(57)【要約】    【課題】  ＤＩ成形後の缶真円度の優れた缶胴用アルミニウム合金板を得る。  【解決手段】  Ｍｎ：１．０〜１．７％、Ｍｇ：０．８〜１．２％、Ｃｕ：０．１０〜０．２５％、Ｆｅ：０．１〜０．３％  、Ｓｉ：０．１〜０．３％を含有するアルミニウム合金板の、固溶するＭｎ量を０．１５〜０．２５％とし、ＤＩ加工後、塗装ベークした時の容器の側壁部強度の軟化量を４０〜６０ＭＰａとする。製造方法としては、熱間粗圧延出側温度、熱間粗圧延開始から熱間仕上圧延開始までの時間、巻き取った後のコイル温度を適切に制御する。  【選択図】  無し【特許請求の範囲】
【請求項１】
必須元素として、Ｍｎ：１．０〜１．７％、Ｍｇ：０．８〜１．２％、Ｃｕ：０．１０〜０．２５％、Ｆｅ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：０．１〜０．３％を含有し、残部Ａｌ及び不純物よりなる組成を有するアルミニウム合金板で、そのアルミニウム合金板中に固溶するＭｎ量が０．１５〜０．２５％であり、且つそのアルミニウム合金板を総絞り率４０〜６０％にて円筒状深絞り容器にし、引き続き、容器の側壁部を総しごき率６６％にて塑性変形した円筒状缶容器を、雰囲気温度２００℃の大気炉中に２０分曝した際に、その缶容器の側壁部強度の軟化量が４０〜６０ＭＰａとなることを特徴とするＤＩ成形後の缶真円度の優れた缶胴用アルミニウム合金板。
【請求項２】
必須元素として、Ｍｎ：１．０〜１．７％、Ｍｇ：０．８〜１．２％、Ｃｕ：０．１０〜０．２５％、Ｆｅ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：０．１〜０．３％を含有し、残部Ａｌ及び不純物よりなる組成を有するアルミニウム合金鋳塊を、６００〜６２０℃で４〜４８時間の均質化処理後、５００〜５５０℃まで炉冷した後、直ちに熱間粗圧延を施し、出側温度４５０〜５００℃となる熱間粗圧延アルミニウム合金板とし、熱間粗圧延開始から熱間仕上圧延開始までの時間が３００〜１２００秒となるように熱間仕上げ圧延を施し、コイル状に巻き取った後のコイル温度が３１０〜３４０℃とし、その後中間熱処理をすることなく圧延率８５％以下の冷間圧延を施すことを特徴とするＤＩ成形後の缶真円度の優れた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ＤＩ成形により加工されるアルミニウム缶容器用のアルミニウム合金板である。すなわち、一般的によく知られる蓋体（缶エンド）との巻き締めによって缶体となる２ピースアルミニウム缶、缶胴の開口部をネッキング、ねじ切り成形したあと、キャップ体と勘合される２ピースアルミニウムボトル缶が代表例となる。
【背景技術】
【０００２】
これまでもアルミニウムＤＩ缶において缶真円度の改善を目的とした発明がなされているが、下記の理由により、本発明の内容と異なる。
【０００３】
特許文献１、２には、ＤＩ缶での缶真円度の改善のため、板面内の引張強度異方性及び、耳率の絶対値の上限が規定されている。いずれも、缶真円度の改善には有効な施策ではあるが、そのアルミニウム合金板の製法は、冷間圧延パス間の中間焼鈍の付与や異方向の冷間圧延の組み合わせが必要であり、工業的には不利である。
【０００４】
特許文献３には、絞り成形後のカップに加熱処理を付与するＤＩ成形体の製法であるが、従来の成形工程に加熱処理を付与することは、著しく生産性を害する。
【０００５】
特許文献４には、ＤＩ缶での缶真円度の改善のため、板面内の引張強度異方性が１．５ｋｇｆ／ｍｍ２以内と規定されている。最終冷間圧延率を小さくする、結晶粒径を小さくするため、冷間圧延パス間に比較的高温の焼鈍処理を付与させることが必要であり、中間熱処理を必要としない本発明とは異なる。
【０００６】
特許文献５には、アルミニウム合金板に２３０〜２７０℃、２０分間の熱処理を施したときに、熱処理前後の引張強度の変化ΔＴＳが（１．１×Ｔ−２３０）以下となることが規定されている。しかし、アルミニウムＤＩ缶の真円度は、熱処理による缶側壁部の強度変化が支配的であり、アルミニウム合金板の引張強度変化が規定を満たす場合でも、良好な真円度となる缶が得られない場合が存在する。本発明のように、アルミニウム合金板中の他元素の固溶量、冷間圧延による歪導入量がほぼ同じであれば、素板の強度と缶側壁強度は対応するが、それらが異なれば、素板の性能からは、真円度が類推できない。
