JP7473708B1 - 缶蓋用アルミニウム合金板 - Google Patents
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Abstract
【課題】缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、高強度及び高靭性を両立できる缶蓋用アルミニウム合金板を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、ケイ素（Ｓｉ）が０．２０質量％以上０．４７質量％以下、鉄（Ｆｅ）が０．３０質量％以上０．７０質量％以下、銅（Ｃｕ）が０．１１質量％以上０．４０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）が０．７０質量％以上１．２０質量％以下、マグネシウム（Ｍｇ）が１．１質量％以上３．７質量％以下であり、残部がアルミニウム（Ａｌ）及び不可避的不純物からなり、固相線温度がＭｇ２Ｓｉの固溶温度よりも高い缶蓋用アルミニウム合金板である。
【選択図】なし
【解決手段】本開示の一態様は、ケイ素（Ｓｉ）が０．２０質量％以上０．４７質量％以下、鉄（Ｆｅ）が０．３０質量％以上０．７０質量％以下、銅（Ｃｕ）が０．１１質量％以上０．４０質量％以下、マンガン（Ｍｎ）が０．７０質量％以上１．２０質量％以下、マグネシウム（Ｍｇ）が１．１質量％以上３．７質量％以下であり、残部がアルミニウム（Ａｌ）及び不可避的不純物からなり、固相線温度がＭｇ２Ｓｉの固溶温度よりも高い缶蓋用アルミニウム合金板である。
【選択図】なし
Description
本開示は、缶蓋用アルミニウム合金板に関する。
近年、環境意識の高まりから製造工程においてＣＯ２排出量の少ないアルミニウム合金板が求められている。アルミニウムの製造工程においてＣＯ２の排出に間接的に大きく寄与するのは鋳造工程におけるアルミニウム新地金の配合である。
アルミニウム新地金の製造は、その精錬工程において大きな電力を使用し、大量のＣＯ２排出に繋がる。そのため、アルミニウム新地金の配合量を減らし、水平リサイクル率を上げることがアルミニウム合金板の製造にとってＣＯ２排出量削減に繋がる。
一般的にアルミニウムスクラップを再溶解して鋳造した場合のＣＯ２排出量は、アルミニウム新地金を製造する場合に対して約３０分の１まで抑えられると言われている。特に世界中で使用される飲料缶用アルミニウム合金板の生産量は非常に多く、その水平リサイクル率をさらに向上させることは環境負荷低減に大きな意味を持つ。
その中でも、５１８２アルミニウム合金（ＡＡ５１８２合金）で形成される缶蓋は、３１０４アルミニウム合金（ＡＡ３１０４合金）で形成される缶胴に比べて、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ等の成分規格上限が低く、３１０４アルミニウム合金を混合した缶材由来のスクラップを配合しにくい。
例えば、市中から発生する缶スクラップ（ＵＢＣ：Ｕｓｅｄ Ｂｅｖｅｒａｇｅ Ｃａｎ）をそのまま配合すると、缶胴と缶蓋との重量比から３１０４アルミニウム合金の成分をより多く含むため、５１８２アルミニウム合金の成分上限を超えやすくなり、新地金で成分を希釈する必要が出てくる。
そのため、缶蓋用アルミニウム合金板は、缶胴用アルミニウム合金板に比べて新地金を多く使用して５１８２アルミニウム合金の成分に調整しており、リサイクル率が低い。したがって、缶蓋を３１０４アルミニウム合金が配合しやすい成分の合金に変更することにより、缶蓋の新地金使用率を大きく低減させることができる。
特許文献１－５ではリサイクル性に優れる３１０４アルミニウム合金の成分に比較的近づけた缶蓋用アルミニウム合金板が開示されている。
缶蓋用の合金を３１０４アルミニウム合金に近い成分にする場合の課題として、缶蓋の耐圧及び材料の靭性の低下が挙げられる。缶蓋の耐圧とは、缶内部の圧力に対して缶蓋が反転するときの内圧値であり、外部環境の変化で缶の内圧が不慮に増加したときの抵抗値となる。
