(57)【要約】  【課題】    食缶用材料として用いられるAl-Mn-Mg-Cu系合金の鋳造割れ性を改善する。  【解決手段】    Mg量0.1〜2.8％、Ｃｕ量0.1〜0.5％を含み、かつMn量0.8〜1.5％、Fe量0.1〜0.3％、Si量0.1〜0.25％の範囲において、Fe＜0.2％かつMn＞2Fe+0.8を同時に満足する領域、およびＳｉ＜0.12％かつＳｉ＜Ｆｅ＜Ｓｉ+0.2を同時に満たす領域を除いたＭｎ、Ｆｅ、Ｓｉ量を含有し、残部はＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする鋳造割れ性に優れた食缶用アルミニウム合金。  さらにTiを単独で、もしくはB量0.0001〜0.2％あるいはC量0.0001〜0.2％と併用してTi濃度を0.015%〜0.20%含有させると好ましい。  【選択図】    図１
2006152371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Mg量0.1〜2.8％（mass％、以下同じ）、Ｃｕ量0.1〜0.5％を含み、
かつMn量0.8〜1.5％、Fe量0.1〜0.3％、Si量0.1〜0.25％の範囲において、
Fe＜0.2％かつMn＞2Fe+0.8を同時に満足する領域、および
Ｓｉ＜0.12％かつＳｉ＜Ｆｅ＜Ｓｉ+0.2を同時に満たす領域を除いたＭｎ、Ｆｅ、Ｓｉ量を含有し、
残部はＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする鋳造割れ性に優れた食缶用アルミニウム合金。
【請求項２】
Tiを単独で、もしくはB量0.0001〜0.2％あるいはC量0.0001〜0.2％と併用してTi濃度を0.015%〜0.20%含有することを特徴とする請求の範囲第1項記載の鋳造割れ性に優れた食缶用アルミニウム合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造時に鋳造割れが発生しにくいため製造歩留まりがよく、かつ耐食性、機械的特性に優れた食缶用アルミニウム合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
食缶用アルミニウム合金として、成形性、耐食性と機械的特性とのバランスのよさから、JIS3003合金（Al-Mn-Cu系合金）あるいはJIS3004合金（Al-Mn-Mg系合金）、またそれらの改良合金（Al-Mn-Mg-Cu系合金）が使用されている。
【０００３】
例えば特許文献１には「引きさき部分を有するアルミニウムパネルを含む改良された容器」として、本質的に3％までの銅、4％までのマグネシウム、または1.5％までのマンガンの1種または2種以上を合計で1〜7％と残部が本質的にアルミニウムと付随元素および不純物からなり、残部は不可避不純物とすることを特徴とする耐食性および機械的特性に優れる合金が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には「複合アルミ板から成るイージーオープン蓋」として、芯材はCu  0〜0.8％、Mg  0〜2.8％、Mn  0〜1.5％、Fe  0〜0.5％およびSi  0〜0.5％を含有するアルミニウム合金から成るイージーオープン蓋が記載されている。
【特許文献１】特開昭52−8388号公報
【特許文献２】特公平05−7263号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アルミニウム合金板材が食缶用材料として用いられる場合、材料強度や成形性に加え、耐食性に優れていることが望まれる。そのため、各種の成分元素量を適正範囲に調整することによってこれら複数の特性を最適にしている。例えば、Mgは缶材としての強度を向上させるが、耐食性の点では0〜2.8%が望ましい。Mnは強度向上および耐食性の向上に効果があり、加工性の観点から2.0%未満、望ましくは0.8〜1.5％の範囲が良好である。Cuは強度向上に効果があるだけでなく、アルミニウム素材を電気化学的に貴な状態にもたらす作用を示すため、腐食がより有効に防止されることになる。
【０００６】
このようなAl-Mn-Mg-Cu系合金においては、Cuの添加量が多くなるにつれて鋳塊製造時に鋳造割れを発生する確率が増して、製造歩留を劣化させるとともに生産性に劣る欠点があった。
【０００７】
