缶ボディ用アルミニウム合金板およびその製造方法
【目的】薄肉化した場合でも、高強度が得られ、高成形性および所定の缶体強度をそなえた缶ボディ用アルミニウム合金板を提供する。
【構成】Ｍｎ：１．１〜１．３％、Ｍｇ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．１５〜０．３％、Ｆｅ：０．１〜０．４％、Ｓｉ：０．１〜０．３％を含有し、（Ｍｎ％／Ｆｅ％）：３．０〜４．０、（Ｍｇ％／Ｍｎ％）＞１．０、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）：２．６〜３．１の関係を満足し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなる板厚が０．２３〜０．２７ｍｍの冷間圧延板であり、該冷間圧延板について、４５°方向の耳率が２．５〜３．５％、（４５°方向の耳率）＞（０−１８０°方向の耳率）の関係を有し、２０５℃で１０分間の空焼きを行った後の耐力が２８０〜３２０ＭＰａ、該空焼き前後の引張強さおよび耐力の差がいずれも１５ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【構成】Ｍｎ：１．１〜１．３％、Ｍｇ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．１５〜０．３％、Ｆｅ：０．１〜０．４％、Ｓｉ：０．１〜０．３％を含有し、（Ｍｎ％／Ｆｅ％）：３．０〜４．０、（Ｍｇ％／Ｍｎ％）＞１．０、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）：２．６〜３．１の関係を満足し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなる板厚が０．２３〜０．２７ｍｍの冷間圧延板であり、該冷間圧延板について、４５°方向の耳率が２．５〜３．５％、（４５°方向の耳率）＞（０−１８０°方向の耳率）の関係を有し、２０５℃で１０分間の空焼きを行った後の耐力が２８０〜３２０ＭＰａ、該空焼き前後の引張強さおよび耐力の差がいずれも１５ＭＰａ以上であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶ボディ用アルミニウム合金板、詳しくは、薄肉とした場合でも高強度が得られ、絞り加工またはＤＩ加工（絞り、しごき加工）により缶ボディに成形し塗装焼付けあるいは熱処理した場合においても缶体強度を高く保持できる缶ボディ用アルミニウム合金板、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金板からなる飲料缶の缶ボディは、板材に塗油を施し、カップ成形、ＤＩ加工、トリミング、洗浄、乾燥、塗装、焼付け、ネッキングおよびフランジ加工の工程を経て製造される。缶体重量の軽減は、輸送コスト低減のみならず、環境保全のためにも有効であり、そのためには素材の薄肉化が必要である。しかしながら単純に薄肉化した場合、缶体強度が低下するため、缶体の座屈や、缶体の運搬、取扱い過程で、とくに薄肉の缶壁部が突起物に押し当てられると、缶壁部に凹みが生じ、あるいは突起物の先端が缶壁部を突き刺し、貫通して、内容物が漏洩するという問題が生じる。
【０００３】
上記の問題を解決するためには、素材である缶ボディ用アルミニウム合金板を従来の厚さ０．３ｍｍからさらに薄肉にするとともに、高強度化することが必要であり、絞り加工またはＤＩ加工（絞り、しごき加工）により缶ボディに成形し、塗装焼付けあるいは熱処理した場合においても缶体強度を高く保持できるようにする必要がある。
【０００４】
従来、缶ボディ用アルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金に、主要合金成分としてＭｇを添加し強度を向上させたアルミニウム合金が提案されている。Ｍｇの添加は、耐圧強度の必要な５１８２合金に代表される缶エンド材と、成形性が要求される缶ボディ材を、とくにリサイクルの観点から同じ成分で得ようとする材質統合化の流れにも対応し得るものであり、種々のＭｇ含有量を有する缶ボディ用アルミニウム合金が提案されている（特許文献１〜１０参照）。
【０００５】
しかしながら、上記のアルミニウム合金は、Ｍｇ含有量が１％程度の従来の缶ボディ用アルミニウム合金であるＪＩＳ３００４合金（Ａｌ−１．０〜１．５％Ｍｎ−０．８〜１．３％Ｍｇ）、３１０４合金（Ａｌ−０．８〜１．４％Ｍｎ−０．８〜１．３％Ｍｇ）あるいはＡＡ３２０４合金（Ａｌ−０．８〜１．５％Ｍｎ−０．８〜１．５％Ｍｇ）に比べて、強度の向上は得られるが、薄肉化したときのＤＩ成形および絞り加工時の成形性と缶体強度の両立に関しては、満足すべきものは得られていない。
【０００６】
また、缶体の流通過程において、缶胴部に異物が接触したり衝突したり、あるいは缶胴部間に異物が挟まったりすることに起因して、缶壁にピンホールと呼ばれる微小な孔状の欠陥が生じ、内容物が漏れるという問題もあり、この問題を解消するものとして、ピンホール性に優れた缶用アルミニウム合金板が提案されており（特許文献１１参照）、また、缶壁のピンホール評価として用いられる突き刺し強度を高めたアルミニウム合金板も提案されているが（特許文献１２参照）、これらのアルミニウム合金板も缶体の素材として必ずしも十分なものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−２２４１４５号公報
【特許文献２】特開昭６１−２６１４６６号公報
【特許文献３】特開昭５７−１２０６４８号公報
【特許文献４】特開平５−１１２８５４号公報
【特許文献５】特開平３−２０７８４０号公報
【特許文献６】特開平４−３６２１５１号公報
【特許文献７】特開２０００−３０９８３８公報
【特許文献８】特開２０００−３０９８３９号公報
【特許文献９】特開２００１−３１３０号公報
【特許文献１０】特開２００１−３２０３２号公報
【特許文献１１】特開２００７−１９７８１７号公報
【特許文献１２】特開２００６−７７２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、３０００系（Ａｌ−Ｍｎ系）アルミニウム合金をベースとする缶ボディ用アルミニウム合金板において、上記従来の難点を解消するためになされたものであり、その目的は、０．２３〜０．２７ｍｍの薄肉とした場合でも、高強度が得られ、高成形性および所定の缶体強度をそなえた缶ボディ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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための請求項１による缶ボディ用アルミニウム合金板は、Ｍｎ：１．１〜１．３％、Ｍｇ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．１５〜０．３％、Ｆｅ：０．１〜０．４％、Ｓｉ：０．１〜０．３％を含有し、（Ｍｎ％／Ｆｅ％）：３．０〜４．０、（Ｍｇ％／Ｍｎ％）＞１．０、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）：２．６〜３．１の関係を満足し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなる板厚が０．２３〜０．２７ｍｍの冷間圧延板であり、該冷間圧延板について、４５°方向の耳率が２．５〜３．５％、（４５°方向の耳率）＞（０−１８０°方向の耳率）の関係を有し、２０５℃で１０分間の空焼きを行った後の耐力が２８０〜３２０ＭＰａ、該空焼き前後の引張強さおよび耐力の差がいずれも１５ＭＰａ以上であることを特徴とする。なお、以下の説明において、合金成分値はすべて質量％で示す。
【００１０】
