JP2006045638A

JP2006045638A - キャップ用アルミニウム合金板の製造方法

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Publication number: JP2006045638A
Application number: JP2004230374A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Kamata; 忍鎌田; Katsumi Koyama; 克己小山
Original assignee: Furukawa Sky KK
Current assignee: Furukawa Sky KK
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】絞り成形時に印刷文字が曲がったりしない、耳率の小さいキャップ用Ａｌ合金板を製造する。
【解決手段】Ｍｇを１．０〜２．２質量％（以下、％と記す。）、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｍｎを０．０５％以下、Ｓｉを０．２％以下、Ｃｕを０．２％以下含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるＡｌ合金に、均質化処理を４９０℃以上、前記アルミニウム合金の融点未満の温度で１時間以上施し、次いで熱間圧延を終了温度３１０℃以上、総圧延率９０％以上で施した上で、熱間圧延板の横断面における再結晶率を８０％以上とし、次いで前記熱間圧延板に冷間圧延を総圧延率３０％以上で施したのち、中間焼鈍を１００℃／分以上の急速加熱を含む４２０〜５５０℃の温度で施し、次いで仕上圧延を総圧延率３０〜６５％で施す。必要に応じて安定化処理を１５０〜２５０℃の温度で施す。
【選択図】なし

Description

本発明は、広口用ＰＰ（pilfer proof）キャップなどに適した絞り成形性に優れるアルミニウム（Ａｌ）合金板の製造方法に関する。

ＰＰキャップは、例えば、塗装および文字印刷を施したＡｌ合金板をカップ状に絞り成形し、開口端の耳部をトリミングし、裾部に開栓を容易にするためのミシン目を入れ、胴部にネジ溝を設けて製造されている。前記ミシン目は印刷文字を跨いで入れられ、印刷文字の形状のずれから開栓有無が識別できるようになっている。材料には、一般に成形性に優れたＪＩＳ−Ａ１１００やＡ３１０５合金が用いられているが、近年キャップの広口化にともなって、天面強度低下を補う高強度のＡｌ−Ｍｇ系合金が用いられ始めている。

ところで、従来からキャップでは、前記印刷文字が絞り成形時に曲がってしまって見栄えが悪くなるという問題があった。この印刷文字の曲がりは絞り成形時に発生する耳が原因している。耳は絞り成形したカップの開口端に発生する突部であり、結晶方位に依存するメタルフローの異方性が大きいときに発生する。高強度の材料では、異方性が強く、その制御は特に難しい。

耳には、圧延方向に対して４５°を起点として９０°間隔で４方向に発生する４５°耳と、圧延方向を起点として０°と１８０°に高い耳が、９０°と２７０°に低い耳が発生する０−１８０°耳とがある。両者が同時に発生する場合もある。

耳の大きさは耳率で示される。４５°耳の耳率Ｅは、Ｅ＝｛（Ｍ−Ｔ）／［（Ｍ＋Ｔ）／２］｝×１００％の式により算出される。但しＭはカップ底面からの耳の高さの平均値、Ｔは耳間の谷の高さの平均値である。０−１８０°耳率は、０°と１８０°の耳の高さの平均値をカップ全体の平均高さで除して求められる。

この耳の発生を抑えたキャップ用Ａｌ−Ｍｇ系合金が提案（特許文献１）されているが、印刷文字の曲がりを十分改善することができなかった。そこで、本発明者等は、耳率の低いＡｌ合金板の製造方法について検討した。その結果、Ａｌ合金組成と熱間圧延条件を規定した上で、熱間圧延板の再結晶率を８０％以上とすることにより、得られるキャップ用Ａｌ合金板は耳率が大幅に低下することを知見し、さらに検討を進めて本発明を完成させるに至った。
本発明は、絞り成形時に印刷文字が曲がったりしない、優れた絞り成形性（耳率の小さい）を有するとともに広口に対応できる高強度なキャップ用Ａｌ合金板の製造を目的とする。

