(57)【要約】【課題】両面に樹脂からなる保護層を被覆して、薄肉化されても耐突刺し性および拡缶性に優れた缶胴に成形できる、缶胴用のアルミニウム合金板およびその製造方法を提供する。【解決手段】Ｍｇ：１．６〜６．０質量％、Ｍｎ：０．５質量％未満、Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：０．１〜０．５質量％、Ｃｕ：０．０５〜０．３質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊とし、この鋳塊に、４５０℃以上５５０℃未満の熱処理を１回行うことにより均質化した後、冷却せずに総圧延率９９．２％以上で熱間圧延し、焼鈍なしで冷間圧延して製造されたアルミニウム合金板であり、断面の板厚方向中心部において、最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率が０．３％を超え１．３％未満であり、最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数が１００個／ｍｍ2以下であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面に樹脂からなる保護層を被覆して缶胴に成形する缶胴用アルミニウム合金板であって、
Ｍｇ：１．６〜６．０質量％、Ｍｎ：０．５質量％未満、Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：０．１〜０．５質量％、Ｃｕ：０．０５〜０．３質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金で形成され、
断面の板厚方向中心部において、最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率が０．３％を超え１．３％未満であり、最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数が１００個／ｍｍ2以下であることを特徴とする缶胴用アルミニウム合金板。
【請求項２】
前記アルミニウム合金におけるＭｇの含有量が１．６〜４．０質量％であることを特徴とする請求項１に記載の缶胴用アルミニウム合金板。
【請求項３】
前記アルミニウム合金におけるＳｉとＦｅの各含有量の合計が０．６質量％を超えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の缶胴用アルミニウム合金板。
【請求項４】
両面に樹脂からなる保護層を被覆して缶胴に成形する缶胴用アルミニウム合金板の製造方法であって、
Ｍｇ：１．６〜６．０質量％、Ｍｎ：０．５質量％未満、Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：０．１〜０．５質量％、Ｃｕ：０．０５〜０．３質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金を、溶解、鋳造して鋳塊とする鋳造工程と、
前記鋳塊を、４５０℃以上５５０℃未満で２〜８時間の熱処理を１回行うことにより均質化する均熱処理工程と、
前記均質化した鋳塊を、冷却することなく熱間圧延して熱間圧延板とする熱間圧延工程と、
前記熱間圧延板を、焼鈍することなく冷間圧延する冷間圧延工程と、を行い、
前記熱間圧延工程は粗圧延および仕上げ圧延を含み、前記熱間圧延工程における総圧延率を９９．２％以上とすることを特徴とする缶胴用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項５】
前記アルミニウム合金におけるＭｇの含有量が１．６〜４．０質量％であることを特徴とする請求項４に記載の缶胴用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項６】
前記アルミニウム合金におけるＳｉとＦｅの各含有量の合計が０．６質量％を超えることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の缶胴用アルミニウム合金板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飲料、食品用途に使用される包装容器であって、特に両面にフィルムラミネートを施してから飲料缶の胴部に成形加工されるアルミニウム合金板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、飲料、食品用途に使用される包装容器の１つとして、底と側壁が一体構造の有底円筒状の胴部（缶胴）と、この胴部の開口部に封止されて上面となる円板状の蓋部（缶蓋）とからなる２ピース缶が知られている。このような缶の材料として、成形性、耐食性、強度等の面から、アルミニウム合金板が広く適用されている。このアルミニウム合金板で製造される２ピース缶の中でも、特に飲料缶のような高さのある円筒形状の缶の胴部は、ＤＩ（Drawing and wall Ironing）成形と呼ばれる絞り加工−しごき加工の多段階の加工により成形されることが多い。このように、アルミニウム合金板はＤＩ成形された後、塗装、焼付けされ、ネッキング（ネック成形）により開口部を縮径して、フランジング（フランジ成形）により開口部の縁を外側に拡げて缶胴となる。最後に、内容物（飲料、食品）が胴部内に充填され、蓋部を開口部に巻き締めて封止される。このような製法による缶は、ＤＩ缶（以下、適宜「缶」という）と呼ばれ、広く流通している。
