(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
深絞り加工としごき加工とネッキング加工とネジ加工が施されて底部と胴部と肩部と頸部とが一体成形され前記頸部にネジ部が形成されてなるボトル型飲料缶を形成するための素材となるアルミニウム合金板の製造方法であり、
重量％でＳｉ：０．１〜０．５％、Ｆｅ：０．３〜０．７％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｍｇ：０．４〜１．５％、Ｃｒ：０．００１〜０．０５％、Ｚｎ：０．０５〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部が不可避的不純物を含むＡｌからなる組成のアルミニウム合金を溶製し、半連続鋳造して得た鋳塊を熱間圧延に続いて冷間圧延を行った後、加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度５００〜５６０℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で中間焼鈍を行ない、さらに圧下率４５〜６９％で最終板厚まで最終冷間圧延を行い、前記ネッキング加工時に頸部耐力の増加をもたらす特徴を有するボトル型飲料缶用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項２】
深絞り加工としごき加工とネッキング加工とネジ加工が施されて底部と胴部と肩部と頸部とが一体成形され前記頸部にネジ部が形成されてなるボトル型飲料缶を形成するための素材となるアルミニウム合金板の製造方法であり、
重量％でＳｉ：０．１〜０．５％、Ｆｅ：０．３〜０．７％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｍｇ：０．４〜１．５％、Ｃｒ：０．００１〜０．０５％、Ｚｎ：０．０５〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部が不可避的不純物を含むＡｌからなる組成のアルミニウム合金を溶製し、半連続鋳造して得た鋳塊を熱間圧延に続いて圧下率６０〜９５％で冷間圧延を行った後、加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度３３０〜４００℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で第１段中間焼鈍を行ない、第１段中間焼鈍後の板材を圧下率５〜４０％で再度冷間圧延し、加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度５００〜５６０℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で第２段中間焼鈍を行ない、さらに圧下率４５〜６９％で最終板厚まで最終冷間圧延を行い、前記ネッキング加工時に頸部耐力の増加をもたらす特徴を有するボトル型飲料缶用アルミニウム合金板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、胴部、肩部、頸部が一体成形されたボトル型飲料缶用のアルミニウム合金板の製造方法に係わり、胴部、肩部の強度と共に、特に頸部の強度に優れたボトル型飲料缶用のアルミニウム合金板の製造方法に係わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
缶入り飲料水などの需要増加に伴ってアルミニウム合金製のボトル型の飲料缶が開発されてきている。ボトル型の飲料缶は図１に示すように、底部１６を有する円筒状の胴部１１の上部に、直径が減少する肩部１２を介して頸部１３が形成されている。頸部１３にはキャップ（図示省略）をねじ込むためのネジ部１４が形成されており、ネジ部１４の先端には口当たりを良くするためのカール部１５が形成されている。
【０００３】
図１に示すようなボトル型飲料缶の製造方法の概要を示せば図２の通りとなる。すなわち、例えば JIS 3004 合金のようなＡｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金のブランク材１に深絞り加工を施し、カップ２を形成する。