特にビールや炭酸飲料用途の陽圧缶は、高い耐圧が求められる。一般的に材料の強度が高くなるほど、また、板厚が大きくなるほど耐圧は増加する。そのため、陽圧缶の蓋にはＭｇを多く含有した高強度の５１８２アルミニウム合金が使用される。
これに対し従来の３１０４アルミニウム合金を缶蓋に使用すると耐圧が大きく低下し、不意に缶内圧が増加したときに蓋が反転して内容物が漏洩するおそれが高くなる。また、耐圧を増加させるために板厚を大きくすると、蓋重量の増加及び蓋原価の上昇を招く。
さらに、材料の靭性は蓋の成形性や開口性に影響する。材料の靭性が低いと、特に蓋のリベット部やカウンターシンク部で成形割れが生じることがある。また、不意に缶内圧が増加したときにスコア部で亀裂が生じ、缶の内容物が漏洩するおそれが高くなる。特に、これらの割れは圧延方向に沿って生じる。そのため、圧延方向に対して垂直な方向の引張応力及び曲げ応力に対する靭性が求められる。
しかしながら、従来の３１０４アルミニウム合金の成分に比較的近づけた缶蓋用アルミニウム合金板は、上記２つの課題、すなわち材料の強度（つまり蓋の耐圧）と靭性（つまり成形性及び開口性）とのどちらか、もしくは両方を満足するものではない。
本開示の一局面は、缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、高強度及び高靭性を両立できる缶蓋用アルミニウム合金板を提供することを目的とする。
本開示の一態様は、ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．２０質量％以上０．４７質量％以下であり、鉄（Ｆｅ）の含有量が０．３０質量％以上０．７０質量％以下であり、銅（Ｃｕ）の含有量が０．１１質量％以上０．４０質量％以下であり、マンガン（Ｍｎ）の含有量が０．７０質量％以上１．２０質量％以下であり、マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が１．１質量％以上３．７質量％以下であり、残部がアルミニウム（Ａｌ）及び不可避的不純物からなり、固相線温度がＭｇ２Ｓｉの固溶温度よりも高い、缶蓋用アルミニウム合金板である。
このような構成によれば、アルミニウム合金の固相線温度をＭｇ２Ｓｉ晶出物の固溶温度よりも高くできる。そのため、アルミニウム合金の鋳塊がこの温度範囲で均熱処理されることにより、成形時の割れや不意開口の原因となるＭｇ２Ｓｉ晶出物を抑制することが期待できる。
その結果、缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、アルミニウム合金板において高強度及び高靭性を両立できる。すなわち、缶胴用の３１０４アルミニウム合金のスクラップを一定量配合でき、新地金使用率を低減しＣＯ２排出量を削減できる。さらに、高耐圧が求められる陽圧缶蓋用途に使用し得る、成形性の高い缶蓋用アルミニウム合金板が得られる。
以下、本開示が適用された実施形態について、説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
＜組成＞
本開示の缶蓋用アルミニウム合金板（以下、単に「合金板」ともいう。）は、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）を含む。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
＜組成＞
本開示の缶蓋用アルミニウム合金板（以下、単に「合金板」ともいう。）は、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）を含む。
Ｓｉの含有量の下限としては、０．２０質量％である。ＪＩＳ－Ｈ－４０００：２０１４で規格される３１０４アルミニウム合金のＳｉ成分規格の平均値は、０．３０質量％であり、ＪＩＳ－Ｈ－４０００：２０１４で規格される５１８２アルミニウム合金のＳｉ成分規格の平均値は、０．１０質量％である。そのため、Ｓｉの含有量を０．２０質量％以上とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。
