KR20170113659A

KR20170113659A - 캔 몸체용 알루미늄 합금판

Info

Publication number: KR20170113659A
Application number: KR1020177025179A
Authority: KR
Inventors: 유지 이노우에; 가즈하루 마사다
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2017-10-12
Also published as: TW201702396A; CN107406924A; JP6000437B1; TWI582241B; JP2016176140A

Abstract

Si, Fe, Cu, Mn 및 Mg를 각각 특정량 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금판이고, 200℃×20분의 베이킹 후의 내력이 240∼295MPa, 판 두께 중심부의 전위 밀도가, 상기 알루미늄 합금판의 베이킹 후의 내력(단위: MPa)을 X축으로 하고, X선 회절에 의해 측정된 판 두께 중앙부의 전위 밀도(단위: ×10¹⁴/m²)를 Y축으로 하는 그래프에 있어서, 하기 좌표 A, B, C, D, E의 각 점을 잇는 선분으로 둘러싸이는 다각형의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 캔 몸체용 알루미늄 합금판.
좌표 A(240, 1.0×10¹⁴)
좌표 B(240, 8.0×10¹⁴)
좌표 C(276, 8.0×10¹⁴)
좌표 D(295, 14.2×10¹⁴)
좌표 E(295, 1.0×10¹⁴)

Description

캔 몸체용 알루미늄 합금판

본 발명은 DI(draw&ironing) 성형을 행하여 2피스 캔의 캔 몸체를 성형하기 위해서 이용되는 캔 몸체용 알루미늄 합금판에 관한 것이다.

환경 부하 저감 및 비용 절감을 목적으로 해서, 음료용 알루미늄캔 몸체용 소재의 박육화(薄肉化)가 진전되고 있고, 그에 수반하여 DI 성형 후의 캔벽의 박육화도 진행되고 있다(종래의 캔벽의 판 두께: 105∼110μm 정도에 대해, 95∼100μm 정도로 박육화).

캔벽의 판 두께가 얇아지면, 캔벽의 외면에 돌기물이 접촉하여 압입되었을 때에, 돌기물의 선단이 캔벽을 관통하여, 구멍(핀홀)이 뚫려 내용물이 새는 문제가 생기기 쉬워진다. 내용물의 누설은 중대 클레임이기 때문에, 박육화된 캔벽에 있어서도, 돌기물이 압입되었을 때에 구멍이 뚫리기 어려운(내찌름성이 우수한) 알루미늄캔 몸체 및 알루미늄캔 몸체용 소재가 요구되고 있다.

특허문헌 1에는, Si, Fe, Cu, Mn, Mg를 소정량 함유하고, 판 표면에 있어서의 특정 사이즈의 금속간 화합물의 개수 밀도 및 면적률이 소정 범위 내로 규제된 캔 몸체용 알루미늄 합금판이 기재되어 있다. 특허문헌 1의 기재에 의하면, 이 알루미늄 합금판을 DI 성형하여 얻어진 캔 몸체는 내핀홀성(내찌름성)이 우수하다. 그러나, 이 알루미늄 합금판의 경우, DI 성형 후의 캔벽의 판 두께가 110μm 초과로 두껍게 설정되어, 전술의 박육화 동향에 대응하고 있지 않다.

특허문헌 2에는, Si, Fe, Cu, Mn, Mg를 소정량 함유하고, 판 표면 및 단면에 있어서의 특정 사이즈의 금속간 화합물의 개수 밀도와 면적률이 소정 범위 내로 규제된 캔 몸체용 알루미늄 합금판이 기재되어 있다. 특허문헌 2의 기재에 의하면, 이 알루미늄 합금판을 DI 성형하여 얻어진 캔 몸체는 캔벽의 판 두께가 90∼95μm 정도(특허문헌 2의 실시예 참조)로 얇아도, 내찌름성이 우수하다. 그러나, 특허문헌 2의 실시예에서는, 알루미늄 합금판에 필름 라미네이트해서 DI 성형하고 있고, 필름 라미네이트하지 않고서 DI 성형하는 타입의 캔 몸체에 대해서는 고려되어 있지 않다. 현재 시장에 유통되고 있는 알루미늄캔의 대부분은 필름 라미네이트하지 않고서 DI 성형한 것이어서, 그 의미에서 특허문헌 2의 실시예에 기재된 알루미늄 합금판은 범용성이 부족하다고 말할 수 있다.

특허문헌 3에는, Si, Fe, Cu, Mn, Mg를 소정량 함유하고, Mg 및/또는 Cu 원자를 합계로 5개 이상 포함하는 특정 원자 집합체(원자 클러스터)의 평균 밀도가 소정 범위 내로 규제된 캔 몸체용 알루미늄 합금판이 기재되어 있다. 특허문헌 3의 기재에 의하면, 이 알루미늄 합금판을 DI 성형해서 얻어진 캔 몸체는 알루미늄캔 몸체로 캔 제작된 후에 도장 소부 처리를 실시한 후의 캔 몸체 조직의 서브그레인(subgrain)화가 촉진되어, 캔 몸체의 내찌름성이 향상된다.

일본 특허공개 2007-197815호 공보 일본 특허공개 2009-270192호 공보 일본 특허공개 2014-125677호 공보

특허문헌 3에는, 캔벽을 박육화한 DI 캔에 있어서 우수한 내찌름성이 얻어진다는 것이 기재되어 있다. 한편, DI 캔의 캔 몸체용 알루미늄 합금판에는, 상기 내찌름성 외, DI 가공 시에 깨짐(티어 오프(tear-off))이 발생하지 않고, DI 캔의 캔 바닥에 주름(캔 바닥의 접지부로부터 측벽에 걸친 범위에 생기는 주름)이 발생하지 않는 등의 특성이 요구된다. 그러나, 소재를 박육화한 DI 캔에서는 상기 캔 바닥 주름이 발생하기 쉽고, 상기 캔 바닥 주름이 발생한 DI 캔은 외관 불량품이 된다.

