(57)【要約】      （修正有）【課題】  アルミニウム以外の元素が過剰に添加されたとしても、高成形性および高耐食性を有するボトル缶用アルミニウム合金板を得る。【解決手段】  Ｓｉ０．３６〜０．８％、Ｆｅ０．５〜１．２％、Ｍｎ０．８〜１．４％、Ｍｇ０．８〜１．８％、Ｃｕ０．１〜０．３％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、アルミニウムのマトリックス中に径が０．１〜１μｍの金属間化合物を１ｍｍ2 あたり１００００個以下分散させる。熱間圧延と冷圧延延の間に１００℃／分以上の加熱速度で３５０℃〜５００℃の温度範囲に昇温し、前記温度範囲に０秒〜２分間保持したのち、１００℃／分以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施すことが有効である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
缶の胴体部材と蓋部材がネジ部により嵌合され、リシールが可能となるボトル缶のうち、その胴部に対する口部の絞り比が３０％以上であるボトル缶に用いられるアルミニウム板であって、Ｓｉ０．３６〜０．８％（ｍａｓｓ％、以下同じ）、Ｆｅ０．５〜１．２％、Ｍｎ０．８〜１．４％、Ｍｇ０．８〜１．８％、Ｃｕ０．１〜０．３％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、アルミニウムのマトリックス中に径が０．１〜１μｍの金属間化合物が１ｍｍ2 あたり１００００個以下分散していることを特徴とする、リサイクル性があり且つ高耐食性、高成形性を有するボトル缶用アルミニウム合金板。
【請求項２】
アルミニウム合金鋳塊に均質化処理、熱間圧延を施し、その後１００℃／分以上の加熱速度で３５０℃〜５００℃の温度範囲に昇温し、前記温度範囲に０秒〜２分間保持したのち、１００℃／分以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施し、次いで冷間圧延を施すことを特徴とする、請求項１に記載のリサイクル性があり且つ高耐食性、高成形性を有するボトル缶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】
本発明はリシール可能な缶底部、胴部、飲み口部が一体成形されているボトル形状の飲料缶用のアルミニウム合金板に係り、特にリサイクル性があり且つ高耐食性、高成形性に優れたボトル缶用のアルミニウム合金板に係わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の飲料缶は缶蓋と缶胴よりなるいわゆる２ピース缶が主流であったが、近年リシールが可能なボトル型の飲料缶が開発されている。このボトル缶は通常の２ピース缶胴と同様に素板を円形にブランキングし、これを一次絞りカップとした後、再絞り加工、しごき加工により胴体部と底部を有する形状とする。これをトリミングして缶高さをそろえた後開口部を縮径化し、さらにこの部分にねじ部の加工を施してさらに飲み口部にカール加工をほどこす。
【０００３】
近年、産業界では省資源化の動きが活発であるが、アルミニウム材料についても材料の再利用の動きが促進している傾向にある。特に自動車のラジエータ用途に使用されるブレージング材料は、芯となる材料が、ボトル缶用の材料と組成成分が類似であるという理由から、再利用の比率が高くなっている。しかし、一方で蝋材については、Ｓｉ含有量が高い材料を使用しているため、ボトル缶用材料用途で、ブレージング材料の再利用化率が高まると、アルミニウム材料中に含有される他成分（特にＳｉ）の濃度が相対的に高まってしまう。特に、ＳｉやＦｅ等の元素は、常法による精錬方法では分離もしくは除去しづらく、分離が可能になったとしてもその製造コストが膨大になってしまい、工業的に不適切である。
もし、アルミニウム以外の不純物が高濃度に含有されているアルミニウム板を用いたボトル缶に、塩化物イオンやアミノ酸・クエン酸の様な有機酸等を含む弱酸性または弱アルカリ性のスポーツドリンク等を装填した場合、アルミニウムが内容物中に溶解する恐れがある。
【０００４】
特開２００２−２５６３６６号および特開２００３−０８２４２９号にはネッキング性が優れたボトル缶用アルミニウム板が開示されているが、上記のようなアルミ缶を再利用したような材料では、耐食性を損なう危険を伴うため、製法等により特性を制御する必要がある。また、特開２００３−３０６７５０号にはネッキングした口頸部の強度が高く、カール加工性に優れたボトル型飲料缶用アルミニウム合金板の製造方法が開示されているが、この場合冷間圧延中に２回の中間焼鈍が必要となりコスト的に不利である。
