(57)【要約】【課題】特に高圧が発生するおそれがあるボトル缶用のキャップ材として、優れた機械的性質や成形性を満足する防爆キャップ用アルミニウム合金板及びその製造方法を提供する。【解決手段】質量％で、Ｍｇ：１．１〜１．５％、Ｃｕ：０．０３％以下、Ｍｎ：０．１０％以下、Ｃｒ：０．０４％以下、Ｚｎ：０．３％以下、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｆｅ：０．４０％以下、Ｔｉ：０．２０％以下を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、引張強さが１８５〜２０５ＭＰａ、耐力が１５５〜１９５ＭＰａ、伸びが６〜１１％であり、絞り比２以下での耳率が２％以下である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｍｇ：１．６〜２．０％、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｚｎ：０．４％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｆｅ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．４０％以下を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、
引張強さが２１０〜２５０ＭＰａ、耐力が１７０〜２２０ＭＰａ、伸びが７〜１３％であり、ベーキング処理した後の引張強さが２１０〜２５０ＭＰａ、耐力が１６０〜２１０ＭＰａ、伸びが７〜１３％であり、且つ、ベーキング後の耐力に対する引張強さの比が１．１〜１．４であり、
深絞り試験によりカップの開口部に発生する耳の形態が、圧延方向に対して、０゜，４５゜方向の６箇所に発生する六方耳、又は、０゜，４５゜，９０゜方向の８箇所に発生する八方耳であり、なお且つ、絞り比１．９７での耳率が２．０％以下であることを特徴とするキャップ用アルミニウム合金板。
【請求項２】
請求項１に記載のキャップ用アルミニウム合金板の製造方法であって、
スラブに熱間圧延、冷間圧延を行い、最終冷延率を４０％を超え８０％以下、最終板厚を０．２１０〜０．２６０ｍｍとし、最終冷延後に２０５〜２４５℃の最終調質焼鈍を行うことを特徴とするキャップ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、ボトル缶のキャップ用アルミニウム合金板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ付きキャップは、ガラス瓶やプラスチック容器などのキャップとして広く利用されている。また、最近では、ねじ付きキャップを備えたアルミニウム合金製のボトル缶も開発されている。このようなボトル缶の材料としては、例えばＪＩＳ３００４（ＡＡ３００４）、ＪＩＳ３１０４（ＡＡ３１０４）等のＡｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金などが使用されている。一方、キャップの材料としては、例えばＪＩＳ５１５４等のＡｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金などが使用されている（例えば、特許文献１〜３を参照。）。
【０００３】
ボトル缶のキャップに要求される品質特性としては、耐圧性や、耐食性、低耳、シーリング性、防爆対応性、深絞り性など多岐に渡っており、且つ、これらの特性が安定していなければならない。また、この種のキャップは大量生産されるため、製造時に材料の無駄が生じないことが望まれる。例えば、深絞り加工によりキャップを成形する際に、アルミニウム合金板の組成や製造条件等によって材料の無駄となる耳がどの程度発生するか、また、如何に低い耳率のまま良好な加工性と高い引張強さ等を確保できるかが重要な課題となる。
【特許文献１】特開２００５−２４６４号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３０７９号公報
【特許文献３】特開２００５−１２６７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したねじ付きキャップを備えたボトル缶は、キャップを開けた後に再びキャップを閉めておくことができるため、非常に便利である。しかしながら、中身が残った状態のままボトル缶を放置した場合、ボトル缶内に混入した雑菌が増殖することによって、ボトル缶内でガスが発生し、ボトル缶の内圧が上昇することがある。例えば、ボトル缶の中身が炭酸飲料等の場合、ボトル缶内の圧力は通常０．２ＭＰａ程度であるが、使用環境や温度条件等によってはそれ以上の圧力が発生するとの知見もある。
