KR101718264B1

KR101718264B1 - Di 캔 몸체용 알루미늄 합금판

Info

Publication number: KR101718264B1
Application number: KR1020157016843A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 아루가
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2017-03-20
Also published as: JP5848694B2; AU2013367319A1; AU2013367319B2; CN104903481B; CN104903481A; WO2014103924A1; JP2014125677A; KR20150087419A

Abstract

본 발명의 알루미늄 합금판은, 특정 조성의 3000계 DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판을 제조할 때에 주괴의 균열 조건이나 냉간 압연 조건을 제어하여 제조한 냉연판 조직에 있어서의, 특정한 원자의 집합체의 밀도를 규제하여, 캔 몸체로 캔 제조된 후에 도장 소부 처리(열처리)를 받았을 때의 캔 몸체 조직의 서브그레인화를 촉진시켜, 박육화된 캔 몸체의 내압이 보다 낮은 엄격한 사용 환경 하이더라도 캔의 내찌름성을 우수하게 한다.

Description

DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판{ALUMINUM ALLOY SHEET FOR DI CAN BODY}

본 발명은, 음료, 식품 용도로 사용되는 포장 용기로서, 특히 음료 캔의 몸체부로 DI 성형 가공되는, DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판에 관한 것이다.

현재, 음료, 식품 용도로 사용되는 포장 용기의 하나로서, 바닥과 측벽이 일체 구조인 유저(有底) 원통 형상의 몸체부(캔 몸체)와, 이 몸체부의 개구부에 봉지되어 상면이 되는 원판 형상의 캡부(캔 캡)로 이루어지는 2피스 캔이 알려져 있다. 이와 같은 캔의 재료로서, 성형성, 내식성, 강도 등의 면에서, AA 내지 JIS 3000계 등의 알루미늄 합금판이 널리 적용되고 있다. 이 알루미늄 합금판으로 제조되는 2피스 캔 중에서도, 특히 음료 캔과 같은 높이가 있는 원통 형상의 캔의 몸체부는, DI(Drawing and wall Ironing) 성형이라고 불리는 드로잉 가공-아이어닝 가공의 다단계의 가공에 의해 성형되는 경우가 많다. 그리고, 도장, 소부되고, 네킹 가공에 의해 개구부를 축경(縮徑)하고, 플랜징 가공에 의해 개구부의 가장자리를 외측으로 넓혀서 캔 몸체가 된다. 마지막으로, 내용물(음료, 식품)이 몸체부에 충전되고, 캡부를 개구부에 권체하여 봉지된다. 이와 같은 제법에 의한 캔은 DI 캔(이하, 적절히 「캔」이라고 함)이라고 불리며, 널리 유통되고 있다.

종래부터, 이와 같은 알루미늄 합금제의 캔으로 포장된 음료의 비용 삭감을 위해, 포장 용기인 캔은, 경량화 및 원재료(알루미늄 합금) 저감의 대책으로서 박육화(薄肉化)가 진행되고 있다. 그 결과, 현행의 알루미늄 합금제의 캔의 측벽(최박부) 두께는, 도막을 제외하고 0.105∼0.110mm 정도로 되어 있다. 그러나, 이와 같은 박육화된 캔에서는, 특히 판 두께가 얇은 측벽(둘레면)에 돌기물이 접촉하여 압압(押壓)되었을(압입되었을) 때, 그의 선단이 측벽을 관통하여, 구멍(핀홀)이 뚫려 내용물이 새는 것과 같은 문제가 발생하는 경우가 있다. 돌기물의 접촉으로서는, 제조 시(내용물 충전, 캡부 권체, 제조 공정 내의 반송계 통과 시), 유통 시, 또한 소비자가 취급할 때에, 외부로부터 단단한 이물이 접촉하는 것 등을 들 수 있다. 또한, 플랜징 가공에 있어서도, 개구부의 가장자리가 넓혀질 때에, 개구부의 단부에서 균열(플랜지 균열)을 발생시키는 경우가 있다.

그 때문에, 이와 같은 박육화된 캔의, 측벽의 핀홀 발생 및 개구부의 플랜지 균열을 방지할 수 있도록, 즉 측벽의 내찌름성(耐突刺性) 및 플랜징 가공성(캔 넓힘성)을 향상시키도록, 재료측인 알루미늄 합금판의 개량이 진행되고 있다.

예컨대, 특허문헌 1에서는, 3000계 조성을 갖는 알루미늄 합금 냉연판으로부터 DI 성형 또는 드로잉 성형에 의해 성형되는 캔 바디를 설계하는 방법이 개시되어 있다. 즉, 도장 소부 상당의 열처리가 실시된 캔 몸체의 두께가 0.07mm∼0.14mm의 범위이고, 이 벽부의 캔 축 방향의 인장 강도가 300MPa∼500MPa, 신도가 3%∼8%인 경우에, 도막 등의 표면 피막을 탈막한 후의 벽 두께(t)에 대한 찌름 강도가, 벽 두께 0.105mm인 캔의 찌름 강도로 환산하여 35N 이상인 내찌름 강도를 얻을 수 있도록 하고 있다. 이 때문에, Mg 함유량으로부터 상기 찌름 강도를 얻기 위한 벽부의 두께를 결정하거나, 또는 원하는 찌름 강도로부터, 소정의 벽부의 두께에 대한 Mg 함유량을 결정하고 있다.

또한, 3000계 조성을 갖는 알루미늄 합금 냉간 압연판의 금속간 화합물을 제어하여, 내찌름성을 향상시키는 기술도 여러 가지 제안되어 있다. 예컨대, 특허문헌 2에는, 3000계 조성을 갖는 알루미늄 합금 냉간 압연판의 표면에, 금속간 화합물을 특정 밀도와 특정 면적률로 분포시키는 기술이 개시되어 있다. 그리고, 이에 의해서, DI 성형된 캔 몸체의 외면 및 내면 도장을 포함하는 측벽 두께가 0.110∼0.130mm인 경우에, 이 측벽의 캔 축 방향에 있어서의 신도를 3% 이상 6% 미만, 인장 강도를 290MPa 초과 330MPa 이하로 해서, 내찌름성을 우수하게 한다고 되어 있다.

특허문헌 3, 4에서도, 동일하게 3000계 조성을 갖는 알루미늄 합금 냉연판의, 소정 사이즈의 금속간 화합물의 분포 밀도 및 면적률을 제어하는 것에 의해, 강도(내찌름성) 및 인성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 5에서는, 동일하게 3000계 조성을 갖는 알루미늄 합금 냉연판을, 소정의 가공률로 DI 성형하고, 210∼250℃에서 열처리하는 것에 의해, DI 성형에 의한 가공 경화와 인장 강도를 제어하여, 내찌름성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.

또한, Si, Cu, Mn, Fe 등의 고용량을 규정하여, 박육화된 경우의 DI 성형성이나 강도 등의 특성을 향상시키는 기술도, 캔용의 3000계 조성을 갖는 알루미늄 합금 냉연판 분야에서는, 종래부터 여러 가지 제안되어 있다.

일본 특허 제4667722호 공보 일본 특허공개 2004-68061호 공보 일본 특허공개 2007-197815호 공보 일본 특허공개 2009-270192호 공보 일본 특허공개 2007-169767호 공보

최근, DI 캔의 취급이나 사용 조건은, 캔 내외에서의 압력차가 보다 커져 캔 몸체가 변형되기 쉬워지는 등, 보다 엄격한 조건이 되고 있다. 이에 따라서, 박육화된 캔 몸체에 요구되는 내찌름성(내찌름 강도)도 보다 엄격한 것이 되고 있다. 이에 대하여, 상기한 종래 기술은, 이 엄격해진 내찌름성을 얻기 위해서는 아직 개선의 여지가 있다.

