(57)【要約】  【課題】    ボトムしわ性に優れ、かつ高い缶胴強度を保ち、缶胴のさらなる薄肉化が可能であって、高い生産性で生産できる飲料缶胴用アルミニウム合金板を得る。  【解決手段】  Ｍｎ０．７〜１．２％、Ｍｇ０．８〜１．５％、Ｃｕ０．１〜０．３％、Ｓｉ０．１５〜０．３５％、Ｆｅ０．３５〜０．５％、さらにＴｉ０．０１％〜０．１５％を単独であるいはＢ０．０００１％〜０．０５％とともに含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、導電率（％ＩＡＣＳ）が３９％ＩＡＣＳ以下、かつ、均質化処理温度をＴ（℃）とした時に、計算式  ６５．２＋２０×［Ｓｉ％］−５×［Ｍｎ％］−４×［Ｍｇ％］−０．０４×Ｔ  により得られる値よりも低くする。  【選択図】  図１
2007277693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ０．７〜１．２ｍａｓｓ％（以下単に％）、Ｍｇ０．８〜１．５％、Ｃｕ０．１〜０．３％、Ｓｉ０．１５〜０．３５％、Ｆｅ０．３５〜０．５％を含有し、さらにＴｉ０．０１％〜０．１５％を単独であるいはＢ０．０００１％〜０．０５％とともに含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、導電率（％ＩＡＣＳ）が３９％ＩＡＣＳ以下、かつ、均質化処理温度をＴ（℃）とした時に、計算式  ６５．２  ＋  ２０×［Ｓｉ％］  −  ５×［Ｍｎ％］  −  ４×［Ｍｇ％］  ?  ０．０４×Ｔ  により得られる値よりも低いことを特徴とする飲料缶胴用アルミニウム合金板。
【請求項２】
Ｍｎ０．７〜１．２％、Ｍｇ０．８〜１．５％、Ｃｕ０．１〜０．３％、Ｓｉ０．１５〜０．３５％、Ｆｅ０．３５〜０．５％を含有し、さらにＴｉ０．０１％〜０．１５％を単独であるいはＢ０．０００１％〜０．０５％とともに含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を５５０〜６４０℃で均質化処理を施した後、熱間粗圧延を施すにあたり、熱間粗圧延開始温度を５２０℃以上とし、熱間仕上げ圧延を熱間粗圧延終了後５分以内に開始し、スタンド数３以上のタンデム式圧延機を用い終了温度を３００〜３８０℃とし、中間焼鈍は行わずに続いて圧下量８０〜９０％の冷間圧延を施すことを特徴とする飲料缶胴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】
本発明は缶底（ボトム）成形時ボトムしわ性に優れた飲料缶胴用アルミニウム合金板およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金からなる飲料缶の缶胴体としては飲料缶胴用アルミニウム合金板に塗油を施し、カッピング、ＤＩ（Ｄｒａｗｉｎｇ  ａｎｄ  Ｉｒｏｎｉｎｇ：深絞りとしごき）成形を施して缶胴とし、トリミング、洗浄、乾燥、外面および内面塗装焼付け、ネッキングおよびフランジング加工を行い、これに飲料充填、缶蓋の巻き締めを行った２ピース缶が多く用いられている。前記の飲料缶胴用アルミニウム合金板はアルミニウム合金鋳塊を均質化処理後に熱間圧延を行い、必要に応じて焼鈍処理を施し、次いで冷間圧延行うことで製造される。通常はこれに加えて焼鈍、脱脂、洗浄、潤滑油塗布等の仕上げ処理が施される。
【０００３】
近年、飲料缶のコストダウンの必要性から、缶胴の薄肉化ならびに缶蓋の小径化が進んでいる。缶胴体の薄肉化はボトム（缶底）しわとよばれる外観の形状不具合を発生しやすくなる。また、缶蓋の小径化については缶どうしを積み重ねた時のスタッキング性を確保するため、これに対応した缶胴の缶底接地径の小径化が必要になるが、この缶底接地径の小径化もボトムしわを発生させる。
