JP6850635B2

JP6850635B2 - ボトム成形性およびボトム部強度に優れる飲料缶用アルミニウム合金板の製造方法

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Publication number: JP6850635B2
Application number: JP2017039872A
Authority: JP
Inventors: 黒木　俊博; 俊博黒木; 真一山口; 晃典湯田; 原田　俊宏; 俊宏原田
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2037-03-02
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Description

本発明は、ボトム成形性およびボトム部強度に優れる飲料缶用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。
前記アルミニウム合金の硬質板は、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。

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、飲料缶用アルミニウム合金板の製造方法は、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。

また、熱間圧延後に冷間圧延を施し、再結晶焼鈍を行った後、再度冷間圧延を行う技術が以下の特許文献２に記載され、冷間圧延後に仕上げ焼鈍を行う技術が以下の特許文献３に記載されている。

特許第３６４４８１９号公報特開平４−１３８５２号公報特開平４−５６７４３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、このため缶の薄肉軽量化が進められているが、薄肉軽量化に伴い、缶のボトム成形性とボトム部強度（特に缶軸方向の応力に対する座屈強度）の確保が必要となってきている。
前記ボトム成形性とボトム部強度を確保する手段として、最終冷間圧延後に焼鈍を行い、深絞り成形性を改善し、張出成形性を改善する方法を考えることができるが、最終冷間圧延後に焼鈍を行うと材料自体の機械的性質が変化し、ミクロ組織も変化する問題がある。

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、材料自体の機械的強度およびミクロ組織の変化を生じさせることなくボトム成形性とボトム部強度に優れた飲料缶用アルミニウム合金板を製造する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、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した後、均熱処理し、熱間粗圧延と熱間仕上げ圧延と冷間圧延を経て飲料缶用アルミニウム合金板を製造するに際し、前記鋳塊に対して行なう前記均質化処理を５５５〜６０５℃で４〜１０時間加熱する条件で行ない、前記均熱処理を５００〜５５５℃で１時間以上加熱する条件で行ない、出側温度を４００〜４６０℃に設定して前記熱間粗圧延を行い、仕上板厚を２.０〜３.６ｍｍに設定し、仕上げ温度を２４０〜３６０℃に設定して前記熱間仕上げ圧延を行い、前記冷間圧延の途中で連続焼鈍装置を用いて１回または２回、３００〜５４０℃の温度に５〜６０秒保持する連続焼鈍を行い、最終冷間圧延率を７６〜９５％に設定して前記冷間圧延を行い、最終冷間圧延後に昇温速度３℃／ｍｉｎ以上、保持温度１２０〜１４０℃、保持時間１〜２時間、冷却速度１０℃／ｍｉｎ以上の条件で最終安定化焼鈍を行い、板厚０．２１０〜０．４７０ｍｍ、塗装焼付け後の耐力２３０〜３２０Ｎ／ｍｍ^２のアルミニウム合金板を得ることを特徴とする。

本発明において、前記組成に対し、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種以上を含有してなるアルミニウム合金を用いることが好ましい。

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を特定範囲含有した組成のアルミニウム合金を溶製し、均質化処理と均熱処理を行い、熱間粗圧延と熱間仕上げ圧延と冷間圧延を施すに際し、冷間圧延の途中で３００〜５４０℃の温度に５〜６０秒保持する連続焼鈍を行い、最終冷間圧延後に昇温速度３℃／ｍｉｎ以上、保持温度１２０〜１４０℃、保持時間１〜２時間、冷却速度１０℃／ｍｉｎ以上の条件で最終安定化焼鈍を行い、仕上板厚と仕上げ温度を規定した熱間粗圧延と最終冷間圧延率を規定した冷間圧延を行うので、ボトム成形性に優れ、ボトム部強度に優れる飲料缶用アルミニウム合金板を製造することができる。
最終安定化焼鈍を上述の条件で行うことにより、缶形成後のボトム座屈耐性が向上する
。

