(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇ３．３〜５．０％(質量％、以下同様)、Ｍｎ０．０１〜０．５５％、Ｓｉ０．０２〜０．２０％、Ｃｕ０．０１〜０．３５％、Ｃｒ０．０１〜０．１５％を含有し、Ｆｅ０．４０％以下、Ｔｉ０．０５％以下に規制し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金鋳塊を設定温度４６０〜５３０℃、保持０．５〜１５時間である均質化処理を兼ねた加熱処理を施し、
（１）最終パスの圧下率：３９〜６０％
（２）最終パスの圧延速度：１５０ｍ／分以上
（３）最終パス完了後の板の実体温度：２６０〜３４０℃
（４）熱間圧延上り板厚：１．８〜３．４ｍｍ
（５）熱間圧延板の再結晶率：９０％以上
の条件を満たす熱間圧延を行った後、最終板厚までは焼鈍を行わずに、８４〜９２％の圧延率で冷間圧延を行うことを特徴とする陽圧缶用の蓋に使用するアルミニウム合金板の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のアルミニウム合金板の製造方法によって得られたアルミニウム合金冷間圧延板に対して、１００〜２４０℃の温度範囲、保持１〜１０時間の調質焼鈍を施すことを特徴とする陽圧缶用の蓋に使用するアルミニウム合金板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は缶蓋用のアルミニウム合金、特にリベット成形性、スコアー加工性、そして耐ブローアップ性に優れた陽圧缶用の蓋に使用するアルミニウム合金板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金缶蓋材は、内容物の種類や用途によって合金やプロセスを変えて製造するのが一般的である。例えば、炭酸飲料などの陽圧缶にはＪＩＳ５１８２合金が、内圧がかからない陰圧缶用にはＪＩＳ５０５２合金や、最近ではその合金の主要元素の１つであるＣｒをＭｎに置き換えた合金が主に使用されている。
また近年ではコスト削減の一環で材料の薄肉化が進んでおり、このため板厚を薄くした場合においても成形性に優れたアルミニウム合金缶蓋材の要求が益々高まっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に材料の薄肉化が進むと、加工時の材料にかかる負荷が大きくなるため、成形性が低下し何らかの問題が生じる。
例えば、缶蓋材としてのアルミニウム板はプレスなどにより円形に打ち抜いて缶蓋の形状に加工していくが、カウンターシンク部では問題なくても、加工条件の厳しいリベット成形やスコアー加工を行った時に割れが発生することがある。
また、蓋と胴、タブを組み合わせて缶とし、内容物を充填して製品とするが、内容物が炭酸系の飲料やあるいは窒素充填などの処理を施す陽圧缶の場合には、缶蓋に対して高い内圧がかかった時にカウンターシンク部が反り返る前にスコアー部が破裂してしまう「ブローアップ」と呼ばれる現象が生じ、内容物が噴出してしまうこともある。
このように、陽圧缶用の蓋の場合には素材のリベット成形性やスコアー加工性さらには耐ブローアップ性が低下して、内容物を健全な状態で長期間保持することができないといった問題がある。
そこで、我々はこれらの諸問題を引き起こさない成形性に優れた陽圧缶用の蓋に使用するアルミニウム合金板の開発を積極的に進めてきた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明者らが種々実験、検討を重ねた結果、本発明に至った。
すなわち本発明は、Ｍｇ３．３〜５．０％(質量％、以下同様)、Ｍｎ０．０１〜０．５５％、Ｓｉ０．０２〜０．２０％、Ｃｕ０．０１〜０．３５％、Ｃｒ０．０１〜０．１５％を含有し、Ｆｅ０．４０％以下、Ｔｉ０．０５％以下に規制し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌ合金鋳塊を設定温度４６０〜５３０℃、保持０．５〜１５時間である均質化処理を兼ねた加熱処理を施し、
（１）最終パスの圧下率：３９〜６０％
（２）最終パスの圧延速度：１５０ｍ／分以上
（３）最終パス完了後の板の実体温度：２６０〜３４０℃
（４）熱間圧延上り板厚：１．８〜３．４ｍｍ
（５）熱間圧延板の再結晶率：９０％以上