【０００３】
従来より、このようなアルミニウム合金製の缶で包装された飲料のコスト削減のため、包装容器である缶は、軽量化および原材料（アルミニウム合金）低減の対策として薄肉化が進められている。その結果、現行のアルミニウム合金製の缶の側壁（最薄部）厚さは、塗膜等を除いたアルミニウム合金部分で０．１００〜０．１１０ｍｍ程度となっている。しかし、このような薄肉化された缶では、特に板厚が薄い側壁（周面）に突起物が接触して押圧された（押し込まれた）とき、その先端が側壁を貫通し、穴（ピンホール）が開いて内容物が漏れるという不具合が発生することがある。突起物の接触としては、製造時（内容物充填、蓋部巻き締め、製造工程内の搬送系通過時）、流通時、さらに消費者が扱うときに、外部から硬い異物が接触すること等が挙げられる。また、フランジングにおいても、開口部の縁が拡げられるときに、開口部の端部で割れ（フランジ割れ）を生じることがある。そのため、このような薄肉化された缶の、側壁のピンホール発生および開口部のフランジ割れを防止できる、すなわち側壁の耐突刺し性およびフランジ成形性（拡缶性）を向上させるように、材料であるアルミニウム合金板の開発が進められている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、ＪＩＳ３１０４−Ｈ１９調質板から缶をＤＩ成形し、この缶を２７０℃以上の洗浄乾燥炉中で熱処理することにより側壁の伸びを増大させて、ピンホールおよびフランジ割れの発生の少ない缶を製造する技術が開示されている。また、特許文献２では、Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｆｅを所定量含有するアルミニウム合金冷延板で、その表面において所定サイズの金属間化合物の分布密度および面積率を制御することにより、強度（耐突刺し性）および靭性を向上させる技術が開示されている。特許文献３では、Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｆｅを所定量含有するアルミニウム合金冷延板を、所定の加工率でＤＩ成形し、２１０〜２５０℃で熱処理することにより、ＤＩ成形による加工硬化と引張強さを制御して、耐突刺し性を向上させる技術が開示されている。特許文献４では、Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｆｅを所定量含有するアルミニウム合金を鋳造した鋳塊を均質化処理により比較的大きなＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物を密に分布させることで、強度を付与する技術が開示されている。
【０００５】
また、ＤＩ成形をクーラントを使用しないドライ加工で行うために、アルミニウム合金板の両面にＰＥＴ等からなるフィルムをラミネートして、しごきダイス等の工具がアルミニウム合金板に接触することによる焼付きを防止したフィルムラミネート缶も流通している。特許文献５では、Ｍｎの含有量を抑えてＭｇ，Ｓｉ，Ｆｅを所定量含有するアルミニウム合金を鋳造、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、二次冷間圧延したアルミニウム合金板にＰＥＴ等の樹脂被覆した樹脂被覆アルミニウム合金板で、降伏強度を高くすることで、薄板化を可能とする技術が開示されている。特許文献６では、Ｍｇ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｔｉを所定量含有するアルミニウム合金とすることで、強度および樹脂被覆での加工性を向上させ、また樹脂被覆における加熱により加工硬化指数を所定値以上として耐突刺し性を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平８−９５０号公報（請求項１）
【特許文献２】特開２００７−１９７８１５号公報（段落００１５〜００１８，００３０，００３１）
【特許文献３】特開２００７−１６９７６７号公報（段落００１７〜００２１，００３３，００３６）
【特許文献４】特開２００６−７７２９６号公報（段落０００６，００２２）
【特許文献５】特開平９−２８７０４３号公報（段落０００４，００２３〜００２６）
【特許文献６】特開２００１−３１３０号公報（段落０００８〜００２０，００２９〜００３３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、缶の側壁厚さが０．１６ｍｍ以上であり、現行の缶の側壁厚さに対応した強度を有していない。そして、特許文献２に開示された技術は、缶の側壁厚さを０．１１０ｍｍ超に厚くすることにより耐突刺し性を向上させており、薄肉化に対応していない。また、特許文献３に開示された技術は、缶の塗装時における焼付けの温度範囲が限定されているため、当該温度に対応した塗膜材料を適用する必要がある。一方、特許文献４に開示された技術は、鋳塊に比較的大きなＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物を晶出させるため、５９０〜６３０℃という高温での均質化処理を行うものであり、さらに熱間圧延前に４００〜５５０℃の予備加熱を行っており、エネルギー消費量が大きい。
【０００８】
特許文献５に開示された技術では、冷間加工を中間焼鈍を挟んで２回に分けて行うため生産性に劣り、また、曲げ・曲げ戻し加工性や耐圧強度については対応しているが、耐突刺し性には対応せず、特に均質化処理における温度が高いために金属間化合物が成長して十分ではない虞がある。また、特許文献６に開示された技術は、冷間圧延までの製造条件を常法として規定しないため、製造条件によるばらつきが大きい。