본 발명은, 캔벽을 박육화한 DI 캔에서도 우수한 내찌름성이 얻어지고, 또한 필름 라미네이트하지 않고서 DI 성형한 DI 캔에서도 우수한 내찌름성이 얻어지고, 동시에 캔 바닥 주름의 발생이 없는 캔 몸체용 알루미늄 합금판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

DI 성형 후의 캔벽의 가공 경화능(=균일 변형능)을 향상시키면, 캔벽의 외면으로부터 돌기물이 압입되어 캔벽이 변형되었을 때, 캔벽의 판 두께 감소(네킹(necking))가 생기기 어려워져, 파단에 이를 때까지의 하중(찌름 강도)이 향상된다. 본 발명에서는, 알루미늄 합금판의 전위 밀도와 베이킹 후의 내력의 관계를 소정 범위로 규제하는 것에 의해, DI 성형 후의 캔벽의 가공 경화능을 향상시켜, DI 성형 후의 내찌름성을 향상시킬 수 있었다. 동시에, 이에 의해 DI 성형 후의 캔 바닥 주름의 발생을 방지할 수 있었다.

본 발명에 따른 캔 몸체용 알루미늄 합금판은, Si: 0.1∼0.5질량%, Fe: 0.3∼0.6질량%, Cu: 0.1∼0.35질량%, Mn: 0.5∼1.2질량%, Mg: 0.7∼2.5질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 이 알루미늄 합금판은, 200℃×20분의 베이킹을 행한 후의 내력이 240∼295MPa이고, 상기 알루미늄 합금판의 베이킹 후의 내력(단위: MPa)을 가로축으로 하고, X선 회절에 의해 측정된 판 두께 중앙부의 전위 밀도(단위: ×10¹⁴/m²)를 세로축으로 해서 나타내는 도 4에 있어서, 상기 베이킹 후의 내력과 X선 회절에 의해 측정된 판 두께 중심부의 전위 밀도가, 점 A(240, 1.0×10¹⁴), 점 B(240, 8.0×10¹⁴), 점 C(276, 8.0×10¹⁴), 점 D(295, 14.2×10¹⁴), 점 E(295, 1.0×10¹⁴)의 각 점을 잇는 선분으로 둘러싸이는 다각형의 범위 내(선분 위를 포함함)에 있다. 이 알루미늄 합금판은, 필요에 따라서, Cr: 0.10질량% 이하, Zn: 0.40질량% 이하, Ti: 0.10질량% 이하 중 1종 이상을 함유한다.

본 발명에 따른 캔 몸체용 알루미늄 합금판은, 전위 밀도를 소정 범위로 규제함으로써, 필름 라미네이트하지 않고서 DI 성형 후의 캔벽을 박육화한 경우라도, DI 성형 및 베이킹 후의 캔벽이 우수한 내찌름성을 갖는다. 이에 의해, 충전 후의 캔벽에 돌기물이 접촉했을 때 등에, 충전 후의 캔벽의 파단을 방지하여, 내용물의 샘이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 캔 몸체용 알루미늄 합금판은, 전위 밀도를 소정 범위로 규제함으로써, DI 성형 후의 캔 바닥에 주름이 생기는 것을 방지할 수 있다. 더욱이 우수한 아이어닝 가공성을 갖고, DI 성형 및 베이킹 후의 캔은 높은 내압 강도를 갖는다.

본 발명에 따른 캔 몸체용 알루미늄 합금판은, 필름 라미네이트한 뒤에 DI 성형에 제공할 수도 있다.

도 1a는 캔의 내압 강도 시험의 순서를 설명하는 도이고, 내압 강도 시험에 이용하는 캔의 측면도이다.
도 1b는 캔의 내압 강도 시험의 순서를 설명하는 도이고, 내압 시험기의 주요부 측면도이다.
도 1c는 캔의 내압 강도 시험의 순서를 설명하는 도이고, 도 1b에 나타내는 내압 시험기의 평면도이다.
도 2a는 캔의 내압 강도 시험의 순서를 설명하는 도이고, 캔을 홀더에 고정했을 때의 측면도이다.
도 2b는 캔의 내압 강도 시험의 순서를 설명하는 도이고, 캔 바닥이 내압에 의해 버클링(buckling)되었을 때의 측면도이다.
도 3은 캔 몸체의 찌름 강도의 측정 방법을 모식적으로 설명하는 단면도이다.
도 4는 실시예의 알루미늄 합금판의 베이킹 후의 내력과, X선 회절에 의해 측정된 판 두께 중앙부의 전위 밀도의 관계를 나타내는 것으로, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판은 점 A∼E의 각 점을 잇는 선분으로 둘러싸이는 다각형의 범위 내에 포함된다.

이하, 본 발명에 따른 캔 몸체용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

<알루미늄 합금의 성분 조성>

(Si: 0.1∼0.5질량%)

Si 함유량이 0.1질량% 미만이면, DI 성형 시에 있어서 0-180° 귀가 높아져, 아이어닝 가공 시의 귀 잘림 및 이에 기인하는 티어 오프가 생기기 쉽다. 한편, Si 함유량이 0.5질량%를 초과하면, 핫 코일에 미(未)재결정립이 잔존하기 때문에, DI 성형 시에 있어서 45° 귀가 높아져, 아이어닝 가공 시의 귀 잘림 및 이에 기인하는 티어 오프가 생기기 쉽다. 또한, Si 함유량이 0.5질량%를 초과하면, Al-Fe-Mn-Si계 금속간 화합물이나 Mg-Si계 금속간 화합물이 많이 형성되고, 이에 의해 캔벽에 힘이 더해져서 동 캔벽이 변형되었을 때, 화합물 주위의 보이드 형성 및 균열의 전파를 조장하여, 내찌름성이 저하된다.

