KR20150119444A

KR20150119444A - 포장 용기용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20150119444A
Application number: KR1020157026257A
Authority: KR
Inventors: 가즈하루 마사다; 유지 이노우에
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2014-03-19
Publication date: 2015-10-23
Also published as: JP2014198879A; WO2014156907A1; KR101723324B1; JP5710675B2; CN105051227A; CN105051227B

Abstract

Mn: 0.50∼1.50질량%, Mg: 0.50∼1.50질량%, Si: 0.10∼0.50질량%, Fe: 0.10∼0.70질량%를 함유하는 포장 용기용 알루미늄 합금판으로서, 판 두께 방향에 있어서, 판 표면으로부터 깊이 20nm까지의 Mg량이, 깊이 1000nm로부터 1020nm의 20nm의 범위에 존재하는 Mg량에 대하여, 그 비로 5배 이하이다.

Description

포장 용기용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법{ALUMINUM ALLOY SHEET FOR PACKAGING CONTAINER AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은, DI 캔 또는 보틀 캔 등에 적용되는 포장 용기용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 음료, 식품 용도에 사용되는 포장 용기로서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 저부(6)와, 동체부(2)와, 넥부(3) 및 나사깎기 가공된 나사부(5)를 구비한 개구부(4)가 일체 성형된 보틀 캔(2 피스 보틀 캔)(1)이나, 동체부(2)와, 넥부(3) 및 나사깎기 가공된 나사부(5)를 구비한 개구부(4)가 일체 성형되고, 이 일체 성형된 동체부(2)에 저부(6)를 형성하는 저단벽이 이어진 보틀 캔(3 피스 보틀 캔)(1)이나, 이들의 수지 피복 타입의 것 등이 알려져 있다.

또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 유저 원통상의 동체부(12)와, 동체부(12)에 연결되고 이 동체부(12)보다 작은 외경을 갖는 넥부(13)와, 이 넥부(13)의 단부에 형성된 플랜지부(15) 및 개구부(14)를 구비한 DI 캔(11) 등도 알려져 있다. 또한 최근에는, 수지 필름으로 피복된 알루미늄 합금판을 이용하여 제조된 DI 캔도 시장에 나와 있다.

이들 음료용 알루미늄캔에는, 실용에 적합한 강도, 가공성이 요구될 뿐만 아니라, 외관의 아름다움도 요구된다. 그러나, 음료용 알루미늄캔의 캔몸통에는, 종종 나이테 형상의 갈색 내지는 흑색의 줄무늬가 보여 외관이 손상되는 경우가 있다. 그 원인은 판 표면에 있는 Al 및 Mg의 산화물, 산화막에 의한 것이라고 되어 있다. 이들을 방지하기 위해서, 이하의 것이 제안되어 있다.

예컨대 특허문헌 1에는, 보틀형 음료캔용 알루미늄 합금판의 제조에 있어서, 균질화 처리 후에 면삭, 열간 압연을 행하고, 얻어진 열연판에, 가성(苛性) 세정 처리와 산 세정 처리를 행함으로써 열연 후의 표면층을 에칭하여 제거하는 것이 기재되어 있다. 그리고, 보틀형 음료캔용 알루미늄 합금판에 있어서, 판 표면의 Mg 복합 산화물 농도를 5% 이하로 하고 있다.

또한, 예컨대 특허문헌 2에는, 냉간연 공정의 도중에서, 제품 두께까지의 냉간 압연율이 45% 이상인 판 두께에서 pH 8 이상의 알칼리액으로 세정하는 것이 제안되어 있다.

일본국 특허공개 2007-162056호 공보 일본국 특허공개 2007-204793호 공보

그러나, 종래의 알루미늄캔에 대해서는, 이하의 문제가 있다.

특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 산화물이 생성되는 열간 압연 후에 표면을 에칭하기 때문에, 양호한 표면이 얻어진다. 그러나, 실제 조업에 있어서 이를 실시하기 위해서는, 가성소다에 의한 에칭, 가성소다를 씻어 내는 세정, 그리고 건조의 각 공정을 거칠 필요가 있다. 그 때문에, 대규모의 설비와 약제의 소비나 폐액의 처리 등 제조 비용이 높아진다. 또한, 가성 처리조, 수세조에서의 응집된 알루미늄 분말의 부착에 의한 결함의 발생도 일어날 수 있다. 이러하기 때문에, 열연 코일의 세정 이외의 간단한 공정이 요구되고 있다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 냉간연 공정의 도중에서, 제품 두께까지의 냉간 압연율이 45% 이상인 판 두께에서 pH 8 이상의 알칼리액으로 세정하는 것을 제안하고 있다. 이 기술도, 열연 코일의 세정과 마찬가지로, 공정이 번잡해져 비용이 높아진다.

또한 종래부터 행해지고 있는 방법으로서, 균질화 열처리(이하, 적절히 균열(均熱)이라 칭함) 후의 면삭이 행해지고 있다. 그러나, 단순히 균열 후에 면삭을 행하는 것만으로는, 열간 압연을 위한 가열 및 열연 중에, 슬래브 및 열연판 표면에 Mg의 산화물이 형성되어, 표면 품질이 저하된다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 강도 및 가공성이 우수하고, 제조에 있어서 번잡한 공정을 필요로 하지 않고, DI 가공 후 또는 넥 성형 후의 캔몸통의 표면에 나이테 형상의 갈색 내지는 흑색의 줄무늬가 보이지 않는, 표면 품질이 우수한 포장 용기용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 예의 검토한 결과, 이하의 사항을 발견했다.

