JPS6119705B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、高い強度と共にすぐれた延性（高
強靭性）をもち、特にアルミニウム缶の製造に使
用するのに適した良好な成形性を有するアルミニ
ウム合金板の製造法に関するものである。 一般に、アルミニウム缶の製造に際して、その
蓋材には炭酸ガスのガス圧に耐えるための強度
と、イージーオープン用のタブ止めのリベツトの
成形を容易に行なえるための良好な成形性とが要
求されることから、通常、前記蓋材の製造には、
Al−Mg系のA.A.5082（Al−4.0〜5.0％Mg）合金
や、A.A.5182（Al−0.2〜0.5％Mn−4.0〜5.0％
Mg）合金などが使用され、またその缶胴体は深
絞り−しごき加工によつて成形されるために、良
好な加工性と共に高い強度をもつ、Al−Mn系の
A.A.3004（Al−1.0〜1.5％Mn−0.8〜1.3％Mg）
が前記缶胴体の製造に使用されている。 一方、缶公害防止と省エネルギーの観点から、
上記アルミニウム缶を回収し、これを再生塊とし
て利用することも鋭意行なわれているけれども、
上述のように前記再生塊は蓋材である5082合金お
よび5182合金と、胴体材である3004合金とが合金
化したものとなるため、前記再生塊は再利用が難
しい組成をもつようになり、したがつてその再利
用分野がきわめて限られたものになるのを避ける
ことができず、それ故真に理想的な省エネルギー
対策とは云えないものであつた。 そこで、アルミニウム缶の蓋部および胴体部を
同一合金で製造し、これにより缶製造時のコスト
ダウン、および回収や再生産における能率向上を
はかり、強いては還境美化および省エネルギーの
促進をはかることが試みられたが、上記比較的高
いMg含有量の前記5082合金および5182合金は、
著しい加工硬化特性をもつために、上記しごき加
工に対する成形性が悪いので、胴体材として使用
することができず、一方、従来法によつて製造さ
れた上記3004合金は、強度が低いので、蓋材に要
求されるバツクリング強度に不足しており、しか
も延性が低いためにプレス成形性が悪く、上記蓋
部のリベツトヘツドの複雑な加工に耐えることが
できないものであつた。 また、アルミニウム缶の蓋部には、耐食性の付
与とプレス成形性の向上をはかる目的で、エポキ
シ系などの樹脂を被覆し、ついで180〜320℃の範
囲内の温度に数秒〜数十分保持して焼付けること
からなる塗装焼付処理が施される。このため上記
蓋材には前記塗装焼付処理によつて著しい強度低
下をきたさぬような熱的安定性が要求されるが、
上記従来合金は非熱処理型合金であるために前記
塗装焼付処理によつて軟化するという問題点があ
る。 このようなことから、同一出願人は、先に、高
強度と高延性（高強靭性）をもち、成形性にもす
ぐれ、さらに熱的安定性の良好な、特にアルミニ
ウム缶の蓋部および胴体部の同一素材による成形
を可能としたAl合金板の製造法を特願昭51−
11244号および特願昭51−11245号として出願し
た。 確かに、上記A.A.3004合金に相当する組成を
もつたAl合金板に535℃以上の温度で溶体化処理
を施すことによつてMnとMg₂Siとを同時固溶さ
せ、後工程の冷間圧延と時効処理によつてMg₂Si
を析出させることを要旨とする上記先願発明の製
造法によつて、すぐれた強靭性および成形性を兼
ね備え、しかも熱的安定性にもすぐれ、さらに同
一素材によるアルミニウム缶の製造を可能とする
Al合金板を製造することができたが、上記先願
発明の製造法においては、MnとMg₂Siとを同時
固溶させるために、通常その重量が4tonにも及ぶ
Al合金板コイルを535℃以上の高温度で均一に加
熱し、15分間以上の長時間保持した後、前記コイ
ル全体を同様に均一の冷却速度で焼入れる（空冷
または水冷）という高度の技術と設備を必要とす
る溶体化処理を施さなければならず、かかる溶体
化処理は実操業的観点から望ましいものとは云え