次いでカップ２にしごき加工を施して缶体３を形成する。深絞り、しごき成形した時には板材の圧延方向に応じて、成形した缶体の上縁の高さが山谷上に変化する現象が起こる。この山谷上に変化した部分３１は通常「耳」と呼ばれている。
次いで、深絞り、しごき加工を行った缶体３は耳３１の部分を切断するトリム加工を行って缶の高さを揃える。トリム加工の際に除去される耳の部分の板材の割合が多いと、材料歩留まりが低下し製造コストが上昇する。従って除去すべき板材の割合（以下、「耳率」と呼ぶ）は低いことが望まれる。
【０００４】
耳を除去した缶体３は、縮径加工を施して肩部１２と頸部１３を形成し、その先端部を形成しようとするネジの谷径と同程度の径の円筒状に絞り成形し、さらに残った部位をロールフォーミングなどによって凹凸変形させてネジ部１４を形成し、最後に先端部をロールで丸くカール加工してボトル型飲料缶１０とする。
【０００５】
このようにボトル型飲料缶においては、従来のアルミニウム缶の主流であったＤＩ缶（ Deep drawing & Ironing 缶）に比較して頸部に一段と厳しい塑性加工を施すため、素材にも一段と高い特性が要求される。
【０００６】
従来の飲料缶用のアルミニウム合金板材の製造方法としては種々の方法が提案されており、例えばスラブに造塊後均質化処理を行い、熱間圧延後、中間焼鈍を施すことなく冷間圧延する方法が知られている（例えば、特開昭５９−１６２２６１号公報参照）。ところが、ボトル型アルミニウム飲料缶の場合、頸部にネッキング加工やネジ加工を施すため、従来の板材の製造方法ではネッキング加工やネジ加工で加工軟化を起こし、頸部の強度が低下する欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、胴部、肩部の強度を満足し、ネッキング加工やネジ加工で加工硬化を起し、特に頸部の強度が高いボトル型飲料用アルミニウム缶を製造するのに適したアルミニウム合金板の製造方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のボトル型飲料缶用アルミニウム合金板の製造方法の一つは、深絞り加工としごき加工とネッキング加工とネジ加工が施されて底部と胴部と肩部と頸部とが一体成形され前記頸部にネジ部が形成されてなるボトル型飲料缶を形成するための素材となるアルミニウム合金板の製造方法であり、重量％（以下、同じ）でＳｉ：０．１〜０．５％、Ｆｅ：０．３〜０．７％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｍｇ：０．４〜１．５％、Ｃｒ：０．００１〜０．０５％、Ｚｎ：０．０５〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部が不可避的不純物を含むＡｌからなる組成のアルミニウム合金を溶製し、半連続鋳造して得た鋳塊を熱間圧延に続いて冷間圧延を行った後、加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度５００〜５６０℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で中間焼鈍を行ない、さらに圧下率４５〜６９％で最終板厚まで最終冷間圧延を行い、前記ネッキング加工時に頸部耐力の増加をもたらす特徴を有する方法を採用した。
【０００９】
さらにもう一つの方法は、上記方法で中間焼鈍を２回施す方法である。すなわち、深絞り加工としごき加工とネッキング加工とネジ加工が施されて底部と胴部と肩部と頸部とが一体成形され前記頸部にネジ部が形成されてなるボトル型飲料缶を形成するための素材となるアルミニウム合金板の製造方法であり、重量％でＳｉ：０．１〜０．５％、Ｆｅ：０．３〜０．７％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜１．５％、Ｍｇ：０．４〜１．５％、Ｃｒ：０．００１〜０．０５％、Ｚｎ：０．０５〜０．５％、Ｔｉ：０．００１〜０．０５％を含有し、残部が不可避的不純物を含むＡｌからなる組成のアルミニウム合金を溶製し、半連続鋳造して得た鋳塊を熱間圧延に続いて圧下率６０〜９５％で冷間圧延を行った後、加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度３３０〜４００℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で第１段中間焼鈍を行ない、第１段中間焼鈍後の板材を圧下率５〜４０％で再度冷間圧延し、加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度５００〜５６０℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で第２段中間焼鈍を行ない、さらに圧下率４５〜６９％で最終板厚まで最終冷間圧延を行い、前記ネッキング加工時に頸部耐力の増加をもたらす特徴を有する方法とした。
