JPS63293144A - 高強度、高成形性アルミニウム合金板及びその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は成形加工用アルミニウム合金硬質板の製造技術
に係り、より詳しくは、ビール、炭酸飲料等の缶の成形
加工時に均一に変形し易い高成形性で高強度のアルミニ
ウム合金硬質板及びその製造法に関するものである。 （従来の技術） 一般に、ビール缶、炭酸飲料缶などの缶蓋用のアルミニ
ウム材にはＪＩＳ５０８２．５１８２合金等が使用され
ており、その一般的な製造法としては、アルミニウム合
金鋳塊に均質化熱処理を施した後、熱間圧延を行い、次
いで冷間圧延及び／又は中間焼鈍を必要に応じて施した
後、仕上冷間圧延により所定の板厚の冷延板とし、場合
により仕上焼鈍を施してアルミニウム合金硬質板を得て
いる。その後は、缶蓋用の主成形加工を行い、塗装焼付
した後、一般的には（１）シェル（ベーシック・エンド
）加工、（２）多段張出し加工、（３）スコア加工、（
４）リベット加工、（５）シーミング等の成形加工が行
われる。 そしてこのように成形加工された缶蓋としては、（１）
開缶性、（２）耐圧性、（３）タブ抜は性、（４）耐食
性等が優れている品質特性が要求される。 （発明が解決しようとする問題点） ところで、近年、コストダウンの観点からこの種の缶蓋
用アルミニウム合金も薄肉高強度化が図られてきており
、このことは加工性の低下或いは開缶性の低下を招き、
各種のトラブルが生じている。また、缶蓋の成形条件の
面からは生産性向上のために高速化が進み、更に加工性
の低下を促している。いずれにしても缶蓋材の成形性の
改善が強く望まれているところである。 例えば、スコア加工においては、アルミニウム合金の高
強度化に伴ってスコアダイスの圧入時にクラックが発生
し易くなるが、このクラックは内容物の漏れにつながる
ため、スコア残厚を薄くできないという事情がある。し
かし乍ら、スコア残厚を厚くすると開缶性が悪くなる恐
れがある。 この点、従来より、この種のアルミニウム材としては、
概ね単に化学成分を調整するという研究指向であったが
（例、米国特許第３５０２４４８号明細書）、これでは
一層の高強度薄肉化に対応することができないため、圧
延板の組織面での適正化を指向する研究が進められてき
ている（例。 特公昭６２−９１７７号公報）、シかし乍ら、未だ充分
に対応できるアルミニウム材は見い出されていない。 本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、薄肉高強度化
及び高速成形化のもとで、成形性の低下を防止できるア
ルミニウム合金硬質板とその製造法を提供することを目
的とするものである。 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者らは、従来のこの種
のＡｌ合合金ついて化学成分の調整により高強度化を図
りつつ、新たな観点から成形性低下の防止等を可能にす
る方策を研究したところ、成形性、特にスコア加工性と
この加工に伴う転位移動との関連性に着目するに至り、
その結果、材料の製造工程条件を制御することにより、
圧延板の結晶状況を成形性の向上並びに高速成形化に耐
え得る状態に変化させることが可能であることを見い出
し、ここに本発明をなしたものである。 すなわち１本発明は、Ｍｇ：３．Ｑ〜５．５％及びＭｎ
：０．１〜１．０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的
不純物からなるアルミニウム合金板であって、圧延板表
面の結晶粒最大幅が３０〜５０μ尾であり、及び／又は
亜結晶粒で覆われた領域が面積率で３０％以上であるこ
とを特徴とする高強度、高成形性アルミニウム合金硬質
板を要旨とするものである。 また、該高強度、高成形性アルミニウム合金硬質板の製
造法に係る本発明法は、Ｍｇ：３．０〜５゜５％及びＭ
ｎ：０．１〜１．０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避
的不純物からなるアルミニウム合金の鋳塊につき、４５
０〜５５０℃の均質化熱処理を施した後、熱間圧延を行
