起こすため、これも表面性状を劣化させる。

【００２２】次にサブグレインの面積占有率について説
明する。これまでに述べてきたように、缶底成形性を向
上させるためにはサブグレインを積極的に形成させるこ
とが重要であり、占有率５％未満ではその効果は小さ
い。しかしながらサブグレインが２５％以上形成された
場合、ＤＩ加工中の加工硬化が大きくなる。通常ＤＩ加
工では数回のしごき加工が行われるため、最初のダイス
での加工硬化の増大は次ダイスでのしごき加工性を低下
させ、一般にティアーオフと呼ばれる缶胴割れを生じ、
缶胴材として要求される特性を満足しなくなる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 (A) 実施例１：下記表１、表２に示される工程および成
分で材料を作製し、各材料について比較を行った。比較
の結果の特性は下記表３、表４に示される通りである。
本発明に係るＮo.１，Ｎo.２は、比較例よりも成形性
（ティアーオフ率）に優れる。さらに、缶強度について
も本発明例は問題がないレベルであり、本発明例と同等
あるいは同等以上の強度を有する比較例については成形
性（ティアーオフ率，ネック成功率，フランジ成功率）
が劣っている。このまように成形性および缶強度を総合
的に比較すると本発明例Ｎo.１，Ｎo.２は、比較例Ｎo.
３〜Ｎo.７よりも優れた結果が得られている。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】尚、ＤＩ缶として必要な成形性評価および
缶強度の調査は以下の通りである。張り出し性（エリク
セン値）はＪＩＳエリクセンＢ法を用いた。しごき加工
性はブランク径１４０mmφ，ポンチ径９０mmφにて作製
した絞りカップを用い、ＤＩ加工機で最後のしごき加工
率を４１％として約５万缶の製缶試験を行い、そのとき
のティアーオフ率にて評価した。なお、缶サイズは３５
０ccであり、潤滑油は水溶性潤滑油を用いた。

【００２９】次に得られたＤＩ缶に２０５℃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）にて評価した。更に４段ネック缶に交角９０°のポ
ンチにてフランジ部の穴拡げ（拡缶）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）にて評価した。

【００３０】缶強度である耐圧、座屈強度は水圧負荷お
よび軸圧縮にて求めた。缶強度試験に供した缶はいずれ
も同一条件で成形しており、耐圧強度の差異は元板の強
度の差異および缶底の成形性（形状の出やすさとクビレ
の有無）に影響される。サブグレインはＴＥＭにより観
察しその面積占有率を求めた。

【００３１】(B) 実施例２：下記表５の合金を表６に示
す工程で材料を製作した。なお、工程Ａは本発明の範囲
のものであり、工程Ｂは比較の例である。表７，表８に
はそれらの材料の特性が示される。成形性については工
程Ａ，Ｂ共に略同等であるが、缶強度（耐圧強度、座屈
強度共）の点で工程Ａの方が優れている。これは工程Ａ
はサブグレインの面積占有率が適正範囲にあり、缶底成
形でのスプリングバックが小さく形状が目的形状に近い
こと及び缶底ドーム立ち上がり部のクビレが無いことに
よる。

【００３２】

【表５】

【００３３】

【表６】

【００３４】

【表７】

【００３５】

【表８】

【００３６】(C) 実施例３：下記表９の合金を下記表１
０，表１１に示す工程で材料を製作した。なお、工程Ｃ
は本発明の範囲のものであり、工程Ｄ，Ｅ，Ｆは比較の
各例である。表１２，表１３にはそれらの材料の特性が
示される。成形性については工程Ｃ，Ｆは略同等である
が、缶強度（耐圧強度、座屈強度共）の点で工程Ｃの方
が優れている。これは工程Ｃはサブグレインの面積占有
率が影響しており、缶底成形でのスプリングバックが小
さく形状が目的形状に近いことおよび缶底ドーム立ち上
がり部のクビレが無いことならびに適度な加工硬化によ
り缶壁強度が適正レベルにあるためである。また、Ｄ，
Ｅについては缶強度は特に問題ないが、成形性が本発明
例よりも劣る。

【００３７】

【表９】

【００３８】

【表１０】

【００３９】

【表１１】

【００４０】

【表１２】

【００４１】

【表１３】

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、本発
明方法により得られるアルミニウム缶は、ＤＩ缶として
要求される高井強度を有し、かつ成形性に優れるため
に、材料の薄肉化および生産性の向上が図れる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＭｎ：０．８５〜１．１５，Ｍ
   ｇ：０．９０〜１．５０，Ｆｅ：０．３５〜０．５５，
   Ｓｉ：０．１５〜０．３０，Ｃｕ：０．１５〜０．３０
   およびＺｎ：０．１〜１．０を含有し、その他不可避的
   不純物を含むアルミニウム合金鋳塊に、５８０〜６３０
   ℃にて２時間以上の均熱処理を施し、その後冷却して開
   始温度を４５０〜５２０℃とした荒熱延および仕上げ熱
   延からなる熱延を行って、この場合の仕上げ熱延前の温
   度を４００〜４５０℃に、仕上げ熱延直後の温度を３０
   ０〜３５０℃にそれぞれ調節して、得られる熱延板に対
   してさらに加熱冷却速度１００℃／min 以上、加熱冷却
   温度４００〜６００℃の範囲で保持１０min 以内の連続
   焼鈍を施し、引き続いてタンデム圧延機を用いてトータ
   ルの冷間圧延率が８３〜８７％の製品を１パスで製造す
   るに当たり、圧延速度１０００〜１７００ｍ／min の範
   囲で、出側温度Ｙ（℃）と圧延速度Ｘ（ｍ／min)との間
   に下記の関係式 ２．１×（３２００−Ｘ)^0.5＋６３＜Ｙ＜２．１×（３
   ２００−Ｘ)^0.5＋８４ を満足させてサブグレインの面積占有率を５％以上２５
   ％未満とすることを特徴とするＤＩ缶底成形性に優れた
   アルミニウム合金板の製造方法。