(57)【要約】【課題】本発明は、高強度、曲げ加工性、開缶性を兼備し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。【解決手段】特定組成の５０００系アルミニウム合金板の表層領域における、結晶粒の平均結晶粒径として、図１に示すＳＥＭ−ＴＫＤ法にて前記各結晶粒の面積と等価な面積の円相当径として測定した平均結晶粒径を、冷間圧延条件の工夫などによって細かくして、優れた成形性を得るために材料強度を低下させる必要が無く、板厚を０．２ｍｍ程度に薄肉化した場合でも耐圧強度に不足が無いような、高強度、曲げ加工性、開缶性を兼備させる。【選択図】図１
2017206765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇ：３．８〜５．５質量％、
Ｆｅ：０．１０〜０．５０質量％、
Ｓｉ：０．０５〜０．３０質量％、
Ｍｎ：０．０１〜０．６０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、
この板の圧延方向と板厚方向を含む断面の、表面から板厚方向の深さが８μｍまでの表層領域における、傾角１°以上の粒界を有する結晶粒の、ＳＥＭ−ＴＫＤ法にて前記各結晶粒の面積と等価な面積の円相当径として測定した、平均結晶粒径が５μｍ以下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、曲げ加工性、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、飲料充填後の缶の内圧に耐える耐圧強度および内圧の変化により変形しても亀裂が発生しない耐割れ性（耐圧強度と耐割れ性と合わせて、耐圧性という）、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】
このため、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、合金元素の固溶量、金属間化合物、結晶粒径、サブグレインあるいは集合組織、析出物、せん断帯（剪断帯）などの組織制御などが種々行われてきた。
【０００７】
例えば、特許文献１には、炭酸飲料用、ビール用等の缶蓋用として、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｔｉからなる特定組成の５０００系アルミニウム合金板の組織制御として、製品板の固溶Ｍｎ量および最大長さ３μｍ以上の金属間化合物数を制御するとともに、製品板の圧延方向と平行の断面を貫通するせん断帯（剪断帯：板の一部の領域に変形が集中、局所化した箇所）の面積率を１％以下に抑制することが提案されている。
【０００８】
また、分析解析技術の発展として、非特許文献１では、缶蓋用５０００系アルミニウム合金板ではないが、Ｍｇ-２Ｇｄ-１Ｚｎ（at％）合金組織の結晶方位解析を、ＳＥＭ−ＴＫＤ法（Transmission Kikuchi Diffraction）により行い、結晶方位解析が可能になったことが記載されている。この非特許文献１では、前記合金の結晶粒の鮮明な結晶方位マップが開示されている。
【０００９】
ＳＥＭ−ＴＫＤ法は、非特許文献２にて紹介されているように、材料のミクロ組織観察に汎用されている電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ法：Electron backscatter diffraction ）を改良したもので、透過電子後方散乱回折法、透過ＥＢＳＤ法、ｔ−ＥＢＳＤとも表現されている。
ここで、「透過ＥＢＳＤ」あるいは「ｔ−ＥＢＳＤ」は、Transmission Electron BackScattered Diffraction Patternの略である。
従来のＳＥＭ−ＥＢＳＤ法は、試料を反射した電子の回折によって形成される菊池パターンを解析しており、強加工材では菊池パターンが比較的不鮮明であり、結晶方位解析が十分にはできなかった。
これに対して、このＳＥＭ−ＴＫＤ法は、試料を、反射ではなく、透過した電子の回折によって形成される菊池パターンを解析しており、従来のＳＥＭ−ＥＢＳＤ法よりも、分解能が高くなり、微小な方位差も検出できるため、これまでは十分に解析できなかった結晶方位解析が詳細にできる。