【特許文献１】特開２００２−２５６３６６号公報
【特許文献２】特開２００３−０８２４２９号公報
【特許文献３】特開２００３−３０６７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ボトル缶体形状の成形は、一般に深絞り成形、もしくはＤＩ（絞り、しごき）成形により缶胴直線部を加工し、続いて、絞り比３０％以上の口絞り成形、キャップとの嵌合のためのねじ切り成形、飲み口部のカール成形を施される。そのため、ボトル缶用途に使用されるアルミニウム材料には、上記の過酷な塑性変形を施されても、破壊もしくは損傷しないような成形性の良い材料が望まれている。概ボトル缶体には、内容物装填後にその形状を損なわないように、一定値以上の缶体強度が必要となる。缶体強度の代表的な値として、耐圧強度がある。耐圧強度は、缶内部に圧力が加わったときに、缶底のドーム形状部がバックリングするときのその内部に加わる圧力値であるが、炭酸飲料等を充填した缶には一定値以上の耐圧強度が必要となる。以上の理由から、ボトル缶用途に使用されるアルミニウム材料には、加工後の缶体強度を満たすような強度が必要となる。
【０００６】
缶の再生化率がある程度高まってきて缶以外の異質なスクラップが混入する可能性が高まったため、特定の元素が缶材としては不適当な程度に過剰に添加されるおそれがある。この場合、特にＳｉやＦｅが過剰になると耐食性の低下が懸念される。
【０００７】
本発明では、アルミニウム以外の元素が過剰に添加されたとしても、高成形性および高耐食性を有するボトル缶用アルミニウム板とその製法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、請求項１に記載のように、缶の胴体部材と蓋部材がネジ部により嵌合され、リシールが可能となるボトル缶のうち、その胴部に対する口部の絞り比が３０％以上であるボトル缶に用いられるアルミニウム板であって、Ｓｉ０．３６〜０．８％、Ｆｅ０．５〜１．２％、Ｍｎ０．８〜１．４％、Ｍｇ０．８〜１．８％、Ｃｕ０．１〜０．３％を含み、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり、アルミニウムのマトリックス中に径が０．１〜１μｍの金属間化合物が１ｍｍ2 あたり１００００個以下分散していることを特徴とする、リサイクル性があり且つ高耐食性、高成形性を有するボトル缶用アルミニウム合金板である。
【０００９】
そして、その製造方法は請求項２記載のように、アルミニウム合金鋳塊に均質化処理、熱間圧延を施し、その後１００℃／分以上の加熱速度で３５０℃〜５００℃の温度範囲に昇温し、前記温度範囲に０秒〜２分間保持したのち、１００℃／分以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施し、次いで冷間圧延を施す。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のボトル缶用アルミニウム合金は、合金組成、焼鈍条件の調整、特定サイズの金属間化合物の分布等を特定範囲に規制したため、リサイクル性があり且つ高耐食性、高成形性に優れたボトル缶用の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】
【００１１】
本発明において、アルミニウム合金の成分を限定した理由について述べる。
【００１２】
Ｓｉは、鋳造時に生じたＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の金属間化合物を、均質化処理を施すことにより、硬度の高いＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物に変態させるのに必要な元素である。このＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物が適切な大きさで、マトリックス中に適度に分布していると、ＤＩ加工時に成形性を向上させることができる。また、適度な大きさの晶出物の分布は、強度を上げる効果も期待できる。Ｍｇはアルミニウム材料中に単独に固溶し、強度上昇に寄与する。Ｓｉとの化合物であるＭｇ２Ｓｉも適度に析出させることにより、強度上昇が期待できる。しかし、Ｍｇ２Ｓｉの過剰な析出は、耐食性を劣らせるために避ける必要がある。
【００１３】
