(57)【要約】【課題】強度に優れ、かつ耳率が小さい缶蓋用アルミニウム基合金硬質板を提供する。【解決手段】Ｍｎ０．３０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｍｇ０．２０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．７０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ０．６０ｍａｓｓ％以下、Ｚｒ０．００６〜０．１２０ｍａｓｓ％を含み、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり、最大長さが０．０５μｍ以下の金属間化合物の数が１０個／μｍ２以上であることを特徴とする強度と耳率に優れた成形用アルミニウム基合金硬質板。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ０．３０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｍｇ０．２０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．７０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ０．６０ｍａｓｓ％以下、Ｚｒ０．００６〜０．１２０ｍａｓｓ％を含み、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり、最大長さが０．０５μｍ以下の析出物の数が１０個／μｍ２以上であることを特徴とする強度と耳率に優れた成形用アルミニウム基合金硬質板。
【請求項２】
均質化処理した鋳塊に熱間粗圧延と熱間仕上圧延からなる熱間圧延を施した後、冷間圧延と焼鈍を適時繰り返し行う工程を経た後、仕上げ冷間圧延を行う請求項１記載の成形用アルミニウム基合金硬質板の製造方法において、前記熱間粗圧延を、その開始温度が５００℃以下、その終了温度が３８０℃以上、圧下率が９０％以上の条件で行い、前記冷間圧延と焼鈍を適時繰り返し行う工程においては毎時２００℃以下の昇温速度で３００℃以上の温度へ昇温した後にその温度に保持する焼鈍を少なくとも１回以上行い、前記仕上げ冷間圧延を圧下率２０〜４５％で行うことを特徴とする強度と耳率に優れた成形用アルミニウム基合金硬質板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形用アルミニウム基合金硬質板およびその製造方法に関するもので、成形後の強度に優れ、かつ成形時に発生する耳率が小さく飲料用缶の缶蓋材として最適である。
【背景技術】
【０００２】
一般に飲料用缶は缶蓋材と缶胴材からなり、どちらも高い強度と成形性が求められる。
このためアルミニウム基合金では、特に５０５２合金、５０８２合金、５１８２合金などのＡｌ−Ｍｇ系合金、あるいは３００４合金などのＡｌ−Ｍｎ系合金が広く用いられている。
これらの缶材は、鋳塊を均質化処理した後に熱間圧延を行い、その後冷間圧延と焼鈍を適時繰り返し行い製造される。更に必要に応じて最終の冷間圧延後、仕上焼鈍、脱脂、洗浄、カッピング用潤滑油塗布などが施される。
【０００３】
缶蓋材は強度の異方性が少ないこと、また深絞り耳率が小さいことなどが望まれている。また近年は薄肉化の要求が強まっているところから、薄肉でもこれらの特性の優れている材料が強く望まれている。
従来、このような要求に対して、Ａｌ−Ｍｇ−Ｍｎ系合金を用い、その成分組成を調整し、その圧延集合組織を規定することで耳率を小さくすることが提案されている（例えば特許文献１参照）。加えて、金属間化合物の分散状態を制御することで耳率を小さくできることが提案されている（例えば特許文献２参照）。
また、Ａｌ−Ｍｇ−Ｍｎ系合金の成分組成を調整し、その製造工程を規定することでも耳率を小さくできることが提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３４８６３８号公報
【特許文献２】特開２００２−１０５５７４号公報
