(57)【要約】      （修正有）【課題】強度、成形性、及び開缶性に優れた缶蓋用アルミニウム合金板を提供する。【解決手段】Ｍｇ：３．８〜５．５質量％、Ｆｅ：０．１〜０．５質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．３質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．６質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる缶蓋用アルミニウム合金板。板表面の（２００）面からのＸ線回折強度Ｉ（２００）と（２２０）面からのＸ線回折強度Ｉ（２２０）との比、Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）が０．６未満である。このアルミニウム合金板により、成形性を低下させることなく、開缶性を向上させることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇ：３．８〜５．５質量％、Ｆｅ：０．１〜０．５質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．３質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．６質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなるアルミニウム合金板であって、板表面の（２００）面からのＸ線回折強度Ｉ（２００）と（２２０）面からのＸ線回折強度Ｉ（２２０）との比、Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）が０．６未満であることを特徴とする缶蓋用アルミニウム合金板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶蓋用アルミニウム合金板に関し、より具体的には、高強度と優れた成形性、及び優れた開缶性を備えたイージーオープン缶蓋用アルミニウム合金板に関する。
【背景技術】
【０００２】
缶蓋用アルミニウム合金板に求められる特性として、蓋加工に耐える成形性、飲料充填後内圧に耐える耐圧強度、及び正常かつ簡単に開けるための開缶性が挙げられる。
特許文献１には、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔｉを含有するＡｌ−Ｍｇ系缶蓋用アルミニウム合金板が記載されている。同文献には、このアルミニウム合金板が成形性、耐圧強度及び開缶性に優れると記載されている。
【０００３】
特許文献２には、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉを含有するＡｌ−Ｍｇ系缶蓋用アルミニウム合金板が記載されている。同文献には、このアルミニウム合金板が成形性及び開缶性に優れると記載されている。また、同文献には、板厚方向１／４の部分の圧延集合組織成分のうちＣｕ方位、Ｓ方位及びＢｒａｓｓ方位の各方位密度の総和がランダム方位の５０倍以下であるとき、強度異方性が小さく、耳率が安定して低いことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６４３４７公報
【特許文献２】特開２００２−１０５５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
普通の缶ビール用の缶蓋に必要とされる耐圧強度（バックリングが発生する最小内圧）は６００ｋＰａ（６．０ｋｇｆ／ｃｍ２）程度で、例えば２０４径の缶蓋用アルミニウム合金板の板厚は０．２４ｍｍ程度である。これに対し、炭酸飲料（普通のビール以外）や加熱殺菌を必要とするお茶等の高耐圧用缶の缶蓋に必要とされる耐圧強度は６７０ｋＰａ（６．７ｋｇｆ／ｃｍ２）程度で、例えば２０４径の缶蓋用アルミニウム合金板の板厚は０．２６ｍｍ程度が必要とされている（特許文献１，２の実施例参照）。缶蓋の耐圧強度は、蓋の形状、アルミニウム合金板の板厚及びアルミニウム合金板の強度（引張強度および引張耐力）に依存する。一方、近年、低コスト化の観点から、これらの缶蓋用アルミニウム合金板のさらなる薄肉化が求められている。
【０００６】
アルミニウム合金板を薄肉化すると、缶蓋の耐圧強度及び成形性が低下する。缶蓋の耐圧強度の低下を補う方法の１つとして、アルミニウム合金自体を高強度化することが考えられるが、高強度化に伴って成形性が低下するという問題が生じる。