【０００４】
図１を参照してボトムしわ発生のメカニズムを説明する。缶胴体１の薄肉化によって缶側壁２から缶底チャイム部３への材料流入量が増加して座屈やくびれを生じさせ易くさせ、缶底チャイム部３にボトムしわ３ａ、３ａ・・・を発生させる。また、缶蓋（図示せず）の小径化によっても缶底チャイム部３で座屈現象が生じ易くなり、これによってもボトムしわ３ａ、３ａ・・・の発生が促進される。
【０００５】
以上の問題を解決し、缶胴の薄肉化ならびに缶蓋の小径化に対応し得るボトムしわ性に優れた缶胴用アルミニウム合金板およびその製造方法として、特許文献１にはＭｇ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｓｉ，ＣｕおよびＴｉの含有量を規定するとともに、引張強さと伸び率を規定し、さらに均質化処理、熱間圧延、次いで冷間圧延の出側温度を制御した３パスからなる冷間圧延を行う改善方法が提案されている。
【０００６】
特許文献２ではＣｕ，Ｍｇ，Ｍｎ，ＦｅおよびＳｉの含有量を規定し、伸び率、加工硬化指数および耐力といった缶底成形に影響する機械的特性を規定した改善方法が提案されている。
【０００７】
また、フランジ長さのばらつきの小さい缶胴体用アルミニウム合金板に関して特許文献３に均質化焼鈍を５８０〜６１５℃で４時間以上保持したのち、５５０℃から４００℃までの温度範囲を２０℃／時間以上の速度で冷却して施した後、熱間粗圧延を均質化焼鈍後そのままの温度或いは一旦冷却後３０℃／時間以上の速度で再加熱して開始する製造方法が示されている。しかし、特許文献３ではフランジ長さのばらつきを小さくするために検討されたものであり、請求項に示された導電率は３８〜４６％ＩＡＣＳと高く、ボトムしわ性を向上するという方向では十分な検討は行われていない。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−２６２２６１号公報
【特許文献２】特開２００４−３００５３７号公報
【特許文献３】特開１９９９−１４０５７６  号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ボトムしわ性はアルミニウム合金板の素板強度を下げて素板の伸び率を向上させることで改善されることが明らかになっている。しかし、素板強度を下げると成形後の耐圧特性の低下を招き、今後のさらなる缶胴の薄肉化に対応することができず、強度とボトムしわ性に優れた材料の開発が必要であった。
【００１０】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑み、ボトムしわ性に優れ、かつ高い缶胴強度を保ち、缶胴のさらなる薄肉化が可能であって、高い生産性で生産できる飲料缶胴用アルミニウム合金板およ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】
【００１１】
本発明は、本発明者がボトムしわ発生要因について詳細に検討したところ、材料特性として加工硬化性が高いほど再絞り時の成形力が増加しボトム近傍の円周方向の圧縮応力を緩和し、ボトムしわを抑制することを見出した。
【００１２】
さらに鋭意研究を行った結果、本発明に示す所定量の合金元素を含有したアルミニウム合金で均質化処理、熱間圧延条件をコントロールすることにより、Ｍｎの固溶量を増大させ、結果として加工硬化性が向上し、ボトムしわ性が改善すること見出し、研究を重ねて本発明を完成させるに至った。
【００１３】
