JP5250078B2 - ボトル缶用アルミニウム合金板 - Google Patents
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Description
本発明に係るアルミニウム合金板は、Cuを0.10〜0.40質量%、Mgを1.30〜2.00質量%(好ましくは1.38〜2.00質量%)、Mnを0.50〜1.00質量%、Feを0.40〜0.80質量%、Siを0.10〜0.40質量%含有し、残部がAlおよび不可避的不純物から構成され、前記Mn、MgおよびFeの含有量が、5.450<{5.66×Mn(質量%)+0.667×Mg(質量%)+2.17×Fe(質量%)}<7.550の関係を満足するアルミニウム合金板であって、前記アルミニウム合金板の伸びが5.0〜8.0%以下、かつ、結晶粒の平均アスペクト比が3.0以上であり、前記アルミニウム合金板の熱処理後の0.2%耐力が270N/mm2を超え290N/mm2以下であり、前記アルミニウム合金板の耳率が−2〜+3.5%である。
(Cuの含有量:0.10〜0.40質量%)
Cuは、アルミニウム合金板の材料強度に寄与する元素である。また、ボトル缶の座屈強度は、アルミニウム合金板の材料強度に依存する。そして、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形前の熱処理後の0.2%耐力、すなわち、DI缶に対して内面印刷・焼付処理を施す際の熱処理に相当する210℃で10分間の熱処理を、アルミニウム合金板に施した後のアルミニウム合金板の0.2%耐力が重要な指標となる。
Mgは、アルミニウム合金板の材料強度に寄与する元素である。Mgの含有量が1.30質量%未満では、充分な材料強度(熱処理後の0.2%耐力)が得られず、ボトル缶の缶強度が不足する。Mgの含有量が2.00質量%を超えると、加工硬化が大きくなって材料強度(熱処理後の0.2%耐力)が高くなり過ぎて、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形時のシワ発生およびカール成形時の割れ発生による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。
Mnは、アルミニウム合金板の材料強度に寄与する元素である。Mnの含有量が0.50質量%未満では、充分な材料強度(熱処理後の0.2%耐力)が得られず、ボトル缶の缶強度が不足する。Mnの含有量が1.00質量%を超えると、材料強度(熱処理後の0.2%耐力)が高くなり過ぎて、後記するボトル缶の製造工程において、印刷・焼付処理後のネック部の延性が不足し、ネック成形時のシワ発生およびカール成形時の割れ発生による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。
Feの含有量が0.40質量%未満では、後記するボトル缶の製造工程において、DI成形の際に0−180°耳が増大し、所定の缶寸法が得難くなる。Feの含有量が0.80質量%を超えると、Al−Mn−Fe−Si系金属間化合物のサイズおよび個数密度が増大し、後記するボトル缶の製造工程において、カール成形時の割れ発生による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。
Siの含有量が0.10質量%未満では、後記するボトル缶の製造工程において、DI成形の際に45°耳が増大する。Siの含有量が0.40質量%を超えると、後記するアルミニウム合金板の製造工程において、熱間圧延時の集合組織のばらつきを招く。このようなアルミニウム合金板でボトル缶を製造すると、DI成形の際に耳率のばらつきが増大する。いずれの場合も所定の缶寸法が得難くなる。
本発明にあっては、不可避的不純物として、Crが0.1質量%以下、Znが0.5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%以下含有されても、本発明の効果が妨げられるものではなく、このような不可避的不純物の含有は許容される。
ボトル缶の製造工程において、ネック部のスジ状欠陥の発生は、Al−Mn−Fe−Si系金属間化合物のサイズおよび個数密度に影響される。そして、金属間化合物のサイズおよび個数密度は、Mn、Mg、Feの含有量に左右され、その影響度はMn、Fe、Mgの順に高くなる。Mn、Mg、Feが前記の関係を満足するときに、金属間化合物のサイズおよび個数密度が好適な範囲となり、ネック部のスジ状欠陥の発生が抑制され、カール割れも防止される。