このため、本発明を含めて、このＳＥＭ−ＴＫＤ法を活用して、今まで制御ができていなかった結晶粒内の方位差を制御することができるようになり、非特許文献１、２などの通り、２０１２年以降、日本国内で、金属材料の結晶方位解析に普及し始めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−３０３１６４号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】日本金属学会2015年（第157回）秋期講演大会「ＳＥＭ−ＴＫＤ法の測定条件の検討と金属材料への適用」与田利花, 諸永友美, 大井一喜, 有賀康博
【非特許文献２】日本金属学会誌 第77巻 第７号（2013）268-275頁「透過ＥＢＳＤ法の評価と材料ミクロ組織観察への応用」鈴木清一
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
缶蓋用５０００系アルミニウム合金板の成形性および耐圧性の要求は、前記した通り、薄肉化の中で、より高くなる一方である。
【００１３】
このような薄肉化の中での厳しい成形性および耐圧性を総合的に評価する指標として、図２にて後述する押し曲げ法（ローラ曲げ法）による曲げ加工性の評価がある。
この押し曲げ法は、他の巻つけ法、Ｖブロック法などの曲げ試験方法よりも厳しく、この押し曲げ法により評価される曲げ加工性が向上すれば、缶蓋用５０００系アルミニウム合金板の成形性が向上して薄肉化されても蓋加工に耐えて割れにくく、蓋加工による塗膜欠陥が生じにくくなる。また、飲料充填後の内圧の変化による変形時にも亀裂が発生しにくくなり、缶に装着後の蓋としても耐圧性が増す。
【００１４】
ただ、従来の缶蓋用５０００系アルミニウム合金板には、リベット成形性などの個々の、あるいは個別の、特化した成形性の評価は良くても、前記押し曲げ法のような、成形性および耐圧性などの特性を総合的に評価する曲げ加工性が良いとは限らないという課題が未だある。
すなわち、このことは、従来の缶蓋用５０００系アルミニウム合金板が、高い材料強度を有することを前提として、成形性および耐圧性などの特性を、必ずしも総合的に兼備できていないという現実を意味する。
【００１５】
このような課題に対して、本発明は、高い材料強度を有するにも関わらず、前記押し曲げ法による曲げ加工性で代表される成形性および耐圧性に優れ、そして開缶性にも優れた（高強度、曲げ加工性、開缶性を兼備した）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。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記課題を解決するための本発明の、高強度、曲げ加工性、開缶性を兼備した缶蓋用アルミニウム合金板の要旨は、Ｍｇ：３．８〜５．５質量％、Ｆｅ：０．１０〜０．５０質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．６０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、この板の圧延方向と板厚方向を含む断面の、表面から板厚方向の深さが８μｍまでの表層領域における、傾角１°以上の粒界を有する結晶粒の、ＳＥＭ−ＴＫＤ法にて前記各結晶粒の面積と等価な面積の円相当径として測定した、平均結晶粒径が５μｍ以下であることとする。
【００１７】
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アルミニウム合金板、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】
【００１８】
本発明は、缶蓋用アルミニウム合金板の表層組織として、ＳＥＭ−ＴＫＤ法にて解析される平均結晶粒径を制御して、曲げ加工性（成形性および耐圧性）を向上させる。
【００１９】
したがって、本発明は、従来のように、優れた成形性を得るために材料強度を低下させる必要が無く、板厚を０．２ｍｍ程度に薄肉化した場合でも耐圧強度に不足がなく、高強度、曲げ加工性、開缶性を兼備し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】
【００２０】
【図１】本発明で用いるＳＥＭ−ＴＫＤ法を示す概略図である。
【図２】曲げ加工性の試験装置の概要を示す正面図である。
【図３】開缶試験に用いた缶蓋の平面図である。
【図４】開缶試験に用いた缶蓋のスコア３の断面図である。
【図５】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
１．アルミニウム合金組成
缶蓋用アルミニウム合金板は、前記した通り、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。