Ｓｉを０．３６〜０．８％と規定したのは、缶のリサイクル等により再生塊を使用した場合、Ｓｉを０．３６％未満にするには、製造コストが高くなりすぎてしまうためである。Ｓｉが０．８％を超えると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物の大きさが巨大になりすぎて、ＤＩ成形時にき裂発生の起点となり成形性を損ねてしまうし、過剰なＭｇ２Ｓｉの析出により耐食性を劣化させるためである。
【００１４】
Ｍｇを０．８〜１．８％と規定したのは、Ｍｇが０．８％未満であると、缶体強度に必要な十分な強度が得られず、Ｍｇが１．８％を超えると、過度の強度上昇による成形性低下、Ｍｇ２Ｓｉの過剰析出による耐食性劣化を招くためである。
【００１５】
Ｆｅを０．５〜１．２％としたのは、Ａｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金では、Ｆｅ添加によりアルミマトリックス中へのＭｎの固溶量を減少させるため、鋳造後または均質化処理後に生成されるＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物の大きさがより大きくなる。前述の通り、このＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物の存在により、ＤＩ成形性を向上できる。０．５％未満では、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物の絶対量が少なすぎるため、成形性向上の効果が得られず、１．２％を越えると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系の巨大な晶出物が発生して、逆に成形性を低下させるためである。
【００１６】
ＭｎもＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系の晶出物により成形性を増すために添加するものであるが、その限定範囲を０．８〜１．４％としたのは、０．８％未満では所望の効果が得られず、１．４％を越えると、Ａｌ―Ｍｎ系及び又はＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系等の巨大な晶出物が形成され、成形性を低下させるためである。
【００１７】
Ｃｕは、ボトル缶をＤＩ加工した後のベーキング処理時に、材料軟化を抑制させる特性を有し、ボトル缶体強度に必要な強度を維持させるために添加するものであるが、その限定範囲を０．１〜０．３％としたのは、０．１％未満では所望の効果が得られず、０．３％を越えると、その効果が飽和するとともに成形性を低下させるためである。
【００１８】
次に、本発明のアルミニウム合金板の製造方法について説明する。
【００１９】
請求項１に記載の組成を有するアルミニウム合金を、常法に従って、鋳塊を作成し、この鋳塊の表面を面削、均質化処理を施した後、熱間圧延を施し、続いて焼鈍処理を施した後、冷間圧延をして、所望のアルミニウム合金板を作成する。なお前記、熱間圧延と冷間圧延との間の焼鈍処理は省略可能である。
しかし、より耐食性を向上させるには、この焼鈍処理を施し請求項１に記載の金属間化合物のサイズと分散状態を有するアルミニウム合金板となるような製法にするのが好ましい。
【００２０】
次に、アルミニウムのマトリックス中に径が０．１〜１μｍの金属間化合物を１ｍｍ2 あたり１００００個以下となるように分散させる理由を述べる。金属間化合物のサイズを０．１〜１μｍと規定したのは、０．１μｍ以下の金属間化合物は材料中に数多く存在するがこのサイズの金属間化合物の多寡は耐食性に対して影響せず、また１μｍを超える金属間化合物も存在するが本願の合金組成範囲では数が少なく耐食性には影響しないからである。分散状態を１ｍｍ2 あたり１００００個以下としたのは、１００００個を越えると、アルミニウム材料の耐食性が著しく損なわれるためである。そして、０．１〜１μｍの金属間化合物は少ないほど好ましいので分布密度の下限は定めない。
【００２１】
次に本発明のボトル缶用アルミニウム合金板の製造方法について述べる。
アルミニウム合金の鋳造、均質化処理、熱間圧延は常法に従って行う。
【００２２】
