JP6684568B2

JP6684568B2 - 異方性とネック成形性に優れた飲料缶ボディ用または飲料ボトル缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法

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Publication number: JP6684568B2
Application number: JP2015211087A
Authority: JP
Inventors: 齊藤　充; 充齊藤; 黒木　俊博; 俊博黒木; 原田　俊宏; 俊宏原田
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date: 2015-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2035-10-27
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Description

本発明は、異方性とネック成形性に優れた飲料缶ボディ用または異方性とボトルネック成形性に優れた飲料ボトル缶ボディ用のアルミニウム合金板の製造方法に関する。

飲料用アルミニウム缶の缶ボディには、ＪＩＳ３００４（ＡＡ３００４）またはＪＩＳ３１０４合金などの、Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金硬質板が用いられている。同合金硬質板には、容器として使用するために必要な強度や耐食性、美麗な外観、優れた成形性などが要求される。
前記合金硬質板は、一般的なアルミニウム合金板と同様に、溶解・鋳造・均質化・熱間圧延・冷間圧延等の工程を経て製造される。そして通常、缶ボディ各部の強度や成形性のバランスが最適な３／４硬質〜特硬質に調質されている。即ち、アルミニウム合金板を圧延途中に一旦再結晶させ、軟質状態とした後、圧下率５０〜９０％程度の冷間圧延を行い、主として加工硬化により適度な強度としている。

最近の工業的な冷間圧延機を用いてアルミニウム合金板を圧延した場合、圧延による発熱で材料温度が高くなるため、圧延のままでも十分な延性が得られる。従って、通常、アルミニウム合金板は圧延のままの調質（Ｈ１６〜Ｈ１９）で用いられる。アルミニウム合金板の圧延速度が遅い場合など十分な延性が得られない場合などには、安定化焼鈍を施して、Ｈ３Ｘ調質でアルミニウム合金板を用いることも考えられる。
しかし、アルミニウム合金の圧延板の機械的性質に異方性があると、缶ボディを成形する際の成形性を阻害したり、成形後の缶ボディの対称性が低下したり、材料の使用歩留まりが低下するなどの問題がある。圧延板の異方性は、結晶粒の方位分布（集合組織）に依存する。そこで、冷間圧延による集合組織の変化を考慮し、冷間圧延前の再結晶で生じる集合組織を制御することにより、アルミニウム合金圧延板の異方性を低減することが可能になると考えられる。

上述の観点から、アルミニウム合金圧延板の異方性を制御するために、冷間圧延前の再結晶をどのように制御するかが重要であり、この観点から、アルミニウムの缶ボディ材の製造方法は、以下の３種に分類することができる。
（１）熱間圧延→再結晶→最終冷延
第１の方法は、熱間圧延で比較的薄肉の例えば３ｍｍ以下のアルミニウム合金板材に圧延し、熱間圧延後、コイルに巻取った状態でそのまま再結晶させ、あるいは、人工的に焼鈍を施して再結晶させた後、冷間圧延を行う方法である。
（２）熱間圧延→低圧下冷延→再結晶→最終冷延
第２の方法は、熱間圧延で比較的薄肉の例えば３ｍｍ以下のアルミニウム合金板材に圧延し、その後比較的低圧下の、例えば以下の特許文献１に記載のように、アルミニウム合金板材に６〜１５％の冷間圧延を行った後、焼鈍を施し、最後に圧下率９０％程度の最終冷間圧延を実施する方法である。
（３）熱間圧延→冷間圧延→連続焼鈍炉を用いた再結晶→比較的低圧下の最終冷延
第３の方法は、アルミニウム合金板材の熱間圧延後、第一冷間圧延を行い、その後、連続焼鈍炉を用いて、比較的高温に急速加熱し、その後急速冷却する焼鈍を行い、最後に比較的低圧下率の例えば６０％程度の冷間圧延を行う方法である。

上述の製造方法の他に、アルミニウム合金のスラブに対し熱間粗圧延と熱間仕上圧延を行うに際し、熱間粗圧延の開始温度を規定し、厚み２００ｍｍ〜１５０ｍｍの各パスの圧下量と１５０ｍｍ〜１５ｍｍの各段階の温度制御により再結晶を促進し、熱間仕上圧延における最終パスまでの温度制御、上がり温度、上がり板厚を制御することでＤＩ缶のＤＩ加工時の成形性と塗装焼付け後の成形性に優れさせたアルミニウム合金板の製造方法が知られている（特許文献２参照）。
また、アルミニウム合金鋳塊に対し熱間圧延後に８０％以上の圧延率で冷間圧延し、冷間圧延後の出側温度が１４０〜１５０℃の場合に１１０℃まで５℃／時間以下の冷却速度を選択し、出側温度が１５０〜１８０℃の場合に１１０℃まで３０℃／時間以下の冷却速度で冷却する容器用アルミニウム合金板の製造方法が知られている（特許文献３参照）。