い、その後の仕上冷間圧延及び仕上焼鈍に際して、仕上
冷間圧延率７５〜９０％とし、及び仕上焼鈍温度２００
〜２５０℃で１時間以上保持する条件にて実施すること
により、圧延板表面の結晶粒最大幅を３０〜５０μｍと
し、亜結晶粒で覆われた領域が面積率で３０％以上にす
ることを特徴とするものである。 以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。 まず１本発明におけるアルミニウム合金の化学成分限定
理由を説明する。 Ｍｇは強度の向上に大きな効果を与える元素であるので
、適量を添加する必要がある。Ｍｇの含有量が３．０％
未満ではビール、炭酸飲料用等の缶の蓋として要する強
度が不足し、また５、５％を超えると強度は高くなるも
のの、加工性が低下する。したがって、Ｍｇの含有量は
３．０〜５．５％の範囲とする。 Ｍｎは強度の向上、結晶粒の微細化に効果がある元素で
あるので、適量を添加する必要がある。 Ｍｎ含有量が００１％未満ではこれらの効果が少なく、
また１、０％を超え多量に添加すると、粗大な金属間化
合物の成長を招き、特に缶蓋のように多段張出し加工を
要する場合には割れ発生の起点となる。したがって、Ｍ
ｎの含有量は０．１〜１゜０％の範囲とする。 なお、上記組成のアルミニウム合金には不純物が随伴さ
れ得るが、不純物の量は本発明の効果を損なわない限度
で許容することができる６例えば。 Ｓｉは０．３％以下、Ｆｅは０．６％以下、Ｃｕは１゜
０％以下、Ｃｒは０．３％以下、Ｔｉは０．２％以下、
Ｚｎは１．０％以下、Ｚｒは０．２％以下に規制するの
が望ましい。 次に、上記化学成分を有するアルミニウム合金に対して
、従来と同様、溶解、鋳造、均質化熱処理、熱間圧延を
施し１次いで冷間圧延及び中間焼鈍を必要に応じて施し
、仕上冷間圧延を行う。 但し、本発明では、亜結晶粒の面積占有率或いは圧延板
表面の結晶粒最大幅が特定の値となるような条件にて製
造プロセスを適用することが胛要である。特に亜結晶粒
の面積占有率と結晶粒最大幅の双方を規制するには殊に
仕上冷間圧延率と仕上焼鈍条件を共に規制するのが好ま
しい。 ここで、まず、圧延板表面の結晶粒に関して説明する。 結晶粒は１通常の成形性を問題にする場合には小さくし
た方がよいケースが多い、しかし１本発明者らの実験研
究によれば、スコア加工の場合には逆であることが判明
した。 すなわち、スコア加工の場合、圧延方向に対してＯ”　
、４５＠、９０’方向等でランダムに加工されるため、
あらゆる方向に均一に変形されるのがよい。一般に金属
材料は加工を受ける時に転位の移動を伴うが、この場合
、結晶粒界は転位移動の際に障害物となるため、結晶粒
界を通過する確率が低い方が転位が移動し易い。したが
って、スコア加工の方向を考慮すると、結晶粒が大きい
方が均一に変形し易いことになる。 この点、通常、高強度が要求されるので仕上冷間圧延率
を高くしている場合が多く、結晶粒は圧延方向に延びて
いる。したがって、スコア加工では圧延方向に対して直
角方向に転位が移動する場合が問題となるが、圧延方向
と直角な方向で結晶粒が大きい方が均一に変形し易くな
り、クラックの発生が少なくなり、スコア残厚を薄くで
きるので開缶性を向上できる。第１図の＜８＞、（ｂ）
に示す結晶粒の場合、圧延方向（図中、矢印）に直角な
方向で結晶粒が大きい（ａ）の場合の方が（ｂ）の場合
よりも均一に変形し易い。 そのため１本発明においては、圧延板表面の結晶粒の大
きさについて、結晶粒最大幅、特に圧延方向と直角な方
向における最大幅が３０〜５０μ園の範囲となるように
規制するものである。この最大幅が３０μ園より小さい
と不均一変形が生じ、スコア残厚を薄くできず、また５
０μ鳳を超えるとスコア加工性はよいものの、大きすぎ
て通常の多段張出し加工、リベット加工で割れが発生す
るので、好ましくない。 次に、亜結晶粒に関して説明する。 仕上冷間圧延後のミクロ組織は結晶粒が圧延方向に延び
た組織を呈しているが、これを本発明者らがＴＥＭ（透
過電子顕微鏡）等により拡大して観察した結果、結晶粒
の中に更に転位が絡み合い。 且つ転位密度の高い領域が転位密度の低い領域を囲んだ
、いわゆるセル状組織を呈していることが認められた。 そこで、このセル状組織と製造プロセスとの関連性につ
