JPS63297536A - 耐食性アルミニウム合金複合板およびその製造方法 - 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、食塩内容物によって腐食を起し易い食品缶材
、特に蓋材に適した耐食性アルミニウム合金複合板およ
びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、含塩の飲料その他の食品を包装する缶材の蓋材に
は、ティンフリー・スチール、ブリキ等の軟鋼板が多く
使用されていた。

又炭酸飲料およびビール等の塩分含有量の少い飲料缶の
蓋材として、Ａ　５０５２、Ａ　５０Ｂ２、Ａ　５０８
３等のＡｌ−ＭＣＪ系アルアルミニウム合金用されてい
る。しかし、内容物の塩分含有量が多くなると、胴材の
軟鋼との電位差によるガルバニック腐食が起るために、
上記アルミニウム合金板に十分な厚みをもった樹脂塗膜
を付加することによって、該腐食を防止してい、る。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の金属製缶材の腐食には、材料自体の微視的金属組
織に関連する自己腐食と、缶蓋部材と缶胴部材とが異種
合金でおるときに、両材間に生じる接触電位差によって
起る巨視的なガルバニック腐食とがある。

ガルバニック腐食は缶胴部に軟鋼板を、缶蓋部にアルミ
ニウム合金板を用いた場合に特に顕著に起る現象であり
、したがって、缶胴と缶詰に同一の合金を用いない限り
、このガルバニック腐食は完全に防止されない。缶胴と
缶蓋に前述のティンフリー・スチール、ブリキなどの軟
鋼板を用いた缶では、このガルバニック腐食は軽微では
めるが、強度が高いために開缶しにくく、時には手が切
れるという問題があった。また、缶胴および缶蓋にアル
ミニウム合金板を用いる場合でも、胴部にＪＩＳ　Ａ　
３００４、蓋部にＪＩＳＡ　５０５２、同Ａ　５０８２
等と異種のアルミニウム合金板を用いたものでは、ガル
バニック腐食を無視できない。

そして、胴部に軟鋼板、蓋部にアルミニウム合金板を用
いたものでは前述のとおりガルバニック腐食が起るので
、保護被膜の性能が不十分なアルミニウム合金板は蓋材
として使うことができない。しかしながら、完全無欠な
保護被膜を用意することが工業生産においては難しいと
いう問題が潜在しているので、たとえ保護被膜が不完全
であってもそれ自体腐食しないようなアルミニウム合金
板の開発が望まれていた。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記問題点を解決せんとするもので、その第
１発明は、Ｍｇ０．４〜２．０％、Ｓｉ０．０５〜０．
１５％、Ｍｎ０．３０〜１．５％、Ｃｕ０．１０〜０．
５０％、Ｆ　ｅ　０．０５〜０．５０％を含み、残部は
実質的にＡｌであるアルミニウム合金からなる合金を皮
材とし、純度９９．５％以上のアルミニウムを中間層と
し、ＭＣ２０，４〜２．０％、Ｓｉ０．０５〜０．１５
％、Ｍｎ０．３０〜１．５％、Ｃｕ０．５０〜１．５％
、Ｆ　ｅ　０．０５〜０．５０％を含み、残部は実質的
にＡｌであるアルミニウム合金の芯材から構成されてお
り、かつ、芯材中のＣｕｂをＸＩ、皮材中のＣＵｔを×
２とシタ場合に、３０＜：９２　（ｆｆ　−ｚ　＞　≦
１００を満足させることにより、１．０％食塩水溶液中
における芯材と皮材の孔食電位の差が３０〜１００ｍＶ
でおることを特徴とする耐食性アルミニウム合金複合板
である。上記の合金成分は、（１）軟鋼板とのガルバニ
ック腐食を防止すること、（２）缶蓋材として必要十分
な強度、成形加工性を確保すること、（３）皮材の孔食
電位が芯材の孔食電位に比べて３０〜１００ｍＶ卑にな
ることを目標として選定されたものである。

