WO2023171576A9 - 缶蓋用アルミニウム合金板 - Google Patents

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WO2023171576A9
WO2023171576A9 PCT/JP2023/008126 JP2023008126W WO2023171576A9 WO 2023171576 A9 WO2023171576 A9 WO 2023171576A9 JP 2023008126 W JP2023008126 W JP 2023008126W WO 2023171576 A9 WO2023171576 A9 WO 2023171576A9
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aluminum alloy
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智行 工藤
巧基 竹澤
聖誠 田添
智太郎 江崎
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株式会社Uacj
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent

Definitions

  • the present disclosure relates to an aluminum alloy plate for can lids.
  • the amount of CO 2 emitted when aluminum scrap is remelted and cast is reduced to about one-thirtieth of that when producing new aluminum ingots.
  • the production volume of aluminum alloy sheets for beverage cans used around the world is extremely large, and further improving the horizontal recycling rate will have great significance in reducing environmental impact.
  • can lids made of 5182 aluminum alloy have lower upper limits of component specifications for Si, Fe, Cu, Mn, etc. than can bodies made of 3104 aluminum alloy (AA3104 alloy). It is difficult to mix scraps derived from can stock mixed with 3104 aluminum alloy.
  • UBC Beverage Can
  • aluminum alloy plates for can lids use more new metal to adjust the composition to 5182 aluminum alloy than aluminum alloy plates for can bodies, and the recycling rate is low. Therefore, by changing the can lid to an alloy whose components are easily blended with 3104 aluminum alloy, the usage rate of new metal in the can lid can be greatly reduced.
  • Patent Documents 1 to 5 an aluminum alloy plate for can lids has been developed whose composition is relatively close to that of 3104 aluminum alloy, which has excellent recyclability.
  • a problem when using an alloy for can lids with a composition similar to that of 3104 aluminum alloy is a decrease in the pressure resistance of the can lid and the toughness of the material.
  • the withstand pressure of a can lid is the internal pressure value when the can lid is inverted with respect to the pressure inside the can, and is the resistance value when the internal pressure of the can unexpectedly increases due to a change in the external environment.
  • positive pressure cans for beer and carbonated beverages are required to have high pressure resistance.
  • the withstand pressure will be greatly reduced, and there is a high possibility that the lid will turn over and the contents will leak when the internal pressure of the can suddenly increases. Furthermore, if the thickness of the plate is increased too much in order to increase the withstand pressure, the weight of the lid will increase and the cost of the lid will increase.
  • the toughness of the material affects the formability and opening of the lid. If the toughness of the material is low, molding cracks may occur, especially at the rivet parts of the lid. Moreover, when the internal pressure of the can suddenly increases, cracks occur in the score portion, increasing the possibility that the contents of the can will leak.
  • an aluminum alloy plate for can lids whose composition is relatively close to that of conventional 3104 aluminum alloy has problems with the above two issues, namely, material strength (lid pressure resistance) and toughness (formability and opening ability). Or it doesn't satisfy both.
  • One aspect of the present disclosure preferably provides an aluminum alloy plate for can lids that can achieve both high strength and high toughness while incorporating scrap raw materials derived from can stock.
  • the content of silicon (Si) is 0.10 mass% or more and 0.60 mass% or less, and the content of iron (Fe) is 0.20 mass% or more and 0.70 mass% or less.
  • the copper (Cu) content is 0.10% by mass or more and 0.40% by mass or less
  • the manganese (Mn) content is 0.5% by mass or more and 1.2% by mass or less
  • magnesium (Mg) content is 1.1% by mass or more and 4.0% by mass or less
  • 0.2% proof stress ⁇ 0.2 , tensile strength ⁇ B , and average value of 0.2% proof stress and tensile strength ⁇ fm is an aluminum alloy plate for can lids that satisfies the following formula (1).
  • high strength and high toughness of the aluminum alloy plate can be achieved while blending scrap raw materials derived from can stock. That is, a certain amount of 3104 aluminum alloy scrap for can bodies can be mixed in, and the usage rate of new metal and CO 2 emissions can be reduced. Furthermore, an aluminum alloy plate for can lids that can be used for positive pressure can lid applications requiring high pressure resistance is obtained.
  • FIG. 1A is a schematic perspective view of an Erichsen cup
  • FIG. 1B is a schematic plan view of the Erichsen cup
  • FIG. 2 is a graph showing an example of the measurement results of the side wall height of an Eriksen cup
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between t 2.27 ⁇ fm /( ⁇ 0.2 / ⁇ B ) and breakdown voltage in the example.
  • composition ⁇ Composition>
  • alloy plate for can lids of the present disclosure includes aluminum (Al), silicon (Si), iron (Fe), copper (Cu), manganese (Mn), and magnesium ( Mg).
  • the lower limit of the Si content is 0.10% by mass, preferably 0.20% by mass. If the Si content is less than 0.10% by mass, the amount of Si precipitated in the processing heat of hot rolling and cold rolling after solution treatment is reduced, and the strength of the alloy plate may be insufficient.
  • the average value of the Si content standard for 3104 aluminum alloy specified by JIS-H-4000:2014 is 0.30% by mass
  • the Si content standard for 5182 aluminum alloy specified by JIS-H-4000:2014 is 0.30% by mass.
  • the standard average value is 0.10% by mass. Therefore, by setting the Si content to 0.20% by mass or more, a large amount of 3104 aluminum alloy scrap can be mixed.
  • the upper limit of the Si content is 0.60% by mass, preferably 0.40% by mass.
  • Si content exceeds 0.60% by mass, Mg 2 Si particles increase and the toughness of the alloy plate decreases.
  • the lower limit of the Fe content is 0.20% by mass, preferably 0.30% by mass.
  • the average value of the Fe component specifications for 3104 aluminum alloy is 0.40% by mass, and the average value of the Fe component specifications for 5182 aluminum alloy is 0.18% by mass. Therefore, by setting the Fe content to 0.30% by mass or more, a large amount of 3104 aluminum alloy scrap can be mixed.
  • the upper limit of the Fe content is 0.70% by mass. If the Fe content exceeds 0.70% by mass, Al-Fe-Mn-based or Al-Fe-Mn-Si-based intermetallic compounds (ie, second phase particles) increase. As a result, a crack propagation path is created and the toughness of the alloy plate is reduced.
  • the lower limit of the Cu content is 0.10% by mass, preferably 0.11% by mass, and more preferably 0.20% by mass.
  • Cu which increases strength through solid solution or precipitation, is insufficient, and the average strength of the alloy plate decreases.
  • the strength of the alloy plate is significantly increased.
  • the average value of the Cu component specifications for 3104 aluminum alloy is 0.15% by mass
  • the average value of the Cu component specifications for 5182 aluminum alloy is 0.075% by mass. Therefore, by setting the Cu content to 0.11% by mass or more, a large amount of 3104 aluminum alloy scrap can be mixed.
  • the upper limit of the Cu content is 0.40% by mass. If the Cu content exceeds 0.40% by mass, the toughness of the alloy plate decreases.
  • the lower limit of the Mn content is 0.5% by mass, preferably 0.7% by mass, and more preferably 0.8% by mass.
  • Mn content is less than 0.5% by mass, Mn, which increases strength through solid solution or precipitation, is insufficient, and the average strength of the alloy plate decreases.
  • the average value of the Mn component specifications for 3104 aluminum alloy is 1.1% by mass, and the average value of the Mn component specifications for 5182 aluminum alloy is 0.35% by mass. Therefore, by setting the Mn content to 0.7% by mass or more, a large amount of 3104 aluminum alloy scrap can be mixed.