예컨대, 특허문헌 1과 같은 Mg 함유량의 제어만으로는, 조직 중의 화합물의 존재에도 크게 영향을 받는 찌름 강도를 상기 요구 레벨로 하는 것에는 한계가 있다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 기술은, 캔의 측벽 두께를 0.110mm 초과로 두껍게 하는 것에 의해 내찌름성을 향상시키고 있어, 캔의 측벽 두께의 박육화 경향에 대응할 수 없다. 게다가, 특허문헌 5에 개시된 기술은, 캔의 도장 시에 있어서의 소부의 온도 범위가 높은 편으로 한정되어 있기 때문에, 보다 저온에서 열처리하고 싶은 경우의 캔 제조측의 요구에는 부적합하다. 또한, 특허문헌 3∼5가 개시하는 상기 금속간 화합물의 제어는, 확실히 내찌름성의 향상에는 유효하지만, 역시 상기 엄격해진 내찌름성을 얻기 위해서는 아직 개선의 여지가 있다.

본 발명은, 상기 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 박육화된 캔 몸체에 요구되는 보다 엄격한 내찌름성(내찌름 강도)을 만족할 수 있는 DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명 DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판의 요지는, 질량%로, Mn: 0.3∼1.3%, Mg: 0.7∼3.0%, Si: 0.1∼0.5%, Fe: 0.1∼0.8%, Cu: 0.01∼0.4%를 각각 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 알루미늄 합금판이고, 3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경에 의해 측정된 원자의 집합체로서, 그 원자의 집합체가, Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 하나 또는 양쪽을 합계로 5개 이상 포함함과 더불어, 이들 포함되는 Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 원자를 기준으로 해도, 그 기준이 되는 원자와 이웃하는 다른 원자 중 어느 한 원자의 서로의 거리가 0.80nm 이하이고, 이들 조건을 만족시키는 원자의 집합체의 평균 밀도를 1×10²⁴개/m³ 이하로 규제하는 것으로 한다.

여기에서, 상기 알루미늄 합금판이 추가로 Cr: 0.001∼0.1%, Zn: 0.05∼0.5% 중 1종 또는 2종을 함유해도 된다. 또한, 상기 알루미늄 합금판은, 최박부의 측벽 두께가 0.085∼0.110mm의 범위인 캔 몸체로 DI 성형되고, 이 캔 몸체가 200℃×20분간 열처리되었을 때의, 캔 몸체 측벽의 캔 축 방향의 0.2% 내력이 280MPa 이상 350MPa 이하인 강도 특성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 알루미늄 합금판의 상기 내찌름성은, 상기 캔 몸체에 1.7kgf/cm²(=166.6kPa)의 내압을 걸고, 이 캔 몸체 측벽의 캔 바닥으로부터 캔 축 방향의 거리 L=60mm의 부위에, 선단이 반경 0.5mm의 반구면인 찌름침(針)을 캔 몸체 측벽에 대하여 수직으로 속도 50mm/분으로 찔러, 이 찌름침이 캔 몸체 측벽을 관통하기까지의 하중 측정값 중의 최대값으로 35N 이상인 것이 바람직하다.

DI 캔 몸체용의 소재인 3000계 조성의 알루미늄 합금판이, 캔 몸체로 캔 제조(DI 성형)된 후에 도장 소부 처리(열처리)를 받았을 때에, 캔 몸체 조직의 서브그레인(subgrain)화가 촉진되면, 내찌름성이 향상된다. 단, 이 캔 몸체 조직에 있어서의 서브그레인화의 정도는, 전위 밀도나 결정립 형상 등의 조직적인 인자에 의해서 정량적으로 규정하는 것이 어렵다.

이에 대하여, 본 발명에서는, 3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경에 의해 분석이 가능한 특정한 원자의 집합체의 존재 상태에 따라서, Cu를 포함하는 3000계 알루미늄 합금판끼리의 내찌름성의 우열이 크게 상이하다는 것을 지견했다. 즉, 본 발명에서 규정하는 특정한 원자의 집합체가 적을수록, 상기한 조직의 서브그레인화가 진행되어, 내찌름성이 향상된다는 것, 그 반대로, 이 특정한 원자의 집합체가 많을수록, 캔 몸체 조직의 서브그레인화가 진행되지 않아, 내찌름성이 뒤떨어진다는 것을 지견했다.

따라서, 본 발명에서 규정하는 원자의 집합체의 존재 상태(평균 밀도)는, Cu를 포함하는 3000계 알루미늄 합금판을 캔 몸체화했을 때의, 내찌름성과의 관계를 나타내는 지표가 될 수 있다. 이를 이용하여, 본 발명에서는, Cu를 포함하는 3000계 알루미늄 합금판의 상기 특정한 원자의 집합체(클러스터)의 존재 상태(평균 밀도)를 제어하여, 박육화된 캔 몸체에 요구되는 보다 엄격한 내찌름성(내찌름 강도)을 만족할 수 있는 레벨로, 내찌름성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 캔 몸체의 찌름 강도의 측정 방법을 모식적으로 설명하는 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 캔 몸체용 알루미늄 합금판(이하, 알루미늄 합금판이라고 칭함)을 실현하기 위한 형태에 대하여 설명한다.

(알루미늄 합금 조성)

본 발명에 따른 DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판의 조성은, 질량%로, Mn: 0.3∼1.3%, Mg: 0.7∼3.0%, Si: 0.1∼0.5%, Fe: 0.1∼0.8%, Cu: 0.01∼0.4%를 각각 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것으로 한다. 이 알루미늄 합금 조성에, 추가로 Cr: 0.001∼0.1%, Zn: 0.05∼0.5% 중 1종 또는 2종을 함유하는 조성으로 해도 된다. 한편, 조성(각 원소 함유량)에 관한 % 표시는 전부 질량%의 의미이다.

(Mn: 0.3∼1.3%)

Mn은 알루미늄 합금의 강도를 향상시키는 효과가 있어, 알루미늄 합금판이 캔 몸체로 성형되었을 때에, 측벽 강도를 높여 좌굴 강도나 내찌름성을 확보한다. 또한, Mn은 알루미늄 합금 중에서 Al-Mn-Fe계 금속간 화합물을 형성하고, 적절히 분산됨으로써, 열간 압연 후의 재결정이 촉진되어 알루미늄 합금판의 가공성이 향상된다. Mn의 함유량이 0.3% 미만이면, 이들 효과가 불충분하다. 이 때문에, Mn의 함유량은 0.3% 이상, 바람직하게는 0.4% 이상으로 한다. 한편, Mn의 함유량이 1.3%를 초과하면, 조대한 Al-Mn-Fe계 금속간 화합물의 생성량이 증가하여, 내찌름성이 저하된다. 그러므로, Mn의 상한은 1.3%로 하고, 바람직하게는 1.1%, 더 바람직하게는 1.0%로 한다.

(Mg: 0.7∼3.0%)

Mg는 알루미늄 합금의 강도를 향상시키는 효과가 있다. Mg의 함유량이 0.7% 미만이면, 알루미늄 합금판이 캔 몸체로 성형되었을 때에, 측벽 강도가 낮아져 내찌름성이 부족하다. 한편, Mg의 함유량이 3.0%를 초과하면, 알루미늄 합금판의 가공 경화가 과대해져, 아이어닝 가공 시의 티어 오프(tear-off)(몸체 균열) 등의 균열, 네킹 가공 시의 주름이나 줄무늬 등의 불량이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Mg의 함유량은 0.7∼3.0%의 범위로 하고, 바람직하게는 1.0∼2.6%, 보다 바람직하게는 1.2∼2.2%로 한다.

(Si: 0.1∼0.5%)

Si는 Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물을 형성하고, 그것이 적정하게 분포되어 있을수록 성형성이 향상된다. 이 때문에, Si의 함유량은 0.1% 이상, 바람직하게는 0.2% 이상으로 한다. 한편, Si가 과잉이 되면, Al-Mn-Fe-Si계 금속간 화합물이나 MgSi계 금속간 화합물의 큰 것이 다수 형성되어, 내찌름성이 저하된다. 이 때문에, Si 함유량의 상한은 0.5%, 바람직하게는 0.4%로 한다.

