(57)【要約】      （修正有）【課題】板厚を０.２ｍｍ程度に薄肉化した場合でも、飲料充填後の耐圧強度に不足がなく、リベット成形性及び開缶性にも優れ、中間焼鈍を行わない冷間圧延によっても製造できる缶蓋用アルミニウム合金板の提供。【解決手段】結晶粒における短軸と長軸の比が０．４０〜０．６０と、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の面積率が１５〜３０％である、飲料充填後の耐圧強度に不足がなく、リベット２成形性及び開缶性にも優れ、板厚を０.２ｍｍ程度に薄肉化した、Ｍｇ：４．０〜６．０質量％、Ｆｅ：０．１０〜０．５０質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．４０質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．５０質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる５０００系アルミニウム合金板。前記合金板を中間焼鈍を行わない冷間圧延によって製造するアルミニウム合金缶蓋。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇ：４．０〜６．０質量％、Ｆｅ：０．１０〜０．５０質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．４０質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．５０質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金板であって、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ法により測定された、板厚中心における圧延面と平行な面の組織として、方位差が１５°以上の結晶粒における短軸と長軸の比の平均値が０．４０以上、０.６０以下であるとともに、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の測定全面積に対する平均面積率が１５〜３０％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、高強度と優れた成形性、及び優れた開缶性を兼備し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】
現在、飲料、食品用途に汎用される包装容器の１つとして、底と側壁が一体構造の有底円筒状の胴部（缶胴、キャンボディ）と、この胴部の開口部に封止されて上面となる円板状の蓋部（缶蓋、キャンエンド）とからなる２ピースのオールアルミ缶が周知である。
【０００３】
このようなアルミ缶の材料として、各々に要求される強度、成形性などの違いから、缶胴にはＡＡ乃至ＪＩＳ３０００系（Ａｌ−Ｍｎ系）のアルミニウム合金板、缶蓋にはＡＡ乃至ＪＩＳ５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）のアルミニウム合金板などが使い分けられて、汎用されている。
【０００４】
このうち、缶蓋用５０００系アルミニウム合金板に求められる重要な特性として、蓋加工に耐える成形性と、飲料充填後の缶の内圧に耐える耐圧強度、装着したタブによって正常かつ簡単に蓋が開けられるための開缶性などがあげられる。
【０００５】
近年、缶の低コスト化の観点から、これら缶蓋、すなわち缶蓋用５０００系アルミニウム合金板も、板厚を０.２ｍｍ程度に薄肉化することが求められている。このような薄肉化に対する課題としては、耐圧強度の低下、成形性の低下などが挙げられる。このうち、耐圧強度の低下は、アルミニウム合金板の材料強度を高くすることで補うことができるが、このような高強度化に伴って、成形性が低下するという問題が生じる。このため、缶蓋用アルミニウム合金板を薄肉化するには、強度と成形性とを共に向上させることが必要である。
【０００６】
缶蓋用５０００系アルミニウム合金板を薄肉化しても、材料強度を保ったまま成形性を向上させる技術として、従来から、金属間化合物（開缶性、成形性）、結晶粒径（成形性）、サブグレインあるいは集合組織などの組織制御などが種々行われてきた。
【０００７】
このうち、０.２％耐力が３００ＭＰa未満程度の缶蓋用５０００系アルミニウム合金板の集合組織として、板の板厚表面や板厚方向の１／４の部分などにおける圧延集合組織に属するＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｒａｓｓ方位を、ランダム方位に対する割合を制御することが公知である。
例えば特許文献１には、板の板厚表面における圧延集合組織に属するＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｒａｓｓ方位の何れかの方位成分をランダム方位の６倍以上に制御して、リベット成形性やスコア加工性を向上させることが提案されている。
【０００８】
また、特許文献２、３などには、前記Ｃｕ方位、Ｓ方位、Ｂｒａｓｓ方位の何れかの方位成分を、ランダム方位の５０倍以下などに制御して、耳率を低減したり、缶蓋を缶胴に巻き締める際の巻き締め性を向上させることが提案されている。
【０００９】
更に、特許文献４には、缶蓋用５０００系アルミニウム合金板を、熱間圧延や冷間圧延の途中で中間焼鈍を行わずに、０.１９０〜０.２３０ｍｍの最終板厚まで圧延し、結晶粒の長さと幅の比、長さ／幅を２０以上として、０.２％耐力が３２０〜３５５ＭＰaの必要な缶蓋強度を付与することが提案されている（段落００２１など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３９０４８６８号公報