  • the upper limit of the Mn content is 1.2% by mass, preferably 1.0% by mass. If the Mn content exceeds 1.2% by mass, Al-Fe-Mn-based or Al-Fe-Mn-Si-based intermetallic compounds (ie, second phase particles) increase. As a result, a crack propagation path is created and the toughness of the alloy plate is reduced.
  • the lower limit of the Mg content is 1.1% by mass.
  • Mg which increases strength through solid solution, is insufficient, and the average strength of the alloy plate decreases.
  • the upper limit of the Mg content is 4.0% by mass, preferably 3.0% by mass.
  • the average value of the Mg component specifications for 3104 aluminum alloy is 1.05% by mass, and the average value of the Mg component specifications for 5182 aluminum alloy is 4.5% by mass. Therefore, by setting the Mg content to 4.0% by mass or less, more preferably 3.0% by mass or less, it is possible to reduce the additional blending amount of Mg-containing raw materials while blending a large amount of 3104 aluminum alloy scrap.
  • the alloy plate may contain titanium (Ti).
  • the upper limit of the Ti content is preferably 0.10% by mass.
  • the alloy plate may contain zinc (Zn).
  • the upper limit of the Zn content is preferably 0.25% by mass.
  • the alloy plate may contain chromium (Cr).
  • the upper limit of the Cr content is preferably 0.10% by mass.
  • the alloy plate may contain unavoidable impurities to the extent that the performance of the alloy plate is not significantly impaired. That is, the alloy plate contains Si, Fe, Cu, Mn, and Mg in the above-mentioned ranges, and the remainder consists of aluminum and inevitable impurities.
  • the upper limit of the total amount of unavoidable impurities is preferably 0.15% by mass.
  • the pressure resistance value of an aluminum alloy lid has a positive correlation with the value V of the following formula (3), which is expressed by the material strength of the aluminum alloy plate (that is, the left side of formula (1)) and the plate thickness t. strong.
  • V t 2.27 ⁇ fm / ( ⁇ 0.2 / ⁇ B ) ...
  • a lid having a sufficient pressure resistance value can be formed without significantly increasing the plate thickness.
  • the lower limit of the left side of equation (1) (that is, the value of the right side of equation (1)) is more preferably 370 MPa.
  • the 0.2% proof stress ⁇ 0.2 and tensile strength ⁇ B in formulas (1) and (3) are measured by the method specified in JIS-Z-2241:2011.
  • the plate thickness t is measured using a micro gauge, for example.
  • the pressure resistance of an aluminum alloy plate is measured, for example, by the following procedure.
  • a shell formed from an aluminum alloy plate is fixed to a jig and internal pressure is applied.
  • the internal pressure is gradually increased, and the internal pressure value when the shell is inverted (that is, buckled) is defined as the withstand pressure value.
  • a ⁇ 204 Fullform (B64) shaped shell mold is used to mold the shell.
  • the internal pressure value is measured using a buckle and missile measuring machine DV036E manufactured by VERSATILE TECHNOLOGY.
  • the internal pressure is increased by a program, and the internal pressure value is read when the shell is inverted.
  • the internal pressure is increased at a rate of approximately 175 kPa/s, and when it reaches approximately 350 kPa to 400 kPa, the internal pressure is increased at a rate of 10 kPa/s.
  • a repeated bending test is one of the evaluation indicators of the toughness of aluminum alloy plates. If the plate thickness is the same, the greater the number of repeated bending, the better the toughness of the aluminum alloy plate.
  • the aluminum alloy plate of the present disclosure can achieve a good number of repeated bends.
  • the cyclic bending test is performed using the following procedure. For example, a strip-shaped test piece with a width of 12.5 mm and a length of 200 mm is processed so that the direction of the bending ridge line is parallel to the rolling direction of the alloy plate. Both ends of this test piece are fixed with chucks, and tension is applied with a load of 200N. In this state, repeat bending by rotating one chuck 90 degrees left and right using a jig with a bending radius of 2.0 mm placed at the center of the strip lengthwise as a fulcrum, and measure the number of bends until the test piece breaks. do.
  • N 0 is the number of times the curve is bent 90° to the left or right and returned to the original 0° position (that is, the number of times the series of operations from bending 90° to returning to 90° is performed).
  • N s N ⁇ t/0.245 (5)
  • Toughness is influenced by strength and distribution of second phase particles.
  • Mg 2 Si particles are likely to be formed. As a result, the Mg 2 Si particles become the starting point and propagation path of cracks, which affects the reduction in toughness.
  • the ratio of the total area of Mg 2 Si particles with an area of 0.3 ⁇ m 2 or more is 1 in the central region in the thickness direction of the L-LT cross section parallel to both the plate surface and the rolling direction. It is preferable that it is .0% or less.
  • the area ratio of Mg 2 Si particles can be measured by the following method.
  • the surface to be measured that is, the L-LT cross section
  • the depth of polishing is approximately 1% of the thickness of the measurement sample.
  • the polished surface (that is, the L-LT cross section) is observed using a SEM (scanning electron microscope) to obtain 10 fields of view.
  • the magnification of the SEM is set to 500 times, the range of one field of view is set to 0.48 mm 2 , and a COMPO (backscattered electron composition) image is obtained.
  • the photographed COMPO image is analyzed using image analysis software ImageJ. Specifically, the mode of brightness of the image at 256 gradations is taken as the background brightness, and particles with a brightness lower than the value obtained by subtracting 30 from the brightness of the mode are determined to be Mg 2 Si particles.
  • the total area of particles with an area of 0.3 ⁇ m 2 or more is calculated and divided by the photographed area of 10 fields of view (that is, the total photographed area), so that the area is 0.
  • the ratio of the total area of Mg 2 Si particles of 3 ⁇ m 2 or more in the L-LT cross section is calculated.
  • the texture also influences the number of times of repeated bending, and the higher the degree of integration of the cube orientation, the better.
  • the degree of integration of the cube orientation is expressed in the ear shape of the Erichsen cup 1 formed from an aluminum alloy plate by the Erichsen test shown in FIGS. 1A and 1B.
  • the side wall height H (that is, the ear height) in the 45° direction with respect to the rolling direction RD of the aluminum alloy plate of Eriksen cup 1 is relative to the 0°/180° direction with respect to the rolling direction RD. It is suggested that the larger the side wall height H, the higher the degree of integration of the cube orientation. That is, the aluminum alloy plates of the present disclosure include those that have a relatively large degree of integration in the cube orientation and a high sidewall height H in the 0°/180° direction.
  • the relative side wall height in the 0°/180° direction with respect to the side wall height in the 45° direction can be evaluated using an index called Earing Balance.
  • Earing Balance an index used for measuring the ear rate
  • the ear rate is expressed by the left side of equation (2) below. (h 0p - h 45p )/h v ⁇ 100 ⁇ -7.0 ... (2)
  • h 0p is the average value of the maximum values of the side wall heights in each of the first area A1 around 0° and the second area A2 around 180° with respect to the rolling direction.
  • the first region A1 is, for example, in a range of 0° ⁇ 11° with respect to the rolling direction.
  • the second region A2 is, for example, in a range of 180° ⁇ 11° with respect to the rolling direction.
  • h45p is the side wall height in each of the third area A3 around 45°, the fourth area A4 around 135°, the fifth area A5 around 225°, and the sixth area A6 around 315° with respect to the rolling direction. This is the average value of the maximum values.
  • the third region A3 is, for example, in a range of 45° ⁇ 22° with respect to the rolling direction.
  • the fourth region A4 is, for example, in a range of 135° ⁇ 22° with respect to the rolling direction.
  • the fifth region A5 is, for example, in a range of 225° ⁇ 22° with respect to the rolling direction.
  • the sixth region A6 is, for example, in a range of 315° ⁇ 22° with respect to the rolling direction.