特許文献１，２等に記載された缶蓋用アルミニウム合金板（Ａｌ−Ｍｇ系合金板）では、缶蓋の開缶性を向上（開缶荷重を低減）させるため、副成分としてＭｎ，Ｆｅ，Ｓｉを含有させ、母材中に金属間化合物を晶出させている。しかし、開缶性を向上させるため金属間化合物を増加させると、成形性が低下する。開缶性は強度とも関係があり、開缶性を向上させ、かつ成形性の低下を防止するには、強度を低下させる必要があるが、それでは薄肉化した缶蓋の耐圧強度を保つことができない。
【０００７】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑み、缶蓋用Ａｌ−Ｍｇ系合金板の耐圧強度及び成形性を共に損なわず、開缶性を向上（開缶荷重を低減）することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
缶蓋用Ａｌ−Ｍｇ系合金板の集合組織は多くの方位因子からなり、これらの方位因子の構成比率が変化すると開缶荷重が変化する。本発明者らは、圧延面と（２００）面が平行な方位の方位密度と、圧延面と（２２０）面が平行な方位の方位密度とを適正範囲に制御することにより、強度及び成形性を損なうことなく、開缶荷重を低減できることを見出し、本発明をなすに至った。
本発明に係る缶蓋用アルミニウム合金板は、Ｍｇ：３．８〜５．５質量％、Ｆｅ：０．１〜０．５質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．３質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．６質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３質量％以下を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなり板表面の（２００）面からのＸ線回折強度Ｉ（２００）と（２２０）面からのＸ線回折強度Ｉ（２２０）との比、Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）が０．６未満であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る缶蓋用アルミニウム合金板（缶蓋用Ａｌ−Ｍｇ系合金板）は、開缶性に優れ(開缶荷重が低い)、材料強度が高く成形性も優れる。本発明によれば、Ｘ線回折強度比を制御することにより、缶蓋用アルミニウム合金板を薄肉化した場合でも、耐圧強度と成形性を低下させることなく、開缶荷重が低く開缶性に優れた缶蓋用アルミニウム合金板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】アルミニウム合金板からなる缶蓋の平面図である。
【図２】開缶性の評価時に使用する缶蓋のスコアの断面図である。
【図３】開缶性の評価時に使用する開缶荷重測定機の概要図である。図３（ａ）は開缶荷重測定機の斜視図である。図３（ｂ）は開缶荷重測定機の測定時の缶蓋付近の断面模式図である。図３（ｃ）は開缶荷重測定機に缶蓋を設置するときの缶蓋の向きを示す正面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る缶蓋用アルミニウム合金板及びその製造方法について、詳細に説明する。
（アルミニウム合金の成分組成）
Ｍｇ：３．８〜５．５質量％
Ｍｇは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果がある。しかし、Ｍｇの含有量が３．８質量％未満の場合、アルミニウム合金板の強度が不十分であり、缶蓋に成形したときの耐圧強度が不足する。一方、Ｍｇの含有量が５．５質量％を超える場合、アルミニウム合金板の強度が過剰となり、缶蓋への成形性が低下する。従って、Ｍｇの含有量は３．８〜５．５質量％とする。
【００１２】
Ｆｅ：０．１〜０．５質量％
Ｆｅは、アルミニウム合金板中にＡｌ−Ｆｅ（−Ｍｎ）系、Ａｌ−Ｆｅ（−Ｍｎ）−Ｓｉ系金属間化合物を形成し、缶蓋に成形したときのスコア部の引裂き性を高め、開缶性を向上させる効果がある。しかし、Ｆｅの含有量が０．１質量％未満の場合、スコア部の引裂き性が向上せず、開缶荷重が大きくなる。一方、Ｆｅの含有量が０．５質量％を超える場合、金属間化合物が増加し、缶蓋への成形性が低下する。従って、Ｆｅの含有量は０．１〜０．５質量％とする。
【００１３】
Ｓｉ：０．０５〜０．３質量％