特開２００３−３２８０６２号公報

請求項１記載発明は、Ｍｇを１．０〜２．２質量％（以下、％と記す。）、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｍｎを０．０５％以下、Ｓｉを０．２％以下、Ｃｕを０．２％以下含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるＡｌ合金に、均質化処理を４９０℃以上、前記アルミニウム合金の融点未満の温度で１時間以上施し、次いで熱間圧延を総圧延率９０％以上、終了温度３１０℃以上で施して、得られる熱間圧延板の横断面における再結晶率を８０％以上とし、次いで前記熱間圧延板に冷間圧延を総圧延率３０％以上で施したのち、中間焼鈍を１００℃／分以上の急速加熱を含む４２０〜５５０℃の温度で施し、次いで仕上圧延を総圧延率３０〜６５％で施すことを特徴とするキャップ用アルミニウム合金板の製造方法である。

請求項２記載発明は、Ｍｇを１．０〜２．２質量％（以下、％と記す。）、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｍｎを０．０５％以下、Ｓｉを０．２％以下、Ｃｕを０．２％以下含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合金に、均質化処理を４９０℃以上、前記アルミニウム合金の融点未満の温度で１時間以上施し、次いで熱間圧延を総圧延率９０％以上、終了温度３１０℃以上で施して、得られる熱間圧延板の横断面における再結晶率を８０％以上とし、次いで前記熱間圧延板に冷間圧延を総圧延率３０％以上で施したのち、中間焼鈍を１００℃／分以上の急速加熱を含む４２０〜５５０℃の温度で施し、次いで仕上圧延を総圧延率３０〜６５％で施し、次いで安定化処理を１５０〜２５０℃の温度で施すことを特徴とするキャップ用アルミニウム合金板の製造方法である。

請求項１記載発明では、ＭｇおよびＦｅを適量含有し、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｃｕの含有量を適正に規制したＡｌ合金に、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、仕上圧延を適正な条件、特に、前記熱間圧延を、総圧延率９０％以上、終了温度３１０℃以上の条件で施して熱間圧延板の再結晶率を８０％以上とするので、得られるＡｌ合金板は耳率が小さくなり、そのため絞り成形時の印刷文字の曲がりが防止される。

請求項２記載発明では、前記請求項１記載発明の仕上圧延後に安定化処理を施すので、後の塗装・焼付工程で強度が急激に低下するようなことがなく、キャップの機械的性質が安定する。

本発明において、Ａｌ合金に含有されるＭｇはキャップ用Ａｌ合金板の強度向上に寄与する。Ｍｇの含有量を１．０〜２．２％に規定する理由は、１．０％未満ではその効果が十分に得られず、２．２％を超えると強度が高くなり過ぎて開栓が困難になる場合があるためである。

Ｆｅは製造条件の変動による耳率のバラツキを和らげる。特にＭｇの含有量が１．５％以上と多いときに有効である。Ｆｅの含有量が０．１％未満ではその効果が十分に得られず、特に０−１８０°耳率のバラツキが大きくなる。０．３％を超えると４５°耳率が大きくなる。

ＭｎおよびＳｉは強度向上に寄与するが、その量が多くなるといずれも金属間化合物が生成して再結晶が阻害され４５°耳率が大きくなる。前記熱間圧延温度を高めて再結晶を促進するのは、金属間化合物が粗大化して成形性が低下する。そのためＭｎは０．０５％以下、Ｓｉは０．２％以下に規定する。

Ｃｕは、Ａｌマトリックスに固溶して強度向上に寄与する。その含有量を０．２％以下に規定する理由は、０．２％を超えると、強度が高くなり過ぎて開栓が困難になる場合があるためである。