合金の鋳造割れ性を改善するには、Al-Ti-B系の結晶粒微細化剤を添加する方法が従来から知られている。また1000系合金やAl-Mn-Cu系合金などでは、Fe量、Si量およびFe/Si量比を制限する方法も知られている。例えば特許文献３には、「二次電池ケース用アルミニウム合金板およびこれを用いた二次電池ケース」として、Siを0.3〜0.7%、Feを0.2%以下、かつFe/Si比が3以上とし、更にCuを0.4〜0.9%、Mnを0.8〜1.5％含み残部がAlと不純物からなる電池ケース、および前記不純物においてMgを0.01％ 以下、Znを0.01%以下、Crを0.01％以下、Tiを0.03％以下となるようにした電池ケースとして、成型加工性、耐圧製に優れ、溶接割れの発生しない、溶接性に優れた二次電池ケース用アルミニウム合金板が記載されている。ここで、溶接割れは固相-液相が共存している状態において凝固収縮応力によって発生する割れであり、鋳造割れと同じメカニズムで発生するものであるため、現象として鋳造割れと溶接割れは同等である。その割れ性改善に対する効果はAl-Fe-Si系晶出物やAl-Mn-Fe-Si系晶出物の影響と記載されているが、その割れ発生メカニズムは明確にはされていない。
【特許文献３】特開2004−2985号公報
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者らは、材料強度や成形性に加え、耐食性に優れた食缶用材料であるAl-Mn-Mg-Cu系合金の鋳造割れ性に及ぼす合金元素の影響を種々検討し、Mnの添加量、Feの添加量、Siの添加量およびTiの添加量の最適化を図ることで、鋳造割れ性が大幅に改善されることを見出したものである。
【０００９】
すなわち、  請求項１記載の発明は、
Mg量0.1〜2.8％（mass％、以下同じ）、Ｃｕ量0.1〜0.5％を含み、
かつMn量0.8〜1.5％、Fe量0.1〜0.3％、Si量0.1〜0.25％の範囲において
Fe＜0.2％かつMn＞2Fe+0.8を同時に満足する領域、および
Ｓｉ＜0.12％かつＳｉ＜Ｆｅ＜Ｓｉ+0.2を同時に満たす領域を除いたＭｎ、Ｆｅ、Ｓｉ量を含有し、
残部はＡｌおよび不可避不純物からなることを特徴とする鋳造割れ性に優れた食缶用アルミニウム合金
である。
【００１０】
請求項2の発明は、通常知られているAl-Ti-B母合金による結晶粒微細化効果を併用してさらに鋳造割れ性を改善したもので、  請求項1のアルミニウム合金に、さらに、Tiを単独で、もしくはB量0.0001〜0.2％あるいはC量0.0001〜0.2％と併用してTi濃度を0.015%〜0.20%含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば従来法においてみられた食缶用アルミニウム合金における鋳造割れ発生率が大幅に低減され、安定した製造が可能となるとともに、処理コストの低減が図れるなど工業上顕著な効果が見られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明者らは、種々の鋳造割れに関する試験を検討・実施した結果、Al-Mn系合金については割れを発生しにくい領域はMnが0.8〜1.5％であり、より好ましくはMnが1.0〜1.2％である。この合金にMgを添加するとMg添加量が多くなるにつれて鋳造割れ発生率が低減されることからMgは多いほど好ましいが、Mgが多くなるにつれて耐食性が劣化するため、Mg量は0.4〜2.8％、より好ましくは0.8〜1.3％とする。
【００１３】
上述のAl-Mn-Mg系合金における鋳造割れ発生率はSi量、Fe量が多いほど良好であるが、Mn量とFe量との間にはMn≦2Fe+0.8を満足することが必要である。一方でFe量、Si量を多くするとAl-Fe-Si系の晶出物による耐食性の低下を招くために、Fe量は0.1〜0.3％、Si量は0.1〜0.25％とする。さらにTi量を多くすることで鋳造割れ発生率は低減されるが、Ti量を多くしすぎると合金の溶解時に形成されるTiB2金属間化合物粒子が材料に混入して異物欠陥になりやすいことから、Ti量は0.015〜0.05％以下、より好ましくは0.015〜0.02％が良い。
【００１４】
図１は本願発明の組成範囲を示す図で
(a)はＭｎとＦｅの含有量の範囲を
(b)はＦｅとＳｉの含有量の範囲を  それぞれ示した図である。
【００１５】
Cuは添加量が多くなるにつれて鋳造割れ発生率を増加させることから、0.5％以下、より好ましくは0.4％以下、さらに好ましくは0.2％以下が良い。前述したMn量、Fe量およびSi量の適正化効果はCuを0.1〜0.5％含む合金においてより顕著である。
【００１６】
Mn、FeおよびSiは、結晶粒界において（Al-Mg）-（Mn,Fe）-Si系晶出物として晶出し、その量が多い場合に鋳造割れを生じやすくすると考えられ、本発明ではMn、FeおよびSiについて最適な添加量とすることで割れ性を低下させている。またMgの添加は、凝固中に成長するデンドライトの成長を抑制するとともに、アルミニウムマトリックスに固溶して結晶粒界の固液共存域での強度および伸びを改善することから、鋳造割れを抑制する。本発明では、耐食性との兼ね合いからMg量を最適に設定することで鋳造割れ性を低下させている。
【００１７】
一方、Cuはデンドライトの成長を助長するとともに結晶粒界にAl-Mg-Cu系晶出物として晶出する。そのため、添加Cu量が0.1%を超えると著しく割れやすくなる。