【特許文献２】特許第３６９４８５９号公報
【特許文献３】特開２００１−３４８６３８号公報
【特許文献４】特開２０１２−１１２００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前記した従来の組織制御による缶蓋用５０００系アルミニウム合金板には、缶蓋に成形する際のリベット成形性の向上には未だ課題があり、薄肉化した場合に、より高強度化するとリベット成形性が低下し、優れたリベット成形性を得るには材料強度を低下させる必要がある。
【００１２】
ここで、缶蓋成形工程について説明する。まず、素材を円板形状に打ち抜いた後に、絞り加工でシェルを成形し、次にコンバージョン成形にて、プレス機で、シェルの中央にタブを取り付けるための凸部を形成するリベット成形を行う。
このリベット成形は、缶蓋中央部を張り出させるバブル成形工程と、この張出部（バブル）を１〜３工程で縮径しつつ急峻な突起とするボタン成形工程とで構成される。
このリベット成形後に、断面がＶ字形の刃先をした金型を押し付けて、飲み口部の溝である、図２、３のスコア３の成形や、パネルの剛性を高めるための凹凸や文字の成形を行う。その後、ステイク工程として、シェルの中央に加工した凸部に、別途成形したタブをかしめて一体化する。
【００１３】
この際、タブを正常に固定するためには、ステイク後のリベット径の大きさを確保する必要があり、そのため、ボタン成形工程終了後の突起（ボタン）高さを十分に高く成形できるリベット成形性が素材に求められる。
【００１４】
これに対して、前記特許文献のように組織を制御した素材板であっても、高強度化すると、前記リベット成形性が低下し、優れたリベット成形性を得るには、材料強度を低下させる必要があった。すなわち、優れたリベット成形性と高強度とを両立させることには未だ限界があった。
【００１５】
しかも、このリベット成形性と高強度化との両立を、前記特許文献４などの中間焼鈍を行わない、高効率な冷間圧延により、低コストの製造方法で実現することも、未だ課題として残されていた。
【００１６】
このような課題に対して、本発明は、高い材料強度を有した上で、十分なリベット成形性を有し、薄肉化した場合でも飲料充填後の耐圧強度に不足がなく、リベット成形性及び開缶性にも優れた、缶蓋用アルミニウム合金板を提供することを目的とする。しかも、このような高い特性を有する缶蓋用アルミニウム合金板を、中間焼鈍を行わない冷間圧延によっても、製造できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題を解決するための本発明缶蓋用アルミニウム合金板の要旨は、Ｍｇ：４．０〜６．０質量％、Ｆｅ：０．１０〜０．５０質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．４０質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．５０質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金板であって、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ法により測定された、板厚中心における圧延面と平行な面の組織として、方位差が１５°以上の結晶粒における短軸と長軸の比の平均値が０．４０以上、０.６０以下であるとともに、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の測定全面積に対する平均面積率が１５〜３０％であることとする。
【００１８】
上記のように本発明で規定する板の組織と特性は、缶蓋用アルミニウム合金板として、冷延板に塗装および塗装焼付け処理を施した後のプレコートアルミニウム合金板として、あるいは、この板を成形した缶蓋の組織と特性として規定している。また、前記冷延板に、塗装焼付け処理を模擬した、後述する特定条件での熱処理を施した後の板の組織と特性であっても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、中間焼鈍を行わない冷間圧延後に焼付塗装処理された状態の缶蓋用アルミニウム合金板であっても、強度とリベット成形性とを兼備させるために、結晶粒のアスペクト比（短軸と長軸の比）とともに、集合組織として、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の面積率を選択して制御する。
【００２０】
これによって、本発明は、中間焼鈍を行う冷間圧延はもとより、中間焼鈍を行わない冷間圧延でも、従来のように、リベット成形性を得るために、材料強度を低下させる必要が無く、高い材料強度を有するにも関わらず、十分なリベット成形性を有することができる。このため、板厚を０.２ｍｍ程度に薄肉化した場合でも、飲料充填後の耐圧強度に不足がなく、リベット成形性及び開缶性にも優れた缶蓋用アルミニウム合金板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】アルミニウム合金板を成形して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】
【００２２】
本発明に係る缶蓋用アルミニウム合金板を実施するための形態について、以下に説明する。
【００２３】
（アルミニウム合金板の組成）
缶蓋用アルミニウム合金板は、前記した通り、焼付塗装処理した状態にて、缶蓋に求められる特性として、蓋加工に耐える成形性、飲料充填後の内圧に耐える耐圧強度、正常かつ簡単に開けられるための開缶性を満たす必要がある。
【００２４】