Ｓｉは、アルミニウム合金板中にＭｇ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｆｅ（−Ｍｎ）系、Ａｌ−Ｆｅ（−Ｍｎ）−Ｓｉ系金属間化合物を形成し、缶蓋に成形したときのスコア部の引裂き性を高め、開缶性を向上させる効果がある。しかし、Ｓｉの含有量が０．０５質量％未満の場合、Ｆｅと同様に開缶性が向上しない。また、アルミニウム合金板の原材料に使用できるスクラップ量が減少し、またアルミニウム地金の必要純度が高くなるため、コストが増大する。一方、Ｓｉの含有量が０．３質量％を超える場合、アルミニウム合金板中の金属間化合物が増加し、缶蓋への成形性が低下する。従って、Ｓｉの含有量は０．０５〜０．３質量％とする。
【００１４】
Ｍｎ：０．０１〜０．６質量％
Ｍｎは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果があるとともに、アルミニウム合金板中にＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物を形成させ、缶蓋に成形したときのスコア部の引裂き性を高め、開缶性を向上させる効果がある。しかし、Ｍｎの含有量が０．０１質量％未満の場合、アルミニウム合金板の強度向上効果や缶蓋に成形したときの開缶性向上効果が得られない。一方、Ｍｎの含有量が０．６質量％を超える場合、金属間化合物が増加し、成形性が低下する。従って、Ｍｎの含有量は０．０１〜０．６質量％とする。好ましくは０．０３〜０．６質量％である。
【００１５】
Ｃｕ：０．０１〜０．３質量％
Ｃｕは、アルミニウム合金板の強度を向上させる効果がある。しかし、Ｃｕの含有量が０．０１質量％未満ではその効果が低い。一方、Ｃｕの含有量が０．３質量％を超える場合、アルミニウム合金板の強度が過剰となり、缶蓋への成形性が低下する。従って、Ｃｕの含有量は０．０１〜０．３質量％、好ましくは０．０３〜０．３質量％である。
【００１６】
不可避不純物
本発明に係るアルミニウム合金は、前記添加成分以外に残部Ａｌと不可避不純物を含有する。不可避不純物は、Ｃｒが０．３質量％以下、Ｚｎが０．３質量％以下、Ｔｉが０．１質量％以下、Ｚｒが０．１質量％以下、Ｂが０．１質量％以下、その他の元素が各々０．０５質量％以下の範囲内で許容される。不可避不純物の含有量がこの範囲内であれば、本発明に係るアルミニウム合金板の特性に影響しない。
【００１７】
（Ｘ線回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）＜０．６）
アルミニウム合金板の板表面において、（２００）面からのＸ線回折強度Ｉ（２００）と、（２２０）面からのＸ線回折強度Ｉ（２２０）を、後述のＸ線回折法を用いて測定する。Ｘ線回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）は、これらのＸ線回折強度Ｉ（２００）、Ｉ（２２０）から算出する。
Ｘ線回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）が０．６未満のとき、アルミニウム合金板の強度及び成形性を低下させることなく、開缶荷重を低減することができる。Ｘ線回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）が０．６未満とは、圧延面と（２００）面が平行な方位よりも、圧延面と（２２０）面が平行な方位が発達していることを意味する。Ｘ線回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）は、好ましくは０．５未満、より好ましくは０．４５未満である。
【００１８】
（アルミニウム合金板の製造方法）
本発明に係るアルミニウム合金板は、鋳造、均質化熱処理、熱間圧延、１次冷間圧延、中間焼鈍、２次冷間圧延（仕上冷間圧延）の工程で製造することができる。上記組成のアルミニウム合金板において、Ｘ線回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）を上記特定の範囲内に制御するうえで、特に２次冷間圧延工程の条件が重要である。以下、各工程について説明する。
【００１９】
まず、ＤＣ鋳造法等の公知の半連続鋳造法によりアルミニウム合金を鋳造する。
次に、鋳塊表層の不均一な組織となる領域を面削にて除去した後、均質化熱処理を施す。均質化熱処理は４００〜５５０℃の温度範囲で１〜１０時間保持する。均質化熱処理温度が４００℃未満の場合又は保持時間が１時間未満の場合、金属間化合物が少なくなり、開缶性が低下する。均質化熱処理温度が５５０℃を超える場合、熱間圧延時にバーニングが生じる。また、保持時間が１０時間を超える場合、生産性が低下する。