ず、さらに改良が望まれるところであつた。 本発明者等は、上述のような観点から、Mnお
よびMg₂Siを同時固溶させるための溶体化処理
を、例えば急速連続熱処理炉中での短時間加熱で
行なうことができるようにすべく、さらに研究を
行なつた結果、Mnの固溶量、および溶体化処理
時に再固溶し難いMg₂Si安定相の量が、Al合金鋳
塊の均質化処理条件および熱間圧延条件に影響さ
れるという知見を得たのである。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたものであつて、Al合金板の基本的製
造工程を、 (a) Mn：0.5〜2.0％、Mg：0.4〜2.0％、Si：0.1
〜0.5％を含有し、さらに必要に応じて、Fe：
0.2〜0.8％、Cu：0.01〜0.5％、Zn：0.01〜0.5
％、Cr：0.01〜0.5％、Ti：0.005〜0.15％、
Zr：0.03〜0.20％、Ｖ：0.03〜0.25％、および
Ｂ：0.001〜0.01％のうちの１種または２種以
上を含有し、残りが実質的にAlと不可避不純
物からなる組成（以上重量％）をもつたAl合
金鋳塊を鋳造し、 (b) 上記鋳塊に580℃以上の温度で２時間以上の
均質化処理を施し、 (c) 上記均質化処理直後の鋳塊を300℃以下に急
冷した後、引続いて急速加熱して450℃以上の
温度に加熱した状態、あるいは450℃以下に冷
却することなく前記鋳塊が冷却されて450〜550
℃の温度範囲内の温度となつた状態で、熱間圧
延を行ない、 (d) この結果得られたAl合金板に加工度30％以
上の初期冷間圧延を施し、 (e) 前記Al合金板に450℃以上の温度で溶体化処
理を施した後、空冷または水冷し、 (f) 前記Al合金板に加工度10％以上の中間冷間
圧延を施し、 (g) 前記Al合金板に100〜200℃の範囲内の温度
で0.5〜16時間保持の予備時効処理を施し、 (h) 前記Al合金板に加工度10％以上の最終冷間
圧延を施し、 (i) 前記Al合金板に100〜200℃の範囲内の温度
に0.5〜８時間保持の最終時効処理を施し、 (j) 最終的に、熱的安定化をはかるために、前記
Al合金板を120℃以上の温度で短時間焼鈍す
る、以上(a)〜(j)からなる工程で構成し、 上記(b)工程の均質化処理と、上記(c)工程の熱間
圧延によつて、MnおよびMg₂Siを同時固溶させ
るための上記(e)工程の溶体化処理の簡便短縮化を
はかり、しかも後工程の冷間圧延工程および時効
処理工程によつてMg₂Siを析出させ、この結果と
して高強靭性とすぐれた成形性を保持するように
なることに特徴を有するものである。 ついで、この発明のAl合金板の製造法におい
て、成分組成、熱処理条件、および熱間、冷間圧
延条件を上記の通り限定した理由を説明する。 (1) 成分組成 (a) Mn その含有量が0.5％未満では、所望の強度
を確保することができず、一方2.0％を越え
て含有させると、鋳造時に巨大化合物を形成
して加工性を劣化させることから、その含有
量を0.5〜2.0％と定めた。 (b) Mg Mg成分は、固溶体硬化作用をもつほか、
Siとの結合により形成されたMg₂Siの析出に
よる硬化作用をもち、さらにMnと同様に強
度改善作用をもつが、その含有量が0.4％未
満では、前記作用に所望の効果が得られず、
一方2.0％を越えて含有させると、強度は高
くなるが、成形性が低下するようになること
から、その含有量を0.4〜2.0％と定めた。 (c) Si 上記のようにSi成分には、Mgと結合して
Mg₂Siを形成し、析出硬化させる作用がある
が、その含有量が0.1％未満では前記作用に
所望の効果が得られず、また0.5％を越えて
含有させると、強度は高くなるが、鋳造時に
巨大化合物を形成するようになつて加工性が
劣化することから、その含有量を0.1〜0.5％
と定めた。 (d) Fe Fe成分には結晶粒微細化作用と深絞り性
向上作用があるが、その含有量が0.2％未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方