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。本発明に係る製造方法の実施に用いる連続焼鈍装置の一例を示す概略構成図。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、本発明に係るボトム成形性に優れ、ボトム部強度に優れる飲料缶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（０％を除く）、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と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種以上を含有させた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。また、温度や時間等の範囲を表記する場合も、特に明記しない限り、上限と下限を含むものとする。例えば、３００〜５４０℃は３００℃以上５４０℃以下を意味し、１〜２時間は１時間以上２時間以下を意味する。

「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％未満では所望の効果が得られず、１．１５質量％を越えると加工性が劣化する。
「Ｍｇ：０．６０〜１．６０％」
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、０．６０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ため０．０５質量％以下が望ましい。

「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ため、Ｚｎを添加する場合は０.２５質量％以下が望ましい。
「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ため、０．１０質量％以下が望ましい。

＜ボトム成形性とボトム部強度に優れる飲料缶用アルミニウム合金板の製造方法＞
次に、本実施形態に係るボトム成形性とボトム部強度に優れる飲料缶用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。
本実施形態の飲料缶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、冷間圧延を行うことにより所望の板厚の飲料缶用アルミニウム合金板を得る。
更に、前記の工程において、冷間圧延の途中で連続焼鈍装置を用いて１回または２回、３００〜５４０℃の温度に５〜６０秒保持する連続焼鈍（ＣＡＬ焼鈍）を行い、最終冷間圧延後に昇温速度３℃／ｍｉｎ以上、保持温度１２０〜１４０℃、保持時間１〜２時間、冷却速度１０℃／ｍｉｎ以上の条件で最終安定化焼鈍を行うことが重要となる。
以下、本実施形態のボトム成形性とボトム部強度に優れる飲料缶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。
この半連続鋳造の際の凝固速度は通常、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、鋳塊の面削を行い、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。
「均熱処理」
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時間以上行うことが望ましい。

「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２０ｍｍ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２〜３.６ｍｍ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の間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４０ｍｍ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、２．０〜３．６ｍｍの範囲内とすることが好ましい。仕上げ板厚が２．０ｍｍ未満では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３．６ｍｍを超えると冷間圧延のパス回数が増加して生産性が低下する。

「冷間圧延」
次に、熱間圧延後の板材に対し、最終冷間圧下率７６〜９５％の範囲内となるように冷間圧延を施す。最終冷間圧延の圧下率を７６〜９５％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。
最終冷間圧延の圧下率を７６％未満にすると、缶成形による加工硬化が進み、ネック成形性が悪化する。
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異方性が悪化するとともに、板材の強度が高くなり過ぎて後述するＤＩ成形性が損なわれるおそれがある。
冷間圧延により、板厚０.２１０〜０．４７０ｍｍの飲料缶用アルミニウム合金板を得ることができる。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。

「冷間圧延途中の１回または２回の中間焼鈍」
中間焼鈍工程は、前記冷間圧延中の板材に対し、図２に基本構成を示す連続焼鈍装置を用いて、加熱速度１０〜２００℃／秒の範囲（１０℃／秒以上、２００℃／秒以下の範囲）で加熱し、保持温度３００〜５４０℃の範囲（３００℃以上、５４０℃以下の範囲）に５〜６０秒保持した後、冷却速度１０〜２００℃／秒の範囲で冷却することで行う。
この中間焼鈍工程は、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。
焼鈍温度が３００℃未満では軟化が不十分で、冷間加工不良となり易い問題がある。焼鈍温度が５４０℃を越えるか、または、保持時間が６０秒を越えると溶質元素の固溶度が過剰になり、最終製品の機械的性質が高くなり、飲料缶のネック成形性が悪化する。さらに保持時間が６０秒を超えると生産性が低下する。

図２に連続焼鈍装置（Continuous Annealing Line：略称ＣＡＬ）の基本構成の一例を示すが、この例の連続焼鈍装置４０は、供給ロール４１から長尺のアルミニウム合金の板材４２を引き出して緩衝装置４３を介し数１０ｍ〜１００ｍ程度の長い炉本体４４に供給し、この炉本体４４内で移動中に前記の条件で焼鈍し、焼鈍後に炉本体４４から板材４２を引き出し、緩衝装置４６を介し巻取ロール４７に巻き取ることができる装置である。この連続焼鈍装置４０によれば、炉本体４４を通過するアルミニウム合金の板材４２を連続単体処理できるために、バッチ式の焼鈍炉よりもより正確な加熱条件と冷却条件で中間焼鈍処理を行うことができる。