【特許文献３】特開平１０−２８００７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年の缶径の縮小に伴い、耳率に対するユーザーの要求も益々厳しくなり、前記従来技術ではユーザーの要求する小さな耳率と高強度との両立は実現できなくなってきている。
更に、成形時に発生する耳は、圧延材の結晶学的異方性に起因して生じるものである。従って、前記薄肉化の要求により最終冷間圧延率を大きくしてその強度を高めた場合、圧延集合組織が発達し、圧延方向に対して４５度方向の耳が大きくなってしまうという問題も発生してしまう。
そこで、このような状況のなか、本発明は強度に優れ、かつ耳率が小さいアルミニウム缶蓋材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、Ｍｎ０．３０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｍｇ０．２０〜０．８０ｍａｓｓ％、Ｆｅ０．７０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ０．６０ｍａｓｓ％以下、Ｚｒ０．００６〜０．１２０ｍａｓｓ％を含み、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなり、最大長さが０．０５μｍ以下の金属間化合物の数が１０個／μｍ２以上であることを特徴とする強度と耳率に優れた成形用アルミニウム基合金硬質板である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、均質化処理した鋳塊に熱間粗圧延と熱間仕上圧延からなる熱間圧延を施した後、冷間圧延と焼鈍を適時繰り返し行う工程を経た後、仕上げ冷間圧延を行う請求項１記載の成形用アルミニウム基合金硬質板の製造方法において、前記熱間粗圧延を、その開始温度が５００℃以下、その終了温度が３８０℃以上、圧下率が９０％以上の条件で行い、前記冷間圧延と焼鈍を適時繰り返し行う工程においては毎時２００℃以下の昇温速度で３００℃以上の温度へ昇温した後にその温度に保持する焼鈍を少なくとも１回以上行い、前記仕上げ冷間圧延を圧下率２０〜４５％で行うことを特徴とする強度と耳率に優れた成形用アルミニウム基合金硬質板の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る缶蓋用アルミニウム基合金硬質板は、Ｍｎ、Ｍｇを含有するアルミニウム基合金にＺｒを添加することで、耳率を小さくせしめるように析出物サイズ及びその個数が制御されて、強度に優れ且つ耳率の小さいアルミニウム基合金硬質板を得ることができ、缶蓋材として優れた特性を発揮することができる。また本発明の缶蓋用アルミニウム基合金硬質板の製造方法によれば、前記のような優れた特性を有する缶蓋材を容易に得ることができる。依って、工業上顕著な効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明者らは缶蓋材の成形時に発生する耳について種々検討した結果、Ｍｎ、Ｍｇを含有するアルミニウム基合金にＺｒを添加すると、耳の生成に影響を及ぼす析出物のサイズ及びその個数を制御することができ、高い強度と小さな耳率の両立が可能であることを見出した。
そして、従来、前記析出物の生成には一般に長時間の析出処理が必要であるが、本発明者らは熱間圧延と焼鈍の各条件を制御することで、高温変形における高速拡散を利用した短時間での析出処理法を見出し、前記高い強度と小さな耳率の両立を可能とする析出物を生成する製造方法を明らかにした。
【００１０】
先ず、本発明に係るアルミニウム基合金元素の作用とその含有量の限定理由について述べる。
Ｍｎは、強度の向上に寄与し、Ａｌ−Ｍｎ金属間化合物を生成して結晶粒を微細化する効果を有する。その含有量を０．３０〜０．８０ｍａｓｓ％に限定するのは、０．３０ｍａｓｓ％未満ではその効果が不十分であり、０．８０ｍａｓｓ％を超えると金属間化合物が粗大化して成形性が低下するためである。望ましくは、０．４０〜０．７０ｍａｓｓ％である。
【００１１】
Ｍｇの添加は、固溶強化による強度向上に寄与する。その含有量を０．２０〜０．８０ｍａｓｓ％に限定する理由は、０．２０ｍａｓｓ％未満ではその効果が十分に得られず、０．８０ｍａｓｓ％を超えると成形性が低下するためである。望ましくは、０．３０〜０．７０ｍａｓｓ％である。