請求項１記載発明のキャップ用Ａｌ合金板は、前記組成のＡｌ合金に、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、仕上圧延をこの順に施して製造される。
前記均質化処理は合金元素の偏析を均質化するために行う。その温度を４９０℃以上、前記Ａｌ合金の融点未満の温度に規定する理由は、４９０℃未満ではＦｅ系金属間化合物が微細に分散して熱間圧延での再結晶を抑制する、或いは立方体方位の集積度を低くし、４５°耳率が大きくなるためであり、融点以上では部分的に再溶融し熱間加工性が低下するためである。また処理時間を1時間以上に規定する理由は、１時間未満では合金元素の偏析が十分均質化されず、その後の熱間圧延時に合金元素が固溶あるいは析出して８０％以上の再結晶率（再結晶粒の面積比率）が安定して得られないためである。

本発明において、熱間圧延の総圧延率を９０％以上に、終了温度を３１０℃以上に規定する理由は、いずれが規定値を外れても熱間圧延で再結晶して得られる立方体方位の集積度が低くなり、その後の冷間圧延および中間焼鈍を施しても圧延集合組織が強く残り、結果的に４５°耳が大きくなるためである。
本発明において、熱間圧延の総圧延率はできれば９５％以上が望ましい。また、熱間圧延の終了温度は、熱間圧延板の再結晶率を高めるために、あるいはその再結晶にて得られる立方体方位の集積度を高めるために、３２０〜３６０℃が特に望ましい。

熱間圧延板の再結晶率は、熱間圧延温度とともに、熱間圧延における各パスの圧延率、圧延速度、クーラントの冷却能や潤滑能などにより左右される。本発明者等は、種々検討の結果、合金組成、均質化処理条件、総圧延率および熱間圧延終了温度を本発明の範囲内に納めることにより、上記いずれの熱延条件の調整においても再結晶率を８０％以上、望ましくは８５％以上確保すれば、安定して低い耳率が得られることを見出した。

熱間圧延板では、温度分布の関係から、板厚中央部分に繊維状未再結晶組織が残るなど再結晶の進行度合いが板厚方向で異なる。そのため、本発明では、再結晶率は熱間圧延板の断面で測定する。

熱間圧延終了後の板材は、連続的にコイルに巻き取るのが生産性の面で望ましいが、所定長さに切断しても良い。

本発明において、冷間圧延の総圧延率を３０％以上に規定する理由は、３０％未満では冷間圧延時に再結晶に必要なエネルギーが十分蓄積されず、その後の中間焼鈍で再結晶が不十分になり、圧延集合組織が多量に残存して４５°耳率が大きくなるためである。

本発明では、中間焼鈍により、冷間圧延で生じた圧延集合組織を再度、再結晶集合組織に変える。その温度範囲を４２０〜５５０℃に規定する理由は、４２０℃未満では十分再結晶せず、仕上圧延で圧延集合組織が多くなり４５°耳が発生し、５５０℃を超えると粒成長により立方体方位が強くなりすぎて０−９０°耳が発生するためである。この他、４２０℃未満では、Ｍｇ、ＣｕがＡｌマトリックスに十分固溶しないため所定の強度が得られず、５５０℃を超えると結晶粒が粗大化して成形加工性が低下する。

本発明において、前記中間焼鈍での加熱速度を１００℃／分以上に規定する理由は、１００℃／分未満では立方体方位の集積度が増加して０−９０°耳率が大きくなるためである。加熱速度を１０００℃／分以上にすると結晶粒が微細化して成形加工性が向上する効果も得られる。冷却速度は十分な強度を安定して得るために１００℃／分以上が望ましい。

本発明では、仕上圧延により強度向上と耳率調整を行う。
仕上圧延の総圧延率を３０〜６５％に規定する理由は、３０％未満では広口キャップに必要な強度が十分に得られず、６５％を超えると圧延集合組織が増加して４５°耳率が大きくなり、また強度が高くなり過ぎて開栓が困難になることがあるためである。