(Fe: 0.1∼0.8%)

Fe는 지금(地金) 불순물로서 알루미늄 합금 중에 혼입되는데, 알루미늄 합금 중에서 Al-Mn-Fe계 금속간 화합물을 형성하고, 적절히 분산됨으로써, 열간 압연 후의 재결정이 촉진되어 알루미늄 합금판의 가공성이 향상된다. 또한, Fe는 Mn의 정출이나 석출을 촉진시켜, 알루미늄 기지(基地) 중의 Mn 평균 고용량이나 Mn계 금속간 화합물의 분산 상태를 제어하는 점에서도 유용하다. 이 때문에, Fe의 함유량은 0.1% 이상, 바람직하게는 0.3% 이상으로 한다. 한편, Fe 함유량이 과잉이 되면, 거대한 초정(初晶) 금속간 화합물이 발생하기 쉬워지고, DI 성형성이나 내찌름성도 저하된다. 따라서, Fe 함유량의 상한은 0.8%, 바람직하게는 0.7%로 한다.

(Cu: 0.01∼0.4%)

Cu는 고용 강화에 의해서 강도를 증가시킨다. 이 때문에, Cu를 필수적으로 함유시킨다. Cu 함유량의 하한량은 0.01% 이상, 바람직하게는 0.05% 이상으로 한다. 한편, Cu가 과잉이 되면, 고강도는 용이하게 얻어지지만, 지나치게 단단해지기 때문에, 성형성이 저하되고, 나아가서는 내식성도 열화된다. 이 때문에, Cu 함유의 상한량은 0.4%, 바람직하게는 0.3%로 한다.

(Cr: 0.001∼0.1%, Zn: 0.05∼0.5%)

Cu와 동일 효과의 강도 향상 원소로서는 Cr, Zn을 들 수 있고, Cr: 0.001∼0.1%, Zn: 0.05∼0.5% 중 1종 또는 2종을, Cu에 더하여 선택적으로 함유시킬 수 있다. 선택적으로 함유시키는 경우의 Cr의 함유량은 0.001% 이상, 바람직하게는 0.002% 이상으로 한다. 한편, Cr이 과잉이 되면, 거대 정출물이 생성되어 성형성이 저하되기 때문에, Cr 양의 상한은 0.1%, 바람직하게는 0.05% 정도로 한다. 또한, 선택적으로 함유시키는 경우의 Zn의 함유량은 0.05% 이상, 바람직하게는 0.06% 이상으로 한다. 한편, Zn이 과잉이 되면 내식성이 저하되기 때문에, Zn 함유량의 상한은 0.5%, 바람직하게는 0.45% 정도로 한다.

이들 원소 이외에 불가피적 불순물이 있는데, 이 불가피적 불순물로서, 예컨대 Zr: 0.10% 이하, Ti: 0.2% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하, B: 0.05% 이하, 바람직하게는 0.01%이면, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판의 특성에 영향을 주지 않아, 함유가 허용된다. 이 중, Ti는 결정립을 미세화시키는 효과도 있어, 미량의 B와 함께 함유시키면, 이 결정립의 미세화 효과가 더 향상되지만, 이들의 함유량이 과잉이 되면, 거대한 Al-Ti계 금속간 화합물이나 Ti-B계의 조대 입자가 정출되어 성형성을 저해한다.

(DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판의 조직)

원자의 집합체와 내찌름성:

이상의 알루미늄 합금 조성을 전제로 하여, 내찌름성(내찌름 강도)의 향상을 위해서, 본 발명에서는, DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판의 조직 중에 존재하는, 극히 미세한 원자의 집합체의 제어를 행한다.

3000계 조성의 알루미늄 합금판을 소재로 하는 캔 몸체의 내찌름성은, 이 소재판이 캔 몸체로 캔 제조(DI 성형)된 후에 도장 소부 처리를 받았을 때의, 캔 몸체 조직의 서브그레인화에 의해서 향상된다. 이 서브그레인은 서브스트럭쳐나 아결정이라고도 불리며, 결정립 중에 생기는 작은 조직이다. 이 서브그레인 내부가 부분적인 무전위(dislocation-free) 영역이 되어, 변형이 가해졌을 때에 미끄럼면의 활동이 가능해진다. 이 때문에, 캔으로서의 사용 시나 취급 시에, 캔 몸체에 핀포인트에서의 외력이 가해지는, 이른바 찌름이 생기더라도, 이 찌름 부분에 새로운 전위의 퇴적에 의한 가공 경화가 발현됨으로써, 내찌름성이 향상된다.

내찌름성의 효과에 큰 차가 있는 캔 몸체끼리의 TEM에 의한 조직(사진)의 비교에 있어서, 서로의 캔 몸체 조직의 서브그레인화의 정성적인 구별은, 그의 전위의 많음이 상이하여, 비교적 용이하다. 내찌름성이 뒤떨어지는 캔 몸체의 조직은, 줄무늬 형상 또는 선 형상의 전위가 다수 들어간 것으로 되어 있어, 이들 전위가 적은 내찌름성이 우수한 캔 몸체의 조직과는 용이하게 구별할 수 있다. 그러나, 이들 서로의 조직을, 이들의 전위의 정도나 서브그레인화의 정도 등의 SEM이나 TEM에 의해 관찰할 수 있는 조직 요소에 의해서, 정량적으로 구별하는 것은 현재 상태에서는 어렵다.

이에 대하여, 3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경에 의한 원자의 집합체의 존재 상태의 분석에 의해서, 캔 몸체 조직의 서브그레인화의 정도가 상이하고, 본 발명이 규정하는 원자의 집합체(집합체의 밀도)가 적을수록, 조직의 서브그레인화가 진행되어, 내찌름성이 향상된다는 것을 지견했다.

또한, 그 반대로, 이 특정한 원자의 집합체가 많을수록, 캔 몸체 조직의 서브그레인화가 진행되지 않아, 내찌름성이 뒤떨어진다는 것을 지견했다.

Cu를 포함하는 3000계 알루미늄 합금판에서는, 3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경에 의해 측정된, 적어도 Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 하나를 포함하는 원자의 집합체의 존재 상태인 평균 밀도의 제어에 의해서, 이 캔 몸체 조직의 서브그레인화의 정도와, 이 판의 내찌름성을 제어할 수 있다. 이에 의해서, Cu를 포함하는 3000계 알루미늄 합금판의 내찌름성을, 박육화된 캔 몸체에 요구되는 보다 엄격한 레벨로 향상시킬 수 있다.

원자의 집합체의 정의:

본 발명에서는, DI 캔 몸체용의 Cu를 포함하는 3000계 알루미늄 합금판의 조직에 대하여, 3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경에 의해 측정되는 원자의 집합체 중, 캔 몸체 조직의 서브그레인화와 내찌름성을 제어할 수 있는 특정한 원자의 집합체를 규정한다.

이 특정한 원자의 집합체란, Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 하나 또는 양쪽을 합계로 5개 이상 포함함과 더불어, 이들 포함되는 Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 원자를 기준으로 해도, 그 기준이 되는 원자와 이웃하는 다른 원자 중 어느 한 원자의 서로의 거리가 0.80nm 이하인 조건을 만족시키는 원자의 집합체이다.

본 발명에서 규정하는 원자의 집합체(클러스터)는, Mg 원자와 Cu 원자의 두 개의 원자만으로 구성된다고는 한정하지 않고, 다수의 경우는 모상의 Al 원자를 포함한다. 또한, 기타 합금 원소인 Mn, Si, Fe 등의 원자를 포함하는 경우도 있다. 3000계 알루미늄 합금의 성분 조성에 따라서는, 선택 원소나 불순물로서 포함하는 Cr, Zn, V, Ti 등의 원자가 원자의 집합체 중에 포함되어, 이들 기타 원자가 3DAP 분석에 의해 카운트되는 경우가 필연적으로 생긴다.