0.8％を越えて含有させると加工性がそこな
われるようになることから、その含有量を
0.2〜0.8％と定めた。 (e) CiおよびZn その含有量が、それぞれCu：0.01％未
満、Zn：0.01％未満では、CuおよびZnのも
つ強度および深絞り性の改善作用に所望の効
果が得られず、一方それぞれCu：0.5％、
Zn：0.5％を越えて含有させると耐食性が阻
害されるようになることから、それぞれCu
およびZnの含有量を0.01〜0.5％と定めた。 (f) Cr、Ti、Zr、Ｖ、およびＢ これらの成分には、塗装焼付時の強度低下
を防止すると共に、限界絞り比を向上させ、
さらに結晶粒を微細化させる均等的作用があ
るが、それぞれCr：0.01％未満、Ti：0.005
％未満、Zr：0.03％未満、Ｖ：0.03％未満、
およびＢ：0.001％未満の含有では、前記作
用に所望の効果が得られず、一方Cr：0.5
％、Ti：0.15％、Zr：0.20％、Ｖ：0.25％、
およびＢ：0.01％をそれぞれ越えて含有させ
ると、鋳造時に巨大化合物を形成して延性お
よび加工性が劣化するようになることから、
Cr：0.01〜0.5％、Ti：0.005〜0.15％、Zr：
0.03〜0.20％、Ｖ：0.03％〜0.25％、および
Ｂ：0.001〜0.01％の含有量にそれぞれ定め
た。 (2) 均質化処理 この均質化処理には、鋳造組織を均質化して
熱間加工性を向上させるという通常の作用があ
るほか、鋳造時に強制固溶されたMnの析出を
できるだけ抑制する作用があるが、その処理温
度が580℃未満では、過飽和固溶体からのMnの
析出のノーズが550℃付近にあることから、前
記作用に所望の効果が得られず、またその加熱
時間が２時間未満では前記の均質化処理が不十
分であることから、処理温度を580℃以上、処
理時間を２時間以上とそれぞれ定めた。 (3) 熱間圧延 一般に、鋳塊を均質化処理した後、放冷し、
面削し、ついで再び加熱して熱間圧延を行なう
工程がとられているが、この放冷−再加熱によ
つてMnの析出および再固溶し難いMg₂Si安定
相の析出が起るものである。したがつて、これ
らMnおよびMg₂Siの析出を抑制するために
は、Mg₂Siの析出のノーズが400℃付近にある
ことから、前記の放冷−再加熱に際しては、
300℃以上の温度領域をすみやかに通過させる
必要がある。 また、放冷−再加熱を行なわない場合は、前
記の理由から鋳塊温度が450℃未満にならない
冷却状態で熱間圧延をする必要がある。 さらに、熱間圧延中におけるMnの析出を抑
制するためには、Mnの転位における優先析出
のノーズが400℃付近にあることから、熱間圧
延は450〜550℃の範囲内の温度で行なう必要が
ある。なお熱間圧延終了後は急冷するのが好ま
しい。 (4) 初期冷間圧延 初期冷間圧延は後工程の溶体化処理に影響を
及ぼし、30％未満の加工度では所望の溶体化処
理効果を得ることができないことから、その加
工度を経験的に30％以上と定めた。 (5) 溶体化処理 溶体化処理温度が450℃未満では、Mgおよび
Siを十分に固溶させることができないので、
450℃以上で溶体化処理を行なう必要がある。
なお、溶体化処理温度は高ければ高いほど、ま
たその保持時間が長いほど、さらに溶体化処理
後の冷却速度が速いほど、処理後のAl合金板
の機械的性質は向上するものであるが、この発
明の方法においては、上記均質化処理および熱
間圧延によつて、比較的低温にして短時間、例
えば急速連続熱処理炉を用いた場合、450〜550
℃の範囲内の温度での数秒程度の加熱で、所望
の溶体化処理を行なうことができるのである。 (6) 中間冷間圧延 この中間冷間圧延には、これに続いて行なわ
れる予備時効処理において、きわめて遅い析出
速度を有するMg₂Siの析出を促進し、もつて前
記予備時効処理に要する時間を大幅に短縮する
作用があるが、その加工度が10％未満では前記