したがって、本発明に係る缶蓋用アルミニウム合金板の合金組成も、この要求特性を合金組成面から満たすために、Ｍｇ：４．０〜６．０質量％、Ｆｅ：０．１０〜０．５０質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．４０質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．５０質量％、Ｃｕ：０．０１〜０．３０質量％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるものとする。なお、各元素の含有量の％表示は全て質量％の意味である。以下に、含有する各元素の意義につき、順に説明する。
【００２５】
Ｍｇ：４．０〜６．０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。Ｍｇの含有量が４．０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６．０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って、成形性、特にリベット成形性が低下する。従って、Ｍｇの含有量はＭｇ：４．０〜６．０質量％とする。
【００２６】
Ｆｅ：０．１０〜０．５０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。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、開缶時にスコア脱線（開缶時にスコア部以外に亀裂が伝播すること）や開缶力の増大によるタブ折れといった開缶不良が生じ易くなる。一方、Ｆｅの含有量が０．５０質量％を超える場合、アルミニウム合金板中の鋳造や熱延時に生成する金属間化合物の数密度や体積率が大きくなり、リベット成形性が低下する。従って、Ｆｅの含有量は０．１０〜０．５０質量％とする。
【００２７】
Ｓｉ：０．０５〜０．４０質量％
Ｓｉは、アルミニウム合金板中にＭｇ−Ｓｉ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。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する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０．４０質量％を超える場合、アルミニウム合金板中の鋳造や熱延時に生成する金属間化合物が多くなり、リベット成形性が低下する。従って、Ｓｉの含有量は０．０５〜０．４０質量％とする。
【００２８】
Ｍｎ：０．０１〜０．５０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。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０．５０質量％を超える場合、アルミニウム合金板中の鋳造や熱延時に生成する金属間化合物が多くなり、リベット成形性が低下する。従って、Ｍｎの含有量は０．０１〜０．５０質量％とする。
【００２９】
Ｃｕ：０．０１〜０．３０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。また、固溶させることにより、加工硬化特性が向上する。Ｃｕの含有量が０．０１質量％末満の場合、母相への固溶量が少なく、強度と成形性のバランスが低下し、リベット成形性が向上しない。一方、Ｃｕの含有量が０．３０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、リベット成形性が低下する。従って、Ｃｕの含有量は０．０１〜０．３０質量％とする。
【００３０】
不可避的不純物
本発明に係るアルミニウム合金は、前記必須成分以外に、残部Ａｌと不可避的不純物とからなる。不可避的不純物は、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。不可避的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。
【００３１】
（アルミニウム合金板の組織）
本発明では、前記した合金組成とした上で、この缶蓋用アルミニウム合金板の組織として、冷間圧延後に焼付塗装処理された状態にて、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の面積率を特定の範囲に制御するとともに、結晶粒のアスペクト比（短軸と長軸の比）を制御して、成形性を保ったまま高強度化する。
【００３２】
このために、前記焼付塗装処理された後の缶蓋用アルミニウム合金板の、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ法により測定された板厚中心部の組織として、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の測定全面積に対する平均面積率が１５〜３０％とする。
この板厚中心部の組織とは、板厚中心における圧延面と平行な面（あるいは圧延面と平行な面における板厚中心）、すなわち、板の平面視で、板厚中心において圧延面（圧延表面）と平行に延在する面の組織であって、この面をＳＥＭ−ＥＢＳＤ法による観察面とする組織である。
また、前記板厚中心部の組織として、前記方位差が１５°以上の結晶粒における短軸と長軸の比の平均値を０．４０以上、０．６０以下とする。
【００３３】
これによって、本発明は、従来は兼備させることが困難であった、リベット成形性と高強度化とを両立させることができる。すなわち、缶蓋用アルミニウム合金板の特性として、塗装焼付け処理を模擬した熱処理後の缶蓋用アルミニウム合金板の０.２％耐力と、この板のリベット成形性とを、後述する実施例の通り、共に高いレベルとすることができる。
【００３４】
