KR20090077978A - 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법 및 에어로졸용 드로잉 가공 캔 - Google Patents

에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법 및 에어로졸용 드로잉 가공 캔 Download PDF

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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

소재로 하는 래미네이트 강판은, 상당 변형(εeｑ)이 1.6이 되는 가공 후의 인장 강도(TS)가 800MPa 이하이며, 그리고, 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께(tb)와 인장 파단 전의 판 두께(to)가 0.25≤tb/to를 만족한다. 그리고, 성형하는데 있어서는, 하기식을 충족하도록 가공 성형된다.
1.5≤h/(R-r), 2.8≤R/r1, 그리고, 1.1≤r2/r1
단, h : 개구 선단부까지의 캔 바닥으로부터의 높이, r : 캔 몸통의 외반경(outer radius), R : 최종 가공 캔체와 중량이 등가가 되는 가공 전의 원형 블랭크에 있어서의 반경, r1 : 개구 선단부의 외반경, r2 : 비드부의 외반경
에어로졸, 드로잉 강판, 래미네이트

Description

에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법 및 에어로졸용 드로잉 가공 캔 {PROCESS FOR MANUFACTURING DRAWN CAN FOR AEROSOL AND DRAWN CAN FOR AEROSOL}
본 발명은, 각종 스프레이 등의 용기로서 이용되고 있는 에어로졸(aerosol)용 드로잉 가공 캔의 제조 방법 및 에어로졸용 드로잉 가공 캔에 관한 것이다.
에어로졸용 금속 용기의 분야에는, 크게 나누어 용접 캔(welded can)과 드로잉 가공 캔(drawn can)이 있다. 용접 캔은, 장방형 평판을 원통 형상으로 용접에 의해 접합한 캔 몸통에, 캔 바닥 및 캔 뚜껑(돔 톱(dome top))이 부착된 것이다. 스프레이 용도로 이용할 때에는, 돔 톱에 추가로 분사용 밸브를 구비한 마운팅 컵(mounting cup)이 부착된다.
드로잉 가공 캔은, 임팩트 가공이나 드로잉-재드로잉 가공, 드로잉-재드로잉 가공-아이어닝(ironing) 가공 등의 가공 방법을 이용하여 바닥이 있는 원통에 가공된 캔 몸통의 개구단측을, 캔 몸통의 직경보다 작은 지름으로 축경(diameter reduction)하여, 마운팅 컵이 부착된 것이다. 이러한 드로잉 가공 캔은, 1피스 캔, 모노 블록 캔이라고 불리는 경우가 있다.
이와 같이, 드로잉 가공 캔은, 이음매가 없는 캔 몸통인 것, 캔 몸통으로부터 마운팅 컵을 향하여 유려한 연속적인 형상으로 축경 가공되어 있는 것 등으로부 터, 용접 캔과 비교하여 외관의 미려성(美麗性)이 우수하다. 그 때문에, 상품의 성격상 패키지의 외관이 중시되는 용도, 예를 들면, 방향제, 제한제(antiperspirants), 정발료(hair tonics) 등의 용도에는, 드로잉 가공 캔이 넓게 이용되고 있다.
이들의 캔에 이용되는 소재로서는, 현재는, 용접 캔에는 강판(鋼板), 드로잉 가공 캔에는 알루미늄이 이용되는 것이 일반적이다. 드로잉 가공 캔의 소재로서 강판이 이용되어오지 않았던 이유로서는, 크게 나누어 이하의 점을 들 수 있다.
첫 번째 이유로서, 알루미늄은 강판과 같은 붉은 녹이 발생하지 않는 점에 있다. 에어로졸 캔이 습윤 환경에 놓여진 경우, 강판을 이용한 경우에는 붉은 녹의 발생이 우려되어, 만에 하나 붉은 녹이 발생했을 때에는, 에어로졸 캔의 외관을 현저하게 손상하여, 상품 가치가 저하한다는 문제가 있다고 생각된다.
두 번째 이유로서는, 알루미늄은 강판보다도 연질(soft)이기 때문에, 임팩트 가공이나 드로잉-재드로잉 가공, 드로잉-재드로잉 가공-아이어닝 가공 등의 방법을 이용하여 바닥이 있는 원통의 캔 몸통을 성형하고, 개구단부를 축경하고, 추가로 개구단부에 마운팅 컵을 부착하기 위한 비드부를 성형하는 것이 비교적 용이한 점이다.
여기에서, 평판을 소재로서, 드로잉 가공 캔으로 이루어지는 에어로졸 캔을 제작하는 공정을 도 1 및 이하에 나타낸다.
1) 평판 형상의 소재로부터 원형 블랭크(blank)를 제작하는 공정,
2) 복수회의 드로잉 가공(아이어닝 가공을 병용해도 좋음)에 의해, 당해 원 형 블랭크를 바닥이 있는 원통 형상으로 성형하여 캔 몸통을 성형하는 공정,
3) 당해 캔 몸통의 캔 바닥부를 캔 내면측으로 볼록해지는 형상으로 돔 가공하는 공정,
4) 당해 캔 몸통의 개구 단부측을 트림(trim) 가공하는 공정,
5) 당해 캔 몸통의 개구 단부측을 당해 캔 몸통의 외(外)직경 이하의 지름으로 축경 가공(복수회의 가공이라도 좋음)하는 공정,
6) 당해 개구단 선단부에 컬(curl) 가공(복수회의 가공이라도 좋음)에 의한 비드부를 형성하는 공정.
에어로졸 캔에는 다종 다양한 사이즈인 것이 시장에 유통되고 있고, 상기의 방법으로 다종 다양한 사이즈에 합치한 캔을 얻는 가공을 행할 경우, 매우 높은 가공도를 필요로 하여, 종래, 강판을 이용하여 용이하게 성형할 수 있는 것은 아니었다.
이러한 이유로부터, 에어로졸용 드로잉 가공 캔에는 현상에서(currently) 알루미늄이 이용되고 있다. 그러나, 알루미늄은 강도가 낮기 때문에, 내압(內壓)이 높아지는 에어로졸 캔에서는 판 두께를 두껍게 할 필요가 있다. 그 때문에, 최근의 알루미늄 소재 금속이 비싸지는 것과 맞물려, 알루미늄을 이용하는 에어로졸 캔은 소재 비용이 높아진다는 결점이 있다. 한편, 강판은 강도가 높고 저가인 점으로부터, 에어로졸 캔에 이용한 경우는, 충분한 캔체 강도를 구비하면서 캔체 판 두께를 얇게할 수 있어, 소재비를 저감할 수 있는 가능성이 있다. 이러한 현상에 응하여, 에어로졸용 드로잉 가공 캔을 강판을 이용하여 제조하는 기술이 요망되고 있 었다.
전술한 바와 같이, 드로잉 가공 캔의 소재로서 강판은 이용되어오지 않았던 첫 번째 이유는, 강판의 내식성이 알루미늄에 비해 떨어지는 점이다. 이에 대해서는, 떨어지는 내식성을 해소하는 기술로서, 강판 자체의 내식성을 높이는 방법이 특허문헌 1에 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는, 강판 자체를 내식성이 높은 스테인리스로 하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 스테인리스는 내식성이 우수하지만 고가이기 때문에, 이 방법으로는 캔 비용의 상승을 초래하는 것이 된다.
특허문헌 2에는, 강판 표면을 내식성이 높은 금속으로 피복하는 기술이 개시되어 있다. 즉, 알루미늄 피복 강판을 이용함으로써, 드로잉 아이어닝 가공한 에어로졸 캔의 캔 바닥부의 녹을 회피하는 기술이다. 이 방법에 따르면, 가공도가 낮은 캔 바닥부에 대해서는 녹을 회피할 수 있는 가능성이 있지만, 드로잉 아이어닝 가공한 캔 몸통부는 알루미늄 피복이 손상을 받기 때문에, 녹의 발생이 우려된다.