Ｓｉの含有量の上限としては、０．４７質量％であり、０．３９質量％が好ましい。Ｓｉの含有量が０．４７質量％超であると、Ｍｇ２Ｓｉの固溶温度とＡｌマトリクスの固相線温度との差が小さくなり、鋳塊に存在するＭｇ２Ｓｉを均質化処理工程で固溶することが難しくなる。また、熱間圧延において、粗大なＭｇ２Ｓｉが新たに析出する。その結果、合金の強度及び靭性が低下する。
また、Ｓｉの含有量を０．３９質量％以下とすることで、Ｍｇ２Ｓｉを均質化処理工程で容易に固溶することができる。さらに、熱間圧延における粗大なＭｇ２Ｓｉの析出が抑制され、熱間圧延後の熱処理工程を実施することなく良好な強度及び靭性が得られる。
Ｆｅの含有量の下限としては、０．３０質量％である。３１０４アルミニウム合金のＦｅ成分規格の平均値は、０．４０質量％であり、５１８２アルミニウム合金のＦｅ成分規格の平均値は、０．１８質量％である。そのため、Ｆｅの含有量を０．３０質量％以上とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。
Ｆｅの含有量の上限としては、０．７０質量％であり、０．５９質量％が好ましく、０．５１質量％がより好ましい。Ｆｅの含有量が０．７０質量％超であると、異常に粗大なＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物（つまりジャイアントコンパウンド）が増加する。その結果、亀裂の伝搬経路が生成され、合金板の靭性が低下する。また、Ｆｅの含有量が０．５１質量％以下であると、Ｍｇを多く添加することで、上述の粗大な金属間化合物の晶出が抑えられつつ、強度及び靭性を補うことができる。
Ｃｕの含有量の下限としては、０．１１質量％であり、０．１７質量％が好ましく、０．２０質量％がより好ましい。Ｃｕの含有量が０．１１質量％未満であると、固溶又は析出によって強度を増加させるＣｕが不足し、合金板の強度が低下する。また、３１０４アルミニウム合金のＣｕ成分規格の平均値は、０．１５質量％であり、５１８２アルミニウム合金のＣｕ成分規格の平均値は、０．０７５質量％である。そのため、Ｃｕの含有量を０．１１質量％以上とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。
Ｃｕの含有量の上限としては、０．４０質量％であり、０．２５質量％が好ましい。Ｃｕの含有量が４．０質量％超であると、粗大な析出物が増加し、合金板の靭性が低下する。また、Ｃｕの含有量を０．２５質量％以下とすることで、靭性を大きく損なうことなく、強度を増加させることができる。
Ｍｎの含有量の下限としては、０．７０質量％である。Ｍｎの含有量が０．７０質量％未満であると、固溶又は析出によって強度を増加させるＭｎが不足し、合金板の平均強度が低下する。また、３１０４アルミニウム合金のＭｎ成分規格の平均値は、１．１質量％であり、５１８２アルミニウム合金のＭｎ成分規格の平均値は、０．３５質量％である。そのため、Ｍｎの含有量を０．７０質量％以上とすることで従来の５１８２アルミニウム合金に比べ、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。
Ｍｎの含有量の上限としては、１．２０質量％であり、０．９８質量％が好ましく、０．９２質量％がより好ましい。Ｍｎの含有量が１．２０質量％超であると、異常に粗大なＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物が増加する。その結果、亀裂の伝搬経路が生成され、合金板の靭性が低下する。
Ｍｇの含有量の下限としては、１．１質量％である。Ｍｇの含有量が１．１質量％未満であると、固溶によって強度を増加させるＭｇが不足し、合金板の平均強度が低下する。なお、熱間圧延及び溶体化処理後の冷間圧延の加工においてＭｇを析出させることで、合金板の強度が著しく増加する。
Ｍｇの含有量の上限としては、３．７質量％であり、３．３質量％が好ましく、３．１質量％がより好ましく、２．９質量％がさらに好ましい。Ｍｇの含有量が３．７質量％超であると、Ａｌマトリクスの固相線温度が下がり、かつＭｇ２Ｓｉの固溶温度が上昇するため、鋳塊に存在するＭｇ２Ｓｉを均質化処理工程で固溶することが難しくなる。加えて、Ａｌマトリクスの固相線温度が下がることで、粗大なＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物が増加する。そのため、強度及び靭性が損なわれる。
