(57)【要約】  【課題】  ＳＡ工程での製造方法であっても材料強度に影響せず安定して低耳の缶蓋材を得る。  【解決手段】  Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．２〜０．７％、Ｃｕ：０．０５〜０．１５％、Ｆｅ：０．１〜０．５％  、Ｍｇ：２．０〜２．５％を含有するアルミニウム合金鋳塊を、含有するＭｎ量に応じて、（４１０＋２００×Ｍｎ［ｍａｓｓ％］）℃で３〜１２時間の均質化処理後、熱間圧延を施し、コイル状に巻き取った直後のコイル側面温度を３１０〜３４０℃とし、板の断面における０．５〜３．５μｍの大きさの第２相粒子を１ｍｍ２中に５０００〜２００００個存在させ、その後中間熱処理をすることなく圧延率８６〜９０％の冷間圧延を施し、総絞り率４８％にて円筒状深絞り容器にしたときの耳率が８％以下となるようにする。  【選択図】  無し【特許請求の範囲】
【請求項１】
必須元素として、Ｓｉ：０．１〜０．３％（ｍａｓｓ％、以下同じ）、Ｍｎ：０．２〜０．７％、Ｃｕ：０．０５〜０．１５％、Ｆｅ：０．１〜０．５％  、Ｍｇ：２．０〜２．５％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるアルミニウム合金鋳塊を、含有するＭｎ量に応じて、（４１０＋２００×Ｍｎ［ｍａｓｓ％］±１９）℃で３〜１２時間の均質化処理後、熱間圧延を施し、コイル状に巻き上げた直後のコイル側面温度を３１０〜３４０℃とし、板の断面（圧延方向と厚さ方向を２辺とする面）における０．５〜３．５μｍの大きさの第２相粒子を１ｍｍ２中に５０００〜２００００個存在させ、その後中間熱処理をすることなく圧延率８６〜９０％の冷間圧延を施すことにより、総絞り率４８％にて円筒状深絞り容器にしたときの耳率が８％以下となるようにすることを特徴とする缶蓋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】
本発明は陰圧缶用のアルミニウム缶蓋用のアルミニウム合金板に関するものである。すなわち、缶内部に充填する飲料が炭酸を含まない、コーヒー、茶等を対象とし、アルミニウムまたはスチール製の缶胴体と本発明のアルミニウム合金板で成形した缶蓋体を巻き締めることにより、１個の飲料缶製品となる。
【背景技術】
【０００２】
これまでも缶蓋用アルミニウム合金板において耳率の改善を目的とした発明があるが、下記の理由により、いずれも不十分であった。
【０００３】
特許文献１では、リサイクル性が優れるという理由から、合金組成のみを規定しているが、本発明のように製法までも規定しなければ、所望の耳率の良い材料が得られない。
【０００４】
特許文献２では、冷間圧延板表面の１〜２０μｍの大きさを有する第２相粒子の面積占有率を規定し、缶蓋の開口性の改善を行なっているが、耳率を向上させるには、この段階でのこのサイズの第２相粒子の制御では不十分である。
【０００５】
特許文献３では、耳率及び開缶性を向上させるために、熱間圧延の条件及び熱間圧延板の表層部における結晶粒の方位密度を規定している。これは耳率低減には有効であるが、多段タンデム熱間圧延機を用いての製造では、本発明のように更に一定サイズの第２相粒子の分布を規定することが必要である。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１６０２７３号公報
【特許文献２】特開２０００−２７３５９３号公報
【特許文献３】特開２００１−２１４２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アルミニウム合金板の耳率が悪いと、成形された缶蓋体のカール部の高さ（カールハイト）が円周方向にて均一とならない。カールハイトが円周方向で不均一になってしまうと、缶胴体との勘合の際に、カールハイトが部分的に高い箇所にて缶胴体と点接触してしまうため、部分的に勘合されない不具合が生じてしまう。そのため、缶蓋用アルミニウム合金板にはできるだけ、耳率の低いことが要求されている。
【０００８】