【０００７】
また、真円度には直接関係しないが、アルミニウムＤＩ缶用材料に関する発明が公知であるが、下記の理由により、本発明の内容と異なる。
【０００８】
特許文献６には、耳率を良好にするために、熱間粗圧延終了から熱間仕上圧延開始までの時間を、熱間粗圧延終了温度との関係より規制している。この規制の目的は、熱間粗圧延終了時の再結晶率を抑制することであるため、熱間粗圧延「終了」からの時間が肝要となる。しかし、本発明では、熱間粗圧延「開始」からの時間が重要であり、粗圧延のパス間、終了後に生じるＭｎの析出抑制が必要である。
【０００９】
特許文献７には、耳率を良好にするために、熱間圧延板のＭｎ固溶量の一定範囲内で製造するため、鋳塊組織のＤＡＳとの関係から定まる均質化処理条件を規定している。本発明のように均質化処理のみならず、熱間粗圧延開始から熱間仕上圧延開始までの時間を規定しなければ、所望のＭｎ固溶量となる冷間圧延板が得られない。
【００１０】
【特許文献１】特開平２−９２４２０号公報
【特許文献２】特開平２−９２４２１号公報
【特許文献３】特開平４−１７２１３８号公報
【特許文献４】特開平３−１４６６３２号公報
【特許文献５】特開２００３−２７７８６５号公報
【特許文献６】特開平１０−１９５６０８号公報
【特許文献７】特開２００３−３４２６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
アルミニウムＤＩ缶の缶高さ方向に垂直な断面形状は、真円に近いほうが好ましい。特に缶の開口部形状が著しく損なわれた缶は、印刷機の主軸や搬送装置への装填が正しく行なわれないような事態を招いてしまう恐れがある。
【００１２】
アルミニウムＤＩ缶の加工装置は、概ねクランク駆動式のプレス機であるが、その金型である円筒状中子（パンチ）はクランクで変換された直線運動体に直結され往復運動する。また、もう一つの金型である外周リング（ドローダイ、アイアニングダイ）は、静止体に固定されており、円筒状中子と外周リングの隙間（クリアランス）にて、材料が塑性変形されることにより、缶容器が形成される。
【００１３】
一般的には、初絞りにてカップ状容器にして、その後、別の装置にて再絞り、３段のしごきを連続的に一度に加工する。初絞りの加工において、円筒状中子と外周リングの隙間を円周方向で均一にさせることは比較的容易であるが、再絞り以降の連続成形にて、円筒状中子と、４つの外周リングを同心にて加工することは、不可能に近い。円筒状中子と外周リングが偏芯した状態で缶が成形されると、円周方向にて隙間が狭い箇所は、部分的に強加工され、その１８０°反対側では弱加工される。材料は加工硬化するため、部分的に強加工された箇所はより加工抵抗が高くなり、缶成形中に、円筒状中子は、外周リングに対して芯が合う方向に変位されると推定される。したがって、缶成形直後の缶体は、比較的真円に近い断面形状を有する。
【００１４】
しかし、缶体は洗浄、乾燥や、印刷焼付け処理のため、加熱される。上記のような円周方向の部分的な加工履歴の差は、アルミニウム材料中に残留応力として残るが、缶が加熱されることにより残留応力は開放され、缶は変形する。特に開放端である開口部は、楕円状に拡がる傾向にある。先に述べたように、金型の調整はほぼ不可能であるため、熱処理が施されても、缶が変形しづらい材料の供給が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本願発明の請求項１は、必須元素として、Ｍｎ：１．０〜１．７％、Ｍｇ：０．８〜１．２％、Ｃｕ：０．１０〜０．２５％、Ｆｅ：０．１〜０．３％、Ｓｉ：０．１〜０．３％を含有し、残部Ａｌ及び不純物よりなる組成を有するアルミニウム合金板で、そのアルミニウム合金板中に固溶するＭｎ量が０．１５〜０．２５％であり、且つそのアルミニウム合金板を総絞り率４０〜６０％にて円筒状深絞り容器にし、引き続き、容器の側壁部を総しごき率６６％にて塑性変形した円筒状缶容器を、雰囲気温度２００℃の大気炉中に２０分曝した際に、その缶容器の側壁部強度の軟化量が４０〜６０ＭＰａとなることを特徴とするＤＩ成形後の缶真円度の優れた缶胴用アルミニウム合金板である。