合金板は、チタン（Ｔｉ）を含んでもよい。Ｔｉの含有量の上限としては、０．１０質量％が好ましい。Ｔｉを含むことで、合金板の鋳塊組織が微細化される。一方、Ｔｉが多すぎる場合には、介在物の原因となり、靱性が損なわれる。また、合金板は、亜鉛（Ｚｎ）を含んでもよい。Ｚｎの含有量の上限としては、０．２５質量％が好ましい。さらに、合金板は、クロム（Ｃｒ）を含んでもよい。Ｃｒの含有量の上限としては、０．１０質量％が好ましい。
合金板は、合金板の性能を著しく損なわない範囲で、不可避的不純物を含んでもよい。つまり、合金板は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ及びＣｒをそれぞれ上述の範囲で含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物の総量の上限としては、０．１５質量％が好ましい。
＜コンピュータソフトウェアによる状態図の計算＞
本開示の合金板では、材料の高靭性化を目的として、亀裂の起点及び伝播経路となり靭性の低下に影響するＭｇ２Ｓｉ粒子を、鋳塊の均質化熱処理工程で再固溶させることが好ましい。
本開示の合金板では、材料の高靭性化を目的として、亀裂の起点及び伝播経路となり靭性の低下に影響するＭｇ２Ｓｉ粒子を、鋳塊の均質化熱処理工程で再固溶させることが好ましい。
Ａｌマトリクスの局所的な融解を避けつつ、Ｍｇ２Ｓｉを再固溶させるためには、固相線温度がＭｇ２Ｓｉの固溶温度より高い必要がある。さらに、固相線温度からＭｇ２Ｓｉの固溶温度を引いた温度差が３０℃以上であることが好ましい。固相線温度よりもＭｇ２Ｓｉの固溶温度が低いことで、鋳造時に粗大晶出物を生成することなく、粗大晶出物に起因する性能低下を避けられる。
また、Ａｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）の晶出温度がＡｌの凝固開始温度よりも高い材料では、鋳造時にＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）が粗大晶出物として生じることで、ピンホールなどの成形不具合の原因につながる。そのため、Ａｌの凝固開始温度が初晶（つまりＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ））の晶出温度よりも高いことが好ましく、Ａｌの凝固開始温度から初晶の晶出温度を引いた温度差が１℃以上であることがさらに好ましい。
Ａｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）が晶出する場合、その周りが液相ＡｌであるときにＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）は成長して巨大な晶出物になりやすい。このような巨大な晶出物は合金において亀裂が伝播する起点となりうるものであり、靱性の低下につながる。Ａｌの凝固開始温度がＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）の晶出温度よりも高い場合、Ａｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）が晶出するときには周囲のＡｌは凝固を開始しているため、巨大晶出物の発生が抑制され、より靱性の高い缶蓋用アルミニウム合金板が得られる。
ここで言うＭｇ２Ｓｉの固溶温度は、平衡状態図においてＭｇ２Ｓｉが存在し得る最も高い温度を指しており、液相が存在し得る最も低い温度である。また、Ａｌの凝固開始温度は、平衡状態図において固相Ａｌが存在し得る最も高い温度を指しており、初晶の晶出温度は、Ａｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）が存在し得る最も高い温度である。