すなわち、ＭＣＩとＳｉは強度を確保するために添加さ
れる。しかし、ＭＱは０．４％未満では十分な強度が得
られず、一方２．０％を越える添加はガルバニック腐食
抵抗を低下させる。ＳｉはＭＣＩと共にＭＱ２Ｓｉなる
微細化合物を形成してこれにより強度を向上させる。し
かし、０．０５％より少い担ではＭＱ２Ｓｉの生成量が
不足して強度が得られず、一方０．１５％を越えると材
料自身の耐自己腐食性が低下する。Ｍｎはガルパニック
腐食抵抗性を低下させずに強度を向上させる効果を有し
、Ｍｇと５ｉの添加だけでは不十分な強度を補う役割を
もっている。ただし、０．３０％より少い量ではその効
果が小さく、一方１．５％を越えて添加すると粗大化合
物を形成し、これにより成形加工性を低下するので好ま
しくない。Ｃｕを添加する最大の理由は、アルミニウム
合金板の孔食電位を軟鋼板の自然電極電位と同一水準に
することでおり、これによって軟鋼とのガルバニック腐
食が防止される。

この効果は、本発明者らの実験的解析によればＣｕｆｆ
１をＸ、ＣＵ添加による孔食電位の上昇分をΔＦとする
と八Ｅ＝９２−ｆ’にで現わされ、Ｃｕ量が０．１％よ
り少い量では不十分で、１．５％を越える川では軟鋼板
の方がガルバニック腐食を起す恐れがあって好ましくな
い。また、１，５％を越える多量のＣｕを含むアルミニ
ウム合金板は、食塩水中での耐自己腐食性を低下するの
で、含塩食品用包装材として不適である。またＣｕには
強度と成形加工性を向上させる効果もある。

Ｆｅは再結晶の微細化に効果があるが、０．５０％を越
えると水素過電圧が低下し、材料自身の耐自己腐食性が
低下する。好ましくは０．３％以下がよい。

さらに皮材は皮材自身が耐孔食性を有するのに加えて、
芯材中のＣＬＪｆｆｌＸ＋、皮材中のＣｕ母Ｘ２に対し
、３０≦９２（愈−のＧ）≦１００を満足させることに
より、芯材を陰極防食するので複合板材のガルバニック
腐食抵抗性は著しく向上する。

中間層は皮材と芯材のバインダーとしての機能とともに
皮材消失後の犠牲陽極効果も有している。

次に軟鋼板とアルミニウム合金板のガルバニック腐食及
び皮材の陰極防食について説明する。

自然電極電位に差のある二つの金属材を接触させると、
その接触電位差と両金属間の回路抵抗によって定まる腐
食電流が流れることになる。

ガルバニック腐食は、この腐食電流によるアノード溶解
によるものであり、この溶解量が必る限度を越えると金
属板に貫通孔を生ずることになる。アルミニウム合金製
イージーオープン型缶蓋の場合、最薄部の板厚（１００
μｍ）を１年間で貫通させないためには室温での腐食電
流を３μＡ／Ｃｍ２以下に制限すればよいことが判明し
た。

また、芯材を陰極防食する皮材の孔食電位は、芯材の孔
食電位より卑であることが必要でおるが、本発明者らの
実験的解析によれば、両者の差が３０ｍＶ未満では効果
がなく、１００ｍＶを越えると皮材の溶解量が過多とな
って、陰極防食効果が長時間持続しない。

第２発明は、上記第１発明の耐食性アルミニウム合金複
合板の製造法で、ＭＱｏ、４〜２．０％、Ｓ　ｉ　０．
０５〜０．１５％、Ｍ　ｎ　０．３０〜１．５％、Ｃｕ
０．５０〜１．５％、Ｆｅ０．０５〜０．５％を含み、
残部は実質的にＡｌでおる芯材を構成するアルミニウム
合金の鋳塊と、その合金鋳塊の厚さの８〜１５％に相当
するＭｇ０．４〜２．０％、Ｓ　ｉ　０．０５〜０．１
５％、Ｍｎ０．３０〜１．５％、ＣＬＪｏ、１０〜０．
５０％、Ｆ　ｅ　０．０５〜０．５０％を含み、残部は
実質的にＡｌでおり、かつ、芯材中のＣｕ１ｔをＸｌ、
皮材中のＣＵｔを×２とした場合に、３０≦９２　（Ｖ
Ｘ””＋−４Ｎ””；）≦１００の関係を満足させた皮
材を構成するアルミニウム合金の熱間圧延板゛および中
間層としてその熱間圧延板の厚さの８〜１５％に相当す
る純度９９．５％以上のアルミニウム熱間圧延板を仮溶
接した後、４８０〜６００℃で均質化処理し、４００〜
５５０℃で熱間圧延し、最終厚さ１．２倍以上の厚さの
板に冷間圧延した後に、３００〜５８０℃で３時間以内
の加熱をして熱処理を施し゛、次いで最終冷間圧延を行
って、１．０％食塩水溶液中における芯材と皮材の孔食
電位の差が３０〜１００ｍＶである複合板とすることを
特徴とする耐食性アルミニウム合金複合板の製造方法で
ある。