알루미늄 합금제의 DI 캔, 보틀 캔에 발현되는 나이테 형상의 모양은, 알루미늄판 표면의 Mg계 산화물의 영향에 의한 것이라고 생각되고 있고, 표면으로부터의 Mg 및 그의 산화물의 제거가 유효하다. 앞서 기재한 기술은, 어느 것도, 열간 압연 후 또는 냉간 압연 도중에 가성 처리 등 표면 에칭을 행하기 때문에, 양호한 표면 형태가 얻어지지만, 새로이 1공정 늘어나는 데다가, 약제의 처리 비용이 증가하는 등, 바람직한 공정은 아니다. 본 발명은, 새로운 공정을 늘리지 않고 할 수 있는 방법을 검토한 결과 얻어진 것이다. 또한, 종래부터 행해지고 있는 방법으로서, 균열 후의 면삭이 행해지고 있지만, 단순히 균열 후에 면삭을 행하는 것만으로는, 열간 압연을 위한 가열 및 열연 중에, 슬래브 및 열연판 표면에 Mg의 산화물이 형성되어, 표면 품질이 저하된다. 그래서, 균열 시간을 종래보다도 길게 유지하여, 판 표면으로의 Mg의 확산을 촉진시키고, 그 후, 표면에 농화된 Mg층을 면삭에 의해 제거함으로써, 판 표면의 Mg 농도가 낮아져, 열연 후에도 판 표면을 양호하게 할 수 있다는 것을 발견했다.

본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판(이하, 적절히 알루미늄 합금판이라 칭함)은, Mn: 0.50∼1.50질량%, Mg: 0.50∼1.50질량%, Si: 0.10∼0.50질량%, Fe: 0.10∼0.70질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 포장 용기용 알루미늄 합금판으로서, 판 두께 방향에 있어서, 판 표면으로부터 깊이 20nm까지의 Mg량이, 깊이 1000nm로부터 1020nm의 20nm의 범위에 존재하는 Mg량에 대하여, 그 비로 5배 이하인 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성에 의하면, 알루미늄 합금판은, 소정 성분을 소정량 함유함으로써, 필요한 강도 및 가공성이 만족된다. 또한 알루미늄 합금판은, 판 표면으로부터 깊이 20nm까지의 Mg량을, 깊이 1000nm로부터 1020nm의 20nm의 범위에 존재하는 Mg량에 대하여, 그 비로 5배 이하로 하는 것에 의해, 이 알루미늄 합금판으로 제작한 캔몸통의 표면에서의, 나이테 형상의 갈색 내지는 흑색의 줄무늬의 발생이 억제된다.

본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, 상기 포장 용기용 알루미늄 합금판이, 추가로 Cu: 0.50질량% 이하를 함유해도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 알루미늄 합금판은, Cu를 소정량 함유함으로써, 강도가 더욱 향상된다.

본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판의 제조 방법은, Mn: 0.50∼1.50질량%, Mg: 0.50∼1.50질량%, Si: 0.10∼0.50질량%, Fe: 0.10∼0.70질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 용해, 주조하여 주괴를 제작하는 제 1 공정과, 상기 주괴를 균질화 열처리하는 제 2 공정과, 상기 균질화 열처리된 주괴 표면을 면삭하는 제 3 공정과, 상기 면삭된 주괴를 열간 압연하여 압연판을 제작하는 제 4 공정과, 상기 압연판을 냉간 압연하여 알루미늄 합금판을 제작하는 제 5 공정으로 이루어지는 포장 용기용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 있어서, 상기 제 2 공정에서, 상기 균질화 열처리를, 580∼620℃의 도달 온도에서 24시간 이상 유지한 후, 실온까지 냉각하는 조건에서 행하고, 상기 제 3 공정에서, 주괴 표면을 5mm 이상 면삭하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 순서에 의하면, 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 소정 성분을 소정량 함유함으로써, 제조된 알루미늄 합금판에 있어서 필요한 강도 및 가공성이 만족된다.

그리고, 제 2 공정에서, 균질화 열처리를 소정 조건에서 행함으로써 주괴 표면에 농화되는 Mg량이 많아진다. 또한, 제 3 공정에서, 주괴 표면을 5mm 이상 면삭함으로써, 표면에 농화된 Mg층의 제거가 충분해진다. 이들 제 2 공정 및 제 3 공정에 의해서, 제조된 알루미늄 합금판에 있어서, 판 표면으로부터 깊이 20nm까지의 Mg량이, 깊이 1000nm로부터 1020nm의 20nm의 범위에 존재하는 Mg량에 대하여, 그 비로 5배 이하로 된다. 이것에 의해, 제조된 알루미늄 합금판으로 제작한 캔몸통의 표면에서의, 나이테 형상의 갈색 내지는 흑색의 줄무늬의 발생이 억제된다.

본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 상기 알루미늄 합금이, 추가로 Cu: 0.50질량% 이하를 함유하는 것이 바람직하다.

알루미늄 합금이 Cu를 소정량 함유함으로써, 제조된 알루미늄 합금판의 강도가 더욱 향상된다.

본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 상기 제 4 공정에서, 열간 압연 중의 압연 워크 롤에 형성되는 코팅의 두께를 브러시 롤로 제어하여 압연하는 것이 바람직하다.

이와 같은 순서에 의하면, 열간 압연에 있어서 소부(燒付)를 방지함과 함께 양질인 판 표면이 얻어진다.

본 발명의 포장 용기용 알루미늄 합금판에 의하면, 강도 및 가공성이 우수함과 함께, 캔몸통의 표면에 나이테 형상의 갈색 내지는 흑색의 줄무늬가 보이지 않는, 표면 품질이 우수한 음료용 알루미늄캔으로 할 수 있다. 또한, 제조에 있어서 번잡한 공정을 필요로 하는 경우가 없기 때문에, 경제성이 우수한 것으로 된다.