特許第３６４４８１９号公報特許第３６４４８１８号公報特許第３７４８４３８号公報

ところで、アルミニウム缶に対する低価格化の要求は厳しく、このため材料使用量を出来るだけ低減する試みが、続けられている。しかし、素材板厚を薄くすると、成形性と異方性をバランスさせることが難しくなるので、成形性と異方性を良好にバランスさせるという要望が高くなっている。
例えば、アルミニウム合金板の異方性を制御するには、タンデム式の熱間仕上げ圧延機を用いることが有効であり、シングルミルリバース式の熱間仕上げ圧延機では十分な立方晶方位を得ることが容易ではなく、異方性の制御が難しいという問題がある。

また、先に記載の（１）の方法と（２）の方法を比較すると、（２）に記載の方法では、（１）に記載の方法に比べて比較的低圧下の冷間圧延という処理が追加されるが、この冷間圧延処理により焼鈍時の立方体集合組織の発達を促進できる利点を有する。
本発明者らは、シングルミルリバース式の熱間仕上げ圧延機を用いて飲料用のアルミニウム缶を製造する条件について種々研究を重ねた結果、冷間圧延前に十分な立方体方位を形成することができ、飲料缶用アルミニウム合金板の異方性の制御を実現できる製造方法を見出し、本願発明に到達した。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、異方性とネック成形性に優れた飲料缶ボディ用または異方性とボトルネック成形性に優れた飲料ボトル缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法の提供を目的とする。

本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法は、質量％で、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｆｅ：０．３５〜０．５５％、Ｃｕ：０．１５〜０．４８％、Ｍｎ：０．８〜１．１５％、Ｍｇ：０．６０〜１．６０％を含有し、更に、Ｃｒ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．２５％以下、Ｔｉ：０．１０％以下のうち、少なくとも１種または２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を溶製し、半連続鋳造して得た鋳塊を均質化処理および均熱処理を経て熱間粗圧延により２０〜１６ｍｍの熱間粗圧延板とした後、続いて１パス目出側温度を３８０℃以下、２パス目出側温度を３４０℃以下、３パス目出側仕上げ温度を２４０〜３００℃とする、熱間仕上げ圧延を行った後、保持温度３３０〜３６０℃で保持時間２〜５時間のバッチ焼鈍を行い、次いで圧下率を８０〜９５％とする冷間圧延を行い、板厚０．２１０〜０．４７ｍｍ、焼付け後の耐力２３０〜３２０Ｎ／ｍｍ２のアルミニウム合金板を得ることを特徴とする。

本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法において、前記冷間圧延後、保持温度１２０〜１４０℃、保持時間２〜４時間の条件で最終安定化焼鈍を行うことが好ましい。

本発明の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法は、ＳｉとＦｅとＣｕとＭｎとＭｇを特定範囲含有し、更にＣｒ、Ｚｎ、Ｔｉの少なくとも１種以上を特定量以下含有した組成のアルミニウム合金を溶製し、熱間粗圧延により２０〜１６ｍｍの圧延板とした後、１〜３パスを規定の出側温度に制御する熱間仕上げ圧延を施し、特定条件のバッチ焼鈍後、圧下率８０〜９５％の最終冷間圧延を施して板厚０．２１０〜０．４７ｍｍ、焼付け後特定範囲の耐力とすることにより、異方性とネック成形性の両方に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板を提供することができる。
また、最終冷間圧延後に保持温度、保持時間を制御した安定化焼鈍を行うことにより、異方性とネック成形性または異方性とボトルネック性に更に優れた飲料缶ボディ用アルミニウム合金板を提供できる。

本発明に係る製造方法を実施する際に、熱間圧延工程において用いる装置と工程を示す説明図。ＤＩ缶の製造方法の一例を示す工程図。ＤＩ缶の一例を示す部分断面図。

以下、本発明に係る異方性とネック成形性に優れた飲料缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法の各実施形態について説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に制限されるものではない。
初めに、本実施形態で用いる缶ボディ用アルミニウム合金板の組成について説明する。
本実施形態の缶ボディ用アルミニウム合金板は、質量％で、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｆｅ：０．３５〜０．５５％、Ｃｕ：０．１５〜０．４８％、Ｍｎ：０．８０〜１．１５％、Ｍｇ：０．６０〜１．６０％以下を含有し、残部が不可避的不純物を含むＡｌからなる組成のアルミニウム合金からなる。また、前記組成比のアルミニウム合金に、更に、Ｃｒ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．２５％、Ｔｉ：０．１０％以下のうち、１種または２種以上を含有するアルミニウム合金を用いても良い。
以下、本実施形態で使用するアルミニウム合金の組成限定理由について説明する。
なお、本明細書において記載する各元素の含有量は、特に限定しない限り質量％であり、また、特に規定しない限り上限と下限を含むものとする。例えば０．３５〜０．５５％とする表記は０．３５％以上０．５５％以下を意味する。

