JP5676870B2 - 再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
また、飲料缶の軽量化やデザイン性の面から、缶高さと缶胴比を従来の飲料缶より大きくしたいとの要求もある。従来の製造方法では、このカップ径/接地径(接地部12bが描く円の径)=1.7、カップ径/缶胴径=1.3程度が代表的であった。ここで一般的な飲料缶の缶胴成形は、2回絞り加工(深絞り+再絞り)で実施されており、缶高さと缶胴径の比を大きくするためには、再絞り比を大きくする必要がある。従ってこの場合も再絞り成形時に缶底での破断が発生し易くなる問題がある。
更に、従来の缶に比べて缶胴を細くした細長い缶を新規デザインの要望などに応じて作成する場合、上記の絞り比がどうしても大きくならざるを得ない問題がある。
また、そのようなアルミニウム合金板を製造するために、この種のアルミニウム合金板の製造方法について研究したところ、中間焼鈍として連続焼鈍を用い、最終冷間圧延後に所定の条件で仕上焼鈍を行うことで析出強化と回復の相互効果により、従来の材料に比べて引張強さと耐力との差異が大きく、伸び率が高く、再絞り性に優れた材料を開発できることを知見し、本願発明に到達した。
本発明の再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板において、前記飲料缶は、カップ径と接地径の比が1.94以上2.23以下、かつカップ径と缶胴径の比が1.44以上1.67以下の飲料缶であることを特徴とする。
本発明の再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板において、前記飲料缶は、ベーキング後の座屈強度が1735N以上1774N以下、ベーキング後の耐圧強度が746kPa以上760kPa以下であることを特徴とする。
本発明の再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板は、口径が34mm以上のボトル缶用であることを特徴とする。
本発明は先に記載の再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板を製造するに際し、鋳造で得たスラブに対し、熱間圧延、冷間圧延によって中間板厚まで加工されたアルミニウム合金板に、加熱速度10〜200℃/秒、保持温度500〜570℃、保持時間1〜30秒、冷却速度10〜200℃/秒の連続焼鈍を施し、次いで圧延率45〜80%で最終板厚まで最終冷間圧延を行った後、120℃以上に30分以上保持する状態を確保する冷却を行うことを特徴とする。
本発明の製造方法によれば、中間焼鈍として連続焼鈍を用い、最終冷間圧延後に所定の温度域で所定時間以上保持する仕上焼鈍となる熱処理を行うか、あるいは、最終冷間圧延後に所定温度域に所定時間保持する冷却を行うことで析出強化と回復の相互効果により、従来の材料に比べて引張強さと耐力との差異が大きく、伸び率が高く、再絞り性に優れた缶胴用アルミニウム合金板を製造することができる。
本発明の一実施形態に係る缶胴用アルミニウム合金板においてその組成は、質量%でSi:0.1〜0.5%、Fe:0.3〜0.7%、Cu:0.05〜0.5%、Mn:0.5〜1.5%、Mg:0.4〜1.5%、Cr:0.001〜0.05%、Zn:0.05〜0.5%、Ti:0.001〜0.05%を含有し、残部が不可避不純物とされている。なお、本願明細書において特に指定しない限り組成比の上限値と下限値を〜で結んで表示する場合、下限値以上、上限値以下を示すものとする。よって、Si:0.1〜0.5%と表記した場合は、Si含有量が0.1質量%以上、0.5質量%以下の範囲を示す。
Fe及びCrは結晶の微細化と、しごき成形加工時にダイスに対する焼き付きを防止する効果を発揮する。Feの場合には含有量が0.3%未満では所望の効果が得られず、一方、Fe含有量が0.7%を越えると脆くなり加工性が劣化する。従ってFeの適正含有量は、0.3〜0.7%と設定する。Crの場合には、Cr含有量が0.001%未満では所望の効果が得られず、一方、Cr含有量が0.05%を越えると脆くなり加工性が劣化する。従ってCrの適正含有量は、0.001〜0.05%とする。