본 발명의 포장 용기용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 의하면, 제조에 있어서 번잡한 공정을 필요로 하지 않고, 강도 및 가공성이 우수함과 함께, DI 가공 후 또는 넥 성형 후의 캔몸통의 표면에 나이테 형상의 갈색 내지는 흑색의 줄무늬가 보이지 않는, 표면 품질이 우수한 포장 용기용 알루미늄 합금판을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 포장 용기용 알루미늄 합금판의 Mg 농도에 대하여 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 종래의 일례의 보틀 캔(2 피스 보틀 캔 또는 3 피스 보틀 캔)을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은 종래의 일례의 DI 캔을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4a는 보틀 캔(3 피스 보틀 캔)의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도 4b는 DI 캔의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예 중 하나에 있어서의 Mg 농도 분포의 그래프(깊이 방향 분포 곡선)이다.
도 5b는 본 발명의 비교예 중 하나에 있어서의 Mg 농도 분포의 그래프(깊이 방향 분포 곡선)이다.

우선, 본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판에 대해 설명한다.

≪포장 용기용 알루미늄 합금판≫

알루미늄 합금판은, Mn: 0.50∼1.50질량%, Mg: 0.50∼1.50질량%, Si: 0.10∼0.50질량%, Fe: 0.10∼0.70질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이다.

알루미늄 합금판의 성분에 있어서는, 추가로 Cu: 0.50질량% 이하를 함유해도 된다.

그리고, 알루미늄 합금판은, 판 두께 방향에 있어서, 판 표면으로부터 깊이 20nm까지의 Mg량을, 깊이 1000nm로부터 1020nm의 20nm의 범위에 존재하는 Mg량에 대하여, 그 비로 5배 이하로 한 것이다.

이하, 각 구성에 대하여 설명한다.

<Mn: 0.50∼1.50질량%>

Mn은, 알루미늄 합금판의 강도에 기여한다. 또한, 금속간 화합물을 적정히 분산시켜, 베어재의 경우, DI 가공성을 향상시키는 데 효과적인 원소이다. 그 때문에, Mn의 함유량이 0.50질량% 미만이면, 캔 강도가 부족하다. 또한, 베어재에서는, 금속간 화합물의 양이 부족함으로써 DI 성형 시에 소부가 발생하여, 표면 손상이 커져 내소부성(즉 가공성)이 뒤떨어진다. 한편, 1.50질량%를 초과하면, 베어재, 수지 피복재 어느 경우에도, 금속간 화합물의 사이즈, 양 모두 과도하게 증가하는 결과가 되어, 조대한 금속간 화합물 기인의 플랜지 깨짐이나 아이어닝 성형 시의 깨짐(파단(몸통 절단))의 발생 등, 가공성에 악영향을 미쳐, 실용에 적합하지 않다.

따라서, Mn의 함유량은, 0.50∼1.50질량%로 한다. 한편, 바람직한 하한치는 0.70질량%, 바람직한 상한치는 1.10질량%이다.

<Mg: 0.50∼1.50질량%>

Mg는, 알루미늄 합금판의 강도에 기여하는 원소이다. Mg의 함유량이 0.50질량% 미만이면, 캔 강도가 부족하다. 한편, 1.50질량%를 초과하면, 균질화 열처리 시의 버닝이나, 압연 시의 판 표면의 소부가 발생하기 쉬워지는 등, 재료 제조상에 있어서의 문제점이 있어, 실용에 적합하지 않다. 또한, Mg의 함유량이 많기 때문에, Mg의 존재비가 높아지기 쉽다. 또한, 베어재의 경우에는, DI 성형 시에 소부가 발생하여, 표면 손상이 커져, 내소부성(즉 가공성)이 뒤떨어진다.

따라서, Mg의 함유량은, 0.50∼1.50질량%로 한다. 한편, 바람직한 하한치는 0.80질량%이다.

<Si: 0.10∼0.50질량%>

Si는, 통상의 알루미늄 캔몸통에 0.2∼0.3질량% 포함되어 있는 원소이며, Si 원소는, 베어의 DI 캔에서는, 가공성을 향상시키는 데 효과적인 원소이다. Si의 함유량이 0.10질량% 미만이면, 원료 비용이 높아져, 실용적이지는 않다. 또한, 베어의 DI 캔에서는, DI 성형 시에 소부가 발생하여, 표면 손상이 커져 내소부성(즉 가공성)이 뒤떨어진다. 한편, 0.50질량%를 초과하면, 열간 압연판의 미재결정립 잔류에 의해, 베어재, 수지 피복재 어느 경우에도, DI 성형 시의 캔몸통 절단이 다발하여, 가공성이 뒤떨어진다.

따라서, Si의 함유량은, 0.10∼0.50질량%로 한다. 한편, 바람직한 하한치는 0.15질량%, 바람직한 상한치는 0.40질량%이다.

<Fe: 0.10∼0.70질량%>

Fe는, 금속간 화합물을 적정히 분산시켜, 가공성을 향상시키는 데 효과적인 원소이다. Fe의 함유량이 0.10질량% 미만이면, 열간 압연판의 미재결정립 잔류에 의해, 베어재, 수지 피복재 어느 경우에도, DI 성형 시의 캔몸통 절단이 다발하여, 가공성이 뒤떨어진다. 한편, 0.70질량%를 초과하면, 금속간 화합물의 사이즈, 양 모두 과도하게 증가하는 결과가 되어, 베어재, 수지 피복재 어느 경우에도, 조대한 금속간 화합물 기인의 플랜지 깨짐이나 아이어닝 성형 시의 깨짐(파단(몸통 절단))의 발생 등, 가공성에 악영향을 미쳐, 실용에 적합하지 않다.

따라서, Fe의 함유량은, 0.10∼0.70질량%로 한다. 한편, 바람직한 하한치는 0.30질량%, 바람직한 상한치는 0.50질량%이다.