本発明の対象となる製造方法は、熱間圧延終了後、もしくは冷間圧延のパス間に、中間焼鈍を施さないような工程、いわゆるＳＡ（Ｓｅｌｆ−Ａｎｎｅａｌｉｎｇ、自己焼鈍）工程である。ＳＡ工程は、焼鈍処理を省略できるため、コスト的には有利であるが、以下のようなデメリットがある。すなわち、ＳＡ以外の工程であれば、中間焼鈍の熱処理条件（温度、時間）や中間焼鈍前までの冷間圧延の圧下率、中間焼鈍後の冷間圧延率の変更等により、耳率の制御がより容易に変更可能となるが、ＳＡ工程の場合、熱間圧延以降で熱処理が付与されないため、耳率の制御が制限されてしまう。
【０００９】
アルミニウムもしくはアルミニウム合金をタンデム式の熱間圧延機にて比較的高い圧延率で熱間圧延し、再結晶させた材料の集合組織は、立方体方位が優位となる傾向がある。続く冷間圧延にて結晶粒はファイバー状に伸ばされ、方位はランダムとなる。前者の方位が優位な圧延板では、深絞りにより形成された容器は、圧延方向に対して０°と９０°に耳が強くなり、後者の方位が優位であれば、４５°に耳が強くなる。従って、両者のバランスをとることにより、耳率の低い材料を製造する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
冷間圧延の圧下率変更による制御は、耳率以外の因子である材料強度の変更を伴ってしまうため、缶蓋体の強度及び成形性への影響を考慮すると好ましくない。そのため熱間圧延以前の材料制御が必要であるが、本発明者等は合金組成及び製造方法を規定することにより、熱間仕上げ圧延後の板の断面における０．５〜３．５μｍの大きさの第２相粒子の分布状況を制御して、耳率が良好な缶蓋用アルミニウム合金板が製造可能となることを見出し、本発明に到達した。
【００１１】
すなわち、必須元素として、Ｓｉ：０．１〜０．３％（ｍａｓｓ％、以下同じ）、Ｍｎ：０．２〜０．７％、Ｃｕ：０．０５〜０．１５％、Ｆｅ：０．１〜０．５％  、Ｍｇ：２．０〜２．５％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるアルミニウム合金鋳塊を、含有するＭｎ量に応じて、（４１０＋２００×Ｍｎ［ｍａｓｓ％］±１９）℃で３〜１２時間の均質化処理後、熱間圧延を施し、コイル状に巻き上げた直後のコイル側面温度を３１０〜３４０℃とし、板の断面（圧延方向と厚さ方向を２辺とする面）における０．５〜３．５μｍの大きさの第２相粒子を１ｍｍ２中に５０００〜２００００個存在させ、その後中間熱処理をすることなく圧延率８６〜９０％の冷間圧延を施すことにより、総絞り率４８％にて円筒状深絞り容器にしたときの耳率が８％以下となるようにすることを特徴とする缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＳＡ工程での製造方法であっても材料強度に影響せず安定して低耳の缶蓋材を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明での合金成分の作用および範囲限定の理由を述べる。
【００１４】
Ｓｉ：  添加量を０．１〜０．３％とする。Ａｌ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｓｉ系化合物（α相）、Ｍｇ２Ｓｉ等の第２相粒子形成に影響を及ぼす。本発明のような良好な耳率を得るには、上記のように熱間圧延時もしくは圧延直後に形成される再結晶集合組織を最適にする必要があるが、再結晶集合組織には０．５〜３．５μｍの大きさの第２相粒子分布が影響される。０．１％未満では、アルミニウム合金板の製法を如何にしてもその粒子分布が得られない。０．３％を超える範囲では、粗大な第２相粒子が発生してしまい、缶蓋のリベット成形の際に割れが発生しやすくなる。
【００１５】
Ｍｎ：添加量を０．２〜０．７％とする。強度を向上させるとともに、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の第２相粒子形成に影響を及ぼす。前述と同様に、０．２％未満では、耳率制御のために必要な一定サイズ以上の第２相粒子の分布を得られず、０．７％を超えると、粗大な第２相粒子が発生してしまい、缶蓋のリベット成形の際に割れが発生しやすくなる。後述の均質化処理温度を添加量に応じて変化させる。