【００１６】
また、本願発明の請求項２は、請求項１の組成を有するアルミニウム合金鋳塊を、６００〜６２０℃で４〜４８時間の均質化処理後、５００〜５５０℃まで炉冷した後、直ちに熱間粗圧延を施し、出側温度４５０〜５００℃となる熱間粗圧延アルミニウム合金板とし、熱間粗圧延開始から熱間仕上圧延開始までの時間が３００〜１２００秒となるように熱間仕上げ圧延を施し、コイル状に巻き取った後のコイル温度が３１０〜３４０℃とし、その後中間熱処理をすることなく圧延率８５％以下の冷間圧延を施すことを特徴とするＤＩ成形後の缶真円度の優れた缶胴用アルミニウム合金板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、合金組成、固溶Ｍｎ量、塗装ベークによる側壁部強度の軟化量を適切な範囲に規制することにより、ＤＩ成形後の缶真円度の優れた缶胴用アルミニウム合金板を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
まず、本発明での合金成分および範囲限定について説明する。
【００１９】
Ｍｎ：添加量を１．０〜１．７％とする。強度を向上させるとともに、前述のα相の形成に不可欠な元素である。また材料中に一定量固溶させることによりベーキング時の材料軟化を抑制させる。１．０％未満ではその効果が不十分であり、１．７％を超えるとＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の粗大な晶出物が多くなり成形性が低下する。
【００２０】
Ｍｇ：添加量を０．８〜１．２％とする。固溶硬化による強度向上に寄与する。また、冷延時やベーキング時の強度向上に寄与する析出物の構成元素であるが０．８％未満ではその効果が不十分である。一方、１．２％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。
【００２１】
Ｃｕ：添加量を０．１０〜０．２５％とする。冷延やベーキング時の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。０．１０％未満ではその効果が少なく、０．２５％を超えると強度過剰により、成形性が低下する。
【００２２】
Ｆｅ：添加量を０．１〜０．３％とする。Ｓｉ，Ｍｎ同様にα相の形成に必要な元素である。またＳｉ同様、添加量によりＭｎ固溶量を制御することも可能である。０．１％未満では、ダイスへの焼き付き防止効果が不十分であり、０．３％を超えると、粗大晶出物が生成し成形性が低下する。
【００２３】
Ｓｉ：  添加量を０．１〜０．３％とする。Ａｌ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｓｉ系化合物（α相）を形成するのに必要な元素。α相はしごき加工時のダイスへの焼き付きを防ぐ働きがあり必要不可欠である。また、Ｓｉ添加量によりＭｎ固溶量は変化するので、Ｍｎ固溶量制御の手段としても有効である。Ｓｉが０．１％未満ではダイスへの焼き付け防止に十分なα相の分布を得られない。０．３％を超える場合は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の析出により過剰な強度上昇を招き、成形性を阻害する。
【００２４】
上記以外は残部Ａｌ及び不純物とする。
不純物については、本発明の効果が損なわれない程度であれば許容される。たとえばＺｎは１％以下、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖは０．１％以下であれば問題ない。
また、Ｔｉ及びＢは鋳塊の結晶粒を均一微細化させる元素であるが、それぞれ０．１％、０．００１％以下なら含んでいてもかまわない。この量を超えると粗大な晶出物を形成し、しごき成形性を低下させ、缶側壁のピンホールを生じさせやすくなる。またフランジ成形性も低下する。