특허문헌 3에는, 강판 표면을 도막(paint film)으로 피복함으로써 내식성을 높이는 방법으로서, 경화된 폴리아미드이미드계 도막을 구비한 내면 도장 금속 용기에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 에어로졸 캔에 이용했을 때의 소재로서 강판을 이용하는 것이 가능하다고 되어있지만, 강판에 관한 실시예는 용접 캔에 관한 것 뿐으로, 드로잉 캔의 내식성에 대해서는 충분한 기재가 없고, 효과는 불분명하다. 또한, 명세서 중에, 이 기술은 성형된 캔 몸통에 시행해도, 성형 전의 금속판에 시행하여 후에 가공해도 좋다는 기재가 있지만, 실시예에서는, 캔 몸통을 성형한 후에 도막을 형성시킨 알루미늄을 이용한 캔이 기재되는 정도로, 성형 전의 금속판에 도막을 형성시키고, 그것을 가공한 실시예는 구체적으로는 나타나 있지 않다. 본 발명자들이 검토한 결과, 열경화한 도막으로 피복한 강판을 드로잉 가공하면, 가공에 의해서는 도막에 손상이 발생하여, 충분한 내식성을 얻을 수 없었다.
상기 도막의 결점을 보강하는 기술로서, 강판 표면을 필름으로 피복하는 방법이 있다. 특허문헌 4에는, 폴리에틸렌테레프탈레이트의 이축 연신(stretched) 필름을 래미네이트한 강판을 이용하여 드로잉 캔에 의한 에어로졸 캔을 얻는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에 따르면, 드로잉 가공 후의 캔 몸통이, 손상이 없는 래미네이트 필름으로 피복되어 있기 때문에, 내식성이 우수하다. 그러나, 이 기술로 얻어지는 캔 몸통에서 내식성이 유지되는 것은, 실시예에 나타나는 바와 같이 캔 몸통의 개구단이 축경되어 있지 않은 것이며, 평판의 소재로부터 에어로졸 캔을 얻기 위해 필요한 축경 가공 및 컬 가공이 행해지고 있지 않아, 형상의 미려성이 결여되는 것이 되어, 현행의 에어로졸 캔을 대체하는 것으로는 되지 않는다.
한편, 드로잉 가공 캔의 소재로서 강판은 이용되어오지 않았던 두 번째 이유는, 시장에 유통되는 다종다양한 사이즈의 에어로졸 캔에 적용하기 위해서는 가공도를 매우 높게 하지 않으면 안 되어, 강판에서의 형성은 용이하지 않았던 점에 있다.
가공도가 비교적 높은 박육화(thin-walled) 딥드로잉(deep-drawn) 아이어닝 캔에 적용하는 필름 래미네이트 강판에 관하여, 특허문헌 5, 특허문헌 6에는, 상당 변형(equivalent strain; εeｑ)이 l이 되는 가공에 의한 인장 강도 상승량을 일정 이상으로 높게 함으로써, 가공성을 높이는 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 상기의 에어로졸 캔에서 필요한 가공도와 비교하여 낮은 가공도를 상정하고 있다. 또한, 본 발명자들이 검토한 결과, 이들의 강판을 드로잉 캔에 의한 래미네이트 강판에 적용한 경우, 가공에 있어서 문제점이 발생하고, 특히, 축경 가공에서 개구단부가 둘레 방향으로 압축될 때에 좌굴(buckling)이 발생하고, 또한, 컬 가공에 의한 비드부를 형성할 때에는 가공에 의해 캔 몸통의 개구단부가 균열하는 현상이 다발했다.
[특허문헌 1] 일본특허공표공보 2003-500306호
[특허문헌 2] 일본공개특허공보 소63-168238호
[특허문헌 3] 일본공개특허공보 평9-39975호
[특허문헌 4] 일본공개특허공보 평1-228567호
[특허문헌 5] 일본공개특허공보 2002-317247호
[특허문헌 6] 일본공개특허공보 2002-317248호
(발명의 개시)
본 발명은, 좌굴이나 균열이 발생하는 일 없이 가공 가능한 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법 및, 캔체 강도가 충분하고 그리고 내식성이 우수한 에어로졸용 드로잉 가공 캔을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들이 검토한 결과, 강판을 소재로서 에어로졸용 드로잉 가공 캔을 제조하는데는, 단순히 종래 기술의 드로잉 가공 용도의 래미네이트 강판을 이용하는 것 만으로는 충분하지 않고, 내식성이 우수한 래미네이트 강판을 이용함과 함께, 래미네이트 강판에 높은 가공성을 구비할 필요가 있는 점이 판명되었다.
본 발명은, 이상의 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
[1] 유기 수지 필름을 피복한 래미네이트 강판을 소재로 하고, 하기식을 충족시켜 이루어지는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법으로서, 상기 래미네이트 강판은, 상당 변형(εeｑ)이 1.6이 되는 가공 후의 인장 강도(TS)가 800MPa 이하이며, 그리고, 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께(tb)와 인장 파단 전의 판 두께(to)가 0.25≤tb/to를 만족하는 것을 특징으로 하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
1.5≤h/(R-r), 2.8≤R/r1, 그리고, 1.1≤r2/r1
단, h : 개구 선단부까지의 캔 바닥으로부터의 높이, r : 캔 몸통의 외반경(outer radius), R : 최종 가공 캔체와 중량이 등가가 되는 가공 전의 원형 블랭크(circular blank)에 있어서의 반경, r1 : 개구 선단부의 외반경, r2 : 비드부의 외반경
[2] 상기 [1]에 있어서, 상기 래미네이트 강판은, 질량 %로, C : 0.0005∼0.09%, Si : 0.1% 이하, Mn : 1.0% 이하, P : 0.02% 이하, S : 0.02% 이하, Al : 0.01∼0.1%, N : 0.0060% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
[3] 상기 [2]에 있어서, 상기 래미네이트 강판은, 추가로, 질량 %로, B : 0.0001%∼0.003%를 함유하는 것을 특징으로 하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
[4] 상기 [2]에 있어서, 상기 래미네이트 강판은, 추가로, 질량 %로, Ti : 0.001%∼0.05%, Nb : 0.001%∼0.05%의 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
[5] 상기 [3]에 있어서, 상기 래미네이트 강판은, 추가로, 질량 %로, Ti : 0.001%∼0.05%, Nb : 0.001%∼0.05%의 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
[6] 상기 [1]에 있어서, 상당 변형(εeｑ)이 1.6이 되는 가공 후의 인장 강도(TS)가 600-800MPa이며, 그리고, 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께(tb)와 인장 파단 전의 판 두께(to)가 0.25≤tb/to≤0.40을 만족하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
[7] 상기 [1]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 에어로졸용 드로잉 가공 캔.
또한, 본 명세서에 있어서, 강(鋼)의 성분을 나타내는 %는, 모두 질량 %이다.
본 발명에 따르면, 소재로서, 특정한 특성을 구비하고, 내식성이 우수한 래미네이트 강판을 이용함으로써, 종래 문제였던 네크부에서의 좌굴, 컬부의 균열을 회피하여 에어로졸용 드로잉 가공 캔을 제조할 수 있다. 이에 따라, 내식성이 우수하고, 그리고, 시장에 유통되는 종래의 에어로졸 캔과 동등한 사이즈, 형상의 캔을, 강판을 소재로서 얻는 것이 가능해진다.
도 1은 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 공정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 캔체 사이즈의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 캔체 사이즈의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 인장 강도(TS)와, 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께(tb)와 강판의 원래의 판 두께(to)의 비 tb/to와의 관계를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명의 대상으로 하는 드로잉 가공에 의한 에어로졸 캔은, 도 1 및 이하에 나타내는 공정에 의해 가공 성형된다.