そして、連続焼鈍装置４０ならば、アルミニウム合金の板材４２を供給ロール４１に巻き付けた状態のコイルの幅や径が異なっても、換言するとアルミニウム合金の板材４２の幅や厚さ、処理するべき長さが異なっていても、製造したい順番に焼鈍処理できるために、同一の大きさのコイルのみを焼鈍炉に搬入して焼鈍していたバッチ式の焼鈍炉の場合に比べて中間在庫の増加を抑えることができる。

「最終安定化焼鈍」
最終冷間圧延後に最終安定化焼鈍を行う。最終安定化焼鈍は、最終冷間圧延後に昇温速度３℃／ｍｉｎ以上、保持温度１２０〜１４０℃、保持時間１〜２時間、冷却速度１０℃／ｍｉｎ以上の条件で行うことが望ましい。
昇温速度３℃／ｍｉｎ未満では粒界に微量元素が析出するおそれがあり、アルミニウム合金板が局部的に加工不良となるおそれがある。
保持温度が１２０℃未満では十分な効果が得られずアルミニウム合金板の成形性が不良となるおそれがあり、保持温度が１４０℃を超える場合は析出が過剰となりアルミニウム合金板の成形性が不良となるおそれがある。
保持温度が１時間未満ではアルミニウム合金板の成形性不良となるおそれがあり、保持温度が２時間を超えるようでは生産性が低下する問題がある。
冷却速度が１０℃／ｍｉｎ未満ではアルミニウム合金板の結晶粒界に微量元素が析出するおそれがあり、局部的に加工不良となるおそれがある。
最終安定化焼鈍を行うことで缶底部成形などの局部成形性を改善することができ、成形異常を有効に抑制することが可能である。

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３は、ＤＩ缶の製造方法の工程図を、図４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０．２１０ｍｍ以上０．４７０ｍｍ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、底部１２は、図４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とされる。
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３に示す円板状の板材（０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、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、ネック部の缶軸方向での強度、換言すると、ボトム座屈耐性が向上したアルミニウム缶を得ることができる。

以下、実施例を示して、本発明に係る飲料缶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ない。
表１、表２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。

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６時間の均質化処理を施した後、保持温度５２０℃まで炉中で冷却し、当該保持温度にて保持時間１時間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４３０℃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表１、表２に示す仕上板厚のアルミニウム合金板材を得た。
熱間粗圧延の出側温度は、表１、表２に示すように４３０℃とした。

次に、熱間圧延後のアルミニウム合金板材に圧下率０〜２０％の第１冷間圧延を施した後、図２に示す構成の連続焼鈍装置を用いて表３、表４に示す保持温度、保持時間の条件で第１中間焼鈍（ＣＡＬ）を行なった。
次いで、第１中間焼鈍後のアルミニウム合金板材に表３、表４に示す圧下率（７７〜９７％）で最終冷間圧延を施し、表３、表４に示す板厚（ｍｍ）の飲料缶用アルミニウム合金板を得た。
なお、Ｎｏ.１０、１１の試料は第１冷間圧延（圧下率６１％）と第２冷間圧延（圧下率２０％）と最終冷間圧延（圧下率７７％）を施し、冷間圧延の間に中間ＣＡＬを２回施してアルミニウム合金板材を得た。

得られた缶ボディ用アルミニウム合金板を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（ＡＢ耐力、０.２％耐力）を測定した。
得られた缶ボディ用アルミニウム合金板のブランク材については、図３を基に説明したＤＩ加工により容量３５０ｃｃの飲料缶に加工した。

「異方性（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。
耳率による異方性の評価としてはｎ＝３の平均値で、２.５％未満を「○」、２.５〜３.５％を「△」、３.５を超える試料を「×」と判定した。

「ネック成形性」
ネック成形性の評価は、すべての試料について３５０ｃｃ飲料缶にＤＩ成形して実施した。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。各試料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、しわが認められなかった若しくは極軽微なしわが認められたものを「○」、極軽微なしわが多数認められたもの若しくはしわが明瞭に認められたものを「×」とした。