請求項２による缶ボディ用アルミニウム合金板は、請求項１において、前記冷間圧延板を缶ボディに成形する前に樹脂層が被覆されてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３による缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法は、請求項１記載の缶ボディ用アルミニウム合金板を製造する方法であって、請求項１記載の組成を有するアルミニウム合金の鋳塊を、均質化処理後、熱間粗圧延と熱間仕上げ圧延からなる熱間圧延を行い、該熱間粗圧延は熱間粗圧延スタンドにおいて、開始温度を５００〜５４０℃、終了温度を４３０〜４８０℃として、板厚１５〜３０ｍｍまで圧延し、熱間粗圧延終了後の圧延材を熱間仕上げ圧延スタンドに移行して、終了温度を３１０〜３５０℃とする熱間仕上げ圧延を行い、その後、冷間圧延を行って板厚０．２３〜０．２７ｍｍとすることを特徴とする。
【００１２】
請求項４による缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法は、請求項３において、前記冷間圧延に先立ち中間焼鈍を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、板厚を０．２３〜０．２７ｍｍに薄肉化した場合でも高強度が得られ、絞り加工またはＤＩ加工により缶ボディに成形し塗装焼付けあるいは熱処理した場合においても、缶体強度を高く保持できる缶ボディ用アルミニウム合金板およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例において、ボトムしわ最大高さを測定するために用いられる缶状体の底部を示す図で、詳しくは、アルミニウム合金板のＤＩ加工の途中の再絞り加工工程で得られた缶状体の底部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板における合金成分の意義および限定理由は以下のとおりである。
Ｍｎは、成形される缶ボディの強度を付加的に向上させ、さらに、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−（Ｓｉ）系金属間化合物を分散させて、しごき加工時の金型への焼付きを防止し、しごき加工性を向上させるよう機能する。好ましい含有量は１．１〜１．３％の範囲であり、１．１％未満では強度向上効果が得られず、１．３％を超えると、Ｆｅ量にもよるが、Ａｌ６（Ｍｎ、Ｆｅ）の粗大な晶出物が発生し、しごき加工時に破胴が生じ易くなる。また樹脂被覆板の場合は、上記の粗大な晶出物により樹脂が損傷して缶体の耐腐食性悪化、フランジ加工性や巻き締め時の割れなどが発生し易くなる。さらに、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物が大きくなり量も増加するため、突き刺し試験時の亀裂の伝播経路となり望ましくない。このＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物は２μｍ以下が好ましい。
【００１６】
Ｍｇは、成形される缶ボディの強度を高めるよう機能する。好ましい含有量は１．０〜１．５％の範囲であり、１．０％未満では強度向上効果が得られず、１．５％を超えると、耳率の制御が困難となり、また均質化処理時にＭｇの酸化が促進され、板面品質が低下する。
【００１７】
Ｃｕは、Ｍｇと共に、固溶したり、Ａｌ-Ｍｇ-Ｃｕ系化合物を形成して、成形される缶ボディの強度を付加的に向上させ、また塗装焼き付けなどの加熱による軟化を抑制するよう機能する。好ましい含有量は０．１５〜０．３％の範囲であり、０．１５％未満では強度向上効果が得られず、０．３％を超えて含有すると加工硬化が大きく成りすぎて成形性が低下し、また耐食性が低下する等の弊害が生じる。
【００１８】
Ｆｅは、不純物として不可避的に含有されるものであり、好ましい含有量は０．１〜０．４％の範囲である。０．１％未満では、材料の製造において９９．９％以上の純度の地金の使用が多くなり、再生材を多く使用する缶ボディ材としてはリサイクルの観点から好ましくない。本発明においては、Ｍｎにより強度を付与するため、Ｆｅが０．４％を超えると、粗大なＡｌ６（Ｍｎ、Ｆｅ）化合物や、均質化処理で変態して生成するＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物が大きくなり量も増加するため、成形性や突き刺し強度の低下を招く。このＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−（Ｓｉ）系金属間化合物は小さい方が好ましい。
【００１９】
Ｓｉは、不純物として不可避的に含まれるものであり、好ましい含有量は０．１〜０．３％の範囲である。０．１％未満では、材料の製造において９９．９％以上の純度の地金の使用が多くなり、再生材を多く使用する缶ボディ材としてはリサイクルの観点から好ましくない。０．３％を超えると、Ａｌ-Ｍｎ-Ｓｉ系金属間化合物や粗大なＭｇ２Ｓｉ金属間化合物が生成し、強度向上の妨げとなる。また、突き刺し試験時の割れの伝播経路と成り、突き刺し強度向上の妨げとなる。
【００２０】
Ｍｎ含有量とＦｅ含有量との比（Ｍｎ％／Ｆｅ％）は、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系化合物の生成に影響し、空焼き後の耐力、４５°方向の耳と０−１８０°方向の耳のバランス、缶体に成形した後の耐圧、突き刺し強度およびフランジ成形性に影響を与える。本発明において、（Ｍｎ％／Ｆｅ％）の好ましい範囲は３．０〜４．０である。
【００２１】
（Ｍｎ％／Ｆｅ％）が３．０未満では、空焼き後の耐力が２８０ＭＰａを下回る傾向にあり、０−１８０°耳が４５°耳より大きくなり、カッピングの際のカップ端部のしわを誘発し、ＤＩ成形時に缶壁が割れ易くなり、また、フランジ成形時にフランジ部が割れ易くなる。また、缶体の耐圧が６００ｋＰａを下回り、突き刺し強度も４０Ｎ未満になる傾向にある。（Ｍｎ％／Ｆｅ％）が４．０を超えると、空焼き後の耐力が３２０ＭＰａを超える傾向にあり、延性不足により、ネック成形性が低下し、また、フランジ成形時にフランジ部が割れ易くなる。
【００２２】
Ｍｇ含有量とＭｎ含有量の比（Ｍｇ％／Ｍｎ％）は、空焼き前後の強度差に影響する。本発明において、（Ｍｇ％／Ｍｎ％）の好ましい範囲は１．０を超える範囲である。（Ｍｇ％／Ｍｎ％）の値が１．０を超えると、Ｍｇ添加による均一変形性能向上によりボトムしわの発生を抑制し、また、ＤＩ成形性を向上させる効果がある。また、Ｍｇによる加工硬化能の向上により元板強度が増加し、その後の空焼きでの回復量が多くなるため、空焼き前後の引張強さ及び耐力の差が１５ＭＰａ以上となる傾向にあり、絞り加工時のしわ低減、およびフランジ成形性を向上させる効果がある。（Ｍｇ％／Ｍｎ％）が１．０以下では、ボトムしわが発生し易く、さらに空焼き前後の引張強さ及び耐力の差は１５ＭＰａ未満となる傾向にあるため、ＤＩ成形時に缶胴が割れ易くなり、フランジ成形時にフランジ部が割れ易くなる。
【００２３】
Ｍｎ含有量とＭｇ含有量とＣｕ含有量の総和、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）は、空焼き後の耐力あるいは空焼き前後の強度差に影響する。本発明において、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の好ましい範囲は２．６〜３．１であり、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）が２．６未満では、空焼き後の耐力が２８０ＭＰａ未満となる傾向にあり、缶体に成形した後の耐圧や突き刺し強度が不足する。３．１を超えると、空焼き後の耐力が３２０ＭＰａ超えとなる傾向にあり、延性不足により、フランジ成形時にフランジ部が割れ易くなる。