ここで、板の限界張出高さが１．４５ｍｍ以上であれば、缶蓋の実成形時にも十分な高さの前記した突起（ボタン）を成形することができ、十分なリベット成形性を有していると言える。
【００３５】
なお、このデータは、後述する実施例の通り、塗装焼付け処理を模擬した２５５℃×２０秒の熱処理後の０.２％耐力と、この板のリベット成形性の評価をφ６ｍｍの微小張出試験を行った際の限界張出高さとした場合の、強度と成形性との関係である。
【００３６】
Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒：
本発明では、中間焼鈍を行わない冷間圧延後に焼付塗装処理された状態の缶蓋用アルミニウム合金板において、強度とリベット成形性とを兼備させるために、集合組織の中でも、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の面積率につき制御する。
具体的には、前記缶蓋用アルミニウム合金板の、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ法により測定された板厚中心部における組織として、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の、測定全面積に対する平均面積率が１５〜３０％とする。
【００３７】
このＢｒａｓｓ方位を有する結晶粒の前記平均面積率が１５％未満では、特に中間焼鈍を行わない冷間圧延では、３２０ＭＰa以上の０.２％耐力が確保できない。
一方、このＢｒａｓｓ方位を有する結晶粒の前記平均面積率が３０％を超えた場合、特に中間焼鈍を行わない冷間圧延では、３２０ＭＰa以上の０.２％耐力は確保できるものの、前記限界張出高さが高いレベルとなる高成形性とすることがでない。
【００３８】
ちなみに、０.２％耐力が３２０ＭＰa以上の高強度な板のリベット成形性には、圧延集合組織に属するＣｕ方位、Ｓ方位、Ｂｒａｓｓ方位のうちでも、特にＢｒａｓｓ方位を有する結晶粒の影響が大きい。したがって、従来のように、Ｃｕ方位、Ｓ方位、Ｂｒａｓｓ方位のいずれかの結晶粒を制御するような曖昧な方法では、特に中間焼鈍を行わない冷間圧延において、０.２％耐力が３２０ＭＰa以上の強度とされた板のリベット成形性を向上できる保証がない。
【００３９】
結晶粒のアスペクト比：
本発明では、特に中間焼鈍を行わない冷間圧延後に焼付塗装処理された状態の缶蓋用アルミニウム合金板において、強度とリベット成形性とを兼備させるために、前記Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の面積率とともに、結晶粒のアスペクト比についても制御する。
具体的には、前記缶蓋用アルミニウム合金板の、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ法により測定された板厚中心部における組織として、前記方位差が１５°以上の結晶粒における短軸と長軸の比（アスペクト比）の平均値を０．４０以上、０.６０以下とする。
【００４０】
ここで、前記結晶粒における短軸と長軸とは、前記結晶粒における圧延方向（板の長手方向）あるいは板厚方向などの方向によらず、個々の前記結晶粒における最も長い直線軸（あるいは辺）を長軸とし、最も短い直線軸（あるいは辺）を短軸として規定する。そして、これら短軸の長さと長軸の長さとの比を、短軸と長軸の比（短軸／長軸、アスペクト比）と規定している。
【００４１】
冷間圧延率が高くなるほど、結晶粒は、短軸がより短く、長軸がより長い伸長粒（扁平粒）になりやすい。
但し、この結晶粒における短軸と長軸の比の平均値が０．４０未満では、前記長軸が長すぎるか、前記短軸が短すぎて、結晶粒が伸長しすぎており（扁平となり過ぎており）、リベット成形性が低下する。このため、特に中間焼鈍を行わない冷間圧延では、３２０ＭＰa以上の０.２％耐力は確保できるものの、前記限界張出高さが高いレベルとなる高成形性とすることがでない。
【００４２】
一方、この結晶粒における短軸と長軸の比の平均値が０.６０を超えて高くなることは、等軸粒となるか、これに近い形状となることを示しており、特に中間焼鈍を行わない冷間圧延では、３２０ＭＰa以上の０.２％耐力を確保できない。したがって、短軸と長軸の比の平均値の上限は、０．２％耐力確保のためには小さい数値が好ましく、０.６０以下、好ましくは０.５０以下とする。
【００４３】
(ＳＥＭ−ＥＢＳＤ法による測定)
以上の板組織における、方位差が１５°以上の結晶粒の、前記Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の平均面積率や、前記短軸と長軸の比の平均値の測定は、板の圧延面と平行な面における前記板厚中心部の組織をＳＥＭ−ＥＢＳＤ法により測定して行う。
ここで、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ法により測定される「方位差が１５°以上の結晶粒」とは、「方位差が１５°以上の粒界（境界）を有する結晶粒」であり、例えば１５°、２０°など、１５°以上の方位差を有する数多くの結晶粒がその範疇に含まれる。
【００４４】
具体的な測定方法は、板の任意の位置（板の幅方向の略中心位置）から採取した測定試料（３個）を、この試料の板厚中心部として、板の平面視で、板厚中心において圧延面（圧延表面）と平行に延在する観察面が出るよう研磨する。そして、ＳＥＭ−ＥＢＳＤを用いて、前記観察面における、板の圧延方向の辺の長さが１０００μｍ×板幅方向の辺の長さが３２０μｍの矩形領域の測定範囲に対して、１．０μｍのピッチで電子線を照射する。
そして、１試料当たりの、方位差が１５°以上の結晶粒の短軸と長軸の比の平均値と、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の、測定全面積である前記測定範囲の面積（３２００００μｍ２）に対する、平均面積率（％）を測定し、更に、測定した試料数３個で平均化する。