(Fe: 0.3∼0.6질량%)

Fe 함유량이 0.3질량% 미만이면, 핫 코일에 미재결정이 잔존하기 때문에, DI 성형 시에 있어서 45° 귀가 높아져, 아이어닝 가공 시에 귀 잘림 및 이에 기인하는 티어 오프가 생기기 쉽다. 한편, Fe 함유량이 0.6질량%를 초과하면, Al-Fe-Mn계 금속간 화합물이 많아져, 아이어닝 가공 시에 티어 오프가 생기기 쉽다. 또한, Al-Fe-Mn계 금속간 화합물이 많아지는 것에 의해, 캔벽에 힘이 더해져서 동 캔벽이 변형되었을 때, 화합물 주위의 보이드 형성 및 균열의 전파를 조장하여, 내찌름성이 저하된다.

(Cu: 0.1∼0.35질량%)

Cu 함유량이 0.1질량% 미만이면 강도가 부족하여, 캔의 내압 강도가 부족하다. 한편, Cu 함유량이 0.35질량%를 초과하면 강도가 과대해져, 아이어닝 가공 시에 티어 오프가 생기기 쉽다.

(Mn: 0.5∼1.2질량%)

Mn 함유량이 0.5질량% 미만이면 강도가 부족하여, 캔의 내압 강도가 부족하다. 한편, Mn 함유량이 1.2질량%를 초과하면, Al-Fe-Mn계 금속간 화합물이 많아져, 아이어닝 가공 시에 티어 오프가 생기기 쉽다. 또한, Al-Fe-Mn계 금속간 화합물이 많아지는 것에 의해, 캔벽에 힘이 더해져서 동 캔벽이 변형되었을 때, 화합물 주위의 보이드 형성 및 균열의 전파를 조장하여, 내찌름성이 저하된다.

(Mg: 0.7∼2.5질량%)

Mg 함유량이 0.7질량% 미만이면 강도가 부족하여, 캔의 내압 강도가 부족하다. 또한, 가공 경화능(균일 변형능)이 부족하여, 캔벽에 힘이 더해져서 동 캔벽이 변형되었을 때에 네킹이 생기기 쉬워져, 내찌름성이 저하된다. 한편, Mg 함유량이 2.5질량%를 초과하면 강도가 과대해져, 아이어닝 가공 시에 티어 오프가 생기기 쉽다. 아이어닝 가공성 및 캔의 내압 강도, 내찌름성에 관해서 특히 우수한 특성을 얻기 위해, Mg 함유량의 하한은 바람직하게는 1.0질량%, 상한은 바람직하게는 1.8질량%이다.

(Cr: 0.10질량% 이하)

Cr은 0.10질량% 이하의 함유량이면, 알루미늄 합금판의 재료 특성, DI 성형 후의 캔 특성에 영향을 미치지 않는다. Cr은 불가피 불순물이지만, 비용 절감을 도모하기 위해, 예를 들면 원료 중에의 스크랩(Cr을 많이 함유하는 스크랩 등) 배합률을 높게 하는 등, 상기 범위 내에서 Cr을 적극 첨가할 수도 있다. 그러나, Cr 함유량이 0.10질량%를 초과하면, 핫 코일에 미재결정이 잔존하여, DI 성형에 있어서 45° 귀가 높아져, 아이어닝 가공 시에 귀 잘림 및 이것에 기인하는 티어 오프가 생기기 쉽다. 따라서, 알루미늄 합금 중의 Cr 함유량은 상기 범위 내로 제한된다.

(Zn: 0.40질량% 이하)

Zn은 0.40질량% 이하의 함유량이면, 알루미늄 합금판의 재료 특성, DI 성형 후의 캔 특성에 영향을 미치지 않는다. Zn은 불가피 불순물이지만, 비용 절감을 도모하기 위해, 예를 들면 원료 중에의 스크랩(열교환기용 클래드재의 스크랩 등)의 배합률을 높게 하는 등, 상기 범위 내에서 Zn을 적극 첨가할 수도 있다.

(Ti: 0.10질량% 이하)

Ti는 주괴 결정립의 미세화를 목적으로, 필요에 따라서 첨가된다. 주조 시에 주괴 조직을 미세화하면, 주조성이 향상되어 고속 주조가 가능해진다. 그 효과는 0.01질량% 이상의 첨가에 의해 얻어진다. 한편, Ti를 0.10질량%를 초과하여 첨가하면, 필터의 메시 막힘이 빨라, 주조 중에 점차적으로 용탕이 필터를 통과하기 어려워지고, 결국에는 주조를 중지시키지 않을 수 없게 된다. 따라서, 알루미늄 합금 중의 Ti 함유량은 상기 범위 내로 제한된다. 한편, Ti를 첨가하는 경우에는, Ti와 B의 질량비를 5:1로 한 주괴 미세화제(Al-Ti-B)를, 와플 또는 로드의 형태로 주조 전의 용탕에 첨가하기 때문에, 함유 비율에 따른 B도 필연적으로 첨가된다.

(그 밖의 불가피 불순물)

상기 원소 이외의 불가피 불순물(V, Na, Zr, Ni, Ca 등)에 대하여, 각각 0.05질량% 이하, 또한 합계로 0.15질량% 이하 포함되어 있어도, 알루미늄 합금판의 재료 특성, DI 성형 후의 캔 특성에 영향을 미치지 않는다. 한편, 이들 원소에 대해서도, 상기 함유량을 초과하지 않으면, 불가피적 불순물로서 함유되는 경우뿐만 아니라, 의도적으로 이들 원소를 포함하는 스크랩의 배합률을 높이는 등, 적극적으로 첨가되는 경우여도, 본 발명의 효과를 방해하지 않는다.