すなわち、本発明の飲料缶胴用アルミニウム合金板は、Ｍｎ０．７〜１．２％、Ｍｇ０．８〜１．５％、Ｃｕ０．１〜０．３％、Ｓｉ０．１５〜０．３５％、Ｆｅ０．３５〜０．５％を含有し、さらにＴｉ０．０１％〜０．１５％を単独であるいはＢ０．０００１％〜０．０５％とともに含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、導電率（％ＩＡＣＳ）が３９％ＩＡＣＳ以下、かつ、均質化処理温度をＴ（℃）とした時に、計算式  ６５．２  ＋  ２０×［Ｓｉ％］  −  ５×［Ｍｎ％］  −  ４×［Ｍｇ％］  ?  ０．０４×Ｔ  により得られる値よりも低いことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の飲料缶胴用アルミニウム合金の製造方法は、Ｍｎ０．７〜１．２％、Ｍｇ０．８〜１．５％、Ｃｕ０．１〜０．３％、Ｓｉ０．１５〜０．３５％、Ｆｅ０．３５〜０．５％を含有し、さらにＴｉ０．０１％〜０．１５％を単独であるいはＢ０．０００１％〜０．０５％とともに含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金鋳塊を５５０〜６４０℃で均質化処理を施した後、熱間粗圧延を施すにあたり、熱間粗圧延開始温度を５２０℃以上とし、熱間仕上げ圧延を熱間粗圧延終了後５分以内に開始し、スタンド数３以上のタンデム式圧延機を用い終了温度を３００〜３８０℃とし、中間焼鈍は行わずに続いて圧下量８０〜９０％の冷間圧延を施すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
特定組成のアルミニウム合金の、均質化処理、熱間圧延条件をコントロールすることにより、Ｍｎの固溶量を増大させ、結果として加工硬化性が向上し、ボトムしわ性に優れ、かつ高い缶胴強度を保ち、缶胴のさらなる薄肉化が可能であって、高い生産性で生産できる飲料缶胴用アルミニウム合金板が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
まず組成の限定理由について示す。
【００１７】
この発明のアルミニウム合金板の組成はＭｎ０．７〜１．２％、Ｍｇ０．８〜１．５％、Ｃｕ０．１〜０．３％、Ｓｉ０．１５〜０．３５％、Ｆｅ０．３５〜０．５％を含有し、さらにＴｉ０．０１％〜０．１５％を単独であるいはＢ０．０００１％〜０．０５％とともに含有し、残部Ａｌと不可避不純物からなるものである。
【００１８】
Ｍｎは強化に寄与するとともにＡｌ１２（Ｍｎ，Ｆｅ）３Ｓｉ相（α相）を形成してしごき成形時に金型との間で固体潤滑作用としての役割を果たす。しかし、Ｍｎ量が０．７％未満では上記の効果が十分に得られず、１．２％を超えると晶出物が粗大化するためにしごき成形性およびフランジ成形性が低下する。また、Ｍｎが多いと微細なα相が密に析出し、ボトムしわ性に悪影響を及ぼす。
【００１９】
Ｍｇは母相に固溶して強度に寄与する元素であり、再結晶粒を微細にする元素であるが、含有量が０．８％未満では、上記の効果が十分に得られず、１．５％を超えると強度が上昇しすぎてしごき成形性およびフランジ成形性が低下する。
【００２０】
Ｃｕは強度に寄与する元素であるが、０．１％未満ではその効果が十分に得られず、０．３％を超えると強度が上昇しすぎてしごき成形性、フランジ成形性が低下する。
【００２１】
ＳｉはＡｌ１２（Ｍｎ，Ｆｅ）３Ｓｉ相（α相）を形成してしごき成形を向上させる元素であるが、含有量が０．１５未満ではその効果が十分に得られず、０．３５％を超えると晶出物が粗大化し、しごき成形性が低下することに加え、析出物が微細に生じ、熱延後の再結晶を阻害する。
【００２２】