【００１０】
このような方法を採用することによっても胴部、肩部の強度を満足し、ネッキング加工やネジ加工で加工硬化を起こし、特に頸部の強度が高いボトル型飲料用アルミニウム缶を製造することができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明で使用するアルミニウム合金の組成限定理由について説明する。シリコン（Ｓｉ）は同時に含有されるＭｇとともに化合物を形成し、固溶硬化、析出硬化、分散硬化作用を及ぼすほか、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅなどとも金属間化合物を形成して、しごき成型時にダイスに対する焼き付きを防止する効果を発揮する。Ｓｉ含有量が０．１％未満では、所望の潤滑性能を発揮できず、ダイスへの焼き付きを防止するのに不十分である。一方、Ｓｉ含有量が０．５％を越えると脆くなり加工性が劣化する。従ってＳｉの適正含有量は、０．１〜０．５％と設定する。
【００１２】
鉄（Ｆｅ）及びクロム（Ｃｒ）は結晶の微細化と、しごき成形加工時にダイスに対する焼き付きを防止する効果を発揮する。Ｆｅの場合には含有量が０．３％未満では所望の効果が得られず、一方、Ｆｅ含有量が０．７％を越えると脆くなり加工性が劣化する。従ってＦｅの適正含有量は、０．３〜０．７％と設定する。Ｃｒの場合には、Ｃｒ含有量が０．００１％未満では所望の効果が得られず、一方、Ｃｒ含有量が０．０５％を越えると脆くなり加工性が劣化する。従ってＣｒの適正含有量は、０．００１〜０．０５％とする。
銅（Ｃｕ）はＭｇと金属間化合物を形成し、固溶硬化、析出硬化、分散硬化作用を及ぼす。Ｃｕ含有量が０．０５％未満ではこれらの効果が乏しく、またＣｕ含有量が０．５％を越えると加工性が劣化する。従って、Ｃｕの適正な含有量は０．０５〜０．５％に設定する。
【００１３】
マンガン（Ｍｎ）はＦｅ、Ｓｉ、Ａｌとともに金属間化合物を形成し、晶出相及び分散相となって分散効果作用を発揮するとともに、しごき成型加工時にダイスに対する焼き付きを防止する効果を発揮する。Ｍｎ含有量が０．５％未満では、所望の硬化特性が得られず、一方、Ｍｎ含有量が１．５％を越えると脆くなり加工性が劣化する。従ってＭｎの適正含有量は、０．５〜１．５％と設定する。マグネシウム（Ｍｇ）は固溶体強化作用を有し、圧延加工時に加工硬化性を高めるとともに、前記ＳｉやＣｕと共存することで分散硬化と析出硬化作用を発揮する。Ｍｇ含有量が０．４％未満ではこれらの作用効果が十分発揮されず、またＭｇ含有量が１．５％を越えると加工性が劣化し、特にカール加工性が低下する。従って、Ｍｇの適正含有量は０．４〜１．５％、好ましくは０．４〜０．８％に設定する。
【００１４】
亜鉛（Ｚｎ）は析出するＭｇ、Ｓｉ、Ｃｕの金属間化合物を微細化する作用を有する。Ｚｎ含有量が０．０５％未満では効果が不十分で、Ｚｎ含有量が０．５％を越えると加工性と耐食性が劣化する。従ってＺｎの適正な含有量は０．０５〜０．５％とする。
チタン（Ｔｉ）は結晶粒を微細化し、加工性を改善する効果を発揮する。Ｔｉ含有量が０．００１％未満ではこれらの効果が発揮されず、また０．０５％を越えると粗大な化合物ができて、加工性が劣化する。従って、Ｔｉの適正な含有量は０．００１〜０．０５％とする。
【００１５】
本発明のボトル型飲料缶用アルミニウム合金板の製造方法においては、上記適正範囲の組成を有するアルミニウム合金を溶製し、鋳造して得たスラブに熱間圧延、冷間圧延を施した後、中間焼鈍を施してさらに最終冷間圧延を施して所望の板厚のボトル型飲料缶用アルミニウム合金板を得る。
つぎに、本発明におけるアルミニウム合金板の製造条件について順を追って説明する。
（第１の実施の形態）