【００２３】
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、これらの要求特性を合金組成面から満たすために、Ｍｇ：３．８〜５．５質量％、Ｆｅ：０．１０〜０．５０質量％、Ｓｉ：０．０５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．０１〜０．６０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。以下に、含有する各元素の意義につき、順に説明する。
【００２４】
（１）Ｍｇ：３．８〜５．５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３．８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５．５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、曲げ加工性が低下する。従って、Ｍｇの含有量は３．８〜５．５質量％、好ましくは３．８〜５．０質量％とする。
【００２５】
ここで、Ｍｇは、母相に固溶すると、大きな格子ひずみを生じるため、加工硬化特性が向上する。固溶していないＭｇは、Ｍｇ２ＳｉもしくはＭｇ２Ａｌ３の化合物として存在し、この化合物は、リベット成形時もしくは前記曲げ加工時の割れおよび肌荒れの原因となって、成形性を低下させる。
したがって、前記範囲で含有するＭｇについて、リベット成形性および前記曲げ加工と高強度化を両立するためには、Ｍｇの固溶量（固溶割合）は高いほど良く、前記Ｍｇ含有量の８０％以上、好ましくは８８％以上とすることが好ましい。このＭｇの固溶量（固溶割合）の上限は特に定めないが９９％程度である。
【００２６】
（２）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０．１０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）もしくは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および熱延時に生成する金属間化合物の数密度および体積率が大きくなり、曲げ加工性が低下する。従って、Ｆｅの含有量は０．１０〜０．５０質量％、好ましくは０．１０〜０．３０質量％とする。
【００２７】
（３）Ｓｉ：０．０５〜０．３０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０．３０質量％を超える場合、アルミニウム合金板中の鋳造および熱延時に生成する金属間化合物の数密度および体積率が大きくなり、曲げ加工性が低下する。従って、Ｓｉの含有量は０．０５〜０．３０質量％、好ましくは０．０５〜０．２０質量％とする。
【００２８】
（４）Ｍｎ：０．０１〜０．６０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、および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０．６０質量％を超える場合、アルミニウム合金板中の鋳造および熱延時に生成する金属間化合物の数密度および体積率が大きくなり、曲げ加工性が低下する。従って、Ｍｎの含有量は０．０１〜０．６０質量％、好ましくは０．３０〜０．５０質量％とする。
【００２９】
（５）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、強度が低下する。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、曲げ加工性が低下する。従って、Ｃｕの含有量は０．０１〜０．３０質量％、好ましくは０．０５〜０．２０質量％とする。
【００３０】
（６）不可避的不純物
本発明に係るアルミニウム合金板は、前記必須成分以外には、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】
２．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、缶蓋用アルミニウム合金板の圧延方向と板厚方向を含む断面の、表面から板厚方向の深さが８μｍまでの表層領域（以下、表層部とも言う）における、傾角１°以上の粒界を有する結晶粒の平均結晶粒径を、ＳＥＭ−ＴＫＤ法にて前記各結晶粒の面積と等価な面積の円相当径として測定した平均結晶粒径として、５μｍ以下に制御して曲げ加工性を向上させる。