  • h v is the seventh area A7 from 0° to 45° with respect to the rolling direction, the eighth area A8 from 45° to 135°, the ninth area A9 from 135° to 180°, and the tenth area from 180° to 225°.
  • A10 is the average value of the minimum value of the side wall height in each of the eleventh region A11 from 225° to 315°, and the twelfth region A12 from 315° to 360°.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of the measurement results of the side wall height of an Eriksen cup.
  • the angles shown in FIG. 2 are with respect to the rolling direction. Further, the distance from the center of the graph indicates the side wall height.
  • a to d are the maximum values in the third area A3 to the sixth area A6, respectively.
  • e and f are the maximum values in the first area A1 and the second area A2, respectively.
  • g ⁇ l are the minimum values in the seventh area A7 to the twelfth area A12, respectively.
  • the Erichsen cup 1 is formed, for example, under the conditions of a blank diameter of 57 mm and a punch diameter of 33 mm.
  • the side wall height of the Erichsen cup is measured using, for example, Roncorder EC1550-H manufactured by Kosaka Institute Co., Ltd.
  • the measuring terminal is placed at the opening of the Erichsen cup with the rolling direction as the reference (0°/180°), and the table on which the Erichsen cup is placed is rotated once to measure the opening height in the 360° circumferential direction. Measure the quality.
  • the aluminum alloy plate of the present disclosure can be manufactured, for example, as follows. First, an ingot is produced from an aluminum alloy having the composition of the aluminum alloy plate of the present disclosure using a semi-continuous casting method (that is, DC casting) according to a conventional method.
  • a semi-continuous casting method that is, DC casting
  • the surface of the ingot is chamfered. Thereafter, the ingot is placed in a soaking furnace and subjected to homogenization treatment.
  • the temperature in the homogenization treatment is preferably, for example, 470°C or higher and 620°C or lower.
  • the time for the homogenization treatment is preferably, for example, 1 hour or more and 20 hours or less.
  • the temperature in the homogenization treatment is 400° C. or higher, segregation of the ingot structure is easily eliminated. Furthermore, when the temperature in the homogenization treatment is 450° C. or higher, the Mg 2 Si particles can be solid-dissolved again and the strength and toughness of the alloy plate can be improved. Further, when the temperature in the homogenization treatment is 490° C. or higher, more preferably 550° C. or higher, re-dissolution of the Mg 2 Si particles is promoted, and the strength and toughness of the alloy plate can be further improved. On the other hand, if the temperature in the homogenization treatment is 620° C. or lower, local melting of the aluminum alloy is unlikely to occur.
  • the homogenization treatment time is one hour or more, the temperature of the entire slab becomes uniform, the segregation of the ingot structure is easily eliminated, and the Mg 2 Si particles are easily dissolved again.
  • the longer the homogenization treatment time the more the Mg 2 Si particles can be solid-dissolved again.
  • the homogenization treatment time exceeds 20 hours, the effect of the homogenization treatment will be saturated.
  • the hot rolling process includes a rough rolling process and a finish rolling process.
  • the ingot is processed into a plate material with a thickness of about several tens of mm by reverse rolling.
  • the finish rolling process the thickness of the plate material is reduced to about several mm by, for example, tandem rolling, and a hot rolled coil is formed by winding the plate material into a coil shape.
  • a high-strength alloy plate can be obtained by solution-treating the hot-rolled coil and re-dissolving Mg and the like.
  • the strength of the alloy plate can be effectively increased by performing heat treatment (that is, annealing) for 30 seconds or more at a target actual temperature of 440°C or higher using a continuous annealing furnace, and then performing forced cooling using air cooling or the like. It is possible.
  • the plate material is cold rolled.
  • a hot rolled coil is rolled until it reaches the product thickness.
  • Cold rolling may be either single rolling or tandem rolling.
  • rolling is preferably carried out in multiple passes of two or more passes.
  • Si, Cu, and Mg are finely precipitated and age hardened, so that the strength of the alloy plate can be increased.
  • the temperature By further increasing the temperature to 130° C. or higher, the strength of the alloy plate can be further increased.
  • the cold rolling rate (that is, the target total rolling reduction rate) is preferably 80% or more.
  • the strength of the alloy plate can be increased.
  • the cold rolling rate is preferably 92% or less.
  • the cold rolling ratio R (%) is determined by the following formula (6) using the plate thickness t 0 (mm) of the hot rolled plate and the product plate thickness t 1 (mm) after cold rolling.
  • R (t 0 - t 1 )/t 0 ⁇ 100 (6)
  • the thickness of the product plate can be appropriately selected so as to obtain the desired pressure resistance. As shown in the above equation (3), as the plate thickness increases, the withstand pressure improves.
  • the product plate thickness is preferably selected within the range of t 2.27 ⁇ fm /( ⁇ 0.2 / ⁇ B ) ⁇ 14. As described above, according to the aluminum alloy plate of the present disclosure, it is possible to suppress an increase in the plate thickness in order to maintain high pressure resistance.
  • annealing may be performed before and after cold rolling or between passes in the above-described method for manufacturing an aluminum alloy plate.
  • Pre-coating is performed on the painting line etc. on the cold-rolled coil to the product plate thickness.
  • the surface of the cold-rolled coil is subjected to degreasing, cleaning, and chemical conversion treatment, and then a paint is applied, followed by a paint baking treatment.
  • chromate-based, zirconium-based, and other chemical solutions are used.
  • paint epoxy type, polyester type, etc. are used. These can be selected depending on the purpose.
  • the coil is heated at a peak metal temperature (PMT) of 220° C. or more and 270° C. or less for approximately 30 seconds or less. At this time, the lower the PMT, the more the recovery of the material is suppressed, and the strength of the alloy plate can be maintained high.
  • PMT peak metal temperature
  • the present disclosure also includes various forms such as members configured with this aluminum alloy plate and methods of manufacturing this aluminum alloy plate.
  • an ingot containing the components (mass %) of Alloy No. 1-11 shown in Table 3, with the remainder consisting of aluminum and unavoidable impurities was produced by a semi-continuous casting method.
  • the ingot contains 0.10% by mass or less of Ti, 0.25% by mass or less of Zn, 0.10% by mass or less of Cr, and 0.15% by mass or less of unavoidable impurities.
  • the ingot was placed in a furnace and subjected to homogenization treatment.
  • the temperature of the homogenization treatment is as shown in Table 1. After the homogenization treatment, the ingot was taken out of the furnace and hot rolling was immediately started to form a rolled plate.
  • the obtained rolled plate was annealed.
  • the annealing temperature was as shown in Table 1, and the annealing time was 30 seconds.
  • the rolled plate was cooled to room temperature by air cooling. After cooling, the rolled plate was cold rolled.
  • the target total reduction ratio in cold rolling is as shown in Table 1. Note that the product plate thickness after cold rolling (that is, t 1 in equation (6)) was in the range of approximately 0.245 ⁇ 0.01 mm.
  • the rising temperatures shown in Table 1 were applied during cold rolling and after the final cold rolling.
  • Table 2 shows the calculation results of the value V and the values of ⁇ fm /( ⁇ 0.2 / ⁇ B ).
  • aluminum alloy plates with " ⁇ 50" can contain 50% by mass or more of 3104 aluminum alloy. Note that the possible scrap content ratio of 3104 aluminum alloy is determined based on Table 4.
  • Table 4 shows the correspondence between the blending ratio of 3104 aluminum alloy and 5182 aluminum alloy and the average value of the component specifications.
  • the first row of Table 4 is the average value of the component specifications for 3104 aluminum alloy, and the second row is the average value of the component specifications for 5182 aluminum alloy.
  • the average value of Si is 0.20% by mass
  • the average value of Fe is 0.29% by mass
  • the average value of Cu is 0.11% by mass
  • the average value of Mn is 0.20% by mass.