具体的には前記芯材、皮材および中間層組成の鋳塊を溶
製し、下記３Ｂクラツド鋳塊とするが、その方法には下
記の２つがあるが、両者は本質上の差異はない。

（１）芯材鋳塊の厚さの８〜１５％に相当する厚さまで
皮材鋳塊を４００〜５８０℃で熱間圧延し、次に中間層
鋳塊を４００〜５８０℃で熱間圧延し、ざらに冷間圧延
により皮材鋳塊の厚さの０．８〜１．５％に相当する厚
さにした後、芯材鋳塊、皮材熱間圧延板および中間層冷
間圧延板とを仮溶接し、３層クラッド鋳塊とする方法。

（２）皮材鋳塊の厚さの８〜１５％に相当する厚さまで
中間層鋳塊を４００〜５８０℃で熱間圧延し、皮材鋳塊
と仮溶接し、さらに芯材鋳塊の厚さの８〜１５％に相当
する厚さまで４００〜５８０℃で熱間圧延した後、芯材
鋳塊と仮溶接して３層クラッド鋳塊とする方法。

次に３層クラッド鋳塊を４８０〜６００℃で均質化処理
し、４００〜５８０℃で熱間圧延し、最終製品厚さの１
．２倍以上の厚さに冷間圧延し、１ｎられた冷間圧延板
を３００〜５８０’Ｃで３時間以内の加熱をして焼鈍し
、この熱処理後、最終冷間圧延を行って最終製品に仕上
げる。

なお、焼鈍は加工性向上のために行うが、最高温度は融
点を越えない温度として５８０℃、最低温度は再結晶の
進行から３００℃、また時間は経済上３時間以内とする
必要がある。

このようにして得られたアルミニウム合金複合板は、軟
鋼板とのガルバニック腐食の少い芯材と、陰極防食効果
を有する皮材とからなる強度及び成形性の良好なイージ
ーオープン型缶蓋材としてとくに好適であるほか、オー
ルアルミ化における蓋材として、また缶胴などの深絞り
容器にも使用できるものである。

［実施例］ 本発明の実施例を比較例とともに詳ｊホする。

実施例１ 表１に示す１０種類のアルミニウム合金をそれぞれ溶製
し、中間層合金Ｎ　ｏ、　１０及び皮材合金Ｎｏ、１鋳
塊を４５０’Ｃで熱間圧延し、８ｍｍの板とした。

次に皮材合金Ｎ０．１〜３及び比較ｖＪＮｏ、９合金の
厚さ６０ｍｍの鋳塊とＮ　０．１０の厚さ８ｍｍの熱間
圧延板とを仮溶接した後、４５０’Ｃて熱間圧延し、８
ｍｍの板とした。

次に芯材合金Ｎｏ、３〜７、比較材Ｎ０．８，９合金の
厚さ６０ｍｍの鋳塊と上記４種類の熱間圧延板とを仮溶
接したクラッド鋳塊および芯材合金Ｎ０．３の厚さ６０
ｍｍの鋳塊と皮材合金Ｎ０．１の８ｍｍの熱間圧延板と
を仮溶接したクラッド鋳塊、比較材Ｎｏ、８．９合金の
厚さ６８ｍｍの鋳塊とをいずれも５５０℃で５時間均質
化処理し、４５０℃で熱間圧延し、冷間圧延して、０．
８ｍｍ厚さの板とした。３５０℃で２時間中間焼鈍を行
い、続いて仕上げ冷間圧延して０．３ｍｍの板とした。

