JP4393843B2 - キャップ用アルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents
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一方、ボトル缶の場合、中身を全部飲まずに、再びキャップをしめて保管しておく場合がある。はじめに飲んだ時に、だ液などから微生物が混入し、飲み残した飲料が栄養源となって、ボトル缶内で菌の増殖が起き、ガス発生をもたらして内圧が向上し、場合によってはキャップが飛び出す現象が生じることがある。この対策として、ボトルのネジ部とキャップのネジ部の嵌合をより強固にすることが必要であり、このためにキャップの強度を高くすることが求められている。加えて、キャップのナ−ル部にスリットを形成し、このスリットからガスを放出させる構成のキャップが知られている。(例えば、特許文献2参照。)
また、この種のキャップは大量生産されるので、製造の際に材料の無駄が出ないようにすることが望ましく、板材から圧延した際に材料の無駄を生じる原因となる耳がどの程度発生するのか、また、如何に低耳率のまま良好な加工性と高い引張強さの確保ができるのかという重要な課題がある。
Fe:0.05〜0.35%
Feはアルミニウム合金の強度を向上させる。Fe含有量が0.05%未満では強度向上効果が小さく、0.35%を超えると加工性が劣化する。よってFeの含有量は0.05〜0.35%とする。更に材料強度のバラツキを低減するためには、Fe含有量を0.15〜0.30%とするのが好ましい。
Mn:0.01〜0.10%
Mnはアルミニウム合金の強度を向上させる。Mn含有量が0.01%未満ではその効果が小さく、0.10%を超えると加工性が劣化する。よってMnの含有量は0.01〜0.10%とする。材料強度のバラツキを低減するためには、Mn含有量を0.04〜0.09%とするのが好ましい。
Mgはアルミニウム合金の強度を向上させる。Mg含有量が1.5%未満では上記効果が不十分で、2.1%を超えると加工性が劣化する。よってMgの含有量は1.5〜2.1%とする。この範囲内でもMg含有量は1.6〜1.85%が好ましく、さらに好ましくは1.65〜1.8%である。
Crは耳率を低減させるために0.10%以下に規制するが、0.06%以下とするのが好ましく、0.05%以下とするのがより好ましい。
Cu:0.03%以下
Cuはアルミニウム合金の強度を向上させるが、耐食性の面から0.03%以下が好ましい。
引張強さが215MPa未満では、ボトル缶用のキャップとしての強度が不足し、270MPaを超えるとキャップに形成するネジの成形が困難となる。よって引張強さは215〜270MPaとする。この範囲内でも引張強さ230〜250MPaの範囲が好ましい。ここでボトル缶用のキャップとしての強度とは、単なるキャップ材としての強度ではなく、先に説明したボトル缶内部でガス発生した場合にキャップの周壁にスリットを形成してそのスリットからガス抜きを行う場合に、必要な強度となる。
即ち、ボトル缶で高圧ガスが発生してもネジ部が緩まない状態で強固にネジ嵌合してネジ部が外れない、キャップの浮き上がりを防止するために必要な強度を有すると同時に、キャップの天面が変形して変形した天面がキャップ周壁を引張り、キャップ周壁のスリットを押し広げてガス抜きをスムーズに行うために必要な強度を意味する。ここでキャップの材料強度が不足すると、キャップ周壁のスリットが開くことなくキャップの天面のみが変形してしまい、キャップ周壁のスリットからのガス抜きが満足になされなくなるので好ましくない。
材料としての伸びが3.0%未満ではキャップ形成時の成形性が劣化する。よって、伸びは3.0%以上とすることが好ましい。
耳率:3.5%以下
本発明では耳率を3.5%以下に低く抑えながら上記引張強さにすることができる。耳率が3.5%を超えると材料ロスが多くなる。よって耳率は3.5%以下とすることが好ましい。
最終的には最終冷間圧延で目的の引張強さを得るが、最終冷間圧延後に、最終調質焼鈍(安定化焼鈍)を行う。調質焼鈍を行わないと伸びが出ない。また、この処理温度が160℃未満では、強度が安定化せず、また、キャップとしての塗装焼き付け(200℃程度)を施した時にアルミニウム板が軟化し、230℃を超えると素材強度が低下する。よって最終調質焼鈍は160〜230℃で行うものとする。この範囲内でも好ましくは200〜230℃である。加熱方法はバッチ式でも急速加熱方式でもよい。加熱時間はバッチ式では1〜10時間程度、急速加熱方式では1〜60秒程度である。
その後の冷間圧延を容易にするために行う。通常、バッチ式の焼鈍であれば、300〜450℃で1〜10時間程度、急速加熱方式であれば400〜590℃で1〜60秒程度であればよい。