第１の方法は、半連続鋳造して得た鋳塊を熱間圧延に続いて冷間圧延を行った後、加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度５００〜５６０℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で中間焼鈍を行ない、さらに圧下率４５〜８０％で最終板厚まで最終冷間圧延を行う方法である。
【００１６】
第１の実施形態における中間焼鈍の条件は、加熱速度：１０〜２００℃／秒、保持温度：５００〜５６０℃、保持時間：１〜３０秒、冷却速度：１０〜２００℃／秒なる条件で中間焼鈍を行なう。
加熱速度を１０℃／秒以上とするのは、板材の強度を確保するためである。ただし２００℃／秒を越えて急速加熱すると割れが発生するおそれがあるので好ましくない。保持温度を５００℃以上とするのは、Ｓｉ，Ｃｕ，Ｍｇ等の溶体化を促進させ、析出硬化性が付与されて製缶時の焼付塗装などの加熱処理で十分な材料強度を確保するためである。 溶体化効果を高めるためには、加熱温度を高くし、保持時間を長くするのが有効である。ただし、保持温度が５６０℃を越えると板の破断が起こり易くなるので、過度の高温は好ましくない。保持時間を長くするには連続焼鈍装置の長さを長くするか、材料の通過速度を遅くする必要があるが、いずれも生産性に影響するので、５００〜５６０℃の温度帯での保持時間は１秒以上とし、上限は３０秒に押さえることとした。
【００１７】
材料強度にとって高温保持後の冷却速度も重要である。冷却速度があまり遅過ぎると粗大結晶の析出が生じて、後続の塗装焼き付け時に十分な析出硬化が起こらないので、冷却速度の下限は１０℃／秒とする。また、冷却速度が２００℃／秒を越えると板材に歪みが発生し易くなる。従って中間焼鈍後の冷却速度は１０〜２００℃／秒とするのが適当である。
【００１８】
中間焼鈍後再び仕上げの冷間圧延を施して、所望の板厚の材料とする。この際、ネッキング加工やネジ加工で加工硬化する材料とするためには、最終圧延での圧下率を低くする必要がある。最終圧延での圧下率が４５％未満では材料の強度不足となり、圧下率が８０％を越えるとネッキング加工時に加工軟化を起こし易くなり、また、耳率も高くなる。したがって、最終冷間圧延時の圧下率は、４５〜８０％の範囲、より好ましくは４５〜６９％の範囲で圧延するのが適する。
【００１９】
以上詳説したような各条件下でアルミニウム合金スラブを圧延加工して得られた板材は、ボトル型飲料缶に加工するに際して十分な強度を有し、胴部、肩部と共に、特に頸部の強度に優れたボトル型飲料缶とすることができる。
【００２０】
（第２の実施形態）
本実施形態が先の第１の実施形態と異なる点は、しごき加工時の耳率を低く抑えるために、中間焼鈍を２回実施する点である。すなわち、熱間圧延に引き続いて圧下率６０〜９５％で冷間圧延を施した後、第１段の中間焼鈍を行う。第１段の中間焼鈍の条件は、加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度３３０〜４００℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で行う。第１段の中間焼鈍は、やや低めの温度で行う。次いで、第１段中間焼鈍後の板材を圧下率５〜４０％で冷間圧延し、第２段目の中間焼鈍を行なう。第２段目の中間焼鈍の条件は、加熱速度１０〜２００℃／秒、保持温度５００〜５６０℃、保持時間１〜３０秒、冷却速度１０〜２００℃／秒なる条件で中間焼鈍を行なう。第２段目の中間焼鈍は本来の溶体化を促進させて強度を増すための中間焼鈍である。第２段目の中間焼鈍を終えた材料は、さらに圧下率４５〜８０％、より好ましくは４５〜６９％で最終板厚まで最終冷間圧延を施す。
【００２１】
熱間圧延後の冷間圧延圧下率、第１段の中間焼鈍条件、第２段の中間焼鈍までの冷間圧延圧下率をコントロールすることにより、第２段の中間焼鈍後に充分な立方体方位粒を生成させることができ、最終冷間圧延における圧下率を比較的低くすることで低耳率の板材が得られる。
【００２２】
以上のような各条件下でアルミニウム合金スラブを圧延加工して得られた板材は、ボトル型飲料缶に加工するに際して十分な強度を有し、胴部、肩部と共に、特に頸部の強度に優れ、しごき加工時の耳率も低いボトル型飲料缶とすることができる。
【００２３】
【実施例】