「Ｓｉ：０．３５％以下」
Ｓｉは、同時に含有するＭｇと化合物を形成し易く、固溶硬化作用、分散硬化作用および析出硬化作用を有する他、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅなどと化合物を形成し、成形時のダイスに対する焼付きを防止する効果がある。Ｓｉの含有量は、０．３５質量％を越えると加工性が劣化して不都合である。
「Ｆｅ：０．３５〜０．５５％」
Ｆｅは、結晶の微細化および成形時のダイスに対する焼付きを防止する効果がある。Ｆｅの含有量は、０．３５質量％未満では所望の効果が得られず、０．５５質量％を越えると加工性を劣化させる。

「Ｃｕ：０．１５〜０．４８％」
Ｃｕは、Ｍｇと化合物を形成し易く、固溶硬化、分散硬化および析出硬化に寄与する。
Ｃｕの含有量は、０．１５質量％未満では所望の効果が得られず、０．４８質量％を越えると加工性を劣化させる。
「Ｍｎ：０．８〜１．１５％」
Ｍｎは、Ｆｅ、Ｓｉ、Ａｌなどと化合物を形成し易く、晶出相および分散相となって分散硬化作用を現すと共に成形時のダイスに対する焼付きを防止する効果がある。Ｍｎの含有量は、０．８質量％未満では所望の硬化特性が得られず、１．１５質量％を越えると加工性が劣化する。
「Ｍｇ：０．６〜１．６０％」
Ｍｇは、固溶体強化作用を有し、圧延による加工硬化性を高めるとともに、前記Ｓｉや前記Ｃｕと共存することによって分散硬化と析出硬化作用を現す。Ｍｇの含有量は、０．６質量％未満では所望の効果が得られず、１．６０質量％を越えると加工性を劣化させるようになる。

本実施形態で用いるアルミニウム合金において、前記Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇの主要成分に加え、以下のＣｒ、Ｚｎ、Ｔｉのいずれか１種または２種以上を含有しても良い。
「Ｃｒ：０．０５％以下」
Ｃｒは結晶の微細化と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。Ｃｒの含有量は、０．０５質量％を越えると脆くなり加工性が劣化する。

「Ｚｎ：０．２５％以下」
ＺｎはＭｇ、Ｓｉ、Ｃｕの析出物を微細化する作用を有する。Ｚｎの含有量は、０．２５質量％を越えると加工性と耐食性を劣化させる。
「Ｔｉ：０．１０％以下」
Ｔｉは、結晶粒を微細化して加工性を改善する効果がある。ただし、Ｔｉの含有量は０.１０質量％を越えると粗大な化合物を生成し、逆に加工性を劣化させる。

＜缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法＞
次に、本実施形態に係る異方性とネック成形性に優れた飲料缶ボディ用または異方性とボトルネック性に優れた飲料ボトル缶ボディ用のアルミニウム合金板の製造方法の実施の形態について説明する。
本実施形態の缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法においては、前記組成のアルミニウム合金を溶製し、鋳造して得た鋳塊に対して均質化処理、均熱処理を施した後、熱間粗圧延およびそれに続く熱間仕上げ圧延による熱間圧延を行い、バッチ焼鈍を施し、さらに圧下率８０〜９５％の冷間圧延を行うことにより所望の板厚の缶ボディ用アルミニウム合金板を得る。
更に、前記の工程に加え、保持温度１２０〜１４０℃、保持時間２〜４時間の条件で安定化焼鈍を行うこともできる。
以下、本実施形態の異方性とネック成形性に優れた飲料缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法について工程順に説明する。

「鋳造」
前記組成のアルミニウム合金を溶解後、常法に従ってアルミニウム合金溶湯から鋳塊を鋳造するが、鋳造に先立ち、アルミニウム合金を溶製した際に、水素ガスや酸化物などの介在物を除去し、半連続鋳造法により鋳塊を得る。
このときの凝固速度は通常、５〜２０℃／秒とされる。鋳造された鋳塊の厚さは、例えば５００〜６００ｍｍ程度とすることができる。
次に、面削を行い、鋳塊の表面を１〜２５ｍｍ程度切削し、面削体を作製する。なお面削は後述する均質化処理の後に行っても良い。

「均質化処理」
次に、作製した面削体に均質化処理を施す。均質化処理は一般に、溶湯の凝固によって生じたミクロ偏析の均質化、過飽和固溶元素の析出、凝固によって形成された準安定相の平衡相への転移などのために行われる。
均質化処理においては、均質化温度を５５５〜６０５℃の範囲内とすることが重要である。均質化温度が５５５℃未満では後述の連続焼鈍の効果が得られず、後述の熱間圧延工程や第１冷間圧延工程においてクラックが発生し易く、最終板材の耳率が高くなる。また、均質化温度が６０５℃を超えると、鋳塊が溶融するおそれがある。