  • the average value is 0.7% by mass
  • the average value of Mg is 2.8% by mass.
  • the possible blending ratio of the 3104 aluminum alloy plate is 50% by mass or more.
  • the aluminum alloy plates S1, S15-S22 can contain 50% by mass or more of 3104 aluminum alloy scrap.
  • the pressure resistance of the aluminum alloy plates S1 to S22 was measured using the measurement method described in the embodiment. The results are shown in Table 2.
  • the aluminum alloy plates S1, S7-S9, and S15-S22 exhibited high pressure resistance of 550 kPa or more.
  • the aluminum alloy plates of S20-S22 which were subjected to a higher homogenization temperature, exhibited significantly higher pressure resistance. Moreover, since the aluminum alloy plate of S1 had a high annealing temperature after hot rolling, high strength and pressure resistance were obtained even with a small Mg content.
  • the aluminum alloys S1-S3, S6-S14, and S20-S22 had a small area ratio of Mg 2 Si particles, which was 1.0% or less.
  • the aluminum alloy plates S20-S22 subjected to a high homogenization temperature had a particularly small area ratio of Mg 2 Si particles.
  • the pressure resistance of the aluminum alloy of S21 is nearly 50 kPa higher than that of the aluminum alloy plate of S18, the number of repeated bending times was the same or higher. Further, since the aluminum alloy plate of S8 also had a small area ratio of Mg 2 Si particles, it was repeatedly bent more often than the aluminum alloy plate of S17, despite having a high pressure resistance.

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Abstract

缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、高強度及び高靭性を両立できる缶蓋用アルミニウム合金板を提供する。本開示の一態様は、Ｓｉの含有量が０．１０質量％以上０．６０質量％以下であり、Ｆｅの含有量が０．２０質量％以上０．７０質量％以下であり、Ｃｕの含有量が０．１０質量％以上０．４０質量％以下であり、Ｍｎの含有量が０．５質量％以上１．２質量％以下であり、Ｍｇの含有量が１．１質量％以上４．０質量％以下であり、０．２％耐力σ0.2、引張強度σB、及び０．２％耐力と引張強度との平均値σfmが下記式（１）を満たす、缶蓋用アルミニウム合金板である。　σfm／（σ0.2／σB）≧３５０ＭＰａ　・・・（１）

Description

缶蓋用アルミニウム合金板 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０２２年３月９日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０２２－０３６４９１号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０２２－０３６４９１号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
　本開示は、缶蓋用アルミニウム合金板に関する。
　近年、環境意識の高まりから製造工程においてＣＯ2排出量の少ないアルミニウム合金板が求められている。アルミニウムの圧延工程においてＣＯ2の排出に間接的に大きく寄与するのは鋳造工程におけるアルミニウム新地金の配合である。
　アルミニウム新地金の製造は、その精錬工程において大きな電力を使用し、大量のＣＯ2排出に繋がる。そのため、アルミニウム新地金の配合量を減らし、水平リサイクル率を上げることがアルミニウム合金板の製造にとってＣＯ2排出量削減に繋がる。
　一般的にアルミニウムスクラップを再溶解して鋳造した場合のＣＯ2排出量は、アルミニウム新地金を製造する場合に対して約３０分の１まで抑えられると言われている。特に世界中で使用される飲料缶用アルミニウム合金板の生産量は非常に多く、その水平リサイクル率をさらに向上させることは環境負荷低減に大きな意味を持つ。
　その中でも、５１８２アルミニウム合金（ＡＡ５１８２合金）で形成される缶蓋は、３１０４アルミニウム合金（ＡＡ３１０４合金）で形成される缶胴に比べて、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ等の成分規格上限が低く、３１０４アルミニウム合金を混合した缶材由来のスクラップを配合しにくい。
　例えば、市中から発生する缶スクラップ（ＵＢＣ：Ｕｓｅｄ　Ｂｅｖｅｒａｇｅ　Ｃａｎ）をそのまま配合すると、缶胴と缶蓋との重量比から３１０４アルミニウム合金の成分をより多く含むため、５１８２アルミニウム合金の成分上限を超えやすくなり、新地金で成分を希釈する必要が出てくる。
　そのため、缶蓋用アルミニウム合金板は、缶胴用アルミニウム合金板に比べて新地金を多く使用して５１８２アルミニウム合金の成分に調整しており、リサイクル率が低い。したがって、缶蓋を３１０４アルミニウム合金が配合しやすい成分の合金に変更することにより、缶蓋の新地金使用率を大きく低減させることができる。
　特許文献１－５ではリサイクル性に優れる３１０４アルミニウム合金の成分に比較的近づけた缶蓋用アルミニウム合金板が開発されている。
特開２００１－７３１０６号公報 特開平９－０７０９２５号公報 特開平１１－２６９５９４号公報 特開２０００－１６０２７３号公報 特開２０１６－１６０５１１号公報
　缶蓋用の合金を３１０４アルミニウム合金に近い成分にする場合の課題として、缶蓋の耐圧及び材料の靭性の低下が挙げられる。缶蓋の耐圧とは、缶内部の圧力に対して缶蓋が反転するときの内圧値であり、外部環境の変化で缶の内圧が不慮に増加したときの抵抗値となる。
　特にビールや炭酸飲料用途の陽圧缶は、高い耐圧が求められる。一般的に材料の強度が大きくなるほど、また、板厚が厚くなるほど耐圧は増加する。そのため、陽圧缶の蓋にはＭｇを多く含有した高強度の５１８２アルミニウム合金が使用される。
