JPS63443A - 改良されたアルミ合金シ−ト材の製造方法 - 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） 本発明は改良されたアルミニウム合金シート材に関する
ものであシ、特に改良された強度及び高度の成形性を備
えたコーテッドアルミニウム合金を提供する方法に関す
るものである。

（従来技術及び発明が解決しようとする問題点）ＡＡ５
１８２のようなアルミニウム合金は容器のためのイージ
ーオープン端として広く用いられている。前記端部が作
られるシートはしりかシしす た勾ペット及び破断の無いスコア部（刻み目）を作るた
めの十分な成形性と缶の内圧によシ誘起される座くつに
対抗する十分な強度を備えなければならない。ＡＡ５１
８２のような効用材料を薄肉のものですませるようにす
るためには、すでに前記シートに課せられている諸拘束
条件のために多くの異なる問題点が生ずる。例えは端部
シートの薄肉化のためには従来よりも高強度の合金を使
用する必要がある。しかしながら、典型的にはより高強
度の合金を用いると成形性が減少する。か（て、缶端上
の一体リベット及びスコアラインの一体性を損なわない
ようにするためには成形性の損失が無い高強度合金を提
供することが極めて望ましい。

端部材に適した成分の例は米国特許 第３．５６０，２６９号及び第３，５０２，４４８号に
与えられており、これらは加工硬化式５０００番台合金
の典型である。このような合金は時間の経過とともに室
温又は高温で時効軟化（強度低下）を受けるということ
が知られている。過去においては、そのような合金は機
械的特性をあるレベルに迄下げてそこで当該合金が長時
間安定するよう熱軟化処理を受けることが行なわれた。

この処理はシート製造と成形の間の時間間隔とは無関係
にほぼ同一のレベルの成形性を与えるもので、安定化処
理と呼ばれる。この安定化処理はシートの熱呟化によっ
て特定の強度及び延性特性を達成するのに用いられる部
分焼鈍処理とは異なるものである。

飲料缶端に適した薄肉のシートを製造するために、高レ
ベルの成形性を維持しながら改良された強度を提供し、
かつまた室番−理又は焼鈍の結果機椋的特性を低下させ
ないような改良されたプロセスに対する大きな需要があ
る。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明によれば飲料容器用のイージーオープン端に製造
するのに有用な改良されたアルミニウム合金のコーテッ
ドシート材を製造する方法が開示されている。前記方法
は重量で４．０〜５．５％Ｍｇと、０．２〜０．７％Ｍ
ｎと、０．０５〜０．４０　％　Ｃｕと、残余のアルミ
ニウム、偶発的に含まれた元素及び不純物とを有するア
ルミモウムベース合金のボディを提供する段階と、当該
ボディを圧延してアルミニウムシート材を製作する段階
とを有している。

歪硬化したシート材は９３．６〜２０４℃（２００〜４
００°Ｆ）の範囲の温度で、０．５〜８時間の期間組織
微細化操作を受け、微細に分割されたマグネシウム含有
成分が析出される。その後前記シート材は有機コーテイ
ング材で被覆され、十分低い温度及び前記析出された成
分の分解を防止するための期間熟成され、改良されたレ
ベルの引張強度及び高レベルの成形性を備えたコーテッ
ドシート材が提供される。

（実施例） 本発明の合金は４．０〜５．８重量％Ｍｇと、０．２〜
０．９重量％Ｍｎと、０．０２〜０．４０　Ｎ　量％　
Ｃｕと、残余のアルミニウム及び付随的元素及び不純物
とを含むことが出来る。当該合金内の不純物の最大鯖は
０．５重量％　Ｆｅ　、　０．３３ｋｌｔ％Ｓ１．０．
１ｍｆｔ％Ｔｔ　、０．２　Ｎ　８％Ｃｒであり、全て
の他の不純物は各ｏ、ｏｓｘｉｉチ、全量で０．１５重
量％に制限されている。加えるに、Ｆｅ＋Ｓｉは０．４
５ｉｉＣ量チを超えるべきではない。加えるに、Ｍｇ＋
Ｃｕは５．ＯＭ量チよシ大きくてはいけない。本発明に
係る好ましい合金は４．７０〜５．５Ｎ量チＭｇ、０．
４０〜０．７０Ｍ１に％Ｗ＝ｎ、０．１〜０．２５　ｉ
ｌｉ：ｆｉｔ％　Ｃｕ　’！ｒ含有することが出来、Ｓ
ｉの最大値は０．１８’３１に量チであ’）、Ｆｅのそ
れは０．３６重量％である。高強度を得る合金ｇ分は約
５．０超５．８重量％迄のＭｇと、０．３〜０．６重量
％扁と、０．２超０．２９迄のＣｕと、前述の割合のＦ
ｅ及びＳｉを含有する。典型的な合金成分は約５．２重
量％Ｍｇ、０．３８重量％Ｍｎ　。