【００４５】
ＳＥＭ−ＥＢＳＤ（ＥＢＳＰ）法は、電界放出型走査電子顕微鏡（Field Emission  Scanning Electron Microscope: FESEM）に、後方散乱電子回折像[EBSD: Electron  Back Scattering (Scattered) Diffraction  Pattern] システムを搭載した、汎用される結晶方位解析法である。
【００４６】
より具体的に、ＳＥＭ−ＥＢＳＤの前記観察用試料の調整は、前記観察試料（断面組織）を、更に機械研磨後電解エッチングして鏡面化する。そして、ＦＥＳＥＭ の鏡筒内にセットし、試料の鏡面化した表面に、電子線を照射してスクリーン上にＥＢＳＤ（ＥＢＳＰ）を投影する。これを高感度カメラで撮影して、コンピュータに画像として取り込む。コンピュータでは、この画像を解析して、既知の結晶系を用いたシミュレーションによるパターンとの比較によって、結晶の方位が決定される。算出された結晶の方位は３次元オイラー角として、位置座標（ｘ、ｙ）などとともに記録される。このプロセスが全測定点に対して自動的に行なわれるので、測定終了時には、板の断面における数万〜数十万点の結晶方位データが得られる。
【００４７】
アルミニウム合金板の場合、通常は、以下に示す多くの方位因子(これら各方位を有する結晶粒)からなる集合組織を形成し、それらに応じた結晶面が存在する。一般に、アルミニウム合金の圧延板における集合組織は、主としてＣｕｂｅ方位、Ｇｏｓｓ方位、Ｂｒａｓｓ方位、Ｓ方位、およびＣｏｐｐｅｒ方位から構成される。これらの集合組織のでき方は、同じ結晶系の場合でも加工、熱処理方法によって異なり、圧延による板材の集合組織の場合は、圧延面と圧延方向で表されており、圧延面は｛ｈｋｌ｝で表現され、圧延方向は＜ｕｖｗ＞で表現される。かかる表現に基づき、各方位は下記の如く表現される。
【００４８】
Ｃｕｂｅ方位 ｛００１｝＜１００＞
Ｇｏｓｓ方位 ｛０１１｝＜１００＞
Ｂｒａｓｓ方位（Ｂ方位） ｛０１１｝＜２１１＞
Ｃｕ方位（Ｃｏｐｐｅｒ方位）｛１１２｝＜１１１＞
Ｓ方位 ｛１２３｝＜６３４＞
【００４９】
以上説明した、本発明で規定する板の組織そして特性は、前記した通り、缶蓋用アルミニウム合金板として、冷延板（冷延後の板）に塗装および塗装焼付け処理を施した後のアルミニウム合金板（プレコート板）の組織と特性か、この板を成形した缶蓋の組織と特性である。また、このような塗装や塗装焼付け処理を施さずとも、あるいは缶蓋に成形せずとも、冷延板に、塗装焼付け処理を模擬した、後述する特定条件での熱処理を施した後の、板の組織と特性であっても良い。これらの組織と特性とは、前記塗装焼付け処理と前記熱処理との条件が同じであれば、同じか、あるいは僅差により同じと見なすことができる組織と特性となる。
【００５０】
（製造方法）
次に、本発明における缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法を説明する。
本発明のアルミニウム合金板の製造工程自体は、常法のように、前記組成のアルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊とする鋳造工程と、鋳塊を熱処理により均質化する均熱処理工程と、均質化した鋳塊を熱間圧延して熱間圧延板とする熱間圧延工程と、熱間圧延板を焼鈍することなく冷間圧延する冷間圧延工程によって製造される。言い換えると、本発明における缶蓋用アルミニウム合金板は、常法を大きく変えることなく製造できる利点がある。
【００５１】
本発明の缶蓋用アルミニウム合金板は、中間焼鈍を行う冷間圧延でも製造可能であるが、本発明は、高い材料強度を有した上で、リベット成形性及び開缶性にも優れた、缶蓋用アルミニウム合金板を、より製造が困難である、中間焼鈍を行わない冷間圧延によっても製造できることを目的としている。
したがって、以下の各製造工程を説明するに際しては、中間焼鈍を行う冷間圧延にも共通はするが、特に中間焼鈍を行わない冷間圧延によって製造するための好ましい条件とその意義について説明する。
【００５２】
先ず、アルミニウム合金を溶解、鋳造する工程は、ＤＣ鋳造法等の公知の半連続鋳造法を用いて、常法により行うことができ、これによって前記組成のアルミニウム合金鋳塊を鋳造する。
【００５３】
均熱処理：
次に、前記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、均熱処理（均質化熱処理）を施す。この均熱処理によって、合金元素を固溶させる。また、内部応力を除去し、鋳造時に偏析した溶質元素を均質化し、鋳造時に晶出した金属間化合物を拡散固溶させて、組織を均質化する。このために、均質化熱処理は５００℃を超え、５５０℃以下の温度範囲で１時間以上保持する条件範囲から選択する。
【００５４】
均質化熱処理温度が５００℃以下の場合又は保持時間が１時間未満の場合、ＭｇやＭｎの固溶量が減り、強度が不足する可能性があり、前記均質化効果が低下して、機械的な特性や開缶性が低下する可能性もある。一方、均質化熱処理温度が５５０℃を超える場合には、熱間圧延時にバーニングが生じる可能性がある。したがって、均質化熱処理温度は５００〜５５０℃の範囲が好ましい。
また、この温度条件での均質化熱処理の保持時間の、好ましい上限は２０時間であり、これを超えると生産性が低下する。
【００５５】
熱間圧延：
この均質化熱処理後、鋳塊を冷却することなく続けて、あるいは所定の開始温度まで冷却して、まず熱間粗圧延し、さらに熱間仕上圧延により、所定の板厚のアルミニウム合金熱間圧延板とする。
【００５６】
