JPH0651901B2 - 高強度で且つ低方向性を有する絞り加工用アルミニウム合金の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は主としてＤＲＤ缶に適する絞り加工用アルミニ
ウム合金の製造方法に関するものである。

（従来の技術及び解決しようとする課題） ビール、炭酸飲料等の飲料缶或いは食缶等に用いられる
アルミニウム缶は、ＤＲＤ（Drawn and Redrawn：絞り
・再絞り）加工或いはＤＩ（Drawn and Ironed：絞り・
しごき）加工のいずれかによって作られており、前者の
加工方式により得られたものをＤＲＤ缶、後者の加工方
式により得られたものをＤＩ缶と称されている。

ＤＲＤ缶は、通常、板厚０．２０〜０．２５mmの缶であ
り、これを製造する代表的な工程としては、塗装コイル
→ドロープレス（抜絞り加工）→リドロープレス→ビー
ディングプレス（必要に応じて、サイドビード、ネック
ビード加工）からなる工程である。この際、素材のアル
ミニウム合金としては、以下(1)〜(4)の特性を備えてい
ることが特に重要である。

(1)必要な缶底強度を得るための素材強度、 (2)表面外観を損なう歪模様（「アルミニウムの基礎と
工業技術」軽金属協会発行(1986)p.139参照）が発生し
ないこと、 (3)再絞り後の耳の発生が小さいこと、すなわち、方向
性が小さいこと、 (4)エンドとの巻き締め部のフランジ加工性に優れるこ
と。

ところが、従来、要件(1)のために多量のMgを添加した
アルミニウム合金は(2)の欠点が現れてしまい、冷間圧
延率を高くすると耳の高い材料となって要件(3)を満足
しないという欠点があった。このため、ＤＲＤ缶として
必要な要件(1)〜(4)を同時に満足する材料が強く要求さ
れていた。

これに対し、本発明者等は、先に特願昭６３−０２２３
１１号にて、これらの要件を同時に満足し得る方法を提
案した。この方法は、化学成分の調整と共に均質化熱処
理、熱間圧延、中間焼鈍の各条件を規制して特定サイ
ズ、量の金属間化合物を有する組織とし、これに適正な
仕上冷延（４０〜５０％）を行うものである。

しかしながら、より絞り加工度の大きいＤＲＤ缶材では
より低い耳率の材料の要求が出てきており、また材料の
製造の面からすると、仕上冷延率を大きくしても低耳率
の材料が開発されることが望ましく、より一層の材料の
開発が要望されていた。

本発明は、かゝる要請に応えるべくなされたものであっ
て、主としてＤＲＤ缶としての上記要件、特に高強度で
且つより低方向性の絞り加工用アルミニウム合金を製造
する方法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者は、先の提案を踏ま
え、更にアルミニウム素材の製造条件について鋭意研究
を重ねた結果、Mn含有量を少なくする等により化学成分
を調整すると共に均質化熱処理、熱間圧延、中間焼鈍の
各条件を規制して特定サイズ、量の金属間化合物を有す
る組織とするならば、これに大きな冷延率の仕上冷延を
施しても、一層低耳率の材料が得られることを見出した
ものである。

すなわち、本発明は、Mg：０．８〜１．５％、Mn：０．
３０〜０．５０％及びCu：０．０５〜０．８０％を必須
成分として含有し、更にFe：０．７％以下、Si：０．４
％以下、Zn：０．５％以下、Cr：０．０５％以下及びT
i：０．０５％以下のうちの１種又は２種以上を含有
し、残部がＡｌ及び不純物からなるアルミニウム合金鋳
塊に５００〜６００℃で均質化熱処理を施し、２７０〜
６００℃で熱間圧延を行った後、中間圧延と３５０〜５
５０℃の中間焼鈍を施して、直径が５×１０^２〜１×１
０^４Åの金属間化合物を体積分率で０．５〜３％有する
組織とし、その後冷間圧延率４０〜７０％の仕上冷延を
施すことを特徴とする高強度で且つ低方向性を有する絞
り加工用アルミニウム合金の製造方法を要旨とするもの
である。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

（作用） まず、本発明における化学成分の限定理由を説明する。

Mg： Mgは強度を付与する元素であるが、０．８％未満では十
分な強度が得られず、また、１．５％を超えると成形中
に缶表面に歪模様が発生し易くなり、かつ、仕上冷延量
を大きくする際の加工硬化が大きくなり、材料の成形性
を損ねる。したがって、Mg量は０．８〜１．５％の範囲
とする。