【００３２】
前記曲げ加工性は、曲げた試験板の頂点部の割れおよび肌荒れの有無で評価する。このような評価からすると、前記曲げ加工性の向上のためには、割れおよび肌荒れの起点となりそうな金属間化合物を抑制、制御して、曲げ性を向上させるのが通常である。
これに対して、前記金属間化合物の存在状態は、前記合金組成、および後述する製造方法で制御できる。したがって、本発明では、これに加えて、更に、板表層部の組織を微細化することで、割れおよび肌荒れを生じにくくさせ、前記曲げ加工性を向上させる。
【００３３】
前記表層領域における、前記ＳＥＭ−ＴＫＤ法にて前記各結晶粒の面積と等価な面積の円相当径として測定した平均結晶粒径が５μｍを超えた場合には、前記金属間化合物の存在状態を制御したとしても、前記曲げ加工性が低下する。
【００３４】
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、曲げ加工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、冷間圧延後に焼付塗装処理された後の缶蓋用アルミニウム合金板の０．２％耐力と、この板の曲げ加工性とを、共に高いレベルとすることができる。
より具体的には、後述する実施例の通り、０．２％耐力が３００ＭＰａ以上であっても、高い曲げ加工性を有し、高強度、高成形性とすることができる。
【００３５】
（ＳＥＭ−ＴＫＤ法による結晶方位解析方法）
以下に、ＳＥＭ−ＴＫＤ法による結晶方位解析方法を説明する。
本発明では、前記非特許文献１に開示された方法と同じ条件で、缶蓋用５０００系アルミニウム合金板断面の表層部の冷間圧延組織のＳＥＭ−ＴＫＤ法（Transmission KikuchiDiffraction）による結晶方位解析（平均結晶粒径測定）を行う。
ＳＥＭ−ＴＫＤ法の測定原理を図１の概略図にて示す。
この図１の通り、缶蓋用５０００系アルミニウム合金板の表面から板厚方向の深さが８μｍまでの表層領域から採取した薄膜試料（TEM Specimen）に、電子線（Primary Electron Beam）を入射させる。
そして、前記薄膜試料を透過した電子の回折によって形成される菊池パターンを、ＳＥＭ−ＥＢＳＤシステム（走査型電子顕微鏡−後方散乱電子回折［ＥＢＳＤ「Electron Back Scattering Diffraction」］の検出器（Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）で捉える。
更に、前記菊池パターンを、ＳＥＭ−ＥＢＳＤ法と同様に、電子チャネリングパターン法（ＥＣＰ法）により、結晶方位マップを作成して結晶方位解析し、各結晶粒の面積をこれと等価な面積の円相当径として平均結晶粒径の測定を行う。
この結晶方位解析法の詳細は、神戸製鋼技報／Ｖｏｌ．５２ Ｎｏ．２（Ｓｅｐ．２００２）Ｐ６６−７０などに詳細に記載されている。
【００３６】
ＳＥＭ−ＴＫＤ法による前記観察面（解析面）は、缶蓋用アルミニウム合金板の圧延方向と板厚方向を含む断面（板幅方向に垂直な断面）において、表面から板厚方向の深さが８μｍまでの表層領域を観察面とする。
【００３７】
具体的な測定方法は、任意の位置の表面から採取した測定試料（３個）につき、板の圧延方向の辺の長さが１５μｍ×板厚方向の辺の長さが８μｍの矩形領域の測定範囲に対して、ステップ数０．０２５μｍで電子線を照射する。そして、１試料当たりの、傾角１°以上の粒界を有する結晶粒における、ＳＥＭ−ＴＫＤ法にて前記各結晶粒の面積と等価な面積の円相当径として、結晶粒径を測定し、更に、測定した試料数３個で平均化する。
【００３８】
ＳＥＭ−ＴＫＤ法の測定装置は、例えば、前記非特許文献１と同じ、FESEM Carl Zeiss製Ultra55を用い、ＥＢＳＤシステム/検出器も、同じくOxford製Channel5を用いることができる。
【００３９】
更に、缶蓋用５０００系アルミニウム合金板における前記板厚中心から採取した試料を、薄膜試料にする作製は、ＴＥＭなどで用いる薄膜試料の作製方法として公知のＦＩＢ加工（集束イオンビーム加工：Focused Ion Beam）法を用いる。
【００４０】
（曲げ加工試験）
缶蓋用アルミニウム合金板の曲げ加工性の評価指標として、また、薄肉化の中での厳しい成形性および耐圧性を総合的に評価する評価指標として、図２にて後述する押し曲げ法（ローラ曲げ法）がある。この押し曲げ法は、板状試験片を、間隔をあけた二つの支持用回転ロール上に載置して、板の中央部に上方より押し金具で荷重を加えて下方に曲げ、鋭角のＶ字状に曲げ加工する。