０．２１重量％　Ｃｕ　、　０．２６　Ｎ１１％Ｆｅ及
び肌１２１ｆｔ％５ｉｔ−含有する。成形性を減少させ
たい時には、合金元素のレベルは高強度を得たい時より
も低くすべきである。例えば、Ｍｇ及びＣｕは最小値を
５．０重量％とすべきであり、６．０重量％ｔｌ−最大
値とした場合には、本発明のプロセスで製作すると、強
度レベルが改良されるも、高レベルの成形性が保持され
ることになる。

前記合金製品には前述のようにコントロールした量の合
金元素を添加するばかりでなく、当該合金は特定の操作
段階に従って準備し、強度及び成形性の両者のもつとも
望ましい特性を提供することが望ましい。かくて前述の
合金は現在当業界で採用されている鋳造法（好ましくは
連続鋳造法）により、適当な伸延品となるインゴット又
はビレットとして提供することが出来る。主要加工作業
に先立って、前記合金材は均質化処理にさらされるのが
好ましい。均質化処理は４８２〜５６０℃（９００〜１
０４０°Ｆ）の金属温度において少なくとも１時間の期
間行なわれるのが好ましく、これにより溶解可能な元素
を溶解して金属の内部組ａを均質化するのが好ましい。

均質化温度範囲における好ましい時間間隔は約４時間以
上である。

通常は、加熱及び均質化処理は８時間以上行なう必要は
ないが、時間間隔を延ばしたからといって悪影響は通常
認められない。均質化温度において４〜６時間保持する
ことが最適である。典型的な均質化温度は５１６℃（９
６０°Ｆ）であり、この温度における典型的な保持時間
は約６時間である。

均質化の後、インゴットは熱間加工又は熱間圧延され中
間の板厚とする。熱間圧延を行なう場合には圧延の開始
温度は３７１〜５２４℃（７００〜９７５°Ｆ）とされ
る。合金の用途が飲料缶の端部であるような場合、前記
熱間圧延は約４．８３〜３．３朋（０，１９０〜０．１
３０インチ）の板厚を備えた中間製品を提供するために
行なわれる。その後、前記中間製品は２６０〜３７１°
Ｇ（５００〜７００°Ｆ）の温度で内部組織を再結晶さ
せるのに十分な時間加熱することによシ焼鈍することが
出来る。次にこの材料は冷間圧延されて、約０．２０〜
０．３８市（約０．００８〜０．０１５インチ）の厚味
範囲のシートが提供される。

前記シートに有機被膜をコーティングするのに先立って
、同シートは最初これに微細化された組織を与えるため
熱操作にさらされる。最終製品の特性にとって重要なの
がこの微細化組織であシ、所望の特性を保持すべく前記
コーティング及び熟成段階とともに注意深（コントロー
ルされねばならないのがこの微細化組織である。か（て
、コーティングに先立って、前記シート材は固溶体から
合金内のＭｇ　ｋ　ＭｇｚＡ１３相の形態へと析出させ
る組織微細化目的で熱処理を受ける。なおこの熱処理は
１２１〜２０４℃（２５０〜４００°Ｆ’）の範囲の温
度で１〜２４時間行なわれる。Ｍｇ　２ＡＪ　３相を最
大に析出させるだめの時間間隔及び温度が第１図に示さ
れている。第１図のＣ−曲線は析出物の相対密度をあら
れしており、５１８２−）（１９（歪硬化）シートラ熱
処理することにより得られる、時間及び温度の変化にと
もなう桟械的特性の変化を示している。真直線は種々の
熱処理により作り出される一定降伏強度を与える条件と
対応している。カーブした線は熱処理によって生じたＭ
ｇｓ＋Ａｌｓ析出量の同一レベル線をあられしている。

かくて、異なる熱処理により同一強度レベルに達し、し
かも異なるＭｇ　ｚＡｌ　３析出量を得ることが可能で
ある。組織微細化処理によって生ずる好ましい組織は強
度レベルが最大となりなおかつＭｇ２ＪＪ３の量が最大
となる（すなわち溶体中のＭｇが最小となる）ような組
織である。

第２図は一連の光学的顕微鏡写真であり、これらの写真
はアルミ合金５１８２ｔ−１７７℃（３５０′Ｆ）で熱
処理した時の析出物の密度の漸増状態を例示している。

ここに（ｃ）で示した組織写真は１７７℃、２時間の熱
処理を行なって得られる本発明の微細組織の一例を示し
ている。

組織微細化の後、シート材は洗浄され、有機コーテイン
グ材で被覆される。コーティングはシート材を浴中に通
過させることで直接得るか、又は米国特許第３，９６２
，０６０号に記載のようにメッキにより得ることが出来
る。その後有機コーティングは熟成、硬化される。