<Cu: 0.50질량% 이하>

Cu는, 알루미늄 합금판의 강도에 기여하는 원소이다. 베어재, 수지 피복재 어느 경우에도, Cu의 함유량이 0.50질량%를 초과하면, 가공 경화가 지나치게 커서, 아이어닝 성형 시의 깨짐(파단(몸통 절단)) 등의 불량 발생률이 높고, 가공성이 뒤떨어져, 실용에 적합하지 않다.

따라서, Cu를 첨가하는 경우는, Cu의 함유량은, 0.50질량% 이하로 한다. 한편, 바람직한 상한치는 0.35질량%이다. 또한, 하한치에 대해서는 규정되는 것이 아니고, 0질량%라도 되지만, 바람직하게는 0.15질량% 이상이다.

알루미늄 합금판은, 추가로 Cr: 0.001∼0.3질량%, Zn: 0.05∼1.0질량%로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유해도 된다. 또한, 0.005∼0.2질량%의 Ti를 단독으로, 또는 0.0001∼0.05질량%의 B와 함께 함유해도 된다.

<잔부: Al 및 불가피적 불순물>

본 발명에 따른 알루미늄 합금판의 성분은, 상기 외, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이다. 한편, 불가피적 불순물로서, 예컨대, Zr, V, Ga, In, Sn, Ni를 들 수 있고, 어느 것이나 0.05질량% 이하의 함유이면 본 발명의 효과를 방해하는 것은 아니며, 이와 같은 불가피적 불순물의 함유는 허용된다.

<Mg의 존재비>

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 합금판에 있어서는, 판 두께 방향에 있어서, 판 표면으로부터 깊이 20nm까지의 Mg량을, 깊이 1000nm로부터 1020nm의 20nm의 범위에 존재하는 Mg량에 대하여, 그 비로 5배 이하로 한 것이다. 즉, 「(표면으로부터 20nm의 범위까지의 평균 Mg 농도(아토믹 퍼센트))/(깊이 1000∼1020nm의 20nm의 범위에 존재하는 평균 Mg 농도(아토믹 퍼센트))」(이하, 적절히 Mg의 존재비로 칭함)가 5 이하이다.

여기에서, 판 표면이란, 알루미늄 합금판을 제관(製罐)한 경우에 외면에 오는 측의 면이다.

단, 알루미늄 합금판의 양면에 있어서 본 발명의 원하는 Mg의 존재비를 만족시키도록 해도 되고, 이 경우는, 판 표면이란 알루미늄 합금판의 양면이 된다.

Mg의 존재비가 5를 초과하면, 이 알루미늄 합금판을 이용하여 캔몸통을 제조했을 때에, 캔몸통의 표면에 나이테 형상의 갈색 내지는 흑색의 줄무늬가 발생하여, 표면 품질이 저하된다. 따라서, Mg의 존재비는 5 이하로 한다. 한편, 하한에 대해서는 수치가 낮을수록 바람직하다.

다음으로, Mg의 존재비의 측정 방법의 일례에 대하여 설명한다.

Mg의 존재비는, 알루미늄 합금판으로부터 깊이 방향으로, 고주파 글로우 방전 발광 분광 분석 장치(GD-OES: Glow Discharge-Optical Emission Spectroscopy)로 원소 분석을 행하는 것에 의해 측정한다. 분석에 있어서는, 알루미늄 합금판의 주요 조성인, Al, Si, Fe, Mn, Mg의 각 금속 원소를 깊이 방향으로 정량 분석을 행한다. 얻어진 Mg의 깊이 방향 분포에 있어서의, 표면으로부터 20nm의 범위까지의 Mg 원소의 존재량과, 깊이 1000∼1020nm의 20nm의 범위에 존재하는 Mg 원소의 존재량의 비를 구한다. 즉, 「(Mg 농도(아토믹 퍼센트)의 깊이 방향 분포 곡선에 있어서의 표면으로부터 20nm의 범위에서 곡선과 X축, Y축으로 둘러싸인 면적)/(깊이 1000∼1020nm의 20nm의 범위에서 깊이 방향 분포 곡선과 X축으로 둘러싸인 면적)」을 구한다.

그밖에, 알루미늄 합금판의 판 두께는 특별히 규정되는 것은 아니고, DI 캔 또는 보틀 캔용으로서 통상 이용되고 있는 판 두께이면 된다. 예컨대 0.24∼0.40mm이다.

다음으로, 본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 대하여 설명한다.

≪포장 용기용 알루미늄 합금판의 제조 방법≫

알루미늄 합금판의 제조 방법은, 제 1 공정, 제 2 공정, 제 3 공정, 제 4 공정 및 제 5 공정을 포함하는 것이다.

이하, 각 공정에 대하여 설명한다.

<제 1 공정>

제 1 공정은, 알루미늄 합금을 용해, 주조하여 주괴를 제작하는 공정이다.

여기에서, 알루미늄 합금의 성분은, Mn: 0.50∼1.50질량%, Mg: 0.50∼1.50질량%, Si: 0.10∼0.50질량%, Fe: 0.10∼0.70질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이다. 또한, 추가로 Cu: 0.50질량% 이하를 함유해도 된다.

또한, 추가로 Cr: 0.001∼0.3질량%, Zn: 0.05∼1.0질량%로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유해도 된다. 추가로는, 0.005∼0.2질량%의 Ti를 단독으로, 또는 0.0001∼0.05질량%의 B와 함께 함유해도 된다.

각 성분의 설명에 대해서는, 상기한 대로이기 때문에, 여기에서는 생략한다.

<제 2 공정>

제 2 공정은, 제 1 공정에서 제작된 주괴를 균질화 열처리하는 공정이다.

여기에서, 제 2 공정에서는, 균질화 열처리를, 580∼620℃의 도달 온도에서 24시간 이상 유지한 후, 실온까지 냉각하는 조건에서 행한다.