【００４１】
この押し曲げ法は、曲げ加工試験の中でも厳しい試験方法であり、この押し曲げ法により評価される曲げ加工性が向上すれば、缶蓋用５０００系アルミニウム合金板の成形性が向上して薄肉化されても蓋加工に耐えて割れにくく、蓋加工による塗膜欠陥が生じにくくなる。
また、飲料充填後の内圧の変化による変形時にも亀裂が発生しにくくなり、缶に装着後の蓋としても耐圧性が増す。
すなわち、この押し曲げ法によれば、従来の缶蓋用５０００系アルミニウム合金板が、高い材料強度を有することを前提として、成形性および耐圧性などの特性を総合的に兼備できているか否かを評価することができる。
言い換えると、リベット成形性などの個々の、あるいは個別の、特化した成形性の評価は良くても、この押し曲げ法による曲げ加工性が優れていないと、缶蓋用５０００系アルミニウム合金板として、成形性および耐圧性などの特性を兼備できているとは限らないということを意味する。
【００４２】
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、このような塗装および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。
【００４３】
３．製造方法
（１）缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法
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質化熱処理工程と、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、熱間圧延板を冷間圧延する１次冷間圧延工程と、１次冷間圧延板を中間焼鈍する中間焼鈍工程と、中間焼鈍した板を冷間圧延する２次冷間圧延工程によって製造される。以下、工程順に説明する。
【００４４】
（溶解、鋳造）
まず、アルミニウム合金を溶解し、ＤＣ鋳造法等の公知の半連続鋳造法により、前記組成のアルミニウム合金を鋳造する。ちなみに、連続（ＣＣ）鋳造は、金属間化合物のサイズが小さく、体積率も小さくなるので、開缶性が悪くなる(開缶荷重が高くなる)可能性があり、ＤＣ鋳造法を用いる方が好ましい。
【００４５】
（均質化熱処理）
次に、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、均質化熱処理を施す。これによって、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、組織が均質化される。このために、均質化熱処理は、４５０℃以上の温度で１時間以上保持することが好ましい。
【００４６】
均質化熱処理温度が４５０℃未満か保持時間が１時間未満の場合、前記均質化効果が低下して、機械的な特性もしくは開缶性が低下する可能性がある。保持時間の上限は２０時間であり、これを超えても、均質化効果に大差なく、生産性が低下する可能性がある。
【００４７】
（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。この際、均熱処理によって確保したＭｇの固溶量を減らさないように、Ｍｇの析出を抑えて熱間圧延を行うことが好ましい。このために、熱間粗圧延は、パス間における粗圧延板が最低となる温度を、好ましくは４５０℃以上とする。
また、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。一方、加工組織を多く残さず再結晶組織とするために、熱間仕上圧延の終了温度を高くした場合、この温度が３６０℃を超えると、Ｍｇ−Ｓｉ系の化合物が析出しやすくなって固溶Ｍｇ量が低下する可能性がある。
【００４８】
（冷間圧延および中間焼鈍）
次いで、この熱間圧延板を、１次冷間圧延（１次冷延）、中間焼鈍、２次冷間圧延（２次冷延）して冷間圧延板（冷延板）とする。
【００４９】
この際、前記２次冷延は複数回に分けて行うが、最終圧延の一つ前の圧延の圧下率と、最終圧延の際のロール径によって、冷延板の組織を、発明で規定する通り、傾角１°以上の粒界を有する結晶粒の平均結晶粒径として、ＳＥＭ−ＴＫＤ法にて前記各結晶粒の面積と等価な面積の円相当径として測定した平均結晶粒径を５μｍ以下に制御する。
【００５０】
前記１次冷延の総圧延率は、好ましくは５０％以上とする。総圧延率が５０％未満の場合、圧延による蓄積歪みが不足し、次工程の中間焼鈍にて再結晶粒径が大きくなり、リベット成形性を含む成形性が悪くなる可能性がある。