いて実験研究したところ、セル状組織は１通常の塗装焼
付（例、２００℃×２Ｑ　ｌ１ｉｎ）では消えないが、
更に高い温度或いは長時間焼鈍すると、いわゆる回復が
起こり、このセル壁の転位がほぼ整理されて亜結晶粒を
呈するようになることが認められた。そして、スコア加
工時に転位が移動する場合を考察してみると、セル状組
織の場合にはセル壁がその障害物となって不均一変形を
起こし易いが、亜結晶粒（１〜２μｍ）の場合には転位
の移動がスムーズに行われ、均一に変形し、スコア加工
性に優れることが判明した。 したがって、本発明では、上記知見に基づき、亜結晶粒
を形成するために塗装焼付前の段階（すなわち、仕上冷
間圧延後）で比較的高温の２００〜２５０℃で１時間以
上保持する熱処理（仕上焼鈍）を施すのである。なお、
仕上焼鈍温度は要求される強度に応じてその範囲内で適
宜選定されるものである。 この仕上焼鈍により得られた材料においては、亜結晶粒
で覆われた領域が少なくとも３０％あれば、均一変形を
起こし、優れたスコア加工性が得られる。なお、一般に
亜結晶粒の面積占有率が同一の場合でも、強度が高いほ
ど不均一変形を起こし易いが、上記範囲に亜結晶粒面積
占有率をコントロールすれば、薄肉高強度の場合でもス
コア加工性の低下を防止できる。また一般に高速成形の
際にも不均一変形を起こし易い傾向にあるが、上記範囲
に亜結晶粒面積占有率をコントロールすれば、高速成形
が可能となる。 次に、本発明法の製造工程条件について説明する。 まず、前述の化学成分を有するアルミニウム合金を常法
により溶解、鋳造して鋳塊を得て、鋳塊に均質化熱処理
を施して熱間圧延を行うが、均質化熱処理の温度は熱間
圧延性に大きな影響を与えるので、４５０〜５５０”Ｃ
の温度で均質化熱処理を行う必要がある。４５０℃未満
では均質化が不充分であると共に熱間圧延時に耳割れを
発生する原因となり、また５５０℃を超えるとバーニン
グ等を発生し１表面状況を劣化させるので、好ましくな
い、なお、保持時間は、温度により異なるものの適宜決
定することができ、例えば、５００℃以上であれば保持
時間０時間であっても問題はなり＼。 また、熱間圧延条件は特に限定されず１通常の条件で差
し支えない。例えば、熱延開始温度を４００〜５００℃
とし、熱延終了温度はホットコイル厚２〜８■であれば
２８０〜３５０℃とすればよい。 熱間圧延後は、冷間圧延或いは中間焼鈍を必要に応じて
行い、仕上冷間圧延を行う、この場合、中間焼鈍条件は
特に制限されず、急速加熱冷却及び徐加熱徐冷のいずれ
でもよいが、完全に再結晶させることは必要である。 仕上冷間圧延では、その圧延率が上記圧延板表面の結晶
粒最大幅並びに強度に影響を及ぼすので。 コントロールする必要がある。仕上冷間圧延率は。 ７５％未満では結晶粒が粒状となり、結晶粒最大幅が上
記範囲３０〜５０μ−より小さくなり、また９０％を超
えると強度が高くなりすぎて加工性の低下を招くので、
７６〜９０％の範囲とする。 仕上冷間圧延後は、塗装焼付前の段階で仕上焼鈍を施す
。この仕上焼鈍は前述の如く亜結晶粒の形成に重要な工
程であり、２００〜２５０℃で１時間以上保持する条件
で行う必要がある。この条件は化学成分及び必要強度に
より若干具なるものの、２００℃未満ではその効果が少
なく、２５０℃を超えると急激な強度低下を招くので好
ましくなく、また保持時間が１時間未満では工業Ｅ安定
性に欠けるので好ましくない。 なお、上記製造工程条件のコントロールに際しては、圧
延板表面の結晶粒最大幅の規制を主とするときは特に冷
間仕上圧延率を、また亜結晶粒の面積占有率の規制を主
とするときは仕上焼鈍条件を重点的にコントロールすれ
ばよいが、両者の条件の規制を併用するのが好ましい。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 失態■工 第１表に示す化学成分（ｗｔ％）を有するアルミニウム
合金を常法により溶解、鋳造し、得られた鋳塊に５２０
’ＣＸ３ｈｒの均質化熱処理を施した後。 熱間圧延により、４．５ｍｍ厚とした。その後、冷間圧
延により１．８■厚とし、中間焼鈍（第２表の条件）及
び仕上冷間圧延によりＱ、３Ｂｍ厚とした。 仕上冷間圧延率は８３％である。 得られた０、３ｍ−材は２通りに取扱われ、一方はその