CuはMgと金属間化合物を形成し、固溶硬化、析出硬化、分散硬化作用を及ぼす。Cu含有量が0.05%未満ではこれらの効果が乏しく、またCu含有量が0.5%を越えると加工性が劣化する。従って、Cuの適正な含有量は0.05〜0.5%に設定する。
Tiは結晶粒を微細化し、加工性を改善する効果を発揮する。Ti含有量が0.001%未満ではこれらの効果が発揮されず、また0.05%を越えると粗大な化合物ができて、加工性が劣化する。従って、Tiの適正な含有量は0.001〜0.05%とする。
また、そのようなアルミニウム合金板を製造するために、この種のアルミニウム合金板の製造方法において、中間焼鈍として連続焼鈍を用い、最終冷間圧延後に所定の条件で仕上焼鈍を行うことで析出強化と回復の相互効果により、従来の材料に比べて引張強さと耐力との差異が大きく、伸び率が高く、再絞り性に優れた材料を提供することができる。
即ち、前記組成比のアルミニウム合金板を製造するには、溶製したスラブを熱間圧延加工し、熱間圧延仕上板厚を例えば2.6mmとしてから、中間冷間圧延加工し、中間焼鈍、最終冷間圧延を経て最終熱処理を行って缶用としての板厚、例えば、0.35mmの板厚とすることが好ましい。
前記中間冷間圧延を行う場合の圧延率は40〜90%の範囲であることが好ましい。
前記中間焼鈍を行う場合の温度は500〜570℃の範囲、1〜30秒の範囲であることが好ましい。
前記最終冷間圧延を行う場合の圧延率は45〜80%の範囲、最終冷間圧延仕上温度は140℃以上であることが好ましく、この場合に120℃以上に30分以上保持する状態を確保する冷却を行うことが好ましい。
また、前記最終冷間圧延を行った後、保持温度120〜180℃に30分以上保持する最終熱処理を施すことが好ましい。この最終熱処理の際の保持温度範囲を前記範囲から外れるように120℃よりも低くした場合、十分な底抜け性の改善が見られない。
また、180℃を越える温度で最終熱処理を行うと、底抜け性の改善効果はそれ以上に増加せず、場合によっては若干減少傾向を示し、また、消費エネルギー的にも無駄が多くなる。
以下の表1に示す組成比の合金スラブを溶製し、表2に示すNo.1〜No.7、No.10の試料は、熱間圧延加工により板厚2.6mmのアルミニウム合金板を作製し、このアルミニウム合金板に圧延率58%の中間冷間圧延を施し、板厚1.1mmのアルミニウム合金板を作製し、このアルミニウム合金板に連続焼鈍炉(CAL)にて以下の表2に示す温度、保持時間の条件にて中間焼鈍を行った。
この後、表2に示す圧延率、仕上温度、仕上板厚にて最終冷間圧延を行い、必要に応じて表2に示す最終熱処理を行って飲料缶用のアルミニウム合金板を得た。
表2に示すNo.1〜7、10の試料は、熱間圧延仕上温度280℃で板厚2.6mmとした試料、No.8、9の試料は、熱間圧延仕上温度320℃で板厚2.0mmとし、中間焼鈍を行わなかった試料である。
表3に示す座屈強度とは、DI缶にベーキング処理(210℃10分)を施した後、缶軸方向に圧縮荷重を負荷し、缶底部(図2の底部12)が座屈した時の平均荷重(サンプル数n=10)を示し、耐圧強度とは、DI缶にベーキング処理(210℃10分)を施した後、缶胴内部にエアー圧をかけて、缶底のドーム部12a(図2参照)が反転した時の平均圧力(サンプル数n=10)を示す。
表4に示す結果は、DI加工を施す場合に、図1に示すカップ状体W1とした場合のカップ径(外径)と、図2に示す缶状体15とした場合の缶胴径(外径)と、接地部の径(接地円の直径)と、カップ径/接地径と、カップ径/缶胴径と、缶高さ/缶胴径と、接地部R径(接地部アール径)について設定条件を実施条件として以下の表5に記載した条件の場合に得られた結果である。
No.6の試料にあっては、実施条件F、Hにて若干底抜けを生じたが、その他の条件A〜E、Gにおいて100缶製缶して1缶も底抜けを生じない、優れた底抜け性を示した。
この点に鑑み、接地部R径を小さくしても、実施条件に広く対応することができる、No.4、6のアルミニウム合金板試料が有望であり、これらの試料は、表3に示す如く引張強さ−耐力(TS−YS:MPa)の値が30MPaを越える試料であり、伸びが6.0%を越える試料であり、AB耐力が240MPa以上の試料であり、缶強度における座屈強度と耐圧強度においても優れている。また、No.5のアルミニウム合金板試料は最終熱処理温度が190℃と高いために、缶強度における座屈強度と耐圧強度においてNo.4、6のアルミニウム合金板試料より若干劣る結果となった。