Mn： Mnは強度の付与とＡｌとの金属間化合物（Mn、Fe）Ａｌ
_６の形成に必要な元素であるが、０．３０％未満では十
分な強度を付与できず、体積分率で０．５％以上の金属
間化合物を形成できない。また、Mnが０．５０％を超え
ると、冷間加工による集合組織が発達し易くなり、耳率
が高くなる。また、所望のサイズ（５×１０^２〜１×１
０^４Å）の金属間化合物の割合が多くなり、フランジ加
工性が低下する。したがって、Mn量は０．３０〜０．５
０％の範囲とする。

Cu： Cuは強度を付与するために必要な元素であるが、０．０
５％未満では十分な効果が得られず、また０．８０％を
超えると強度が高くなって、強度の調整が難しくなると
共に耐食性が劣化するので好ましくない。したがって、
Cu量は０．０５〜０．８０％の範囲とする。

以上の各元素を必須成分として含有するが、本発明では
以下の元素Fe、Si、Zn、Cr及びTiのうちの１種又は２種以
上を適量含有させる。

Fe： Feは強度の付与に効果があるほか、(Fe、Mn)Si₃Al₁₂の晶
出物として成形時の焼き付き防止の効果をもたらすと同
時に前述のMnと(Mn、Fe)Al₆の金属間化合物を形成する元
素である。しかし、０．７％を超えると粗大な金属間化
合物(Mn、Fe)Al₆が形成し、所望のサイズ（５×１０^２〜
１×１０^４Å）で、かつ所望の体積分率（１〜３％）の
ものが得られない。したがって、Fe量は０．７％以下と
する。

Si： Siは前述の(Fe、Mn)Si₃Al₁₂の晶出物として成形時の焼付
防止効果をもたらす元素であるが、０．４％を超えると
粗大な晶出物が発生し、成形性を損なうことになる。し
たがって、Si量は０．４％以下とする。

Zn： Znは強度をもたらす元素であるが、０．５％を超えると
耐食性が劣化するので、Zn量は０．５％以下とする。

Cr、Ti： Cr、Tiはともに組織を微細に制御するために添加される
元素であるが、それぞれ０．０５％を超えると粗大な金
属間化合物が発生し、成形性を損なうので、Cr量、Ti量
は各々０．０５％以下とする。

次に本発明の製造方法について説明する。

上述の化学成分を有するアルミニウム合金は常法により
溶解、鋳造して鋳塊とする。鋳塊は例えばＤＣ鋳造法に
より造塊される。

得られた鋳塊には５００〜６００℃の温度で均質化熱処
理を施す必要がある。この均質化熱処理はミクロ偏析の
均質化と所望の金属間化合物の形成を目的とするもので
ある。しかし、５００℃未満では十分なる均質化熱処理
（ミクロ偏析の均質化）と所望の金属間化合物(Mn、Fe)A
l₆（直径５×１０^２〜１×１０^４Å、体積分率０．５〜
３％）の形成ができず、また６００℃を超えると共晶融
解等の恐れがあるので、好ましくない。なお、加熱時間
は特に制限しないが、上記温度で３〜２４時間の範囲が
望ましい。

次いで、出炉後、６００〜２７０℃の温度で熱間圧延を
行い、約２〜５mmの熱間圧延板とする。この際、２７０
℃未満の温度で圧延が実施されると冷間歪が導入され、
十分均一な熱間未再結晶組織が得られない。なお、上限
温度６００℃は均質化熱処理温度の上限値６００℃によ
り規定される値である。

その後、中間圧延（冷間圧延）を行い、３５０〜５５０
℃の温度で中間焼鈍を実施し、軟質材とする。中間焼鈍
温度は、３５０℃未満では十分な軟質材が得られず、５
５０℃を超えると異常粗大粒の発生を招くので、３５０
〜５５０℃の範囲とする。なお、中間焼鈍の加熱時間は
３５０〜４００℃の温度域では２〜４時間必要である
が、連続焼鈍炉を使用する高温処理の場合は、例えば５
００℃で０．５〜１０秒の加熱時間を目安とするのがよ
い。

上記製造工程により、本発明の特徴とする所望の金属間
化合物を有する組織が得られる。

主な金属間化合物としては(Mn、Fe)Al₆であり、冶金学的
には析出物(Dispersoids)に属するものが中心であり、
前述のように、化学成分（特にMn、Fe量）、均質化
熱処理、及び熱間圧延温度の最適な組合せにより、平
均直径５×１０^２〜１×１０^４Åで且つ体積分率０．５
〜３％のものが得られる。サイズが５×１０^２Å未満で
は材料の強度が高くなりすぎ、成形性を低下させること
になり、また１×１０^４Åより大きいものが多くなると
成形加工中に割れ等が発生する恐れがあるので好ましく
ない。また、体積分率が０．５％未満では組織を十分細
かくすることができず、３％を超えると成形加工性を低
下させるので好ましくない。