Ｍｇ２Ｓｉの固溶温度、アルミニウム合金の固相線温度、Ａｌの凝固開始温度及び初晶の晶出温度は、熱力学計算ソフトウェアを用いて算出されるアルミニウム合金の平衡状態図から得られる。
Ｍｇ２Ｓｉの固溶温度、アルミニウム合金の固相線温度、Ａｌの凝固開始温度及び初晶の晶出温度は、アルミニウム合金の組成によって一意的に決まる。合金組成からこれらの境界温度を求める方法としては、各演算に必要な熱力学量をＣＡＬＰＨＡＤ法で計算する方法が挙げられる。
多元系合金に対するこのような熱力学計算は、計算に必要な熱力学データベース、インターフェース、及び状態図作成機能を合わせた市販のシステムソフトウェア（例えば、Ｓｅｎｔｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ社により開発された「ＪＭａｔＰｒｏ」）で行うことができる。
＜アルミニウム合金板の製造方法＞
本開示のアルミニウム合金板は、例えば、以下のように製造することができる。まず、本開示のアルミニウム合金板の組成を有するアルミニウム合金に対し、常法にしたがって半連続鋳造法（つまりＤＣ鋳造）を行い、鋳塊を製造する。
本開示のアルミニウム合金板は、例えば、以下のように製造することができる。まず、本開示のアルミニウム合金板の組成を有するアルミニウム合金に対し、常法にしたがって半連続鋳造法（つまりＤＣ鋳造）を行い、鋳塊を製造する。
次に、鋳塊の前後端を除く４面を面削する。その後、鋳塊を均熱炉に投入して均質化処理を行う。均質化処理における温度は、例えば４７０℃以上６２０℃以下が好ましい。均質化処理の時間は、例えば１時間以上２０時間以下が好ましい。
均質化処理における温度が４００℃以上である場合、鋳塊組織の偏析を解消させやすい。さらに均質化処理における温度が４５０℃以上である場合、Ｍｇ２Ｓｉ粒子を再固溶させ、合金板の強度及び靭性を向上させることができる。さらに均質化処理における温度が４９０℃以上、好ましくは５５０℃以上、より好ましくはＭｇ２Ｓｉの固溶温度以上であると、Ｍｇ２Ｓｉ粒子の再固溶が促進され、合金板の強度及び靭性をさらに向上させることができる。一方、均質化処理における温度が６２０℃以下、より好ましくは固相線温度以下である場合、アルミニウム合金の局部融解が生じ難い。
均質化処理の時間が１時間以上である場合、鋳塊全体の温度が均一になり、鋳塊組織の偏析も解消しやすく、Ｍｇ２Ｓｉ粒子を再固溶させやすい。均質化処理時間が長いほど、Ｍｇ２Ｓｉ粒子を再固溶させることができる。ただし、均質化処理の時間が２０時間を越えると、均質化処理の効果が飽和する。
均質化処理後、鋳塊を熱間圧延に供する。熱間圧延工程は、粗圧延工程と、仕上圧延工程とを有する。粗圧延工程では、リバース圧延によって、鋳塊を約数十ｍｍの厚さの板材に加工する。仕上圧延工程では、例えばタンデム圧延等によって、板材の厚さを約数ｍｍに落とすと共に、板材をコイル状に巻き取った熱間圧延コイルを形成する。
仕上圧延の総圧下率が高いと、巻き取り後に再結晶組織となり等方なｃｕｂｅ方位の集積度を高めることができる。仕上圧延の巻取温度が高いと、巻き取り後に再結晶組織となりｃｕｂｅ方位の集積度を高めることができる。アルミニウム合金板のｃｕｂｅ方位の集積度を高くすることで、靱性が向上する。
熱間圧延に続いて板材の冷間圧延を行う。冷間圧延では、製品板厚となるまで熱間圧延コイルを圧延する。冷間圧延は、シングル圧延及びタンデム圧延のどちらであってもよい。シングル圧延による冷間圧延では２パス以上の複数回に分けて圧延を実施するとよい。
最終パス以外の途中パスにおける冷間圧延の上がり温度を１２０℃以上とすることで、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｇ等が微細析出し、時効硬化するため、合金板の強度を増加させることができる。さらに上がり温度を１３０℃以上とすることで、合金板の強度をより増加させることができる。
冷間圧延率（つまり狙いの総圧下率）は８０％以上が好ましい。冷間圧延率が８０％以上である場合、合金板の強度を高められる。一方、冷間圧延率は９２％以下が好ましい。冷間圧延率を９２％以下とすることにより、結晶粒組織の異方性が低減し、圧延方向に対して垂直な方向の引張応力及び曲げ応力に対する靭性が向上する。