[580∼620℃의 도달 온도에서 24시간 이상 유지]

균질화 열처리의 도달 온도가 580℃ 미만 또는 유지 시간이 24시간 미만이면, 주괴 표면에 농화되는 Mg량이 적어진다. 그 때문에, 그 후의 공정에 의해 주괴 표면을 면삭하더라도, 본 발명의 원하는 Mg의 존재비가 얻어지지 않는다. 한편, 도달 온도가 620℃를 초과하면, 슬래브(주괴) 표면이 버닝을 일으켜, 알루미늄 합금판의 제조 그 자체를 할 수 없게 된다. 한편, 유지 시간의 상한은 특별히 규정되는 것이 아니지만, 경제적인 관점에서 36시간 이하가 바람직하다.

[실온까지 냉각]

추가로 계속하여 실온까지 냉각하는 것은, 그 후에 면삭을 행하여 주괴 표면의 Mg가 농화된 Mg층을 제거하여, 본 발명의 원하는 Mg의 존재비로 하기 위해서이다. 또한, 면삭에 의해 균질화 열처리 시에 생성된 산화 피막을 제거하여, 이후의 열간 압연 시의 표면 품질을 양호하게 유지하기(소부의 방지) 위해서이다.

<제 3 공정>

제 3 공정은, 제 2 공정에서 균질화 열처리된 주괴 표면을 면삭하는 공정이다.

종래부터 행해지고 있는 방법으로서, 균열 후의 면삭이 행해지고 있지만, 단순히 균열 후에 면삭을 행하는 것만으로는, 열간 압연을 위한 가열 및 열연 중에, 슬래브 및 열연판 표면에 Mg의 산화물이 형성되어, 표면 품질이 저하된다. 그래서, 균열 유지 시간을 종래보다도 길게 하여, 주괴 표면으로의 Mg의 확산을 촉진시키고, 그 후, 표면에 농화된 Mg층을 면삭에 의해 제거함으로써, 주괴 표면의 Mg 농도가 낮아져, 열연 후에도 판 표면을 양호하게 할 수 있다.

여기에서, 제 3 공정에서는, 주괴 표면을 5mm 이상 면삭한다. 면삭이 5mm 미만이면, 표면에 농화된 Mg층의 제거가 불충분해져, 주괴 표면의 Mg 농도가 충분히 낮아지지 않는다. 그 때문에, 본 발명의 원하는 Mg의 존재비가 얻어지지 않는다. 한편, 상한에 대해서는 특별히 규정되는 것은 아니지만, 생산성 등의 관점에서 20mm 이하의 면삭으로 하는 것이 바람직하다.

한편, 주괴 표면이란, 최종 제품판인 알루미늄 합금판에 있어서, 제관한 경우에 외면에 오는 측의 면이다. 단, 최종 제품판의 양면에 있어서 본 발명의 원하는 Mg의 존재비를 만족시키도록 하는 경우는, 주괴의 양면이다.

면삭의 방법으로서는, 엔드 밀 절삭이나 다이아몬드 바이트 절삭 등의 절삭법, 표면을 지석(砥石) 등으로 깎는 연삭법, 버프 연마 등의 연마법 등을 이용할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

<제 4 공정>

제 4 공정은, 제 3 공정에서 면삭된 주괴를 열간 압연하여 압연판을 제작하는 공정이다.

여기에서, 상기 제 4 공정에서는, 상기 제 3 공정에서 면삭한 주괴를 재가열함으로써, 상기 열간 압연을, 열간 압연 온도를 450∼520℃의 조건에서 행하는 것이 바람직하다.

[열간 압연 온도: 450∼520℃]

열간 압연의 온도를 450℃ 이상으로 함으로써, 열연 코일의 재결정에 필요한 열을 얻을 수 있다. 한편, 520℃ 이하로 함으로써, 표면 산화 피막의 성장이 억제되어 표면 품질의 저하가 방지된다.

여기에서, 제 4 공정에서는, 열간 압연 중의 압연 워크 롤에 형성되는 코팅의 두께를 브러시 롤로 제어하여 압연하는 것이 바람직하다.

열간 압연에서는, 롤의 표면에 알루미늄 등의 산화물이 축적되어, 이 산화물에 의한 코팅(산화 피막)이 롤에 형성된다. 이 코팅이 지나치게 두꺼우면, 양질인 판 표면이 얻어지지 않는다. 그러나, 롤에는 적절한 코팅이 있는 편이, 마찰이 적게 변하여 소부를 일으키지 않는다. 따라서, 브러시 롤을 이용하여 롤에 형성되는 코팅의 두께를 제어하면서 압연하는 것이 바람직하다.

소부를 방지함과 함께 양질인 판 표면을 얻기 위해, 코팅의 두께는, 1∼2μm가 바람직하다. 코팅의 두께가 1∼2μm인 압연 롤로 압연하는 것에 의해, 나이테 형상의 갈색 내지 흑색의 줄무늬 모양(플로우 마크)이 발생하기 어렵다. 한편, 코팅의 두께가 지나치게 얇은 경우도, 롤 표면에 코팅이 붙어 있지 않은 부분이 산재하기 때문에, 윤활이 불균일해져, 플로우 마크가 발생하기 쉬워진다.

브러시 롤이나 코팅 두께의 제어 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 브러시 롤의 브러시에 의해 소정의 압력으로 코팅을 문지름으로써, 코팅 두께를 제어할 수 있다. 또한, 롤에 이용되는 브러시는, 알루미나를 지립(砥粒)으로 포함한 나일론이나 PBT 등으로 되어 있는 것이 사용된다.