(1) 평판 형상의 소재로부터 원형 블랭크를 제작하는 공정,
(2) 복수회의 드로잉 가공(아이어닝 가공을 병용해도 좋음)에 의해, 원형 블랭크를 바닥이 있는 원통 형상으로 성형하여 캔 몸통을 성형하는 공정,
(3) 캔 몸통의 캔 바닥부를 캔 내면측으로 볼록해지는 형상으로 돔(dome) 가공하는 공정,
(4) 캔 몸통의 개구단부측을 트림 가공하는 공정,
(5) 캔 몸통의 개구단부측을 당해 캔 몸통의 외직경(outer diameter) 이하의 지름으로 축경 가공(복수회의 가공이라도 좋음)하는 공정,
(6) 개구단 선단부에 컬 가공(복수회의 가공이라도 좋음)에 의한 비드부를 형성하는 공정.
에어로졸 캔에는 다종다양한 사이즈인 것이 시장에 유통되고 있고, 상기의 방법으로 다종다양한 사이즈에 합치한 캔을 얻기 위한 가공을 행할 경우, 도 1에 있어서, (5), (6)의 단계에서, 도 2, 도 3에 나타낸 사이즈를 이용하여 이하와 같이 규정되는 가공도의 가공을 행할 필요가 있다.
a) 1.5≤h/(R-r)
여기에서, h : 개구 선단부까지의 캔 바닥으로부터의 높이, r : 캔 몸통의 외반경, R : 최종 가공 캔체와 중량이 등가가 되는 가공 전의 원형 블랭크에 있어서의 반경이다. h/(R-r)는, 캔 몸통의 높이 방향으로의 신장 변형에 관한 가공도의 지표이다.
b) 2.8≤R/r1
여기에서, r1 : 개구 선단부의 외반경이다. r1/R은 캔 몸통의 주방향으로의 압축 변형에 관한 가공도의 지표이다.
c) 1.1≤r2/r1
여기에서, r2 : 비드부의 외반경이다. r2/r1은, 개구단 선단부를 컬 가공할 때의 확장 변형에 관한 가공도의 지표이다.
또한, 상기의 가공도의 조건은, 다음과 같이 결정된다.
우선, 제작하고자 하는 에어로졸 캔의 형상, 사이즈를, 시판의 에어로졸 캔과 동등이라는 조건으로 정한다. 시판의 에어로졸 캔의 형상, 사이즈는 각종 규격, 예를 들면 「Federation of European Aerosol Association Standard No.215, No.219, No.220」에 기재되어 있다. 이에 따라, 도 2의 사이즈 파라미터 r, h, r1을 정할 수 있다. 다음으로, 캔에 요구되는 강도, 중량, 소재비용의 점으로부터, 캔에 이용하는 래미네이트 강판의 판 두께를 정한다. 또한, 도 1에 나타낸 바와 같은 가공 공정을 정하고, (5)의 단계에서의 판 두께 분포를 정한다. 이에 따라, 최종 가공 캔체의 중량이 구해진다. 이를 이용하여, 가공 전의 원형 블랭크에 있어서의 반경(R)이 구해진다. 이어서, 비드부의 형상을 결정함으로써, 도 3의 사이즈 파라미터(r2)를 정할 수 있다. 또한, 원형 블랭크의 반경(R0)은, 도 1에 있어서의 (4)에서의 트림 가공에서의 트림 수치를 적절히 설정함으로써 정할 수 있다. 이들의 조작을, 다종다양한 시판의 에어로졸 캔의 형상, 사이즈에 관하여 행함으로써, 상기 가공도의 조건이 구해진다. 상기, a), b), c)는 이와 같이 하여 구한 것이다.
다음으로, 본 발명에 있어서, 소재로서 이용하는 강판에 대해 설명한다.
종래 문제였던 네크부에서의 좌굴, 컬부의 균열을 회피하여 에어로졸용 드로잉 가공 캔을 제조하기 위해서, 본 발명자들은, 소재로서 이용하는 래미네이트 강판에 착목하여, 래미네이트 강판에 특정한 특성을 구비함으로써, 상기 문제를 해결하는 것을 생각했다. 그래서, 우선, 화학 성분, 열간 압연 조건, 냉간 압연 조건, 소둔(annealing) 조건, 조질 압연(temper-rolling) 조건 등을 변화시킨 강판을 시작(試作)하고, 드로잉 가공에 의한 에어로졸 캔을 제조할 때의 과제였던 축경 가공할 때의 좌굴, 비드부를 형성하기 위한 컬 가공에서의 균열에 관해 가공 실험을 행했다. 가공 조건은 후술의 실시예와 동일하다. 공시재(sample)에 의해서는, 축경 가공에 있어서 좌굴이 발생하거나, 또한, 컬 가공에 있어서 균열이 발생하는 것이 인정되었다. 그래서, 축경 가공성을 지배하는 소재의 특성에 대해 검토했지만, 가공 전의 원판(原板)을 평가하는 통상의 인장 시험에서 얻어지는 기계 특성치, 즉 항복(yield) 강도, 항복점 신장, 인장 강도, 전(total) 신장, 균일 신장, 국부(local) 신장 등이나, 혹은 랭크포드(Lankford) 값(r값), 가공 경화 지수(n값), 경도 시험 등에서는, 그들의 특성 단독 혹은 그들을 조합시킨 지표를 이용해도, 축경 가공할 때의 좌굴, 비드부를 형성하기 위한 컬 가공에서의 균열과의 사이에 명확한 상관 관계를 찾아낼 수는 없었다.
이 이유로서는, 통상의 인장 시험에서 평가하는 가공도는 상당 변형으로 개략 0.3∼0.4 정도인 것에 대해, 드로잉 가공에 의한 에어로졸 캔은 높은 가공도를 필요로 한다. 그 때문에, 통상의 인장 시험 등으로 얻어지는 기계 특성에서는, 축경 가공, 컬 가공을 행할 때의 높은 가공성을 충분하게 반영한 지표를 얻을 수 없다고 생각된다.
그래서, 본 발명자들은, 실제의 가공 실험에 의해 얻어진 캔체를 상세하게 조사함으로써, 높은 가공도로 가공된 캔체에 있어서의 축경 가공시의 좌굴 및 컬 가공에서의 균열에 영향을 미치는 인자(因子)를 검토했다.
우선, 본 발명자들이 시판되고 있는 다종다양한 에어로졸 캔의 사이즈, 형상에 관해 시산(trial calculation)한 결과, 축경 가공을 행하기 전, 즉 도 1의 (4)의 단계에서의 개구단부의 가공도는, 상당 변형(εeｑ)으로 나타내면 1.6 정도가 되는 것을 알았다. 여기에서, 상당 변형(εeｑ)은, 가공 후의 캔체의 측벽부의 판 두께 방향 변형(εt), 둘레 방향 변형(εθ), 캔 높이 방향 변형(εφ)으로부터, 다음과 같이 구해지는 값이다.
Figure 112009033681734-PCT00001
축경 가공할 때의 좌굴은, 개구단부가 축경될 때, 둘레 방향으로의 압축 응력이 작용하고, 그에 따라 개구단부가 좌굴하는 현상이다. 가공에서의 좌굴의 발생은, 개구단부가 높은 가공도로 가공되고, 그 부분의 재질이 가공에 의한 경화로 매우 단단해져, 가공성이 손상되었기 때문에 발생했다고 생각된다. 따라서, 이 좌굴의 발생을 억제하기 위해서는, 개구단부에서의 재질을 적절하게 규정할 필요가 있다고 생각된다. 그리고, 개구단부의 가공도는 상당 변형으로 εeｑ=1.6 정도이기 때문에, 그 부분의 재질은 이러한 가공도를 부여한 후에 평가할 필요가 있다고 생각한다. 그래서, 상당 변형 εeｑ=1.6이 되는 가공을 행한 후의 강판의 기계 특 성과 축경 가공시의 좌굴과의 관계를 조사했다. 그 결과, 상당 변형 εeｑ=1.6이 되는 가공을 행한 후의 인장 강도(TS)가 800MPa 이하인 경우에 좌굴이 발생하지 않는 것이 판명되었다.