그러나, 이들 기타 원자(합금 원소나 불순물 유래)가 본 발명에서 규정하는 원자의 집합체(클러스터)에 포함된다고 해도, Mg 원자와 Cu 원자의 총수에 비하면 적은 레벨이다. 그러므로, 이와 같은, 기타 원자를 집합체 중에 포함하는 경우여도, Mg 원자와 Cu 원자의 규정 거리와, 규정 합계 개수의 조건을 만족시키는 것은, 본 발명의 원자의 집합체로서, Mg 원자와 Cu 원자만으로 이루어지는 원자의 집합체와 마찬가지로 기능한다. 따라서, 이웃하는 거리 내의 원자의 개수를 만족시키는 경우에는, 기타 원자를 집합체 중에 포함하는 경우여도, 본 발명의 원자의 집합체로서 카운트하고, 이웃하는 거리 내의 원자의 개수 조건을 만족시키지 않는 경우에는, 본 발명의 원자의 집합체라고는 하지 않아, 카운트하지 않는다.

이 점에서, 본 발명의 원자의 집합체에 있어서, 서로 이웃하는 원자란, Mg 원자와 Cu 원자의 상이한 원자끼리뿐만 아니라, Mg 원자끼리, Cu 원자끼리여도 된다. 예컨대, 원자의 집합체에 있어서, Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 하나가 검출되지 않고서 0개이더라도(Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 하나만이더라도), Mg 원자끼리나 Cu 원자끼리 중 어느 것인가가, 이웃하는 거리(0.80nm 이하)와, 개수(5개 이상)를 만족시키면, 본 발명에서 정의하는 원자의 집합체로 하여, 본 발명에서 정의하는 원자의 집합체로서 평균 개수 밀도로 카운트한다. 그러므로, 3DAP 분석에 의해 측정할 때에, 가령, 이웃하는 거리 내의 원자의 개수가 규정하는 개수를 만족시키고 있었다고 해도, 이 원자의 집합체가, Mg 원자나 Cu 원자를 어느 것도 포함하지 않는 것이면, 본 발명이 규정하는 원자의 집합체는 아니고, 카운트하지 않는다. 즉, 본 발명에서 규정하는 원자의 집합체란, Mg 원자와 Cu 원자의 양쪽, 또는 Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 한 원자를 반드시 포함한다.

여기에서, 원자의 집합체에 있어서의, 원자의 거리의 규정은, 상기 원자의 집합체에 포함되는 Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 원자도, 그 원자(기준이 되는 Mg 원자나 Cu 원자)와 이웃하는 다른 원자(Mg 원자, Cu 원자 또는 다른 원자) 중의 어느 하나의 원자의 서로의 거리가 0.80nm 이하이면 된다. 즉, 그 기준이 되는 Mg 원자 또는 Cu 원자에 이웃하는 다른 모든 원자와 그 기준 원자의 서로의 거리가 전부 0.80nm 이하로 되어 있어도 된다. 또한, 이로부터 벗어나는 거리의 이웃하는 원자가 안에는 있어도 되고, 이 거리를 만족시키는 다른 원자가 최저 1개 있으면 된다. 그리고, 상기 원자의 집합체에 합계로 5개 이상 포함되는 Mg 원자와 Cu 원자란, 전부 이와 같은 이웃하는 다른 원자와의 거리의 관계를 만족시키는 것이다.

원자의 집합체의 평균 밀도:

본 발명에서는, 이상과 같이 규정되고, 또한 3DAP 분석에 의해 측정되는, DI 캔 몸체용 소재 알루미늄 합금판 조직에 있어서의 원자의 집합체를, 이 원자의 집합체의 평균 밀도로 1×10²⁴개/m³ 이하로 규제한다. 이에 의해서, 소재 알루미늄 합금판이 캔 몸체로 캔 제조된 후에 도장 소부 처리를 받았을 때의, 캔 몸체 조직의 서브그레인화를 촉진시켜, 캔 몸체의 내찌름성을 향상시킨다.

이와 같이, 이 특정한 원자의 집합체를 규제함으로써, Cu를 포함하는 3000계 알루미늄 합금판이 캔 몸체로 캔 제조되고, 그 후 도장 소부 처리를 받았을 때에 서브그레인화가 촉진되어, 부분적인 무전위 영역에서의 미끄럼면의 활동이 가능해진다. 이 때문에, 캔으로서의 사용 시나 취급 시에, 캔 몸체에 핀포인트에서의 외력이 가해지는, 이른바 찌름이 생기더라도, 이 찌름 부분에 새로운 전위의 퇴적에 의한 가공 경화가 발현됨으로써, 내찌름성이 향상된다.

이에 대하여, 이 특정한 원자의 집합체의 평균 밀도가 상한치의 1×10²⁴개/m³를 초과한 경우, 원자의 집합체가 지나치게 많아, 소재 알루미늄 합금판이 캔 몸체로 캔 제조된 후에 도장 소부 처리를 받더라도, 캔 몸체 조직의 서브그레인화가 진행되지 않는다. 이 때문에, 캔의 사용 시나 취급 시에, 외력이 걸려서 찌름이 생긴 경우에, 이 찌름 부분에 새로운 전위의 퇴적에 의한 가공 경화가 발현되기 어려워져, 내찌름성이 향상되지 않는다.

본 발명에 있어서의, 이 특정한 원자의 집합체의 평균 밀도의 상한 규정에서는, 이 원자의 집합체를 검출하거나 또는 측정할 수 없어, 존재하지 않는다고 간주되는 0개를 포함하고 있다. 단, 이 원자의 집합체의 수를 굳이 0개로 할 필요는 없고, 평균 밀도로 1×10²⁴개/m³ 이하로 규제하면 되기 때문에, 소재판의 제조 효율을 떨어뜨리지 않는 관점에서의 바람직한 하한의 대중으로서는, 1×10²²개/m³ 이상의 존재를 허용한다.

3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경:

원자의 집합체의 평균 밀도를 3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경에 의해서 측정하는 방법은, 알루미늄 합금재의 분야에서는, 예컨대 일본 특허공개 2011-184795호 공보 등이 예시된다. 이 공보에서는, Zn을 포함하는 5000계 알루미늄 합금판의, 프레스 성형성의 향상에 기여하는 원자 집합체를, 3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경에 의해 측정하고 있다. 그리고, 이 원자의 집합체로서, Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 하나 또는 양쪽을 합계로 20개 이상 포함함과 더불어, 이들 포함되는 Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 원자를 기준으로 해도, 그 기준이 되는 원자와 이웃하는 다른 원자 중 어느 한 원자의 서로의 거리가 0.80nm 이하로 규정되어 있다. 그리고, 이와 같은 조건을 만족시키는 원자의 집합체를 1×10⁴개/μm³ 이상의 평균 밀도로 포함하는 것에 의해서, 스트레처 스트레인 마크(stretcher strain mark)의 발생을 억제한 알루미늄 합금판을 제안하고 있다.

이 3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경에 의한 분석은, 고밀도화된 자기 기록막이나 전자 디바이스나, 알루미늄 합금재, 강재, 구리 합금재의 분야에서, 조직이나 원자 집합체의 분석 등에 범용되고 있다.

3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경(3DAP 3D Atom Probe Field Ion Microscope, 이하 3DAP라고도 약기함)은, 전계 이온 현미경(FIM)에, 비행 시간형 질량 분석기를 부착한 것이다. 이와 같은 구성에 의해, 전계 이온 현미경으로 금속 표면의 개개의 원자를 관찰하고, 비행 시간 질량 분석에 의해, 이들 원자를 동정할 수 있는 국소 분석 장치이다. 또한, 3DAP는, 시료로부터 방출되는 원자의 종류와 위치를 동시에 분석 가능하기 때문에, 원자의 집합체의 구조 해석상, 상당히 유효한 수단이 된다.