한편, 롤에 부착한 코팅의 두께는, 이하의 방향에 의해 측정할 수 있다. 구체적으로는, 우선, 압연 롤 표면에 부착되어 있는 코팅 중, 롤 표면의 10cm×10cm 면적분의 코팅을 농도 25W/V%의 가성소다로 녹이고, 그 액을 전량 회수한다. 그리고, 용액을 정량하여 ICP 발광 분석으로 알루미늄 농도를 측정하여, 회수한 용액에 포함되는 알루미늄량을 구한다. 또한, 녹인 코팅을 모두 알루미나라고 보고, 또한 얻어진 알루미늄량이 모두 알루미나를 구성하고 있었다고 하여, 알루미나의 밀도(3.95g/cm³)로부터 막 두께를 계산하여 구한다.

<제 5 공정>

제 5 공정은, 제 4 공정에서 제작된 압연판을 냉간 압연하여 알루미늄 합금판을 제작하는 공정이다.

여기에서, 제 5 공정에서는, 냉간 압연 사이의 중간 소둔은 행하지 않는다.

중간 소둔을 행하면, DI 성형 후에 넥부의 강도가 높아져, 넥 성형 시의 주름의 발생이나 플랜지부의 깨짐 발생 등, 성형성이 열화된다. 또한, 공정이 늘어남으로써 코스트업이 된다.

또한, 냉간 압연은, 냉간 압연 시의 냉간 가공률을 80∼92%의 조건 하에서 행하는 것이 바람직하다.

냉간 압연 시의 냉간 가공률을 80% 이상으로 함으로써, 알루미늄 합금판의 강도가 향상되어, 캔 강도가 향상된다. 한편, 92% 이하로 함으로써, 성형 시에 45° 귀[耳]의 발달을 억제하여, 플랜지부의 치수 불량 등을 초래하기 어려워, 소정의 캔 치수를 얻기 쉬워진다.

이상 설명한 본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판은, 도 2에 나타내는 것과 같은 종래의 일례의 보틀 캔(1)(2 피스 보틀 캔 또는 3 피스 보틀 캔)이나, 도 3에 나타내는 것과 같은 종래의 일례의 DI 캔(11) 등에 적합하게 이용할 수 있음과 함께, 종래의 여러 가지 알루미늄 합금판의 수지 피복재(비도시)에도 적합한 소재이다.

다음으로, 도면을 참조하여, 상기 알루미늄 합금판을 이용한 포장 용기용 보틀 캔의 제조 방법에 대하여 설명한다. 한편, 도 2는 종래의 일례의 보틀 캔(2 피스 보틀 캔 또는 3 피스 보틀 캔)을 모식적으로 나타내는 사시도, 도 3은 종래의 일례의 DI 캔을 모식적으로 나타내는 사시도, 도 4a는 보틀 캔(3 피스 보틀 캔)의 제조 방법을 나타내는 모식도, 도 4b는 DI 캔의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.

본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판을, 도 2에 나타내는 것과 같은 종래의 일반적인 보틀 캔(1)(여기에서는, 3 피스 보틀 캔을 예로 설명한다)에 적용하는 경우에는, 예컨대, 도 4a에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판(A)에 대하여, 컵 성형이나 DI 성형 등의 캔체 성형을 실시하여 유저 원통상의 캔(동체부(2))을 형성한다. 계속해서, 이 유저 원통상의 캔(동체부(2))의 저부에 네킹 가공을 실시하여 넥부(3)를 형성한다. 그리고, 인쇄·소부를 실시하여, 넥부(3)에 개구부(4)를 개구한 후, 캡 부착용의 나사깎기 가공을 실시하여 나사부(5)를 마련한다. 또한, 이것에 대향하는 개구부에는, 보텀 네크인 가공과 플랜지 가공을 실시한 후, 시머에 의해서 별도 성형한 바닥뚜껑을 권체(卷締)하여 저부(6)를 형성함으로써, 3 피스 보틀 캔(1)을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판을, 도 3에 나타내는 것과 같은 종래의 일반적인 DI 캔(11)에 적용하는 경우에는, 예컨대, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판(A)에 대하여, 컵 성형이나 DI 성형 등의 캔체 성형을 실시하여 유저 원통상의 캔(동체부(12))을 형성한다. 계속해서, 이 유저 원통상의 캔(동체부(12))에 네킹 가공을 실시하여 넥부(13)를 형성한다. 그리고, 인쇄·소부를 실시하여, 넥부(13)의 엔드부에 개구부(14)를 형성하는데, 이 때에, 개구부(14)의 구경이 동체부(12)의 직경에 비하여 작아지도록 가공함으로써, DI 캔(11)을 제조할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판을, 종래의 일반적인 수지 피복재에 적용하는 경우에는, 종래 공지된 수지 피복재에 적용되고 있는 각종 수지 필름을, 접착제 등을 통해서 접합한 후, 그 수지 필름의 융점 이상에서 열처리가 실시되는 공정 등을 거쳐, 수지 피복재가 제작된다.

실시예

다음으로, 본 발명에 따른 포장 용기용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법에 대하여, 본 발명의 요건을 만족시키는 실시예와 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예를 비교하여 구체적으로 설명한다.

≪알루미늄 합금판의 제작≫

표 1에 나타내는 것과 같은 합금 조성을 구비한 알루미늄 합금을 용해, 주조하고, 다음으로 균질화 열처리, 면삭, 계속해서 열간 압연을 행하여, 판 두께 2.2mm의 핫 코일을 제조했다. 열간 압연에서는, 열간 압연 중의 압연 워크 롤에 형성되는 코팅의 두께를 브러시 롤로 제어하고, 코팅의 두께를 1.7μm로 하여 압연했다. 또한, 이 핫 코일에 냉간 압연을 실시하여, 제관용의 알루미늄 합금판(판 두께 0.320mm)으로 했다. 여기에서, 면삭량은 5∼20mm의 사이에서 적절히 설정했다.