【００２４】
本発明のアルミニウム合金板においては、４５°方向の耳率が２．５〜３．５％であり、（４５°方向の耳率）＞（０−１８０°方向の耳率）の関係を有することが重要である。４５°方向の耳率が２．５％未満では、相対的に０−１８０°の耳率が大きくなり好ましくない。４５°方向の耳率が３．５％を超えると、カップ成形やＤＩ加工後に耳高の部分が搬送などで引っ掛かり、また、ＤＩ加工後の耳高さのバラツキがその後のトリミングで除去されず、巻き締めに重要なフランジ幅の低下を招く。（４５°方向の耳率）≦（０−１８０°方向の耳率）の関係では、カップ成形時の最終にその２箇所が強く引っ張られるため、耳ちぎれとなり、ＤＩ加工時の割れにつながる。４５°は４方向あるため、４点で支えられ、耳ちぎれが起こり難い。
【００２５】
また、本発明のアルミニウム合金板においては、２０５℃で１０分間の空焼きを行った後、耐力は２８０〜３２０ＭＰａの耐力をそなえていることが望ましく、空焼き前後の引張強さおよび耐力の差がいずれも１５ＭＰａ以上であることが重要である。本発明によるアルミニウム合金板は、上記のように、空焼き後の耐力が高いことを特徴とするため、ネック成形性やフランジ成形性の保持に注意が必要である。上記空焼き前後の引張強さおよび耐力の差のいずれかが１５ＭＰａ未満では、缶壁部が回復しないため、ネック成形（絞り成形）時に座屈し易く、また、フランジ割れが生じ易くなる。
【００２６】
缶ボディの成形は、前記のように、絞り加工またはＤＩ加工により底付きの円筒状容器を成形し、開口部をトリミング加工、ネッキング加工、フランジ加工することにより行われる。ＤＩ加工は、板を円板に打ち抜く工程、円板をカップに絞り加工する工程、カップを缶状体に再絞り加工する工程、缶状体の側壁をしごき加工する工程を含む。
【００２７】
塗装焼付け工程は、通常、缶ボディ成形のトリミング加工後、２００〜２２０℃の温度で５〜２０分程度加熱する条件で行われる。缶ボディ成形前に樹脂被覆をしない従来型のアルミニウム合金板を使用する場合には、内容物および外的要因からの耐食性のために、缶外面を印刷してから缶内面に樹脂塗装する。樹脂被覆を施す場合には、樹脂被覆が両面の時は外面印刷のみ、樹脂被覆が缶内面の片面の時は反対面（缶外面）の印刷が施される。
【００２８】
つぎに、本発明のアルミニウム合金板の製造方法を以下に説明する。
前記の組成を有するアルミニウム合金をＤＣ鋳造で造塊し、得られた鋳塊を均質化処理後、熱間圧延する。均質化処理は、５８０〜６２０℃の温度で２〜１０時間行うのが望ましい。熱間圧延は、熱間粗圧延スタンドにおいてリバース圧延する熱間粗圧延と、複数タンデム圧延機で構成される熱間仕上げ圧延スタンドで行われる熱間仕上げ圧延からなる。熱間粗圧延の開始温度は５００〜５４０℃、熱間粗圧延上がり板厚は１５〜３０ｍｍ、熱間粗圧延終了温度は４３０〜４８０℃とするのが好ましい。熱間粗圧延終了後の圧延材は、熱間仕上げ圧延スタンドに移行して、終了温度を３１０〜３５０℃とする熱間仕上げ圧延を行い、板厚を１．７〜２．５ｍｍとする。その後、板厚０．２３〜０．２７ｍまで冷間圧延を行う。必要に応じて、冷間圧延に先立ち中間焼鈍を行ってもよく、冷間圧延の後に最終熱処理を施すこともできる。
【００２９】
本発明のアルミニウム合金板を缶ボディに成形するに先立って樹脂層を被覆する場合は、アルミニウム合金板を、アルカリや酸洗浄などによる脱脂、リン酸クロメート処理あるいはＺｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ系処理などによる化成処理（下地処理）を施した後、板の両面あるいは片面に、ポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド系の樹脂を被覆する。被覆方法としては、フィルムにした樹脂を熱融着でアルミニウム合金板表面にラミネートする方法、樹脂を溶融させて直接被覆する方法などがある。樹脂の被覆の際には、アルミニウム合金板を２００〜３００℃に加熱する。これら一連の処理は、切り板で実施しても、コイル材を使用して連続的に実施してもよい。
【００３０】
上記製造条件の設定理由は以下のとおりである。
均質化処理温度が５８０℃未満、均質化処理時間が２時間未満では、鋳塊の粒界晶出物であるＡｌ６（Ｍｎ、Ｆｅ）やＭｇ２Ｓｉの溶入化が不足して、微細なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物が残存するため、熱間圧延終了時に再結晶不良となり易く、冷間圧延後の４５°耳率増加の原因となる。均質化処理温度が６２０℃を超えると、鋳塊の一部に共晶融解が生じ、板表面の面質が悪化し易くなる。１０時間を超えて均質化処理を行っても、それ以上の効果が得られず経済的でないため、均質化処理時間は１０時間以下とするのが好ましい。
【００３１】
熱間粗圧延の開始温度が５００℃未満では、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物の析出が促進されるため、Ｍｎ固溶量が減少して目的の強度が得られない。５４０℃を超えると、強度は得られるが、Ｍｇが多く添加されているために、Ｍｇの酸化が促進され板面品質の低下を招く。熱間粗圧延の終了温度が４３０℃未満では、熱間仕上げ圧延の終了温度を達成するために圧下率や圧延速度の増加が必要となり、板面品質や板歪みの悪化を招く。また、熱間仕上げ圧延の終了温度が低くなり、再結晶が不十分となる。４８０℃を超えると、熱間仕上げ圧延において、再結晶の駆動力となる歪みエネルギーを蓄積できないため、熱間仕上げ圧延後に十分な再結晶組織が得られず、製品板での４５°方向耳率が増大する。
【００３２】
熱間粗圧延上がり板厚が１５ｍｍ未満では、熱間仕上げ圧延において、再結晶の駆動力となる歪みエネルギーを蓄積できず、熱間仕上げ圧延後に十分な再結晶組織が得られない。熱間粗圧延上がり板厚が３０ｍｍを超えると、熱間仕上げ圧延での圧下率が増加することとなり、板面品質や板歪みの悪化を招く。
【００３３】
熱間仕上げ圧延の終了温度が３１０℃未満では、熱間仕上げ圧延後に十分な再結晶組織が得られないため、４５°方向耳率が増大する。熱間仕上げ圧延の終了温度が３５０℃を超えると、再結晶が促進され、最終製品板の０−１８０°方向耳率が増加し、また板面品質が低下し易くなる。
【００３４】
熱間仕上げ圧延後の板厚が１．７ｍｍ未満では、冷間圧延率の低下による強度不足を招き、熱間仕上げ圧延後の板厚が２．５ｍｍを超えると、冷間圧延率が増大して、冷間圧延後の４５°耳率が大きくなる。
【００３５】
冷間圧延の最終上がり温度は１７０℃以下とするのが好ましい。本発明のアルミニウム合金板はＭｇ、Ｍｎを添加しているため、冷間圧延中の加工発熱により冷間圧延板の温度が上昇し易く、１７０℃を超えると、材料組織の部分的な回復が起こり強度が得られなくなる。また、生産性の点から、冷間圧延の最終上がり温度は１３０℃以上とするのが望ましい。
【００３６】
なお、冷間圧延に先立つ中間焼鈍は、熱間仕上げ圧延の上がり温度が３１０〜３２０℃の比較的低温の場合、合金組成によっては部分的に再結晶が不十分となることがある。この場合、冷間圧延後の４５°耳が大きくなる傾向があるため、より安定した材料とするために、３５０〜４５０℃の温度範囲で、箱形焼鈍炉で１〜１０時間加熱あるいは連続焼鈍炉で１０分以内加熱してもよい。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、その効果を立証する。なお、これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。
【００３８】
実施例１、比較例１