이는, 이하와 같이 생각된다. 즉, 축경 가공에서의 좌굴은 압축 변형에서 둘레 방향으로 변형하기 쉬운 쪽이 발생하기 어렵고, 그 때문에, 강도가 임계(臨界)의 값, 여기에서는 800MPa 이하에서 좌굴의 발생이 억제된 것이라고 생각된다. 또한, 여기에서 서술한 바와 같이 상당 변형 εeｑ=1.6이 되는 가공을 행한 후의 인장 강도(TS)는 축경 가공의 관점으로부터는 낮은 것이 바람직하지만, 이 값이 낮은 것은 캔 몸통을 구성하는 재료의 강도가 낮아지는 것으로 연결되고, 나아가서는 캔체로서의 강도가 낮아지게 된다. 캔체로서 필요한 강도를 확보하기 위해서는, 상당 변형 εeｑ=1.6이 되는 가공을 행한 후의 인장 강도(TS)는, 600MPa 이상으로 하는 것이 바람직하다.
상당 변형 εeｑ=1.6의 가공도를 부여하는 가공 방법은, 실제의 드로잉 가공으로 행하는 것이 최량이지만, 상당 변형이 동등해지도록 다른 가공 방법으로 가공해도 동일하게 평가할 수 있다. 본 발명자들은 실제의 제(製)캔 가공에 더하여, 압연 가공으로 가공을 행했지만, 압연 가공할 때의 상당 변형은 전술의 식에 대해 둘레 방향 변형을 판 폭(plate width) 방향 변형으로 치환함으로써 동일하게 구할 수 있다.
그러나, 상기 조건을 충족하여 축경 가공을 행할 수 있어도, 추가로 행하는 컬 가공할 때에 균열이 발생하는 경우가 있었다. 이 현상을 해명하기 위해, 컬 가 공시의 개구단 선단부의 상태를 상세하게 관찰했다. 그 결과, 컬 균열은 컬 가공에서의 확장에 수반하여 발생하는 개구단 선단부의 잘록한 부분(constriction)이 큰 경우에 발생하는 것을 알 수 있었다. 즉, 이 잘록한 부분이 균열의 기점이 되어, 이를 작게 함으로써 균열을 회피할 수 있다는 인식을 얻었다. 또한, 이 잘록한 부분의 정도는, 상당 변형(εeｑ)이 1.6이 되는 가공 후의 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께와, 인장 시험 전의 강판의 원래의 판 두께와의 관계로 정리할 수 있는 것을 알았다. 구체적으로는, 상당 변형(εeｑ)이 1.6이 되는 가공 후의 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께(tb), 인장 파단 전의 판 두께(to)가 0.25≤tb/to가 되는 조건에서 잘록한 부분이 작아져, 컬 균열의 발생을 회피할 수 있는 것이 판명되었다. tb/to는 강판의 파단에 수반하는 잘록한 부분을 나타내는 지표로서, 이 값을 일정치 이상으로 함으로써, 컬 가공시의 장력(張力)의 작용에 대해, 부분적인 잘록한 부분이 발생하기 어려운 것이 균열의 회피로 연결된다. 즉, 잘록한 부분이, 컬부에서, 특정 부분에 집중적으로 발생하면, 컬 균열의 기점을 만드는 것으로 연결된다. 그 때문에, 이러한 잘록한 부분을 특정 부분에 발생시키지 않고, 컬부의 전체에 걸쳐서 장력을 분산하여 담당할 수 있는 소재가 컬부의 균열에 대해 유리한 것을 생각할 수 있다. 또한, 잘록한 부분이 발생하지 않는 것이 바람직하기 때문에, tb/to는 0.25 이상으로 큰 값인 것이 바람직하지만, 그 상한은 정의로부터 분명한 바와 같이 1이다.
이상의 검토 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4에 있어서, ○는 축경 가공, 컬 가공에 문제가 없었던 것, □는 축경 가공에서 좌굴이 발생한 것, △는 컬 가공에 서 균열이 발생한 것이다. 도 4로부터, 상당 변형(εeｑ)이 1.6이 되는 가공 후의 인장 강도(TS)가 TS≤800MPa, 그리고, 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께(tb), 인장 파단 전의 판 두께(to)가 0.25≤tb/to로 함으로써, 축경 가공할 때에는 좌굴이 발생하지 않고, 컬 가공에서 균열이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에서는, 강판에 구비하는 특성으로서, 상당 변형(εeｑ)이 1.6이 되는 가공 후의 인장 강도(TS)가 TS≤800MPa, 그리고, 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께(tb), 인장 파단 전의 판 두께(to)는 0.25≤tb/to로 한다.
또한, 상기 특성을 구비한 강판에 있어서, 그 성분을 규정함으로써, 에어로졸용 드로잉 가공 캔을 제조할 때에, 가공상의 문제점이 더욱 저감되어 유리한 것을 발견했다. 이하, 매우 적합한 성분 범위에 대해 서술한다. 또한, %는 모두 질량%이다.
C : 0.0005∼0.09%
C가 0.0005%보다 적은 경우 및, 0.09%보다 많은 경우, 강판에 결함이 혼입(스케일(scale) 혼입, 개재물 혼입 등)할 확률이 늘어, 가공상의 문제점을 유발하는 경우가 있다. C가 적은 경우는, 결과적으로 용강(molten steel)의 탈탄 처리 시간이 길어져, 그 사이에 개재물 등이 혼입하는 빈도가 늘기 때문이라고 생각된다. 한편, C가 많은 경우는, 용제한 강이 응고할 때에 아포정(hypoperitectic) 균열이라고 일컬어지는 균열이 발생하기 때문이라고 생각된다. 따라서, C의 범위는 0.0005% 이상 0.09% 이하가 바람직하다.
Si : 0.1% 이하
Si는 강판의 표면성상(surface property)을 열화시키는 원소로서, 함유량이 많으면, 표면 처리 강판으로서 바람직하지 않을 뿐만 아니라, 강을 경화시키기 위해 열간 압연을 곤란하게 하고, 게다가 최종 제품으로서의 강판을 경화시키는 경우가 있다. 이 관점으로부터, Si는 0.1% 이하가 바람직하다. 또한, 특히 표면성상의 요구가 엄격한 용도에서는 0.050% 이하가 더욱 바람직하다.
Mn : 1.0% 이하
Mn은 강을 경화시키는 원소로서, 함유량이 많으면 가공성에 악영향을 미치는데다가, 소둔에 있어서 표층에 농화하여 표면성상을 열화시키는 경우가 있다. 이 관점으로부터 Mn은 1.0% 이하가 바람직하다. 또한, 함유량이, 0.05%에 미치지 않으면, S 함유량을 저하시킨 경우라도, 소위 열간 취성(shortness)을 회피하는 것이 어려워, 표면 균열 등의 문제가 발생하고, 한편 0.6%를 초과하면, 변태점(transformation point)이 너무 저하하여, 바람직한 열연판을 얻는 것이 어려워지는 경우가 있다. 따라서 더욱 바람직하게는 0.05% 이상 0.6% 이하이다.
P : 0.02% 이하
P 함유량의 저감에 의해, 내식성의 개선 효과를 노릴 수 있지만, 과도한 저감은 제조 비용의 증가에 연결되기 때문에, 이들의 균형에서 볼 때 P는 0.02% 이하로 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, 가공성을 중시할 때에는, 0.01% 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
S : 0.05% 이하
S 함유량이 많아지면, MnS 등의 개재물이 증가하고, 국부 연성(ductility)을 저하시켜 컬 균열을 유발하는 원인이 된다. 그래서, S 함유량은 0.05% 이하로 제한했다. 또한, 가공성을 현저하게 개선하기 위해서는, 0.010% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Al : 0.01∼0.1%,
Al이 0.01%보다 적은 경우 및, 0.1% 보다 많은 경우, 강판에 결함이 혼입(스케일 혼입, 개재물 혼입 등)할 확률이 늘어, 가공상의 문제점을 유발하는 경우가 있다. Al은 용강 중의 산소를 알루미나로서 고정하여 제거하는 것을 목적으로 첨가되고, 알루미나 자체도 부상하여 슬래그에 흡수되어 용강으로부터 제거된다. 그러나, Al이 적은 경우는 산소의 제거가 충분하게 행해지지 않아, 강 중에 산화물이 증가하고, 이것이 개재물이 되어 강판에 혼입하는 빈도가 느는 것이 생각될 수 있다. 한편, Al이 많은 경우는, 생성된 알루미나가 충분하게 제거되지 않아, 이 자체가 개재물이 되는 것이 생각될 수 있다. 따라서, Al의 범위는 0.01% 이상 0.1% 이하가 바람직하다.