【０００９】
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、薄肉化された缶に成形したときに、側壁の耐突刺し性および開口部の拡缶性を十分に有する缶胴用アルミニウム合金板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明者らは、缶の側壁に突起物が押し込まれたときにピンホールが生じるメカニズムを調査した結果、以下の現象が判明した。すなわち、突起物が接触している部位を中心にして缶の内側へすり鉢状に窪んで変形する際に、この中心部の周縁（すり鉢の傾斜した面）で局所的な減肉およびせん断帯が生じ、このせん断帯端部（缶の内側表面）からクラックが発生し、このクラックがせん断帯に沿って伝播することによって破断に至ること、そして、この減肉部に金属間化合物の量、特にサイズの大きな金属間化合物が多いと破断し易いこと、である。そこで、本発明者らは、アルミニウム合金板における金属間化合物の面積率およびサイズの大きな金属間化合物の個数密度、特に圧延板においてサイズの大きな金属間化合物が残留し易い板厚中心部における金属間化合物を制御する思想に至った。
【００１１】
さらに、缶胴にＤＩ成形する際にアルミニウム合金板に樹脂被覆することで、工具との接触による焼付きを回避できるため、アルミニウム合金板表面に金属間化合物を適度に分散させて潤滑性を付与する必要がないので、アルミニウム合金板中の金属間化合物を大幅に低減させることとした。一方、適度に分散した金属間化合物により、熱間圧延後の自己焼鈍による再結晶が促進されてアルミニウム合金板の成形性が向上していたという効果もあるため、金属間化合物によらずに十分に再結晶を促進させる方法を研究した結果、アルミニウム合金の組成、特にＭｇ，Ｍｎの含有量を制御する方法を見出した。
【００１２】
すなわち、本発明に係る缶胴用アルミニウム合金板は両面に樹脂を被覆して缶胴に成形するためのアルミニウム合金板であって、Ｍｇ：１．６〜６．０質量％、Ｍｎ：０．５質量％未満、Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：０．１〜０．５質量％、Ｃｕ：０．０５〜０．３質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金で形成され、断面の板厚方向中心部において、最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率が０．３％を超え１．３％未満であり、最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数が１００個／ｍｍ2以下であることを特徴とする。
【００１３】
このように、Ｍｇ，Ｃｕを所定範囲で含有することにより、缶胴用アルミニウム合金板の強度を適度に向上させながら、缶胴に作製するための成形性を保持することができる。また、Ｍｇ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｆｅを所定範囲で含有することにより、缶胴用アルミニウム合金板中に金属間化合物を適度に分散させることができる。さらに、缶胴用アルミニウム合金板の板厚中心部において、前記金属間化合物の分布を面積率および個数密度で制限することで、成形性を保持し、０．１１０ｍｍ以下に薄肉化された缶胴に成形されても耐突刺し性および拡缶性を向上させることができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る缶胴用アルミニウム合金板は、前記アルミニウム合金に含有されるＭｇが１．６〜４．０質量％であることが好ましい。このようなＭｇ含有量とすることで、フランジングにおける拡缶性をいっそう向上させることができる。
【００１５】
さらに、本発明に係る缶胴用アルミニウム合金板は、前記アルミニウム合金に含有されるＳｉとＦｅの合計が０．６質量％を超えてもよい。このようなＳｉ，Ｆｅ含有量とすることで、スクラップ使用量を確保しリサイクル性を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る缶胴用アルミニウム合金板の製造方法は、前記成分のアルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊とする鋳造工程と、この鋳塊を４５０℃以上５５０℃未満で２〜８時間の熱処理を１回行うことにより均質化する均熱処理工程と、均質化した鋳塊を冷却することなく熱間圧延して熱間圧延板とする熱間圧延工程と、この熱間圧延板を焼鈍することなく冷間圧延する冷間圧延工程とを行い、前記熱間圧延工程は粗圧延および仕上げ圧延を含み、前記熱間圧延工程における総圧延率を９９．２％以上とすることを特徴とする。
【００１７】
このように、均質化のための熱処理条件を制限することにより鋳塊の金属間化合物の粗大化を抑制し、また、熱間圧延における総圧延率を所定値以上とすることにより熱間圧延で大きな金属間化合物が十分に破砕されて、大きな金属間化合物が多数残留していない缶胴用アルミニウム合金板を製造することが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る缶胴用アルミニウム合金板によれば、薄肉化しても十分な耐突刺し性および拡缶性を有するＤＩ缶を樹脂被覆して製造することができ、また、ＤＩ缶のいっそうの薄肉化によるコスト低減および省資源化を可能とする。そして、本発明に係る缶胴用アルミニウム合金板の製造方法によれば、前記の効果を有する缶胴用アルミニウム合金板を生産性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】缶胴用アルミニウム合金板からＤＩ缶の缶胴を作製する方法の一例を説明する図である。