この１次冷間圧延された冷間圧延板を、中間焼鈍して再結晶させるとともに、Ｍｇの固溶量を増加させる。この中間焼鈍は連続焼鈍工程（設備）で行い、材料保持温度４５０℃〜５５０℃の範囲、保持時間が１０分以内の条件で行うことが好ましく、保持温度までの加熱速度及び前記保持温度からの冷却速度を、いずれも１００℃／ｍｉｎ以上とすることが好ましい。加熱速度が１００℃／ｍｉｎ未満の場合、保持温度が５５０℃を超える場合、保持時間が１０分間を超える場合、そして冷却速度が１００℃／ｍｉｎ未満の場合、それぞれ焼鈍工程終了後の再結晶粒が大きくなる。このため、成形性が低下する可能性がある。また、中間焼鈍の保持温度が４５０℃未満の場合、Ｍｇの固溶量が減り、やはり、成形性が低下する可能性がある。
【００５１】
２次冷延は複数回に分けて行うとともに、この２次冷延の総圧延率を６０％以上とする。２次冷延の最終圧延の一つ前の圧延の圧延率が４０％未満であると、圧延板の表層に加わるせん断歪みが小さくなり、前記平均結晶粒径を５μｍ以下に制御することができない。そのため、２次冷延の最終圧延の一つ前の圧延の圧下率を４０％以上、好ましくは４５％以上、より好ましくは５０％以上とする。
また、２次冷延の最終圧延の一つ前の圧延に使用するロール径を、４００ｍｍ以下の小径ロールとする。これによって、圧延される板に加わるせん断ひずみを大きくし、前記平均結晶粒径を５μｍ以下に制御することができる。２次冷延において、最終圧延を含めて、すべての圧延で使用するロール径が４００ｍｍ以下の小径ロールであることが好ましい。
その一方で、前記２次冷延における総圧延率、前記最終圧延の一つ前の圧延における圧延率およびロール径が、上記好ましい範囲を外れた場合には、合金組成にもよるが、前記平均結晶粒径を５μｍ以下に制御することができない。
【００５２】
好ましい一つの実施形態において、２次冷延は、圧延スタンドが２段以上直列に配置されたタンデム圧延機を使用して、１方向圧延により行ってよい。このようなタンデム圧延機を使用することにより、１回の通板における圧延率を高くすることができる。そのため、２次冷延工程に要する時間を短縮することができる。
【００５３】
また、別の好ましい一つの実施形態において、２次冷延は、圧延スタンドが１段であり、繰り返しパス（通板）を行って所定の板厚まで冷延する、シングル圧延機を使用して、リバース圧延により行ってもよい。リバース圧延により、圧延方向を交互にすることで、せん断ひずみの方向が変化し、表層部の平均結晶粒径をより小さくすることができ、曲げ加工性をより向上することができる。
【００５４】
一方向圧延およびリバース圧延のいずれの方法により２次冷延を行った場合であっても、２次冷延の最終圧延の一つ前の圧延の圧延率を４０％以上とし、かつ２次冷延の最終圧延の一つ前の圧延に使用するロール径を４００ｍｍ以下とすることにより、圧延される板に加わるせん断ひずみを大きくし、前記平均結晶粒径を５μｍ以下に制御することができる。
【００５５】
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２００〜２８０℃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、曲げ加工性、開缶性の評価のための、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２６０℃×２０秒のワンポイントとして選択している。
【００５６】
以上に説明した本発明の実施形態に係る缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法に接した当業者であれば、試行錯誤により、上述した製造方法と異なる製造方法により本発明に係るアルミニウム合金板を得ることができる可能性がある。
【００５７】
（２）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。
【００５８】
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（ブランキング加工した）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。
【００５９】
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４のスコア３の成形、パネルの剛性を高めるための凹凸および文字等の成形を行う。
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３に示す。