表１に示す組成を有するアルミニウム合金をＤＣ鋳造により造塊し、得られた鋳塊を、常法に従って均質化処理した後、熱間粗圧延スタンドにおいて、５３０℃の温度で熱間粗圧延を開始し、４６０℃の温度で熱間粗圧延を終了し、板厚２０ｍｍとした。熱間粗圧延を終了した圧延材は、熱間仕上げ圧延スタンドに移行して、終了温度を３２０℃とする熱間仕上げ圧延を行い、その後、冷間圧延を行って、厚さ０．２３〜０．２７ｍｍの冷間圧延板とした。表１において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００３９】
得られた冷間圧延板を試験材として、引張試験を行って冷間圧延板（元板）の引張強さ（σB）、耐力（σ０．２）、伸び（δ）を測定し、また、冷間圧延板について、２０５℃で１０分間の空焼きを行い、空焼き後の引張強さ（σB）、耐力（σ０．２）、伸び（δ）を測定し、空焼き前（元板）と空焼き後の引張強さおよび耐力の差を求めた。さらに、４５°方向の耳率、９０°方向（０−１８０°方向）の耳率を測定した。結果を表２に示す。表２において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００４０】
また、得られた冷間圧延板を、一部については、下記の方法で、片面（缶外面側）の樹脂被覆を行った後、ＤＩ加工により缶ボディに成形した。残りについては、樹脂被覆を行うことなしに、ＤＩ加工により缶ボディに成形した。
【００４１】
なお、缶ボディへの成形に際し、缶胴壁厚は、アルミニウムの厚みで０．１００ｍｍになるようにし、缶底接地径は４８ｍｍとなるよう成形した。樹脂被覆を行ったものについては、樹脂の密着性を増すために２００℃で３０秒間熱処理し、樹脂被覆を行わなかったものについては、内外面に塗装、焼付けに相当する２０５℃で１０分間の熱処理を施した。
【００４２】
樹脂被覆は、冷間圧延板をアルカリ洗浄後、リン酸クロメート（Ｃｒ付着量２０ｍｇ／ｍ２）の化成処理を行い、ついで、１５μｍ厚さのポリエステル系樹脂フィルムを２００℃に加熱したヒートロールで板の片面のみに熱融着でラミネートした。さらに、２７０℃で３０秒間保持後、水冷した。
【００４３】
前記冷間圧延板（試験材）を缶ボディに成形し、塗装焼付け相当の前記熱処理を施した後の缶（試験缶）、および予め樹脂被覆をした板から缶ボディを成形し、前記の熱処理を行った缶（試験缶）について、以下の方法により、耐圧、突き刺し強度、ボトムしわ高さを測定し、フランジ成形性を評価した。結果を表３に示す。
【００４４】
耐圧：成形された缶ボディの缶底耐圧を測定し、６００ｋＰａ以上を合格とする。
突き刺し強度：成形された缶ボディから、缶ボディを構成するアルミニウム合金自体の特性をみるために樹脂皮膜を脱膜し、測定を容易にするために缶ボディ（缶胴）のネック部を切り落とした後、缶胴部を測定装置に取り付け、１９６ｋＰａの内圧をかけた状態で、直径１ｍｍ、先端Ｒ０．５ｍｍの針を、５０ｍｍ／分の速度で、缶壁部に突き刺した時の最大荷重を測定した。ｎ＝１０とし、その平均値を求めた。単位はＮである。４０Ｎ以上を合格とする。なお、現在市販されているアルミニウム合金缶の缶胴には塗膜などが付けられているから、塗膜などが無い時に比べて、突き刺し強度は平均で１０Ｎ増加する。
【００４５】
ボトムしわ最大高さ：冷間圧延板（試験材）ＤＩ加工工程の途中のカップを缶状体に再絞り加工する工程で得られる缶状体を用い、図１に示すように、チャイム部１１のしわ１２をＭｉｔｕｔｏｙｏ製の真円度計（型式ＥＣ−１０１０Ａ）２を用いて測定し、最大しわ高さ測定チャートを得た。このチャートは、点Ｏを中心とした円座標であり、周方向に角度を、径方向にチャイム部の凹凸をとったものである。得られたチャートにおいて、隣り合う山部と谷部について、（山部の外接円の半径の値）から（谷部の外接円の半径の値）を差し引いた値をしわ高さとし、１つの缶状体１の全周におけるしわ高さの分布のうち最大のものを最大しわ高さＨとした。また、５つの缶状体の最大しわ高さＨの平均値を算出し、その試験材のボトムしわ最大高さとした。ボトムしわ最大高さ７５０μｍ以下を合格とする。
【００４６】
フランジ成形性：冷間圧延板（試験材）から１００缶づつ製缶し、２０４径までネッキングし、さらにフランジ幅２．２ｍｍでフランジ加工を行い、フランジ端部の割れの有無を外観の目視観察により評価した。なお、表３において、全缶（１００缶）フランジ割れが生じなかったものを合格（○）、１缶でもフランジ割れが生じたものを不合格（×）とした。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
表２に示すように、本発明に従う試験材１〜３はいずれも、強度が高く、適正な耳率をそなえ、試験材１〜３から成形された試験缶１〜３はいずれも、耐圧、突き刺し強度、ボトムしわ最大高さ、フランジ成形性において、良好なものであった。
【００５１】
これに対して、試験材４は、Ｍｎ量が少ないため（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の値が小さく、空焼き後の耐力が低くなったため、試験材４から成形された試験缶４は耐圧が低く、突き刺し強度も低いものとなった。試験材５は、Ｍｎ量およびＦｅ量が多いため、サイズの大きい晶出物が多くなり、試験材５から成形された試験缶５は、突き刺し強度およびフランジ成形性が劣るものとなっている。また、試験材５は（Ｍｎ％／Ｆｅ％）が低いため、耳率のバランスがわるい。
【００５２】
試験材６は、Ｍｇ量が少ないため、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の値が小さく、空焼き後の耐力が低くなり、試験材６から成形された試験缶６は耐圧が低く、突き刺し強度も低いものとなった。試験材７は、Ｍｇ量が多いため、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の値が大きく、また（Ｍｎ％／Ｆｅ％）も高いため、空焼き後の耐力が高すぎて伸びが低く、試験材７から成形された試験缶７はフランジ成形性が劣り、ボトムしわが生じるものとなった。
【００５３】
試験材８は、Ｃｕ量が少ないため（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の値が小さくなり、またＳｉ量も多いため空焼き後の耐力が低くなり、試験材８から成形された試験缶８は耐圧が低く、突き刺し強度も低いものとなった。試験材９は、Ｃｕ量が多いため（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の値が大きくなり、空焼き後の耐力が高すぎて、試験材９から成形された試験缶９はフランジ成形性が劣るものとなった。また、試験材９は（Ｍｎ％／Ｆｅ％）が高いため、耳率のバランスがわるい。
【符号の説明】
【００５４】
１ ＤＩ加工工程の途中の再絞り加工で得られた缶状体
２ 真円度計
１１ チャイム部
１２ しわ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶ボディ用アルミニウム合金板、詳しくは、薄肉とした場合でも高強度が得られ、絞り加工またはＤＩ加工（絞り、しごき加工）により缶ボディに成形し塗装焼付けあるいは熱処理した場合においても缶体強度を高く保持できる缶ボディ用アルミニウム合金板、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金板からなる飲料缶の缶ボディは、板材に塗油を施し、カップ成形、ＤＩ加工、トリミング、洗浄、乾燥、塗装、焼付け、ネッキングおよびフランジ加工の工程を経て製造される。缶体重量の軽減は、輸送コスト低減のみならず、環境保全のためにも有効であり、そのためには素材の薄肉化が必要である。しかしながら単純に薄肉化した場合、缶体強度が低下するため、缶体の座屈や、缶体の運搬、取扱い過程で、とくに薄肉の缶壁部が突起物に押し当てられると、缶壁部に凹みが生じ、あるいは突起物の先端が缶壁部を突き刺し、貫通して、内容物が漏洩するという問題が生じる。
【０００３】