<알루미늄 합금판의 특성>

(베이킹 후의 내력: 240∼295MPa)

200℃×20분의 베이킹 후의 알루미늄 합금판의 내력이 240MPa 미만이면 강도가 부족하여, DI 성형 및 베이킹 후의 캔의 내압 강도가 부족하다. 한편, 200℃×20분의 베이킹 후의 알루미늄 합금판의 내력이 295MPa를 초과하면 강도가 과대해서, 아이어닝 가공 시에 티어 오프가 생기기 쉬워, 생산성을 저하시킨다. 한편, 베이킹 후의 강도는 베이킹 전의 강도와 연동되어 있어, 베이킹 후의 강도가 큰 알루미늄 합금판은 베이킹 전(아이어닝 가공 시)의 강도도 크다. 베이킹 후의 내력은, 바람직하게는 250MPa 이상으로 한다.

(판 두께 중앙부의 전위 밀도)

전위란, 냉연에 의해 캔 몸체용 알루미늄 합금판에 도입된 선상 또는 줄무늬상의 결함이다. 이들 전위는 5만배의 배율의 투과형 전자 현미경에 의해, 선상 또는 줄무늬상으로서 식별할 수 있다. 전위 밀도가 크면, 전위의 교차 등에 의해, 임립(林立) 전위가 형성되고, 다른 전위의 이동의 장애가 되어, 강도가 증가한다.

본 발명에 따른 알루미늄 합금판에 있어서의 판 두께 중심부의 전위 밀도와 200℃×20분의 베이킹 후의 내력의 관계가 도 4에 나타나 있다. 도 4는, 알루미늄 합금판의 베이킹 후의 내력(단위: MPa)을 가로축으로 하고, X선 회절에 의해 측정되는 알루미늄 합금판의 판 두께 중앙부의 전위 밀도(단위: ×10¹⁴/m²)를 세로축으로 해서, 세로축이 자연대수 눈금이 되어 있는 편대수 그래프이다. 본 발명에 따른 알루미늄 합금판의 전위 밀도와 베이킹 후의 내력의 값은 도 4에 나타내는 점 A, 점 B, 점 C, 점 D, 점 E를 잇는 선분으로 둘러싸이는 다각형의 범위 내(선분 위를 포함함)로 한정된다. 한편, 가로축을 X축, 세로축을 Y축으로 했을 때의 각 점의 좌표(X, Y)는 점 A가 (240, 1.0×10¹⁴), 점 B가 (240, 8.0×10¹⁴), 점 C가 (276, 8.0×10¹⁴), 점 D가 (295, 14.2×10¹⁴), 점 E가 (295, 1.0×10¹⁴)이다.

알루미늄 합금판의 판 두께 중앙부의 전위 밀도가 1.0×10¹⁴/m² 미만이면, 아이어닝 가공 시의 가공 경화가 커져, 티어 오프가 생기기 쉽다. 한편, 전위 밀도가 8.0×10¹⁴/m²를 초과하면, DI 성형 및 베이킹 후의 캔벽의 가공 경화능(균일 변형능)이 부족하여, 캔벽에 힘이 더해져서 동 캔벽이 변형되었을 때에 네킹이 생기기 쉬워져, 내찌름성이 저하되고, 캔 바닥 주름도 발생하기 쉬워진다. 단, 베이킹 후의 알루미늄 합금판의 내력이 276∼295MPa의 범위일 때, 전위 밀도는 8.0×10¹⁴/m²를 초과해도 된다. 보다 구체적으로는, 도 4에 나타내는 점 C(276, 8.0×10¹⁴)와 점 D(295, 14.2×10¹⁴)를 잇는 선분 아래의 영역에서는, DI 성형 및 베이킹 후의 캔벽에 적정한 가공 경화능을 부여할 수 있어, 내찌름성이 저하되지 않고, 캔 바닥 주름의 발생도 방지할 수 있다.

알루미늄 합금판의 판 두께 중앙부의 전위 밀도와 베이킹 후의 내력의 값을 상기 범위 내로 제어함으로써, 아이어닝 가공 시의 티어 오프를 방지하고, DI 성형 및 베이킹 후의 캔의 내압 강도를 확보하고, 또한 캔벽에 양호한 가공 경화능을 부여해서 우수한 내찌름성 및 캔 바닥 주름의 방지 효과를 얻을 수 있다.

<알루미늄 합금판의 제조 방법>

본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, 주조, 균질화 열처리, 열간 압연 및 냉간 압연의 각 공정으로 제조할 수 있다. 열간 압연 후의 중간 소둔(황(荒)소둔이라고도 말해짐) 및 냉간 압연 도중의 중간 소둔, 및 냉간 압연 후의 마무리 소둔은 행하지 않는다. 그리고, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 바람직하게는 탠덤 압연기로 냉간 압연을 행하고, 권취 온도를 높게 하고, 또한 권취 후의 냉각 과정에 있어서 소정의 온도역의 냉각 속도를 낮게 제어한다. 이에 의해 냉간 압연 중 및 권취 후의 재료의 회복을 촉진하여, 알루미늄 합금판(제품판)의 전위 밀도를 상기 범위 내로 제어할 수 있다.

이하, 각 공정에 대하여 설명한다.

우선, DC 주조법 등의 공지의 반연속 주조법에 의해 알루미늄 합금을 주조한다.

다음으로, 주괴 표층의 불균일한 조직이 되는 영역을 면삭으로 제거한 후, 통상적 방법에 기초하여 균질화 열처리를 실시한다. 이때 2단 균질화 열처리 또는 2회 균질화 열처리를 채용해도 된다. 여기에서 말하는 2단 균질화 열처리란, 주괴를 고온으로 소정 시간 유지(1단째의 균질화 열처리)한 후, 실온까지 냉각하지 않고, 200℃를 초과하는 온도에서 냉각을 멈추고, 그 온도로 소정 시간 유지(2단째의 균질화 열처리)하는 것을 의미한다. 또한, 2회 균질화 열처리란, 주괴를 고온으로 소정 시간 유지(1회째의 균질화 열처리)한 후, 실온을 포함하는 200℃ 이하의 온도로 일단 냉각하고, 재가열하여 소정의 균질화 처리 온도로 소정 시간 유지(2회째의 균질화 열처리)하는 것을 의미한다.