ＦｅはＭｎやＭｇとともに強度に寄与する元素であるが、含有量が０．３５％未満ではその効果が十分に得られず、０．５％を超えると晶出物が粗大化するためにしごき成形性およびフランジ成形性が低下する。
【００２３】
ＴｉおよびＢは鋳塊組織を微細にするために添加する。Ｔｉ添加量が０．１％を超え、かつＢ添加量が０．０１％を超えると粗大な晶出物が生じ、しごき成形時に割れやピンホールを生じやすくなる。一方、Ｔｉが０．０１％未満で、かつＢ０．０００１％未満である場合には、鋳塊の組織微細化の効果が少ない。また、Ｔｉが０．１５％を超えるとＴｉＡｌ３が晶出し成形性を害し、Ｂが０．０５％を超えるとＴｉＢ２の粗大粒子が混入し成形性を害する。
【００２４】
上記のほかは、不可避不純物およびＡｌからなる。
なお、０．３％までのZn、０．３％までのCr、０．１％までのZr、０．１％までのＶは、本発明の効果を妨げないので、含有していてもかまわない。
【００２５】
次に本発明のアルミニウム合金板の導電率の規定理由について説明する。
【００２６】
本発明において導電率（％ＩＡＣＳ）が３９％ＩＡＣＳ以下、かつ、均質化処理温度をＴ℃とした時に計算式    ６５．２  ＋  ２０×［Ｓｉ％］  −  ５×［Ｍｎ％］  −  ４×［Ｍｇ％］  ?  ０．０４×Ｔ
により得られる値よりも低くなることを規定する。導電率は材料中の固溶元素量と相関する特性値である。導電率は添加元素量、溶質元素の固溶状態および均質化処理温度によって大きく影響され、溶質元素固溶量が多くなるほど低い値となる。本発明では鋭意研究の結果、上記計算式  により得られる値より導電率が低いアルミニウム合金板において、ボトムしわ性が改善すること見出した。
【００２７】
次に本発明のアルミに合金板の製造工程について説明する。
【００２８】
本発明では、アルミニウム鋳塊に５５０〜６４０℃で均質化処理を施す。この均質化処理は鋳造時に生じた偏析の均質化の他に、過飽和に固溶した溶質元素を析出させるとともに析出物分布を整えて、熱間圧延時に再結晶しやすくするために行う。均質化温度が５５０℃未満ではその効果が十分ではない。また、均質化処理温度が高いほうが溶質元素の固溶量は多くなるため本発明の範囲内でできるだけ高いほうがよい。６４０℃を超えると鋳塊が部分的に溶解してしまう恐れがある。
【００２９】
通常の製造方法では均質化処理後、炉から取り出された鋳塊は一旦常温まで冷却されるが、本発明の製造方法においては均質化処理後、常温まで冷却することなく、熱間粗圧延開始温度を５２０℃以上として熱間粗圧延を施す。均質化処理温度から温度が低下すると冷却中に析出が進行するので、均質化処理温度、熱間仕上げ圧延開始温度は高いほうが望ましい。
【００３０】
熱間仕上げ圧延を熱間粗圧延終了後５分以内に開始するのは、熱間粗圧延から熱間仕上げ圧延へ移行する際の温度は析出が最も進行しやすい温度域にあるので、できるだけ短時間で熱間仕上げ圧延を開始する必要があるためである。熱間仕上げ圧延を熱間粗圧延後の５分を超えて実施すると析出量が増大して導電率が高くなり、結果としてボトムしわ性が悪化する。
【００３１】
熱間仕上げ圧延の終了温度を３００〜３８０℃と規定する。３００℃未満であると再結晶組織が十分に形成されず、材料強度が異常に高くなるため、しごき成形性が低下する。さらに歪みを異常に蓄えているため加工硬化性が低くボトムしわ性が悪い。３８０℃を超えると析出が起こる温度域となるので冷却中の析出量が多くなることで導電率が高くなり、結果的にボトムしわ性が悪化する。
スタンド数３以上のタンデム式圧延機を用いるのは、３スタンド以上のタンデム式圧延機でないとパス間の回復を抑えながら大圧下をかけることができず、本発明のように熱間粗圧延開始温度が高い場合、熱間仕上げ圧延終了後に十分な再結晶組織を得ることができない。