本発明において、前記熱間、冷間、仕上圧延における総圧延率とは、圧延開始板厚と圧延終了板厚の差を圧延開始板厚で除した値の百分率である。

請求項２記載発明は、請求項１記載発明の仕上圧延後に安定化処理を行って、Ａｌ合金板が塗装・焼付工程で急激に強度低下するのを防止した製造方法である。前記安定化処理の温度を１５０〜２５０℃に規定する理由は、１５０℃未満では、その効果が十分に得られず、２５０℃を超えると、軟化が進み所定の強度が得られなくなるためである。

表１に示す組成のＡｌ合金を半連続鋳造し、得られた鋳塊に、面削、４９０℃６時間の均質化処理、開始温度４５０℃、終了温度３１０℃、総圧延率９５％の熱間圧延、総圧延率８５％の冷間圧延、加熱速度３００℃／分、到達温度４５０℃、冷却速度３００℃／分の中間焼鈍（ＣＡＬ焼鈍）、総圧延率５５％の仕上圧延をこの順に施して、厚さ０．２５ｍｍのＡｌ合金板を製造した。

得られたＡｌ合金板について機械的性質および耳率を調べた。
機械的性質はキャップとしての必要な特性値である引張強さ１７０〜２４０Ｎ／ｍｍ^２、耐力１５０Ｎ／ｍｍ^２以上、伸び５％以上を閾値として、１つでも外れたら不良と判定した。特に、広口キャップの場合は、引張強さ１９０Ｎ／ｍｍ^２以上が好ましい。

耳率は、前記Ａｌ合金板から切り出した径６１ｍｍφのブランクについて、ポンチ径３３ｍｍφ、ポンチ肩Ｒ２．５ｍｍの金型を用いて絞り試験を行って調べた。
得られた絞りカップの耳率を段落０００５に記載した方法により求めた。
耳率が２．０％以下は成形加工性が良好、２．０％を超えたら不良と判定した。
この他、各熱間圧延板の横断面を顕微鏡観察して再結晶率を調べた。再結晶率は総て８０〜８５％の範囲内にあった。

比較例１として、表１に示す本発明規定値外のＡｌ合金を用いた他は、実施例１と同じ方法によりＡｌ合金板を製造し、機械的性質、耳率および再結晶率を調べた。
実施例１および比較例１の調査結果（機械的性質と耳率）を表２に示した。
なお機械的性質および耳率がともに良好なものは総合的に良好（○）、いずれかが不良なものは総合的に不良（×）と評価した。

表１、２から明らかなように、本発明例品は、いずれも、機械的性質および成形加工性が良好で、総合的に優れ、キャップ用として好適なものであった。
これに対し、比較例１のＮｏ．ｆはＭｇが少ないため所望の強度が得られず、Ｎｏ．ｇはＭｇが多いため強度が高く開栓に難があった。また０−１８０°耳率が大きくなった。Ｎｏ．ｈはＦｅが少ないため０−１８０°耳率が大きくなり、Ｎｏ．ｉはＦｅが多いため４５°耳率が大きくなった。Ｎｏ．ｊはＭｎが多いため、Ｎｏ．ｋはＳｉが多いため、いずれも４５°耳率が大きくなった。Ｎｏ．ｌはＣｕが多かったため強度が高くなり開栓に難があった。

表１に示した本発明規定組成のＮｏ．ｄのＡｌ合金を用い、実施例１と同じ方法によりキャップ用Ａｌ合金板を製造し、機械的性質および耳率を調べた。但し、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、仕上圧延の各条件を本発明規定内で種々に変化させた（表３参照）。なお、熱間圧延の圧延開始温度、中間焼鈍の冷却速度は実施例１と同じとした。

比較例２として、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、仕上圧延の各条件のいずれかを本発明規定値外とした（表３参照）他は、実施例２と同じ方法によりキャップ用Ａｌ合金板を製造した。

実施例２および比較例２で得られた各々のＡｌ合金板について実施例１と同じ方法により機械的性質と耳率を調べ総合評価を行った。結果を表４に示した。また熱間圧延板の再結晶率を実施例１と同じ方法により調べ結果を表３に併記した。