【００２５】
アルミニウム合金板中のＭｎ固溶量を０．１５〜０．２５％とする理由を述べる。
Ｍｎを材料中に一定量固溶させることによりベーキングによる材料の回復を抑制させて、缶の開口部の形状変化を小さくさせることを目的とする。
Ｍｎ固溶量が０．１５％未満では、その効果が十分ではなく、Ｍｎ固溶量が０．２５％を超えると、ＤＩ成形時に過剰な加工硬化を招き、成形性を阻害するためである。
Ｍｎ固溶量はＭｎ添加量の他に前述のＳｉ，Ｆｅ添加量により制御でき、工程では以下に述べる主に均質化処理条件とその後の熱延開始までの温度履歴により制御が可能である。
【００２６】
次に、アルミニウム合金板を総絞り率４０〜６０％にて円筒状深絞り容器にし、引き続き、容器の側壁部を総しごき率６６％にて塑性変形した円筒状缶容器を、雰囲気温度２００℃の大気炉中に２０分曝した際に、その缶容器の側壁部強度の軟化量を４０〜６０ＭＰａとする理由を述べる。
【００２７】
円筒容器の総絞り率は、内容物の容量により決まる数値である。総しごき率は、アルミニウム合金板と缶容器の側壁の板厚比によって決まる数値である。雰囲気温度２００℃の大気炉中に２０分曝す処理は缶のベーク処理を模している。
【００２８】
ベーク処理による側壁部強度の軟化量を、４０〜６０ＭＰａとするのは、６０ＭＰａ以上となると、缶開口部の形状が過剰に歪んでしまう。４０ＭＰａ以下では、ベーク処理により材料が回復されにくい状態を意味が、このような材料には転位の移動を阻害するような微細な析出物が多数存在する。このような材料状態であると、ＤＩ成形時に転位が異常に絡み合い、材料破壊を招く恐れがある。（変更OK？）
【００２９】
次に、アルミニウム合金板の製造方法について説明する。  
【００３０】
本発明では通常のＤＣ鋳造で作成した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。
【００３１】
前述のようなＭｎ固溶量の制御には、均質化処理温度が重要である。すなわち、均質化処理を、６００〜６２０℃以下で４〜４８時間行う。６００℃未満では前述のような固溶量の確保ができない。一方、６２０℃を超えるとバーニングの可能性があり好ましくない。また保持時間が４時間未満であると、Ｍｎ固溶量が十分ではなく、４８時間以上に保持したとしてもその効果が飽和するし、工業的に好ましくない。
【００３２】
均質化処理後、５００〜５５０℃まで冷却し熱間粗圧延に供するが、その温度が５００℃未満であると、Ｍｎの析出が生じて、所望のＭｎ固溶量が確保できない。５５０℃を超えると、熱間粗圧延時に、板とロール間で焼付きが生じてしまう。
【００３３】
熱間粗圧延の終了温度が４５０〜５５０℃となるように、パス間時間の短縮、圧延の圧下量を制御しなければならない。終了温度が４５０℃未満であると圧延後に析出が過剰に生じてしまう。また５５０℃を超えると、前述のように焼付けの恐れがある。
【００３４】
熱間粗圧延の途中または終了後の板の温度域は、Ｍｎの析出が活発に生じるため、その温度状態での放置はできるだけ避けなければならない。すなわち、熱間粗圧延開始から熱間仕上圧延開始までの時間を３００〜１２００秒に制御する必要がある。この時間は、熱間粗圧延機にて適当な圧延率、圧延回数にて所望板厚まで圧延し、板を熱間仕上圧延機まで移送した後、熱間仕上圧延を開始するまでの時間に相当する。
【００３５】
この時間が１２００秒を超えると、過剰なＭｎ析出を招き、３００秒未満では工業的に実現が困難である。例えば、そのような短時間にするには、熱間粗圧延時に１パス当たりの圧下率を過剰に高く設定する必要があり、前述のような板の焼付け等の圧延トラブルを招く恐れがある。
【００３６】
その後、熱間仕上圧延を施すが、コイル巻き後に材料の再結晶化を促進させるため、コイル温度を一定温度以上に確保しなければならない。すなわち、熱間仕上圧延終了後のコイル温度を３１５〜３４０℃にする。コイル温度が３１５℃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生じてしまう。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、熱間仕上圧延の圧延速度、圧延油の油温、エマルジョン状態等を変更することにより行なう。