均質化処理において、面削体は１００℃／時以下の加熱速度で均質化温度まで加熱することが好ましい。加熱速度が１００℃／時を超えると、部分的に溶融を生じるおそれがある。
また、均質化処理において、均質化温度に保持する時間（均質化時間）は４時間以上１０時間以下とすることが好ましい。均質化時間が４時間未満では、均質化が充分に進行しない場合がある。しかし、均質化時間が長すぎても効果はなく生産効率が低下する。以上の観点から、好ましい均質化時間は４〜１０時間の範囲内である。この均質化処理は、均質化時間が比較的長いので、通常、バッチ方式の炉中に置くことで行われる。
本実施形態において、均質化処理の後さらに面削体を５００〜５５５℃まで冷却し、所定時間保持する均熱処理後、熱間圧延を開始する。５００〜５５５℃の温度範囲での保持時間（均熱時間）は、１時間以上、例えば１〜１０時間程度行うことができる。

「熱間圧延」
熱間圧延は、熱間粗圧延およびそれに続く熱間仕上げ圧延からなり、本実施形態においては、シングルミルのリバース式熱間仕上圧延機を使用して熱間仕上げ圧延を行うことが好ましい。
熱間圧延工程においては、図１に示すように、熱間粗圧延機２０を用いて板厚２０〜１６ｍｍ程度まで熱間粗圧延した後、熱間仕上圧延機３０を用いて板厚２〜７ｍｍまで熱間圧延する。

図１に示す熱間粗圧延機２０は、例えば上下のワークロール２１、２２、およびバックアップロール２３、２４と、複数の搬送ローラが配列された搬送路４、６を備え、搬送されてきたアルミニウム合金の板材５をワークロール２１、２２間を通過させて目的の厚さに圧延する装置である。
図１において、ワークロール２１、２２の左右両側の搬送路４、６から繰り返しアルミニウム合金の板材５をワークロール２１、２２に供給して順次粗圧延することにより、熱間粗圧延機２０は板材５を必要な厚さまで圧延して板材７とすることができる。

図１に示す熱間仕上圧延機３０は、シングルミルのリバース式熱間仕上圧延機であり、例えば上下のワークロール３１、３２およびバックアップロール３３、３４と、これらロールの入り側に設置されたリール型の送出巻取装置３５と、出側に設置されたリール型の送出巻取装置３６とを具備してなる。この熱間仕上圧延機３０は、送出巻取装置３５から送り出してワークロール３１、３２間を通過させて熱間圧延した板材を送出巻取装置３６で巻き取る操作と、送出巻取装置３６から再度ワークロール３１、３２間を通過させて熱間圧延した板材を送出巻取装置３５で巻き取る操作を繰り返し必要回数行うとともに、圧延操作の度に徐々にワークロール３１、３２間の間隔を調節することにより、アルミニウム合金の板材を目的の板厚まで熱間仕上圧延する装置である。

前記均熱処理後、均熱炉から取り出したスラブは通常直ちに熱間粗圧延を開始するが、スラブ温度が５００℃未満にならなければ、熱間粗圧延開始を遅延してもよい。熱間粗圧延のパス数は、鋳塊（スラブ）厚さ、仕上げ厚さ、スラブ幅、合金組成などに依存するが、十数パス〜二十数パスの範囲が一般的である。
熱間粗圧延は、圧延材が厚い間は、通常圧延機の前後に搬送テーブルが設置された１スタンド式粗圧延機（図１に示す熱間粗圧延機２０）を用いて圧延する。しかし、板が薄くなると、必要な搬送テーブル長が長くなり、板の自重によるたるみも大きくなり、板の冷却も生じ易くなる。

そのため、搬送テーブルで保持するには、板厚が十数ｍｍ以上必要である。したがって、粗圧延機から仕上圧延機に板を送る際の最低板厚は、コイル重量や板幅に依存するが、工業的に用いられている重量・幅の場合、１６ｍｍ程度以上であることが好ましい。また、粗圧延機から仕上げ圧延機に送る際の板厚が厚すぎる場合には、仕上圧延機での圧延パス回数の増加を招き、生産性を低下させる。したがって、仕上げ圧延機に送る際の板厚の上限は２０ｍｍ以下であることが好ましい。上述の厚さ上限から下限の範囲内までアルミニウム合金の板材が薄くなった場合に、図１に示す構成のシングルミルのリバース式熱間仕上圧延機で熱間仕上げ圧延を行う。

熱間仕上げ圧延は、シングルミルのリバース式熱間仕上圧延機を使用して行う。
圧延機の両側に巻取装置があるシングルミルのリバース式熱間仕上圧延機（図１に示す熱間仕上圧延機３０）を使用することにより、熱間仕上板厚を小さくすることができる。
従って、以降の冷間圧延の圧下率を小さくできるので、冷間圧延のパス回数を削減でき、生産性を向上させることができる。これに対し、例えば、巻取装置が片方にだけ設置された熱間仕上圧延機を用いた場合、搬送テーブル上で保持できる板厚に最小値が存在するために、熱間圧延で圧延可能な最小板厚が増加することになる。このため、熱間圧延後の冷間圧下率が増加する。

