JPH089759B2 - 耐食性に優れたアルミニウム合金硬質板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イージーオープン缶蓋等に使用されている
高強度、高成形性を有するAl−Mg系合金硬質板およびア
ルミニウム合金塗装硬質板の製造方法に関するものであ
り、特に耐粒界腐食性（孔食）と繰返し折れ曲げ性に優
れた硬質板の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ イージーオープン缶蓋には、A5082、A5182等のMgを主
合金成分とするアルミニウム合金を、冷間圧延して強度
を高めた硬質板に防食用塗料を焼付け処理したものが使
用されている。従来、この用途に用いられる硬質板は、
焼付け塗装時に生じる強度低下を補うために、Mn、Zr、
Ｖを含有させたもの（特公昭57−33332号公報参照）
や、さらにこの硬質板を熱間圧延と必要に応じて冷間圧
延後、300〜400℃で中間焼鈍を施し、その後冷間圧延で
強度を高める方法が提案されている。また、塗装焼付け
処理の際、板の残留歪によるゆがみが発生し、後工程で
の使用に障害となるため、仕上げ冷間圧延後に残留応力
緩和のため250℃以下で熱処理（安定化処理）を加える
方法（特公昭57−11384号公報参照）が提案されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、最近は缶材の薄肉化と内容物の腐食性が高ま
る傾向にあり、この缶蓋の薄肉化に対処するため、上述
のようにMg含有量の増量や、仕上げ冷間圧延時の圧下量
を増加させることによって強度を高めることが行なわれ
るが、これらは耐食性を低下させることとなっている。
又、内容物の腐食性の増加によっても孔食が発生し、上
記対策のほかに安定化処理したものについても同様な問
題が生じる可能性のあることがわかった。このように強
度・成形加工性と耐食性は材料にとって相反する性質で
あり、耐食性の向上は従来からの課題であった。さら
に、仕上げ冷間圧延量を増加させると深絞り性（エリク
セン値）や繰返し曲げ折れ性（ジュース等の缶蓋を引き
開ける前に、缶蓋のタブを持って折曲げ、戻しを繰返す
［通常はこのようなことは行なわれないが、小児などが
行うことがある］ことがあり、その際蓋材の繰り返し曲
げ加工をうけた部分で破断し、蓋が開かない場合があ
る）等の成形性が劣ることにもなる。

そこで、本発明の目的は、強度、成形加工性を損なわ
ずに耐食性を向上させた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にある。

［課題を解決するための手段］ 強化元素であるMgがAlと結合し、マトリックスより電
気化学的に卑な化合物（β相、Al₈Mg₅）が形成されるこ
とは従来の研究で明らかにされている。特に缶蓋材で
は、このβ相が粒界に優先的に析出すると、マトリック
スとの孔食電位の違いから粒界腐食が進行し、内容物の
漏れといった問題が生じることになる。この点を考慮
し、従来材を調査した結果、中間焼鈍の途中の再結晶し
た結晶の粒界に優先析出するほか、最終の安定化処理で
も結晶粒界に析出し、合金の耐食性が低下することを確
認し、その対策を検討した。また、材料強度を向上させ
るためMg添加量の増量、仕上げ冷間圧延の圧下量の増加
が行なわれているが、これらは粒界腐食を起こしやすく
するので、耐食性の面から好ましくない。

本発明は上記課題を解決するため、Mg:4.0〜6.0％を
含有するアルミニウム合金を、通常の方法で鋳造・均質
化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍及び安定化処理
を施して硬質板を製造する方法において、MgのほかにCu
を0.05〜0.50％含有させたAl−Mg−Cu系合金を、最終の
中間焼鈍を、350〜500℃に加熱し、１℃／秒以上の速い
冷却速度で70℃以下まで冷却する中間焼鈍を行い、つい
で50％以上の仕上げ冷間圧延を行った後、安定化処理を
行う耐食性に優れたアルミニウム合金硬質板の製造方法
および上記において50％以上の仕上げ冷間圧延を行った
後、張力をかけた状態で塗装焼付けを行うことを特徴と
する製造方法である。

［作用］ 次に本発明において、合金成分および製造条件を限定
した理由について述べる。

Mgは缶蓋材に必要な強度を得るために含有させる。４
％未満では所望の強度は得られず、６％を越えると熱間
加工性が劣化する。

Cuは、材料強度を向上させる効果と、中間焼鈍および
安定化処理の冷却時、Mg化合物（β相）の粒界析出を抑
制する働きがあり、粒界腐食感受性が低減する。0.05％
未満ではこれらの効果が十分でなく、0.50％を越えると
合金の加工性が劣化する。

その他、強度および耐食性を向上させる成分として下
記の成分を含有させることもある。

Tiは、鋳造組織の結晶粒を微細化する効果があり、材
料の成形性を高める効果がある。0.01％未満では十分な
微細化効果が得られない。0.05％を越えると粗大晶出物
を形成し、成形性を劣化させる。