【図２】缶胴の突刺し強度の測定方法を模式的に説明する断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は缶胴の拡缶性の評価方法を模式的に説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る缶胴用アルミニウム合金板（以下、アルミニウム合金板と称す）を実現するための形態について説明する。
【００２１】
本発明に係るアルミニウム合金板は、Ｍｇ：１．６〜６．０質量％、Ｍｎ：０．５質量％未満、Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：０．１〜０．５質量％、Ｃｕ：０．０５〜０．３質量％を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金で形成される。
【００２２】
そして、本発明に係るアルミニウム合金板は、その断面の板厚方向中心部において、最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率が０．３％を超え１．３％未満であり、最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数が１００個／ｍｍ2以下である。また、アルミニウム合金板の板厚は樹脂被覆前で０．２６〜０．３６ｍｍ程度が好ましい。以下、本発明に係るアルミニウム合金板を構成する各要素について説明する。
【００２３】
〔アルミニウム合金の成分〕
（Ｍｇ：１．６〜６．０質量％）
Ｍｇは、アルミニウム合金において、固溶強化により強度を向上させる効果および加工硬化を増大させる効果があり、さらに、熱間圧延時に蓄積歪みを増大させてその後の自己焼鈍による再結晶を促進させる効果があるため、アルミニウム合金板のＤＩ成形性を向上させる。Ｍｇの含有量が１．６質量％未満では、熱間圧延時の蓄積歪みが不足して、熱間圧延後の自己焼鈍の際に十分な再結晶組織が安定して得られず、特に圧延幅方向の中央部に未再結晶部（加工組織）が残存し易く組織が不均一なアルミニウム合金板になるため、ＤＩ成形性が劣化する。また、再結晶が十分な場合でも、アルミニウム合金板が缶胴に成形されたときに、側壁強度が低くなって座屈強度や耐突刺し性が不足する。一方、Ｍｇの含有量が６．０質量％を超えると、アルミニウム合金板の加工硬化が過大となる。そのため、しごき加工時のティアオフ（胴体割れ）等の割れ、ネッキング時のシワやスジ、およびフランジング時の割れ等の不良が発生し易く、それぞれの加工歩留が低下し、特にネッキングによる加工硬化が加わることでフランジング時の不良が顕著になる。したがって、Ｍｇの含有量は、１．６〜６．０質量％とし、特に優れた成形性を得るためには１．６〜４．０質量％が好ましい。
【００２４】
（Ｍｎ：０．５質量％未満）
Ｍｎは、アルミニウム合金の強度を向上させる効果があり、アルミニウム合金板が缶胴に成形されたときに、側壁強度を高めて座屈強度や耐突刺し性を確保する。また、Ｍｎはアルミニウム合金中でＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物を形成する。これらの金属間化合物は、ある程度の大きさのものはアルミニウム合金中で再結晶の核となるため、適度に分散されることで熱間圧延後の自己焼鈍による再結晶を促進させて、アルミニウム合金板のＤＩ成形性を向上させるが、一方、その量や大きさが増大すると耐突刺し性および拡缶性が低下する。Ｍｎの含有量が０．５質量％以上になると、鋳塊に金属間化合物の微細なものが多量に析出する。ここで、本発明に係るアルミニウム合金板においては、金属間化合物を大きく成長させないように、後記するように鋳塊の均熱処理における温度を低い範囲に制限しているが、前記の多量かつ微細な金属間化合物は逆に熱間圧延後の再結晶を阻害するため、ＤＩ成形性が劣化する。したがって、Ｍｎの含有量は０．５質量％未満とする。なお、本発明に係るアルミニウム合金板においては、Ｍｇ等の他の添加元素や製造方法にて強度や加工性を向上させるので、Ｍｎの含有量の下限は規定しないが、さらに前記強度向上効果を付与するため、またリサイクル性を向上させるために、０．３質量％以上とすることが好ましい。
【００２５】
（Ｓｉ：０．０５〜０．５質量％）
Ｓｉは、地金不純物としてアルミニウム合金中に混入するものであり、Ｓｉの含有量を０．０５質量％未満にすると、原材料にするアルミニウム地金の必要純度が高くなり、コストを増大させる。また、Ｓｉはアルミニウム合金中でＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物やＭｇ−Ｓｉ系金属間化合物（Ｍｇ2Ｓｉ）を形成し、これらの金属間化合物が適度に分散されることで熱間圧延後の再結晶が促進されてアルミニウム合金板のＤＩ成形性を向上させる。一方、Ｓｉの含有量が０．５質量％を超えると、これらの金属間化合物の大きなものが多数形成されて、耐突刺し性および拡缶性が低下したり、Ｍｇ2Ｓｉを多く形成することでアルミニウム合金へのＭｇ固溶量が不足する。したがって、Ｓｉの含有量は０．０５〜０．５質量％とする。