또한, 균질화 열처리, 열간 압연에 있어서의 각 조건에 대해서는, 표 2, 3에 나타내는 바와 같다. 또한, 표 1∼3에 있어서, 본 발명의 구성을 만족시키지 않는 것에 대해서는, 수치에 밑줄을 그어 나타낸다.

≪알루미늄 합금판의 Mg의 존재비≫

다음으로, 이렇게 하여 제조된 알루미늄 합금판의 Mg의 존재비를 조사했다.

Mg의 존재비는, 알루미늄 합금판으로부터 깊이 방향으로, 고주파 글로우 방전 발광 분광 분석 장치 GD-OES(주식회사호리바제작소(HORIBA, Ltd.)제, JY-5000RF)로 원소 분석을 행하는 것에 의해 측정했다. 분석에 있어서는, 동 장치에 의해, 펄스 모드(주파수 200Hz, 듀티 사이클 0.0625)로 아르곤 스퍼터링하여, 알루미늄 합금판의 주요 조성인, Al, Si, Fe, Mn, Mg의 각 금속 원소를 깊이 방향으로 정량 분석(아토믹 퍼센트)을 행했다. 얻어진 Mg의 깊이 방향 분포에 있어서의, 표면으로부터 20nm의 범위까지의 Mg 원소의 존재량과, 깊이 1000∼1020nm의 20nm의 범위에 존재하는 Mg 원소의 존재량의 비를 구했다. 즉, 「(Mg 농도의 깊이 방향 분포 곡선에 있어서의 표면으로부터 20nm의 범위에서 곡선과 X축, Y축으로 둘러싸인 면적)/(깊이 1000∼1020nm의 20nm의 범위에서 깊이 방향 분포 곡선과 X축으로 둘러싸인 면적)」을 구했다.

≪보틀 캔 제작법≫

다음으로, 이 알루미늄 합금판을 이용하여, 하기의 처리 및 성형을 행했다.

우선, 알루미늄 합금판 표면에 인산크로메이트 처리를 실시한 후, 두께 16μm의 수지를 양면에 피복하고, 270℃×20초의 열처리를 실시하여 수지 피복재로 했다. 이 수지 피복재에 휘발성의 윤활유를 도포하여 드로잉 성형(컵 성형), 그 후 DI 성형(아이어닝 성형)을 행하여, 유저 원통상의 캔(아이어닝 성형 캔)을 제작했다. 그 때, 피복한 수지의 박리를 방지하도록, 플랜지부를 남긴 성형을 행했다. 이렇게 하여 얻어진 DI 성형 캔(아이어닝 성형 캔)의 캔 저부에 넥 성형을 실시한 후, 개구부를 트리밍하고, 캔 저부에 바닥뚜껑을 권체하기 전의 상태의 보틀 캔의 캔몸통부를 제작했다. 그 후, 캔체 도달 온도 270℃ 노내 유지 시간 20초의 열처리를 행하고, 나사 가공을 실시했다. 그리고, 캔 저부에는, 보텀 네크인 가공과 플랜지 가공을 실시한 후, 시머에 의해서 별도 성형한 바닥뚜껑을 권체하여 저부를 형성함으로써, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판에 대해 평가를 행할 때의 캔(3 피스 보틀 캔)을 작성했다.

<평가 방법>

상기 성형 프로세스 중의 캔, 및 제작한 캔을 사용하여, 가공성의 평가로서, 아이어닝 성형성, 강도의 평가로서 축 압축 강도의 평가를 이하의 방법으로 행했다. 또한, 표면 상태의 평가로서, 플로우 마크에 대한 평가를 이하의 방법으로 행했다.

[아이어닝 성형성]

연속 성형으로 10000캔 제관했을 때에, 파단(몸통 절단)이 발생한 횟수가 0∼3회인 것을 아이어닝 성형성이 양호, 4회 이상을 아이어닝 성형성이 불량으로 했다.

한편, 아이어닝 성형성의 평가는, 도 4a에 나타내는 DI 성형 중에 행했다.

[축 압축 강도]

상기 3 피스 보틀 캔(샘플수=10)의, 개구부에 축 압축 하중을 가하고, 그 축 압축 강도를 측정하여, 최대 축 압축 하중이 150kgf 이하를 불량으로 했다.

[표면 상태]

넥 성형한 넥부를 육안에 의해 관찰하여, 나이테 형상의 줄무늬 모양(플로우 마크)의 짙음을 평가했다. 5점 만점으로, 4점 이상을 합격으로 했다.

상기 각 시험 결과를 표 2, 3에 나타낸다. 또한, No. 1 및 No. 7의 Mg 농도 분포의 그래프(깊이 방향 분포 곡선)를 도 5a, 도 5b에 나타낸다.

표 2, 3에 나타내는 바와 같이, No. 1∼5는, 본 발명의 범위를 만족시키기 때문에, 모든 평가 항목에서 우수한 결과가 되었다.

한편, No. 6∼17은, 본 발명의 범위를 만족시키지 않기 때문에, 이하의 결과가 되었다.

No. 6, 7은 균열 유지 시간이 하한치 미만이기 때문에, Mg의 존재비가 높아져, 적절한 표면 상태가 얻어지지 않았다. No. 8은 균열 온도가 하한치 미만이기 때문에, Mg의 존재비가 높아져, 적절한 표면 상태가 얻어지지 않았다.

No. 9는 Si 함유량이 하한치 미만이기 때문에, 비용면에서 실용적이지 않다. No. 10은 Si 함유량이 상한치를 초과하기 때문에, 열간 압연판의 미재결정립 잔류에 의한 DI 성형 시의 캔몸통 절단이 다발하여, 아이어닝 성형성이 뒤떨어졌다.