【００３２】
本発明において熱間圧延後は中間焼鈍を加えずに冷間圧延を施す。冷間圧延の合計圧延率は８０〜９０％とする。８０％未満では得られる合金板の耐圧強度が不足し、９０％を超えると強度が高くなりすぎてＤＩ成形時にカッピング割れや缶底割れが高頻度に発生する。
【００３３】
冷間圧延後、必要に応じて仕上げ焼鈍を施してもかまわない。この仕上げ焼鈍により、加工組織が回復し、しごき成形性や缶底形成性が向上する。仕上げ焼鈍温度は１３０〜１８０℃とする。１３０℃未満では回復効果が得られず、１８０℃を超えると強度が低下するので耐圧強度が低下する。焼鈍時間は１〜３時間が望ましい。
【実施例】
【００３４】
表１に示す組成の合金を常法により溶解鋳造し、厚さ５００ｍｍとし、鋳塊を作製した。
【００３５】
【表１】
2007277693.tif 000003
【００３６】
次にこの鋳塊を面削後、均質化処理を保持時間６時間にて行い、均質化処理後に常温まで冷却することなく、シングルリバースミルによる熱間粗圧延を行い、３タンデム圧延機による熱間仕上げ圧延を表２に示す条件で行い、中間焼鈍を行わずに冷間圧延を行い、最終板を作製した。
【００３７】
【表２】
2007277693.tif 000004
【００３８】
製造した各々のアルミニウム合金板について請求項１に示した式から求められる導電率の値、実測した導電率、ボトムしわ性、ＤＩ成形性、耐圧強度を評価した結果を表３に示す。
【００３９】
ボトムしわ性はブランクからカップを絞り、その後、再絞り缶（ブランク径１４０ｍｍΦ、カップ径８７ｍｍΦ、再絞り径６６ｍｍΦ）について、缶底テーパー部の起伏形状を形状測定器にて全周の測定を行い、その最大振幅にて評価した。その振幅が１８０μｍ未満を良好（○）とし、１８０μｍ以上を不良（×）と判定した。
【００４０】
ＤＩ成形性は一般飲料用の缶胴（内径６６ｍｍΦ、側壁板厚１００μｍ、側壁先端板厚１５０μｍ）にＤＩ成形し、１００００缶の製缶で割れおよび破断等が全く発生しないで連続製缶できたものを良好（○）とし、割れおよび破断が発生したものを不良（×）として判定した。さらに連続製缶できてもゴーリングが発生したものは（△）とした。
【００４１】
耐圧強度はＤＩ成形した缶胴を洗浄処理した後、２０５℃×１０分で加熱し、缶胴内部にエアー圧をかけて缶底ドーム部が反転する圧力を測定した。反転圧力が６５０ｋＰａ以上を良好（○）とし、６５０ｋＰａ未満を不良（×）とした。
【００４２】
【表３】
2007277693.tif 000005
【００４３】
供試材１〜７は本発明例であり、実測の導電率は３９％ＩＡＣＳより小さく、請求項１に記載の式により求められる値よりも小さくなっており、溶質元素の固溶量が多いことにより加工硬化性が高くなり、ボトムしわ性が良好となっている。ＤＩ成形性、耐圧強度についても良好な結果が得られた。
【００４４】
供試材８では合金組成が本発明の範囲外であり、Ｍｎ量が多く添加されている。Ｍｎ量が多いとα相が微細かつ密に析出し、１．２％を超えるとボトムしわ性に悪影響を及ぼす。
【００４５】
供試材９では合金組成が本発明の範囲外であり、Ｓｉ量が多く添加されているため、α相の析出量が増加し、Ｍｎの固溶量が減少することにより導電率の上昇が起こり、結果的に加工硬化性が低下し、ボトムしわ性が悪化した。
【００４６】
供試材１０では導電率が３９％ＩＡＣＳを超え、本発明の範囲外であり、溶質元素の固溶量が十分でなく、加工硬化性が低いためにボトムしわ性が悪化した。
【００４７】
供試材１１では均質化温度が低いため、析出物が微細なままであり、熱延終了後にファイバー状の組織が残存し、完全な再結晶組織とならず、ＤＩ成形性が悪化した。
【００４８】