이 3DAP에서는, 전계 증발이라고 불리는 고전계 하에 있어서의 시료 원자 그 자체의 이온화 현상을 이용한다. 시료 원자가 전계 증발되기 위해서 필요한 고전압을 시료에 인가하면, 시료 표면으로부터 원자가 이온화되고 이것이 프로브 홀을 빠져나가 검출기에 도달한다.

이 검출기는 위치 민감형 검출기이며, 개개의 이온의 질량 분석(원자종인 원소의 동정)과 함께, 개개의 이온의 검출기에 이르기까지의 비행 시간을 측정하는 것에 의해서, 그 검출된 위치(원자 구조 위치)를 동시에 결정할 수 있도록 한 것이다. 따라서, 3DAP는, 시료 선단의 원자의 위치 및 원자종을 동시에 측정할 수 있기 때문에, 시료 선단의 원자 구조를 3차원적으로 재구성, 관찰할 수 있다는 특장점을 갖는다. 또한, 전계 증발은, 시료의 선단면으로부터 순차적으로 일어나가기 때문에, 시료 선단으로부터의 원자의 깊이 방향 분포를 원자 레벨의 분해능으로 조사할 수 있다.

이 3DAP는 고전계를 이용하기 때문에, 분석하는 시료는 금속 등의 도전성이 높을 것이 필요하고, 더욱이 시료의 형상은, 일반적으로는, 선단 지름이 100nmφ 전후 또는 그 이하인 극세의 침 형상으로 할 필요가 있다. 이 때문에, 알루미늄 합금판의 판 두께 중앙부 등으로부터 시료를 채취하고, 이 시료를 정밀 절삭 장치로 절삭 및 전해 연마하여, 분석용의 극세의 침 형상 선단부를 갖는 시료를 제작한다. 측정 방법으로서는, 예컨대, Imago Scientific Instruments사제의 「LEAP3000」을 이용하여, 이 선단을 침 형상으로 성형한 알루미늄 합금판 시료에, 1kV 오더의 고펄스 전압을 인가하여, 시료 선단으로부터 수백만 개의 원자를 계속적으로 이온화해서 행한다. 이온은 위치 민감형 검출기에 의해서 검출하고, 펄스 전압이 인가되어, 시료 선단으로부터 개개의 이온이 튀어 나가고 나서, 검출기에 도달하기까지의 비행 시간으로부터, 이온의 질량 분석(원자종인 원소의 동정)을 행한다.

또, 전계 증발이 시료의 선단면으로부터 순차적으로 규칙적으로 일어나가는 성질을 이용하여, 이온의 도달 장소를 나타내는, 2차원 맵에 적절히 깊이 방향의 좌표를 부여하고, 해석 소프트웨어 「IVAS」를 이용하여, 3차원 매핑(3차원에서의 원자 구조: 아톰 맵의 구축)을 행한다. 이에 의해서, 시료 선단의 3차원 아톰 맵이 얻어진다.

그리고, 이 3차원 아톰 맵을, 추가로, 석출물이나 클러스터에 속하는 원자를 정의하는 방법인 Maximum Separation Method를 이용하여, 원자의 집합체(클러스터)의 해석을 행한다. 본 수법은, 지정된 용질 원자 사이의 최대 간격 d_max와, 클러스터를 구성하는 최저 원자수 N_min을 파라미터로서 부여하는 방법이다. 이 해석 시에는, Mg 및 Cu 원자가 이웃하는 최대 간격 d_max가 0.80nm이고, 또한 Mg 및 Cu 원자의 합계 최저 원자수 N_min을 5개로 하여 클러스터를 정의해서 행한다. 이 결과로부터 클러스터의 분산 상태를 평가하고, 클러스터의 수 밀도(측정 시료수가 3개 이상에서의 규정 평균 밀도)를 정량화한다.

3DAP에 의한 원자의 검출 효율:

단, 이들 3DAP에 의한 원자의 검출 효율은, 현재 시점에서, 이온화한 원자 중의 50% 정도가 한계이고, 잔여 원자는 검출할 수 없다. 이 3DAP에 의한 원자의 검출 효율이 장래적으로 향상되는 등, 크게 변동하면, 본 발명이 규정하는 원자의 집합체의 평균 개수 밀도(개/m³)의 3DAP에 의한 측정 결과가 변동되어 올 가능성이 있다. 따라서, 이 원자의 집합체의 평균 개수 밀도의 측정에 재현성을 갖게 하기 위해서는, 3DAP에 의한 원자의 검출 효율은 약 50%로 대략 일정하게 하는 것이 바람직하다.

(제조 방법)

다음으로, 본 발명에 있어서의 DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판의 제조 방법을 설명한다. 본 발명의 알루미늄 합금판은, 상기 조성의 알루미늄 합금을 용해, 주조하여 주괴로 하는 주조 공정과, 주괴를 열처리에 의해 균질화하는 균열(均熱) 처리 공정과, 균질화한 주괴를 열간 압연하여 열간 압연판으로 하는 열간 압연 공정과, 열간 압연판을 소둔하는 일 없이 냉간 압연하는 냉간 압연 공정에 의해서 제조된다. 그리고, 이 제조 방법에 있어서, 주괴의 균열 처리를 후술하는 조건에 의해서 2회 행함과 더불어, 냉간 압연도 후술하는 특정한 조건에 의해서 행하여, 냉연 후의 알루미늄 합금판 조직을, 본 발명에서 규정하는 조직으로 한다.

(용해, 주조)

우선, 알루미늄 합금을 용해하여, DC 주조법 등의 공지된 반연속 주조법에 의해 주조하고, 알루미늄 합금의 고상선 온도 미만까지 냉각하여 주괴로 한다. 주조 속도가 40mm/분 미만, 또는 냉각 속도가 0.5℃/초 미만으로 느리면, 주괴 중에 조대한 금속간 화합물이 다량으로 정출된다. 한편, 주조 속도가 65mm/분, 또는 냉각 속도가 1.5℃/초를 각각 초과하여 빠르면, 주괴 깨짐이나 「공동」 또는 「수축공(Shrinkage cavity)」이 발생하기 쉬워져 주조 수율이 저하된다. 따라서, 주조에 있어서, 주조 속도는 40∼65mm/분, 냉각 속도는 0.5∼1.5℃/초로 한다. 또한, 이 냉각 속도는 주괴의 중앙부의 온도, 즉 주조 방향에 수직인 면의 중앙부의 온도에 대한 것으로, 알루미늄 합금의 액상선 온도로부터 고상선 온도까지의 냉각에 있어서의 속도로 한다.

(균열 처리)

주괴를 압연하기 전에, 소정 온도에서 균질화 열처리(균열 처리)할 것이 필요하다. 열처리를 실시하는 것에 의해서, 내부 응력을 제거하고, 주조 시에 편석된 용질 원소를 균질화하고, 주조 시에 정출된 금속간 화합물을 확산 고용시켜, 조직이 균질화된다.

단, 본 발명에서는, 균열 처리를 2회 균열로 한다. 이 2회 균열이란, 2단 균열과는 구별된다. 2단 균열이란, 1회째의 균열 후에 냉각은 하지만, 200℃ 이하까지는 냉각하지 않고, 보다 고온에서 냉각을 정지한 뒤, 그 온도에서 유지한 후에, 그대로의 온도이거나, 보다 고온으로 재가열한 뒤에 열연을 개시하는 것이다. 이에 비하여, 본 발명의 2회 균열이란, 1회째의 균열 후에, 일단 실온을 포함하는 200℃ 이하의 온도까지 냉각하고, 추가로 재가열하여, 그 온도에서 일정 시간 유지한 후에, 열연을 개시하는 것이다.