균질화 열처리 후, 냉각하는 일 없이 계속해서 열간 압연을 행하고, 바람직하게는 300℃ 이상에서 열간 압연을 종료한다. 제작된 열간 압연재는 재결정 조직이 된다.

계속되는 냉간 압연은, 탠덤 압연기에 의한 1패스, 또는 싱글 압연기로 압연을 행하는 경우에는, 1패스 후에 즉시 다음 패스를 행하는 이른바 연속 패스에 의해 행한다. 탠덤 압연기 1패스 또는 싱글 압연기의 연속 패스로 냉간 압연을 행함으로써, 냉간 압연 중의 가공 발열이 커져, 재료의 동적 회복 및 권취 후의 회복이 촉진된다. 한편, 생산 효율의 관점에서는 탠덤 압연기에 의한 압연이 바람직하다.

냉간 압연의 총압연율은 80∼90%로 한다. 이 압연율은 탠덤 압연기에 의한 1회의 통판, 또는 싱글 압연기의 복수의 패스의 통판으로 달성된다. 냉간 압연에서의 총압연율이 80% 미만이면 알루미늄 합금판의 강도가 부족하여, DI 성형 및 베이킹 후의 캔의 내압 강도가 부족하다. 한편, 총압연율이 90%를 초과하면, 강도가 과대해지고, 또한 45° 귀의 증가를 초래하여, 아이어닝 가공 시에 귀 잘림 발생 및 이에 기인하는 티어 오프를 일으키기 쉽다. 가공 발열을 크게 해서 권취 온도를 높이고, 또한 본 발명에서 특정하는 범위의 전위 밀도로 하기 위해서는, 직경이 작은 워크 롤로 높은 압하를 걸 필요가 있다. 구체적으로는, 직경 650mm 이하의 워크 롤로 냉간 압연을 행할 필요가 있고, 바람직하게는 직경 450mm 이하의 워크 롤로 냉간 압연을 행한다.

냉간 압연 후의 권취 온도는 150℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 권취 온도를 높게 하는 것에 의해, 재료의 회복이 촉진되어, 알루미늄 합금판(제품판)의 전위 밀도가 상기 범위 내로 저하되고, DI 성형 및 베이킹 후의 캔벽의 가공 경화능(균일 변형능)이 향상되어, 캔 바닥 주름의 발생이 방지되고, 또한 내찌름성이 향상된다. 한편, 권취 온도가 180℃를 초과하면, 과도한 회복이 생겨 전위 밀도가 상기 범위 내보다 더 저하된다. 그 결과, 아이어닝 가공 시의 가공 경화가 커져, 티어 오프가 생기기 쉽다. 또한, 가공 발열에 의한 알루미늄 합금판의 연화가 커져, 압연 중에 판 잘림이 생기기 쉬워진다. 그 결과, 알루미늄 합금판의 생산성을 크게 저하시키므로 실용상 바람직하지 않다. 따라서, 냉간 압연 후의 권취 온도는, 바람직하게는 150℃ 이상, 보다 바람직하게는 160℃ 이상으로 하고, 상한치는 180℃로 한다.

또한, 권취 온도로부터 120℃까지의 온도역(120℃ 이상의 온도역)에 있어서, 코일의 평균 냉각 속도를 15℃/hr 이하로 한다. 이 냉각 속도가 15℃/hr 이하로 작은 것에 의해, 재료의 회복이 촉진되어, 알루미늄 합금판(제품판)의 전위 밀도가 상기 범위 내로 저하되고, DI 성형 및 베이킹 후의 캔벽의 가공 경화능(균일 변형능)이 향상되어, 캔 바닥 주름의 발생이 방지되고, 또한 내찌름성이 향상된다. 120℃ 이상의 온도역에서의 냉각 속도가 15℃/h를 초과하는 경우에는, 재료의 회복이 불충분하여, 전위 밀도가 충분히 저하되지 않아, DI 성형 및 베이킹 후의 캔벽의 가공 경화능이 부족하여, 캔 바닥 주름이 발생하기 쉬워지고, 내찌름성이 저하된다.

실시예

이하, 본 발명의 효과를 확인한 실시예를, 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예와 대비하여 구체적으로 설명한다. 한편, 본 발명은 이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

표 1, 2에 나타내는 조성의 알루미늄 합금을 용해시키고, 반연속 주조법을 이용하여 두께 600mm의 주괴를 제작했다(비교예의 No. 12를 제외한다). 이 주괴의 표층을 면삭하고, 균질화 열처리를 실시한 후, 계속해서 열간 조(粗)압연 및 열간 마무리 압연을 행했다. 그 후 중간 소둔을 실시하는 일 없이, 열간 압연재에 대해 냉간 압연(탠덤 압연기 또는 싱글 압연기)을 행하여, 판 두께 0.27mm의 알루미늄 합금판(코일)으로 하고, 권취했다. 냉간 압연 후의 마무리 소둔은 행하지 않았다(비교예의 No. 19를 제외한다). 한편, 비교예의 No. 12는 필터의 메시 막힘 때문에, 주조를 할 수 없었다.

표 1, 2에 냉간 압연에서 이용한 압연기의 종류, 냉간 압연의 총압연율, 냉간 압연 후의 권취 온도, 권취 후의 코일의 평균 냉각 속도(권취 온도로부터 120℃까지), 냉간 압연 후의 마무리 소둔의 유무 및 조건을 기재했다. 탠덤 압연기로 냉간 압연한 케이스에서는, 표 1, 2에 기재한 총압연율은 1회의 통판으로 달성했다.

제조한 실시예 No. 1∼22 및 비교예 No. 1∼11, 13∼19의 알루미늄 합금판을 공시재로 하고, 베이킹 후 내력 및 전위 밀도를 이하에 나타내는 요령으로 측정했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.