また、本発明によれば、Mn量を０．３０〜０．５０％と
規制したため、(Mn、Fe)Al₆の生成量が従来よりも少なく
なり、冷間加工時の集合組織の発達が小さくなり、次工
程での４０〜７０％もの冷間加工を施しても、比較的低
耳の材料が得られるという効果を同時にもたらしてい
る。

最後に、以上の所望の金属間化合物を有する軟質材に冷
間加工を付与して硬質材とするのであるが、４０％未満
の冷間圧延率では十分な強度が得られない。一方、７０
％を超える冷間圧延率では、冷間圧延により優先方向に
結晶粒が配向する集合組織が発達し、材料に方向性が生
じることとなり、缶に成形する時に約３％以上の耳高と
なり、成形後のトリミングの増加が必要となって製品価
値を著しく低下させる。よって、仕上圧延の冷間圧延率
は４０〜７０％の範囲とする。

以上の工程により、厚さ約０．２０〜０．２５mmの板材
が得られる。この板材は、通常の方法により、塗装後、
２〜３回の絞りを行なうＤＲＤ加工で所望の缶に成形さ
れる。

（実施例） 次に本発明の実施例を示す。

実施例１ 第１表に示す化学成分を有する厚さ６００mmのアルミニ
ウム合金鋳塊をＤＣ鋳造法にて溶製し、面削後、５７５
℃×６hrの均質化熱処理を施し、５５０〜３００℃の温
度で熱間圧延を行って厚さ３．５mmのホットコイルとし
た。

次いで、中間圧延で０．５０mmtのコイルとし、連続焼
鈍炉で５００℃×３secの中間焼鈍を施し、仕上冷延
（冷間圧延率４５％）にて０．２２mmtの硬質板とし
た。

得られた材料について、金属間化合物のサイズ及び量を
調べ、また製造まま及び塗装熱処理（２００℃×２０mi
n）後の機械的性質を調べると共に、耳率、表面歪模
様、フランジ加工性についても評価した。その結果を第
１表に併記する。

なお、耳率はポンチ径４０mmφ、絞り率４０％にて求め
た。また表面歪模様とフランジ加工性は○（良）、 ●（不良）の印を付して評価した。

第１表より、本発明例No.１〜No.５のアルミニウム合金
板はいずれも、本発明範囲内のサイズ、量の金属間化合
物を有し、高強度で表面歪模様がなく、耳率及びフラン
ジ加工性に優れた特性を有していることがわかる。一
方、比較例は高強度を示すものの、表面歪模様が生じ、
殆どが耳率やフランジ加工性が劣っている。

実施例２ 第１表中のNo.１のアルミニウム合金について、第２表
に示す条件の種々の製造工程にて最終板厚０．２２mmt
のアルミニウム合金硬質板を製造した。

得られた材料について、実施例１の場合と同様に材料特
性を評価した。その結果を第２表に併記する。

同表より、本発明例No.１１〜No.１７のアルミニウム合
金板はいずれも、高強度で表面歪模様がなく、低耳率で
優れた特性を有していることがわかる。一方、比較例
は、本発明範囲内の化学成分を有し、高強度ではあるも
のの、耳率、表面歪模様、肌荒れ、フランジ加工性のい
ずれかが劣っている。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、特定の化学成分
のアルミニウム合金について均質化熱処理、熱間圧延の
各条件を規制して適用し、所定のサイズ、量の金属間化
合物を有する組織を得るので、高強度で表面歪模様がな
く、且つ仕上冷延率を高くしても方向性の低い優れた絞
り加工用アルミニウム合金硬質板を製造することができ
る。特にＤＲＤ缶の製造に好適である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で（以下、同じ）、Mg：０．８〜
   １．５％、Mn：０．３０〜０．５０％及びCu：０．０５
   〜０．８０％を必須成分として含有し、更にFe：０．７
   ％以下、Si：０．４％以下、Zn：０．５％以下、Cr：
   ０．０５％以下及びTi：０．０５％以下のうちの１種又
   は２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不純物からなるア
   ルミニウム合金鋳塊に５００〜６００℃で均質化熱処理
   を施し、２７０〜６００℃で熱間圧延を行った後、中間
   圧延と３５０〜５５０℃の中間焼鈍を施して、直径が５
   ×１０^２〜１×１０^４Åの金属間化合物を体積分率で
   ０．５〜３％有する組織とし、その後冷間圧延率４０〜
   ７０％の仕上冷延を施すことを特徴とする高強度で且つ
   低方向性を有する絞り加工用アルミニウム合金の製造方
   法。