なお、合金Ｎ０．３は皮材合金及び芯材合金の両方に該
当するが、皮材と芯材の両方に同一合金を用いる組合せ
は、本発明の皮材による芯材の陰極防食の目的とは異な
るので除外した。

これらの合金板を２０５℃Ｘ１０分×２回の熱処理し、
２５℃、ｐ１１３．１．０％食塩水溶液中で飽和カロメ
ル電極を照合電極として、自然電極電位を測定した。

次に２５℃、ｐＨ３，１，０％食塩水溶液、Ｎ２ガス脱
気（２００ｍｌ／分）中にてアノード分極測定を行い孔
食電位を測定した。

なお、本試作材は、片面クラツド材であり、自然電極電
位および孔食電位は、Ｎｏ、１〜３が皮材側、Ｎｏ、４
〜７が芯材側、Ｎ０．８〜９が厚さ０．３０ｍｍの仕上
げ冷間圧延単板、Ｎ　０．１０が厚さ８ｍｍの熱間圧延
単板の結果である。

以上の結果を表１に示す。

表　　１ 表１から明らかなように、自然電極電位は軟鋼板及びテ
ィンフリー・スチールに比べて、Ｎ０．１，２が若干卑
にＮｏ、３〜７はほぼ同レベルであり、Ｎ０．８〜１０
が卑となった。また孔食′電位は、芯材合金Ｎ０．３〜
７に比べて皮材合金が卑となっており、比較材Ｎ０．８
，９及び中間層合金がざらに卑となった。

実施例２ 実施例１で試作した合金複合板を缶詰材として標７１ζ
的な塗装として塩ビオルガノゾル系塗料を塗装「シ、そ
の焼付処理をした。焼付は条件は、２０５°Ｃ×１０分
×２回であった。

なお、機械的性質は、塗装なしで焼付は処理条イ１に相
当する熱処理をしたサンプルを用いて測定した。結果を
表２に示す。

次にこれら合金複合板を缶蓋に成形した。なお、皮材が
缶内面側になるようにした。

これらの缶蓋をナイフにて長さ３ｃｍのキズをつけたテ
ィンフリー・スチール缶胴に取付け、吐１３．１％食塩
水溶液を充填し、２５°Ｃで６ケ月間腐食試験し、ガル
バニック腐食抵抗性を評価した。

また、合金複合板の芯材側をビニローゼにてマスキング
し、ｌ）Ｈ３，１％食塩水溶液、２５℃中で６ケ月間腐
食試験し、自己耐食性を評価した。

以上の結果を表２の右欄に示す。

なお、複合板Ｎ０．１〜８は本発明複合板、Ｎｏ、９〜
１３は比較複合板（比較例）、Ｎｏ。

１４と１５は比較従来板（参考例）でおる。

表２ １　ガルバニック腐食抵抗性　　　　　　１１１自己耐
食性Ｑ：孔食深さ　〈５０μＩ　　　　　　　　Ｏ：孔
食深さ　〈５０μ−△；〃５〜１ｏＯμｍΔ：〃５０〜
２ｏｏμ−Ｘ：貫通孔発生（＞１００　μｍｌ　　　　
　　　Ｘ　：　　　ｎ　　　＞　２０（１μｓ表２に示
すように、本発明合金複合板Ｎ０．１〜８は、ＪＩＳ　
Ａ　５０５２以上の高強度と優れた成形性を有している
。

また、本発明合金複合板Ｎ０．１〜８及び比較複合板材
Ｎｏ、９．１３は、優れたガルバニック腐食抵抗性を示
したが、比較例の比較複合板Ｎｏ。

１０〜１２及び参考例のＮ　０．１４，１５は、ガルバ
ニック腐食抵抗性が低い結果となった。これは、本発明
においては皮材の自然電極電位とティンフリー・スチー
ル、軟鋼の自然電極電位との電位差が少いために皮材の
消耗が少くなり、皮材による犠牲陽極効果が長時間持続
したことによる。

また、本発明においては芯材の自然電極電位及び孔食電
位がティンフリー・スチール、軟鋼の自然電極電位と同
じレベルであるので、皮材消失後もガルバニック腐食抵
抗性は低下しない。