구체적으로는, 우선, 1회째의 균열 온도를 580℃ 이상 융점 온도 미만으로 한다. 이 균열 온도를 580℃ 이상으로 하는 것은 주조 시에 생성된 조대한 Al-Fe-Mn계 화합물을 고용시키기 위해서이다. 균열 온도가 580℃ 미만이 되면, 조대한 Al-Fe-Mn계 화합물이 고용되지 않고서 잔존하기 때문에, 캔 몸체로의 냉연판의 성형성이 저하된다.

이 1회째의 균열 처리 후에 일단, 실온을 포함하는 200℃ 이하까지 냉각한다. 이때, 500∼200℃ 사이의 주괴의 평균 냉각 속도를 80℃/시간 이상으로 한다. 이 온도 사이의 평균 냉각 속도가 80℃/시간 미만이면, 냉각 중에 생성되는 Al-Fe-Mn계 화합물량이 증가할 뿐만 아니라, 본 발명에서 규제하는 상기 Mg와 Cu 원자의 집합체도 증가한다. 또한, 상기 2단 균열과 같이, 이 냉각을 도중의 고온 상태(200℃를 초과함)에서 멈추고, 연속적으로 2회째의 균열 처리를 행하면, 이미 분산되어 있는 Al-Fe-Mn계 화합물을 핵으로 해서, 그 양이 증가하기 때문에, 200℃ 이하까지 일단 냉각할 것이 필요하다. 이 조건을 벗어나면, DI 캔용 냉연판의 판 폭 방향이나 판 두께 방향에 이르는 부위의 조직을 캔 몸체의 내찌름성이 우수한 것으로 할 수 없다.

2회째의 균열 온도는 450℃ 이상 550℃ 이하로 한다. 그리고, 이 2회째의 균열에 있어서의 200∼400℃의 온도 사이의 주괴의 평균 가열 속도를 30℃/시간 이상의 속도로 하고, 바람직하게는 30℃/시간을 초과하는 속도로 한다. 이는, 이 2회째의 균열에 있어서의 승온 중에 Mg-Si계 화합물이 생성되는데, 특히 상기 200∼400℃의 온도 사이의 주괴의 평균 가열 속도를 30℃/시간 초과로 하는 것에 의해서, 본 발명에서 규제하는 상기 Mg와 Cu 원자의 집합체의 생성량을 억제한다. 이 가열 속도가 작으면, 본 발명에서 규제하는 상기 Mg와 Cu 원자의 집합체의 생성량을 억제할 수 없어, 상한을 초과할 가능성이 있다.

이들 1회째, 2회째의 각 균열 처리 시간이 각각 2시간 미만이면, 주괴의 균질화가 완료되지 않는 경우가 있다. 한편, 8시간을 초과하는 균열 처리를 행하더라도 효과의 향상은 없어, 생산성이 저하된다. 따라서, 1회째, 2회째의 각 균열 처리 시간은 2∼8시간으로 하는 것이 바람직하지만, 특별히 한정하는 것은 아니다.

(열간 압연)

상기 균열 처리 공정에서 균질화된 주괴에 열간 압연을 행하는데, 이 열연 조건은 통상적 방법 또는 일반적인 조건의 범위이면 되고, 우선 주괴를 조(粗)압연하고, 추가로 마무리 압연에 의해 소정의 판 두께의 알루미늄 합금 열간 압연판으로 한다.

(냉간 압연)

열간 압연판은, 사전에 소둔하지 않고서, 또한 패스 사이에서의 중간 소둔도 하지 않고서, 냉간 압연하여, 소정의 판 두께의 알루미늄 합금판으로 마무리한다. 냉간 압연에 있어서의 총 압연율(냉간 가공률)은 77∼90%, 냉연 후의 냉연판의 판 두께는 0.25∼0.33mm로 하는 것이 바람직하다. 냉간 압연에 있어서의 총 압연율은, 물론, 냉연판의 희망 판 두께와의 관계로 결정되지만, Mg와 Cu 원자의 집합체의 평균 밀도를 본 발명 범위 내로 제어하기 위한, 바람직한 권취 온도 범위로 하기 위해서도, 상기 범위로 하는 것이 바람직하다.

여기에서, 냉간 압연 후의 코일에의 권취 온도는 120∼160℃의 범위로 할 것이 필요하다. 이와 같은 온간역(溫間域)에서의 온도 범위에서 권취하지 않으면, 냉연판 조직이, 본 발명에서 규정하는 상기 Mg와 Cu 원자의 집합체의 범위가 되지 않을 가능성이 높다. 이 권취 온도가 160℃를 초과한 경우, 본 발명에서 규정하는 Mg와 Cu 원자의 집합체의 평균 밀도가 1×10²⁴개/m³를 초과하여 많아져, 캔 몸체로 캔 제조되어 200℃×20분간 열처리되었을 때의 서브그레인화가 억제되어, 내찌름성이 저하된다. 한편으로, 이 권취 온도가, 통상의 냉간 압연과 같이, 120℃ 미만의 실온 등의 상태에서는, 이 권취 직후의 강도가 높아지고, 신도가 낮기 때문에, DI 성형 전의 컵 성형성이 저하되어 버린다.

통상의 냉간 압연 조건에서는, 권취되는 판(코일)은, 윤활과 함께 가공 발열을 제어하는 관점에서, 상기한 압연율과 사용하는 윤활유나 쿨런트의 양을, 판을 냉각하는 데 충분한 양으로 하기 위해, 실온 부근의 온도가 된다. 이에 비하여, 본 발명에서는, 반대로 가공 발열을 오히려 촉진시켜, 냉간 압연 후의 코일에의 권취 온도를 고온측으로 해서 120∼160℃, 바람직하게는 120℃∼145℃의 온간역으로 한다.

(DI 캔의 제작 방법)

본 발명에 따른 소재 알루미늄 합금판(냉연판)으로부터 DI 캔의 캔 몸체를 제작하는 캔 제조 방법의 일례를 이하에 설명한다. 우선, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판을 원판 형상으로 타발하고(블랭킹 가공), 얕은 컵 형상으로 드로잉 가공하고(커핑 가공), DI 성형을 실시한다. 이들 드로잉 가공 또 아이어닝 가공을 복수회 반복하여 서서히 측벽을 높게 해서, 소정의 바닥면 형상 및 측벽 높이의 유저 통 형상으로 한다. 이들 가공에 의한 캔 몸체의 측벽의 판 두께 감소율(아이어닝 가공률)은 60∼70%로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 측벽(개구부)의 가장자리를 잘라내어 정리한다(트리밍 가공). 이 상태에서, 최박부의 측벽 두께가 0.085∼0.110mm의 범위인 박육의 캔 몸체로 DI 성형된다.

이어서, 캔 몸체는 탈지 세정되고, 외면, 내면에 각각 도장, 도막의 소부(베이킹)가 실시되어, 최박부의 측벽의 캔 축 방향의 강도로서, 0.2% 내력이 280MPa 이상 350MPa 이하 정도가 되는 고강도가 된다. 덧붙여서 말하면, 이 강도는, 실제로 상기 도막의 소부(베이킹)를 하지 않아도, 성형된 캔 몸체를 본 발명에서 말하는 「캔 몸체의 도막의 소부 상당의 열처리」로서, 도막의 소부 상당의 온도와 시간을 200℃×20분으로 열처리한 후의 강도로, 대용할 수 있다. 이 도장 소부 처리(열처리)를 받았을 때에, 상기한 캔 몸체 조직의 서브그레인화가 촉진되면, 내찌름성이 향상된다.

도막 소부 후의 캔 몸체는 개구부를 축경하고(네킹 가공), 개구부의 가장자리를 외측으로 넓혀서(플랜징 가공), 최종의 캔 몸체가 된다. 음료, 식품 용도로 사용할 때에는, 개구부로부터 내용물(음료, 식품)이 캔 몸체에 충전되고, 별도 공정에서 제작된 캔 캡을 개구부에 권체하여 봉지된다.