上記の問題を解決するためには、素材である缶ボディ用アルミニウム合金板を従来の厚さ０．３ｍｍからさらに薄肉にするとともに、高強度化することが必要であり、絞り加工またはＤＩ加工（絞り、しごき加工）により缶ボディに成形し、塗装焼付けあるいは熱処理した場合においても缶体強度を高く保持できるようにする必要がある。
【０００４】
従来、缶ボディ用アルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｍｎ系アルミニウム合金に、主要合金成分としてＭｇを添加し強度を向上させたアルミニウム合金が提案されている。Ｍｇの添加は、耐圧強度の必要な５１８２合金に代表される缶エンド材と、成形性が要求される缶ボディ材を、とくにリサイクルの観点から同じ成分で得ようとする材質統合化の流れにも対応し得るものであり、種々のＭｇ含有量を有する缶ボディ用アルミニウム合金が提案されている（特許文献１〜１０参照）。
【０００５】
しかしながら、上記のアルミニウム合金は、Ｍｇ含有量が１％程度の従来の缶ボディ用アルミニウム合金であるＪＩＳ３００４合金（Ａｌ−１．０〜１．５％Ｍｎ−０．８〜１．３％Ｍｇ）、３１０４合金（Ａｌ−０．８〜１．４％Ｍｎ−０．８〜１．３％Ｍｇ）あるいはＡＡ３２０４合金（Ａｌ−０．８〜１．５％Ｍｎ−０．８〜１．５％Ｍｇ）に比べて、強度の向上は得られるが、薄肉化したときのＤＩ成形および絞り加工時の成形性と缶体強度の両立に関しては、満足すべきものは得られていない。
【０００６】
また、缶体の流通過程において、缶胴部に異物が接触したり衝突したり、あるいは缶胴部間に異物が挟まったりすることに起因して、缶壁にピンホールと呼ばれる微小な孔状の欠陥が生じ、内容物が漏れるという問題もあり、この問題を解消するものとして、ピンホール性に優れた缶用アルミニウム合金板が提案されており（特許文献１１参照）、また、缶壁のピンホール評価として用いられる突き刺し強度を高めたアルミニウム合金板も提案されているが（特許文献１２参照）、これらのアルミニウム合金板も缶体の素材として必ずしも十分なものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−２２４１４５号公報
【特許文献２】特開昭６１−２６１４６６号公報
【特許文献３】特開昭５７−１２０６４８号公報
【特許文献４】特開平５−１１２８５４号公報
【特許文献５】特開平３−２０７８４０号公報
【特許文献６】特開平４−３６２１５１号公報
【特許文献７】特開２０００−３０９８３８公報
【特許文献８】特開２０００−３０９８３９号公報
【特許文献９】特開２００１−３１３０号公報
【特許文献１０】特開２００１−３２０３２号公報
【特許文献１１】特開２００７−１９７８１７号公報
【特許文献１２】特開２００６−７７２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、３０００系（Ａｌ−Ｍｎ系）アルミニウム合金をベースとする缶ボディ用アルミニウム合金板において、上記従来の難点を解消するためになされたものであり、その目的は、０．２３〜０．２７ｍｍの薄肉とした場合でも、高強度が得られ、高成形性および所定の缶体強度をそなえた缶ボディ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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための請求項１による缶ボディ用アルミニウム合金板は、Ｍｎ：１．１〜１．３％、Ｍｇ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．１５〜０．３％、Ｆｅ：０．１〜０．４％、Ｓｉ：０．１〜０．３％を含有し、（Ｍｎ％／Ｆｅ％）：３．０〜４．０、（Ｍｇ％／Ｍｎ％）＞１．０、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）：２．６〜３．１の関係を満足し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなる板厚が０．２３〜０．２７ｍｍの冷間圧延板であり、該冷間圧延板について、４５°方向の耳率が２．５〜３．５％、（４５°方向の耳率）＞（０−１８０°方向の耳率）の関係を有し、２０５℃で１０分間の空焼きを行った後の耐力が２８０〜３２０ＭＰａ、該空焼き前後の引張強さおよび耐力の差がいずれも１５ＭＰａ以上であることを特徴とする。なお、以下の説明において、合金成分値はすべて質量％で示す。
【００１０】
請求項２による缶ボディ用アルミニウム合金板は、請求項１において、前記冷間圧延板を缶ボディに成形する前に樹脂層が被覆されてなることを特徴とする。
【００１１】
請求項３による缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法は、請求項１記載の缶ボディ用アルミニウム合金板を製造する方法であって、請求項１記載の組成を有するアルミニウム合金の鋳塊を、均質化処理後、熱間粗圧延と熱間仕上げ圧延からなる熱間圧延を行い、該熱間粗圧延は熱間粗圧延スタンドにおいて、開始温度を５００〜５４０℃、終了温度を４３０〜４８０℃として、板厚１５〜３０ｍｍまで圧延し、熱間粗圧延終了後の圧延材を熱間仕上げ圧延スタンドに移行して、終了温度を３１０〜３５０℃とする熱間仕上げ圧延を行い、その後、冷間圧延を行って板厚０．２３〜０．２７ｍｍとすることを特徴とする。
【００１２】
請求項４による缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法は、請求項３において、前記冷間圧延に先立ち中間焼鈍を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、板厚を０．２３〜０．２７ｍｍに薄肉化した場合でも高強度が得られ、絞り加工またはＤＩ加工により缶ボディに成形し塗装焼付けあるいは熱処理した場合においても、缶体強度を高く保持できる缶ボディ用アルミニウム合金板およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例において、ボトムしわ最大高さを測定するために用いられる缶状体の底部を示す図で、詳しくは、アルミニウム合金板のＤＩ加工の途中の再絞り加工工程で得られた缶状体の底部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板における合金成分の意義および限定理由は以下のとおりである。
Ｍｎは、成形される缶ボディの強度を付加的に向上させ、さらに、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−（Ｓｉ）系金属間化合物を分散させて、しごき加工時の金型への焼付きを防止し、しごき加工性を向上させるよう機能する。好ましい含有量は１．１〜１．３％の範囲であり、１．１％未満では強度向上効果が得られず、１．３％を超えると、Ｆｅ量にもよるが、Ａｌ６（Ｍｎ、Ｆｅ）の粗大な晶出物が発生し、しごき加工時に破胴が生じ易くなる。また樹脂被覆板の場合は、上記の粗大な晶出物により樹脂が損傷して缶体の耐腐食性悪化、フランジ加工性や巻き締め時の割れなどが発生し易くなる。さらに、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物が大きくなり量も増加するため、突き刺し試験時の亀裂の伝播経路となり望ましくない。このＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系金属間化合物は２μｍ以下が好ましい。
【００１６】
Ｍｇは、成形される缶ボディの強度を高めるよう機能する。好ましい含有量は１．０〜１．５％の範囲であり、１．０％未満では強度向上効果が得られず、１．５％を超えると、耳率の制御が困難となり、また均質化処理時にＭｇの酸化が促進され、板面品質が低下する。
【００１７】