熱間粗圧延の終了温度は４５０℃以上とすることが好ましい。この終了温度が４５０℃未満となると、Ｍｇ−Ｓｉ系の化合物が析出しやすくなり、固溶Ｍｇ量が低下する可能性がある。また、次工程の熱間仕上圧延での圧延温度が低くなって、エッジ割れが生じやすくなる可能性がある。
【００５７】
この熱間粗圧延に続いて、終了温度を好ましくは３００〜３６０℃以上とした熱間仕上圧延を、Ｍｇ−Ｓｉ系の化合物析出防止のために、遅滞なく、あるいは連続的に行って、熱延板とする。
熱間仕上圧延の終了温度が３００℃未満では、圧延荷重が高くなって生産性が低下するだけでなく、熱間圧延終了後の加工組織の割合が高くなり、冷間圧延後に焼付塗装処理された製品板におけるＢｒａｓｓ方位を有する結晶粒の面積率が高くなりすぎる可能性がある。一方、３６０℃より高いと、熱間圧延終了後の再結晶組織の割合が高くなり、製品板におけるＢｒａｓｓ方位粒の面積率が低くなりすぎる可能性がある。
【００５８】
また、集合組織の制御のために、熱間仕上げ圧延終了直後の材料（板）温度から、１５０℃の材料温度までの間の平均冷却速度を、好ましくは５〜３０℃／時間に制御する。
この平均冷却速度が３０℃／時間を超えて大きくなると、熱間仕上げ圧延終了後の板の加工組織の割合が高くなり、冷間圧延後に焼付塗装処理された製品板におけるＢｒａｓｓ方位を有する結晶粒の面積率が３０％より高くなる可能性がある。また、結晶粒の短軸と長軸の比の平均値が０．４０未満になる可能性もある。
一方、前記平均冷却速度が５℃／時間より小さいと、熱間仕上げ圧延終了後の再結晶組織の割合が高くなり、冷間圧延後に焼付塗装処理された製品板におけるＢｒａｓｓ方位を有する結晶粒の面積率が１５％より低くなる可能性がある。また、結晶粒の短軸と長軸の比の平均値が上限の０.６０を超えて大きくなり、等軸粒に近づきすぎる可能性もある。
【００５９】
冷間圧延：
前記熱間圧延板を、冷間圧延の前や、パス間などの途中で、中間焼鈍を行わずに、冷間圧延する。この冷間圧延は、圧延スタンドがシングル（１スタンド）か、２スタンド以上直列に配置されたタンデム圧延機で、必要なパス数（通板数）の冷延を行う。
【００６０】
冷間圧延率（総圧延率）は、好ましくは８５％以上、９２％以下とする。
冷間圧延率が９２％以下で、前記方位差が１５°以上の結晶粒における短軸と長軸の比の平均値を０．４０以上とできる。一方で、冷間圧延率が９２％を超えると、前記結晶粒の短軸と長軸の比の平均値が小さくなり、前記結晶粒における短軸と長軸の比の平均値が０．４０未満となりやすい。
また、冷間圧延率が８５％以上で、前記結晶粒における短軸と長軸の比の平均値を１．０未満とできる。冷間圧延率が８５％未満の場合、前記結晶粒における短軸と長軸の比の平均値が上限の０.６０を超えて大きくなり、等軸粒に近づきすぎる可能性もある。
【００６１】
この冷間圧延の最終パス時に、板出側の張力を２００ＭＰａ〜６００ＭＰａとすることが好ましい。この最終パスの板出側の張力が２００ＭＰａ未満の場合、冷間圧延後に焼付塗装処理された製品板におけるＢｒａｓｓ方位を有する結晶粒の面積率が１５％よりも低くなる可能性がある。また、最終パスの板出側の張力が６００ＭＰａを超える場合、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の面積率が３０％より高くなるだけでなく、圧延中に板が切れる恐れもある。
【００６２】
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、ポリエス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、塗装焼付け処理して、プレコート板とされた後、缶蓋へと成形される。本発明で、強度とリベット成形性の評価のための、塗装焼付け処理を模擬した、前記熱処理は、この塗装焼付け処理条件範囲より、再現性を持たせるために２５５℃×２０秒のワンポイントとして選択している。
【００６３】
（缶蓋の作製方法）
素材アルミニウム合金板（冷延板）から缶蓋を作製する公知の方法の一例を以下に説明する。
【００６４】
前記したように、予め塗装および焼付塗装処理された素材アルミニウム合金板（プレコート板）を円板形状に打ち抜いた（ブランキング加工）ブランク材を、プレス機で絞り加工し、外周部のカール加工を施した後、カール部にシール用のコンパウンドを塗布して、シェルを作る。
この後、コンバージョン成形として、以下の成形を行う。プレス機で、シェルの中央にタブを取り付けるための凸部を形成するリベット成形を行う。このリベット成形は、缶蓋中央部を張り出させるバブル成形工程と、この張出部（バブル）を１〜３工程で縮径しつつ急峻な突起とするボタン成形工程とで構成される。
【００６５】
次に、断面がＶ字形の刃先をした金型を押し付けて、飲み口部の溝である、図２、３のスコア３の成形、パネルの剛性を高めるための凹凸や文字の成形を行う。
更に、シェルの中央に加工した凸部に、別途成形したタブをかしめて一体化する（これをステイク工程という）。この一体化した缶蓋の平面図を図１に示す。
そして、別途ＤＩ成形され、開口部から内容物（飲料、食品）が充填されたアルミニウム合金製の缶胴の開口部に、この缶蓋を巻き締めて封止される。
【実施例】
【００６６】
以上、本発明を実施するための形態について述べたが、以下に、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。
【００６７】
（供試材アルミニウム合金板）
表１に示す、Ｎｏ．１〜２５の組成の各アルミニウム合金を半連続鋳造法（ＤＣ）にて鋳造し、各例とも共通して、表層を面削した鋳塊（スラブ）を作製した。そして、表１に示す通り、この鋳塊の熱間圧延、冷間圧延での諸条件を変えて、前記冷間圧延後に焼付塗装処理された状態での、板の集合組織を作り分けた。
【００６８】