前述の如く、熱間圧延の仕上り板厚の薄肉化は、冷間圧延パス回数の削減による生産性の向上に寄与する。そのため、本実施形態において、熱間仕上げ圧延の仕上げ板厚は、２〜７ｍｍの範囲内とすることが好ましい。仕上げ板厚が２ｍｍ未満では第１冷間圧延の圧下率が不足し、低い耳率が得られない。仕上げ板厚が７ｍｍを超えると第１冷間圧延のパス回数が増加して生産性が低下する。
熱間仕上げ圧延時の条件として、１パス目の出側温度を３８０℃以下に設定し、２パス目の出側温度を３４０℃以下に設定し、３パス目の出側温度（仕上げ温度）を２４０〜３００℃の範囲とすることが好ましい。

１パス目の出側温度について３８０℃を超える温度に設定すると、圧延加工時の局部歪みが駆動力となって部分的に再結晶が進行し、機械的性質が劣化するとともに、ランダム方位の再結晶粒が多くなり異方性が悪化する恐れがある。
２パス目の出側温度について３４０℃を超える温度に設定すると、前記１パス目と同様の現象により同様の問題が生じる。
３パス目の出側温度について、３００℃を超える温度では前記１パス目と同様の現象により同様の問題が生じ、２４０℃未満の温度では立方体方位の再結晶粒の核が生じにくく、続くバッチ焼鈍を行っても十分な立方体方位が成長せず、異方性が悪化する。

「バッチ焼鈍」
バッチ焼鈍工程は、前記熱間仕上げ圧延後の板材に対し、焼鈍炉を用いて保持温度３３０〜３６０℃の範囲（３３０℃以上、３６０℃以下の範囲）に２〜５時間保持した後、冷却することで行う。
バッチ焼鈍工程において、加熱速度２０〜１５０℃／時間の範囲（２０℃／時間以上、１５０℃／時間以下の範囲）で加熱することが好ましく、冷却速度５０〜２００℃／時間の範囲（５０℃／時間以上、２００℃／時間以下の範囲）で冷却を行うことが好ましい。
このバッチ焼鈍工程は、アルミニウム合金板材を半軟化状態にもたらすものであって、焼鈍後の耐力；ＹＳ（Yield Strength）を好適な範囲とすることが好ましい。
バッチ焼鈍の温度が３３０℃未満であるかバッチ焼鈍の保持時間が２時間未満では十分な再結晶組織が得られず立方体方位の成長が不十分となり異方性が悪化する。バッチ焼鈍温度が３６０℃を越えるか、または、保持時間が５時間を越えると再結晶粒が粗大化して最終冷間圧延した板をカップ、ＤＩ成形した際に肌荒れが生じ、またそれにともなうシワの発生によりネック成形時に割れを生じる問題がある。

「冷間圧延」
次に、バッチ焼鈍後の板材に対し、圧下率８０〜９５％の範囲内となるように冷間圧延を施す。冷間圧延の圧下率を８０〜９５％の範囲内とすることにより、必要な機械的性質、特に塗装焼付け処理後の耐力が好適な範囲となるとともに、缶成形において異方性、ネック成形性がバランスよく得られるという効果がある。
冷間圧延の圧下率を８０％未満にすると、加工率が不足となり、必要な強度が得られず、前述のバッチ焼鈍により得られる立方体方位に比べて圧延集合組織の発達が小さくなり異方性のバランスが悪化する。
冷間圧延の圧下率について９５％を超えると、加工率が過剰となって板材の強度が高くなり過ぎてＤＩ成形性が損なわれ、また前述のバッチ焼鈍により得られる立方体方位に比べて圧延集合組織の発達が大きくなり過ぎて異方性のバランスも悪化する。
冷間圧延により、板厚０.２１０〜０．４７ｍｍの飲料缶ボディ用または飲料ボトル缶ボディ用のアルミニウム合金板を得る。また、このアルミニウム合金板は、塗装焼付け後の耐力が２３０〜３２０Ｎ／ｍｍ^２の範囲であることが好ましい。

「安定化焼鈍」
以上の製造方法によれば、異方性とネック成形性に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板を得ることができるが、当該合金板のＤＩ成形において、缶底部の形状および成形条件によっては、底部抜けなどの成形不良やボトムしわなどの問題を生じる場合がある。
このため、当該合金板に対し、保持温度１２０〜１４０℃、保持時間２時間〜４時間の条件で安定化焼鈍を行うことによって缶底部などの局部成形性を改善することができ、成形不良および異常を有効に抑制することが可能である。

保持温度を１２０℃未満にすると、前記の改善効果がほぼ認められなくなるという面で問題があり、１４０℃を超える保持温度とすると、強度が低下する問題が生じる。
保持時間を２時間未満にすると、上記の改善効果が不足するため好ましくなく、４時間を超える保持時間とすると、生産性が低下するという問題がある。
安定化焼鈍処理を上述の条件で施すことにより、缶成形における異常や生産性低下の問題を生じることなくＤＩ成形できる特徴がある。