作用に所望の効果が得られないので10％以上の
加工度にする必要がある。 (7) 予備時効処理 この予備時効処理は、これに続いて行なわれ
る最終冷間圧延において安定な転位下部組織が
得られるようにし、この結果として強靭化がは
かられるようにするために、均一かつ微細な
Mg₂Si析出物を適当な量だけ析出させるために
行なわれるが、その温度が100℃未満では、所
望の強靭化をはかるのに16時間を越えた長時間
を必要とするようになるため経済的でなく、ま
た200℃を越えた温度での処理では所望の強靭
化をはかる、すなわちAl合金板に所望の強度
と延性を付与することができない。さらに0.5
時間未満の処理時間では所望の予備時効処理効
果（強靭性）を得ることができない。このよう
な理由から、その処理温度を100〜200℃、その
処理時間を0.5〜16時間と定めた。 (8) 最終冷間圧延 上記のように安定な転位下部組織を形成する
ためには10％以上の加工度が必要であり、10％
未満の加工度では所望の高強靭性を確保するこ
とができない。 (9) 最終時効処理 この最終時効処理は、上記予備時効処理の場
合と同様に、Mg₂Siによる析出硬化と、同時に
前工程の最終冷間圧延において形成された加工
組織の回復をはかり、この結果として引張強
さ、伸び、および成形性を向上させるために施
されるが、その温度範囲を100〜200℃に限定し
た理由も上記予備時効処理の場合と同様な理由
にもとづくものである。なお、この最終時効処
理温度の実施選定にあたつては前記予備時効処
理に際して適用した温度を下まわらないと同時
に、後工程の熱的安定化処理温度を上まわらな
い温度にする必要がある。また、最終時効処理
の保持時間は、熱的安定化処理条件を考慮して
適宜選定してやればよく、0.5〜８時間の保持
で十分である。 (10) 熱的安定化焼鈍 120℃未満の温度での熱的安定化処理では所
望の効果を得ることができないので、熱的安定
化のためには120℃以上の温度での短時間加熱
が必要である。なお、上述したように使用に先
立つて蓋材に施される上記被覆処理における
180〜320℃の温度での被膜焼付けをもつて熱的
安定化処理としてもよい。 ついで、この発明の製造法を実施例により説明
する。 それぞれ第１表に示される成分組成をもつた
Al合金鋳塊に対して、同じく第１表に示される
条件で均質化処理を施して急冷した後、450〜550
℃の範囲内の所定温度に急速加熱し、この温度で
熱間圧延を行ない板厚：６mmとし、ついで初期冷
間圧延にて板厚：1.6mmとし、引続いて、前記初
期冷間圧延後のAl合金板に対して、第１表に示
される条件で溶体化処理を施し、水冷した後、中
間冷間圧延によつて板厚：１mmとし、つぎに前記
中間冷間圧延後のAl合金板に、同じく第１表に
示される条件で予備時効処理を施した後、最終冷
間圧延にて板厚：0.4mmとし、さらに同じく第１
表に示される条件で最終時効処理および熱的安定
化処理

【表】 を施すことによつて本発明法１〜13および比較法
１、２をそれぞれ実施した。 なお、比較法１は、均質化処理条件を現行条件
とし、また比較法２は予備時効処理を省略したも
のである。 つぎに、上記本発明法１〜13によつて製造され
たAl合金板（以下本発明Al合金板１〜13とい
う）、および上記比較法１、２によつて製造され
たAl合金板（以下比較Al合金板１、２という）
について、引張り特性を測定し、この結果を第２
表に示した。また、第２表には、比較の目的で、
通常の製造工程によつて製造された3004合金板−
H19材（以下従来Al合金板１という）および5182
合金板（以下従来Al合金板２という）の引張り
特性も示した。 第２表に示される結果から明らかなように、本
発明Al合金板１〜13は、いずれも従来Al合金板
１に比して格段にすぐれた引張り特性をもち、し
かも従来Al合金板２よりも高い耐力および同程
度の伸びを示し、引張り強さのみが従来Al合金
板２

【表】 のそれよりもやや劣つたものになつている。しか