【００１２】
Ｆｅの添加は、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ金属間化合物を生成し成形性が向上する効果を有する。その含有量を０．７０ｍａｓｓ％以下に限定する理由は、０．７０ｍａｓｓ％を超えると前述の金属間化合物が粗大化して成形性が低下するためである。好ましくは０．３０〜０．７０ｍａｓｓ％である。
【００１３】
Ｓｉの添加はＭｇ−Ｓｉ金属間化合物を生成し成形性が向上する効果を有する。その含有量を０．６０ｍａｓｓ％以下に限定する理由は、０．６０ｍａｓｓ％を超えると金属間化合物が粗大化して成形性が低下するためである。好ましくは０．０５〜０．４０ｍａｓｓ％である。
【００１４】
Ｚｒは本発明において重要な役割を果たす元素である。Ｚｒの添加により高温においても安定な金属間化合物が焼鈍時に析出物として分散して生成する。この析出物が再結晶の粒界移動を抑制し、立方体方位優先の再結晶組織の発達に寄与する。この立方体方位優先の再結晶組織の発達により、最終製品で０°−９０°耳が発達し４５°耳を抑制して耳率を小さくするものである。
そこで、Ｚｒの含有量を０．００６〜０．１２０ｍａｓｓ％に限定する理由は、０．００６ｍａｓｓ％未満では前記金属間化合物の析出が不十分である。０．１２０ｍａｓｓ％を超えると鋳造性が悪化して割れが発生したり、表面品質が劣化する。好ましくは０．００６〜０．０６０ｍａｓｓ％である。
【００１５】
前記立方体方位優先の再結晶組織を得るには、最大長さが０．０５μｍ以下の金属間化合物の数を１０個／μｍ２以上とする必要がある。１０個／μｍ２未満だと立方体方位の再結晶組織の発達が不十分となり４５°耳の発生を抑制できない。また最大長さが０．０５μｍを超える金属間化合物は、再結晶時の粒界移動を抑える効果が不十分であり、同じく４５°耳の発生を抑制できない。
【００１６】
前記金属間化合物の数は、約５００ｎｍの薄膜試料を透過型電子顕微鏡で観察した際に単位面積あたりの数密度を測定することにより定めるもので、０.７７μｍ２以上の面積部分を任意に１０箇所選択して観察し、最大長さが０．０５μｍ以下の金属間化合物の平均値を用いて算出する。測定の際に膜厚が異なる場合は、５００ｎｍ相当に換算した値を用いている。
なお、本願発明の効果に影響を与えない程度でＣｒ、Ｓｃ、Ｖを添加してもよい。
【００１７】
次に前記アルミニウム基合金硬質板の製造法について述べる。
本発明の製造方法の骨子は、高い強度と小さな耳率を得るために、Ｍｎ、Ｍｇを含むアルミニウム基合金に所定サイズで、且つ所定分布密度の金属間化合物からなる析出物を生成させたことにある。
これまで微細な析出物を高密度で生成させるためには長時間の焼鈍が必要であったために生産性の問題を抱えていた。そこで、本発明者らは、前記Ｚｒの添加と共に製造工程のなかで熱間粗圧延および焼鈍のそれぞれの条件を制御することで所望の析出物状態が短時間で生成することを見いだしたものである。
【００１８】
先ず、本発明に係る熱間圧延とは、均質化処理された鋳塊にリバース圧延法を用いた熱間粗圧延と次いで行われるタンデム圧延法による熱間仕上げ圧延の両者を総称したものであるが、先の熱間粗圧延の圧延条件を以下のように限定した。
熱間粗圧延の開始温度を５００℃以下、その終了温度を３８０℃以上、圧下率を９０％以上とすることにより、熱間圧延以後の工程において所望の析出物の生成が達成される。
この熱間粗圧延の開始温度を５００℃以下、その終了温度を３８０℃以上に限定した理由は、５００℃を超えると熱間圧延以後の工程において高密度な析出物の生成が得られず、終了温度が３８０℃未満では充分な量の析出物の生成が望めないためである。また圧下率を９０％以上と限定した理由は、９０％未満では析出物の高密度な生成が熱間圧延以後の工程で得られないためである。
このように熱間粗圧延のみに熱間圧延の条件を限定した理由は、熱間仕上げ圧延はタンデム圧延法で行われ、そのため圧延スタンド間を短時間で通過してしまうことから、高密度な析出物の生成に殆ど寄与しないためである。
【００１９】