　これに対し従来の３１０４アルミニウム合金を缶蓋に使用すると耐圧が大きく低下し、不意に缶内圧が増加したときに蓋が反転して内容物が漏洩するおそれが高くなる。また、耐圧を増加させるために板厚を厚くしすぎると、蓋重量の増加及び蓋原価の上昇を招く。
　材料の靭性は蓋の成形性や開口性に影響する。材料の靭性が低いと、特に蓋のリベット部で成形割れが生じることがある。また、不意に缶内圧が増加したときにスコア部で亀裂が生じ、缶の内容物が漏洩するおそれが高くなる。
　しかしながら、従来の３１０４アルミニウム合金の成分に比較的近づけた缶蓋用アルミニウム合金板は、上記２つの課題、すなわち材料の強度（蓋の耐圧）と靭性（成形性及び開口性）とのどちらか、もしくは両方を満足するものではない。
　本開示の一局面は、缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、高強度及び高靭性を両立できる缶蓋用アルミニウム合金板を提供することが好ましい。
　本開示の一態様は、ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．１０質量％以上０．６０質量％以下であり、鉄（Ｆｅ）の含有量が０．２０質量％以上０．７０質量％以下であり、銅（Ｃｕ）の含有量が０．１０質量％以上０．４０質量％以下であり、マンガン（Ｍｎ）の含有量が０．５質量％以上１．２質量％以下であり、マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が１．１質量％以上４．０質量％以下であり、０．２％耐力σ0.2、引張強度σB、及び０．２％耐力と引張強度との平均値σfmが下記式（１）を満たす、缶蓋用アルミニウム合金板である。
　σfm／（σ0.2／σB）≧３５０ＭＰａ　　・・・（１）
　このような構成によれば、缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、アルミニウム合金板の高強度及び高靭性を両立できる。すなわち、缶胴用の３１０４アルミニウム合金のスクラップを一定量配合でき、新地金使用率及びＣＯ2排出量を削減できる。さらに、高耐圧が求められる陽圧缶蓋用途に使用し得る缶蓋用アルミニウム合金板が得られる。
図１Ａは、エリクセンカップの模式的な斜視図であり、図１Ｂは、エリクセンカップの模式的な平面図である。 図２は、エリクセンカップの側壁高さの測定結果の一例を示すグラフである。 図３は、実施例におけるｔ2.27×σfm／（σ0.2／σB）と耐圧との関係を示すグラフである。
　１…エリクセンカップ。
　以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
　［１．第１実施形態］
　［１－１．構成］
　＜組成＞
　本開示の缶蓋用アルミニウム合金板（以下、単に「合金板」ともいう。）は、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）を含む。
　Ｓｉの含有量の下限としては、０．１０質量％であり、０．２０質量％が好ましい。Ｓｉの含有量が０．１０質量％未満であると、熱延及び溶体化処理後の冷間圧延の加工熱におけるＳｉの析出量が低下し、合金板の強度が不足するおそれがある。
　また、ＪＩＳ－Ｈ－４０００：２０１４で規格される３１０４アルミニウム合金のＳｉ成分規格の平均値は、０．３０質量％であり、ＪＩＳ－Ｈ－４０００：２０１４で規格される５１８２アルミニウム合金のＳｉ成分規格の平均値は、０．１０質量％である。そのため、Ｓｉの含有量を０．２０質量％以上とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。
　Ｓｉの含有量の上限としては、０．６０質量％であり、０．４０質量％が好ましい。Ｓｉの含有量が０．６０質量％超であると、Ｍｇ2Ｓｉ粒子が増加し、合金板の靭性が低下する。
　Ｆｅの含有量の下限としては、０．２０質量％であり、０．３０質量％が好ましい。３１０４アルミニウム合金のＦｅ成分規格の平均値は、０．４０質量％であり、５１８２アルミニウム合金のＦｅ成分規格の平均値は、０．１８質量％である。そのため、Ｆｅの含有量を０．３０質量％以上とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。
　Ｆｅの含有量の上限としては、０．７０質量％である。Ｆｅの含有量が０．７０質量％超であると、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物（つまり第二相粒子）が増加する。その結果、亀裂の伝搬経路が生成され、合金板の靭性が低下する。
　Ｃｕの含有量の下限としては、０．１０質量％であり、０．１１質量％が好ましく、０．２０質量％がさらに好ましい。Ｃｕの含有量が０．１０質量％未満であると、固溶又は析出によって強度を増加させるＣｕが不足し、合金板の平均強度が低下する。熱延及び溶体化処理後の冷間圧延の加工においてＣｕを析出させることで、合金板の強度が著しく増加する。
　また、３１０４アルミニウム合金のＣｕ成分規格の平均値は、０．１５質量％であり、５１８２アルミニウム合金のＣｕ成分規格の平均値は、０．０７５質量％である。そのため、Ｃｕの含有量を０．１１質量％以上とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。
　Ｃｕの含有量の上限としては、０．４０質量％である。Ｃｕの含有量が０．４０質量％超であると、合金板の靭性が低下する。
　Ｍｎの含有量の下限としては、０．５質量％であり、０．７質量％が好ましく、０．８質量％がさらに好ましい。Ｍｎの含有量が０．５質量％未満であると、固溶又は析出によって強度を増加させるＭｎが不足し、合金板の平均強度が低下する。
　また、３１０４アルミニウム合金のＭｎ成分規格の平均値は、１．１質量％であり、５１８２アルミニウム合金のＭｎ成分規格の平均値は、０．３５質量％である。そのため、Ｍｎの含有量を０．７質量％以上とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。
　Ｍｎの含有量の上限としては、１．２質量％であり、１．０質量％が好ましい。Ｍｎの含有量が１．２質量％超であると、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物（つまり第二相粒子）が増加する。その結果、亀裂の伝搬経路が生成され、合金板の靭性が低下する。
　Ｍｇの含有量の下限としては、１．１質量％である。Ｍｇの含有量が１．１質量％未満であると、固溶によって強度を増加させるＭｇが不足し、合金板の平均強度が低下する。熱延及び溶体化処理後の冷間圧延の加工においてＭｇを析出させることで、合金板の強度が著しく増加する。
　Ｍｇの含有量の上限としては、４．０質量％であり、３．０質量％が好ましい。３１０４アルミニウム合金のＭｇ成分規格の平均値は、１．０５質量％であり、５１８２アルミニウム合金のＭｇ成分規格の平均値は、４．５質量％である。そのため、Ｍｇの含有量を４．０質量％以下、さらに好ましくは３．０質量％以下とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合しつつ、Ｍｇ含有原料の追加配合量を低減できる。
　合金板は、チタン（Ｔｉ）を含んでもよい。Ｔｉの含有量の上限としては、０．１０質量％が好ましい。Ｔｉを含むことで、合金板の鋳塊組織が微細化される。また、合金板は、亜鉛（Ｚｎ）を含んでもよい。Ｚｎの含有量の上限としては、０．２５質量％が好ましい。さらに、合金板は、クロム（Ｃｒ）を含んでもよい。Ｃｒの含有量の上限としては、０．１０質量％が好ましい。
　合金板は、合金板の性能を著しく損なわない範囲で、不可避的不純物を含んでもよい。つまり、合金版は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、及びＭｇをそれぞれ上述の範囲で含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物の総量の上限としては、０．１５質量％が好ましい。