N : 0.0060% 이하,
N이 0.0060%보다 많은 경우, 강판에 결함이 혼입(스케일 혼입, 개재물 혼입 등)할 확률이 늘어, 가공상의 문제점을 유발하는 경우가 있다. 이는, N이 많은 경우, 용강이 응고한 후의 열간 연성이 저하하고, 슬래그가 균열하기 쉬워지기 때문이라고 생각된다. 따라서, N의 범위는 0.0060% 이하가 바람직하다.
또한, 추가로 이하의 원소를 함유함으로써, 에어로졸 캔에 이용하는 드로잉 가공 캔을 제조할 때에, 보다 한층 유리한 상황이 얻어지는 것을 발견했다.
B : 0.0001%∼0.003%
B를 함유함으로써, 고속의 가공 속도에 있어서 컬 가공에서의 균열의 발생 빈도가 저하하는 경향이 인정된다. 드로잉 캔의 가공 속도는 통상 프레스기의 스트로크 속도로 표현된다. 캔의 높이에도 의하지만, 통상은 매분 수십 내지 백수십 스트로크의 가공 속도로서, 평균적으로는 매분 100 스트로크 정도이다. B를 함유하지 않은 경우, 평균적인 속도로 조업상 충분하게 안정되게 가공이 가능하며, 보다 고속이라도 가공은 가능하지만, 경우에 따라 컬 가공에서의 균열이 산발하는 예가 인정되었다. 한편, B를 함유하면 매분 120 스트로크 이상의 가공 속도라도 가공에서의 균열이 발생하기 어렵고, 안정적인 조업이 가능해졌다. 이 이유는 명확하지 않지만, B가 결정 입계에 편석(segregation)하는 것이 관계하고 있는 것으로 생각된다. 이 효과는 함유량이 0.0001%보다 적은 경우는 효과가 현저하지 않고, 한편으로 0.003% 이상 첨가해도 효과가 포화(saturation)하는 데다가, 다량의 첨가는 강판 제조상에서 열간에서의 취성을 열화시키고, 또한 비용의 상승을 초래한다. 따라서, B의 범위는 0.0001% 이상 0.003% 이하가 바람직하다.
Ti : 0.001%∼0.05%, Nb : 0.001%∼0.05%의 1종 이상
Ti, Nb를 함유함으로써, 강판을 바닥이 있는 원통의 캔 몸통으로 가공할 때의 드로잉 균열 등의 가공상의 문제점이 저감된다. 이는, 이들의 원소의 첨가에 의해, 강판의 r값이 향상하여 드로잉 가공성이 향상한 결과로 생각된다. 또한, 이들의 원소는 필수는 아니지만, 이들의 원소를 함유함으로써, 본 발명의 제조 방법에 이용하는 강에 필요한 상당 변형(εeｑ)이 1.6이 되는 가공 후의 인장 강도(TS) 가 TS≤800MPa가 되는 조건을 달성하는 것이 용이해진다. 이는, 이들의 원소를 함유함으로써, 강 중의 C가 탄화물로서 고정되고, 고용(dissolved) C가 저감함으로써 강판이 비교적 연질인 상태가 되고, 원래 연질이기 때문에 가공 후도 비교적 강도가 낮은 것이 얻어지기 때문이라고 생각된다. 이 효과는 각각의 함유량이 Ti, Nb 모두, 0.001%보다 적은 경우는 효과가 현저하지 않고, 한편으로 0.05% 이상 첨가해도 효과가 포화하는 데다가, 강도의 과도한 상승, 재결정 온도의 상승을 초래하고, 또한 다량의 첨가는 비용의 상승을 초래한다. 따라서, Ti, Nb의 범위는 0.001% 이상 0.05% 이하가 바람직하다. 또한, 이들은 1종이라도 상기의 효과를 발현시키지만, 2종을 이용해도 좋다.
또한, 상기 이외에 이하의 원소를 함유할 수도 있다.
Ni : 0.5% 이하, Cr : 0.5% 이하, Cu : 0.5% 이하
Ni, Cr, Cu는 모두, 변태점을 저하시키는 원소로서, 열연 강판의 조직을 미세화하기 때문에, 과잉으로 첨가하면 열연판의 경질화에 의한 냉간 압연의 부하의 증대를 수반하는 점에서 제조가 곤란해지는 데다가, 강의 비용 상승을 초래하는 경우가 있다. 그 때문에, 모두 상한은 0.5%가 바람직하다.
또한, 상기 이외의 잔부는 Fe 및 불가피 불순물이다.
이상과 같이, 본 발명의 에어로졸용 드로잉 가공 캔을 제조함에 있어서, 소재로서 이용하는 래미네이트 강판은, 전술의 특성을 구비하는 것으로 하고, 바람직하게는 전술의 조성으로 이루어지는 것으로 한다. 이들은 본 발명에 있어서, 가장 중요한 요건으로, 이와 같이 소재 그 자체에, 내식성과 충분한 가공성을 구비함으 로써 매우 높은 가공도라도 에어로졸용 드로잉 가공 캔을 제조할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서는, 강판의 특성으로서, 상당 변형(εeｑ)이 1.6이 되는 가공 후의 인장 강도(TS)가 TS≤800MPa, 그리고, 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께(tb), 인장 파단 전의 판 두께(to)가 0.25≤tb/to인 것을 조건으로 한다. 이러한 특성을 구비하는 한, 본 발명에 이용하는 래미네이트 강판의 원판에는 어떠한 것을 이용해도 좋다. 단, 상기의 성분을 함유하는 것이 가공상 우위인 점은 먼저 서술한 바와 같다.
이들의 특성을 구비한 강판의 제조 방법으로서는 특별히 한정하지 않지만, 대표적인 것을 이하에 서술한다.
강의 성분의 일 예로서는, 이하에 나타내는 바와 같다.
Mass%로, C : 0.0005%∼0.09%, Al : 0.01∼0.1%, N : 0.0060% 이하를 함유하고, 또는, 추가로 Ti : 0.001%∼0.05%, Nb : 0.001%∼0.05% 중 1종 이상, 또는, 추가로 B : 0.0001%∼0.003%를 함유하고, 그 외, Si : 0.1% 이하, Mn : 1.0% 이하, S : 0.02% 이하, P : 0.02% 이하, Ni : 0.5% 이하, Cr : 0.5% 이하, Cu : 0.5% 이하를 함유해도 좋다. 상기 성분을 함유하는 강을 용제 후, 연속 주조법에 의해 슬래브로 한다. 슬래브를 냉각 후, 1100℃∼1300℃로 가열한 후, Ar3 변태점 이상의 마무리 온도에서 열간 압연하고, 540℃∼720℃의 권취 온도로 권취한다. 이어서, 이 열간 압연 코일을 냉각 후, 산세척하고, 80%∼94%의 압연률로 압연한다. 이때, 드로잉 가공시의 귀퉁이부(ears) 발생을 억제하기 위해 압연율은 85%∼92%인 것이 바람직하다. 이어서, 이 냉간 압연 코일을 냉간 압연에서 이용한 윤활제를 제거하 기 위해 탈지한 후, 상자형(box) 소둔법 또는 연속 소둔법에 의해 소둔한다. 소둔 방법은 생산성 및 재질의 균일성에 의해 우수한 연속 소둔법으로 행하는 것이 바람직하다. 연속 소둔법에 있어서는, 강판을 재결정 온도 이상으로 가열한 후, 균열(均熱)하여 재결정을 완료시키고, 이어서 냉각한다. 냉각에 있어서, 균열 온도로부터 20℃/s 이상 정도의 냉각 속도로 400℃ 정도까지 냉각하고, 이 온도에서 일정 시간 보정(保定)하는 과시효(overaging) 처리를 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 이용하는 필름 래미네이트 강판을 구성하는 필름으로서는, 특별히 한정하지 않지만, 가공시에 있어서의 필름 손상의 가능성을 최대한 배제하는 목적으로부터, 이하의 것이 바람직하다.