【００２６】
（Ｆｅ：０．１〜０．５質量％）
Ｆｅは、地金不純物としてアルミニウム合金中に混入するものであり、Ｆｅの含有量を０．１質量％未満にすると、原材料にするアルミニウム地金の必要純度が高くなり、コストを増大させる。また、Ｆｅはアルミニウム合金中でＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物を形成し、これらの金属間化合物が適度に分散されることで熱間圧延後の再結晶が促進されてアルミニウム合金板のＤＩ成形性を向上させる。一方、Ｆｅの含有量が０．５質量％を超えると、これらの金属間化合物が多量に形成されて耐突刺し性および拡缶性が低下する。したがって、Ｆｅの含有量は０．１〜０．５質量％とする。
【００２７】
前記した通り、Ｓｉ，Ｆｅは、地金不純物としてアルミニウム合金中に不可避的に混入するものであり、特にスクラップや再生地金にはある程度含有している。すなわち、Ｓｉ，Ｆｅの含有量の多いアルミニウム合金とすることにより、リサイクル性が向上する。したがって、ＳｉとＦｅの含有量の合計が０．６質量％を超えることが好ましい。
【００２８】
（Ｃｕ：０．０５〜０．３質量％）
Ｃｕは、アルミニウム合金の強度を向上させる効果があり、アルミニウム合金板が缶胴に成形されたときに、側壁強度を高めて、座屈強度や耐突刺し性を確保する。Ｃｕの含有量が０．０５質量％未満では、この効果が不十分である。一方、Ｃｕの含有量が０．３質量％を超えると、アルミニウム合金板の加工硬化が過大となって加工性が低下する。したがって、Ｃｕの含有量は０．０５〜０．３質量％とする。
【００２９】
前記以外に、不可避的不純物を含有してもよい。不可避的不純物として、例えば、Ｃｒ：０．１０質量％以下、Ｚｎ：０．５０質量％以下、Ｔｉ：０．１０質量％以下、Ｚｒ：０．１０質量％以下、Ｂ：０．０５質量％以下であれば、本発明に係るアルミニウム合金板の特性に影響しない。
【００３０】
〔アルミニウム合金板中の金属間化合物〕
（断面の板厚方向中心部における最大長１μｍ以上の金属間化合物の面積率：０．３％を超え１．３％未満）
本発明に係るアルミニウム合金板における金属間化合物は、主にＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物、およびＭｇ−Ｓｉ系金属間化合物（Ｍｇ2Ｓｉ）（以下、適宜「金属間化合物」という）である。これらの金属間化合物である程度の大きさのものが適度に分散することにより、熱間圧延後の自己焼鈍による再結晶が促進されて、アルミニウム合金板のＤＩ成形性が向上する。具体的には、アルミニウム合金板において、最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率が０．３％以下では、熱間圧延後の再結晶が不十分で加工組織が残留しており、ＤＩ成形性が劣化する。
【００３１】
一方、過剰な金属間化合物は耐突刺し性および拡缶性を劣化させる。前記したように、缶の側壁に突起物が押し込まれたときのメカニズムは、突起物が接触している部位を中心にして缶の内側へすり鉢状に窪む際に、この中心部の周縁が局所的に減肉され、同時にせん断帯が生じ、このせん断帯端部（缶の内側表面）からクラックが発生し、せん断帯に沿って伝播することによって破断に至るというものであり、この破断箇所がピンホールとなる。また、フランジングにおいては、アルミニウム合金板が成形限界を超える際に、開口部の端部近傍にせん断帯が生じて局所的な減肉が進行して、クラックが発生してフランジ割れとなる。せん断帯端部に、ある程度の大きさ、具体的には最大長が１μｍ程度以上の金属間化合物が存在すると、この金属間化合物がクラックの発生源となり易い。
【００３２】
また、せん断帯上においても、最大長が１μｍ以上の金属間化合物が存在すると、この金属間化合物が応力集中や微小クラックあるいは空隙の発生源となり、クラックの発生や伝播を助長する。したがって、缶の側壁や開口部近傍において、表面を含めた板厚方向の全域、すなわちアルミニウム合金板の表面および板厚方向内部のいずれにおいても金属間化合物の個数密度が多いと、このアルミニウム合金板が缶胴に成形されたときに、ピンホールやフランジ割れが発生し易い。
【００３３】
圧延板においては、圧延面すなわち鋳塊表面に近い金属間化合物の方が圧延時に破砕されて微細化し易い。すなわち、板厚方向の中心近傍では金属間化合物のより大きなものが、また数が多く存在（残留）する傾向がある。したがって、本発明に係るアルミニウム合金板においては、板厚方向中心部における金属間化合物の分布を規制する。この領域における最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率が１．３％以上になると、このアルミニウム合金板が缶胴に成形されたときにクラックが発生し易く耐突刺し性が劣化し、さらにフランジングにおいてフランジ割れが発生し易く拡缶性が劣化する。以上より、最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積率は、アルミニウム合金板の断面の板厚方向中心部において０．３％を超え１．３％未満とする。なお、断面の板厚方向中心部とは、具体的には、板厚方向中心を中心として板厚の５５〜７０％における領域を指す。
【００３４】