以下に、上述のアルミニウム合金板を用いてＤＩ缶を製造する工程とＤＩ缶の概要について説明する。
図２は、ＤＩ缶の製造方法の工程図を、図３はＤＩ缶を示す部分断面図であり、これらの図において符号１０は、ＤＩ缶を示している。
ＤＩ缶１０は、アルミニウム合金製の有底筒状のＤＩ缶であって、板厚が０．２４０ｍｍ以上０．２７０ｍｍ以下とされるアルミニウム合金の板材に、しごき率が５４．２％以上６４．８％以下とされる絞りしごき加工を施して成形されており、例えば、缶軸方向の大きさ、すなわち高さが約１２２．５ｍｍ、外径が６５ｍｍ以上６７ｍｍ以下とされている。胴部は、肉厚が０．０９５ｍｍ以上０．１１０ｍｍ以下とされるとともに引張り強さが、３４０ＭＰａ以上４１０ＭＰａ以下とされ、かつこの場合の缶体重量が１１．６ｇ以下とされる。

また、ＤＩ缶の底部１２は、図３に示すように、胴部１１の缶軸方向における内側に向けて凹むドーム部１２ａを備えるとともに、このドーム部１２ａの外周縁部が胴部１１の缶軸方向における外側に向けて突出する環状凸部１２ｃとされている。この環状凸部１２ｃの缶軸方向における頂部が、ＤＩ缶１０が正立姿勢となるように、このＤＩ缶１０を接地面Ｌ上に配置したときに接地面Ｌに接する接地部１２ｂが形成されている。
また、ＤＩ缶１０は、ポリエステル系塗料を使用して、文字情報等の印刷部分も含め、胴部１１の外面を印刷、塗装し、この外面印刷及び外面塗装がされたＤＩ缶１０を１８０℃×３０秒間加熱することにより５０ｍｇ／ｄｍ^２の塗膜を形成させた後に、ＤＩ缶１０の内面にエポキシ系塗料を使用して内面塗装し、２００℃×６０秒間加熱することにより４０ｍｇ／ｄｍ^２の塗膜を形成させた外面印刷、外面塗装及び内面塗装がなされている。

このＤＩ缶は、例えば、以下の工程により製造される。
前述の工程で得られたアルミニウム合金板を打ち抜いて直径が約１５０ｍｍとされた図２に示す円板状の板材（ブランク）Ｗを成形する。
次に、この板材Ｗをカッピングプレスによって絞り加工することによりカップ状体Ｗ１に成形する。
次いで、ＤＩ加工装置によって、カップ状体Ｗ１に再絞りしごき加工を施して有底筒状体Ｗ２を形成する。この際の、しごき率は、例えば、６０．４％で胴部１１の最薄部における肉厚が０．１００ｍｍになるまで絞りしごき加工が施される。

再絞りしごき加工に用いるＤＩ加工装置は、再絞り加工するための円形の貫通孔を有する一枚の再絞りダイと、この再絞りダイと同軸に配列される円形の貫通孔を有する複数枚（例えば、３枚）のアイアニング・ダイ（しごきダイ）と、アイアニング・ダイと同軸とされ、上記それぞれのアイアニング・ダイの各貫通孔の内部に嵌合可能とされ、軸方向に移動自在とされる円筒状のパンチスリーブと、このパンチスリーブの外側に嵌合された円筒状のカップホルダースリーブとを備えている。

ＤＩ加工装置による再絞り加工は、カップＷ１をパンチスリーブと再絞りダイとの間に配置して、カップホルダースリーブ及びパンチスリーブを前進させてカップホルダースリーブが、再絞りダイの端面にカップＷ１の底面を押し付けてカップ押し付け動作を行ないながら、パンチスリーブがカップＷ１を再絞りダイの貫通孔内に押し込むことにより行われる。その結果、所定の内径を有する再絞り加工されたカップが成形される。引き続き、再絞り加工されたカップを複数のアイアニング・ダイを順次通過させて徐々にしごき加工をして、カップ状体の側壁をしごいて側壁を延伸させて側壁高さを高くするとともに壁厚を薄くして有底筒状体Ｗ２を形成する。

しごき加工が終了した有底筒状体Ｗ２は、パンチスリーブがさらに前方に押し出して底部をボトム成形金型に押圧することにより、底部が、例えばドーム形状に形成される。
この有底筒状体Ｗ２は、側壁がしごかれることで冷間加工硬化されて強度が高くなる。

次に、有底筒状体Ｗ２の開口端部Ｗ２ａをトリミングする。
ＤＩ加工装置によって形成された有底筒状体Ｗ２の開口端部Ｗ２ａは、その缶軸方向に波打つような凹凸形状とされ不均一であるため、有底筒状体Ｗ２の開口端部Ｗ２ａを切断してトリミングすることにより缶軸方向における側壁の高さを全周に亙って均一にする。
このようにして、図２に示すように胴部１１と底部１２とを有する横断面円形のＤＩ缶１０を形成することができる。