(알루미늄 합금판의 베이킹 후 내력)

공시재(알루미늄 합금판)에 대해 200℃×20분의 베이킹을 실시한 후, 압연 평행 방향으로 JIS 5호 시험편을 채취하고, JIS Z2241의 규정에 준해서 인장 시험을 행하여, 0.2% 내력을 측정했다. 이 0.2% 내력이 240∼295MPa의 범위 내일 때, 합격으로 평가했다.

(알루미늄 합금판의 전위 밀도)

본 발명에서는, 전위 밀도를 X선 회절에 의해 측정했다. 전위 중, 선상, 줄무늬상의 전위가 밀집한 영역(셀벽이나 전단대)은 투과형 전자 현미경으로는 판별하기 어려워, 전위 밀도 ρ를 구할 때의 측정 오차가 될 수 있다. 이에 비해서, X선 회절에서는, 후술하는 대로, 집합 조직에 있어서의 각 면으로부터의 회절 피크의 반치폭으로부터 전위 밀도 ρ를 산출하기 때문에, 이와 같은 임립 전위여도 오차가 적어지는 이점이 있다.

냉연 등의 소성 변형을 가하여 전위를 도입한 조직에서는, 전위를 중심으로 격자 변형이 생긴다. 또한, 전위의 서열에 의해 소경각 입계, 셀 구조 등이 발달한다. 이와 같은 전위나 그에 수반하는 도메인 구조를 X선 회절 패턴으로부터 파악하면, 회절 지수에 따른 특징적인 넓어짐, 형상이 회절 피크에 나타난다. 이 회절 피크의 형상(라인 프로파일)을 해석(라인 프로파일 해석)하여, 전위 밀도를 구할 수 있다.

먼저, 공시재(알루미늄 합금판)의 판 두께 중심부의 X선 회절에 의해, 동 판 두께 중심부의 집합 조직에 있어서의 주요한 방위의 각 면(각 방위면)으로부터의 회절 피크의 반치폭을 구했다. 전위 밀도 ρ가 높을수록, 이들 각 면의 회절 피크의 반치폭은 커진다.

한편, X선 회절 시험은 주식회사 리가쿠제의 X선 회절 장치를 이용하고, 타겟으로 Cu를 이용하여, 관 전압 45kV, 관 전류 200mA, 주사 속도 1°/min, 샘플링 폭 002°, 측정 범위(2θ) 30°∼145°의 조건에서 실시했다.

다음으로, 이들 각 면의 회절 피크의 반치폭으로부터, Williamson-Hall법에 의해, 격자 변형(결정 변형) ε을 구한 다음, 하기의 식에 의해 전위 밀도 ρ를 산출했다. 하기 식에 있어서, b는 버거스 벡터의 크기이고, 이번에는 b=2.8635×10^-10m를 이용했다.

ρ=16.1×ε²/b²

X선 회절 시험은 1공시재당 임의의 5개소(모두 판 두께 중심부)에서 실시하고, 얻어진 결과로부터 평균 전위 밀도를 산출했다.

계속해서, 실시예 No. 1∼22 및 비교예 No. 1∼11, 13∼19의 알루미늄 합금판을 이용하여, DI 캔을 제작했다. 제작 방법으로서, 우선 알루미늄 합금판으로부터 직경 140mm의 블랭크를 타발하고, 이 블랭크를 드로잉 성형하여 직경 90mm의 컵을 제작했다. 얻어진 컵에 대해, 범용의 알루미늄캔 몸체 성형기로 DI 성형(재드로잉+아이어닝 가공)을 행하여, DI 캔을 제작했다.

제작한 DI 캔은 외경이 66.3mm, 캔벽의 최박육부(캔 바닥으로부터 60mm의 높이)의 육후가 90μm, 동 부의 가공률이 66.7%(최초 판 두께: 270μm)였다.

상기 알루미늄캔 몸체 성형기에 의해, 각 실시예 및 비교예 모두 10000캔을 연속 성형하고, 이하에 나타내는 요령으로 아이어닝 가공성(DI 가공성)의 평가를 행했다. 계속해서, 그 성형한 캔을 이용하여, 내압 강도 및 찌름 강도의 측정, 및 캔 바닥 주름의 평가를, 이하에 나타내는 요령으로 행했다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. 한편, 비교예 No. 6, 10, 16에서는, 상기 알루미늄캔 몸체 성형기에 의한 연속 성형에 있어서, 티어 오프가 다발했기 때문에, 내압 강도 및 찌름 강도의 측정은 행하지 않았다.

(아이어닝 가공성)

연속 성형한 10000캔 중, 티어 오프 등의 문제가 생긴 캔이 3캔 이하인 것을 합격(○), 4캔 이상인 것을 불합격(×)으로 평가했다.

(캔의 내압 강도)

제작한 DI 캔(캔 몸체부)의 개구부를 트리밍하여 높이 100mm로 하고, 200℃×20분의 베이킹을 실시했다. 이어서, 수압식의 내압 시험기(에이스텍 주식회사제의 수압식 가감압 버클링 테스트 장치, 형식명 WBT-500)를 이용하여, 베이킹 후의 DI 캔에 내압을 부하하고, 캔 바닥이 버클링되었을 때의 최대 내압을 측정했다.

도 1b 및 도 1c에 나타내는 바와 같이, 내압 시험기는, 기대(1) 위에 설치된 베이스판(2)과, 베이스판(2) 위에 설치된 원통상의 홀더(3)와, 홀더(3)의 양측에 배치된 한쌍의 고정 부재(4, 4)를 구비한다. 홀더(3)의 높이 방향 중간 위치에 O-링(5)이 설치되어 있다. 홀더(3)의 내부에 고무 튜브(6)가 설치되고, 해당 고무 튜브(6)는 베이스판(2)을 통과해서 아래로 뻗어, 통수 관로에 연결되고, 수압계 및 전환 밸브 등을 개재해서 수압 펌프에 연통되어 있다(모두 도시하지 않음). 베이스판(2)에 구멍(7)이 형성되고, 해당 구멍(7)은 통기 관로에 연결되고, 전환 밸브 등을 개재해서 진공 펌프에 연통되어 있다(모두 도시하지 않음). 고정 부재(4, 4)는 각각 도시하지 않는 유압 실린더에 의해 진퇴한다.