【００１６】
Ｃｕ：添加量を０．０５〜０．１５％とする。冷延や塗装焼付け時のＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系析出による強度上昇、耐熱性の向上に必要である。０．０５％未満ではその効果が少なく、０．１５％を超えると強度過剰により、成形性が低下する。
Ｆｅ：添加量を０．１〜０．５％とする。Ｍｎ同様にＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の第２相粒子形成に影響を及ぼす。０．１％未満では、耳率制御のために必要な一定サイズ以上の第２相粒子の分布を得られず、０．５％を超えると、粗大な第２相粒子が発生してしまい、成形性が低下する。
【００１７】
Ｍｇ：添加量を２〜３．５％とする。固溶硬化による強度向上に寄与するとともに、Ｍｇ２Ｓｉの第２相粒子形成に影響を及ぼす。２％未満ではその効果が不十分である。一方、３．５％を超えると圧延時や成形中の加工硬化が大きくなり、成形性が低下する。
【００１８】
以上の各元素のほかは、基本的にはＡｌおよび不可避的不純物とすれば良いが、必要に
応じてＣｒ、Ｚｎ、Ｔｉのうちの１種または２種以上を添加しても良い。これらのＣｒ、
Ｚｎ、Ｔｉについてさらに詳細に説明する。
【００１９】
Ｃｒ：
Ｃｒは強度向上に効果的な元素であるが、０．０５％未満ではその効果が少なく、０．
５％を越えれば巨大晶出物生成によって成形性の低下を招くため、好ましくない。そこで
Ｃｒを添加する場合のＣｒ量の範囲は０．０５〜０．５％とした。なおＣｒ量のより好ま
しい範囲は０．１〜０．４％である。
【００２０】
Ｚｎ：
Ｚｎの添加はＡｌ−Ｍｇ−Ｚｎ系粒子の時効析出による強度向上に寄与するが、０．０
５％未満ではその効果が得られず、０．８％を越えれば、強度への寄与については問題が
ないが、耐食性を劣化させる。そこでＺｎを添加する場合のＺｒ量の範囲は０．０５〜０
．８％とした。なおＺｎ量のより好ましい範囲は、０．１〜０．５％である。
【００２１】
Ｔｉ：
通常のアルミニウム合金においては、鋳塊結晶粒微細化のためにＴｉを微量添加するこ
とが行なわれており、この発明においても、必要に応じて微量のＴｉを添加しても良い。
但しＴｉ量が０．００１％未満ではその効果が得られず、一方０．２０％を越えれば巨大
なＡｌ−Ｔｉ系金属間化合物が晶出して成形性を阻害するため、Ｔｉを添加する場合のＴ
ｉ量は０．００１〜０．２０％の範囲内とした。またＴｉとともに微量のＢを添加すれば
鋳塊結晶粒微細化の効果が向上することが知られており、そこでこの発明の場合もＴｉと
ともに微量のＢを添加することは許容される。このようにＴｉと併せてＢを添加する場合
、Ｂ量が０．０００１％未満ではその効果がなく、０．０５％を越えればＴｉ−Ｂ系の粗
大粒子が混入して成形性を害することから、ＴｉとともにＢを添加する場合のＢ量は０．
０００１〜０．０５％の範囲内とすることが望ましい。
【００２２】
本発明では上記合金組成をもつアルミニウム鋳塊を以下の工程で製造する。
【００２３】
均質化処理は、アルミニウム鋳塊に含有するＭｎ量に応じて、温度を（４１０＋２００×Ｍｎ［mass％］±１９）℃として３〜１２時間とする。均質化処理は、熱間圧延板の０．５〜３．５μｍの大きさの第２相粒子分布を制御するのに重要な工程である。その温度をＭｎ量によって変化させるのは、Ｍｎは他元素に比べてＡｌ中に固溶し難く、本発明のように０．２〜０．８％と比較的多く添加させる場合は、同一温度条件ではＭｎ量の増加に応じて第２相粒子は大きく、且つ密に分布するようになる。そのため本発明のように、耳率を制御するためには最適な第２相粒子分布の状態を得ることが必要であり、Ｍｎ量によって均質化処理温度を変える必要がある。