均質化熱処理後、冷却することなく続けて熱間圧延を行い、好ましくは３００℃以上で熱間圧延を終了する。作製された熱間圧延材は再結晶組織となる。
【００２０】
前記熱間圧延板を、総圧延率５０〜８０％で冷間圧延（１次冷間圧延）する。総圧延率が５０％未満の場合、圧延による蓄積歪みが不足し、次工程の中間焼鈍にて再結晶粒径が大きくなり、成形性が悪くなってしまう。一方、総圧延率が８０％を超える場合、圧延パス数が多くなり生産性が低下する。
【００２１】
次に前記冷間圧延板を中間焼鈍して再結晶させるとともに、Ｃｕを固溶させる。この時点でＣｕを固溶することにより、塗装・焼付け後のアルミニウム合金板の強度を高めることができる。この中間焼鈍は、３８０℃〜５５０℃に保持して１０分以内焼鈍し、保持温度までの加熱速度及び前記保持温度からの冷却速度を、いずれも１００℃／ｍｉｎ以上とする。加熱速度が１００℃／ｍｉｎ未満の場合、保持温度が５５０℃を超える場合、保持時間が１０分間を超える場合、そして冷却速度が１００℃／ｍｉｎ未満の場合、それぞれ焼鈍工程終了後の再結晶粒が大きくなり、製品板の成形性が悪化する。また、保持温度が３８０℃未満の場合、焼鈍工程終了後のアルミニウム合金板に加工組織が残留し、製品板の成形性が悪化する。従って、この中間焼鈍工程は、１００℃／ｍｉｎ以上で加熱する工程、３８０〜５５０℃で１０分以内保持する工程、及び１００℃／ｍｉｎ以上で冷却する工程を有する工程とする。
【００２２】
続いて、前記焼鈍した冷間圧延板を、総圧延率を５０〜８５％として再度冷間圧延（２次冷間圧延）する。総圧延率が５０％未満の場合、圧延による加工硬化が小さく強度が低下し、缶蓋へ成形したときの耐圧強度が不足する。一方、総圧延率が８５％を超える場合、缶蓋用アルミニウム合金板の強度が高くなり過ぎ、成形性が低下する。従って、総圧延率は５０〜８５％とする。
２次冷間圧延の最終パスの圧延速度（板出速度）は４００ｍｐｍ（ｍｅｔｅｒ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）以上、好ましくは６００ｍｐｍ以上、より好ましくは１０００ｍｐｍ以上とする。また、最終パスの板出側の張力は２００ＭＰａ以上、６００ＭＰａ以下とする。この条件で最終パスを行うことにより、前記組成のアルミニウム合金板（製品板）のＸ線回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）を、０．６未満に制御することができる。一方、最終パスの圧延速度が４００ｍｐｍより小さい場合、又は最終パスの板出側の張力が２００ＭＰａ未満の場合、製品板のＸ線回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）が前記範囲を満たさない。また、最終パスの板出側の張力が６００ＭＰａを超える場合、圧延中に板が切れてしまう。最終パスの圧延率は、缶蓋の製造における通常の圧延率（一般に２０〜６０％）でよい。
【００２３】
以上の工程で製造した缶蓋用アルミニウム合金板は、クロメート系やジルコン系などの表面処理を施し、エポキシ系樹脂や塩ビゾル系、ポリエルテル系などの有機塗料を塗布し、ＰＭＴ（Ｐｅａｋ  Ｍｅｔａｌ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ：メタル到達温度）が２３０〜２８０℃程度で焼付け処理された後、缶蓋へと成形される。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の効果を確認した実施例を、本発明の要件を満たさない比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
表１に示すアルミニウム合金を半連続鋳造法（ＤＣ）にて鋳造し、鋳塊表層を面削してスラブを作製した。このスラブに均質化熱処理を施した後、熱間圧延を行って熱間圧延板とし、この熱間圧延板に対し、１次冷間圧延、中間焼鈍、２次冷間圧延を順次行い、板厚０．２４ｍｍの缶蓋用アルミニウム合金板を作製した。中間焼鈍までの工程は、先に説明した条件で行った。２次冷間圧延は２又は３パスで実施し、総圧延率を７０％とした。最終パスの圧延速度と板出側の張力を表１に示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
作製したＮｏ．１〜２４のアルミニウム合金板を供試材とし、Ｘ線回折強度比、０．２％耐力、成形性、及び開缶荷重を、以下に示す要領で測定した。その結果を表１に示す。