供試材１２では熱間粗圧延開始温度が低く、均質化温度から保持・冷却される間に析出が進行することで導電率が低下し、結果的に加工硬化性が低下してボトムしわ性が悪化した。
【００４９】
供試材１３は熱間粗圧延終了から熱間仕上げ圧延開始までの時間が長く、圧延機のテーブル上で保持・冷却される間に析出が進行することで導電率が低下し、結果的に加工硬化性が低下してボトムしわ性が悪化した。
【００５０】
供試材１４は熱間仕上げ圧延終了温度が低く、熱延終了後にファイバー状の組織が残存し、完全な再結晶組織とならず、ＤＩ成形性が悪化した。
【００５１】
供試材１５は冷延での圧下率が低く、十分な強度が得られず、耐圧強度が低下した。
【００５２】
供試材１６は冷延率が高く、強度が上昇しすぎてＤＩ成形性が悪化した。
【００５３】
供試材１７は仕上げ焼鈍の温度が高く、強度が低下し、耐圧強度が低下した。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】ボトムしわ発生のメカニズムの説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  缶胴体
２  缶側壁
３  缶底チャイム部
３ａ  ボトムしわ
【図１】
2007277693.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月12日(2006.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
Ｍｎ０．７〜１．２ｍａｓｓ％（以下単に％）、Ｍｇ０．８〜１．５％、Ｃｕ０．１〜０．３％、Ｓｉ０．１５〜０．３５％、Ｆｅ０．３５〜０．５％を含有し、さらにＴｉ０．０１％〜０．１５％を単独であるいはＢ０．０００１％〜０．０５％とともに含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、導電率（％ＩＡＣＳ）が３９％ＩＡＣＳ以下、かつ、均質化処理温度をＴ（℃）とした時に、計算式  ６５．２＋２０×［Ｓｉ％］−５×［Ｍｎ％］−４×［Ｍｇ％］−０．０４×Ｔ  により得られる値よりも低いことを特徴とする飲料缶胴用アルミニウム合金板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
すなわち、本発明の飲料缶胴用アルミニウム合金板は、Ｍｎ０．７〜１．２％、Ｍｇ０．８〜１．５％、Ｃｕ０．１〜０．３％、Ｓｉ０．１５〜０．３５％、Ｆｅ０．３５〜０．５％を含有し、さらにＴｉ０．０１％〜０．１５％を単独であるいはＢ０．０００１％〜０．０５％とともに含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなり、導電率（％ＩＡＣＳ）が３９％ＩＡＣＳ以下、かつ、均質化処理温度をＴ（℃）とした時に、計算式  ６５．２＋２０×［Ｓｉ％］−５×［Ｍｎ％］−４×［Ｍｇ％］−０．０４×Ｔ  により得られる値よりも低いことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本発明において導電率（％ＩＡＣＳ）が３９％ＩＡＣＳ以下、かつ、均質化処理温度をＴ℃とした時に計算式  ６５．２＋２０×［Ｓｉ％］−５×［Ｍｎ％］−４×［Ｍｇ％］−０．０４×Ｔ 
により得られる値よりも低くなることを規定する。導電率は材料中の固溶元素量と相関する特性値である。導電率は添加元素量、溶質元素の固溶状態および均質化処理温度によって大きく影響され、溶質元素固溶量が多くなるほど低い値となる。本発明では鋭意研究の結果、上記計算式  により得られる値より導電率が低いアルミニウム合金板において、ボトムしわ性が改善すること見出した。