「座屈強度」
座屈強度は、缶軸方向の缶の強度を測定し、キャップの巻締時相当荷重の１．２倍の荷重を加えた際に座屈が発生しなかったものを「○」、座屈が発生したものを「×」と評価した。
「ＤＩ成形性」
ＤＩ成形性は、１，０００缶の連続製缶時に缶胴切れが全く発生しなかったものを「○」、１缶以上発生したものを「×」と評価した。
「ボトム成形性」
ボトム成形性は、１，０００缶の連続製缶時にボトム周辺部の亀裂又は破断が全く発生しなかったものを「○」、１缶以上発生したものを「×」と評価した。
以上の結果を以下の表１〜表４に記載する。

表１、表３に示すようにＮｏ.１〜２１の実施例試料は、合金成分、均質化温度、均熱温度、熱間粗圧延温度、熱間仕上げ圧延温度、熱間仕上げ圧延板厚、中間ＣＡＬ回数、中間ＣＡＬ温度、中間ＣＡＬ時間、最終冷間圧延率（最終冷延率）、安定化焼鈍時の昇温速度、安定化焼鈍時の保持温度、安定化焼鈍時の保持時間、安定化焼鈍時の冷却速度、最終板厚をそれぞれ望ましい範囲として製造したアルミニウム合金板である。Ｎｏ.１〜２１の実施例試料はいずれもＡＢ耐力に優れ、異方性が少なく、ネック成形性に優れ、座屈強度が高く、ＤＩ成形性及びボトム成形性にも優れたアルミニウム合金板であった。

Ｎｏ.２２の比較例試料は中間ＣＡＬの実施を略し、他の条件は実施例と同等条件で製造した試料であるが、異方性が悪化した。
Ｎｏ.２３の比較例試料は中間ＣＡＬの温度を望ましい条件の下限の３００℃よりも低く設定して製造した試料であるが、異方性が悪化した。
Ｎｏ.２４の比較例試料は中間ＣＡＬの温度を望ましい条件の上限の５４０℃よりも高く設定して製造した試料であるが、ＡＢ耐力が高くなりすぎた。ＡＢ耐力が高すぎる場合、ＤＩ成形性とネック成形性が低下する。
Ｎｏ.２５の比較例試料は中間ＣＡＬの時間を望ましい条件の上限の６０秒よりも長く設定して製造した試料である。この試料はＡＢ耐力が高くなり過ぎ、ＤＩ成形性とネック成形性が悪化した。

Ｎｏ.２６の比較例試料は安定化焼鈍時の昇温速度を下限の３℃／ｍｉｎより低くした試料であるが、ボトム成形性が低下した。
Ｎｏ.２７の比較例試料は安定化焼鈍時の冷却速度を下限の１０℃／ｍｉｎより低くした試料であるが、ボトム成形性が低下した。
Ｎｏ.２８の比較例試料は安定化焼鈍時の保持温度を下限の１２０℃より低くした試料であるが、ボトム成形性が低下した。
Ｎｏ.２９の比較例試料は安定化焼鈍時の保持温度を上限の１４０℃より高くした試料であるが、ボトム成形性が低下した。

Ｎｏ.３０の比較例試料は安定化焼鈍時の保持時間を下限の１時間より短くした試料であるが、ボトム成形性が低下した。
Ｎｏ.３１の比較例試料は熱間圧延仕上板厚を望ましい板厚の上限３.６ｍｍより厚くし最終冷延率が望ましい範囲の上限を超えた試料であるが、異方性とＤＩ成形性およびネック成形性に問題を生じた。
Ｎｏ.３２の比較例試料はアルミニウム合金板の望ましいＳｉ含有量の上限０.３５質量％を超えるＳｉを含む試料であるが、ＡＢ耐力が高くなりすぎ、ネック成形性とＤＩ成形性に問題を生じた。
Ｎｏ.３３の比較例試料はアルミニウム合金板の望ましいＦｅ含有量の下限０.３５質量％より少ないＦｅを含む試料であるが、ＤＩ成形性に問題を生じた。