し、本発明Al合金板１〜13は、いずれも７Kg/cm²
のバツリング強度を示すのに必要な30Kg/cm²以上
の耐力をもつているので、炭酸飲料のガス圧に対
する材料強度としては十分な強度をもつものであ
る。 また、比較Al合金板１、２は、特に本発明Al
合金板11〜13との比較において、これより強度お
よび伸びとも劣つており、中でも耐力は前記の所
望値、すなわち30Kg/cm²以上の耐力をもたず、こ
れらの結果から、熱間圧延板の製造条件や熱処理
条件などがこの発明の範囲から外れると所望の引
張り特性を得ることができないことが理解される
ものである。 さらに、本発明Al合金板11と12との比較か
ら、この発明の方法においては、その引張り特性
が溶体化処理時間の長さにほとんど影響されず、
きわめて短時間で溶体化処理効果が発揮されるこ
とがわかる。 ついで、本発明Al合金板１〜13、比較Al合金
板１、２および従来Al合金板１、２について、
限界絞り比（L.D.R.）、エリクセン値（Er）、お
よびK.W.I.値を測定した。前記各測定はアルミ
ニウム缶の蓋部成形に際して、その成形性を評価
するために行なつたもので、L.D.R.の測定は深
絞り性を評価するために、またErの測定は張出
し性を、さらにK.W.I.値の測定はリベツトヘツ
ド上部にタブをかしめる際に受ける伸びフランジ
成形の変形能を評価するためにそれぞれ行なつた
ものである。この測定結果を第２表に示した。 第２表に示されるように、本発明Al合金板１
〜13の成形性は、従来Al合金板１（3004合金板
−H19材）に比して著しくすぐれたものになつて
いると共に、従来蓋材として用いられている従来
Al合金板２（5182合金板）および比較Al合金板
１、２のもつ成形性と比較しても総体的にすぐれ
た成形性を示している。 上述のように、この発明の方法によれば、従来
Al缶の胴体材として使用されている3004合金板
や、これに近い組成を有するAl合金板に比し
て、高強度と高延性（高い強靭性）、さらにすぐ
れた成形性を有するAl合金板を製造することが
でき、これによりAl缶の胴体部と実質的に同一
の組成を有する材料で蓋部を成形することが可能
となるほか、その他の製品の製造に適用した場合
にもすぐれた特性を付与することができるように
なるのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 重量％で、少なくとも、 Mn：0.5〜２％、 Mg：0.4〜２％、 Si：0.1〜0.5％、 を含有するAl合金の鋳塊を形成し、 (b) 上記鋳塊に580℃以上の温度で２時間以上の
   均質化処理を施し、 (c) 上記均質化処理直後の鋳塊を300℃以下に急
   冷した後、引続いて急速加熱して450℃以上の
   温度に加熱した状態、あるいは450℃以下に冷
   却することなく前記鋳塊が冷却されて450〜550
   ℃の温度範囲内の温度となつた状態で、熱間圧
   延を行ない、 (d) この結果得られたAl合金板に加工度30％以
   上の初期冷間圧延を施し、 (e) 前記Al合金板に450℃以上の温度で溶体化処
   理を施した後、空冷または水冷し、 (f) 前記Al合金板に加工度10％以上の中間冷間
   圧延を施し、 (g) 前記Al合金板に100〜200℃の範囲内の温度
   で0.5〜16時間保持の予備時効処理を施し、 (h) 前記Al合金板に加工度10％以上の最終冷間
   圧延を施し、 (i) 前記Al合金板に100〜200℃の範囲内の温度
   に0.5〜８時間保持の最終時効処理を施し、 (j) 前記Al合金板を、熱的安定化をはかるため
   に、120℃以上の温度で短時間焼鈍する、 以上(a)〜(j)の基本工程からなり、 上記(b)工程の均質化処理および上記(c)工程の熱
   間圧延によつて、短時間の上記(e)工程の溶体化処
   理で、MnおよびMg₂Siの同時固溶を可能とした
   ことを特徴とする強度、延性、および成形性を兼
   ね備えたアルミニウム合金板の製造法。