前述の製造方法により得られたアルミニウム合金板であるならば、上述のＤＩ缶の製造方法においてしごき加工を受けた場合であってもネック成形性に優れさせることができ、傷や成形不良などの問題を生じないアルミニウム缶を得ることができる。
また、前述の製造方法により得られたアルミニウム合金板であるならば、飲料ボトル缶ボディ用のアルミニウム合金板として異方性とボトルネック成形性に優れさせることができ、傷や成形不良などの問題を生じないアルミニウム合金製ボトル缶を得ることができる。

以下、実施例を示して、本発明に係る缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法について更に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものでは無い。
表１に示す組成のアルミニウム合金を溶解し、脱ガスおよび溶湯ろ過後、半連続鋳造により厚さ６００ｍｍ、幅１１００ｍｍ、長さ４．５ｍのスラブに鋳造した。なお、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｔｉについて各０．０１と表記した試料はいずれもＣｒ、Ｚｎ、Ｔｉをそれぞれ０．０１質量％含む試料である。

次に、前記スラブを面削後、均質化・均熱兼用炉を用いて、保持温度５６５℃かつ保持時間８時間の均質化処理を施した後、保持温度５４５℃まで炉中で冷却し、当該保持温度にて保持時間１時間以上の均熱処理を施した。
続いて、図１に示す構成の熱間粗圧延機２０を使用して板厚２０ｍｍまで熱間粗圧延した後、図１に示すシングルミルのリバース式熱間仕上圧延機３０を使用して、熱間仕上げ圧延により種々の仕上板厚の板材を得た。
熱間粗圧延の出側温度は、表１に示すように４３０℃とした。
熱間仕上げ圧延の１パス目の出側温度は、表２に示すように３７５〜３８５℃に調節し、２パス目の出側温度は、３３０〜３４５℃に調節し、３パス目の出側温度は、２２５〜３０５℃に調節した。

次に、熱間圧延後の板材にバッチ式焼鈍炉を用いて表２記載の保持温度で、常温から保持温度までの平均加熱速度５０℃／時間、保持した時間を１時間〜６時間に調整し、最高到達温度から１００℃までの平均冷却速度７５℃／時間の条件で冷却し、バッチ焼鈍を行った。
次いで、バッチ焼鈍後の板材に表２に示す圧下率で冷間圧延を施し、表２に示す板厚（０．２０５〜０．４８ｍｍ）の缶ボディ用アルミニウム合金板を得た。
また、得られた缶ボディ用アルミニウム合金板の一部について、更に、バッチ式焼鈍炉を用いて、表２記載の保持温度で、保持した時間、３時間の条件で安定化焼鈍を行った。

得られた缶ボディ用アルミニウム合金板の素材強度（ＡＳＴＳ）をＪＩＳＺ２２４１に準拠した引張試験により求め、更に２１０℃×１０分の条件で塗装焼き付け相当の熱処理を行い、ベーキング後の耐力（ＡＢＹＳ（ＢＳ耐力）、０.２％耐力）を測定した。
なお、上記物性値（ＡＳＴＳ）は、コイルの幅方向及び長手方向各３点以上の位置から採取したサンプルについて計測した。
得られた缶ボディ用アルミニウム合金板のブランク材を用いて、容量３５０ｃｃの飲料缶に加工した。

「耳率」
得られた缶ボディ用アルミニウム合金板の異方性評価として、カップ成形における耳率を測定した。
耳率は、素材をエリクセン試験機で深絞り加工したカップの側壁高さから計算した。加工条件はポンチ径；３３ｍｍ（平頭ポンチ）、絞り比；１．７５、しわ押さえ力；３ｋＮとした。このカップの側壁高さをデジタルマイクロメーターで測定し、次式により耳率を算出した。
（山平均高さ−谷平均高さ）÷谷平均高さ×１００＝耳率（％）
なお、０°および１８０°の山の平均高さと４５°、１３５°、２２５°、３１５°の山の平均高さをそれぞれ求め、いずれか高い方の山を上式の山平均高さとした。また、９０°および２７０°の谷平均高さを求め、上式の谷平均高さとした。
「異方性の評価」
耳率による異方性の評価としてはｎ＝３の平均値で、１．５％未満を「◎」、１．５％以上２．５％未満を「○」、２．５％以上３．５％未満を「△」、３．５％以上を「×」とした。「◎」および「○」を合格レベルと判断した。

３５０ｃｃ飲料缶に成形してネック成形性の評価を実施した。ＤＩ成形後の缶の口端部をトリムにより除去し、洗浄乾燥後、缶内外面に塗装印刷を施し、ダイネック成形およびスピンフロー成形を行い、内径およそ５５ｍｍの３５０ｃｃ飲料缶のネック形状とした。なお、ＤＩ成形の際に、ネック成形加工を受ける部位の肉厚を薄くすることにより、ネック成形加工におけるフランジ先端のしわ発生を促進評価した。２４缶の製缶を行い、フランジ先端のしわの程度を目視評価し、しわが認められないものを◎、極軽微なしわが認められるものを○、しわが明瞭に認められるものを×とした。また、ネック部で割れが発生した場合も×とした。
各試料におけるベーキング後の耐力、異方性の評価、ネック成形性の評価について以下の表２にまとめて示す。