Ｃｕは、Ｍｇと共に、固溶したり、Ａｌ-Ｍｇ-Ｃｕ系化合物を形成して、成形される缶ボディの強度を付加的に向上させ、また塗装焼き付けなどの加熱による軟化を抑制するよう機能する。好ましい含有量は０．１５〜０．３％の範囲であり、０．１５％未満では強度向上効果が得られず、０．３％を超えて含有すると加工硬化が大きく成りすぎて成形性が低下し、また耐食性が低下する等の弊害が生じる。
【００１８】
Ｆｅは、不純物として不可避的に含有されるものであり、好ましい含有量は０．１〜０．４％の範囲である。０．１％未満では、材料の製造において９９．９％以上の純度の地金の使用が多くなり、再生材を多く使用する缶ボディ材としてはリサイクルの観点から好ましくない。本発明においては、Ｍｎにより強度を付与するため、Ｆｅが０．４％を超えると、粗大なＡｌ６（Ｍｎ、Ｆｅ）化合物や、均質化処理で変態して生成するＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物が大きくなり量も増加するため、成形性や突き刺し強度の低下を招く。このＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−（Ｓｉ）系金属間化合物は小さい方が好ましい。
【００１９】
Ｓｉは、不純物として不可避的に含まれるものであり、好ましい含有量は０．１〜０．３％の範囲である。０．１％未満では、材料の製造において９９．９％以上の純度の地金の使用が多くなり、再生材を多く使用する缶ボディ材としてはリサイクルの観点から好ましくない。０．３％を超えると、Ａｌ-Ｍｎ-Ｓｉ系金属間化合物や粗大なＭｇ２Ｓｉ金属間化合物が生成し、強度向上の妨げとなる。また、突き刺し試験時の割れの伝播経路と成り、突き刺し強度向上の妨げとなる。
【００２０】
Ｍｎ含有量とＦｅ含有量との比（Ｍｎ％／Ｆｅ％）は、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系化合物の生成に影響し、空焼き後の耐力、４５°方向の耳と０−１８０°方向の耳のバランス、缶体に成形した後の耐圧、突き刺し強度およびフランジ成形性に影響を与える。本発明において、（Ｍｎ％／Ｆｅ％）の好ましい範囲は３．０〜４．０である。
【００２１】
（Ｍｎ％／Ｆｅ％）が３．０未満では、空焼き後の耐力が２８０ＭＰａを下回る傾向にあり、０−１８０°耳が４５°耳より大きくなり、カッピングの際のカップ端部のしわを誘発し、ＤＩ成形時に缶壁が割れ易くなり、また、フランジ成形時にフランジ部が割れ易くなる。また、缶体の耐圧が６００ｋＰａを下回り、突き刺し強度も４０Ｎ未満になる傾向にある。（Ｍｎ％／Ｆｅ％）が４．０を超えると、空焼き後の耐力が３２０ＭＰａを超える傾向にあり、延性不足により、ネック成形性が低下し、また、フランジ成形時にフランジ部が割れ易くなる。
【００２２】
Ｍｇ含有量とＭｎ含有量の比（Ｍｇ％／Ｍｎ％）は、空焼き前後の強度差に影響する。本発明において、（Ｍｇ％／Ｍｎ％）の好ましい範囲は１．０を超える範囲である。（Ｍｇ％／Ｍｎ％）の値が１．０を超えると、Ｍｇ添加による均一変形性能向上によりボトムしわの発生を抑制し、また、ＤＩ成形性を向上させる効果がある。また、Ｍｇによる加工硬化能の向上により元板強度が増加し、その後の空焼きでの回復量が多くなるため、空焼き前後の引張強さ及び耐力の差が１５ＭＰａ以上となる傾向にあり、絞り加工時のしわ低減、およびフランジ成形性を向上させる効果がある。（Ｍｇ％／Ｍｎ％）が１．０以下では、ボトムしわが発生し易く、さらに空焼き前後の引張強さ及び耐力の差は１５ＭＰａ未満となる傾向にあるため、ＤＩ成形時に缶胴が割れ易くなり、フランジ成形時にフランジ部が割れ易くなる。
【００２３】
Ｍｎ含有量とＭｇ含有量とＣｕ含有量の総和、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）は、空焼き後の耐力あるいは空焼き前後の強度差に影響する。本発明において、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の好ましい範囲は２．６〜３．１であり、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）が２．６未満では、空焼き後の耐力が２８０ＭＰａ未満となる傾向にあり、缶体に成形した後の耐圧や突き刺し強度が不足する。３．１を超えると、空焼き後の耐力が３２０ＭＰａ超えとなる傾向にあり、延性不足により、フランジ成形時にフランジ部が割れ易くなる。
【００２４】
本発明のアルミニウム合金板においては、４５°方向の耳率が２．５〜３．５％であり、（４５°方向の耳率）＞（０−１８０°方向の耳率）の関係を有することが重要である。４５°方向の耳率が２．５％未満では、相対的に０−１８０°の耳率が大きくなり好ましくない。４５°方向の耳率が３．５％を超えると、カップ成形やＤＩ加工後に耳高の部分が搬送などで引っ掛かり、また、ＤＩ加工後の耳高さのバラツキがその後のトリミングで除去されず、巻き締めに重要なフランジ幅の低下を招く。（４５°方向の耳率）≦（０−１８０°方向の耳率）の関係では、カップ成形時の最終にその２箇所が強く引っ張られるため、耳ちぎれとなり、ＤＩ加工時の割れにつながる。４５°は４方向あるため、４点で支えられ、耳ちぎれが起こり難い。
【００２５】
また、本発明のアルミニウム合金板においては、２０５℃で１０分間の空焼きを行った後、耐力は２８０〜３２０ＭＰａの耐力をそなえていることが望ましく、空焼き前後の引張強さおよび耐力の差がいずれも１５ＭＰａ以上であることが重要である。本発明によるアルミニウム合金板は、上記のように、空焼き後の耐力が高いことを特徴とするため、ネック成形性やフランジ成形性の保持に注意が必要である。上記空焼き前後の引張強さおよび耐力の差のいずれかが１５ＭＰａ未満では、缶壁部が回復しないため、ネック成形（絞り成形）時に座屈し易く、また、フランジ割れが生じ易くなる。
【００２６】
缶ボディの成形は、前記のように、絞り加工またはＤＩ加工により底付きの円筒状容器を成形し、開口部をトリミング加工、ネッキング加工、フランジ加工することにより行われる。ＤＩ加工は、板を円板に打ち抜く工程、円板をカップに絞り加工する工程、カップを缶状体に再絞り加工する工程、缶状体の側壁をしごき加工する工程を含む。
【００２７】
塗装焼付け工程は、通常、缶ボディ成形のトリミング加工後、２００〜２２０℃の温度で５〜２０分程度加熱する条件で行われる。缶ボディ成形前に樹脂被覆をしない従来型のアルミニウム合金板を使用する場合には、内容物および外的要因からの耐食性のために、缶外面を印刷してから缶内面に樹脂塗装する。樹脂被覆を施す場合には、樹脂被覆が両面の時は外面印刷のみ、樹脂被覆が缶内面の片面の時は反対面（缶外面）の印刷が施される。
【００２８】
つぎに、本発明のアルミニウム合金板の製造方法を以下に説明する。
前記の組成を有するアルミニウム合金をＤＣ鋳造で造塊し、得られた鋳塊を均質化処理後、熱間圧延する。均質化処理は、５８０〜６２０℃の温度で２〜１０時間行うのが望ましい。熱間圧延は、熱間粗圧延スタンドにおいてリバース圧延する熱間粗圧延と、複数タンデム圧延機で構成される熱間仕上げ圧延スタンドで行われる熱間仕上げ圧延からなる。熱間粗圧延の開始温度は５００〜５４０℃、熱間粗圧延上がり板厚は１５〜３０ｍｍ、熱間粗圧延終了温度は４３０〜４８０℃とするのが好ましい。熱間粗圧延終了後の圧延材は、熱間仕上げ圧延スタンドに移行して、終了温度を３１０〜３５０℃とする熱間仕上げ圧延を行い、板厚を１．７〜２．５ｍｍとする。その後、板厚０．２３〜０．２７ｍまで冷間圧延を行う。必要に応じて、冷間圧延に先立ち中間焼鈍を行ってもよく、冷間圧延の後に最終熱処理を施すこともできる。
【００２９】