디카본산 성분과 디올 성분의 축중합으로 얻어지고, 디카본산 성분은 테레프탈산, 또는 테레프탈산 및 이소프탈산으로 이루어지고, 디올 성분은, 에틸렌글리콜 및/또는 부틸렌글리콜로 이루어지며, 그리고, 에틸렌 테레프탈레이트 또는 부틸렌 테레프탈레이트로 이루어지는 반복 단위가 몰% 비율로 84% 이상인 하기 (1)∼(5) 중으로부터 선택되는 어느 하나의 수지이다.
(1) 폴리에틸렌 테레프탈레이트-폴리에틸렌 이소프탈레이트 공중 합체
(2) 폴리에틸렌 테레프탈레이트
(3) 폴리부틸렌 테레프탈레이트-폴리에틸렌 테레프탈레이트 공중 합체
(4) 폴리에틸렌 테레프탈레이트-폴리에틸렌 이소프탈레이트-폴리부틸렌 테레프탈레이트 공중 합체
(5) 폴리부틸렌 테레프탈레이트
또한, 래미네이트 수지층은, 적어도 최표층(outermost layer)이, 주상(main phase)이 상기 (1) 내지 (5)의 수지를 기본 골격으로 하는 열가소성 폴리에스테르를 주성분으로 하는 수지이며, 부상(auxiliary phase)이 폴리올레핀으로 이루어지는 혼합 수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기에서, 상기 폴리올레핀은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이오노머 중의 1종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 래미네이트 수지층의 표면 수지층의 면배향 계수가 0.04 이하인 점에서, 필름 손상의 가능성이 저감한다.
또한, 본 발명에서 이용하는 래미네이트 강판은 강판을 기판으로 한다. 강판에는 표면에 각종 표면 처리를 실시한 표면 처리 강판을 이용하는 것이 바람직하다. 특히 하층이 금속 크롬, 상층이 크롬 수산화물로 이루어지는 이층 피막을 형성시킨 표면 처리 강판(소위 TFS) 등이 최적이다. TFS의 금속 크롬층, 크롬 수산화물층의 부착량에 대해서는, 특별히 한정되지 않지만, 모두 Cr 환산으로, 금속 크롬층은 70∼200mg/㎡, 크롬 수산화물층은 10∼30mg/㎠의 범위로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 에어로졸용 드로잉 가공 캔은, 상술한 특성을 구비하고, 유기 수지 필름을 피복한 래미네이트 강판을 소재로 하고, 하기식을 충족하도록 성형 가공한다. 각 공정의 상세는 이하와 같다.
1.5≤h/(R-r), 2.8≤R/r1, 그리고, 1.1≤r2/r1
단, h : 개구 선단부까지의 캔 바닥으로부터의 높이, r : 캔 몸통의 외반경, R : 최종 가공 캔체와 중량이 등가가 되는 가공 전의 원형 블랭크에 있어서의 반경, r1 : 개구 선단부의 외반경, R1 : 개구 선단부에 상당하는 드로잉 가공 전의 원형 블랭크 위치 반경, r2 : 비드부의 외반경
평판 형상의 소재로부터 원형 블랭크를 제작하는 공정
원형 블랭크를 작성하는데 있어서는, 원형의 커터와 다이를 이용하는 방법이 바람직하다. 또한, 원형 블랭크를 제작한 후에 행해지는 복수회의 드로잉 가공의 제1회째의 가공과 동시에, 원형 블랭크를 작성할 수도 있다. 또한, 드로잉 가공할 때의 귀퉁이부 발생을 억제하기 위해서 진원(perfect circle)과 근소하게 다른 비(非)원형 블랭크를 이용하는 경우가 있지만, 본 발명에서도 이 방법을 채용하는 것은 문제 없고, 원형 블랭크의 외주 형상은 반드시 진원이 아니어도 좋다.
복수회의 드로잉 가공에 의해, 상기 원형 블랭크를 바닥이 있는 원통 형상으로 성형하여 캔 몸통을 성형하는 공정
래미네이트 강판을, 드로잉 가공 캔의 캔 몸통을 구성하는 바닥이 있는 원통으로 성형하기 위해서는, 원형 블랭크에 복수회의 드로잉 가공을 행하여 소정의 높이를 얻는 방법을 이용한다. 복수회의 드로잉 가공에 있어서의 드로잉 횟수, 드로잉률은 적절히 선정할 수 있다. 성형 공정의 간소화를 위해서는 적은 드로잉의 횟수로 행하는 것이 바람직하지만, 한편으로 그렇게 하기 위해서는 낮은 드로잉률, 즉 엄격한 가공이 필요해진다. 성형 가공의 간소화를 위해서는, 10회 이하의 드로잉 횟수가 바람직하다. 드로잉률은, 원형 블랭크로부터 1회째의 드로잉을 행할 때에는 0.4 이상, 이후의 드로잉(재드로잉) 가공에서는 0.5 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서의 드로잉 가공에서는, 복수회의 드로잉 가공을 기본으로 하지만, 아이어닝 가공을 더한 드로잉-아이어닝 가공을 행하는 방법도 채용할 수 있다. 또한, 복수회의 드로잉 가공에 있어서, 블랭크 홀더력(blank holder pressure)에 의해 후방 장력을 부여한 상태에서 드로잉 다이 견부(肩部)에서의 굽힘·펼침 변형을 이용하여 판 두께의 감소를 도모하는 박육화 드로잉 가공 및, 이에 아이어닝 가공을 병용하는 박육화 드로잉-아이어닝 가공 등의 방법을 채용할 수도 있다.
드로잉 가공에는 윤활 조건이 영향을 미친다. 래미네이트 강판은 피복된 필름이 유연하고 그리고 표면이 평활(平滑)하기 때문에 그 자체가 윤활성을 높이는 기능을 가져, 드로잉 가공에 있어서 특별히 윤활제를 사용할 필요는 없지만, 드로잉률을 낮게 할 경우 등에는 윤활제를 사용하는 것이 바람직하다. 윤활제의 종류는 상기 목적을 달성하는 한 적절히 선정할 수 있다.
드로잉 가공에 수반하여, 캔 몸통의 측벽부의 판 두께는 원판(original sheet) 두께에 대해 변화한다. 판 두께 변화를 캔 높이 전체에 걸치는 평균 판 두께(t)와 원판 두께(t0)를 이용하여 평균 판 두께 변화율(t/t0)을 이용하여 나타낸 경우, 드로잉-재드로잉 가공에서는 t/t0＞1이 되는 경향이 있고, 드로잉-아이어닝 가공, 박육화 드로잉 가공, 박육화 드로잉-아이어닝 가공 등에서는 t/t0＜1이 된다. 가공에 수반하는 래미네이트 강판의 손상을 고려하면, 평균 판 두께 변화율은 0.5＜t/t0＜1.5의 범위로 하는 것이 바람직하다.