各例とも共通する製造条件は以下の通りとした。すなわち、各例とも共通して、５２０℃×４時間の均質化熱処理を施した後、この５２０℃の温度で熱間粗圧延を開始し、この熱間粗圧延の終了温度を４５０℃以上とし、熱間粗圧延終了後に、直ちに熱間仕上圧延を開始し、板厚１．４〜３．６ｍｍの熱間圧延板とした。そして、この熱延板を、熱延後あるいは冷延のパス間で中間焼鈍を一切行わずに、圧延スタンド数が２基のタンデム冷間圧延を用いて、板厚０．２１５ｍｍの缶蓋用冷延板を作成した。
【００６９】
この際、表１に示すように、板の製造条件のうち、前記熱間仕上圧延における終了温度と、熱間仕上圧延終了直後の材料温度から１５０℃の材料温度までの平均冷却速度を種々変えるとともに、冷延における総圧延率と、最終パス時の板出側の張力とを種々変えて、板の集合組織を制御した。
そして、このように製造した、表１のＮｏ．１〜２５のアルミニウム合金板を、塗装・焼付け工程を模擬した、共通して、オイルバスによる２５５℃×２０秒の熱処理を施したものを、以下の組織や特性の測定、評価のための供試材とした。以下の組織や特性の測定結果も表１に示す。
【００７０】
（板の集合組織）
供試材の、前記Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の平均面積率や、前記短軸と長軸の比の平均値は、前記した具体的な方法により、板の板厚中心部をＳＥＭ−ＥＢＳＤ法によって測定した。
【００７１】
（０．２％耐力）
前記供試材を、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−Ｚ２２４１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３２０ＭＰａ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。
【００７２】
（リベット成形性）
リベット成形性は、前記バブル工程を模擬した試験にてリベット成形性を評価した。すなわち、前記供試材に対し、φ６ｍｍの微小張出試験を行い、くびれや割れが発生しない限界張出高さを求めた。０．２％耐力が高くなるほど通常は限界張出高さが低下するので、０.２％耐力が３２０〜３４０ＭＰaの範囲では限界張出高さを１．６０ｍｍ超、０.２％耐力が３４０ＭＰaを超え、３６０ＭＰa以下の範囲では限界張出高さを１ ．５０ｍｍ以上、０.２％耐力が３６０ＭＰa超では限界張出高さを１．４５ｍｍ以上、が各々の適正範囲とした。アルミニウム合金板の限界張出高さが１．４５ｍｍ超であれば、実成形時に十分な高さのボタンを成形することができる。
【００７３】
（開缶荷重）
前記供試材を、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５の斜視図である。
図３（ｂ）は開缶荷重測定機５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５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。
【００７４】
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５に缶蓋１を設置する（図３（ｃ））。缶蓋１のタブ４に掛止具６を引っ掛けて、掛止部７とする（図３（ｂ））。掛止具６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６を静止させた後、缶蓋１をＸ方向に回転させた。ロードセルにて荷重を測定し、最も高い荷重を開缶荷重とした。開缶荷重の適正範囲は２５Ｎ以下とした。
【００７５】
表１に示すように、本発明の規定範囲内のＮｏ．１〜９の発明例は、成分組成が発明範囲内であり、熱間仕上げ圧延の終了温度、熱間仕上圧延終了直後の材料温度から１５０℃までの平均冷却速度、冷延における総圧延率や最終パス時の板出側の張力などが、全て好ましい製造条件で製造されている。
【００７６】
このため、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ法により測定された前記板厚中心部の組織として、方位差が１５°以上の結晶粒における短軸と長軸の比の平均値が０．４０以上、０．６０以下であるとともに、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の測定全面積に対する平均面積率が１５〜３０％である。すなわち、これら発明例は  缶蓋用アルミニウム合金板の組織として、Ｂｒａｓｓ方位を有する前記結晶粒の割合や、前記結晶粒における短軸と長軸の比の平均値が適正に制御されている。
【００７７】
この結果、Ｎｏ．１〜９の発明例は、表１に示すように、０．２％耐力及び開缶荷重が適正で、リベット成形性が優れる。すなわち、成形性を保ったまま高強度化させており、リベット成形性と高強度化とを両立させることができている。また、開缶荷重も２５Ｎ以下で適正である。
【００７８】
具体的には、０.２％耐力が３２０〜３４０ＭＰaの範囲では、限界張出高さを１．６０ｍｍ超、０.２％耐力が３４０ＭＰaを超え、３６０ＭＰa以下の範囲では限界張出高さを１ ．５０ｍｍ以上、３６０ＭＰa超では限界張出高さを１．４５ｍｍ以上というレベルの高強度、高成形性とすることができている。
従って、Ｎｏ．１〜９のアルミニウム合金板は、肉厚が０．２１５ｍｍと薄いが、イージーオープン缶蓋用として好適に使用し得る。
【００７９】
一方、表１のＮｏ．１０〜２５の比較例は、成分組成、板厚中心部の組織のいずれかが本発明の規定範囲内でなく、０．２％耐力、開缶荷重及びリベット成形性のいずれかが適正値を満たさない。
【００８０】
Ｎｏ．１０は、Ｍｇ含有量が下限未満で不足するため、好ましい製造条件で製造されているものの、０．２％耐力が低すぎる。