熱間圧延後に析出した金属間化合物は、その後の焼鈍処理で一部がＡｌマトリックス中に再固溶し、この再固溶により０．１〜１μｍの大きさのＭｇ2 Ｓｉを１ｍｍ2 あたり１００００個以下に減少せしめる。前記焼鈍処理を、３８０〜５２０℃で０秒〜２分間保持し、加熱および冷却速度を１００℃／分以上に規定して施す理由は、焼鈍処理温度が３８０℃未満では金属間化合物の再固溶量が不十分で、径が０．１〜１μｍの金属間化合物が１００００個／ｍｍ2  を超えて分散するためで、焼鈍処理温度が５２０℃を超えても保持時間が２分を超えても結晶粒が粗大化してしごき成形性などが低下し、また加熱速度または冷却速度のいずれが１００℃／分未満では生産性が低下し、特に冷却速度が１００℃／分未満では、冷却時に金属間化合物が多数析出するためである。
【００２３】
焼鈍後の冷間圧延は常法に従って行う。冷延率は５０〜９５％が好ましい。
【００２４】
また、冷延後に、１００〜２００℃×０．５〜３時間程度の仕上焼鈍を施してもかまわない。
【実施例１】
【００２５】
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
表１に示す組成のアルミニウム合金を厚さ５００ｍｍの鋳塊に溶解鋳造し、５９０〜６３０℃で６時間の均質化処理を施し、常温まで冷却した鋳塊表面を片側５〜８ｍｍ面削した。面削後の鋳塊を４００〜５５０℃まで再加熱し、リバース式熱間粗圧延機を用い、1パス当たり圧延率１０〜３０％で１０〜３０パスの熱間粗圧延を施し、終了板厚２０〜３０ｍｍの熱間粗圧延板とした。続いて、4段タンデム式熱間仕上圧延機を用いて、終了板厚２〜４ｍｍかつ終了温度３００〜３５０℃になるように、熱間仕上圧延を行った。熱間圧延終了後、焼鈍処理を付与したアルミニウム板と、省略したアルミニウム板を任意で製造した。焼鈍処理の条件は、１００℃／分以上の加熱速度で３５０℃〜５００℃の温度範囲に昇温し、前記温度範囲に０秒〜２分間保持したのち、１００℃／分以上の冷却速度で冷却とした。その後、圧延率４０〜６０％で、総パス数を３パスで冷間圧延を施し、板厚０．４ｍｍまで最終冷間圧延（トータル圧延率８０〜９０％）を行い、アルミニウム合金板を得た。
【００２６】
このようにして得られたアルミニウム合金板について、缶の成形性、缶体の強度である耐圧強度、耐食性を調査した。缶の成形性は、しごき成形性と口絞り成形性を評価した。しごき成形性は、内径の異なるダイスを用いて、連続して１００缶成形できる缶側壁の総しごき率を調べた。総しごき率が７０％を超えて成形可能である材料について「○（良好）」、総しごき率が６０％以上かつ７０％以下で１００缶成形できる材料を「△（やや悪い）」、総しごき率が６０％以上かつ７０％以下で１００缶成形できない材料については「×（不良）」とした。口絞り成形性は、絞り比３０％で口絞りした後の缶に、シワや割れ等の外観不良を生じない材料について「○（良好）」とし、外観不良が生じる材料を「×（不良）」とした。耐食性は、缶側壁試験片を５０℃の０．１％ＮａＣｌ＋０．３％クエン酸の混合溶液に１週間浸漬し、孔食深さが全て２０μｍ未満のものは「良好（○）」、孔食深さが２０μｍを超えるものが含まれるものは「不良（×）」と判定した。結果を合金組成と併せて表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１からわかるように、本発明に係るボトル缶用アルミニウム板の必要条件を満たす発明例１〜５にあっては、いずれもボトル缶の成形時に要求されるしごき性、口絞り性の加工成形性が良好になっており、耐食性も良好であり、さらに耐圧強度（６６．６９×１０４ＭＰａ以上）の缶体強度も十分に満足している。それに対して、比較例１〜７においては、添加元素成分の含有量が本発明記載の範囲を逸する、もしくはアルミニウムのマトリックス中に径が０．１〜１μｍの金属間化合物が１ｍｍ2 あたり１００００個を越えた分散状態であったために、ボトル缶体に必要な特性が十分ではないという結果となった。すなわち、比較例１はＳｉ含有量が本発明の上限値を上回るため、耐食性としごき性が「×（不良）」となっている。比較例２はＦｅ含有量が本発明の下限値を下回るため、しごき性が「△（やや不良）」となり、比較例３はＦｅ含有量が本発明の上限値を上回るため、耐食性およびしごき性が「×（不良）」となっている。比較例４はＭｎ含有量が本発明の下限値を下回るため、しごき性が「△（やや不良）」かつ、缶体強度が所望強度に達しておらず、比較例５はＭｎ含有量が本発明の上限値を上回るため、しごき性が「×（不良）」となっている。比較例６はＭｇ含有量が本発明の下限値を下回るため、缶体強度が所望強度に達していない。比較例７はＭｇ含有量が本発明の上限値を上回るため、しごき性が「△（やや不良）」、口絞り性が「×（不良）」となっている。比較例８はＣｕ含有量が本発明の上限値を上回るため、しごき性が「△（やや不良）」、口絞り性が「×（不良）」となっている。