캔 몸통의 캔 바닥부를 캔 내면측으로 볼록해지는 형상으로 돔 가공하는 공정
본 발명의 목적으로 하는 에어로졸 캔은, 분사제를 충전하기 위해 15kgf/㎠ 이상의 내압 강도가 필요하다. 그 때문에, 캔 내부의 압력 상승에 대해서는 특별히 캔 바닥부에 유의할 필요가 있다. 바닥이 있는 원통의 캔 몸통 내부의 압력은, 캔 몸통부 측벽에 대해서는 캔 몸통을 둘레 방향으로 확장하는 방향으로의 응력을 작용시킨다. 그러나, 캔 몸통 부재는 드로잉 가공에 의해 충분하게 가공 경화하고 있어, 내압에 의한 작용으로 변형하는 일은 없다. 그러나, 캔 바닥부는 외연부(外緣部)가 캔 몸통에 의해 구속된 상태에서 내압이 작용하기 때문에, 내압이 높은 경우는 캔 외부측을 향하여 변형한다. 그 때문에, 캔 바닥부는 내압의 영향을 고려할 필요가 있다. 내압에 의한 캔 바닥의 변형을 억제하기 위해서는, 캔 바닥부의 판 두께를 두껍게, 부재의 강도를 높이는 방법이 유효한 것에 더하여, 형상을 캔체 내부측으로 볼록해지는 형상의 돔 형상의 형상으로 하는 것이 적합하다. 돔 가공의 방법은, 돔 형상의 외형상을 갖는 금형(金型)에 캔 바닥을 누르는 방법이 적합하다.
캔 몸통의 개구단부측을 트림 가공하는 공정
트림 가공의 방법으로서는 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 원형 구멍을 구비한 외측 날(outer blade)과 원통 형상의 내측 날(inner blade)에 의해 트림하는 프레스 방식, 또는 핀치 방식, 혹은 상호로 회전하는 중실(solid) 원통 형상의 내측 날(캔 몸통 내부에 삽입), 테두리부가 예리한 원반 형상의 외측 날에 의해 트림하는 스핀 방식 등을 들 수 있다.
캔 몸통의 개구단부측을 캔 몸통의 외직경 이하의 지름으로 축경 가공하는 공정
에어로졸 캔에서는 캔 몸통의 개구부에 마운팅 컵을 부착하기 위해, 개구단을 원통의 직경 이하로 축경할 필요가 있다. 축경 가공의 방법으로서는, 내면 테이퍼 형상의 다이에 개구단부를 눌러대어 축경을 행하는 다이 네크 방식, 회전 공구를 캔 몸통 개구단부에 캔 몸통 반경 방향 내측을 향하여 밀어 붙여서 축경을 행하는 스핀 네크 방식 등의 방법을 채용할 수 있다. 필름의 손상을 최대한 배제하는 관점으로부터는, 다이 네크 방식이 적합하다. 다이 네크 방식에서는, 캔 몸통의 반경(r)으로부터 최종적인 축경 후의 반경(r1)에 이르는 사이를 복수회의 단계로 나누어 가공을 행하는 방법이 바람직하다. 이때, 1회당의 가공도가 크면 축경 가공에서 주름이 발생할 위험성이 높아지기 때문에, 축경률(축경 가공 후의 반경/축경 가공 전의 반경)은 0.7 이상으로 하는 것이 바람직하다. 래미네이트 강판은 피복된 필름이 유연하고 그리고 표면이 평활하기 때문에 그 자체가 윤활성을 높이는 기능을 가져, 축경 가공에 있어서 특별히 윤활제를 사용할 필요는 없지만, 공구와 의 미끄럼 운동에 의한 필름의 손상을 최대한 배제하는 관점으로부터는 윤활제를 사용하는 것이 바람직하다. 윤활제의 종류는 상기 목적을 달성하는 한 적절히 선정할 수 있다.
개구단 선단부에 컬 가공에 의한 비드부를 형성하는 공정
에어로졸 캔에서는, 마운팅 컵(내용물을 적량(適量) 분사시키기 위한 분사용 밸브를 구비함)을 개구단부에 부착하기 위해, 개구단부에 마운팅 컵을 부착하기 위한 구조인 비드부를 형성시킨다. 비드부의 가공은 컬 성형에 의해 행해진다. 컬 가공의 방법은, 원통 인서트의 기저부에 원호(圓弧) 형상의 곡면부를 갖는 컬 다이에 캔 몸통 개구단부를 누르는 다이 컬 방식, 혹은, 원호 형상의 곡면부를 갖는 롤에 캔 몸통 개구단부를 누르는 스피닝 방식 등을 채용할 수 있다.
열처리
본 발명에 있어서는, 일련의 가공 공정의 도중에서 열처리를 행하는 것이 유효하다. 가공 공정에 있어서 래미네이트 강판의 필름에 가해진 변형에 수반하는 응력을 열처리에 의해 완화함으로써, 그 후의 가공에서의 필름 손상이 저감된다. 열처리의 조건으로서는, 필름의 유리 전이점 이상, 필름의 융점+30℃ 이하의 열처리인 것이 적합하다. 또한, 열처리의 직후 30초 이내에, 필름의 유리 전이점을 하회하는 온도로까지 급냉하는 것이 바람직하다.
실시예 1
이하, 실시예에 대해 설명한다.
이하에 나타내는 가공 공정에 의해 드로잉 가공 캔을 제조했다.
평판 형상의 소재로부터 원형 블랭크를 제작하는 공정
표1에 나타내는 성분으로 이루어지는 강을, 표2에 나타내는 제조 조건에 의해 제조하여, 판 두께 0.21mm인 강판을 얻었다. 이어서 이 얻어진 강판을 원판으로 하는 TFS의 양면에, 두께 25㎛인 마이크로 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름을 열융착법으로 래미네이트한 래미네이트 강판을 얻고, 이 래미네이트 강판을 소재로 하여 원형 블랭크를 제작했다. 블랭크 지름은 86mm로 했다.
Figure 112009033681734-PCT00002
Figure 112009033681734-PCT00003
복수회의 드로잉 가공에 의해, 원형 블랭크를 바닥이 있는 원통 형상으로 성형하여 캔 몸통을 성형하는 공정
상기에 의해 얻어진 원형 블랭크에 대해, 드로잉 가공을 5회 행하여 드로잉 캔의 성형을 행했다.
각 드로잉률을 표3에 나타낸다. 또한, 5회째의 드로잉 공정에 있어서 판 두께 감소율 20%(필름을 포함하지 않은 강판 원판 두께에 대한 드로잉 후의 캔 몸통의 캔 높이 방향에서의 평균 판 두께의 감소의 비율)의 아이어닝 가공을 병용했다.
Figure 112009033681734-PCT00004
캔 몸통의 캔 바닥부를 캔 내면측에 볼록해지는 형상으로 돔 가공하는 공정
캔 바닥부에 깊이 6mm의 반구 형상의 장출(protruding) 가공을 행했다.
캔 몸통의 개구단부측을 트림 가공하는 공정
트림의 가공은 원형 구멍을 구비한 외측 날과 원통 형상의 내측 날에 의한 프레스 방식으로 트림하는 방법을 이용하여, 캔 상단부를 약 2mm 트림했다.
캔 몸통의 개구단부측을 캔 몸통의 외직경 이하의 지름으로 축경( 縮徑 ) 가공하는 공정
캔 몸통의 개구단 상부에 내면 테이퍼 형상의 다이를 눌러대어 축경을 행하는 다이 네크 방식으로, 캔 몸통의 직경으로부터 최종적인 직경으로의 가공에 대해 표4에 나타내는 축경률로, 8단계의 축경 가공을 행했다. 이에 따라, h/(R-r)=1.9, R/r1=3.8의 드로잉 캔을 얻었다.
Figure 112009033681734-PCT00005
개구단 선단부에 컬 가공에 의한 비드부를 형성하는 공정
축경 가공 후의 개구단 상부에 내면 원호 형상의 다이를 눌러대어 컬 가공을 행하는 다이 컬 방식을 이용하여, 도 3에 나타내는 치수에 대한 확장률로 r2/r1=1.3이 되는 컬 가공을 행했다.