【０００５】
そこで、ボトル缶の内圧が上昇した場合にキャップが外れて中身が飛び出すことがないよう、キャップのネジ部がボトル缶の内圧上昇に耐え得るだけの強度を持たせた防爆キャップが開発されている。また、キャップのナール部にスリットを形成し、ボトル缶の内圧が異常に高くなった場合にキャップが変形して、ナール部のスリットからガスを放出させる構造の防爆キャップも開発されている。したがって、このような高圧が発生するおそれがあるボトル缶用のキャップについては、特に高い強度と伸びを有するキャップ材を用いる必要がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、特に高圧が発生するおそれがあるボトル缶用のキャップ材として、優れた機械的性質や成形性を満足し、また、更なる強度向上により薄肉化も可能とした防爆キャップ用アルミニウム合金板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、質量％で、Ｍｇ：１．６〜２．０％、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｚｎ：０．４％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｆｅ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．４０％以下を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、引張強さが２１０〜２５０ＭＰａ、耐力が１７０〜２２０ＭＰａ、伸びが７〜１３％であり、ベーキング処理した後の引張強さが２１０〜２５０ＭＰａ、耐力が１６０〜２１０ＭＰａ、伸びが７〜１３％であり、且つ、ベーキング後の耐力に対する引張強さの比が１．１〜１．４であり、深絞り試験によりカップの開口部に発生する耳の形態が、圧延方向に対して、０゜，４５゜方向の６箇所に発生する六方耳、又は、０゜，４５゜，９０゜方向の８箇所に発生する八方耳であり、なお且つ、絞り比１．９７での耳率が２．０％以下であることを特徴とするキャップ用アルミニウム合金板である。
【０００８】
また、請求項２に記載発明は、請求項１に記載のキャップ用アルミニウム合金板の製造方法であって、スラブに熱間圧延、冷間圧延を行い、最終冷延率を４０％を超え８０％以下、最終板厚を０．２１０〜０．２６０ｍｍとし、最終冷延後に２０５〜２４５℃の最終調質焼鈍を行うことを特徴とするキャップ用アルミニウム合金板の製造方法である。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明によれば、特に防爆性に優れたキャップ材として良好な機械的強度を有することから、ボトル缶の内圧が上昇した場合にキャップが外れて中身が飛び出すことを未然に防ぐことができる。また、更なる強度向上により薄肉化も可能である。また、良好な伸びも有することから加工性にも優れ、さらに、これらの機械的性質を満たした上で耳率を低くできることから、製造時の材料の無駄が少なくなり、大量生産した場合に低コスト化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を適用したキャップ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。
【００１１】
先ず、本発明を適用したキャップ用アルミニウム合金板について説明する。
本発明を適用したキャップ用アルミニウム合金板は、質量％で、Ｍｇ：１．６〜２．０％、Ｃｕ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．３０％以下、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｚｎ：０．４％以下、Ｓｉ：０．５％以下、Ｆｅ：０．５０％以下、Ｔｉ：０．４０％以下を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる組成を有し、引張強さが２１０〜２５０ＭＰａ、耐力が１７０〜２２０ＭＰａ、伸びが７〜１３％であり、ベーキング処理した後の引張強さが２１０〜２５０ＭＰａ、耐力が１６０〜２１０ＭＰａ、伸びが７〜１３％であり、且つ、ベーキング後の耐力に対する引張強さの比が１．１〜１．４であり、深絞り試験によりカップの開口部に発生する耳の形態が、圧延方向に対して、０゜，４５゜方向の６箇所に発生する六方耳、又は、０゜，４５゜，９０゜方向の８箇所に発生する八方耳であり、なお且つ、絞り比１．９７での耳率が２．０％以下であることを特徴とするものである。