Ｎｏ．１１は、Ｍｇ含有量が上限を超えて過剰なため、好ましい製造条件で製造されているものの、０.２％耐力が３６０ＭＰaを超えた範囲での、前記発明例並みの限界張出高さにはならず、リベット成形性が劣り、開缶荷重も比較的大きい。
【００８１】
Ｎｏ．１２は、Ｆｅ含有量が下限未満で不足するため、好ましい製造条件で製造されているものの、開缶荷重が大きすぎて、開缶性が低い。
Ｎｏ．１３は、Ｆｅ含有量が上限を超えて過剰なため、好ましい製造条件で製造されているものの、０.２％耐力が３２０〜３３０ＭＰaの範囲での、前記発明例並みの限界張出高さにはならず、リベット成形性が劣る。
【００８２】
Ｎｏ．１４は、Ｓｉ含有量が下限未満で不足するため、好ましい製造条件で製造されているものの、開缶荷重が大きすぎて、開缶性が低い。
Ｎｏ．１５は、Ｓｉ含有量が上限を超えて過剰なため、好ましい製造条件で製造されているものの、０.２％耐力が３１５ＭＰaと低い割には、前記限界張出高さも低く、リベット成形性が劣る。
【００８３】
Ｎｏ．１６は、Ｍｎを含有しておらず、好ましい製造条件で製造されているものの、０．２％耐力が低すぎ、開缶荷重も大きすぎ、開缶性が低い。
Ｎｏ．１７は、Ｍｎ含有量が上限を超えて過剰なため、好ましい製造条件で製造されているものの、０.２％耐力が３５８ＭＰaでの限界張出高さが１．５０ｍｍ以上にならず、リベット成形性が劣る。
【００８４】
Ｎｏ．１８は、Ｃｕを含有せず、好ましい製造条件で製造されているものの、０.２％耐力が３２０ＭＰａ未満と低すぎ、強度が低い割にはリベット成形性も低い。
Ｎｏ．１９は、Ｃｕ含有量が上現を超えて過剰なため、好ましい製造条件で製造されているものの、０.２％耐力が３７７ＭＰaでの限界張出高さが１．４５ｍｍ以上にはならず、リベット成形性が劣る。
【００８５】
Ｎｏ．２０は、合金組成は本発明範囲内であるものの、熱間仕上圧延終了直後の材料温度から１５０℃までの平均冷却速度が遅すぎて、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の測定全面積に対する平均面積率が１２％と、下限１５％未満で少なすぎる。この結果、０.２％耐力が３２０ＭＰａ未満と低すぎる。
Ｎｏ．２１は、合金組成は本発明範囲内であるものの、熱間仕上圧延終了直後の材料温度から１５０℃までの平均冷却速度が速すぎて、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の測定全面積に対する平均面積率が３６％と、上限３０％を大きく超えて多すぎる。また、方位差が１５°以上の結晶粒における短軸と長軸の比の平均値が０．３８で、下限０．４０未満で小さすぎる。この結果、０.２％耐力が３６０ＭＰa超での限界張出高さが１．４５ｍｍ以上にはならず、リベット成形性が低い。
【００８６】
Ｎｏ．２２は、合金組成は本発明範囲内であるものの、仕上げ圧延の終了温度が高過ぎて、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の測定全面積に対する平均面積率が１０％と、下限１５％未満で少なすぎる。この結果、０.２％耐力が３２０ＭＰａ未満と低すぎる。
Ｎｏ．２３は、合金組成は本発明範囲内であるものの、冷延における総圧延率が高すぎて、方位差が１５°以上の結晶粒における短軸と長軸の比の平均値が０．３８で、下限０．４０未満で小さすぎる。また、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の測定全面積に対する平均面積率も３２％と、上限３０％を超えて多すぎる。この結果、０.２％耐力が３７２ＭＰaでの限界張出高さが１．４５ｍｍ以上にはならず、リベット成形性が低い。
【００８７】
Ｎｏ．２４は、合金組成は本発明範囲内であるものの、冷延における最終パス時の板出側の張力が低すぎ、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の測定全面積に対する平均面積率が１３％と、下限１５％未満で少なすぎる。この結果、０.２％耐力が３２０ＭＰａ未満と低すぎ、強度が低い割にはリベット成形性も低い。
Ｎｏ．２５は、合金組成は本発明範囲内であるものの、冷延における最終パス時の板出側の張力が高すぎ、Ｂｒａｓｓ方位を有する結晶粒の測定全面積に対する平均面積率も３３％と、上限３０％を超えて多すぎる。この結果、０.２％耐力が３４２ＭＰaでの限界張出高さが１．５０ｍｍ以上にはならず、リベット成形性が低い。
【００８８】
以上の結果から、中間焼鈍を行わない冷間圧延であっても、高いリベット成形性と高強度、そして開缶荷重を各々兼備できるための、本発明の各要件や好ましい製造条件の意義が裏付けられる。
【００８９】
【表１】
2017075354.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上、本発明は、従来のように、リベット成形性を得るために、材料強度を低下させる必要が無く、高い材料強度を有するにも関わらず、十分なリベット成形性を有することができる。
このため、板厚を０.２ｍｍ程度に薄肉化した場合でも、飲料充填後の耐圧強度に不足がなく、リベット成形性及び開缶性にも優れ、中間焼鈍を行わない冷間圧延によっても製造できる缶蓋用アルミニウム合金板を提供できる。
このため、缶蓋厚さが薄肉化、高強度化され、より厳しい使用条件での高いリベット成形性と高強度とが要求される缶蓋に用いられるアルミニウム合金板に最適である。
【符号の説明】
【００９１】
１ 缶蓋
２ リベット部
３ スコア
４ タブ
５ 開缶荷重測定機
６ 掛止具
７ 掛止部
【図１】
2017075354.tif 000004
【図２】
2017075354.tif 000005
【図３】
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