Mnは材料の結晶粒を微細化する効果があり、材料強度
を向上させ、内容物の変化による耐圧強度に対応させる
ことができる。又マトリックス中に析出しているMn系化
合物は中間焼鈍および安定化処理の際、β相の析出サイ
トとなり、粒界腐食のような局部腐食を抑制する効果が
ある。0.10％未満では結晶粒の微細化効果が十分でな
く、1.0％を越えると塑性加工性が劣化する。

CrはMnと同様な効果があるので単独またはMnと複合で
含有させる。0.10％未満では十分な効果が得られない。
0.25％を越えると粗大晶出物を形成し、成形性を劣化さ
せる。

Ｖ、Ni、Zrは硬質板の耐食性を損うことなく、軟化温
度を高め、安定化処理での強度低下を低減する効果があ
る。

その他の不純物として、Si:0.40％以下、Fe:0.50％以
下、Zr:0.10％以下、B:0.005％以下であれば、成形性、
耐食性を劣化させないので差支えない。

次に製造条件を限定した理由について述べる。

中間焼鈍： 中間焼鈍前工程で塑性加工された組織を再結晶させる
ために、350〜500℃で行う。350℃未満では再結晶が十
分に行なわれなく、500℃を越えると共晶融解のため加
工性、成形性にとって好ましくない。また、本発明の目
的である粒界腐食感受性を低減させるためには、マトリ
ックスよりも卑な化合物（β相）が粒界に析出させない
ようにすることが好ましく、冷却速度を１℃／秒以上の
速い速度とし、かつ冷却温度を70℃以下にする必要があ
る。また、結晶粒の微細化効果を得るためには、加熱速
度を２℃／秒以上、更に成形性に悪影響を及ぼす再結晶
粒の粗大化を防止するために、加熱時間を十分以内とす
ることが好ましい。

仕上げ冷間圧延： 仕上げ冷間圧延は、缶蓋材として要求される強度を得
るために、圧下量で50％以上の加工が必要である。しか
し、85％を越えると安定化処理をしたてとしても成形加
工性が劣化し、また、孔食電位が卑になり、耐食性が低
下するので好ましくない。

安定化処理： 安定化処理は、耐食性と成形性の向上および残留応力
除去のために、100〜300℃で処理するのが好ましく、連
続焼鈍炉またはバッチ炉のいずれでもかまわない。

塗装焼付け： 安定化処理を省略して塗装焼付けを行う場合には、ひ
ずみが生じないように約1kgf/mm²以上の張力を付加し、
ロールコータ等で塗料を塗布した後、連続焼鈍炉で塗料
の焼付け温度150〜300℃で焼き付けることも可能であ
る。この際焼付け温度は、塗料の種類によってほぼ決定
される。

［実施例］ 実施例１ 第１表に示す合金組成の鋳塊を、500℃で８時間の均
質化処理した後、圧延開始温度480℃で熱間圧延および
冷間圧延で、板厚0.5〜1.5mmの板を得た。その後第２表
に示す条件で中間焼鈍、仕上げ冷間圧延および安定化処
理を行った。

耐食性は、裸板の孔食電位をもって評価した。孔食電
位測定用試料は、アルカリエッチング（10％NaOH、60
℃、30秒）→水洗→中和処理（30％HNO₃、室温、60秒）
→水洗の処理を行った後、0.1モルNaCl（pH＝3.0、Arガ
スを吹き込みながら１時間以上脱気したもの）溶液中に
浸漬し、試料の自然電位が安定になってから10mV/分の
走査速度で分極測定を行った。このうち、アノード分極
曲線の形状は、合金成分や加工熱処理条件の影響を受
け、第３図に示すような孔食電位付近がなだらかな曲線
になる。この場合、外挿法によって高電位側の孔食電位
をEp、曲線の変曲点にあたる低電位側をＥ′ｐとしてEp
とＥ′ｐの差（ΔEpとする）が小さいほど粒界腐食が起
りにくいため耐食性を評価した。

また、一部試料を、0.1モルNaCl水溶液中に浸漬し、
0.5mA/cm²の電流密度で48時間電解したときの腐食状況
を観察した。

繰返し折れ曲げ性試験は、第４図に示す如く、先端の
Ｒが1.0mmの２個の三角ブロックに試料を垂直に挾み、
±90°の角度で繰返し曲げをおこない、○印中の数字で
示すような繰返し数で評価した。表中の値は試料10個の
平均値である。

発明材No.1〜20は、引張強さ36.1kgf/mm²以上、耐力2
8kgf/mm²以上および伸び８％以上が得られ、絞り加工時
の耳率が5.9％以下、繰返し曲げ折れ性15回以上と良好
であり、又耐食性を評価する孔食電位差ΔEpは8mVvsSCE
以下と良好である。また、腐食形態は本発明材料である
No.1について板断面で観察した顕微鏡写真を第１図に示
すように腐食が軽微であることが判る。