또한, 본 발명에 있어서 가공상의 문제와는 직접 관계는 없지만, 래미네이트 강판의 필름 손상을 회피하는 의미에서, 캔 바닥부를 캔 내면측으로 볼록해지는 형상으로 돔 가공하는 공정과 트림 가공하는 공정과의 사이에서, 캔체를 220℃로 로(爐)내 온도를 설정한 열풍 가열로를 이용하여 5분간의 가열을 행하고, 그 후 바로 실온의 수조(水槽) 내에 넣어서 냉각하는 열처리를 행했다.
또한, 일련의 드로잉 가공, 돔 가공, 트림 가공, 축경 가공, 컬 가공은, 프레스기의 스트로크 속도가 매분 80∼160 스트로크가 되는 조건으로 행했다.
이상에 의해 얻어진 드로잉 가공 캔에 대해, 이하의 시험을 행하여, 성능을 평가했다.
인장 강도( TS ) 및 tb / to
공시재(소재로서 이용한 전술의 래미네이트 강판)에 대해 압연을 행하여, 상당 변형 εeｑ=1.6의 가공도를 부여했다. 이를 JIS13호 B 시험편으로 가공한 후, 압연 방향을 인장 방향으로 하는 인장 시험을 행하고, 인장 강도(TS)를 측정했다. 여기에서, 인장 속도는 10mm/min으로 했다. 또한, 공시재는 래미네이트 강판이기 때문에, 강판 표면에 래미네이트 필름이 피복되어 있지만, 인장 시험을 행할 때에는 필름을 미리 제거하여 행했다. 또한, 인장 시험 후, 인장 시험 전(인장 파단 전)의 원판 두께(to)와, 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께(tb)를 측정하여, tb/to를 산출했다.
축경 가공성
축경 가공할 때, 축경 가공의 단수(number of times)에 의하지 않고, 좌굴의 발생 빈도가 100ppm 이하인 것을 ○, 100ppm을 초과하는 것을 ×로 했다.
컬 가공성
컬 가공할 때, 균열의 발생 빈도가 100ppm 이하인 것을 ○, 100ppm을 초과하는 것을 ×로 했다. 또한, 컬 가공은 상기의 축경 가공에 이어서 행해지기 때문에, 축경 가공이 불합격이 되는 것에서는 평가를 행하지 않았다. 또한, 축경 가공성, 컬 가공성이 떨어지는 것은 조업적으로 제품으로서 성립하지 않기 때문에, 이하의 평가는 실시하지 않았다.
가공 결함
완성된 드로잉 캔에 대해, 표면을 관찰함으로써 측벽부의 핀홀, 강판의 압연 방향을 따른 흠집 형상의 결함 등, 강판에 기인한다고 생각되는 가공 결함을 조사했다. 이러한 결함의 발생은 매우 드물어, 발생 빈도는 50ppm 이하이다. 연속적인 가공에 있어서 10∼50ppm의 발생 빈도에서 가공 결함이 발생한 것을 ○, 10ppm 미만인 것을 ◎로 했다.
고속 가공성
드로잉 캔의 가공 속도는 통상 프레스기의 스트로크 속도로 표현된다. 스트로크 속도 : 매분 80∼120 스트로크의 가공 속도에서의 컬 가공에서 균열의 발생 빈도가, 통상의 조업에 있어서 문제가 되지 않는 50ppm 이하인 것을 ○로 했다. 또한, 스트로크 속도 : 매분 120 스트로크 이상의 가공 속도에서의 컬 가공에서 균열의 발생 빈도가 50ppm 이하인 것을 ◎로 했다.
드로잉 가공성
연속적인 드로잉 가공에 있어서는, 강판의 개재물 등에 의하지 않아도, 경우에 따라 드로잉 가공에 있어서 균열이 발생하는 경우가 있다. 그 대부분은 캔 몸통의 저부 부근에 있어서 발생하는 것이었다. 이러한 가공에서의 문제점은 매우 드물며, 드로잉 가공에서의 블랭크 홀더력, 윤활 조건 등 적절하게 설정함으로써 회피할 수 있고, 이러한 조작으로 50ppm 이하의 발생 빈도에서 연속적으로 가공할 수 있는 것을 ○로 했다. 또한, 발생 빈도가 10ppm 이하인 것을 ◎로 했다.
이상에 의해 얻어진 결과를 표5에 나타낸다.
Figure 112009033681734-PCT00006
표5로부터, TS, tb/to가 본 발명의 범위 내에 있는 본 발명예는, 모두 성능도 양호하다. 또한 덧붙여서, C, Al, N이 본 발명의 범위인 것은, 가공 결함의 발생 빈도가 보다 낮다. 또한, B를 포함하는 것은 고속 가공성이 우수하고, 또한 Ti, Nb를 포함하는 것은 드로잉 가공성이 우수하다.
본 발명예 r, s, t, u는, 성능에 특별히 문제는 없지만, 성분의 일부가 매우 적합한 범위를 벗어나기 때문에, 성분이 매우 적합한 범위의 본 발명과 비교하면, 드로잉 캔의 측벽에 핀홀이 발생하는 등의 약간의 가공 결함이 발생했다. 단, 그 발생 빈도는 50ppm 이하로서, 연속적인 가공에 있어서도 문제는 없는 범위이다. 한편, 비교예 c, d, k는, TS가 본 발명 범위 외에서 높고, 축경 가공성이 떨어져 있다. 또한, 비교예 f, h는, tb/to가 본 발명 범위 외에서 작고 컬 가공성이 떨어져 있다.
본 발명은 에어로졸용 드로잉 가공 캔으로서 최적이다. 그리고, 에어로졸 캔 이외에도, 본 발명에서 상정되고 있는 바와 같은 높은 가공도에서, 캔체 강도, 내식성, 외관성 등이 요구되는 용도에도 매우 적합하게 사용되어, 일반의 2피스 캔으로의 적용도 가능하다.

Claims (7)

  1. 유기 수지 필름을 피복한 래미네이트 강판을 소재로 하고, 하기식을 충족하는 에어로졸(aerosol)용 드로잉 가공 캔의 제조 방법으로서,
    상기 래미네이트 강판은, 상당 변형(equivalent strain; εeｑ)이 1.6이 되는 가공 후의 인장 강도(TS)가 800MPa 이하이며, 그리고, 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께(tb)와 인장 파단 전의 판 두께(to)가 0.25≤tb/to를 만족하는 것을 특징으로 하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
    1.5≤h/(R-r), 2.8≤R/r1, 그리고, 1.1≤r2/r1
    단, h : 개구 선단부까지의 캔 바닥으로부터의 높이, r : 캔 몸통의 외반경(outer radius), R : 최종 가공 캔체와 중량이 등가가 되는 가공 전의 원형 블랭크(circular blank)에 있어서의 반경, r1 : 개구 선단부의 외반경, r2 : 비드부의 외반경
  2. 제1항에 있어서,
    상기 래미네이트 강판은, 질량%로, C : 0.0005∼0.09%, Si : 0.1% 이하, Mn : 1.0% 이하, P : 0.02% 이하, S : 0.02% 이하, Al : 0.01∼0.1%, N : 0.0060% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 래미네이트 강판은, 추가로, 질량%로, B : 0.0001%∼0.003%를 함유하는 것을 특징으로 하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 래미네이트 강판은, 추가로, 질량%로, Ti : 0.001%∼0.05%, Nb : 0.001%∼0.05%의 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 래미네이트 강판은, 추가로, 질량%로, Ti : 0.001%∼0.05%, Nb : 0.001%∼0.05%의 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상당 변형(εeｑ)이 1.6이 되는 가공 후의 인장 강도(TS)가 600-800MPa이며, 그리고, 인장 파단 후의 파단부 단면에서의 판 두께(tb)와 인장 파단 전의 판 두께(to)가 0.25≤tb/to≤0.40을 만족하는 에어로졸용 드로잉 가공 캔의 제조 방법.
  7. 제1항∼제6항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조된 에어로졸용 드로잉 가공 캔.
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