【００１２】
以下、本発明のキャップ用アルミニウム合金板に添加された各組成元素及びその添加量を規定した理由、並びに本発明のアルミニウム合金の特定事項について説明する。
【００１３】
（Ｍｇ：１．６〜２．０％）
Ｍｇは、アルミニウム合金の強度を向上させるのに必要な元素である。しかしながら、Ｍｇが１．６％未満であると、防爆キャップ用としてアルミニウム合金の強度を向上させる効果が不十分となり、Ｍｇが２．０％を超えると、加工性が劣化する。したがって、Ｍｇは、１．６〜２．０％の範囲で含有することが好ましく、より好ましくは１．７５〜１．９０％の範囲である。
【００１４】
（Ｃｕ：０．１０％以下）
Ｃｕは、アルミニウム合金の強度を向上させる元素である。しかしながら、Ｃｕが０．１０％を超えると、アルミニウム合金の耐食性が劣化する。したがって、Ｃｕは、０．１０％以下の範囲で添加することが好ましく、より好ましくは０．０３〜０．０７％の範囲である。
【００１５】
（Ｍｎ：０．３０％以下）
Ｍｎは、アルミニウム合金の強度を向上させる元素である。しかしながら、Ｍｎが０．３０％を超えると、加工性が劣化する。したがって、Ｍｎは、０．３０％以下の範囲で含有することが好ましく、より好ましくは０．１〜０．２％の範囲である。
【００１６】
（Ｃｒ：０．３０％以下）
Ｃｒは、耳率を低減させる元素である。しかしながら、Ｃｒが０．３０％を超えると、アルミニウム合金の強度が高くなり過ぎてしまい、成形性が劣化する。したがって、Ｃｒは、０．３０％以下の範囲で添加することが好ましく、より好ましくは０．１〜０．２％の範囲である。
【００１７】
（Ｚｎ：０．４％以下）
Ｚｎは、結晶粒の微細化を図り、成形性を向上させる元素である。しかしながら、Ｚｎが０．４％を超えると、アルミニウム合金の強度が高くなり過ぎてしまい、成形性が劣化する。したがって、Ｚｎは、０．４％以下の範囲で添加することが好ましく、より好ましくは０．２〜０．３％の範囲である。
【００１８】
（Ｓｉ：０．５％以下）
Ｓｉは、深絞り性を向上させる元素である。しかしながら、Ｓｉが０．５％を超えると、逆に深絞り性が劣化する。したがって、Ｓｉは、０．５％以下の範囲で添加することが好ましく、より好ましくは０．３〜０．４％の範囲である。
【００１９】
（Ｆｅ：０．５０％以下）
Ｆｅは、アルミニウム合金の強度を向上させる元素である。しかしながら、Ｆｅが０．５０％を超えると、深絞り性や耐食性が劣化する。したがって、Ｆｅは、０．５０％以下の範囲で添加することが好ましく、より好ましくは０．２〜０．４％の範囲である。
【００２０】
（Ｔｉ：０．４０％以下）
Ｔｉは、結晶粒の微細化を図り、成形性を向上させる元素である。しかしながら、Ｔｉが０．４０％を超えると、肌荒れ等によりアルミニウム合金の表面状態が劣化する。したがって、Ｔｉは、０．４０％以下の範囲で添加することが好ましく、より好ましくは０．２〜０．３％の範囲である。
【００２１】
（機械的性質）
本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、その引張強さが２１０〜２５０ＭＰａ、耐力が１７０〜２２０ＭＰａ、伸びが７〜１３％であることが好ましい。
引張強さは、２１０ＭＰａ未満になると、ボトル缶用のキャップとしての強度が不足してしまい、２５０ＭＰａを超えると、キャップに形成するネジ部の成形が困難となる。したがって、引張強さは、２１０〜２５０ＭＰａの範囲であることが好ましく、より好ましくは、２２０〜２３５ＭＰａの範囲である。
耐力は、１７０ＭＰａ未満になると、深絞り加工時にしわ等の外観不良が発生し易くなり、２２０ＭＰａを超えると、深絞り加工時に割れが生じ易くなる。したがって、耐力は、１７０〜２２０ＭＰａの範囲であることが好ましく、より好ましくは、１８０〜２０５ＭＰａの範囲である。
伸びは、７％未満になると、深絞り加工によるキャップの成形性が劣化してしまい、１３％を超えると、深絞り加工後のキャップ形状が安定しなくなる。したがって、伸びは、７〜１３％の範囲であることが好ましく、より好ましくは、１０〜１２％の範囲である。