【００２７】
（Ｘ線回折強度比）
株式会社リガク製Ｘ線回折装置を用いて、板表面の（２００）面からのＸ線回折強度Ｉ（２００）と（２２０）面からのＸ線回折強度Ｉ（２２０）を測定し、Ｘ線回折強度比Ｉ（２００）／Ｉ（２２０）を算出した。測定は、ターゲットにＣｕを用い、管電圧４５ｋＶ、管電流２００ｍＡ、走査速度１°／ｍｉｎ、サンプリング幅０．０２°、測定範囲（２θ）３０°〜１１５°の条件で行った。
【００２８】
（０．２％耐力）
アルミニウム合金板に対し、塗装・焼付け工程を模擬したオイルバスによる２６０℃×２０秒の熱処理を施した後、引張方向が圧延方向と平行になるようにＪＩＳ−５号引張試験片を作製した。この試験片を用い、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１：２０１１に準じて引張試験を行い、０．２％耐力を求めた。０．２％耐力の適正範囲は２９０ＭＰａ以上であり、この範囲であれば、薄肉化された缶蓋であっても耐圧強度を満足する。
【００２９】
（成形性）
アルミニウム合金板に対し、塗装・焼付け工程を模擬したオイルバスによる２６０℃×２０秒の熱処理を施した後、２０４径フルフォーム・エンド金型にてシェル成型、コンバージョン成形、タブのステイク（タブをかしめる工程）を行い、図１に示す缶蓋を作製した。缶蓋は、Ｎｏ．１〜２４のそれぞれについて３００個作製し、リベット部やシンク部の割れの有無を目視で確認した。図１において、２がリベット部、５がシンク部である。３００個中１個でも割れがあると不合格とした。
【００３０】
（開缶荷重）
アルミニウム合金板に対し、塗装・焼付け工程を模擬したオイルバスによる２６０℃×２０秒の熱処理を施した後、成形性の試験で使用した２０４径フルフォーム・エンド金型にてシェル成型、コンバージョン成形、タブのステイクを行った後に、開缶試験を行った。図１は、開缶試験に用いた缶蓋の平面図である。図２は、開缶試験に用いた缶蓋のスコア３の断面図である。図３（ａ）は、開缶時の荷重を測定する開缶荷重測定機の概要図である。図３（ａ）は開缶荷重測定機６の斜視図である。図３（ｂ）は開缶荷重測定機６の測定時の缶蓋１付近の断面模式図である。図３（ｃ）は開缶荷重測定機６に缶蓋１を設置するときの缶蓋１の向きを示す正面模式図である。缶蓋１をスコア３に対してタブ４が上方となるように、開缶荷重測定機６に缶蓋１を設置する（図３（ｃ））。缶蓋１のタブ４に掛止具７を引っ掛けて、掛止部８とする（図３（ｂ））。掛止具７を水平方向へ引っ張って３Ｎの引張荷重を負荷し、その状態で掛止具７を静止させた後、缶蓋１をＸ方向に９０°回転させた。ロードセルにて回転中の荷重を測定し、最も高い荷重を開缶荷重とした。開缶荷重の適正範囲は２０Ｎ以下とした。なお、前記成形性の試験で不合格となったものは、開缶荷重を測定する試験を行わなかった。
【００３１】
表１，２に示すように、成分組成及びＸ線回折強度比が本発明の規定範囲内のＮｏ．１〜１３（実施例）は、０．２％耐力及び開缶荷重が適正で、缶蓋加工に耐える成形性を有する。従って、Ｎｏ．１〜１３のアルミニウム合金板は、イージーオープン缶蓋用として好適に使用し得る。
【００３２】
一方、Ｎｏ．１４〜２４（比較例）は、成分組成又はＸ線回折強度比のいずれかが本発明の規定範囲内でなく、下記のとおり、０．２％耐力、成形性及び開缶荷重のいずれかが適正値を満たさない。
Ｎｏ．１４はＭｇ含有量が不足するため、０．２％耐力が低い。Ｎｏ．１５はＭｇ含有量が過剰なため、成形性が劣る。
Ｎｏ．１６はＦｅ含有量が不足するため、開缶荷重が大きい。Ｎｏ．１７はＦｅ含有量が過剰なため、成形性が劣る。
Ｎｏ．１８はＳｉ含有量が不足するため、開缶荷重が大きい。Ｎｏ．１９はＳｉ含有量が過剰なため、成形性が劣る。
【００３３】
Ｎｏ．２０はＭｎが含有されていないため、０．２％耐力が低く、開缶荷重が大きい。Ｎｏ．２１はＭｎ含有量が過剰なため、成形性が劣る。
Ｎｏ．２２はＣｕ含有量が過剰なため、成形性が劣る。
Ｎｏ．２３は２次冷間圧延の最終パスの圧延速度が小さいため、Ｘ線回折強度比が０．６を超え、開缶荷重が大きい。Ｎｏ．２４は２次冷間圧延の最終パスの板出側の張力が低いため、開缶荷重が大きい。
【符号の説明】
【００３４】
１  缶蓋
２  リベット部
３  スコア
４  タブ
５  シンク
６  開缶荷重測定機
７  掛止具
８  掛止部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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