冷間圧延率Ｒ（％）は、熱間仕上圧延後の熱間圧延板の板厚ｔ０（ｍｍ）、冷間圧延後の製品板厚ｔ１（ｍｍ）を用いて、下記式（１）で求められる。
Ｒ＝（ｔ０－ｔ１）／ｔ０×１００ ・・・（１）
Ｒ＝（ｔ０－ｔ１）／ｔ０×１００ ・・・（１）
製品板厚は所望の耐圧が得られるよう適宜選択することができる。板厚が増加するほど耐圧が向上するが、本開示のアルミニウム合金板によれば耐圧を高く保つための板厚の増加を抑えることができる。
また、本開示のアルミニウム合金板の作用効果を奏する限り、上述のアルミニウム合金板の製造方法において、例えば、冷間圧延の前後やパス間において、焼鈍を実施してもよい。
製品板厚まで冷間圧延したコイルに対し、塗装ラインなどでプレコートを実施する。冷間圧延されたコイルは、表面に対する脱脂、洗浄、及び化成処理が施され、さらに塗料が塗布された後、塗装焼付処理される。
化成処理では、クロメート系、ジルコニウム系等の薬液が用いられる。塗料は、エポキシ系、ポリエステル系等が用いられる。これらは用途に合わせて選択可能である。塗装焼付処理ではコイルの実体温度（ＰＭＴ：Ｐｅａｋ Ｍｅｔａｌ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）で２２０℃以上２７０℃以下、およそ３０秒以内の間、加熱される。このときＰＭＴが低いほど、材料の回復が抑制され、合金板の強度を高く維持することができる。
［１－２．効果］
以上、詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）アルミニウム合金の固相線温度をＭｇ２Ｓｉ晶出物の固溶温度よりも高くできる。そのため、アルミニウム合金の鋳塊がこの温度範囲で均熱処理されることにより、成形時の割れや不意開口の原因となるＭｇ２Ｓｉ晶出物を抑制することが期待できる。
以上、詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）アルミニウム合金の固相線温度をＭｇ２Ｓｉ晶出物の固溶温度よりも高くできる。そのため、アルミニウム合金の鋳塊がこの温度範囲で均熱処理されることにより、成形時の割れや不意開口の原因となるＭｇ２Ｓｉ晶出物を抑制することが期待できる。
その結果、缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、アルミニウム合金板において高強度及び高靭性を両立できる。すなわち、缶胴用の３１０４アルミニウム合金のスクラップを一定量配合でき、新地金使用率を低減しＣＯ２排出量を削減できる。さらに、高耐圧が求められる陽圧缶蓋用途に使用し得る、成形性の高い缶蓋用アルミニウム合金板が得られる。
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
（２ａ）本開示には、上記実施形態のアルミニウム合金板以外に、このアルミニウム合金板で構成される部材、及びこのアルミニウム合金板の製造方法等の種々の形態も含まれる。
（２ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
［３．実施例］
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価結果とについて説明する。
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価結果とについて説明する。
＜平衡状態図の計算＞
実施例及び比較例として、表１に示すＳ１－Ｓ１４のアルミニウム合金の平衡状態図を、「ＪＭａｔＰｒｏ」を用いて、実施形態において説明した計算方法にて算出した。その結果を表１に示す。
実施例及び比較例として、表１に示すＳ１－Ｓ１４のアルミニウム合金の平衡状態図を、「ＪＭａｔＰｒｏ」を用いて、実施形態において説明した計算方法にて算出した。その結果を表１に示す。
＜アルミニウム合金板の評価＞
（各種温度）
Ｓ２－Ｓ９、Ｓ１１－Ｓ１４では、固相線温度がＭｇ２Ｓｉ固溶温度よりも高い。そのため、これらの合金は、Ｍｇ２Ｓｉを固溶可能な温度でソーキングができる。
（各種温度）