【００２２】
また、本発明のキャップ用アルミニウム合金板は、２００℃で１０分ベーキング処理した後の引張強さが２１０〜２５０ＭＰａ、耐力が１６０〜２１０ＭＰａ、伸びが７〜１３％であることが好ましい。
ベーキング後の引張強さは、２１０ＭＰａ未満になると、ボトル缶用のキャップとしての強度が不足してしまい、２５０ＭＰａを超えると、キャップに形成するネジ部の成形が困難となる。したがって、引張強さは、２１０〜２５０ＭＰａの範囲であることが好ましく、より好ましくは、２２０〜２３５ＭＰａの範囲である。
ベーキング後の耐力は、１６０ＭＰａ未満になると、深絞り加工時にしわ等の外観不良が発生し易くなり、２１０ＭＰａを超えると、深絞り加工時に割れが生じ易くなる。したがって、耐力は、１６０〜２１０ＭＰａの範囲であることが好ましく、より好ましくは、１７０〜１９５ＭＰａの範囲である。
ベーキング後の伸びは、７％未満になると、深絞り加工によるキャップの成形性が劣化してしまい、１３％を超えると、深絞り加工後のキャップ形状が安定しなくなる。したがって、伸びは、７〜１３％の範囲であることが好ましく、より好ましくは、１０〜１２％の範囲である。
【００２３】
さらに、本発明のキャップ用アルミニウム合金板では、ベーキング後の耐力に対する引張強さの比が１．１〜１．４であることが好ましい。この比が１．１未満になると、強度が低くなり過ぎてボトル缶の内圧に耐えられないか、耐力が高くなり過ぎて成形性が劣化してしまう。一方、この比が１．４を超えると、強度が高くなり過ぎて開栓が困難となるか、耐力が低くなり過ぎてキャップ形状が不安定となる。したがって、ベーキング後の耐力に対する引張強さの比は、１．１〜１．４の範囲であることが好ましく、より好ましくは、１．２〜１．３の範囲である。
【００２４】
（深絞り試験）
本発明のアルミニウム合金板は、深絞り試験によりカップの開口部に発生する耳の形態が、圧延方向に対して、０゜（１８０゜），４５゜（１３５゜，２２５゜，３１５゜）方向の６箇所に発生する六方耳、又は、０゜（１８０゜），４５゜（１３５゜，２２５゜，３１５゜），９０゜（２７０゜）方向の８箇所に発生する八方耳であり、なお且つ、絞り比１．９７での耳率が２．０％以下であることが好ましい。耳率を２．０％以下とすることによって、製造時の材料の無駄を少なくすることができる。
【００２５】
ここで、深絞り試験とは、 材料から所定径の円板（ブランク）を打ち抜き、これをポンチ及びダイスを用いて平底付き円筒（絞りカップという。）に絞り加工し、その際に絞りカップの開口部に発生する耳の高さを測定して、材料の深絞り加工性を判定する試験のことを言う。なお、耳率は、ダイス径３３．７ｍｍ、ポンチ径３３ｍｍ、ポンチ肩Ｒ４ｍｍの金型を用い、ブランク径６５ｍｍ、絞り比２以下の条件で深絞り試験を行い、そのとき測定した耳の高さから算出した。
【００２６】
次に、本発明を適用したキャップ用アルミニウム合金板の製造方法について説明する。
本発明を適用したキャップ用アルミニウム合金板の製造方法は、上記組成成分を有するアルミニウム合金を用い、この種のアルミニウム合金を製造する場合に適用する常法を組み合わせることによって製造することができる。すなわち、溶湯からスラブを得た後、このスラブに熱間圧延加工と冷間圧延加工を複数回施し、これら圧延の前後に必要に応じて均質化処理と中間焼鈍を行い、中間焼鈍後に更に冷間圧延加工を複数回施し、その際、最後の中間焼鈍からの冷間圧延率（最終冷延率という。）を４０％を超え８０％以下とし、最終冷延後に２０５〜２４５℃の最終調質焼鈍を行うことを本発明の特徴とするものである。また、最終板厚は０．２１０〜０．２６０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００２７】
具体的に、最終冷延率は、４０％以下になると強度が不十分となり、８０％を超えると耳率が高くなる。例えば、板厚０.６ｍｍから０.２５ｍｍに加工した場合の最終冷延率は５８％、板厚０.８ｍｍから０.２５ｍｍにした場合の最終冷延率は６９％であるが、どちらの場合においても耳率が低く、冷間圧延率が高い方が引張強さが向上する。したがって、最終冷延率は、４０％を超え８０％以下の範囲とすることが好ましく、５５〜７０％の範囲とすることがより好ましい。これにより、上述した耳の形態を六方耳又は八方耳とし、低い耳率を維持しながら引張強度を向上させることができる。
【００２８】