そして、別途成形され、開口部から内容物（飲料、食品）が充填された缶胴の開口部に、この缶蓋を巻き締めて封止される。
【実施例】
【００６０】
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。
【００６１】
（供試材アルミニウム合金板）
表１に示す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、鋳塊表層を面削してスラブを作製した。このスラブに、各例とも共通して、５００℃×４時間の均質化熱処理を施した後、この５００℃の温度で熱間粗圧延を開始し、パス間における粗圧延板が最低となる温度を４５０℃以上として熱間粗圧延を行い、続く熱間仕上げ圧延の終了温度を３３０℃として、板厚３ｍｍの熱間圧延板とした。
【００６２】
この熱間圧延板に対し、１次冷間圧延を施した。ただ、２次冷間圧延率を変更しつつ、各例とも同じ最終板厚とするために、圧延率を５０％以上の種々の圧延率で行った。その後に、各例とも共通して、最高材料到達温度４５０℃で、保持時間が１分未満の条件で、連続焼鈍設備にて中間焼鈍を行った。この中間焼鈍の際の、前記保持温度までの加熱速度及び前記保持温度からの冷却速度は、いずれも共通して、１００℃／ｍｉｎ以上とした。
【００６３】
この後、２次冷間圧延を、表１に示す、総圧延率（％）、ロール径（ｍｍ）で圧延回数２回にて行った。なお、１回目の（最終圧延前の）圧延における圧延率（％）は、表１に示す２次冷延の最終圧延前の圧延率にて行った。この２次冷間圧延で、各例とも共通して、板厚０.２２ｍｍの缶蓋用アルミニウム合金板を作製した。表１に示すように、圧延方向については、発明例Ｎｏ．１〜１４および比較例Ｎｏ．１７〜２９では、１方向圧延を行い、発明例Ｎｏ．１５、１６および比較例Ｎｏ．３０は、リバース圧延を行った。
【００６４】
このように製造したアルミニウム合金板を、塗装焼付け処理を模擬し、共通して、塗装はせずに、オイルバスによる２６０℃×２０秒の熱処理のみを施したものを、以下の組織および特性の測定、評価のための供試材とした。これらの結果を表１に示す。
なお、表１において、下線を伏した数値は、本発明の範囲から外れていることを示している。
【００６５】
（Ｍｇ固溶量）
前記供試材のＭｇ固溶量（固溶割合）を、以下の要領で測定した。
すなわち、先ず、分解フラスコにフェノールを入れて加熱した後、測定対象となる前記各供試板（板厚中心部）から採取した試料を、この分解フラスコに移し入れて、熱フェノールにより、加熱分解する。次に、メッシュ（捕集粒子径）が０．１μｍ孔のメンブレンフィルターを用いてろ過し、ろ液をＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置内に導入し、ネブライザーで霧状にして小さなミストのみプラズマ内に吹き込み、Ｍｇの固溶量を測定した。なお、ろ液に０．１μｍ未満の析出物が含まれていたとしても、前記霧状にした際に大きなミストとして分析されずに排出されるため、分析値には０．１μｍ未満の析出物は含まれない。そして、このＭｇの固溶量の、この板のＭｇ含有量に対する割合（％）を計算した。この結果、各例ともこの板のＭｇ含有量に対する割合（％）は８８％以上であった。
【００６６】
（ＳＥＭ−ＴＫＤ法による平均結晶粒測定）
前記供試材の前記表層部の組織を、前記したＳＥＭ−ＴＫＤ法により、前記表層領域における、傾角１°以上の粒界を有する結晶粒の、ＳＥＭ−ＴＫＤ法にて前記各結晶粒の面積と等価な面積の円相当径として測定した、平均結晶粒径（μｍ）を求めた。
【００６７】
（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３００ＭＰａ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。
【００６８】
（曲げ加工性）
曲げ加工性は、前記供試材を、長さ８０ｍｍ、幅２５ｍｍの板状試験片に加工し、図２に示す押し曲げ法（ローラ曲げ法）により、前記板状試験片を、０．９５ｍｍの間隔をあけた二つの支持用回転ロール上に載置して、板の中央部に上方より先端部のＲが０．２ｍｍの押し金具で荷重を加えて下方に曲げ、先端の角度が１５°の鋭角のＶ字状に曲げ加工した。
そして、先端部の表面を観察して、肌荒れも割れも無いか、肌荒れはあるが割れ（クラック）の入っていないものを、曲げ加工性が良好で、缶蓋用として使用できるとして〇と評価した。