Ｎｏ.３４の比較例試料はアルミニウム合金板の望ましいＦｅ含有量の上限０.５５質量％より多いＦｅを含む試料であるが、ネック成形性とＤＩ成形性に問題を生じた。
Ｎｏ.３５の比較例試料はアルミニウム合金板の望ましいＣｕ含有量の下限０.１５質量％より少ないＣｕを含む試料であるが、ＡＢ耐力が不足し、座屈強度に問題を生じた。
Ｎｏ.３６の比較例試料はアルミニウム合金板の望ましいＣｕ含有量の上限０.４８質量％より多いＣｕを含む試料であるが、ネック成形性とＤＩ成形性に問題を生じた。

Ｎｏ.３７の比較例試料はアルミニウム合金板の望ましいＭｎ含有量の下限０.８質量％より少ないＭｎを含む試料であるが、ＤＩ成形性に問題を生じた。
Ｎｏ.３８の比較例試料はアルミニウム合金板の望ましいＭｎ含有量の上限１.１５質量％より多いＭｎを含む試料であるが、ネック成形性に問題を生じた。
Ｎｏ.３９の比較例試料はアルミニウム合金板の望ましいＭｇ含有量の下限０.６質量％より少ないＭｇを含む試料であるが、ＡＢ耐力が不足し、座屈強度に問題を生じた。
Ｎｏ.４０の比較例試料はアルミニウム合金板の望ましいＭｇ含有量の上限１.６質量％より多いＭｇを含む試料であるが、ネック成形性とＤＩ成形性に問題を生じた。

以上の結果から、ＡＢ耐力に優れ、異方性が少なく、ネック成形性に優れ、座屈強度が高く、ＤＩ成形性及びボトム成形性にも優れた飲料缶用のアルミニウム合金板を得るためには、合金成分、熱間仕上げ圧延板厚、中間ＣＡＬ回数、中間ＣＡＬ温度、中間ＣＡＬ時間を望ましい範囲に設定した上で、安定化焼鈍時の昇温速度、保持温度、保持時間、冷却速度をそれぞれ望ましい範囲とすることが重要であることがわかる。

Ｗ…ブランク材、Ｗ１…カップ、Ｗ２…缶体、Ｗ２ａ…開口端部、４、６…搬送路、５、７…板材、１０…ＤＩ缶、１１…胴部、１２…底部、１２ａ…ドーム部、１２ｂ…接地部、１２ｃ…環状凸部、１３…ネック部、１４…フランジ部、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、４０…連続焼鈍装置、４１…供給ロール、４２…アルミニウム合金板材、４３、４６…緩衝装置、４４…炉体、４７…巻取ロール。

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、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した後、均熱処理し、熱間粗圧延と熱間仕上げ圧延と冷間圧延を経て飲料缶用アルミニウム合金板を製造するに際し、
前記鋳塊に対して行なう均質化処理を５５５〜６０５℃で４〜１０時間加熱する条件で行ない、前記均熱処理を５００〜５５５℃で１時間以上加熱する条件で行ない、
出側温度を４００〜４６０℃に設定して前記熱間粗圧延を行い、
仕上板厚を２.０〜３.６ｍｍに設定し、仕上げ温度を２４０〜３６０℃に設定して前記熱間仕上げ圧延を行い、
前記冷間圧延の途中で連続焼鈍装置を用いて１回または２回、３００〜５４０℃の温度に５〜６０秒保持する連続焼鈍を行い、
最終冷間圧延率を７６〜９５％に設定して前記冷間圧延を行い、
最終冷間圧延後に昇温速度３℃／ｍｉｎ以上、保持温度１２０〜１４０℃、保持時間１〜２時間、冷却速度１０℃／ｍｉｎ以上の条件で最終安定化焼鈍を行い、
板厚０．２１０〜０．４７０ｍｍ、塗装焼付け後の耐力２３０〜３２０Ｎ／ｍｍ^２のアルミニウム合金板を得ることを特徴とするボトム成形性とボトム部強度に優れる飲料缶用アルミニウム合金板の製造方法。
前記組成に対し、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種以上を含有してなるアルミニウム合金を用いることを特徴とする請求項１に記載のボトム成形性とボトム部強度に優れる飲料缶用アルミニウム合金板の製造方法。