No. 11은 Fe 함유량이 하한치 미만이기 때문에, 열간 압연판의 미재결정립 잔류에 의한 DI 성형 시의 캔몸통 절단이 다발하여, 아이어닝 성형성이 뒤떨어졌다. No. 12는 Fe 함유량이 상한치를 초과하기 때문에, DI 성형 시에 캔몸통 절단이 다발하여, 아이어닝 성형성이 뒤떨어졌다. No. 13은 Mn 함유량이 하한치 미만이기 때문에, 강도가 뒤떨어졌다. No. 14는 Mn 함유량이 상한치를 초과하기 때문에, DI 성형 시의 캔몸통 절단이 다발하여, 아이어닝 성형성이 뒤떨어졌다.

No. 15는 Mg 함유량이 하한치 미만이기 때문에, 강도가 뒤떨어졌다. No. 16은 Mg 함유량이 상한치를 초과하기 때문에, Mg의 존재비가 높아져, 플로우 마크가 강해졌다. No. 17은 Cu 함유량이 상한치를 초과하기 때문에, DI 성형 시의 캔몸통 절단이 다발하여, 아이어닝 성형성이 뒤떨어졌다.

한편, No. 7의 샘플은, 특허문헌 2에 기재된 종래의 알루미늄 합금판을 상정한 것이다. 본 실시예에서 나타내는 바와 같이, 이 종래의 알루미늄 합금판은, 상기 평가에 있어서 일정한 수준을 만족시키지 않는 것이다. 따라서, 본 실시예에 의해, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판이 종래의 알루미늄 합금판과 비교하여 우수하다는 것이 객관적으로 분명해졌다.

또한, 본 실시예에서는, 수지 피복을 실시한 보틀 캔에서의 평가이지만, 수지 피복을 하지 않은 베어의 DI 캔에 있어서도, 마찬가지의 결과가 얻어진다. 플로우 마크 평가의 관점에서는, 수지 피복된 재료쪽이, 캔몸통 성형 시에도 금속 표면이 공구와 접촉하지 않기 때문에, 소재의 소부가 나타나기 쉬워, 수지 피복되어 있지 않은 DI 캔보다도 엄격한 평가가 된다.

이상과 같이, 본 발명의 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법은, 종래의 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법과 비교하여, 제조에 있어서 번잡한 공정을 필요로 하는 경우가 없고, 또한, 알루미늄 합금판의 강도 및 가공성이 우수하다. 게다가, 단순히 균열 후에 면삭을 행할 뿐만이 아니라, 균열 조건을 규정하여, 주괴의 면삭량을 규정하고 있기 때문에, 판 표면의 Mg 농도를 낮게 하여, 열연 후에도 판 표면을 양호하게 할 수 있다는 것이 객관적으로 분명해졌다.

이상, 본 발명에 대하여 실시의 형태 및 실시예를 나타내어 상세히 설명했지만, 본 발명의 취지는 상기한 내용에 한정되지 않고, 그 권리 범위는 특허청구의 범위의 기재에 기초하여 해석해야 한다. 한편, 본 발명의 내용은, 상기한 기재에 기초하여 개변·변경 등을 할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

본 출원은, 2013년 3월 29일 출원된 일본 특허출원(특원2013-075065)에 근거하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명은 DI 캔이나 보틀 캔 등에 적용되는 포장 용기에 유용하며, 강도 및 가공성이 우수하고, 번잡한 공정을 필요로 하지 않고 제조할 수 있다.

1: 보틀 캔(2 피스 보틀 캔 또는 3 피스 보틀 캔)
2, 12: 동체부
3, 13: 넥부
4, 14: 개구부
5: 나사부
6: 저부
11: DI 캔
15: 플랜지부
A: 포장 용기용 알루미늄 합금판

Claims

Mn: 0.50∼1.50질량%, Mg: 0.50∼1.50질량%, Si: 0.10∼0.50질량%, Fe: 0.10∼0.70질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 포장 용기용 알루미늄 합금판으로서,
판 두께 방향에 있어서, 판 표면으로부터 깊이 20nm까지의 Mg량이, 깊이 1000nm로부터 1020nm의 20nm의 범위에 존재하는 Mg량에 대하여, 그 비로 5배 이하인 것을 특징으로 하는 포장 용기용 알루미늄 합금판.
제 1 항에 있어서,
상기 포장 용기용 알루미늄 합금판이, 추가로 Cu: 0.50질량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 포장 용기용 알루미늄 합금판.
Mn: 0.50∼1.50질량%, Mg: 0.50∼1.50질량%, Si: 0.10∼0.50질량%, Fe: 0.10∼0.70질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금을 용해, 주조하여 주괴를 제작하는 제 1 공정과,
상기 주괴를 균질화 열처리하는 제 2 공정과,
상기 균질화 열처리된 주괴 표면을 면삭하는 제 3 공정과,
상기 면삭된 주괴를 열간 압연하여 압연판을 제작하는 제 4 공정과,
상기 압연판을 냉간 압연하여 알루미늄 합금판을 제작하는 제 5 공정으로 이루어지는 포장 용기용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 있어서,
상기 제 2 공정에서, 상기 균질화 열처리를, 580∼620℃의 도달 온도에서 24시간 이상 유지한 후, 실온까지 냉각하는 조건에서 행하고, 상기 제 3 공정에서, 주괴 표면을 5mm 이상 면삭하는 것을 특징으로 하는 포장 용기용 알루미늄 합금판의 제조 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금이, 추가로 Cu: 0.50질량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 포장 용기용 알루미늄 합금판의 제조 방법.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제 4 공정에서, 열간 압연 중의 압연 워크 롤에 형성되는 코팅의 두께를 브러시 롤로 제어하여 압연하는 것을 특징으로 하는 포장 용기용 알루미늄 합금판의 제조 방법.