比較材の21〜26はいずれも発明の範囲に含まれる合金
であるが、No.21は、中間焼鈍温度が300℃と低いため、
耳率が７％と高く、また、繰返し曲げ折れ性が12.5回と
少なく、悪い。No.22は中間焼鈍の冷却速度が0.1℃/sec
と低いため、ΔEpが12mVvsSCEと高く、耐食性が劣るも
のである。No.23は、中間焼鈍をコイルのバッチ炉で行
ったもので、昇温・冷却速度が低いため、ΔEpが14mVvs
SCEと高く、耐食性が劣るものである。No.24は、中間焼
鈍及び安定化処理をコイルのバッチ炉で行ったもので、
昇温・冷却速度が低いため、ΔEpが15mVvsSCEと高く、
耐食性が劣るものである。No.25は仕上げ冷間加工率が4
0％と低いため、引張強さ37.6kgf/mm²、耐力26.0kgf/mm
²と低くなった。No.26は中間焼鈍の冷却温度が120℃と
高いため、ΔEpが13mVvsSCEと高く、耐食性の劣るもの
である。No.27〜33は、Cu含有量が0.02％と低いため、
中間焼鈍を発明の範囲で行ったとしても繰返し折れ曲げ
性、孔食電位差がやや高く耐食性にやや劣る。又、腐食
形態は、第２図に示すように粒界腐食が発生しているこ
とが判る。同様にNo.34〜36は、Mg含有量が3.2％と低い
ため、中間焼鈍を発明の範囲で行ったとしても、引張り
強さ30.6〜32.9kgf/mm²、耐力24.1〜27.2kgf/mm²と低く
なった。

実施例２ 第１表に示すNo.1の合金組成の鋳塊を、実施例１と同
様に仕上げ冷間圧延を行った後、1.5kgf/mm²の張力を付
加しながら、高分子樹脂塗料をロールコータで塗布し、
連続焼鈍炉で第３表に示す条件で焼付けを行った。その
後の評価方法は実施例１と同様とした。

本発明例のNo.37〜41は、発明の範囲の合金を発明の
範囲で中間焼鈍および仕上げ冷間圧延を行った後、塗料
焼付け処理を行ったものであり、引張り強さ38.2kgf/mm
²以上、耐力31.2kgf/mm²以上、繰返し曲げ折れ性16.6回
以上と良好であり、又耐食性を評価する孔食電位差ΔEp
は5mVvsSCE以下と良好である。

比較例のNo.42はCu含有量が0.02％と低いため、繰返
し折れ曲げ性、孔食電位差がやや高く耐食性にやや劣る
ものである。比較例のNo.43は、Mg含有量が3.2％と低い
ため、引張強さ33.2kgf/mm²、耐力27.4kgf/mm²と低くな
った。

［発明の効果］ 本発明は、Al−Mg合金にCuを添加することにより、最
終の中間焼鈍を連続焼鈍炉の条件で行うことにより、い
かなる安定化処理条件で処理した場合でも、耐粒界腐食
性（孔食）と繰返し折れ曲げ性に優れ、しかも高強度、
高成形性を有するイージーオープン缶蓋等に使用される
硬貨板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明材の耐食性試験結果の金属表面組織を示
す顕微鏡写真、第２図は同じく比較例の金属表面組織を
示す顕微鏡写真、第３図はアノード分極曲線を示す図、
第４図は繰返し折り曲げ性試験方法の説明図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Mg:4.0〜6.0％（重量％、以下同じ）を含
   有するアルミニウム合金を、通常の方法で鋳造・均質化
   処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍及び安定化処理を
   施して硬質板を製造する方法において、MgのほかにCuを
   0.05〜0.50％含有させたAl−Mg−Cu系合金を、最終の中
   間焼鈍を、350〜500℃に加熱し、１℃／秒以上の速い冷
   却速度で70℃以下まで冷却する中間焼鈍を行い、ついで
   50％以上の仕上げ冷間圧延を行った後、安定化処理を行
   うことを特徴とする耐食性に優れたアルミニウム合金硬
   質板の製造方法。
2. 【請求項２】Mg:4.0〜6.0％を含有するアルミニウム合
   金を、通常の方法で鋳造・均質化処理、熱間圧延、冷間
   圧延、中間焼鈍および安定化処理を施して硬質板を製造
   する方法において、MgのほかにCuを0.05〜0.50％含有さ
   せたAl−Mg−Cu系合金を最終の中間焼鈍を、350〜500℃
   に加熱し、１℃／秒以上の速い冷却速度で70℃以下まで
   冷却する中間焼鈍を行い、ついで50％以上の仕上げ冷間
   圧延を行った後、張力をかけた状態で塗装焼付けを行う
   ことを特徴とする耐食性に優れたアルミニウム合金塗装
   硬質板の製造方法。