　＜材料強度及び耐圧＞
　本開示のアルミニウム合金板の０．２％耐力σ0.2、引張強度σB、及び０．２％耐力と引張強度との平均値σfmは、下記式（１）を満たす。
　σfm／（σ0.2／σB）≧３５０ＭＰａ　　・・・（１）
　アルミニウム合金製の蓋の耐圧値は、経験的にアルミニウム合金板の材料強度（つまり式（１）の左辺）と板厚ｔとで表される下記式（３）の値Ｖと正の相関が強い。
　Ｖ＝ｔ2.27×σfm／（σ0.2／σB）　　・・・（３）
　そのため、合金板の材料強度σfm／（σ0.2／σB）の値が３５０ＭＰａ以上であることで、板厚を大きく増加させることなく、十分な耐圧値を有する蓋を成形することができる。
　式（１）の左辺の下限（つまり式（１）の右辺の値）は、３７０ＭＰａがより好ましい。材料強度σfm／（σ0.2／σB）を３７０ＭＰａ以上とすることで、蓋の耐圧値をさらに高められる。
　式（１）及び式（３）における０．２％耐力σ0.2及び引張強度σBは、ＪＩＳ－Ｚ－２２４１：２０１１に規定されている方法で測定される。板厚ｔは、例えばマイクロゲージで測定される。
　アルミニウム合金板の耐圧は、例えば以下の手順で測定される。アルミニウム合金板から成形したシェルを治具に固定し、内圧を付与する。徐々に内圧を増加させ、シェルが反転（つまりバックル）した際の内圧値を耐圧値とする。
　具体的には、シェルの成形にはφ２０４Ｆｕｌｌｆｏｒｍ（Ｂ６４）形状シェル金型を用いる。内圧値の測定は、ＶＥＲＳＡＴＩＬＥ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社のバックル＆ミサイル測定機ＤＶ０３６Ｅを用いる。詳細には、専用の治具で成形したシェルを固定した後、プログラムにより内圧を上昇させ、シェルが反転した際の内圧値を読み取る。例えばおよそ１７５ｋＰａ／ｓの速度で内圧を上昇させ、およそ３５０ｋＰａから４００ｋＰａに達した時点で、１０ｋＰａ／ｓの速度で内圧を増加させる。
　＜靭性＞
　蓋の成形性、及びスコア部の開口に要する力（つまり開口力）には、アルミニウム合金板の靭性が影響することが知られている。
　（繰り返し曲げ回数）
　アルミニウム合金板の靭性の評価指標の一つとして、繰り返し曲げ試験がある。板厚が同じであれば繰り返し曲げ回数が多いほど、アルミニウム合金板は靭性に優れる。本開示のアルミニウム合金板は良好な繰り返し曲げ回数を達成し得る。
　繰り返し曲げ試験は、以下の手順で行われる。例えば、幅１２．５ｍｍ、長さ２００ｍｍの短冊状の試験片を、曲げ稜線方向が合金板の圧延方向と平行になるように加工する。この試験片の両端をチャックで固定し、荷重２００Ｎで張力をかける。この状態で、短冊長さ方向中心に配置した曲げＲ２．０ｍｍの治具を支点として片方のチャックを左右に９０°回転させることで繰り返し曲げを行い、試験片が破断するまでの曲げ回数を測定する。
　曲げ回数は、左右どちらかに９０°曲げて、また元の０°位置に戻ってくること（つまり、９０°曲げ後、９０°曲げ戻し）を１回とカウントする。途中で破断した場合、その角度Θ（０°－１８０°）を読み取り、下記式（４）で繰り返し曲げ回数Ｎを計算する。式（４）中、Ｎ0は左右どちらかに９０°曲げて、また元の０°位置に戻ってきた回数（つまり、９０°曲げから９０°曲げ戻しへの一連の動作の実行回数）である。
　Ｎ＝Ｎ0＋Θ／１８０　　・・・（４）
　繰り返し曲げ評価は、板厚が大きい程不利になるため基準となる板厚で補正して考える必要がある。そこで、板厚０．２４５ｍｍを基準として下記式（５）により規格化された繰り返し曲げ回数Ｎsを求める。ｔ（ｍｍ）は試験片の板厚である。
　Ｎs＝Ｎ×ｔ／０．２４５　　・・・（５）
　（第二相粒子）
　靭性は強度と第二相粒子の分布とが影響する。つまり、強度が大きいほど、また、第二相粒子の密度が高いほど、靭性が低下する。特にＭｇ、Ｓｉの含有量が高くなると、Ｍｇ2Ｓｉ粒子が形成されやすくなる。その結果、Ｍｇ2Ｓｉ粒子が亀裂の起点及び伝播経路となり靭性の低下に影響する。
[規則91に基づく訂正 20.12.2023]
　本開示のアルミニウム合金板は、板面及び圧延方向の双方に平行なＬ－ＬＴ断面の板厚方向の中心領域において、面積が０．３μｍ2以上のＭｇ2Ｓｉ粒子の総面積の割合が１．０％以下であることが好ましい。
[規則91に基づく訂正 20.12.2023]
　Ｍｇ2Ｓｉ粒子の面積割合は、以下の方法で測定できる。測定サンプルの表面のうち、測定を行う面（つまり、Ｌ－ＬＴ断面）を鏡面状に機械研磨する。研磨の深さは、測定サンプルの板厚の約１％とする。
[規則91に基づく訂正 20.12.2023]
　研磨面（つまり、Ｌ－ＬＴ断面）を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察し、１０個の視野を得る。ＳＥＭの倍率は５００倍とし、１つの視野の範囲を０．４８ｍｍ2として撮影を行い、ＣＯＭＰＯ（反射電子組成）像を取得する。
　撮影したＣＯＭＰＯ像に対し、画像解析ソフトＩｍａｇｅＪにより解析を行う。具体的には、２５６階調での画像の輝度の最頻値をバックグラウンドの輝度とし、最頻値の輝度から３０減じた値よりも低い輝度の粒子をＭｇ2Ｓｉ粒子と判定する。
[規則91に基づく訂正 20.12.2023]
　判定されたＭｇ2Ｓｉ粒子のうち、０．３μｍ2以上の面積を持つ粒子の総面積を計算し、１０視野分の撮影面積（つまり撮影した総面積）で除することで、面積が０．３μｍ2以上のＭｇ2Ｓｉ粒子のＬ－ＬＴ断面における総面積の割合が算出される。
　（耳率）
　繰り返し曲げ回数には集合組織も影響し、ｃｕｂｅ方位の集積度が高いほど良好となる。ｃｕｂｅ方位の集積度は、図１Ａ及び図１Ｂに示すエリクセン試験によってアルミニウム合金板から成形されるエリクセンカップ１の耳形状に表れる。
　具体的には、エリクセンカップ１のアルミニウム合金板の圧延方向ＲＤに対して４５°方向の側壁高さＨ（つまり耳高さ）に対する、圧延方向ＲＤに対して０°／１８０°方向の相対的な側壁高さＨが大きいほど、ｃｕｂｅ方位の集積度が高いことが示唆される。すなわち、本開示のアルミニウム合金板はｃｕｂｅ方位の集積度が比較的大きく、０°／１８０°方向の側壁高さＨが高いものが含まれる。
　４５°方向の側壁高さに対する０°／１８０°方向の相対的な側壁高さは、耳率（Ｅａｒｉｎｇ　Ｂａｌａｎｃｅ）という指標で評価することができる。以下、耳率の測定手順について説明する。
　耳率は、下記式（２）の左辺で表される。
　（ｈ0p－ｈ45p）／ｈv×１００≧－７．０　　・・・（２）
　式（２）中、ｈ0pは、圧延方向に対し０°周辺の第１領域Ａ１及び１８０°周辺の第２領域Ａ２それぞれにおける側壁高さの最大値の平均値である。第１領域Ａ１は、例えば、圧延方向に対し０°±１１°の範囲である。第２領域Ａ２は、例えば、圧延方向に対し１８０°±１１°の範囲である。
　ｈ45pは、圧延方向に対し４５°周辺の第３領域Ａ３、１３５°周辺の第４領域Ａ４、２２５°周辺の第５領域Ａ５、及び３１５°周辺の第６領域Ａ６それぞれにおける側壁高さの最大値の平均値である。
　第３領域Ａ３は、例えば、圧延方向に対し４５°±２２°の範囲である。第４領域Ａ４は、例えば、圧延方向に対し１３５°±２２°の範囲である。第５領域Ａ５は、例えば、圧延方向に対し２２５°±２２°の範囲である。第６領域Ａ６は、例えば、圧延方向に対し３１５°±２２°の範囲である。
　ｈvは、圧延方向に対し０°から４５°の第７領域Ａ７、４５°から１３５°の第８領域Ａ８、１３５°から１８０°の第９領域Ａ９、１８０°から２２５°の第１０領域Ａ１０、２２５°から３１５°の第１１領域Ａ１１、３１５°から３６０°の第１２領域Ａ１２それぞれにおける側壁高さの最小値の平均値である。
　図２は、エリクセンカップの側壁高さの測定結果の一例を示すグラフである。図２に示される角度は、圧延方向に対する角度である。また、グラフの中心からの距離は側壁高さを示す。