ままにし、他方は第２表に示す条件の仕上焼鈍を施した
後、いずれにもベーキング（２００’ＣＸ　２０　ｌ１
ｉｎ）を施した。 ベーキング後の各材料について１機械的性質を調べると
共に、ＴＥＭ１００ＯＯ倍の観察により亜結晶粒面積占
有率を測定し、またスコア加工試験を行なった後、外観
観察によりくびれ、微小割れ等の発生状況を調べた。こ
れらの結果を第２表に併記する。なお、スコア加工試験
は平板に交角５０°、スコア底部幅３０μ霧のダイスを
プレスにて圧入し、スコア加工部を肉眼観察して評価し
た。 第２表より明らかなとおり１本発明例の２Ｂ及び２Ｃは
いずれも亜結晶粒面積占有率が３０％以上を呈し、且つ
スコア加工でもくびれの兆候すらなく優れたスコア加工
性を示している。一方、亜結晶粒面積占有率が３０％未
満の比較例はいずれも本発明例よりもスコア加工性に劣
り、特に、比較例３Ｂは３０％以上を呈したものの、巨
大品出物によるくびれが発生していた。 ■以下余白】 去】１１魚 第３表に示す化学成分（ｗｔ％）を有するアルミニウム
合金を常法により溶解、鋳造し、得られた鋳塊に５００
℃Ｘ４ｈｒの均質化熱処理を施した後、熱間圧延（３１
２℃）により６−ｍ厚とした０次いで。 冷間圧延により第４表に示す板厚とし、同表に示す条件
で中間焼鈍を施した後、同表に示す仕上冷間圧延率で製
品厚０．３＋ｓｍとした。 その後、焼付塗装を想定し、ベーキング（２００℃Ｘ２
０謹ｉｎ）を施した。 ベーキング後の各材料について、機械的性質を調べると
共に結晶粒最大幅を測定し、またスコア加工試験後の外
ＭＷＡ察によりくびれ、微小割れ等を調べ、更に多段張
出し性を調べた。これらの結果を第４表に併記する。 なお、スコア加工試験は実施例１と同様の要領で行なっ
て第４表（注）に示す基準でスコア加工性を評価した。 結晶粒幅については、材料を圧延方向に直角に切断し、
この方向の結晶粒を光学顕微１１１００倍でＩＩｍして
その最大幅を結晶粒最大幅とした。また多段張出し性に
ついては、６φ→４φ→３．２φのポンチにて連続して
張出し小径化して同表（注）に示す基準で評価した。 第４表より明らかなとおり、本発明例のＮｕ　１−２及
びＮｏ　１−３は高強度を有し、且つスコア加工性、多
段張出し性の加工性が優れている。これに対し、比較例
はいずれもスコア加工性、多段張出し性のいずれか或い
は双方が劣り、従来から使用されている中強度材に相当
する比較例Ｎａ　１−４及びＮ［Ｌ４（ＪＩＳ５０８２
相当）は、前者はスコア加工でくびれが生じ、後者はス
コア加工性は良好であるものの多段張出しでくびれが生
じた。

【以下余白１ 矢」１例」− 第５表に示す化学成分（ｗｔ％）を有するアルミニウム
合金を常法により溶解、鋳造し、得られた鋳塊に４８０
℃Ｘ４ｈｒの均質化熱処理を施した後、熱間圧延により
４ｍｍ厚とした１次いで、冷間圧延により１．５ｍ閣厚
とし、４０℃／ｈｒの昇降温速度、３５０℃Ｘ２ｈｒの
中間焼鈍を施した後、仕上冷間圧延（圧延率８０％）に
より０．３１１Ｉ■厚とした。更に４０℃／ｈｒの昇降
温速度、２２０℃Ｘ２ｈｒの仕上焼鈍を施した後、塗装
焼付を想定して２００℃Ｘ２０ｍ１ｎのベーキングを施
した。 ベーキング後の各材料について１機械的性質を調べると
共に亜結晶粒面積占有率及び結晶粒最大幅を測定し、ま
たスコア加工性を調べた。これらの結果を第６表に示す
。 なお、亜結晶粒面積占有率は実施例１と同じ要領で測定
し、結晶粒最大幅は実施例２と同じ要領で測定した。ま
たスコア加工性は実施例１と同じ要領及び基準で評価し
た。 第６表から明らかなとおり、本発明範囲内の結晶粒最大
幅及び亜結晶粒面積占有率を有する本発明例Ｎａ２は、
スコア加工性に優れると共に必要強度（σ。ｅｘ＞　２
９ｋｇｆ／ａｍ”）を充分に満足している。 一方、比較例Ｎａｌはスコア加工性に優れているものの
、強度が不足しており、また比較例＆３は強度は高いも
のの、結晶粒最大幅及び亜結晶粒面積占有率が不満足で
あってスコア加工性に劣っている。 【以下余白】 ヌ１０１先 実施例３に用いた第５表中の供試材＆２のアルミニウム
合金の４醜鳳厚の熱延板を冷間圧延により第７表に示す
板厚とし、これに第７表に示す条件で中間焼鈍を施した