실시예

이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 기술했지만, 이하에 본 발명의 효과를 확인한 실시예를, 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예와 대비하여 구체적으로 설명한다. 한편, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(공시재 알루미늄 합금판)

표 1에 나타내는 조성의 알루미늄 합금을 용해하고, 반연속 주조법을 이용하여, 각 예 모두 공통적으로 상기한 바람직한 수치 범위 내의 주조 속도 및 냉각 속도로 주괴를 제작했다.

이 주괴를 상기 2회 균열하되, 각 예 모두 공통적으로 600℃의 균열 온도에서 4시간의 1회째의 균열 후에, 일단 실온까지 500∼200℃의 평균 냉각 속도(℃/시간)를 표 2와 같이 여러 가지로 변경하여 냉각했다. 그 후, 2회째의 균열로서, 주괴를 실온으로부터 재차 가열하고, 200∼400℃의 평균 가열 속도(℃/시간)를 표 2와 같이 여러 가지로 변경하는 한편, 각 예 모두 공통적으로 500℃의 균열 온도에서 4시간의 2회째의 균열 처리를 행했다.

그리고, 각 예 모두 공통적으로, 이 500℃의 온도에서 열간 압연을 개시하고, 종료 온도를 330℃로 해서, 판 두께 2.0∼3.0mm의 열간 압연판으로 했다.

또, 각 예 모두 공통적으로, 이 열간 압연판을 황둔(荒鈍)(소둔)하는 일 없이, 또한 도중에 중간 소둔을 실시하는 일 없이, 냉간 압연을 실시하여, 판 두께 0.28mm이고 판 폭이 2000mm인 코일 형상의 장척 알루미늄 합금판으로 했다. 이때에, 냉간 압연의 총(합계) 압연율(%)과 권취 온도(℃)를 표 2에 나타내는 바와 같이 여러 가지로 변경하여 행했다.

한편, 표 1의 알루미늄 합금판 화학 성분 조성에서 「-」의 표시는, 검출 한계 이하이고, 실질적으로 이 원소를 포함하지 않는 0%인 것을 나타내고 있다.

(캔 몸체)

얻어진 코일 형상의 알루미늄 합금판을, 커핑 가공, DI 성형(아이어닝 가공률 65∼70%)하고, 개구부를 트리밍 가공하여, 외경 약 66mm, 높이(캔 축 방향 길이) 124mm, 측벽 두께 0.090mm의 유저 통 형상의 캔 몸체로 했다. 또, 이 캔 몸체를 탈지 세정한 후, 도장 시의 소부를 상정(모의)한 상기 200℃×20분간의 조건에서의 열처리를 행하여, 캔 몸체 공시재로 했다.

〔평가〕

상기 알루미늄 합금 냉연판의 조직을, 3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경과 분석 해석 소프트를 이용한 상기 측정 방법에 의해, 본 발명에서 규정한 원자의 집합체의 평균 밀도를 측정했다. 또한, 캔 몸체로의 DI 성형성, 0.2% 내력도 각각 측정했다. 그리고, 캔 몸체(상기 도장 소부 상정의 열처리 후)에서의 내찌름성, 0.2% 내력도 각각 측정, 평가했다. 이들의 결과를 표 1에 계속되는 표 2에 나타낸다(표 1, 2의 번호는 서로 공통된다).

(3DAP에 의한 조직 측정)

3DAP법에 의한 측정은, 상기 냉연판으로부터, 폭 방향으로 1mm씩 간격을 두고, 길이 30mm×폭 1mm의 시험편을 절삭 장치로 3개 잘라내고, 그 후 전해 연마에 의해, 시험편을 가늘게 가공하여, 선단의 반경이 약 50nm인 침 형상 시료를 제작했다. 이 때문에 측정 개소는, 판 두께의 중심부 근방을 측정하고 있게 된다. 이 선단을 침 형상으로 성형한 시료를 상기 「LEAP3000」을 이용하여 3DAP 측정을 행하고, 상기 3개의 시험편 각각의 본 발명에서 규정하는 원자의 집합체의 밀도(개/m³)를 측정하여, 평균화(평균 밀도화)했다. 덧붙여서 말하면 3DAP법에 의한 측정 체적은 대략 1.0×10^-24∼10^-21m³이다.

(성형성)

상기한 DI 성형에서는, 알루미늄 합금 냉연판 코일의 길이 방향 중앙부의, 상기 판 폭 방향 중앙부 근방 1개소와, 상기 양 단부 2개소의 각 근방의 합계 3개소로부터 1000장씩 블랭크를 잘라내고, 아이어닝 가공률 65%로 연속 성형(커핑 가공, DI 성형)하여 캔 제조했다. 그리고, 성형 시에 불량(티어 오프, 핀홀 등)이 발생하지 않은 경우는 성형성이 우수하다고 해서 「○」, 불량이 발생한 경우는 성형성 불량으로서 「×」로 평가했다.

(내찌름성)

각 예에 대하여, 캔 제조된 캔 몸체의 내찌름성, 특히 냉연판의 판 폭 방향이나 판 두께 방향의 각 내찌름성이 대체로 향상되어 있는지를 검증했다. 이를 위해서, 각 예 모두, 상기 알루미늄 합금 냉연판 코일의 판 폭 방향 중앙부, 양 단부의 3개소로부터 캔 제조된 캔 몸체가 균등하게 포함되도록, 상기 성형된 10개 전부에 대하여 찌름 시험을 실시해서, 내찌름성을 평가했다.

이 내찌름성 시험은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 캔 몸체를 고정하고, 1.7kgf/cm²(=166.6kPa)의 내압을 걸어, 캔 몸체의 측벽의, 알루미늄 합금판의 압연 방향이 캔 축 방향과 일치하고, 캔 바닥으로부터의 캔 축 방향의 거리 L이 60mm인 부위에, 선단이 반경 0.5mm의 반구면인 찌름침을, 측벽에 대하여 수직으로, 속도 50mm/분으로 찔렀다. 그리고, 찌름침이 측벽을 관통하기까지의 하중(N)을 측정하여, 얻어진 최대 하중을 찌름 강도로 했다.

내찌름성 시험 결과에 있어서, 전체 캔 몸체의 상기 최대 하중이 평균으로 40N 이상이었던 것을, 상기 알루미늄 합금 냉연판의 판 폭 방향 전체가 내찌름성이 우수하다고 해서 「◎」, 평균으로 35N 이상이었던 것도 「○」로 평가했다. 한편, 전체 캔 몸체의 상기 최대 하중이 평균으로 35N 미만이었던 것은, 상기 알루미늄 합금 냉연판의 판 폭 방향이나 판 두께 방향 전체에서는 내찌름성이 불량이라고 해서 「×」로 평가했다.

본 발명에서는, DI 캔의 취급 내지 사용 조건으로서, 캔의 내외에서의 압력차가 보다 크고, 캔 몸체의 변형이 커져, 내찌름성이 보다 엄격한 조건이 되는, 상기 1.7kgf/cm²(=166.6kPa)의 보다 낮은 내압으로 했다. 실제의 캔 몸체의 찌름 시의 파열은, 다양한 형상의 것이 충돌하는 것에 의해 일어나고 있지만, 그들 전부를 평가할 수 없어, 보다 엄격한 평가 방법으로 평가할 것이 요구되고 있다. 그 때문에, 내압을 낮추고, 변형을 크게 한 조건을 채용함으로써, 찌름 강도가 높아지는 것을 어렵게 했다.

지금까지의 내찌름성의 평가는, 통상, 보다 높은 2.0kgf/cm²(=196kPa)의 내압을 걸어서 행해지고 있다. 이 때문에, 동일한 시험 재료이더라도, 본 발명의 시험 방법쪽이 시험 조건은 엄격하고, 찌름 강도는 낮은 편이 된다. 즉, 상기 2.0kgf/cm²의 내압에 의한 시험에서의 찌름 강도(N)의 값과, 본 발명의 시험 방법에 의한 찌름 강도(N)의 값이 예컨대 동일하거나, 또는 예컨대 다소 낮은 수치였다고 해도, 본 발명의 재료쪽이 내찌름성이 우수하다고 할 수 있다. 바꿔 말하면, 2.0kgf/cm²의 내압 시험에서의 내찌름성이 우수했다고 해도, 본 발명의 1.7kgf/cm²의 보다 낮은 내압에서의 내찌름성이 우수하다고는 전혀 말할 수 없다.