表１に示すＮｏ.１〜１８の試料は本願で望ましい組成範囲のアルミニウム合金を用い、均質化処理条件（温度、時間）、均熱条件（温度、時間）、熱間粗圧延温度、熱間圧延の１パス、２パス、３パスの温度条件、仕上板厚、バッチ焼鈍条件（温度、時間）、冷間加工率をいずれも望ましい範囲とした試料であるが、望ましいＢＳ耐力（２４０〜３１５ＭＰａ）、良好な耳率と望ましい異方性、良好なネック成形性を有するアルミニウム合金板であることがわかった。

表１に示すＮｏ.１９の試料は熱間仕上圧延の１パス目の出側温度を高くしすぎた試料、Ｎｏ.２０の試料は２パス目の出側温度を低くし過ぎた試料、Ｎｏ.２１の試料は２パス目の出側温度を高くし過ぎた試料、Ｎｏ.２２の試料は２パス目の出側温度を低くし過ぎた試料であるが、いずれも異方性とネック成形性に問題を生じた。
Ｎｏ.２３の試料はバッチ焼鈍の温度を低くしすぎた試料、Ｎｏ.２４の試料はバッチ焼鈍の温度を高くしすぎた試料、Ｎｏ.２５の試料はバッチ焼鈍の時間を短くしすぎた試料、Ｎｏ.２６の試料はバッチ焼鈍の時間を長くしすぎた試料であるが、異方性とネック成形性のどちらかに問題を生じるか両方に問題を生じた。
Ｎｏ.２７の試料は冷間加工率を低くし過ぎた試料、Ｎｏ.２８の試料は冷間加工率を高くし過ぎた試料であるが、目的の板厚に圧延することができず、異方性とネック成形性の一方あるいは両方に問題を生じた。

Ｎｏ.２９の試料はＳｉ含有量が多すぎる試料、Ｎｏ.３０の試料はＦｅ含有量が少なすぎる試料、Ｎｏ.３１の試料はＦｅ含有量が多すぎる試料であるが、いずれの試料もネック成形性に問題を生じた。また、Ｎｏ.３０の試料はネック成形時にダイスに対し一部焼き付きを生じた。
Ｎｏ.３２の試料はＣｕ含有量が少なすぎる試料であるがＢＳ耐力が低下し、Ｎｏ.３３の試料はＣｕ含有量が多すぎる試料であるがネック成形性に劣り、Ｎｏ.３４の試料はＭｎ含有量が少なすぎる試料であるがＢＳ耐力が低下し異方性とネック成形性ともに低下した試料、Ｎｏ.３５の試料はＭｎ含有量が多すぎる試料であるがネック成形性に問題を生じた。また、Ｎｏ.３４の試料はネック成形時にダイスに対し一部焼き付きを生じた。
Ｎｏ.３６の試料はＭｇ含有量が少なすぎる試料でありＢＳ耐力が低下し、Ｎｏ.３７の試料はＭｇ含有量が多すぎる試料でありネック成形性に問題を生じた。
表１に示すＮｏ.３８の試料は安定化焼鈍の温度を高くし過ぎた試料であるがＢＳ耐力が低下した。

１…ブランク材、２…カップ、３…缶体、３Ａ…耳、４、６…搬送路、５、７…板材、１０…ボトル型飲料缶、１１…胴部、１２…肩部、１３…頸部、１４…ネジ部、１５…カール部、１６…底部、２０…熱間粗圧延機、２１、２２…ワークロール、２３、２４…バックアップロール、３０…熱間仕上圧延機、３１、３２…ワークロール、３３、３４…バックアップロール、３５、３６…送出巻取装置。

Claims

質量％で、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｆｅ：０．３５〜０．５５％、Ｃｕ：０．１５〜０．４８％、Ｍｎ：０．８〜１．１５％、Ｍｇ：０．６０〜１．６０％を含有し、更に、Ｃｒ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．２５％以下、Ｔｉ：０．１０％以下のうち、少なくとも１種または２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避不純物からなる組成のアルミニウム合金を溶製し、半連続鋳造して得た鋳塊を均質化処理および均熱処理を経て熱間粗圧延により２０〜１６ｍｍの熱間粗圧延板とした後、続いて１パス目出側温度を３８０℃以下、２パス目出側温度を３４０℃以下、３パス目出側仕上げ温度を２４０〜３００℃とする、熱間仕上げ圧延を行った後、保持温度３３０〜３６０℃で保持時間２〜５時間のバッチ焼鈍を行い、次いで圧下率を８０〜９５％とする冷間圧延を行い、板厚０．２１０〜０．４７ｍｍ、焼付け後の耐力２３０〜３２０Ｎ／ｍｍ２のアルミニウム合金板を得ることを特徴とする異方性とネック成形性に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法。
冷間圧延後、保持温度１２０〜１４０℃、保持時間２〜４時間の条件で最終安定化焼鈍を行うことを特徴とする請求項１に記載の異方性とネック成形性に優れた缶ボディ用アルミニウム合金板の製造方法。