本発明のアルミニウム合金板を缶ボディに成形するに先立って樹脂層を被覆する場合は、アルミニウム合金板を、アルカリや酸洗浄などによる脱脂、リン酸クロメート処理あるいはＺｒ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｖ系処理などによる化成処理（下地処理）を施した後、板の両面あるいは片面に、ポリエステル系、ポリオレフィン系、ポリアミド系の樹脂を被覆する。被覆方法としては、フィルムにした樹脂を熱融着でアルミニウム合金板表面にラミネートする方法、樹脂を溶融させて直接被覆する方法などがある。樹脂の被覆の際には、アルミニウム合金板を２００〜３００℃に加熱する。これら一連の処理は、切り板で実施しても、コイル材を使用して連続的に実施してもよい。
【００３０】
上記製造条件の設定理由は以下のとおりである。
均質化処理温度が５８０℃未満、均質化処理時間が２時間未満では、鋳塊の粒界晶出物であるＡｌ６（Ｍｎ、Ｆｅ）やＭｇ２Ｓｉの溶入化が不足して、微細なＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物が残存するため、熱間圧延終了時に再結晶不良となり易く、冷間圧延後の４５°耳率増加の原因となる。均質化処理温度が６２０℃を超えると、鋳塊の一部に共晶融解が生じ、板表面の面質が悪化し易くなる。１０時間を超えて均質化処理を行っても、それ以上の効果が得られず経済的でないため、均質化処理時間は１０時間以下とするのが好ましい。
【００３１】
熱間粗圧延の開始温度が５００℃未満では、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系化合物の析出が促進されるため、Ｍｎ固溶量が減少して目的の強度が得られない。５４０℃を超えると、強度は得られるが、Ｍｇが多く添加されているために、Ｍｇの酸化が促進され板面品質の低下を招く。熱間粗圧延の終了温度が４３０℃未満では、熱間仕上げ圧延の終了温度を達成するために圧下率や圧延速度の増加が必要となり、板面品質や板歪みの悪化を招く。また、熱間仕上げ圧延の終了温度が低くなり、再結晶が不十分となる。４８０℃を超えると、熱間仕上げ圧延において、再結晶の駆動力となる歪みエネルギーを蓄積できないため、熱間仕上げ圧延後に十分な再結晶組織が得られず、製品板での４５°方向耳率が増大する。
【００３２】
熱間粗圧延上がり板厚が１５ｍｍ未満では、熱間仕上げ圧延において、再結晶の駆動力となる歪みエネルギーを蓄積できず、熱間仕上げ圧延後に十分な再結晶組織が得られない。熱間粗圧延上がり板厚が３０ｍｍを超えると、熱間仕上げ圧延での圧下率が増加することとなり、板面品質や板歪みの悪化を招く。
【００３３】
熱間仕上げ圧延の終了温度が３１０℃未満では、熱間仕上げ圧延後に十分な再結晶組織が得られないため、４５°方向耳率が増大する。熱間仕上げ圧延の終了温度が３５０℃を超えると、再結晶が促進され、最終製品板の０−１８０°方向耳率が増加し、また板面品質が低下し易くなる。
【００３４】
熱間仕上げ圧延後の板厚が１．７ｍｍ未満では、冷間圧延率の低下による強度不足を招き、熱間仕上げ圧延後の板厚が２．５ｍｍを超えると、冷間圧延率が増大して、冷間圧延後の４５°耳率が大きくなる。
【００３５】
冷間圧延の最終上がり温度は１７０℃以下とするのが好ましい。本発明のアルミニウム合金板はＭｇ、Ｍｎを添加しているため、冷間圧延中の加工発熱により冷間圧延板の温度が上昇し易く、１７０℃を超えると、材料組織の部分的な回復が起こり強度が得られなくなる。また、生産性の点から、冷間圧延の最終上がり温度は１３０℃以上とするのが望ましい。
【００３６】
なお、冷間圧延に先立つ中間焼鈍は、熱間仕上げ圧延の上がり温度が３１０〜３２０℃の比較的低温の場合、合金組成によっては部分的に再結晶が不十分となることがある。この場合、冷間圧延後の４５°耳が大きくなる傾向があるため、より安定した材料とするために、３５０〜４５０℃の温度範囲で、箱形焼鈍炉で１〜１０時間加熱あるいは連続焼鈍炉で１０分以内加熱してもよい。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、その効果を立証する。なお、これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。
【００３８】
実施例１、比較例１
表１に示す組成を有するアルミニウム合金をＤＣ鋳造により造塊し、得られた鋳塊を、常法に従って均質化処理した後、熱間粗圧延スタンドにおいて、５３０℃の温度で熱間粗圧延を開始し、４６０℃の温度で熱間粗圧延を終了し、板厚２０ｍｍとした。熱間粗圧延を終了した圧延材は、熱間仕上げ圧延スタンドに移行して、終了温度を３２０℃とする熱間仕上げ圧延を行い、その後、冷間圧延を行って、厚さ０．２３〜０．２７ｍｍの冷間圧延板とした。表１において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００３９】
得られた冷間圧延板を試験材として、引張試験を行って冷間圧延板（元板）の引張強さ（σB）、耐力（σ０．２）、伸び（δ）を測定し、また、冷間圧延板について、２０５℃で１０分間の空焼きを行い、空焼き後の引張強さ（σB）、耐力（σ０．２）、伸び（δ）を測定し、空焼き前（元板）と空焼き後の引張強さおよび耐力の差を求めた。さらに、４５°方向の耳率、９０°方向（０−１８０°方向）の耳率を測定した。結果を表２に示す。表２において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００４０】
また、得られた冷間圧延板を、一部については、下記の方法で、片面（缶外面側）の樹脂被覆を行った後、ＤＩ加工により缶ボディに成形した。残りについては、樹脂被覆を行うことなしに、ＤＩ加工により缶ボディに成形した。
【００４１】
なお、缶ボディへの成形に際し、缶胴壁厚は、アルミニウムの厚みで０．１００ｍｍになるようにし、缶底接地径は４８ｍｍとなるよう成形した。樹脂被覆を行ったものについては、樹脂の密着性を増すために２００℃で３０秒間熱処理し、樹脂被覆を行わなかったものについては、内外面に塗装、焼付けに相当する２０５℃で１０分間の熱処理を施した。
【００４２】
樹脂被覆は、冷間圧延板をアルカリ洗浄後、リン酸クロメート（Ｃｒ付着量２０ｍｇ／ｍ２）の化成処理を行い、ついで、１５μｍ厚さのポリエステル系樹脂フィルムを２００℃に加熱したヒートロールで板の片面のみに熱融着でラミネートした。さらに、２７０℃で３０秒間保持後、水冷した。
【００４３】
前記冷間圧延板（試験材）を缶ボディに成形し、塗装焼付け相当の前記熱処理を施した後の缶（試験缶）、および予め樹脂被覆をした板から缶ボディを成形し、前記の熱処理を行った缶（試験缶）について、以下の方法により、耐圧、突き刺し強度、ボトムしわ高さを測定し、フランジ成形性を評価した。結果を表３に示す。
【００４４】
耐圧：成形された缶ボディの缶底耐圧を測定し、６００ｋＰａ以上を合格とする。
突き刺し強度：成形された缶ボディから、缶ボディを構成するアルミニウム合金自体の特性をみるために樹脂皮膜を脱膜し、測定を容易にするために缶ボディ（缶胴）のネック部を切り落とした後、缶胴部を測定装置に取り付け、１９６ｋＰａの内圧をかけた状態で、直径１ｍｍ、先端Ｒ０．５ｍｍの針を、５０ｍｍ／分の速度で、缶壁部に突き刺した時の最大荷重を測定した。ｎ＝１０とし、その平均値を求めた。単位はＮである。４０Ｎ以上を合格とする。なお、現在市販されているアルミニウム合金缶の缶胴には塗膜などが付けられているから、塗膜などが無い時に比べて、突き刺し強度は平均で１０Ｎ増加する。
【００４５】
ボトムしわ最大高さ：冷間圧延板（試験材）ＤＩ加工工程の途中のカップを缶状体に再絞り加工する工程で得られる缶状体を用い、図１に示すように、チャイム部１１のしわ１２をＭｉｔｕｔｏｙｏ製の真円度計（型式ＥＣ−１０１０Ａ）２を用いて測定し、最大しわ高さ測定チャートを得た。このチャートは、点Ｏを中心とした円座標であり、周方向に角度を、径方向にチャイム部の凹凸をとったものである。得られたチャートにおいて、隣り合う山部と谷部について、（山部の外接円の半径の値）から（谷部の外接円の半径の値）を差し引いた値をしわ高さとし、１つの缶状体１の全周におけるしわ高さの分布のうち最大のものを最大しわ高さＨとした。また、５つの缶状体の最大しわ高さＨの平均値を算出し、その試験材のボトムしわ最大高さとした。ボトムしわ最大高さ７５０μｍ以下を合格とする。