温度が高くなるほど、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の第２相粒子はＡｌ中に固溶する方向に作用するため、Ｍｎが多く含有されている場合は温度を高く、Ｍｎが低く含有されている場合は温度を低く設定しなければならない。特に、本発明のように（４１０＋２００×Ｍｎ［mass％］±１９）℃のように設定すれば、Ｍｎ含有量が異なってもほぼ同一の第２相粒子分布が得られ、最終板の耳率が安定して低くなる。ここで±１９℃は温度制御の許容範囲であり±１９℃を超えると、第２相粒子の分布が外れてしまう。同じ理由で、温度制御の許容範囲は±１０℃が望ましい。
【００２４】
均質化処理後、熱間粗圧延、熱間仕上圧延を行なう。熱間仕上圧延は、タンデム式の熱間圧延機を用い、総圧下率８８〜９４％にて圧延し、コイル状に巻上げる。その巻き上げた直後のコイル側面の温度が３１０℃〜３４０℃になるようにする。コイル温度が３１０℃未満であると、コイル巻き後に材料の再結晶が十分に行なわれず、材料の過剰な高強度化や長手方向の強度ばらつきが大きくなってしまう。３４０℃を超えるような材料温度であると、熱間仕上圧延時に温度が高くなりすぎてしまい、ピックアップインクルージョンのような表面不良を生じてしまう。  材料温度の制御は、熱間粗圧延後の材料温度維持、熱間仕上圧延の圧延速度、圧延油の油温、流量、エマルジョン状態等を調整することにより行なう。
【００２５】
良好な耳率を得るには、熱間圧延時もしくは圧延直後に形成される再結晶集合組織を最適にする必要があるが、再結晶集合組織には一定サイズ以上の第２相粒子の分布が影響する。
一定サイズ以上の第２相粒子が熱間圧延板に存在しなければ、タンデム式熱間圧延機にて熱間圧延された材料は、立方体方位結晶粒が優位となり、その材料に冷間圧延を施したアルミニウム合金板の耳率は０−９０°耳高となる。一定サイズ以上の第２相粒子が熱間圧延板に存在すれば、その粒子と母相との界面にて立方体方位とは異なる方位を有する結晶粒の生成及び成長が促進される。立方体方位以外の結晶粒を多く有する材料に冷間圧延を施したアルミニウム合金板の耳率は４５°耳高となるが、熱間圧延板中に一定量以上に第２相粒子が存在すると、続く冷間圧延時に第２相粒子を核として転位が過剰に集積するため材料強度が過大となり、缶蓋の成形性を阻害してしまう。
【００２６】
そのため、本発明では、上記の条件で製造して、熱間仕上げ圧延後の板の断面（圧延方向と厚さ方向を２辺とする面）における０．５〜３．５μｍの大きさの第２相粒子が１ｍｍ２中に５０００〜２００００個存在するようにする。
【００２７】
このような分布密度とすることによって、立方体方位とそれ以外の方位を有する結晶粒バランスの取れた材料組織とすれば、耳率及び成形性の良好な材料となる。
【００２８】
第２相粒子の大きさが０．５μｍ未満であれば、立方体方位とは異なる方位を有する結晶粒の生成サイトとはなり得ず、３．５μｍを超えると生成サイトにはなり得るが、大きな第２相粒子は缶蓋成形性を阻害するので、好ましくない。またその分布密度が１ｍｍ２中に５０００個未満であれば、立方体方位の結晶粒が優位となり、製品の耳が０−９０°耳高となり耳率が高くなるし、２００００個を超えると、材料強度が過大となり成形性が悪くなる。
【００２９】
熱間仕上圧延後に、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延を施すが、冷間圧延率が８６％未満であると缶蓋として必要な強度が得られず、９０％を超えると素板強度の過度な超過により、缶蓋成形時に成形性を損ねる。よって、冷間圧延率は８６〜９０％とする。
【００３０】
上記の様な製造方法をとることにより最終的に得られた板を総絞り率４８％にて円筒状深絞り容器にしたときの耳率が８％以下とする。耳率が８％を超えてしまうと、缶蓋として成形したときにカール部の高さが部分的に高い箇所が生じてしまい、缶胴部との勘合時に不具合を生じてしまう。
【実施例１】
【００３１】
以下の実施例における特性の評価方法は以下の通り実施した。
【００３２】