Ｓ２－Ｓ９、Ｓ１１－Ｓ１４では、固相線温度がＭｇ２Ｓｉ固溶温度よりも高い。そのため、これらの合金は、Ｍｇ２Ｓｉを固溶可能な温度でソーキングができる。
Ｓ１では、Ｓｉ量が相対的に多いため、Ｍｇ２Ｓｉ固溶温度が固相線温度よりも高い。その結果、Ｓ１は、温度が上がるとＭｇ２Ｓｉが固溶するよりも先にＡｌが局所的に融解してしまうため、Ｍｇ２Ｓｉを固溶させるソーキングが困難である。
一方、Ｓ２では、Ｓｉ量がＳ１よりも少ないため、Ｍｇ２Ｓｉが固溶する温度であっても液相が現れない温度範囲が存在する。また、Ｓ３では、Ｓｉ量がＳ２よりもさらに少ないため、固相線温度とＭｇ２Ｓｉ固溶温度との温度差が大きく、３０℃以上である。その結果、Ｓ３では、製造上のばらつきを踏まえてもソーキング可能な温度範囲が存在する。
Ｓ４では、Ｆｅ量が相対的に多いため、Ａｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）の晶出温度がＡｌ凝固開始温度よりも高い。そのため、Ｓ４では、冷却していくとＡｌ液相中にＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）が晶出し、これが巨大晶出物となるおそれがある。
一方、Ｓ５では、Ｆｅ量がＦ４よりも少ないため、Ａｌ凝固開始温度がＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）の晶出温度よりも高い。そのため、Ｓ５では、巨大晶出物の発生が抑制される。また、Ｓ６では、Ｆｅ量がＦ５よりもさらに少ないため、Ａｌ凝固開始温度とＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）の晶出温度との差が大きくなる。そのため、Ｓ６では、巨大晶出物による強度及び靱性の低下がより生じにくい。
Ｓ７では、Ｍｎ量が相対的に多いため、Ａｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）の晶出温度がＡｌ凝固開始温度よりも高い。そのため、Ｓ７では、冷却していくとＡｌ液相中にＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）が晶出し、巨大晶出物となるおそれがある。
一方、Ｓ８では、Ｍｎ量がＳ７よりも少ないため、Ａｌ凝固開始温度がＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）の晶出温度よりも高い。そのため、Ｓ８では、巨大晶出物の発生が抑制される。また、Ｓ９では、Ｍｎ量がＳ８よりもさらに少ないため、Ａｌ凝固開始温度とＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）の晶出温度との差が大きくなる。そのため、Ｓ９では、巨大晶出物による強度及び靱性の低下がより生じにくい。
Ｓ１０では、Ｍｇ量が相対的に多いため、Ｍｇ２Ｓｉ固溶温度が固相線温度よりも高くなる。そのため、Ｓ１０では、温度が上がるとＭｇ２Ｓｉが固溶するよりも先にＡｌが局所的に融解してしまい、Ｍｇ２Ｓｉを固溶させるソーキング均質化処理が困難である。また、Ｓ１０では、Ａｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）の晶出温度がＡｌ凝固開始温度よりも高くなる。そのため、Ｓ１０では、冷却していくとＡｌ液相中にＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）が晶出し、巨大晶出物となり、強度及び靱性の低下の原因となる。
一方、Ｓ１１では、Ｍｇ量がＳ１０よりも少ないため、Ｍｇ２Ｓｉが固溶する温度であっても液相が現れない温度範囲が存在する。また、Ｓ１２では、Ｍｇ量がＳ１１よりもさらに少ないため、Ａｌ凝固開始温度がＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）の晶出温度よりも高くなる。そのため、Ｓ１２では、巨大晶出物の生成が抑制される。
Ｓ１３では、Ｍｇ量がＳ１２よりもさらに少ないため、固相線温度とＭｇ２Ｓｉ固溶温度との温度差が大きく、３０℃以上である。その結果、Ｓ１３では、製造上のばらつきを踏まえても均熱可能な温度範囲が存在する。