なお、これらの金属間化合物にはしごき加工時における潤滑効果もあるため、特にアルミニウム合金板の表面に十分な量を分散させることで、ＤＩ成形時にしごきダイス等の工具とアルミニウム合金板との間の焼付きを防止することができる。しかし、本発明に係るアルミニウム合金板は、耐突刺し性および拡缶性を向上させるために、金属間化合物の分布を、ＤＩ成形時の焼付きを防止できる量よりも少なく制限している。したがって、本発明に係るアルミニウム合金板は、後記するように、ＤＩ成形の前にフィルムラミネートのような樹脂被覆を施して、工具と直接に接触しないようにする。
【００３５】
（断面の板厚方向中心部における最大長１１μｍ以上の金属間化合物の個数密度：１００個／ｍｍ2以下）
金属間化合物はサイズが大きいほどクラックを伝播し易く、最大長が１１μｍ以上になると少ない個数で破断に至らしめる。前記した通り、圧延板においては、板厚方向の中心近傍では大きな金属間化合物が数多く存在する傾向がある。したがって、アルミニウム合金板の断面の板厚方向中心部において、最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数は１００個／ｍｍ2以下とする。以上のような金属間化合物の分布は、前記Ｍｇ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｆｅの各含有量、および後記の製造条件により制御される。
【００３６】
金属間化合物の検出手段には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の適用が一例として挙げられる。最大長が１μｍ以上の金属間化合物はＳＥＭの組成（ＣＯＭＰＯ）像において母相とのコントラストで識別でき、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物はＡｌ母相より白く写り、Ｍｇ−Ｓｉ系金属間化合物はＡｌ母相より黒く写る。アルミニウム合金板の断面の板厚方向中心部における金属間化合物は、アルミニウム合金板を切り出して、圧延方向と板厚方向を含む切断面を研磨して鏡面に仕上げて観察面とし、アルミニウム合金板の板厚方向中心を中心とした板厚の５５〜７０％における領域を観察する。この領域から好ましくは複数の視野を合計１ｍｍ2以上観察、撮影し、画像処理装置等を用いて指定サイズの金属間化合物についての面積率および個数密度を測定できる。
【００３７】
次に、本発明に係るアルミニウム合金板の製造方法を説明する。本発明に係るアルミニウム合金板は、前記成分のアルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊とする鋳造工程と、鋳塊を１回の熱処理により均質化する均熱処理工程と、この熱処理後に鋳塊を冷却することなく熱間圧延して熱間圧延板とする熱間圧延工程と、熱間圧延板を焼鈍することなく冷間圧延する冷間圧延工程によって製造される。以下に、各工程の条件について説明する。
【００３８】
〔鋳造工程〕
はじめに、アルミニウム合金を溶解し、ＤＣ鋳造法等の公知の半連続鋳造法により鋳造し、アルミニウム合金の固相線温度未満まで冷却して鋳塊とする。鋳塊の厚さは、生産性、および後続の熱間圧延で十分な圧延量を確保するために、５００ｍｍ以上とすることが好ましい。一方、過剰に厚い鋳塊にすると、鋳塊割れが発生し易くなって鋳造歩留が低下するため、６５０ｍｍ以下とすることが好ましい。また、鋳造や冷却の速度が遅いと鋳塊中に粗大な金属間化合物が多量に晶出し、過剰に速いと鋳塊割れが発生し易くなって鋳造歩留が低下する。したがって、鋳造において、鋳造速度は４０〜６５ｍｍ／分、冷却速度は０．５〜１．５℃／秒とすることが好ましい。なお、この冷却速度は、鋳塊の中央部の温度、すなわち鋳造方向に垂直な面の中央部の温度についてのものであり、アルミニウム合金の液相線温度から固相線温度までの冷却における速度とする。なお、本発明に係るアルミニウム合金の液相線温度および固相線温度は、それぞれ組成によって変化し、特にＭｇ，Ｃｕの含有量が多いと低くなる。
【００３９】
〔均熱処理工程〕
鋳塊を圧延する前に、所定温度で均質化熱処理（均熱処理）することが必要である。鋳塊に熱処理を施すことによって、内部応力を除去し、鋳造時に偏析した溶質元素を均質化する。一方、この熱処理により、鋳造冷却時やそれ以降に析出した金属間化合物が成長するが、本発明に係るアルミニウム合金板においては、金属間化合物を過大に成長させないため、およびエネルギー消費低減のため、均熱処理工程における熱処理は１回とする。さらにこの熱処理で均質化された鋳塊を、冷却することなく連続して後続の熱間圧延工程を行う。
【００４０】
（熱処理：４５０℃以上５５０℃未満で２〜８時間）
均熱処理工程において、熱処理温度が４５０℃未満では、本発明に係るアルミニウム合金板の組成の鋳塊を均質化するためには不十分である。一方、熱処理温度が５５０℃以上では、金属間化合物が過大に成長してしまい、後続の熱間圧延工程および冷間圧延工程後も残留して、アルミニウム合金板を缶胴に成形したときの耐突刺し性および拡缶性が低下する。また、熱処理時間が２時間未満では、鋳塊の均質化が完了していない場合がある。一方、８時間を超える熱処理を行っても、効果のさらなる向上は得られず、生産性が低下する。したがって、均熱処理工程において、熱処理は４５０℃以上５５０℃未満で２〜８時間とする。
【００４１】
〔熱間圧延工程〕
（総圧延率：９９．２％以上）
均熱処理工程から連続して、均質化された鋳塊を熱間圧延する。まず、均熱処理工程の熱処理完了時の温度を保持して鋳塊を粗圧延して、さらに仕上げ圧延により、所定の板厚のアルミニウム合金熱間圧延板とする。粗圧延と仕上げ圧延を含めた熱間圧延における圧延率の合計（総圧延率）が、９９．２％未満では、熱間圧延による金属間化合物の破砕が不足するため大きな金属間化合物が多量に残留し易い。したがって、熱間圧延における総圧延率は９９．２％以上とする。