伸びが5.0%未満では、後記するボトル缶の製造工程において、カップ成形時のシワがネック成形後もシワとして残存し、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。伸びが8.0%を超えると、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形時の加工硬化が大きく、ネック部強度が過大となって、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。なお、後記するアルミニウム合金板の製造工程において、冷間圧延の際の巻き取り温度を所定範囲に制御することによって、前記範囲の伸びを得ることが可能となる。
結晶粒のアスペクト比は、アルミニウム合金板の圧延方向の結晶粒径(L)と板幅方向の結晶粒径(ST)との比(L/ST)で定義され、その平均値である平均アスペクト比が3.0未満のとき、後記するボトル缶の製造工程において、DI成形の際に0−180°耳が増大し、所定の缶寸法が得難くなる。なお、後記するアルミニウム合金板の製造工程において、冷間加工率を所定範囲に制御することによって、前記範囲の平均アスペクト比を得ることが可能となる。
210℃で10分の熱処理を施した後のアルミニウム合金板の0.2%耐力は、ボトル缶の缶強度(座屈強度)に影響を与える。熱処理後の0.2%耐力が270N/mm2以下では、缶強度(座屈強度)が不足する。熱処理後の0.2%耐力が290N/mm2を超えると、ネック成形時のシワ発生およびカール成形時の割れ発生により不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。したがって、本発明では、210℃で10分間の熱処理を施した後の、アルミニウム合金板の0.2%耐力は270N/mm2を超え290N/mm2以下とすることが必要である。なお、アルミニウム合金に含まれるCu、Mn、Mgの含有量を所定範囲に制御することによって、前記範囲の0.2%耐力(熱処理後)を得ることが可能となる。
耳率の大小は、ボトル缶の缶寸法精度(口部寸法精度)とよく対応し、所定の缶寸法を得るには、耳率が−2〜+3.5%の範囲にあることが求められる。耳率が前記範囲内であるものは缶寸法精度が良好で、耳率が前記範囲外であるものは缶寸法精度が不良となる。なお、アルミニウム合金に含まれるFe、Siの含有量、後記するアルミニウム合金板の製造の際の均質化熱処理温度、熱間圧延時の巻き取り温度、冷間圧延時の冷間加工率を制御することによって、前記範囲の耳率を得ることが可能となる。
均質化熱処理温度が570℃未満では、次工程の熱間圧延時の集合組織のばらつきを招き、後記するボトル缶の製造工程において、DI成形の際の耳率のばらつきが増大し、所定の缶寸法が得難くなる。また、未再結晶組織の残存により、ネック成形時のシワ発生、更にはカール割れ発生を招く。均質化熱処理温度が620℃を超えると、鋳塊表面がバーニングを起こし、合金板の製造そのものができなくなる。
熱間圧延の巻き取り温度が300℃未満では、次工程の熱間圧延時の集合組織のばらつきを招き、後記するボトル缶の製造工程において、DI成形の際の耳率のばらつきが増大し、所定の缶寸法が得難くなる。また、未再結晶組織の残存により、ネック成形時のシワ発生、更にはカール割れ発生を招く。
冷間加工率が82%未満では、後記するボトル缶の製造工程において、0−180°耳が増大し、所定の缶寸法が得難くなる。冷間加工率が90%を超えると、45°耳が増大し、やはり所定の缶寸法を得難くなる。なお、冷間加工率を前記範囲に制御することによって、アルミニウム合金板の結晶粒の平均アスペクト比を所定範囲にすることが可能となる。
冷間圧延の巻き取り温度が130℃未満では、アルミニウム合金板に十分な延性が得られず、後記するボトル缶の製造工程において、カップ成形時のシワがネック成形後もシワとして残存し、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。巻き取り温度が180℃を超えると、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形時の加工硬化が大きく、ネック部の強度が過大となって、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。なお、巻き取り温度を前記範囲に制御することによって、アルミニウム合金板の伸びを所定範囲にすることが可能となる。