【００３７】
熱間仕上圧延後に、冷間圧延を施すが、冷間圧延率が８５％を超えると素板強度の過度な超過により、ＤＩ成形時に加工性を損ねる。
【００３８】
上記工程により、ＤＩ缶の真円度の優れたアルミニウム合金板を製造できる。
【実施例１】
【００３９】
以下に実施例を示す。
特性の評価方法は以下の通り実施した。
【００４０】
・素板引張り試験
最終板から圧延方向に作製したＪＩＳ５号引張り試験片を、引張り速度２０ｍｍ／分で引張り試験を行い、素板強度（ＴＳ）を求めた。
【００４１】
・缶側壁引張り試験
製缶直後の缶の側壁部から圧延方向に作成したＪＩＳ１３Ｂ号引張り試験片を、引張り速度２０ｍｍ／分で引張り試験を行い、缶側壁強度（ＢＢＴＳ）を求めた。また、２００℃×２０分間のベーク処理を施した缶についても同様な方法にて測定し、ベーク後缶側壁強度（ＡＢＴＳ）を求めた。
【００４２】
・缶加工性評価
ＤＩ缶を１０００缶作成し、破胴やゴーリング（キズ）が発生した場合×を、発生が無いものを○とした。  
【００４３】
・ 缶真円度
製缶直後の缶をｎ＝１０にて缶底から１１０ｍｍの位置の形状プロファイルを測定し、同心の２円にて挟んだときの外側円と内側円の半径差を真円度とし、１０缶分の平均値を真円度ＢＢとした。また、２００℃×２０分間のベーク処理を施した缶についても同様な方法にて測定し真円度ＡＢとし、ベーク前後の真円度変化の絶対値（１０缶分の平均値）を｜ＢＢ−ＡＢ｜とした。｜ＢＢ−ＡＢ｜の値が、１０００μｍを超えると、材料としては不良と判定する。
【００４４】
表１に示す合金組成のアルミニウム合金を常法により溶解鋳造し、厚さ５００ｍｍの鋳塊を製造した。次いで６１０℃×２０ｈの均質化処理後、５４０℃まで空冷し、直ちに熱間粗圧延を開始し、平均圧下量２５ｍｍ、１９パスにて板厚２０ｍｍまで圧延した。放射温度計での測定で、材料温度は４６０〜４８０℃であった。その後、駆動式テーブルにて板を搬送し、熱間粗圧延終了後から３００秒後に熱間仕上げ圧延を開始した。熱間仕上げ圧延は、４段タンデム式圧延機にて実施し、各段の圧下率は約５０％、板厚２．０ｍｍとし、コイル巻上げ直後の材料温度は３２５〜３４０℃であった。その後、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延を圧下率約５０％、３パスにて０．３ｍｍのアルミニウム合金板を製造した。
【００４５】
【表１】
2006241517.tif 000002
【００４６】
本発明の組成範囲内にある合金は、缶の真円度が良好であり、缶の加工性も良好である。
Ｎｏ．７，１１，１５はそれぞれＳｉ，Ｃｕ，Ｍｇが多いために素板強度が高すぎるので、Ｍｎ固溶量が規定内でも缶加工性が劣る。Ｎｏ．９，１３はＦｅ，Ｍｎが規定量を超えているため、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系の粗大晶出物が増加し、破胴が多発した。
Ｎｏ．８，１０はＳｉ、Ｆｅが少ないためにＤＩ性に劣り、缶の側壁表面にゴーリングが多分に認められた。Ｎｏ．１４はＭｎが少ないためＤＩ性に劣るほかＭｎ固溶量が少なすぎてベーク後の缶真円度が悪化した。Ｎｏ．１２，１６はＣｕ，Ｍｇが少ないため、ベーク後の缶真円度が悪化した。
【実施例２】
【００４７】
表１に示す合金組成１のアルミニウム合金を常法により溶解鋳造し、厚さ５００ｍｍの鋳塊を製造した。その後、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圧下率約５０％、３パスにて０．３ｍｍのアルミニウム板合金を製造した。
【００４８】
表２に、実施例の結果を示す。
【００４９】
【表２】
2006241517.tif 000003
【００５０】
本発明の製造条件であるＡ，ＢはＭｎ固溶量が本発明内にあり、缶真円度は良好な結果が得られている。
Ｃは均質化処理温度が低すぎるため、Ｄは熱間粗圧延後の保持時間が長すぎるため、Ｍｎ固溶量が規定範囲より低く、缶真円度が悪化している。