の条件を満たす熱間圧延を行った後、最終板厚までは焼鈍を行わず、８４〜９２％の圧延率で冷間圧延を行うことを特徴とする陽圧缶用の蓋に使用するアルミニウム合金板の製造方法である。
また上記のアルミニウム合金板の製造方法によって得られたアルミニウム合金冷間圧延板に対して、１００〜２４０℃の温度範囲、保持１〜１０時間の調質焼鈍を施すことを特徴とする陽圧缶用の蓋に使用するアルミニウム合金板の製造方法である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各要素の限定理由について説明する。
先ず、この発明における合金成分の限定理由について説明する。
【０００６】
Ｍｇ：Ｍｇの添加はＭｇそれ自体の固溶による強度向上があり、また転位との相互作用が大きいために加工硬化による強度向上が期待でき、内圧のかかるアルミニウム合金缶蓋材に対して必要な強度を得るためには不可欠な元素である。しかし、Ｍｇ量が３．３％未満では十分な強度を得ることができない。一方、５．０％を超えると冷間圧延によって導入される転位密度が過剰になり、リベット成形性やスコアー加工性を低下させてしまう。また、過剰転位密度が引き起こすスコアー加工性の低下は非常に深刻で、かなりの高い確率でブローアップを発生させることが明らかになった。更に、本発明プロセスの場合には、熱間圧延後、最終板厚までは焼鈍を施さないため、他の合金元素の添加量によっては冷間圧延性を阻害してしまう。このため、Ｍｇ添加量を３．３〜５．０％の範囲とした。
【０００７】
Ｍｎ：Ｍｎの添加は強度向上と塗装焼付け時の軟化抑制に大きな効果がある。そのため、少なくとも０．０１％以上の添加が必要である。一方、０．５５％を超えるとＡｌ−Ｍｎ−(Ｓｉ)、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−(Ｓｉ)系金属間化合物の生成と粗大化が生じる。金属間化合物の延性はアルミニウムマトリックスに比べて極端に低いため、リベット成形性やスコアー加工性を低下させてしまう。また、金属間化合物の粗大化が引き起こすスコアー加工性の低下は非常に深刻で、かなりの高い確率でブローアップを発生させることが明らかになった。従って、Ｍｎ添加量を０．０１〜０．５５％の範囲とした。
【０００８】
Ｓｉ：Ｓｉの添加は塗装焼付け時の軟化抑制に大きな効果がある。そのため、少なくとも０．０２％以上の添加が必要である。一方、０．２０％を超えるとＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−ＳｉさらにはＭｇ２Ｓｉ金属間化合物の生成と粗大化を引き起こし、過剰にＭｎを添加した時と同じ問題が発生してしまう。従ってＳｉ添加量を０．０２〜０．２０％の範囲にした。
【０００９】
Ｃｕ：Ｃｕの添加は強度向上と塗装焼付け時の軟化に対して効果的である。しかし、添加量が０．０１％未満では、その効果は現れない。一方、０．３５％を超える場合には、冷間圧延によって導入される転位密度が高くなり、過剰にＭｇを添加した時と同じ問題が発生してしまう。更に、本発明プロセスの場合には、熱間圧延後に最終板厚までは焼鈍を施さないため、冷間圧延性を阻害してしまう。そのためＣｕ添加量を０．０１〜０．３５％の範囲にした。
【００１０】
Ｃｒ：Ｃｒの添加は強度向上と塗装焼付け時の軟化抑制に大きな効果がある。しかし、添加量が０．０１％未満では、その効果は現れない。一方、０．１５％を超える場合には冷間圧延によって導入される転位密度が高くなりすぎる。また、Ａｌ−Ｃｒ系の金属間化合物の生成と粗大化を引き起こす。その結果、リベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性を低下させてしまう。更には、冷間圧延性も阻害してしまう。そのためＣｒ添加量を０．０１〜０．１５％の範囲とした。
【００１１】
Ｆｅ：Ｆｅの添加は塗装焼付け時の軟化抑制に大きな効果がある。しかし、０．４０％を超えるとＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−(Ｓｉ)系金属間化合物の生成と粗大化を引き起こし、リベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性を劣化させてしまう。従って、Ｆｅ添加量を０．４０％以下に規制した。
【００１２】