【００１８】
なお、本発明の合金は、常法に従って鋳造、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍を経て、板厚0.25ｍｍ程度の板材に圧延され、食缶にするためDI加工成形あるいは缶蓋成形加工を受ける。
【実施例】
【００１９】
次に本発明を実施例により、更に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００２０】
鋳造割れ性はIビーム型鋳造割れ試験により評価した。Ｉビーム型鋳造割れ試験とは、例えば 軽金属vol.33, No.12, p705-711 (1983) に記載されているような、公知の鋳造割れ評価試験方法であり、工業生産規模のＤＣ鋳塊の鋳造割れ性の指標となるものである。本実験では表1に示す化学組成の各合金に対し溶湯温度720℃、鋳型温度250℃として鋳型長さ20mm〜190mmの範囲でIビーム型鋳造割れ試験を行った。割れ性の評価は、割れを生じない鋳型長さで評価し、鋳型長さ190mmでも割れが発生しない◎、鋳型長さ140mm以上で割れが発生する○、鋳型長さ70mm以上で割れが発生する△、鋳型長さ20mm以上で割れが発生する×  の4段階で評価した。なお、割れ発生鋳型長さが長いほど割れにくい合金であり、長さ140mm以上で割れが発生する合金の場合、実機DC鋳造において割れの発生頻度は著しく減少する。
【００２１】
また、  食缶材としての特性は実験室的に板を製造して評価した。
表1の化学組成を有する合金を、150ｍｍ×400ｍｍ×1500ｍｍの鋳塊に鋳込み、表面を12ｍｍづつ面削し、450℃×12時間の加熱後、すみやかに（420℃で）熱間圧延を開始し3ｍｍ厚で終了、冷間圧延で0.25ｍｍに仕上げた。
【００２２】
耐腐食性を評価するため、上記方法で作成したアルミニウム合金板をCu2+を10ｐｐｍ添加した水道水中に4週間浸漬させ、孔食深さを測定し、30μm以下○、30μmを越えるもの×、の2段階で評価した。
【００２３】
成形加工性の評価としては、板材の深絞り、張り出し等成形加工性の良/不良から○/×の2段階で評価した。
【００２４】
【表１】
2006152371.tif 000003
【００２５】
表1に供試材の合金組成と性能の評価結果とを合わせて示す。
比較例1,3ではFeの添加量が本発明で規制する数値範囲の下限を外れており、割れの発生が顕著となる。
比較例9,10では、Mn量およびFe量が本発明で規定しているMn≦2Fe+0.8の関係を満たしておらず割れの発生が著しい。
比較例6ではMn量およびFe量が本発明で規定しているMn≦2Fe+0.8の関係を満たしておらず、更に、Si量が本発明で除外しているSi＜Fe＜Si+0.2(Si＜0.12)の数値範囲にあるため、割れ発生が著しい。
比較例7では、Mn量およびFe量が本発明で規定しているMn≦2Fe+0.8の関係を満たしておらず、更に、Cu量が本発明で規制している数値範囲の上限を外れており、割れの発生が著しい。
比較例8では、Mn量およびFe量が本発明で規定しているMn≦2Fe+0.8の関係を満たしておらず、更に、Mg量が本発明で規制している数値範囲の下限を外れており、割れの発生が著しい。
比較例2,4ではMnの添加量が本発明で規制する数値範囲の上下限を外れており、鋳造割れ性は良好であるものの、成形加工性が著しく損なわれる。
比較例5ではFeの添加量が本発明で規制する数値範囲の上限を外れており、更にCuの添加が本発明で規制する数値範囲の下限を外れており、鋳造割れ性は良好であるものの、耐食性が損なわれる。
上記のとおり、本発明で規制する添加元素量の数値範囲の上下限および本発明で規定しているMn、Fe、Siの最適添加量を外れると、割れの発生が顕著になったり、あるいは食缶用アルミニウム板材として要求される性能低下が生じる。
【００２６】
一方、発明例は、比較例と比べ鋳造割れの発生が著しく抑制されており、且つ、食缶用アルミ板材として要求される加工性や耐食性を十分に満足するものである。実際に製造ラインにて実施したところ、従来の場合鋳造割れは15％の頻度で起こるが、請求項1記載の合金成分では割れ発生頻度を4％以下まで抑えることができ、更に、請求項2記載の合金成分とした場合には、割れ発生率を1％未満に抑えることができる。いずれの場合においても食缶として要求される特性は維持されており、本発明によって製造歩留を著しく向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本願発明の組成範囲を示す図で          (a)はＭｎとＦｅの含有量の範囲を          (b)はＦｅとＳｉの含有量の範囲を  それぞれ示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
図中のアルファベットは実施例の表1の実施例に対応する記号である。
【図１】
2006152371.tif 000004