내압 시험은 다음과 같이 행해진다.

(1) 도 1a∼도 1c에 나타내는 바와 같이, 캔(8)을, 캔 바닥을 위로 해서 홀더(3)에 끼운 후, 고정 부재(4, 4)를 소정의 스트로크 전진시킨다. 고정 부재(4, 4)가 소정 위치에 도달하면(도 2a 참조), 고정 부재(4, 4)의 선단이 캔(8)의 캔벽을 O-링(5)의 약간 아래의 위치에서 양측으로부터 눌러, 캔(8)을 홀더(3)에 고정한다. 이에 의해, 캔(8)의 캔벽 내면이 O-링(5)의 주위에 밀착되어, 고무 튜브(6) 및 구멍(7)의 개소를 제외하고, 홀더(3) 내(캔(8) 내)가 밀봉된다.

(2) 상기 진공 펌프를 작동시켜, 구멍(7)을 통해서 홀더(3) 내(캔(8) 내)를 9.8kPa(0.1kgf/cm²) 이하로 탈기하고, 이어서 상기 통기 관로를 닫는다.

(3) 상기 수압 펌프를 작동시켜, 고무 튜브(6)로부터 홀더(3) 내(캔(8) 내)에 물을 공급한다. 홀더(3) 내(캔(8) 내)의 수압(상기 수압계로 계측)은, 공급 개시로부터의 경과 시간에 거의 비례해서 상승하고, 캔 바닥의 버클링이 발생한 순간 저하된다. 캔 바닥의 버클링이 발생했을 때의 최대 내압을 캔의 내압 강도로 했다. 캔 바닥의 버클링이 발생했을 때의 상태를 도 2b에 나타낸다.

이 내압 강도가 618kPa 이상(6.3kgf/cm² 이상)인 경우를 합격으로 평가했다.

(찌름 강도)

제작한 DI 캔의 개구부를 트리밍하여 높이 100mm로 하고, 200℃×20분의 베이킹을 실시한 후, 도 3에 나타내는 바와 같이, 캔(11)의 개구부를 홀더(12)에 고정하고, 밀봉했다. 계속해서 통기 관로(13)로부터 캔 내에 에어를 공급하여, 내압 2kgf/cm²를 부하하고, 선단이 반경 0.5mm의 반구면인 강제의 찌름침(14)을, 캔벽에 대해서 수직으로, 속도 50mm/min.으로 찔렀다. 찌름침(14)을 찌른 부위는 알루미늄 합금판의 압연 방향과 캔 축 방향이 일치하고 또한 캔 바닥으로부터의 높이 L이 60mm인 부위로 했다. 찌름침(14)이 캔벽을 관통할 때까지의 하중을 계속해서 측정하여, 얻어진 최대 하중을 찌름 강도로 했다. 찌름 강도가 35N 이상인 것을 합격으로 했다.

(캔 바닥 주름의 평가)

상기 캔 몸체 성형기로 제작한 DI 캔 중에서 임의의 30캔을 선택하고, 각 캔에 대하여 캔 바닥부의 접지부로부터 측벽에 걸친 범위를 육안으로 관찰했다. 선택한 30캔 전부에 캔 바닥 주름이 1본도 발생해 있지 않은 경우를 합격(○)으로 평가하고, 선택한 30캔 중 어느 하나라도 캔 바닥 주름이 1본이라도 발생한 경우를 불합격(×)으로 평가했다. 한편, 상기 캔 몸체 성형기에 있어서, 재드로잉은 주름 억제 에어 압력 50psi, 재드로잉 다이 R 2.0mm의 조건에서 행해졌다. 또한, 제작된 DI 캔의 캔 바닥의 접지부 직경은 φ48mm였다.

표 3에 기재된 전위 밀도와 베이킹 후의 내력의 값을 그래프화하여 도 4에 나타낸다.

표 1, 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 합금의 성분 조성, 베이킹 후의 내력 및 전위 밀도가 본 발명의 규정 범위 내인 실시예 No. 1∼22의 알루미늄 합금판은 아이어닝 가공성이 우수하고, 캔의 내압 강도 및 찌름 강도가 크고, 캔 바닥 주름의 발생도 없다. 이와 같이, 실시예 No. 1∼22는 캔벽의 판 두께가 90μm로 얇고, DI 성형에 있어서 필름 라미네이트를 하고 있지 않지만, 우수한 내찌름성을 갖고, 또한 캔 바닥 주름의 발생을 방지할 수 있다. 실시예 No. 1∼22는 모두 앞서 기재한 조건의 범위 내에서 냉간 압연, 권취 및 권취 후의 냉각이 행해지고 있다.

한편, 실시예 No. 1∼22의 알루미늄 합금판이 우수한 내찌름성을 갖는 것은, 캔벽의 가공 경화능(=균일 변형능)이 향상되어, 찌름침(14)이 압입되어서 캔벽이 변형되었을 때, 캔벽의 판 두께 감소(네킹)가 생기기 어려웠기 때문이라고 생각된다. 실시예 No. 1∼22의 알루미늄 합금판을 이용하여 DI 성형한 캔은, 충전 후의 캔벽에 돌기물이 접촉했을 때 등에, 캔벽의 파단을 방지하여, 내용물의 샘이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 실시예 No. 1∼22의 알루미늄 합금판에서 캔 바닥 주름의 발생을 방지할 수 있던 것은, 재료의 가공 경화능이 향상됨으로써, 캔 몸체 성형기에 있어서의 재드로잉 가공 시에 캔 축 방향의 성형력(장력)이 증가하고, 그 결과, 캔 둘레 방향의 좌굴(=주름의 발생)이 억제되었기 때문이라고 생각된다.