Ｔｉ：Ｔｉは結晶粒の微細化に有効な元素であるが、添加量が多いと鋳塊組織を羽毛状晶になり難くし、粒状晶を生成しやすくする。粒状晶の場合には、羽毛状晶の場合よりも粒界に晶出する金属間化合物を粗大化させたり、それ自体、粗大金属間化合物を生成してしまう。従って、Ｔｉ量を０．０５％以下に規制した。尚、ＴｉにＢを加えて添加する場合もあるが、その時のＢ量は１００ｐｐｍ以下にすることが望ましい。
【００１３】
次に本発明の製造プロセスについて説明する。
【００１４】
まず、設定温度４６０〜５３０℃、保持０．５〜１５時間である均質化処理を兼ねた加熱処理を施す理由について説明する。
設定温度が４６０℃未満の場合は金属間化合物の粗大化に対して抑制効果があり、リベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性は良好である。しかし、熱間圧延でワニ口割れなどの板端部の割れが発生して、熱間圧延性を低下させてしまう。一方、５３０℃を超えると金属間化合物の粗大化効果が大きく、リベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性が劣化する。更に、保持０．５時間未満では金属間化合物の粗大化に対して抑制効果があるが、組織の均質化が得られない。更に、熱間圧延性を低下させてしまう。一方、１５時間を超えると、金属間化合物の粗大化効果が大きく、製蓋時には先述の蓋の諸問題が発生してしまう。そのため、均質化処理を兼ねた加熱処理条件は、設定温度４６０〜５３０℃、保持０．５〜１５時間に設定した。
【００１５】
また、本発明プロセスは熱間圧延で焼鈍を兼ね、最終板厚までの焼鈍を省略するものである。そのため、以下に列挙する熱間圧延、冷間圧延の制御は先述の成形性や生産性の観点から非常に重要な役割を果たす。
【００１６】
（１）最終パスの圧下率：３９〜６０％
最終パスの圧下率が３９％未満では、再結晶に対する駆動力が小さすぎ熱間圧延板の再結晶率の規定を満たさなくなる。その結果、製品板での転位密度は熱間圧延で残存した転位密度＋冷間圧延によって導入された転位密度になる。先にも説明したように、過剰の転位密度はリベット成形性、スコアー加工性さらに耐ブローアップ性までも低下させる。一方、６０％を超える圧下率では、熱間圧延中に板切れが生じてしまうこともある。また、クーラントの焼付きによるコーティングが発生して製品としての価値を失う。そこで、最終パスの圧下率を３９〜６０％とした。
【００１７】
（２）最終パスの圧延速度：１５０ｍ／分以上
最終パスの圧延速度が１５０ｍ／分未満であると、圧下率と同様に再結晶に対する駆動力が小さすぎる。そのため、熱間圧延板の再結晶率の規定を満たさなくなり、リベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性が低下する。
【００１８】
（３）最終パス完了後の板の実体温度：２６０〜３４０℃
最終パス完了後の板の実体温度が２６０℃未満では、熱間圧延後のコイル冷却中などで生じる再結晶が起こり難い。そのため、熱間圧延板の再結晶率の規定を満たさなくなり、リベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性が低下する。一方、３４０℃を超える場合には、再結晶に対しては優位であるが、クーラントの焼付きによるコーティングが発生して製品としての価値を失う。そのため、最終パス完了後の板の実体温度を２６０〜３４０℃の範囲とした。
【００１９】
（４）熱間圧延上り板厚：１．８〜３．４ｍｍ
熱間圧延上り板厚が１．８ｍｍ未満では、熱間圧延中の温度低下の影響が極端に大きくなり、最終パス完了後の板の実体温度が２６０℃を下回ることもある。そのため、熱間圧延板の再結晶率の規定を満たすことができなくなる。一方、３．４ｍｍを超える場合には、総冷間圧延率が高くなり過ぎ、冷間圧延によって導入される転位密度が過剰になる。その結果、先述の蓋の諸問題が発生してしまう。そこで、熱間圧延上り板厚を上記の範囲にした。
【００２０】
（５）熱間圧延板の再結晶率：９０％以上
熱間圧延板の再結晶率が９０％未満では、熱間圧延で残存する転位密度が高い。製品板での転位密度は（熱間圧延で残存した転位密度）＋（冷間圧延によって導入された転位密度）になることから、転位密度は過剰となり、その結果、リベット成形性、スコアー加工性を低下させ、さらに過剰転位密度によるスコアー加工性の低下に伴い高い確率でブローアップを発生させる。従って、熱間圧延板の再結晶率は９０％以上とし、残存転位密度を少なくしてリベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性を向上させる必要がある。