以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。
素材として表１に示す２種のアルミニウム合金を使用した。それぞれの合金の溶湯を常法により脱ガス、介在物除去を行い、半連続鋳造により厚さ５５０ｍｍ、幅１．５ｍ、長さ４．５ｍのスラブに鋳造した。ついで、スラブに均熱化処理を施して熱間圧延した後、表２に示す条件で冷間圧延加工を施し、最終板厚０．４ｍｍのボトル型飲料缶用のアルミニウム合金板を得た。なお、均質化処理はいずれも６００℃×６時間とし、熱間圧延時の仕上げ板厚は６．５ｍｍとした。ただし、比較例１では２．１ｍｍとした。
【００２４】
【表１】
0003868839.tif 000002
【００２５】
【表２】
0003868839.tif 000003
【００２６】
表２中試験例１及び試験例２は中間焼鈍を１回だけ実施した例を、試験例３から試験例５は中間焼鈍を２回実施した例を示す。また、比較例１は中間焼鈍を行わずに、熱間圧延後一気に最終板厚まで冷間圧延をした例を示す。さらに、比較例２は中間焼鈍を２回実施したものの、２回目の中間焼鈍温度が不適正な例を示している。
【００２７】
さらに、このようにして得られたアルミニウム合金板のブランク材を使用して、図２の工程図に従ってボトル型飲料缶に加工した。次いで、２１０℃×１０ｍｉｎの条件で塗装焼き付け相当の熱処理を行い、ネッキング加工前後の引張試験により耐力を測定し、エリクセンカップの耳率を測定した。
ネッキング前の耐力測定は、しごき加工後胴部から円周方向に試験片を切り出し、塗装焼き付け相当の熱処理を行った後、引張試験を行った。
ネッキング後の耐力測定は、縮径後ネジ加工前のストレートのものから試験片を切り出して引張試験に供した。試験片は円周方向に切り出した。
【００２８】
耳率は、素材をエリクセン試験機で深絞り加工した。加工条件はポンチ径；３３ｍｍ、絞り比；１．７５、しわ押さえ力；３ｋＮとした。このカップの側壁高さをデジタルマイクロメーターで測定し、次式により耳率を算出した。
（山高さ平均値−谷高さ平均値）／（谷高さ平均値）×１００＝耳率・・・・（１）
これらの測定結果を表３に示す。
さらに、カール加工性の判定は目視で行い、カール部に全く割れの発生が認められなかったも場合は○印を、カール部に微小な亀裂の発生が認められた場合には△印を付した。これらの結果も表３に併記する。
【００２９】
【表３】
0003868839.tif 000004
【００３０】
表３の結果から本発明のアルミニウム合金板からボトル型飲料缶を製造すれば、胴部、肩部の強度と共に、材料の加工硬化が充分達成されているので、ネッキング加工やネジ加工後に特に頸部の強度が高い、ボトル型飲料缶を製造することが可能となり、しかも加工に当たって耳率が低く抑えられるので、製造歩留まりが向上し、コストダウンに寄与することができることが判る。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の方法によるアルミニウム合金板を使用し、深絞り加工としごき加工とネッキング加工とネジ加工を施して底部と胴部と肩部と頸部とが一体成形され頸部にネジ部が形成されたボトル型飲料缶を製造すれば、胴部、肩部の強度を満足し、ネッキング加工時やネジ加工時に加工硬化を起こし、特に頸部の強度の高いボトル型飲料缶を作ることが可能となる。また、本発明の方法によるアルミニウム合金板を使用して深絞り加工としごき加工とネッキング加工とネジ加工を施して底部と胴部と肩部と頸部とが一体成形され頸部にネジ部が形成されたボトル型飲料缶を製造すれば、耳率が低いので、製造歩留まりが向上しコストダウンをはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のボトル型飲料缶の断面構造を示す図である。
【図２】  図１に示すボトル型飲料缶の概略工程を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・・ブランク材、２・・・・・カップ、３・・・・・缶体、１０・・・・・ボトル型飲料缶、１１・・・・・胴部、１２・・・・・肩部、１３・・・・・頸部、１４・・・・・ネジ部、１５・・・・・カール部、１６・・・・・底部、３１・・・・・耳
【図１】
0003868839.tif 000005
【図２】
0003868839.tif 000006