한편, 표 2, 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 알루미늄 합금의 성분 조성, 베이킹 후의 내력 및 전위 밀도 중 어느 것이 본 발명의 규정 범위 밖인 비교예 No. 1∼11, 13∼19의 알루미늄 합금판은 아이어닝 가공성, 캔의 내압 강도, 찌름성 및 캔 바닥 주름의 평가 중 어느 것이 본 발명의 기준을 만족시키지 않는다.

비교예 No. 1은 Si 함유량이 부족하기 때문에, 아이어닝 가공성이 뒤떨어진다. 비교예 No. 2는 Si 함유량이 과잉하기 때문에, 아이어닝 가공성이 뒤떨어지고, 내찌름성도 뒤떨어진다.

비교예 No. 3은 Fe 함유량이 부족하기 때문에, 아이어닝 가공성이 뒤떨어진다. 비교예 No. 4는 Fe 함유량이 과잉하기 때문에, 아이어닝 가공성이 뒤떨어지고, 내찌름성도 뒤떨어진다.

비교예 No. 5, 7, 9는 각각 Cu, Mn, Mg 함유량이 부족하기 때문에, 베이킹 후의 내력이 부족하여, 캔의 내압 강도가 뒤떨어진다. 비교예 No. 9는 내찌름성도 뒤떨어진다. 비교예 No. 6, 10은 각각 Cu, Mg 함유량이 과잉하기 때문에, 베이킹 후의 알루미늄 합금판의 내력이 과대하여, 아이어닝 가공성이 뒤떨어진다. 비교예 No. 8, 11은 각각 Mn, Cr 함유량이 과잉하기 때문에, 아이어닝 가공성이 뒤떨어진다. 비교예 No. 8은 내찌름성도 뒤떨어진다. No. 12는 Ti 함유량이 과잉하기 때문에, 앞서 기술한 대로, 주조를 할 수 없었다.

비교예 No. 13은 냉간 압연의 총압연율이 부족했기 때문에, 베이킹 후의 내력이 부족하여, 내압 강도가 뒤떨어진다. 비교예 No. 14는 총압연율이 과대하기 때문에, 알루미늄 합금판의 내력이 과대해져, 아이어닝 가공성이 뒤떨어진다.

비교예 No. 15는 권취 온도가 낮아, 동적 회복 및 권취 후의 회복이 불충분하여, 알루미늄 합금판의 전위 밀도가 높아, 캔의 내찌름성이 뒤떨어지고, 캔 바닥 주름이 발생했다. 비교예 No. 16은 권취 온도가 높아, 알루미늄 합금판의 전위 밀도가 저하되어, 아이어닝 가공성이 뒤떨어진다.

비교예 17은 권취 온도로부터 120℃까지의 온도역의 냉각 속도가 커서, 권취 후의 회복이 불충분하여, 알루미늄 합금판의 전위 밀도가 높아, 캔의 내찌름성이 뒤떨어지고, 캔 바닥 주름이 발생했다.

비교예 No. 18은 냉간 압연을 싱글 압연기로 실시하고, 또한 패스 사이에 시간을 두었기 때문에, 권취 온도가 낮아, 동적 회복 및 권취 후의 회복이 불충분하여, 알루미늄 합금판의 전위 밀도가 높아, 아이어닝 가공성 및 캔의 내찌름성이 뒤떨어지고, 캔 바닥 주름이 발생했다. 비교예 No. 19는 냉간 압연을 싱글 압연기로 실시하고, 또한 패스 사이에 시간을 두었기 때문에, 권취 온도가 낮아, 동적 회복 및 권취 후의 회복이 불충분하여, 마무리 소둔의 효과도 적고, 전위 밀도가 높아 캔의 내찌름성이 뒤떨어지고, 캔 바닥 주름이 발생했다.

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

본 출원은 2015년 3월 19일 출원된 일본 특허출원(특원 2015-055910), 2015년 12월 17일 출원된 일본 특허출원(특원 2015-245939)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.

본 발명의 캔 몸체용 알루미늄 합금판은, 캔벽을 박육화한 DI 캔, 필름 라미네이트하지 않고서 DI 성형한 DI 캔에서도, 우수한 내찌름성을 갖고, 캔 바닥에 주름이 생기는 것을 방지할 수 있어, 특히 2피스 캔의 캔 몸체용으로서 유용하다.

(내압 강도 시험)
2: 베이스판
3: 홀더
4: 고정 부재
5: O-링
6: 고무 튜브
8: 캔
(찌름 강도 시험)
11: 캔
12: 홀더
14: 찌름침

Claims

Si: 0.1∼0.5질량%, Fe: 0.3∼0.6질량%, Cu: 0.1∼0.35질량%, Mn: 0.5∼1.2질량%, Mg: 0.7∼2.5질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 200℃×20분의 베이킹을 행한 후의 내력이 240∼295MPa이고, 상기 베이킹 후의 내력과 X선 회절에 의해 측정된 판 두께 중심부의 전위 밀도의 관계가, 상기 알루미늄 합금판의 베이킹 후의 내력(단위: MPa)을 X축으로 하고, X선 회절에 의해 측정된 판 두께 중앙부의 전위 밀도(단위: ×10¹⁴/m²)를 Y축으로 하는 그래프에 있어서, 하기 좌표 A, B, C, D, E의 각 점을 잇는 선분으로 둘러싸이는 다각형의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 캔 몸체용 알루미늄 합금판.
좌표 A(240, 1.0×10¹⁴)
좌표 B(240, 8.0×10¹⁴)
좌표 C(276, 8.0×10¹⁴)
좌표 D(295, 14.2×10¹⁴)
좌표 E(295, 1.0×10¹⁴)
제 1 항에 있어서,
Cr: 0.10질량% 이하, Zn: 0.40질량% 이하, Ti: 0.10질량% 이하 중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 캔 몸체용 알루미늄 합금판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 알루미늄 합금의 Mg 함유량이 1.0∼1.8질량%인 것을 특징으로 하는 캔 몸체용 알루미늄 합금판.