次に、繰り返し行われる冷間圧延と焼鈍の工程における焼鈍は、再結晶集合組織の立方体方位の発達と所望の析出物状態の形成において重要である。その少なくとも1回以上の焼鈍において、その昇温速度を２００℃／時間以下に限定したのは、２００℃／時間を超えると他の方位の再結晶集合組織が増加し、結果的に立方体方位の割合が減少するためである。また保持温度を３００℃以上に限定した理由は、３００℃未満では所望の析出物状態が得られないためである。
【００２０】
焼鈍後の仕上げ冷間圧延の条件は、高い強度と小さい耳率の両者を得るのに重要である。その圧下率が２０〜４５％において良好な特性が得られるが、２０％未満では強度が不足し、４５％を超えると４５°耳を抑制できないためである。
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
表１に示す成分組成のアルミニウム合金鋳塊を４６０℃、６時間の均質化処理した後、開始温度４６０℃、終了温度４１０℃、圧下率９３％の条件で熱間粗圧延し、続いて熱間仕上圧延を圧下率９０％、終了温度２５０℃の条件で行い熱間圧延板を得た。この熱間圧延板に昇温速度５０℃／時間で３５０℃まで昇温して、その温度で２時間保持の中間焼鈍を加え、冷却後８０％の圧下率で冷間圧延して冷間圧延板を得た。次に、この冷間圧延板を昇温速度５０℃／時間で３５０℃まで昇温し、その温度で２時間保持する仕上げ圧延前焼鈍を施し、圧下率３０％の仕上げ冷間圧延で板厚０．２３ｍｍの仕上げ圧延材を作製し、この仕上げ圧延材に２００℃、２時間保持の仕上げ焼鈍を施して供試材とした。
この得られた各供試材について、析出物の個数測定と耳率の測定を行った。その結果を表２に記した。
析出物の個数測定は、０.１ｍｍまで機械研磨の後、ジェット研磨で約５００ｎｍの試料を作成し、加速電圧２００ＫＶのＴＥＭ（日本電子製）により１８万倍で０.７７μｍ２の視野を任意に１０箇所選択して撮影し、最大長さが０．０５μｍ以下の金属間化合物の個数の平均値を用いた。
耳率の測定は、直径３３ｍｍ、肩曲率２．５ｍｍのポンチを用い、６１ｍｍφの円板をクリアランス３０％で深絞りした時に発生した耳の高さから求め、その高さが−２．０〜＋２．０の範囲を○、それ以外を×として判定した。
【００２２】
【表１】
2005290431.tif 000002
【００２３】
【表２】
2005290431.tif 000003
【００２４】
表１および表２から明らかなように、本発明例Ｎｏ．１からＮｏ．４の耳率は小さく、対して、比較例のＮｏ．５０、Ｎｏ．５１はＺｒ含有量が少ないため耳率が大きく、比較例のＮｏ．５２はＺｒ含有量が多いため鋳造中に割れを生じて製造できなかった。
【００２５】
（実施例２）
表１の合金Ｎｏ．Ａの成分組成のアルミニウム合金鋳塊を表３及び表４に示す条件で圧延し、板厚０．２３ｍｍの供試材を作製した。
この供試材を用い、耳率と引張強度を測定し、その結果を表５に記した。
【００２６】
引張強度はＪＩＳ  Ｚ２２４１に準じ、供試材をＪＩＳ５号試験片に加工後、インストロン型試験機にて測定し、ＪＩＳ  Ｈ４０００  Ａ３１０５−Ｐ−Ｈ３４の規格の範囲内を○、規格より低いものを×とした。
【００２７】
耳率については前記実施例１と同様の方法により測定し、−２．０〜＋２．０の範囲を○、それ以外を×として評価した。
【００２８】
【表３】
2005290431.tif 000004
【００２９】
【表４】
2005290431.tif 000005
【００３０】
【表５】
2005290431.tif 000006
【００３１】
表４および表５から明らかなように、熱間粗圧延の開始温度や終了温度、焼鈍時の昇温速度や保持温度、及び仕上げ冷間圧延の圧下率が本発明の範囲内で作製された本発明例のＮｏ．５からＮｏ．１4は、耳率および強度ともに優れているのがわかる。
しかしながら、熱間粗圧延の開始温度が高い比較例のＮｏ．５３、熱間粗圧延の終了温度が低い比較例のＮｏ．５４、熱間粗圧延の圧下率が小さい比較例のＮｏ．５５、焼鈍温度が２回ともに低い比較例のＮｏ．５６や焼鈍時の昇温速度が２回とも早い比較例のＮｏ．５７では、耳率が−２を超えて悪くなっていることが判る。更に、仕上げ冷間圧延の圧下率が１８％と小さい比較例のＮｏ．５８では、耳率は良好であったが十分な強度を得ることができなかった。仕上げ冷間圧延の圧下率が４８％と大きい比較例のＮｏ．５９では、強度は規格の上限を外れ、耳率も−３．３と大きく悪くなってしまった。