なお、カップ径/接地径の上限は2.5が好ましく、カップ径/缶胴径の上限は1.8が好ましい。
No.1の試料は表3に示す如く伸びが不足し、TS−YSの値が低く、再絞り成形性に劣り、座屈強度、耐圧強度とも低くなっている。これに対し、No.6の試料は、伸びが高く、TS−YSの値が高く、再絞り成形性に優れ、座屈強度、耐圧強度とも高くなっている。
No.7の試料は中間焼鈍を500℃未満の470℃で施した試料であるが、伸びが不足し、TS−YSの値が低く、再絞り成形性に劣り、座屈強度、耐圧強度とも低くなっている。
No.8、9の試料は中間冷間圧延と中間焼鈍を行っていない試料であるが、伸びが不足し、TS−YSの値が低く、再絞り成形性に若干劣り、座屈強度、耐圧強度とも低くなっている。
Claims (7)
- 缶胴の底部に凸型の接地部が形成されてなり、その接地部のR径が2.0mm以下の飲料缶に用いられるアルミニウム合金板であって、
前記飲料缶は、前記アルミニウム合金板をカッピング加工によりカップ状体としてからDI加工により有底円筒状体とし、金型による成形加工により缶胴の底部に凸型の接地部が形成され、カップ径と接地径の比が1.85以上2.5以下、かつカップ径と缶胴径の比が1.40以上1.8以下の飲料缶であり、
質量%でSi:0.1〜0.5%、Fe:0.3〜0.7%、Cu:0.05〜0.5%、Mn:0.5〜1.5%、Mg:0.4〜1.5%、Cr:0.001〜0.05%、Zn:0.05〜0.5%、Ti:0.001〜0.05%を含有し、残部が不可避不純物を含み、スラブ鋳造と熱間圧延と冷間圧延により得られ、引張強さが307MPa以下であり、引張強さと耐力の差が36MPa以上であり、かつ伸び率が6%以上であり、AB耐力が240MPa以上であることを特徴とする再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板。 - ベーキング後の伸び率が7.1%以上であることを特徴とする請求項1に記載の再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板。
- 前記飲料缶は、カップ径と接地径の比が1.94以上2.23以下、かつカップ径と缶胴径の比が1.44以上1.67以下、缶高さ/缶胴径2.1以上2.3以下の飲料缶であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板。
- 前記飲料缶のベーキング後の座屈強度が1735N以上1774N以下、ベーキング後の耐圧強度が746kPa以上760kPa以下である請求項3記載の再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板。
- 口径が34mm以上のボトル缶用であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板を製造するに際し、
鋳造で得たスラブに対し、熱間圧延、冷間圧延によって中間板厚まで加工されたアルミニウム合金板に、加熱速度10〜200℃/秒、保持温度500〜570℃、保持時間1〜30秒、冷却速度10〜200℃/秒の連続焼鈍を施し、次いで圧延率45〜80%で最終板厚まで最終冷間圧延を行った後、保持温度120〜180℃に30分以上保持する最終熱処理を施すことを特徴とする缶胴用アルミニウム合金板の製造方法。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の再絞り成形性に優れた缶胴用アルミニウム合金板を製造するに際し、
鋳造で得たスラブに対し、熱間圧延、冷間圧延によって中間板厚まで加工されたアルミニウム合金板に、加熱速度10〜200℃/秒、保持温度500〜570℃、保持時間1〜30秒、冷却速度10〜200℃/秒の連続焼鈍を施し、次いで圧延率45〜80%で最終板厚まで最終冷間圧延を行った後、120℃以上に30分以上保持する状態を確保する冷却を行うことを特徴とする缶胴用アルミニウム合金板の製造方法。
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