・仕上熱間圧延板の第２相粒子分布
バフ研磨した熱間圧延板の断面（圧延方向と厚さ方向を２辺とする面）の任意の５ｍｍ２範囲を光学顕微鏡にて撮影し、撮影像を画像解析装置にて２値化して、第２相粒子のサイズ及び個数密度を測定した。
【００３３】
・塗装焼付け後の素板耐力
冷間圧延板から圧延方向を長手方向としたＪＩＳ５号引張り試験片をオイルバスにて塗装焼付相当の処理（２５０℃×１０秒）した後、引張り速度２０ｍｍ／分で引張り試験を行い、０．２％耐力値を測定した。塗装焼付け後の耐力値が２３０ＭＰａ以下の場合、缶蓋としての必要強度が不足するため、不良となる。
【００３４】
・缶蓋成形性（リベット成形性）
塗装焼付け処理を施した最終板に、多段の張り出し成形を付与し、割れの有無を目視にて確認した。５００枚の板に成形を施し、１枚でも割れが認められた場合、不良（×）とした。
【００３５】
・耳率  （幅方向分布を含む）
Φ５７の円形ブランクから絞り率４８％の円筒容器を作成し、円筒容器の側壁高さを、円周方向にピッチ４５°で合計８点測定し、下式のような計算から耳率を求めた。
耳率  ＝（４５°の平均高さ−０、９０°の平均高さ）／（全測定点の平均高さ）
円形ブランクのサンプリングは、アルミニウム合金板の幅方向から等間隔に５点を測定し、５点の平均値が８％超を不良（×）とした。
【００３６】
表１に示す合金組成のＡｌ合金を常法により溶解鋳造し鋳塊を製造した。次いで添加Ｍｎ量に応じた温度にて均質化処理をした後、熱間粗圧延を施し、板厚２３ｍｍまで圧延した。その後、４段タンデム式圧延機にて熱間仕上げ圧延を実施し、各段の圧下率は約５０％、板厚１．８ｍｍとし、コイル巻上げ直後の材料温度は３１０〜３４０℃であった。その後、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延を施し０．２５ｍｍのアルミニウム合金板を製造した。
【００３７】
【表１】
2006257470.tif 000002
【００３８】
本発明の組成範囲内にある合金は、熱延板の第２相粒子分布が請求項１を満たす範囲であり、円筒容器の耳率も請求項１の範囲を満たす。また、塗装焼付け後の耐力についても２３０ＭＰａ以上を確保し、缶蓋（リベット）成形性も良好となっている。
【００３９】
比較例８、１０、１４はそれぞれＳｉ，Ｆｅ，Ｍｎが本発明の規定下限から外れているおり、熱間圧延板の第２相粒子分布が規定範囲外であり且つ耳率が悪い。比較例１２、１４、１６はそれぞれＣｕ，Ｍｎ，Ｍｇが本発明の規定下限から外れているため、塗装後の耐力が十分に得られておらず、比較例７、９、１１、１３、１５はそれぞれＳｉ，Ｆｅ，Ｃｕ，Ｍｎ，Ｍｇが本発明の規定上限から外れているため、缶蓋の成形性が劣っている。
【実施例２】
【００４０】
上記表１の合金組成１のＡｌ合金を常法により溶解鋳造した後、表２の条件で均質化処理、熱間圧延を実施した。その後、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延を施しアルミニウム板を製造した。なお、合金組成１のＭｎ量から算出される均質化処理温度は４６０±１９℃である。
【００４１】
表２に、実施例の結果を示す。
【００４２】
【表２】
2006257470.tif 000003
【００４３】
本発明の製造条件であるＡ〜Ｄは熱延板の第２相粒子分布が本発明内にあり、耳率及び塗装焼付け後の耐力、缶蓋成形性のいずれにおいても良好な結果が得られている。
【００４４】
一方比較例Ｅは、均質化処理温度が規定より低く、熱延上り温度も低く、熱延板の第２相粒子分布が多すぎ、塗装焼付け後の耐力が高く缶蓋（リベット）成形性が悪い。比較例Ｇは、均質化処理温度が規定より少し低いため、熱延板の第２相粒子分布が多すぎ、塗装焼付け後の耐力が高く缶蓋（リベット）成形性が悪い。また比較例Ｆ，Ｈは、均質化処理温度が規定より高く熱延板の第２相粒子分布が少なすぎ、耳率が悪い。比較例Ｉは、熱延上り温度が低いため熱延終了後に材料が再結晶化されず、塗装焼付け後の耐力が高く缶蓋（リベット）成形性が悪い。