　図中のａ－ｄは、それぞれ、第３領域Ａ３から第６領域Ａ６における最大値である。ｅ，ｆは、それぞれ、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２における最大値である。ｇ－ｌは、それぞれ、第７領域Ａ７から第１２領域Ａ１２における最小値である。
　エリクセンカップ１は、例えば、ブランク径５７ｍｍ、パンチ径３３ｍｍの条件で成形される。エリクセンカップの側壁高さは、例えば株式会社小坂研究所社製Ｒｏｎｃｏｒｄｅｒ　ＥＣ１５５０－Ｈを使用して測定される。
　具体的には、圧延方向を基準（０°／１８０°）にしてエリクセンカップの開口部に測定端子を置き、エリクセンカップを置いたテーブルを１周回転させて、周方向３６０°の開口部高さを測定する。
　式（２）が満たされる、つまり、耳率が－７．０％以上であることで、ｃｕｂｅ方位の集積度が高くなる。その結果、合金板の繰り返し曲げ回数を大きくすることができる。
　＜アルミニウム合金板の製造方法＞
　本開示のアルミニウム合金板は、例えば、以下のように製造することができる。まず、本開示のアルミニウム合金板の組成を有するアルミニウム合金に対し、常法にしたがって半連続鋳造法（つまりＤＣ鋳造）を用い、鋳塊を製造する。
　次に、鋳塊の表面を面削する。その後、鋳塊を均熱炉に投入して均質化処理を行う。均質化処理における温度は、例えば４７０℃以上６２０℃以下が好ましい。均質化処理の時間は、例えば１時間以上２０時間以下が好ましい。
　均質化処理における温度が４００℃以上である場合、鋳塊組織の偏析を解消させやすい。さらに均質化処理における温度が４５０℃以上である場合、Ｍｇ2Ｓｉ粒子を再固溶させ、合金板の強度及び靭性を向上させることができる。さらに均質化処理における温度が４９０℃以上、より好ましくは５５０℃以上であると、Ｍｇ2Ｓｉ粒子の再固溶が促進され、合金板の強度及び靭性をさらに向上させることができる。一方、均質化処理における温度が６２０℃以下である場合、アルミニウム合金の局部融解が生じ難い。
　均質化処理の時間が１時間以上である場合、スラブ全体の温度が均一になり、鋳塊組織の偏析も解消しやすく、Ｍｇ2Ｓｉ粒子を再固溶させやすい。均質化処理時間が長いほど、Ｍｇ2Ｓｉ粒子を再固溶させることができる。ただし、均質化処理の時間が２０時間を越えると、均質化処理の効果が飽和する。
　均質化処理後、鋳塊を熱間圧延に供する。熱間圧延工程は、粗圧延工程と、仕上圧延工程とを有する。粗圧延工程では、リバース圧延によって、鋳塊を約数十ｍｍの厚さの板材に加工する。仕上圧延工程では、例えばタンデム圧延等によって、板材の厚さを約数ｍｍに落とすと共に、板材をコイル状に巻き取った熱延コイルを形成する。
　仕上圧延の総圧下率が高いと、巻き取り後に再結晶組織となりｃｕｂｅ方位の集積度を高めることができる。仕上圧延の巻取温度が高いと、巻き取り後に再結晶組織となりｃｕｂｅ方位の集積度を高めることができる。
　また、熱延コイルを溶体化処理し、Ｍｇなどを再固溶させることで高強度の合金板を得ることができる。例えば連続焼鈍炉を用いて目標実体温度４４０℃以上、３０秒以上の熱処理（つまり焼鈍）を実施し、その後、空冷などで強制冷却することで、合金板の強度を効果的に増加させることが可能である。
　熱間圧延に続いて板材の冷間圧延を行う。冷間圧延では、製品板厚となるまで熱延コイルを圧延する。冷間圧延は、シングル圧延及びタンデム圧延のどちらであってもよい。シングル圧延による冷間圧延では２パス以上の複数回に分けて圧延を実施するとよい。
　最終パス以外の途中パスにおける冷間圧延の上がり温度を１２０℃以上とすることで、Ｓｉ、Ｃｕ及びＭｇが微細析出し、時効硬化するため、合金板の強度を増加させることができる。さらに上がり温度を１３０℃以上とすることで、合金板の強度をより増加させることができる。
　冷間圧延率（つまり狙いの総圧下率）は、８０％以上が好ましい。冷間圧延率が８０％以上である場合、合金板の強度を高められる。冷間圧延率が低いほど、ｃｕｂｅ方位が残存する。冷間圧延率は、９２％以下が好ましい。
　冷間圧延率Ｒ（％）は、熱間圧延板の板厚ｔ0（ｍｍ）、冷間圧延後の製品板厚ｔ1（ｍｍ）を用いて、下記式（６）で求められる。
　Ｒ＝（ｔ0－ｔ1）／ｔ0×１００　　・・・（６）
　製品板厚は所望の耐圧が得られるよう適宜選択することができる。上述の式（３）に示すように、板厚が増加するほど耐圧が向上する。製品板厚は、ｔ2.27×σfm／（σ0.2／σB）≧１４の範囲で選択することが好ましい。上述のように、本開示のアルミニウム合金板によれば耐圧を高く保つための板厚の増加を抑えることができる。
　また、本開示のアルミニウム合金板の作用効果を奏する限り、上述のアルミニウム合金板の製造方法において、例えば、冷間圧延の前後やパス間において、焼鈍を実施してもよい。
　製品板厚まで冷間圧延したコイルに対し、塗装ラインなどでプレコートを実施する。冷間圧延されたコイルは、表面に対する脱脂、洗浄、化成処理が施され、さらに塗料が塗布された後、塗装焼付処理される。
　化成処理では、クロメート系、ジルコニウム系等の薬液が用いられる。塗料は、エポキシ系、ポリエステル系等が用いられる。これらは用途に合わせて選択可能である。塗装焼付処理ではコイルの実体温度（ＰＭＴ：Ｐｅａｋ　Ｍｅｔａｌ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）で２２０℃以上２７０℃以下、およそ３０秒以内の間、加熱される。このときＰＭＴが低いほど、材料の回復が抑制され、合金板の強度を高く維持することができる。
　［１－２．効果］
　以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
　（１ａ）缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、アルミニウム合金板の高強度及び高靭性を両立できる。すなわち、缶胴用の３１０４アルミニウム合金のスクラップを一定量配合でき、新地金使用率及びＣＯ2排出量を削減できる。さらに、高耐圧が求められる陽圧缶蓋用途に使用し得る缶蓋用アルミニウム合金板が得られる。
　［２．他の実施形態］
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
　（２ａ）本開示には、上記実施形態のアルミニウム合金板以外に、このアルミニウム合金板で構成される部材、及びこのアルミニウム合金板の製造方法等の種々の形態も含まれる。
　（２ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
　［３．実施例］
　以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。
　＜アルミニウム合金板の製造＞
　実施例及び比較例として、表１及び表２に示すＳ１－Ｓ２２のアルミニウム合金板を製造した。具体的な製造手順を以下に説明する。
　まず、表３に示す合金番号１－１１の成分（質量％）を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなる鋳塊を半連続鋳造法により製造した。鋳塊は、０．１０質量％以下のＴｉ、０．２５質量％以下のＺｎ、０．１０質量％以下のＣｒ、０．１５質量％以下の不可避的不純物を含む。
　次に、鋳塊の４面を面削した。その後、鋳塊を炉に入れ、均質化処理を行った。均質化処理の温度は、表１に示す通りである。均質化処理後、炉から鋳塊を出し、すぐに熱間圧延を開始して圧延板とした。
　得られた圧延板に対し、焼鈍を実施した。焼鈍の温度は表１に示す通りであり、時間は３０秒とした。焼鈍後、圧延板を空冷で室温まで冷却した。冷却後、圧延板に対し冷間圧延を実施した。冷間圧延における狙いの総圧下率は、表１に示す通りである。なお、冷間圧延後の製品板厚（つまり式（６）におけるｔ1）はおよそ０．２４５±０．０１ｍｍの範囲とした。冷間圧延中及び最終冷間圧延後に、表１に示す上がり温度を付与した。