【００４２】
〔冷間圧延工程〕
アルミニウム合金熱間圧延板は、焼鈍せずに冷間圧延して所定の板厚のアルミニウム合金板に仕上げる。冷間圧延における総圧延率（冷間加工率）は８０〜９０％とすることが好ましい。
【００４３】
〔ＤＩ缶の作製方法〕
本発明に係るアルミニウム合金板は、公知の方法により、フィルムラミネートを施してＤＩ缶の缶胴に作製される。以下に、図１を参照して、本発明に係るアルミニウム合金板からＤＩ缶の缶胴を作製する方法の一例を説明する。はじめに、本発明に係るアルミニウム合金板に耐食性皮膜を形成するため、例えばリン酸クロメート処理を施す。そして、アルミニウム合金板の保護層として、ポリエステル樹脂やポリプロピレン樹脂等の結晶性熱可塑性樹脂からなるフィルム（図示せず）を両面にラミネートして、缶胴用樹脂被覆アルミニウム合金板とする。このような保護層を被覆することで、アルミニウム合金板の表面がしごきダイス等の工具に接触しないため、ＤＩ成形時の焼付きや焼付き起因のティアオフの発生を防止できて、成形歩留を向上させることができる。
【００４４】
この缶胴用樹脂被覆アルミニウム合金板を円板形状に打ち抜いて（ブランキング）、浅いカップ形状に絞り加工し（カッピング）、ＤＩ成形を施す。すなわち、絞り加工さらにしごき加工を複数回繰り返して徐々に側壁を高くして、所定の底面形状および側壁高さの有底筒形状とする。これらの加工による缶胴の側壁の板厚減少率（しごき加工率）は、６０〜７０％とすることが好ましい。そして、ＤＩ成形時に塗布した高揮発性潤滑剤の除去やフィルムの剥離防止のための加熱を行った後、側壁（開口部）の縁を切り落として整える（トリミング）。次に、この缶胴の外面に塗装、焼付け（ベーキング）を施す。そして、開口部を縮径し（ネッキング）、開口部の縁を外側に拡げて（フランジング）、缶胴となる。飲料、食品用途に使用する際には、開口部から内容物（飲料、食品）が缶胴に充填され、別工程で作製された缶蓋を開口部に巻き締めて封止される（図示せず）。
【実施例】
【００４５】
以上、本発明を実施するための形態について述べてきたが、以下に、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００４６】
〔供試材作製〕
（アルミニウム合金板）
表１に示す組成のアルミニウム合金を、溶解し、半連続鋳造法を用いて厚さ６００ｍｍの鋳塊を作製した。この鋳塊に、表１に示す均熱処理温度で４時間保持することにより均質化してから、冷却することなく連続して、表１に示す総圧延率で熱間圧延（粗圧延、仕上げ圧延）を施して熱間圧延板とした。さらに、この熱間圧延板に冷間圧延を施して、板厚０．３０ｍｍのアルミニウム合金板とした。
【００４７】
（缶胴）
得られたアルミニウム合金板に、リン酸クロメート処理を施し、両面に厚さ１６μｍのポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムをラミネートした。このフィルムラミネートを施されたアルミニウム合金板を、カッピング、ＤＩ成形（しごき加工率６５〜７０％）し、開口部をトリミングして、外径約６６ｍｍ、高さ（缶軸方向長）１２４ｍｍ、フィルムを含まない側壁厚さ０．１ｍｍ近傍の有底筒形状の缶胴とした。さらに、塗装時の焼付けを想定した２７０℃×３０秒間の熱処理を行って、供試材とした。得られた供試材のフィルムを含まない側壁厚さを測定し、表１に示す。
【００４８】
〔評価〕
評価は、アルミニウム合金板で金属間化合物分布を、缶胴（熱処理後）で缶剛性、耐突刺し性、および拡缶性（フランジ成形性）を、それぞれ以下に示す方法にて評価した。なお、アルミニウム合金板の作製時において、熱間圧延後の熱間圧延板で以下に示す方法にて再結晶率を評価し、評価基準を満たさなかったもの、すなわち未再結晶部が残存しているものは、アルミニウム合金板に冷間圧延してもＤＩ成形性が不十分なものとなるため、缶胴用アルミニウム合金板として不適であるとして、後続の工程および評価は行わず、表１に「−」で示した。
【００４９】
（再結晶率）
自己焼鈍させた熱間圧延板を、圧延方向と板厚方向を含む面を観察面となるように切り出して樹脂埋めし、観察面を研磨して鏡面として、この鏡面化された面をホウフッ化水素酸の希釈水溶液でエッチングして結晶粒を可視化し、光学顕微鏡にて結晶粒組織を観察した。詳しくは、光学顕微鏡で熱間圧延板の両表面が含まれるように板厚方向に連続写真を撮影し、写真上に板厚方向の直線を引き、この直線上における再結晶粒の長さを計測し、板厚にわたる再結晶粒の長さの合計の、熱間圧延板の板厚に対する百分率を算出して再結晶率とした。評価は、熱間圧延板の圧延幅方向の中央と両端の計３箇所について結晶粒組織を観察、再結晶率を算出して、３箇所すべてが再結晶率９０％以上である熱間圧延板を合格として「○」、１箇所でも９０％未満の熱間圧延板は不良として「×」で評価し、結果を表１に示す。
【００５０】
（金属間化合物分布）