有機コーティングを４材に添加する際、コーティングの
硬化には約２１８〜２６０℃（４２５〜５００°Ｆ’）
の温度と、典型的には２〜３分より長（なく、シばしば
約１分のオーダである短かい保持時間が必要とされる。

コーティング層の硬化操作は最初加工硬化していた材料
の強度を減じ、コーティングしていない材料にくらべて
伸びの増大をもたらす効果を発揮する可能性がある。し
かしながら、前記熱硬化によっては、缶端の一体性を損
なうことな（より薄肉の４材を使用可能とするのに必要
な改良された強度及び高レベルの成形性を得ることが出
来ない。従って、コーテッド端部内に適正な微細組織を
誘起せしめる必要があり、この組織により当該材料が缶
端の成形中変形に対して適正に反応するようにしてやる
必要がある。

か（て、本発明によれば、シート製品をして有機コーテ
ィングの添加以前に前述の熱処理にさらしてやることに
よって組繊微細化が達成される。

有機コーティングの硬化のための温度は注意深くコント
ロールされねばならない。すなわち、高過ぎる硬化温度
は以前に得られている組織微細化に悪影響を与える可能
性があるので、そのような処理条件は成形性レベルを保
持することを保証するため避けなければならない。従っ
て、場合によっては、高い硬化温度における最大保持時
間は２０秒を超えるべきではない。温度範囲の低い方で
は硬化時間は２０分迄延長することが出来る。

好ましくは、硬化温度は２３２℃（４５０°Ｆ）以下で
５秒〜２０分の範囲の期間保持される。かくて、これら
の硬化温度は固溶体からマグネシウムを追い出し、同マ
グネシウムが溶解しその結果析出成分が失なわれるとい
うことを防止するために重要である。熱的精錬、コーテ
ィング及び硬化という因子が合金成分と統合されて、成
形性を損なうことなく改良された強度レベルを備えたこ
のユニークなコーテッド残材が提供されているのだとい
うことを理解されたい。

貫 ４．３２　Ｍｇ５０．４　Ｍｎ、　［１，０４Ｃｕ、　
　０．２５　Ｆｅ。

０．１２　Ｓｉ　（数字は重量ｔｓ）を含有する合金が
鋳造され、中間板厚に熱間圧延され、焼鈍され、０．３
３ｍ（０，０１３インチ）の最終板厚へと冷間圧延され
、表Ｉに示すような熱処理を施された。

対応して得られた特性は本発明の意義を示している。例
えば、有機コーティングをコイル上で硬化させる典型的
熱処理である処理Ａによれば、高強度が得られるものの
低レベルの成形性しか得られない。しかしながら、処理
Ｂ及びＣは高強度レベルを維持するとともに、高レベル
の成形性を提供する。

合金Ｉ及び■と称する２つの合金が鋳造されて、前述の
ように圧延された。合金Ｉの成分は４．７４Ｍｇ１０．
３５　Ｍｎ、　０．２０　Ｃｕ、　１０．１２８ｉ及び
０．２４　Ｆｅであシ、合金■の成分は５．４５　Ｍｇ
　。

０．６４　Ｍｎ、　０．０２　Ｃｕ、　０．１１　Ｓｉ
及び肌１９Ｆｅである。

圧延のままにおける両合金の特性が表■に示されている
。これらの合金からなるシートサンプルが次に実験室に
おいて２３２℃（４５０°Ｆ）で３０秒間硬化処！を受
けた。特性は表１に示されている。これらの合金からな
るシートサンプルが組織微細化処理を受け、両合金は２
３２℃（４５０”Ｆ）、３０秒という典型的な有核コー
ティング硬化処理を受ける前に、合金■が１４９℃１２
４時間、合金■が１４９℃、２時間の処理にさらされた
。特性は表■に示されている。強度及び成形性のレベル
ともに表■に示されたそれらよりも高いことに注目され
たい。特性がこのように違うということは、使用中の缶
端の一体性に悪影響を与えることなく缶端シート材の厚
味すなわちゲージを著しく減少させ得るという点で顕著
な事柄である。ここに示したより高い硬化温度を用いた
場合には強度及び組織の微細化状態の両者が失なわれ、
成形性の低下を招（。

表　　！ ＊ε　＝引張り試験において波状流動が発生する歪。

＊＊ｅ、−ε、＝２軸バルジ試験における、不安定波歪
。

表■ 表　　■ 表■ 組織微細化処理（１４９９Ｃ）の後有機コーティ本発明
に従って作られたアルミニウム合金は慣用の５１８２端
材と（らべて同合金の成形性を維持しながら、７〜１０
％の強度向上を果せるという利点を備えている。かくて
、容器の強度に悲影響を与えることなくよシ薄肉の端部
材を製造することが出来る。