尚、再結晶率の測定は光学顕微鏡を使用して熱間圧延板の圧延方向断面で行った。
【００２１】
次に冷間圧延条件について説明する。
冷間圧延率が８４％未満では、炭酸を含むアルミニウム合金缶蓋材に必要とする強度にならないことがある。一方、９２％を超える圧延率では冷間圧延によって導入される転位密度が過剰になり、リベット成形性、スコアー加工性、耐ブローアップ性が低下する。そこで、冷間圧延率は８４〜９２％の範囲に規定した。
【００２２】
本発明プロセスは熱間圧延で中間焼鈍を兼ね、熱間圧延直後あるいは冷間圧延の途中での焼鈍（中間焼鈍）を省略し、最終板厚までは焼鈍を行わない。
上記の条件の熱間圧延を施して熱間圧延上り板の転位密度を低く抑え、途中の焼鈍は行わずに上記の最終冷間圧延を施すことにより、缶蓋材としての十分な強度を与えるとともに、過剰の転位密度となることを抑制してリベット成形性、スコアー加工性さらに耐ブローアップ性を向上させることができる。
【００２３】
上記の条件を満たして製造した冷間圧延板に対して、１００〜２４０℃の温度範囲で保持１〜１０時間の調質焼鈍を行うことができる。
１００℃未満では調質焼鈍の効果が充分に得られず、一方、２４０℃を超える温度では材料軟化の影響が大きくなり過ぎ、陽圧缶用の蓋に要求される強度を満たさなくなる。また保持１時間未満ではコイル全体に渡って均一な熱処理ができない。これに対し、１０時間を超えると生産性の低下を招くだけでなく、強度不足を引き起こしてしまう。そのため、調質焼鈍の条件を上記の通りにした。
【００２４】
【実施例】
表１に示す種々の化学成分のアルミニウム合金鋳塊を、表２で記載したプロセスで製造し最終板厚０．２５ｍｍに仕上げて、エポキシユリア系の塗料で塗装し、２６０℃×２４ｓで焼き付け処理した。なお表２の（６）〜（１０）は製造条件は本発明の条件を満たすものだが、合金の成分組成が外れているものである。
【００２５】
【表１】
0003726893.tif 000002
【００２６】
【表２】
0003726893.tif 000003
【００２７】
得られた塗装板に対して、各特性を評価した。
リベット成形性とスコアー加工性の評価はフルフォーム形状の蓋を２０００個作製し、リベット部とスコアー部裏の割れを目視で判断した。割れのまったく無いものを○（合格）、割れが１個でも認められたものを×（不合格）とした。
更に、２０００個の中からランダムに蓋を２０個取り出し、ＥＲＶを測定した。測定値の平均が１０ｍＡ以下の場合を○、１０ｍＡを超える場合を×とした。
耐ブローアップ性の評価は、ランダムに蓋を２０個取り出し耐圧試験を行い、カウンターシンク部から全て蓋が反り返ったものを○、１個でもスコアー部から蓋が破損した場合を×とした。
尚、塗装後の耐力（ＹＳ）が２７０ＭＰａを下回る場合には、陽圧缶用の蓋材に要求される強度に足りないため不合格とした。
その結果を表３に示す。
【００２８】
【表３】
0003726893.tif 000004
【００２９】
表３に示すように、発明例であるＮｏ．１およびＮｏ．４はいずれも良好なリベット成形性、スコアー加工性を示すとともに、耐ブローアップ性も良好であり、しかも充分な強度も有している。
これに対してＮｏ．２、Ｎｏ．３、Ｎｏ．５は合金成分組成は本発明の規定内だが、製造条件が外れていることから、リベット成形性、スコアー加工性が悪くなっている。また耐ブローアップ性も良くない。
またＮｏ．６〜９は合金組成が外れているため、リベット成形性やスコアー加工性、耐ブローアップ性が悪くなっている。
Ｎｏ．１０はＭｇ量の少ない合金組成であり、リベット成形性やスコアー加工性、さらに耐ブローアップ性は良いものの強度不足になってしまっている。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によるアルミニウム合金板は、板厚を薄くしてもリベット成形性、スコアー加工性に優れ、缶蓋に成形するためにこれらの加工を施した場合にも割れの発生がない。
また炭酸系の飲料や窒素充填を施して内容物を充填する陽圧缶として用いても、内圧がかかった場合にもスコアー部の破裂が無く、耐ブローアップ性に優れている。
また冷間圧延途中での中間焼鈍を行わず、生産性を向上させることができる製造方法を提供することができる。
従って、本発明によれば陽圧缶用の蓋に適したアルミニウム合金板を効率的に提供することができる。