本発明に係るアルミニウム合金板を、図1に示すような2ピースボトル缶1に適用する場合には、図2に示すように、本発明に係るアルミニウム合金板からなるアルミニウム合金板Aに対してカッピングとDI成形とを施して、胴体部2と底部6とを備えるDI缶を製造する。次に、DI缶(胴体部2)の胴体部端部2aをトリミングにより整え、図示しない洗浄、印刷・焼付け(210℃で10分間の熱処理)を施した後に、DI缶(胴体部2)にダイネック加工等によりネッキングを施してネック部3を形成し、その開口部を口部4とする。その後、この口部4の近傍の外周にネジ成形を施してスクリューキャップ取り付け用のネジ部5を形成し、天面部8にカール成形を施してカール部7を形成することで、2ピースボトル缶1を製造することができる。
なお、本発明の必要条件を満足するものを実施例1〜6とし、本発明の必要条件を満たさないものを比較例1〜18とした。
前記のアルミニウム合金板の表面において、結晶粒の圧延方向の結晶粒径(L)と板幅方向の結晶粒径(ST)を求め、アスペクト比=(L/ST)を計算した。測定場所を変えて同様の測定を繰り返し行い(5箇所)、その平均値を平均アスペクト比とした。
前記のアルミニウム合金板からJIS5号試験片を圧延方向に採取し、この試験片を用いてJISZ2241に準拠して引張試験を行い、伸びを測定した。また、210℃で10分の熱処理(ベーキング処理)を施したアルミニウム合金板からJIS5号試験片を採取し、この試験片を用いて同様にして引張試験を行い、熱処理後の0.2%耐力を測定した。
(耳率、缶寸法精度)
前記のアルミニウム合金板から外径66mmのブランクを打ち抜き、このブランクに対してカッピングを施してカップ径40mmの絞りカップを作製した。この絞りカップのカップ高さを測定し、下式(1)に基づき耳率を測定した。下式(1)において、hXは絞りカップの高さを表す。そして、hの添数字Xはカップ高さの測定位置を示し、アルミニウム合金板の圧延方向に対してX°の角度をなす位置を意味する。そして、耳率の大小は、ボトル缶の缶寸法精度(口部寸法精度)とよく対応し、所定の缶寸法を得るには、耳率が−2〜+3.5%の範囲にあることが求められる。耳率が前記範囲内であるものを缶寸法精度が良好「○」とし、耳率が前記範囲外であるものを缶寸法精度が不良「×」とした。その結果を表2に示す。
(ネック成形性)
前記のネッキング品(サンプル数=20)において、シワまたはスジ状の欠陥の発生状況を確認することによって、ネック成形性を評価した。シワまたはスジ状の欠陥が見られなかったものを良好「○」、シワまたはスジ状の欠陥が見られたものを不良「×」とした。
前記の2ピースボトル缶(サンプル数=20)において、カール部の割れの有無を確認することによって、カール成形性を評価した。割れの発生が見られなかったものを良好「○」、1缶でも割れの発生が見られたものを不良「×」とした。
前記の2ピースボトル缶(サンプル数=10)に軸方向の圧縮荷重を負荷し、ネック部または胴体部が座屈したときの荷重を測定して、その平均値を座屈強度とした。この座屈強度は、1960N以上であるものを良好「○」、1960N未満であるものを不良「×」とした。
しかしながら、比較例13は、冷間圧延時の巻き取り温度が本発明の下限値未満であるため、伸びが本発明の下限値未満となり、ネック成形性およびカール成形性が劣るものであった。比較例14は、冷間圧延時の巻き取り温度が本発明の上限値を超えるため、伸びが本発明の上限値を超え、カール成形性が劣るものであった。
2 胴体部
3 ネック部
4 口部
5 ネジ部
6 底部
7 カール部
8 天面部
Claims (1)
- Cuを0.10〜0.40質量%、Mgを1.38〜2.00質量%、Mnを0.50〜1.00質量%、Feを0.40〜0.80質量%、Siを0.10〜0.40質量%含有し、残部がAlおよび不可避的不純物から構成され、前記Mn、MgおよびFeの含有量が、5.450<{5.66×Mn(質量%)+0.667×Mg(質量%)+2.17×Fe(質量%)}<7.550の関係を満足するアルミニウム合金板であって、
前記アルミニウム合金板の伸びが5.0〜8.0%、かつ、結晶粒の平均アスペクト比が3.0以上であり、
前記アルミニウム合金板の210℃で10分の熱処理を施した後の0.2%耐力が270N/mm2を超え290N/mm2以下であり、
前記アルミニウム合金板から外径66mmのブランクを打ち抜き、前記ブランクに対してカッピングを施してカップ径40mmの絞りカップを作製した際に、前記絞りカップのカップ高さから算出した耳率が−2〜+3.5%であることを特徴とするボトル缶用アルミニウム合金板。
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