後、仕上冷間圧延により製品厚０．３■霞とした０次い
で、第７表に示す条件で仕上焼鈍を施した後、塗装焼付
を想定して２００℃Ｘ２０ｍ１ｎのベーキングを施した
。 ベーキング後の各材料について、機械的性質を調べると
共に、実施例３と同じ要領で結晶粒最大幅及び亜結晶粒
面積占有率を測定し、スコア加工性を評価した。これら
の結果を第８表に示す。 第８表から明らかなとおり１本発明範囲内の製造条件で
仕上冷間圧延率７５〜９０％及び仕上焼鈍条件（２００
〜２５０℃に１時間以上保持）を満たす製造工程Ｅのも
のは、必要強度（σ。、、＞２９ｋｇｆ／■■２）を満
たし且つスコア加工性に優れている。一方、比較例のも
のは必要強度を満たさないか或いはスコア加工性を満足
しておらず、特に。 仕上冷間圧延率が低いと仕上焼鈍温度が高くともスコア
加工性が不満足か（比較例Ｂ）或いは強度が不足しく比
較例Ｃ）、仕上冷間圧延率が適切であっても仕上焼鈍温
度が適切でないとスコア加工性が不満足か（比較例Ｄ）
或いは強度が不足しく比較例Ｆ）、逆に仕上冷間圧延率
が高すぎてもスコア加工性が不満足か（比較例Ｇ、Ｈ）
或いは強度が不足している（比較例Ｉ）。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように１本発明によれば、缶蓋用等のアル
ミニウム材として、その化学成分を調整すると同時に、
製造条件の規制、特に仕上冷間圧延率及び／又は仕上焼
鈍条件をコントロールすることによって結晶粒最大幅及
び／又は亜結晶粒面積率の適正化を図るので、高強度で
あるにも拘らず加工性が高く、特にスコア加工性或いは
多段張出し性に優れたアルミニウム合金硬質板を提供す
ることができる。したがって、各種の飲料缶蓋に適用し
た場合に高強度薄肉化が可能となり、近年の省資源、省
エネルギーの要請に応える効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は圧延板の圧延方向及びこれと直
角な方向における結晶粒の大きさの状況を示す説明図で
ある。 特許出願人　　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　　中　　村　　　尚 第１図 （α）　　　　　（し）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｍｇ：３．０〜５．５
   ％及びＭｎ：０．１〜１．０％を含有し、残部がＡｌ及
   び不可避的不純物からなるアルミニウム合金板であって
   、亜結晶粒で覆われた領域が面積率で３０％以上である
   ことを特徴とする高強度、高成形性アルミニウム合金硬
   質板。
2. （２）Ｍｇ：３．０〜５．５％及びＭｎ：０．１〜１．
   ０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる
   アルミニウム合金板であって、圧延板表面の結晶粒最大
   幅が３０〜５０μｍであることを特徴とする高強度、高
   成形性アルミニウム合金硬質板。
3. （３）Ｍｇ：３．０〜５．５％及びＭｎ：０．１〜１．
   ０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる
   アルミニウム合金板であって、亜結晶粒で覆われた領域
   が面積率で３０％以上であり、且つ圧延板表面の結晶粒
   最大幅が３０〜５０μｍであることを特徴とする高強度
   、高加工性アルミニウム合金硬質板。
4. （４）Ｍｇ：３．０〜５．５％及びＭｎ：０．１〜１．
   ０％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる
   アルミニウム合金の鋳塊につき、４５０〜５５０℃の均
   質化熱処理を施した後、熱間圧延を行い、その後の仕上
   冷間圧延及び仕上焼鈍に際して、仕上冷間圧延率７５〜
   ９０％とし、及び仕上焼鈍温度２００〜２５０℃で１時
   間以上保持する条件にて実施することにより、圧延板表
   面の結晶粒最大幅を３０〜５０μｍとし、亜結晶粒で覆
   われた領域を面積率で３０％以上にすることを特徴とす
   る高強度、高成形性アルミニウム合金硬質板の製造法。