また、Ｓ１４では、Ｍｇ量がＳ１３よりもさらに少ないため、Ａｌ凝固開始温度とＡｌ６（Ｍｎ，Ｆｅ）の晶出温度との差がさらに大きくなる。そのため、Ｓ１４では、巨大晶出物による強度及び靱性の低下がより生じにくい。
（スクラップ配合率）
表２は、３１０４アルミニウム合金と５１８２アルミニウム合金との配合比率と、成分規格の平均値との対応を表している。表２の１行目は、３１０４アルミニウム合金の成分規格の平均値であり、２行目は、５１８２アルミニウム合金の成分規格の平均値である。
表２は、３１０４アルミニウム合金と５１８２アルミニウム合金との配合比率と、成分規格の平均値との対応を表している。表２の１行目は、３１０４アルミニウム合金の成分規格の平均値であり、２行目は、５１８２アルミニウム合金の成分規格の平均値である。
例えば、３１０４アルミニウム合金の配合割合が５０質量％の場合、Ｓｉの平均値は０．２０質量％、Ｆｅの平均値は０．２９質量％、Ｃｕの平均値は０．１１質量％、Ｍｎの平均値は０．７質量％、Ｍｇの平均値は２．８質量％となる。
したがって、アルミニウム合金板の各成分の割合が上記のＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇの数値以上であるとき、３１０４アルミニウム合金板の可能配合率が５０質量％以上となる。３１０４アルミニウム合金の配合割合が大きくなるほど、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、及びＭｎの含有量は上がり、Ｍｇの含有量は下がる。Ｓ１－Ｓ１４のアルミニウム合金板は、３１０４アルミニウム合金のスクラップを５０質量％以上配合可能である。
Claims (3)
- ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．２０質量％以上０．４７質量％以下であり、
鉄（Ｆｅ）の含有量が０．３０質量％以上０．７０質量％以下であり、
銅（Ｃｕ）の含有量が０．１１質量％以上０．４０質量％以下であり、
マンガン（Ｍｎ）の含有量が０．７０質量％以上１．２０質量％以下であり、
マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が３．０質量％以上３．７質量％以下であり、
残部がアルミニウム（Ａｌ）及び不可避的不純物からなり、
固相線温度がＭｇ２Ｓｉの固溶温度よりも高い、缶蓋用アルミニウム合金板。 - 請求項１に記載の缶蓋用アルミニウム合金板であって、
ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．２０質量％以上０．４７質量％以下であり、
鉄（Ｆｅ）の含有量が０．３０質量％以上０．５９質量％以下であり、
銅（Ｃｕ）の含有量が０．１１質量％以上０．４０質量％以下であり、
マンガン（Ｍｎ）の含有量が０．７０質量％以上０．９８質量％以下であり、
マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が３．０質量％以上３．３質量％以下であり、
Ａｌの凝固開始温度が初晶の晶出温度よりも高い、缶蓋用アルミニウム合金板。 - 請求項２に記載の缶蓋用アルミニウム合金板であって、
ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．２０質量％以上０．３９質量％以下であり、
鉄（Ｆｅ）の含有量が０．３０質量％以上０．５９質量％以下であり、
銅（Ｃｕ）の含有量が０．１１質量％以上０．４０質量％以下であり、
マンガン（Ｍｎ）の含有量が０．７０質量％以上０．９８質量％以下であり、
マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が３．０質量％以上３．１質量％以下であり、
固相線温度からＭｇ２Ｓｉの固溶温度を引いた温度差が３０℃以上である、缶蓋用アルミニウム合金板。
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