【００４６】
フランジ成形性：冷間圧延板（試験材）から１００缶づつ製缶し、２０４径までネッキングし、さらにフランジ幅２．２ｍｍでフランジ加工を行い、フランジ端部の割れの有無を外観の目視観察により評価した。なお、表３において、全缶（１００缶）フランジ割れが生じなかったものを合格（○）、１缶でもフランジ割れが生じたものを不合格（×）とした。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
表２に示すように、本発明に従う試験材１〜３はいずれも、強度が高く、適正な耳率をそなえ、試験材１〜３から成形された試験缶１〜３はいずれも、耐圧、突き刺し強度、ボトムしわ最大高さ、フランジ成形性において、良好なものであった。
【００５１】
これに対して、試験材４は、Ｍｎ量が少ないため（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の値が小さく、空焼き後の耐力が低くなったため、試験材４から成形された試験缶４は耐圧が低く、突き刺し強度も低いものとなった。試験材５は、Ｍｎ量およびＦｅ量が多いため、サイズの大きい晶出物が多くなり、試験材５から成形された試験缶５は、突き刺し強度およびフランジ成形性が劣るものとなっている。また、試験材５は（Ｍｎ％／Ｆｅ％）が低いため、耳率のバランスがわるい。
【００５２】
試験材６は、Ｍｇ量が少ないため、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の値が小さく、空焼き後の耐力が低くなり、試験材６から成形された試験缶６は耐圧が低く、突き刺し強度も低いものとなった。試験材７は、Ｍｇ量が多いため、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の値が大きく、また（Ｍｎ％／Ｆｅ％）も高いため、空焼き後の耐力が高すぎて伸びが低く、試験材７から成形された試験缶７はフランジ成形性が劣り、ボトムしわが生じるものとなった。
【００５３】
試験材８は、Ｃｕ量が少ないため（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の値が小さくなり、またＳｉ量も多いため空焼き後の耐力が低くなり、試験材８から成形された試験缶８は耐圧が低く、突き刺し強度も低いものとなった。試験材９は、Ｃｕ量が多いため（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）の値が大きくなり、空焼き後の耐力が高すぎて、試験材９から成形された試験缶９はフランジ成形性が劣るものとなった。また、試験材９は（Ｍｎ％／Ｆｅ％）が高いため、耳率のバランスがわるい。
【符号の説明】
【００５４】
１ ＤＩ加工工程の途中の再絞り加工で得られた缶状体
２ 真円度計
１１ チャイム部
１２ しわ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ：１．１〜１．３％（質量％、以下同じ）、Ｍｇ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．１５〜０．３％、Ｆｅ：０．１〜０．４％、Ｓｉ：０．１〜０．３％を含有し、（Ｍｎ％／Ｆｅ％）：３．０〜４．０、（Ｍｇ％／Ｍｎ％）＞１．０、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）：２．６〜３．１の関係を満足し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなる板厚が０．２３〜０．２７ｍｍの冷間圧延板であり、該冷間圧延板について、４５°方向の耳率が２．５〜３．５％、（４５°方向の耳率）＞（０−１８０°方向の耳率）の関係を有し、２０５℃で１０分間の空焼きを行った後の耐力が２８０〜３２０ＭＰａ、該空焼き前後の引張強さおよび耐力の差がいずれも１５ＭＰａ以上であることを特徴とする缶ボディ用アルミニウム合金板。
【請求項２】
前記冷間圧延板を缶ボディに成形する前に樹脂層が被覆されてなることを特徴とする請求項１記載の缶ボディ用アルミニウム合金板。
【請求項３】
請求項１記載の組成を有するアルミニウム合金の鋳塊を、均質化処理後、熱間粗圧延と熱間仕上げ圧延からなる熱間圧延を行い、該熱間粗圧延は熱間粗圧延スタンドにおいて、開始温度を５００〜５４０℃、終了温度を４３０〜４８０℃として、板厚１５〜３０ｍｍまで圧延し、熱間粗圧延終了後の圧延材を熱間仕上げ圧延スタンドに移行して、終了温度を３１０〜３５０℃とする熱間仕上げ圧延を行い、その後、冷間圧延を行って板厚０．２３〜０．２７ｍｍとすることを特徴とする請求項１記載の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項４】
前記冷間圧延に先立ち中間焼鈍を行うことを特徴とする請求項３記載の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項１】
Ｍｎ：１．１〜１．３％（質量％、以下同じ）、Ｍｇ：１．０〜１．５％、Ｃｕ：０．１５〜０．３％、Ｆｅ：０．１〜０．４％、Ｓｉ：０．１〜０．３％を含有し、（Ｍｎ％／Ｆｅ％）：３．０〜４．０、（Ｍｇ％／Ｍｎ％）＞１．０、（Ｍｎ％＋Ｍｇ％＋Ｃｕ％）：２．６〜３．１の関係を満足し、残部アルミニウムおよび不可避的不純物からなる板厚が０．２３〜０．２７ｍｍの冷間圧延板であり、該冷間圧延板について、４５°方向の耳率が２．５〜３．５％、（４５°方向の耳率）＞（０−１８０°方向の耳率）の関係を有し、２０５℃で１０分間の空焼きを行った後の耐力が２８０〜３２０ＭＰａ、該空焼き前後の引張強さおよび耐力の差がいずれも１５ＭＰａ以上であることを特徴とする缶ボディ用アルミニウム合金板。
【請求項２】
前記冷間圧延板を缶ボディに成形する前に樹脂層が被覆されてなることを特徴とする請求項１記載の缶ボディ用アルミニウム合金板。
【請求項３】
請求項１記載の組成を有するアルミニウム合金の鋳塊を、均質化処理後、熱間粗圧延と熱間仕上げ圧延からなる熱間圧延を行い、該熱間粗圧延は熱間粗圧延スタンドにおいて、開始温度を５００〜５４０℃、終了温度を４３０〜４８０℃として、板厚１５〜３０ｍｍまで圧延し、熱間粗圧延終了後の圧延材を熱間仕上げ圧延スタンドに移行して、終了温度を３１０〜３５０℃とする熱間仕上げ圧延を行い、その後、冷間圧延を行って板厚０．２３〜０．２７ｍｍとすることを特徴とする請求項１記載の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項４】
前記冷間圧延に先立ち中間焼鈍を行うことを特徴とする請求項３記載の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１６７３３３（Ｐ２０１２−１６７３３３Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９６９５（Ｐ２０１１−２９６９５）
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００００２２７７）住友軽金属工業株式会社 (552)
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１５日（２０１１．２．１５）
【出願人】（０００００２２７７）住友軽金属工業株式会社 (552)
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