(0.2% 내력)

상기 냉연판과 상기 캔 몸체 측벽의 0.2% 내력 측정을 위한 인장 시험은, 냉연판과, 캔 몸체(상기 도장 소부 상정의 열처리 후) 측벽으로부터 각각 채취한 시험편을, JIS Z 2201에 따라서 행함과 더불어, 시험편 형상은 JIS 5호 시험편으로 행하여, 시험편의 길이 방향이 압연 방향(캔 축 방향)과 일치하도록 제작했다. 또한, 크로스헤드 속도는 5mm/분이고, 시험편이 파단될 때까지 일정한 속도로 행했다.

표 1, 2에 나타내는 바와 같이, 각 발명예 1∼10은, 알루미늄 합금의 조성이 본 발명 범위 내이고, 바람직한 제조 조건으로 제조되어 있다. 이 때문에, 각 발명예는, 표 2와 같이, 냉간 압연판이 본 발명에서 규정한 원자의 집합체의 평균 밀도의 범위 내로 되어 있다.

이 결과, 각 발명예는, DI 성형성이 양호하다는 전제에서, 상기 알루미늄 합금판을 최박부의 측벽 두께가 0.090mm인 박육의 캔 몸체로 DI 성형되고, 또한 상기 도막의 소부 상당의 열처리 후의 측벽의 캔 축 방향의 0.2% 내력이 280MPa 이상 350MPa 이하인 고강도로 했을 경우의 내찌름성이 우수하다. 더욱이, 이 내찌름성은, 캔 몸체에 1.7kgf/cm²(=166.6kPa)의 내압을 건 엄격한 평가임에도 불구하고, 35N 이상 또는 40N 이상으로 우수하다. 즉, 캔벽 두께가 박육화, 고강도화된 캔 몸체에 있어서, 양호한 성형성, 보다 엄격한 조건에서의 우수한 내찌름성이 얻어졌다.

이에 비하여, 표 1, 2의 비교예 11∼20은, 알루미늄 합금의 조성 범위 밖이거나, 또는 상기 균열이나 냉간 압연에 있어서의 조건이 본 발명의 상기 바람직한 조건으로부터 벗어나 있다. 이 때문에, 각 비교예는, 냉간 압연판이 본 발명에서 규정한 원자의 집합체의 평균 밀도로부터 벗어나거나, 0.2% 내력이 뒤떨어지거나, DI 성형성도 뒤떨어져 있고, 나아가서는 전부가 찌름성이 뒤떨어져 있다.

비교예 11은, 1회째의 균열 처리 후의 실온까지의 냉각 시의 500∼200℃의 평균 냉각 속도가 70℃/시간 미만으로 지나치게 작다. 이 결과, 냉각 중에 생성되는 본 발명에서 규정한 원자의 집합체가 증가하여, 평균 밀도가 상한을 초과해 있어, 내찌름성이 뒤떨어져 있다.

비교예 12는, 2회째의 균열 온도 시에서의 200∼400℃의 평균 가열 속도가 30℃/시간 미만으로 지나치게 작다. 이 결과, 가열 중에 생성되는 본 발명에서 규정한 원자의 집합체가 증가하여, 평균 밀도가 상한을 초과해 있어, 내찌름성이 뒤떨어져 있다.

비교예 13은, 냉간 압연에 있어서의 총 압연율이 지나치게 낮아, 냉연판이나 BH 후의 캔 몸체 강도가 지나치게 낮고, 내찌름성도 뒤떨어져 있다.

비교예 14는, 냉간 압연에 있어서의 권취 온도가 지나치게 높아, 냉연판의 본 발명에서 규정한 원자의 집합체가 증가하여, 평균 밀도가 상한을 초과해 있어, 내찌름성이 뒤떨어져 있다.

또한, 표 1, 2의 비교예 15∼20은, Cu, Mn, Mg, Si, Fe 중 어느 것인가의 함유량이 본 발명 범위로부터 벗어나 있다.

비교예 15는 Mg 양이 과소이고, 고용 Mg 양이 과소로 되어 있다. 비교예 16은 Mn 양이 과다로 되어 있다. 이 결과, 이들 비교예는 상기 내압 조건이 엄격한 경우의 판 폭 방향에 이르는 내찌름성이 뒤떨어져 있다.

비교예 17은 Mn 양이 과소이다. 비교예 18은 Si 양이 과다이다. 비교예 19는 Fe 양이 과다이다. 이 결과, 이들 비교예는, DI 성형 시에 불량이 발생했기 때문에, 캔용으로서는 실용화할 수 없어, 그 후의 찌름 시험도 실시하는 의미가 없기 때문에 중지했다.

비교예 20은 Cu가 포함되어 있지 않다. 이 결과, 캔 몸체의 강도가 낮고, 상기 내압 조건이 엄격한 경우의 판 폭 방향에 이르는 내찌름성도 뒤떨어져 있다.

본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시태양을 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 분명하다.

본 출원은 2012년 12월 27일 출원된 일본 특허출원(특원 2012-285870)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

이상, 본 발명 DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판(냉연판)은, 알루미늄 합금 냉연판으로부터 캔 제조되는 캔 몸체의 내찌름성을 목적으로 하는 레벨까지 향상시켜, 캔 몸체의 내찌름성을 보장할 수 있다. 이 때문에, 캔벽 두께가 박육화, 고강도화되어, 보다 엄격한 사용 조건에서의 내찌름성이 요구되는 DI 캔 몸체에 이용되는 알루미늄 합금 냉연판에 최적이다.

Claims

질량%로, Mn: 0.3∼1.3%, Mg: 0.7∼3.0%, Si: 0.1∼0.5%, Fe: 0.1∼0.8%, Cu: 0.01∼0.4%를 각각 함유하며, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 알루미늄 합금판이고, 3차원 아톰 프로브 전계 이온 현미경에 의해 측정된 원자의 집합체로서, 그 원자의 집합체가, Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 하나 또는 양쪽을 합계로 5개 이상 포함함과 더불어, 이들 포함되는 Mg 원자나 Cu 원자 중 어느 원자를 기준으로 해도, 그 기준이 되는 원자와 이웃하는 다른 원자 중 어느 한 원자의 서로의 거리가 0.80nm 이하이고, 이들 조건을 만족시키는 원자의 집합체의 평균 밀도를 1×10²⁴개/m³ 이하로 규제하고,
상기 알루미늄 합금판이, 최박부의 측벽 두께가 0.085∼0.110mm의 범위인 캔 몸체로 DI 성형되고, 이 캔 몸체가 200℃×20분간 열처리되었을 때의, 캔 몸체 측벽의 캔 축 방향의 0.2% 내력이 280MPa 이상 350MPa 이하인 강도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판.
제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금판이 추가로 Cr: 0.001∼0.1%, Zn: 0.05∼0.5% 중 1종 또는 2종을 함유하는, DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금판의 내찌름성이, 상기 캔 몸체에 1.7kgf/cm²(=166.6kPa)의 내압을 걸고, 이 캔 몸체 측벽의 캔 바닥으로부터 캔 축 방향의 거리 L=60mm의 부위에, 선단이 반경 0.5mm의 반구면인 찌름침을 캔 몸체 측벽에 대하여 수직으로 속도 50mm/분으로 찔러, 이 찌름침이 캔 몸체 측벽을 관통하기까지의 하중 측정값 중의 최대값으로 35N 이상인, DI 캔 몸체용 알루미늄 합금판.