表３、４から明らかなように、実施例２（本発明例）のＮｏ．１〜１６は、いずれも機械的性質および耳率が良好で総合的に優れ、キャップ用として好適なものであった。
これに対し、比較例２のＮｏ．３１は均質化処理温度が低いため、Ｎｏ．３２は熱間圧延の総圧延率が小さいため、Ｎｏ．３３は熱間圧延温度の終了温度が低いため、４５°耳率が大きくなった。Ｎｏ．３４は冷間圧延率が低いため、Ｎｏ．３５は中間焼鈍の到達温度が低いため、いずれも中間焼鈍後に圧延集合組織が多くなって４５°耳率が大きくなった。Ｎｏ.３５はＭｇ、Ｃｕの固溶量が少なくなり強度も低下した。Ｎｏ．３６は中間焼鈍の到達温度が高いため、Ｎｏ．３７は中間焼鈍での加熱速度が遅いため、いずれも再結晶集合組織が多くなって０−１８０°耳が大きくなった。Ｎｏ．３６は成形加工性も劣った。Ｎｏ．３８は仕上圧延率が低いためキャップに必要な強度が得られず、Ｎｏ．３９は仕上圧延率が高いため４５°耳率が大きくなった。

実施例２で製造したキャップ用Ａｌ合金板に安定化処理を１５０〜２５０℃の温度（表５参照）で4時間施した他は、実施例２と同じ方法によりキャップ用Ａｌ合金板を製造し、機械的性質および耳率を調べた。また熱間圧延板の再結晶率を調べた。

実施例３で得られた各々のＡｌ合金板について実施例１と同じ方法により機械的性質と耳率を調べ総合評価を行った。結果を表６に示した。また熱間圧延板の再結晶率を実施例１と同じ方法により調べ結果を表５に併記した。

表５、６から明らかなように、実施例３のＡｌ合金板（Ｎｏ．１７〜２２）は安定化処理を施したため、安定化処理を施さないもの（表３、４の実施例２Ｎｏ．６〜１１）に比べて強度が若干低下したが、塗装・焼付工程で強度が急激に低下するようなことがなくキャップの製造が安定して行うことができた。機械的性質および耳率も良好で総合的に優れており、キャップ用として極めて好適なものであった。

Claims

Ｍｇを１．０〜２．２質量％（以下、％と記す。）、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｍｎを０．０５％以下、Ｓｉを０．２％以下、Ｃｕを０．２％以下含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるＡｌ合金に、均質化処理を４９０℃以上、前記アルミニウム合金の融点未満の温度で１時間以上施し、次いで熱間圧延を総圧延率９０％以上、終了温度３１０℃以上で施して、得られる熱間圧延板の横断面における再結晶率を８０％以上とし、次いで前記熱間圧延板に冷間圧延を総圧延率３０％以上で施したのち、中間焼鈍を１００℃／分以上の急速加熱を含む４２０〜５５０℃の温度で施し、次いで仕上圧延を総圧延率３０〜６５％で施すことを特徴とするキャップ用アルミニウム合金板の製造方法。
Ｍｇを１．０〜２．２質量％（以下、％と記す。）、Ｆｅを０．１〜０．３％、Ｍｎを０．０５％以下、Ｓｉを０．２％以下、Ｃｕを０．２％以下含有し、残部がアルミニウムと不可避不純物からなるアルミニウム合金に、均質化処理を４９０℃以上、前記アルミニウム合金の融点未満の温度で１時間以上施し、次いで熱間圧延を総圧延率９０％以上、終了温度３１０℃以上で施して、得られる熱間圧延板の横断面における再結晶率を８０％以上とし、次いで前記熱間圧延板に冷間圧延を総圧延率３０％以上で施したのち、中間焼鈍を１００℃／分以上の急速加熱を含む４２０〜５５０℃の温度で施し、次いで仕上圧延を総圧延率３０〜６５％で施し、次いで安定化処理を１５０〜２５０℃の温度で施すことを特徴とするキャップ用アルミニウム合金板の製造方法。