目的の引張強さは最終的には最終冷間圧延で得ることができる。一方、最終冷延後に最終調質焼鈍を行わないと伸びが出なくなる。具体的に、最終調質焼鈍は、２０５℃未満であると伸びが不足し、２４５℃を超えると素材強度が低下する。したがって、最終調質焼鈍は、２０５〜２４５℃の範囲で行うことが好ましく、２２０〜２３５℃の範囲で行うことがより好ましい。なお、加熱方法については、バッチ式でも急速加熱方式でもよい。加熱時間については、バッチ式では１〜１０時間程度、急速加熱方式では１〜６０秒程度である。
【００２９】
以上のように作製された本発明のアルミニウム合金板では、特に防爆性に優れたキャップ材として良好な機械的強度を有することから、ボトル缶の内圧が上昇した場合にキャップが外れて中身が飛び出すことを未然に防ぐことができる。また、更なる強度向上により薄肉化も可能である。また、良好な伸びも有することから加工性にも優れ、さらに、これらの機械的性質を満たした上で耳率を低くできることから、製造時の材料の無駄が少なくなり、大量生産した場合に低コスト化を実現することができる。
【００３０】
なお、本発明のアルミニウム合金板は、高圧時にキャップとボトル口部との間でガス抜きを行う防爆対応型のキャップ材として使用できることは勿論、防爆対応型ほど耐圧性能を必要としないキャップ材にも使用でき、キャップ材としての使用範囲は非常に広いものである。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００３２】
本実施例では、防爆キャップ用のアルミニウム合金板として、Ｍｎ及びＳｉの含有量を変化させたときの物性の違いについて調べた。具体的には、先ず、質量％で、Ｍｇ：１．８％、Ｃｕ：０．０５％、Ｃｒ：０．１５％、Ｚｎ：０．２％、Ｆｅ：０．２５％、Ｔｉ：０．２％、Ｍｎ：０．００５〜０．３％、Ｓｉ：０．１５〜０．５％を含有し、残部Ａｌ及び不可避不純物からなる組成を有するアルミニウム合金を溶製し、スラブに鋳造した。次に、５６０℃×４時間の均質化処理を行い、熱間圧延で板厚６ｍｍとした。次に、冷間圧延、連続焼鈍炉（４６０℃）で中間焼鈍を行い、最終冷延率６５％で最終板厚０．２５ｍｍまで冷間圧延を行った。最後に、２２５℃で４ｈｒの調質焼鈍を行い、Ｎｏ．１〜１２のアルミニウム合金板を得た。
【００３３】
そして、得られたＮｏ．１〜１２のアルミニウム合金板について、引張強さ、耐力、伸び、耳率の各測定を行った。その測定結果を表１に示す。なお、耳率は、ダイス径３３．７ｍｍ、ポンチ径３３ｍｍ、ポンチ肩Ｒ４ｍｍの金型を用い、ブランク径６５ｍｍ、絞り比２以下の条件で深絞り試験を行い、そのとき測定した耳の高さから算出した。また、Ｎｏ．１〜１２のアルミニウム合金板について、２００℃で１０分ベーキング処理した後の引張強さ、耐力、伸びの各測定を行った。その測定結果を表１に示す。さらに、ベーキング後の耐力（Ｂ）に対する引張強さ（Ａ）の比ＴＳ／ＹＳ（Ａ／Ｂ）を算出した。その算出結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
2008144221.tif 000002
【００３５】
表１に示すように、Ｎｏ．１〜３のアルミニウム合金板は、Ｍｎの含有量が０．２％、Ｓｉの含有量が０．３〜０．５％の場合、Ｎｏ．４〜６のアルミニウム合金板は、Ｍｎの含有量が０．３％、Ｓｉの含有量が０．３〜０．５％の場合、Ｎｏ．７〜９のアルミニウム合金板は、Ｍｎの含有量が０．２５％、Ｓｉの含有量が０．１５〜０．２５％（０．３％未満）の場合、Ｎｏ．１０〜１２のアルミニウム合金板は、Ｓｉの含有量が０．４％、Ｍｎの含有量が０．００５〜０．１５％（０．２％未満）の場合である。
【００３６】
表１に示す測定結果から、Ｎｏ．１〜１２のアルミニウム合金板は、何れも本発明の組成範囲にあるアルミニウム合金を用いて、最終冷延率を４０超え８０％以下とし、最終冷延後に２０５〜２４５℃の範囲で最終調質焼鈍を行ったものである。
【００３７】
これらのアルミニウム合金板は、ベーキング前の引張強さが２１０〜２５０ＭＰａ、耐力が１７０〜２２０ＭＰａ、伸びが７〜１３％であり、ベーキング後の引張強さが２１０〜２５０ＭＰａ、耐力が１６０〜２１０ＭＰａ、伸びが７〜１３％であり、且つ、ベーキング後の耐力に対する引張強さの比が１．１〜１．４であり、ベーキング後も良好な機械的性質を維持していることがわかる。このうち、Ｎｏ．６のアルミニウム合金板は、最も良好な結果を示したことから、Ｍｎ及びＳｉの含有量は本発明の数値範囲内でなるべく高い方がよく、これにより、強度を維持しつつ成形性を高めることが可能である。