　冷間圧延後、板面に塗料を塗布し、３０秒間の塗装焼付処理を実施した。塗装焼付時の実体温度（ＰＭＴ）は、表１に示すとおりである。塗装の焼付により、Ｓ１－Ｓ２２のアルミニウム合金板が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　＜アルミニウム合金板の評価＞
　（引張特性）
　Ｓ１－Ｓ２２のアルミニウム合金板からＪＩＳ－Ｚ－２２４１：２０１１に規定される５号試験片を作成した。この試験片は、圧延方向に対して０°の角度をなす方向に延びる。この試験片について、ＪＩＳ－Ｚ－２２４１：２０１１に準拠して引張試験を行い、０．２％耐力及び引張強さを測定した。０．２％耐力σ0.2及び引張強さσBの測定結果と、０．２％耐力と引張強度との平均値σfmを表１に示す。
　Ｓ１－Ｓ２２のアルミニウム合金板において、マイクロゲージにより板厚を測定し、上述の式（３）の値Ｖ（＝ｔ2.27×σfm／（σ0.2／σB））を計算した。値Ｖの計算結果と、σfm／（σ0.2／σB）の値とを表２に示す。
[規則91に基づく訂正 20.12.2023]
　（靭性）
　Ｓ１－Ｓ２２のアルミニウム合金板において、実施形態において説明した測定方法により、面積が０．３μｍ2以上のＭｇ2Ｓｉ粒子のＬ－ＬＴ断面における総面積の割合（面積率）を算出した。測定結果を表２に示す。
　Ｓ１－Ｓ２２のアルミニウム合金板において、実施形態において説明した測定方法及び式（２）の左辺から耳率を算出した。その結果を表２に示す。なお、表中の「－」は未測定を表す。
　Ｓ１－Ｓ２２のアルミニウム合金板において、実施形態において説明した測定方法及び式（４）、（５）から規格化された繰り返し曲げ回数を算出した。その結果を表２に示す。なお、表中の「－」は未測定を表す。
　（スクラップ配合率）
　Ｓ１－Ｓ２２のアルミニウム合金板の組成に関し、３１０４アルミニウム合金のスクラップの可能配合率が５０質量％以上となるか否か判断した。その結果を表２に示す。
　表２中、「≧５０」とされているアルミニウム合金板は、３１０４アルミニウム合金を５０質量％以上配合することが可能である。なお、３１０４アルミニウム合金のスクラップの可能配合率は、表４に基づいて判断される。
　表４は、３１０４アルミニウム合金と５１８２アルミニウム合金との配合比率と、成分規格の平均値との対応を表している。表４の１行目は、３１０４アルミニウム合金の成分規格の平均値であり、２行目は、５１８２アルミニウム合金の成分規格の平均値である。
　例えば、３１０４アルミニウム合金の配合割合が５０質量％の場合、Ｓｉの平均値は０．２０質量％、Ｆｅの平均値は０．２９質量％、Ｃｕの平均値は０．１１質量％、Ｍｎの平均値は、０．７質量％、Ｍｇの平均値は２．８質量％となる。
　したがって、アルミニウム合金板の各成分の割合が上記のＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇの数値以上であるとき、３１０４アルミニウム合金板の可能配合率が５０質量％以上となる。３１０４アルミニウム合金の配合割合が大きくなるほど、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、及びＭｎの含有量は上がり、Ｍｇの含有量は下がる。Ｓ１、Ｓ１５－Ｓ２２のアルミニウム合金板は、３１０４アルミニウム合金のスクラップを５０質量％以上配合可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　（耐圧）
　Ｓ１－Ｓ２２のアルミニウム合金板において、実施形態において説明した測定方法により耐圧を測定した。その結果を表２に示す。Ｓ１、Ｓ７－Ｓ９、Ｓ１５－Ｓ２２のアルミニウム合金板は、５５０ｋＰａ以上の高い耐圧を示した。
　式（３）の値Ｖ（＝ｔ2.27×σfm／（σ0.2／σB））と合金板の耐圧の関係とを表すグラフを図３に示す。図３から、値Ｖと耐圧との間に高い相関関係があることが確認された。したがって、式（１）の左辺のσfm／（σ0.2／σB）の値が３５０ＭＰａ以上であれば、大きな板厚増加を伴うことなく、５５０ｋＰａ以上の高い耐圧を備えることができる。
　均質化処理温度を高くしたＳ２０－Ｓ２２のアルミニウム合金板は、著しく高い耐圧を示した。また、Ｓ１のアルミニウム合金板は、熱延後の焼鈍温度が高いため、少ないＭｇ含有量でも高い強度及び耐圧が得られた。
　いずれのアルミニウム合金も塗装焼付温度（ＰＭＴ）が低いほど強度が高くなった。例えば、Ｓ１５－Ｓ１７、Ｓ２０－Ｓ２２のアルミニウム合金板を比較すると、塗装焼付温度が低い実施例ほど耐圧が高い値を示した。
　Ｓ１－Ｓ３、Ｓ６－Ｓ１４、Ｓ２０－Ｓ２２のアルミニウム合金は、Ｍｇ2Ｓｉ粒子の面積率が小さく、１．０％以下であった。Ｓ１５－Ｓ２２のアルミニウム合金の中で、均質化処理温度を高くしたＳ２０－Ｓ２２のアルミニウム合金板は、特にＭｇ2Ｓｉ粒子の面積率が小さかった。
　そのため、Ｓ１８のアルミニウム合金板とＳ２１のアルミニウム合金板とを比較すると、Ｓ２１のアルミニウム合金の耐圧がＳ１８のアルミニウム合金板よりも５０ｋＰａ近く高いにも関わらず、繰り返し曲げ回数は同等以上であった。また、Ｓ８のアルミニウム合金板もＭｇ2Ｓｉ粒子の面積率が小さいため、耐圧が高いにも関わらず、Ｓ１７のアルミニウム合金板よりも繰り返し曲げ回数が多かった。

Claims (4)

  1. 　ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．１０質量％以上０．６０質量％以下であり、
    　鉄（Ｆｅ）の含有量が０．２０質量％以上０．７０質量％以下であり、
    　銅（Ｃｕ）の含有量が０．１０質量％以上０．４０質量％以下であり、
    　マンガン（Ｍｎ）の含有量が０．５質量％以上１．２質量％以下であり、
    　マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が１．１質量％以上４．０質量％以下であり、
    　０．２％耐力σ0.2、引張強度σB、及び０．２％耐力と引張強度との平均値σfmが下記式（１）を満たす、缶蓋用アルミニウム合金板。
    　σfm／（σ0.2／σB）≧３５０ＭＰａ　　・・・（１）
  2. [規則91に基づく訂正 20.12.2023]
    　請求項１に記載の缶蓋用アルミニウム合金板であって、
    　板面及び圧延方向の双方に平行なＬ－ＬＴ断面において、面積が０．３μｍ2以上のＭｇ2Ｓｉ粒子の総面積の割合が１．０％以下である、缶蓋用アルミニウム合金板。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の缶蓋用アルミニウム合金板であって、
    　エリクセン試験によって成形されるエリクセンカップの周方向において、圧延方向に対し０°周辺の領域及び１８０°周辺の領域それぞれにおける側壁高さの最大値の平均値ｈ0pと、前記圧延方向に対し４５°周辺の領域、１３５°周辺の領域、２２５°周辺の領域、及び３１５°周辺の領域それぞれにおける側壁高さの最大値の平均値ｈ45pと、前記圧延方向に対し０°から４５°の領域、４５°から１３５°の領域、１３５°から１８０°の領域、１８０°から２２５°の領域、２２５°から３１５°の領域、及び３１５°から３６０°の領域それぞれにおける側壁高さの最小値の平均値ｈvとが、下記式（２）を満たす、缶蓋用アルミニウム合金板。
    　（ｈ0p－ｈ45p）／ｈv×１００≧－７．０　　・・・（２）
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の缶蓋用アルミニウム合金板であって、
    　Ｓｉの含有量が０．２０質量％以上０．６０質量％以下であり、
    　Ｆｅの含有量が０．３０質量％以上０．７０質量％以下であり、
    　Ｃｕの含有量が０．１１質量％以上０．４０質量％以下であり、
    　Ｍｎの含有量が０．７質量％以上１．２質量％以下であり、
    　Ｍｇの含有量が１．１質量％以上３．０質量％以下である、缶蓋用アルミニウム合金板。
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