均質化処理:450〜590℃
均質化処理は行わなくてもよいが、行った方が好ましく、均質化処理を行うことで加工時の耳率が安定化する。450℃未満ではその効果が小さく、590℃を超えると、材料の溶融の危険がある。よって均質化温度は、450〜590℃の範囲とする。また、均質化処理を行った方が大量製造した場合にロット間での耳率の安定化を図ることができる。
本発明では低い耳率を維持しながら引張強度を向上させることができる。50%以下では強度が不十分となり、80%を超えると耳率が高くなる。例えば、板厚0.6mmから0.25mmに加工した場合の最終冷間圧延率は58%、板厚0.8mmから0.25mmにした場合の最終冷間圧延率は69%であるが、どちらの場合においても耳率が低く、冷間圧延率が高い方が引張強さが向上する。よって最終冷間圧延率は50超〜80%、より好ましくは65〜80%とする。
本発明のキャップ材は製造方法が限定されるものではない。上記により得られたキャップ材は、必要に応じてリン酸クロメート処理などの表面処理を施した後、絞り加工等により、キャップに成形される。
また、得られた各試料の引張強さと伸びと耳率を測定した結果を表2に示す。また、最終調質焼鈍の時間は4時間とし、耳率は直径62mmのブランクを33.8mmポンチで絞って形成した絞りカップの耳高さから算出した。
表1の比較例1はMg含有量を2.5%と多くした例であるが、表2に示すように引張強さが異常に上昇した。このように引張強さが強くなりすぎると、キャップとした場合のネジの成形が困難となる問題を有する。
表1の比較例2はMg含有量を1.1%と少なくした例であるが、表2に示すように引張強さが低下した。表1の比較例3はCr含有量を0.25%と多くした例であるが、表2に示すように耳率が高くなった。
表1の比較例4は最終冷間圧延率を85%とした例であるが、最終冷間圧延率が高すぎて表2に示すように耳率が高くなった。
表1の比較例5は最終冷間圧延率を45%とした例であるが、最終冷間圧延率が低すぎて表2に示すように引張り強さが低くなり、耳率が高くなった。
表1の比較例6は最終調質焼鈍を270℃で行った例であるが、処理温度が高すぎて表2に示すように引張強さが低下した。表1の比較例7は最終調質焼鈍を行わなかった例であるが、伸びが低くなった。
Claims (4)
- 重量%でMg:1.6〜2.1%、Fe:0.05〜0.35%、Cu:0.03%以下、Mn:0.01〜0.10%、Cr:0.06%以下、Si:0.2%以下、Zn:0.15%以下、Ti:0.10%以下、を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなる組成を有し、引張強さが215〜270MPa、伸びが6.1%以上、耳率が3.5%以下であることを特徴とするボトル缶スクリューキャップ用アルミニウム合金板。
- Mg:1.7〜1.9%であり、引張強さが220〜248MPa、伸びが6.1〜8.2%、耳率が2.6%以下であることを特徴とする請求項1に記載のボトル缶スクリューキャップ用アルミニウム合金板。
- 重量%でMg:1.6〜2.1%、Fe:0.05〜0.35%、Cu:0.03%以下、Mn:0.01〜0.10%、Crを0.06%以下、Si:0.2%以下、Zn:0.15%以下、Ti:0.10%以下、を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなる組成を有し、引張強さが215〜270MPa、伸びが6.1%以上、耳率が3.5%以下であることを特徴とするボトル缶スクリューキャップ用アルミニウム合金板の製造方法であって、
スラブに熱間圧延、冷間圧延を必要回数行って最終板厚のキャップ用アルミ合金板とするとともに、最終冷間圧延を圧下率58〜80%で行い、該最終冷間圧延後に180〜230℃の最終調質焼鈍を行うことを特徴とするボトル缶スクリューキャップ用アルミニウム合金板の製造方法。 - 請求項3に記載のボトル缶スクリューキャップ用アルミニウム合金板の製造方法において、ボトル缶スクリューキャップ用アルミニウム合金板として、前記組成の内、Mg:1.7〜1.9%を含有し、引張強さが220〜248MPa、伸びが6.1〜8.2%、耳率が2.6%以下のボトル缶スクリューキャップ用アルミニウム合金板を製造する方法であって、
前記最終冷間圧延を圧下率65〜80%で行い、該最終冷間圧延後に180〜200℃の最終調質焼鈍を行うことを特徴とするボトル缶スクリューキャップ用アルミニウム合金板の製造方法。
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