本発明は好ましい実施例に関して説明を行なってきたが
、特許請求の範囲は本発明の精神を備えた全ての実施例
を包含するものと理解されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は硬化時間、温度及びコーテッドシート材の得ら
れた強度変化の関係を示す図である。 第２図は本発明に係る微細組織を含む一連の顕微鏡写真
を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）飲料容器用のイージーオープン端へと製作するの
   に有用な改良されたアルミ合金シート材の製造方法であ
   つて、該方法は、 （ａ）重量で、４．０〜５．８％のＭｇと、０．２〜０
   ．９％のＭｎと、０．０２〜０．４０％のＣｕと、残余
   のアルミニウム及び付随的元素及び不純物とを有するア
   ルミニウム基合金のボデイを提供する段階と、 （ｂ）前記ボデイを圧延してアルミニウムシート材を製
   作する段階と、 （ｃ）前記シート材を１２１〜２０５℃（２５０〜４０
   ０°Ｆ）の範囲のある温度で組織微細化処理にさらし、
   微細に分割されたマグネシウム含有成分を析出せしめる
   段階と、 （ｄ）前記シート材を有機コーティング材で被覆する段
   階と、 （ｅ）前記コーティングを十分低い温度にて、かつ又前
   記析出成分が溶解するのを防止する時間間隔において硬
   化せしめ、以つて改良されたレベルの引張強度並びに高
   レベルの成形性を備えたシート材を提供する段階とを有
   することを特徴とする方法。 （２）特許請求の範囲第１項に記載の方法において、前
   記ボデイは重量で、４．７０〜５．５０％のＭｇと、０
   ．４０〜０．７０％のＭｎと、０．１０〜０．２５％の
   Ｃｕとを有していることを特徴とする方法。 （３）特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法に
   おいて、前記組織微細化段階は１〜２４時間の期間にわ
   たつて実施されることを特徴とする方法。 （４）特許請求の範囲第１項から第３項迄のいずれか１
   つの項に記載の方法において、前記ボデイの前記圧延段
   階は、 （１）前記ボデイを３７１〜５２４℃（７００〜９７５
   °Ｆ）の範囲のある開始温度で熱間圧延する、 （２）前記シートを２６０〜６７１℃（５００〜７００
   °Ｆ）の範囲のある温度で焼鈍する、（３）前記シート
   製品を０．２〜０．３　８ｍｍ（０．００８〜０．０１
   ５インチ）の範囲内のある厚味へと冷間圧延する、の諸
   段階の内少なくとも（１）の段階を含んでいることを特
   徴とする方法。 （５）特許請求の範囲第４項に記載の方法において、前
   記ボデイは４．８３〜３．３０ｍｍ（０．１９０〜０．
   １３０インチ）の厚味へと熱間圧延されることを特徴と
   する方法。 （６）特許請求の範囲第１項から第５項迄のいずれか１
   つの項に記載の方法において、前記硬化段階は２１８〜
   ２６０℃（４２５〜５００°Ｆ）の範囲内のある温度で
   実施されることを特徴とする方法。 （７）特許請求の範囲第１項から第６項迄のいずれか１
   つの項に記載の方法において、前記硬化時間は５秒〜２
   ０分の範囲にあることを特徴とする方法。 （８）特許請求の範囲第１項から第７項迄のいずれか１
   つの項に記載の方法において、前記硬化温度は２５２℃
   （４５０°Ｆ）を超えないことを特徴とする方法。 （９）特許請求の範囲第１項又は第３項から第８項迄の
   いずれか１つの項に記載の方法において、提供されるア
   ルミ基合金の前記ボデイは重量で、４．７０〜５．１０
   ％のＭｇと、０．３２〜０．４３％のＭｎと、０．１　
   ７〜０．２５％のＣｕと、残余のアルミニウム、付随的
   元素及び不純物とを有しており、前記シート材は１２１
   〜２０５℃（２５０〜４００°Ｆ）の範囲の前記温度に
   おいて、微細に分割されたマグネシウム含有成分を析出
   させるべく１〜２４時間の期間組織微細化操作を受け、
   前記コーティングは２３２℃（４５０°Ｆ）を超えない
   温度で３分より少ない時間硬化されることを特徴とする
   方法。 （１０）特許請求の範囲第１項から第９項迄のいずれか
   １つの項に記載の方法において、提供される前記ボデイ
   においては、Ｍｇ＋Ｃｕが５．０重量％又はそれ以上含
   有されていることを特徴とする方法。