アルミニウム合金板を切り出して樹脂埋めし、圧延方向と板厚方向を含む面を観察面となるように研磨して鏡面とし、この鏡面化された面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて、加速電圧２０ＫＶ、倍率５００倍の組成（ＣＯＭＰＯ）像で２０視野（合計１ｍｍ2）観察した。観察視野は、板厚方向中心を中心として板厚方向に０．１９ｍｍの範囲内とした。母相より白く写る部分をＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物またはＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物と見なし、母相より黒く写る部分をＭｇ−Ｓｉ系金属間化合物と見なして、画像処理により最大長が１μｍ以上の金属間化合物の面積の合計を求め、面積率を算出した。また、最大長が１１μｍ以上の金属間化合物の個数をカウントし、単位面積当たりの個数（個数密度）を算出した。アルミニウム合金板の断面の板厚中心部における金属間化合物の面積率および個数密度を表１に示す。
【００５１】
（缶剛性）
缶胴に開口部から缶軸方向の荷重を加えていき、缶胴が座屈変形するまでの最大荷重を座屈強度として測定した。この座屈強度が１５００Ｎ以上であれば缶剛性良好として「○」、１５００Ｎ未満であると缶剛性不良として「×」で評価し、結果を表１に示す。
【００５２】
（耐突刺し性）
図２に示すように、缶胴を固定して、２．０ｋｇｆ／ｃｍ2（＝１９６ｋＰａ）の内圧をかけた。缶胴の側壁の、アルミニウム合金板の圧延方向が缶軸方向と一致し、缶底から缶軸方向の距離Ｌ＝６０ｍｍの部位に、先端が半径０．５ｍｍの半球面である突刺し針を、側壁に対して垂直に、速度５０ｍｍ／分で突き刺した。そして、突刺し針が側壁を貫通するまでの荷重を測定し、得られた最大荷重を突刺し強度とし、突刺し強度が４０Ｎ以上を合格として、特に４５Ｎ以上は耐突刺し性が優れているとして「◎」、４０Ｎ以上４５Ｎ未満は耐突刺し性良好として「○」、一方、４０Ｎ未満は耐突刺し性不良として「×」で評価し、表１に示す。
【００５３】
（拡缶性）
缶胴の開口部に４段のダイ・ネッキングを施して、開口部の内径を５７．３ｍｍとした。この缶胴を、図３（ａ）に示すように缶底を固定して、開口部から拡缶治具を挿入して缶底へ向けて押し込むことにより開口部の縁を外側に拡げた。治具の挿入部分の径および立ち上がりのＲ（図３のＤ，Ｒ）はそれぞれ５７．３ｍｍ、３．０ｍｍであり、缶胴との接触部には潤滑剤（Castrol製水溶性塑性加工油剤Ｎｏ．７００）を塗布した。缶胴に開口部の端部が破断するまで治具を押し込み、開口部の破断位置から±９０°未満の部位以外における３点のフランジ幅（図３（ｂ）参照）を測定した。供試材の仕様毎に１０個の缶胴のフランジ幅を測定し、３点×１０個の平均値が２．５ｍｍ以上を合格として、特にフランジ幅が３．０ｍｍ以上は拡缶性が優れているとして「◎」、２．５ｍｍ以上３．０ｍｍ未満は拡缶性良好として「○」、２．５ｍｍ未満は拡缶性不良として「×」で評価し、表１に示す。
【００５４】
【表１】
2010236075.tif 000002
【００５５】
表１に示すように、供試材Ｎｏ．１〜７は、アルミニウム合金の成分の各含有量が本発明の範囲内の実施例であり、均熱処理工程における熱処理温度が本発明の範囲内であるので、金属間化合物分布が適度に分布して、かつ熱間圧延後の再結晶が十分に促進されたため、割れ等が発生することなく側壁厚さが０．０９７〜０．１０３ｍｍの缶胴に成形することができた。さらに、これらの供試材で成形された缶胴は、強度が十分に高く、缶剛性、耐突刺し性、および拡缶性が良好であった。
【００５６】
これに対して、供試材Ｎｏ．８〜１７は本発明の要件のいずれかを満たさない比較例である。供試材Ｎｏ．８はＭｇ含有量が不足しているため、熱間圧延後の再結晶が不十分で圧延幅方向の中央部に未再結晶部が残存した。一方、供試材Ｎｏ．９はＭｇ含有量が過剰なため、加工硬化が過大となって拡缶性が低下した。
【００５７】
供試材Ｎｏ．１０，１１はＭｎ含有量が過剰なため、金属間化合物が多量に形成され、さらにこの金属間化合物が均熱処理工程における熱処理温度が本発明の範囲内であることで微細なものとなったために、熱間圧延後の再結晶が阻害された。特に供試材Ｎｏ．１０はＭｇ含有量が不足していることもあって、再結晶が不十分であった。一方、供試材Ｎｏ．１６は、供試材Ｎｏ．１０と同様にＭｇ含有量が不足、Ｍｎ含有量が過剰であるが、均熱処理工程において、熱処理温度が本発明の範囲を超えて高いために金属間化合物が過大にかつ多量に成長して、熱間圧延後の再結晶は十分に促進されたが、これらの金属間化合物が冷間圧延後も微細化されずにアルミニウム合金板に残留したことにより、耐突刺し性が低下した。供試材Ｎｏ．１２もＭｎ含有量が過剰であり、かつＦｅ含有量も過剰なため、均熱処理工程において、熱処理温度が本発明の範囲内であっても金属間化合物が多量にかつ大きなものが多数形成されて、耐突刺し性が低下した。
【００５８】
供試材Ｎｏ．１３はＳｉ含有量が過剰なため、Ｍｇ2Ｓｉが多く形成されてアルミニウム合金へのＭｇ固溶量が不足したことにより強度が不足し、缶剛性、耐突刺し性、および拡缶性が十分に得られなかった。供試材Ｎｏ．１４はＣｕ含有量が過剰なため、加工硬化が過大となって加工性が不足し、拡缶性が低下した。一方、供試材Ｎｏ．１５はＣｕ含有量が不足した（無添加である）ことにより強度が不足し、缶剛性および耐突刺し性が十分に得られなかった。
【００５９】
供試材Ｎｏ．１７は、アルミニウム合金の成分は本発明の範囲内であるが、均熱処理工程において、熱処理温度が本発明の範囲を超えて高いために金属間化合物が過大に成長し、熱間圧延および冷間圧延後も大きな金属間化合物が多数残留したことにより、耐突刺し性が低下した。
【図１】
2010236075.tif 000003
【図２】
2010236075.tif 000004
【図３】
2010236075.tif 000005