また、肌荒れがある上に幅が１５０μｍ未満のクラックも入っているものを、条件によっては缶蓋用として使用可として△と評価した。
更に、幅が１５０μｍ以上の大きなクラックが入っているものを、曲げ加工性が劣り、缶蓋用としては使用不可として×と評価した。
【００６９】
（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３は開缶試験に用いた缶蓋の平面図である。
図４は開缶試験に用いた缶蓋のスコア３の断面図である。
図５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。このうち、図５（ａ）は開缶荷重測定機５の斜視図である。図５（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５（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。
【００７０】
具体的には、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５（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５（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２１Ｎ以下とした。
【００７１】
表１に示すように、発明例Ｎｏ．１〜１６はすべて、成分組成が発明範囲内であり、全て好ましい製造条件で製造されている。
このため、板の表面から板厚方向の深さが８μｍまでの表層領域における、傾角１°以上の粒界を有する結晶粒の平均結晶粒径として、ＳＥＭ−ＴＫＤ法にて前記各結晶粒の面積と等価な面積の円相当径として測定した平均結晶粒径が５μｍ以下と微細化できている。
この結果、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、曲げ加工性が優れる。すなわち、成形性を保ったまま高強度化させており、成形性と高強度化とを両立させることができている。従って、実施例のアルミニウム合金板は、板厚が０．２２ｍｍ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。
【００７２】
なお、２次冷延でリバース圧延を行った発明例Ｎｏ．１５は、２次冷延の圧延方向が異なること以外はほぼ同条件である発明例Ｎｏ．１に比べて、表層部の平均結晶粒径が小さくなった。
２次冷延でリバース圧延を行った発明例Ｎｏ．１６は、２次冷延の圧延方向が異なること以外はほぼ同条件である発明例Ｎｏ．１４に比べて、曲げ加工性が向上した。
【００７３】
一方、表１の比較例Ｎｏ．１７〜３０は、下記のとおり、成分組成か、前記平均結晶粒径かのいずれかが本発明の規定範囲内でなく、０．２％耐力、曲げ加工性、開缶荷重のいずれかが適正値を満たさない。
比較例Ｎｏ．１７はＭｇが少なすぎる。
比較例Ｎｏ．１８はＭｇが多すぎる。
比較例Ｎｏ．１９はＦｅが少なすぎる。
比較例Ｎｏ．２０はＦｅが多すぎる。
比較例Ｎｏ．２１はＳｉが少なすぎる。
比較例Ｎｏ．２２はＳｉが多すぎる。
比較例Ｎｏ．２３はＭｎが少なすぎる。
比較例Ｎｏ．２４はＭｎが多すぎる。
比較例Ｎｏ．２５はＣｕが少なすぎる。
比較例Ｎｏ．２６はＣｕが多すぎる。
比較例Ｎｏ．２７は２次冷延のロール径が大きすぎ、最終圧延前の圧延率が低すぎる。
比較例Ｎｏ．２８は２次冷延のロール径が大きすぎる。
比較例Ｎｏ．２９は２次冷延の最終圧延前の圧延率が低すぎる。
比較例Ｎｏ．３０は、２次冷延でリバース圧延を行ったものであるが、２次冷延のロール径が大きすぎ、最終圧延前の圧延率が低すぎる。
【００７４】
以上の結果から、高強度、曲げ加工性、開缶性を兼備するための、本発明の各要件および好ましい製造条件の意義が裏付けられる。
【００７５】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上、本発明は、従来のように、成形性を得るために材料強度を低下させる必要が無く、高強度、曲げ加工性、開缶性を兼備した缶蓋用アルミニウム合金板を提供することができる。
このため、薄肉化、高強度化され、より厳しい条件での高い成形性と、開缶性も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】
【００７７】
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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