次に、本発明合金板材Ｎ０．１〜８の自己耐食性は良好
であったが、比較例の比較複合板Ｎｏ。

９〜１２及び参考例のＮ０．１４，１５の自己耐食性は
低かった。これは、孔食電位の差が３０〜１００ｍＶの
範囲では皮材の犠牲陽極効果が有効に作用するのでおる
が、Ｎｏ、９では孔食電位の差が不充分でおり、Ｎｏ、
１０では孔食電位の差が過大であるために皮材の消耗が
多かったこと、またＮｏ、１１．１２では孔食電位が逆
転したことによると思われる。

なお、中間層のない２層りラッド材Ｎ　０．１３は、ガ
ルバニック腐食抵抗性は良好であったが、自己耐食性は
若干低かった。この結果より、中間層は芯材に対する犠
牲陽極効果にも有効であると考えられる。

［発明の効果］ 本発明の効果を下記に列記する。

（１）ガルバニック腐食抵抗性が高いために食塩を含む
飲料、その他の食品用スチール化の蓋材として使用する
ことにより、イージーオープン蓋に変えることができる
。

（２）オールアルミ缶においても本発明に係るアルミニ
ウム合金板は、その器材として良好な耐自己腐食性及び
成形性を有している。このとき、缶胴および缶蓋材の合
金が同系のアルミニウム合金＜Ａ　Ｉ　−ＭＱ−Ｍｎ−
Ｃｕ−８ｉ）となるので、空缶のリサイクルが容易とな
る。

（３）食品のｆｆｒ胴など深絞り容器にも使用可能でお
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ０．４〜２．０％、Ｓｉ０．０５〜０．１５
   ％、Ｍｎ０．３０〜１．５％、Ｃｕ０．１０〜０．５０
   ％、Ｆｅ０．０５〜０．５０％を含み、残部は実質的に
   Ａｌであるアルミニウム合金からなる合金を皮材とし、
   純度９９．５％以上のアルミニウムを中間層とし、Ｍｇ
   ０．４〜２．０％、Ｓｉ０．０５〜０．１５％、Ｍｎ０
   ．３０〜１．５％、Ｃｕ０．５０〜１．５％、Ｆｅ０．
   ０５〜０．５０％を含み、残部は実質的にＡｌであるア
   ルミニウム合金の芯材から構成されており、かつ、芯材
   中のＣｕ量をＸ＿１、皮材中のＣｕ量をＸ＿２とした場
   合に３０≦９２（√Ｘ＿１−√Ｘ＿２）≦１００を満足
   させることにより、１．０％食塩水溶液中における芯材
   と皮材の孔食電位の差が３０〜１００ｍＶであることを
   特徴とする耐食性アルミニウム合金複合板。
2. （２）Ｍｇ０．４〜２．０％、Ｓｉ０．０５〜０．１５
   ％、Ｍｎ０．３０〜１．５％、Ｃｕ０．５０〜１．５％
   、Ｆｅ０．０５〜０．５０％を含み、残部は実質的にＡ
   ｌである芯材を構成するアルミニウム合金の鋳塊と、そ
   の合金鋳塊の厚さの８〜１５％に相当するＭｇ０．４〜
   ２．０％、Ｓｉ０．０５〜０．１５％、Ｍｎ０．３０〜
   １．５％、Ｃｕ０．１０〜０．５０％、Ｆｅ０．０５〜
   ０．５０％を含み、残部は実質的にＡｌであり、かつ、
   芯材中のＣｕ量をＸ＿１、皮材中のＣｕ量をＸ＿２とし
   た場合に、 ３０≦９２（√Ｘ＿１−√Ｘ＿２）≦１００の関係を満
   足させた皮材を構成するアルミニウム合金の熱間圧延板
   および中間層としてその熱間圧延板の厚さの８〜１５％
   に相当する純度９９．５％以上のアルミニウムの熱間圧
   延板を仮溶接した後、４８０〜６００℃で均質化処理し
   、４００〜５５０℃で熱間圧延し、最終厚さ１．２倍以
   上の厚さの板に冷間圧延した後、３００〜５８０℃で３
   時間以内の加熱をして熱処理を施し、次いで最終冷間圧
   延を行って、１．０％食塩水溶液中における芯材と皮材
   の孔食電位の差が３０〜１００ｍＶである複合板とする
   ことを特徴とする耐食性アルミニウム合金複合板の製造
   方法。