KR102087567B1 - 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판 및 그 제조방법 - Google Patents

보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은 0.05 ~ 0.60 질량% 의 Si 와 0.05 ~ 0.80 질량% 의 Fe 및 0.05 ~ 0.25 질량%의 Cu 와 0.80 ~ 1.50 질량% 의 Mn 는 0.80 ~ 1.50 질량% 의 Mg 와 Al 및 불가피한 불순물을 함유한다. 블랭크 지름이 57mm, 인발비가 1.73 이라는 조건으로 인발한 성형컵에서 45°귀발생율이 2.5% 이하이다. 0 - 180° 귀높이의 평균치가 45°귀높이의 평균치 이하이다. 내력이 180MPa 이상, 230MPa 이하이다. 인장강도에서 내력을 뺀 값이 10.0MPa 이상, 28.0MPa 이하이다.상기 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 표면에서 압연방향에 직교하는 방향의 결정립의 폭이 10μm 이상 60μm 이하이다.

Description

보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판 및 그 제조방법
본 국제 출원은 2017년 9월 20일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 제 2017-180280호에 기초한 우선권을 주장하는 것이며, 일본 특허출원 제2017-180280 호의 전체 내용을 본 국제 출원에 참조로 원용한다.
본 발명은 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
근래 알루미늄 캔의 일종인 보틀 캔이 알려져 있다. 보틀 캔은 몸통에 비해 좁은 네크부를 포함한다. 네크부는 네이킹 가공에 의해 형성된다. 보틀 캔은 네크부의 선단 부근에 나사부를 구비한다. 나사부는 캡을 취부하기 위한 나사가 형성된 부분이다. 보틀 캔은 네크부의 선단에 컬부를 구비한다. 컬부는 외주 측에 굴곡하도록 컬 성형된 부분이다(특허문헌 1 ~ 5).
특허문헌 1 : 특개 2001-114245호 공보 특허문헌 2 : 특개 2001-158436호 공보 특허문헌 3 : 특개 2001-162344호 공보 특허문번 4 : 특개 2000-191006호 공보 특허문헌 5 : 특개 2004-250790호 공보 보틀 캔에 내용물을 충전하고 캡을 감아 조일때 축방향 하중이 보틀 캔에 부하된다. 이 하중이 부하되어도 변형하지 않도록 보틀 캔은 높은 축력 강도를 가질 필요가 있다. 축력 강도는 축방향의 하중에 견디는 강도이다. 축력 강도를 향상시키기 위해서는 보틀 캔을 구성하는 알루미늄 합금판의 강도를 높이는 것이 고려된다. 그러나 강도가 높은 알루미늄 합금판을 사용하는 경우 일반적으로 넥킹 가공, 나사 성형, 컬 성형에서 성형성이 저하되고, 네크부와 나사부에 주름, 균열 등이 발생하기 쉬워진다. 또한 주름, 균열 등에 기인하여 컬부에 균열이 발생하는 현상(이하에서는 컬 균열이리함)이 발생하기 쉬워지게 된다.
본 개시의 일 국면에서는 축력 강도가 높고, 컬 균열이 발생하기 어려운 보틀 캔을 실현할 수 있는 보들 캔 몸통용 알루미늄 합금판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시의 일 국면은 보들 캔 몸통용 알루미늄 합금판이고, 0.05 ~ 0.60질량%의 Si와, 0.05 ~ 0.80질량%의 Fe과, 0.05 ~ 0.25 질량%의 Cu와, 0.80 ~ 1.50질량%의 Mn과, 0.80 ~ 1.50질량%의 Mg과, Al과, 불가피한 불순물을 함유하고 블랭크 지름이 57mm, 인발비가 1.73 이라는 조건으로 인발한 성형컵에서 45° 귀발생율이 2.5% 이하이며, 0 - 180° 귀높이의 평균치가 45° 귀높이의 평균치 이하이며, 내력이 180MPa 이상 230MPa 이하이며, 인장강도에서 내력을 뺀 값이 10.0MPa 이상 28.0MPa 이하이며, 상기 보들 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 표면에서 압연방향에 직교하는 방향의 결정립의 폭이 10μm 이상 60μm 이하 인 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판이다.
본 개시의 일 국면인 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판을 이용하여 제조한 보틀 캔은 축력 강도가 높고, 컬 균열이 발생하기 어렵다.
본 개시의 다른 국면은 0.05 ~ 0.60 질량%의 Si와, 0.05 ~ 0.80 질량%의 Fe과, 0.05 ~ 0.25 질량%의 Cu와, 0.80 ~ 1.50 질량%의 Mn과, 0.80 ~ 1.50 질량%의 Mg와, Al과, 불가피한 불순물을 함유하는 알루미늄 합금 주괴를 균질화 처리하고, 열간 압연을 수행하고, 중간 소둔을 수행하지 않고 냉간 압연을 수행하며, 상기 열간 압연에서 열간 마무리 압연의 개시 온도가 400℃ 이상 520℃ 이하이고, 상기 냉간 압연에서 최종 패스의 이전 패스 압연 종료 온도가 130℃ 이상 190℃ 이하이고, 상기 냉간 압연에서 총압하율이 80.0% 이상 90.0% 이하인 보들 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 제조 방법이다.
본 개시의 다른 국면인 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 의해 보들 캔 몸통용 알루미늄 합금판을 제조할 수 있다. 그 보들 캔 몸통용 알루미늄 합금판을 이용하여 제조한 보틀 캔은 축력 강도가 높고, 컬 균열이 발생하기 어렵다.
도 1은 제1의 보틀 캔을 제조하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 2는 제2의 보틀 캔을 제조하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 3은 결정립 폭을 측정하는 방법을 나타내는 설명도이다.
본 개시의 예시적인 실시 예를 도면을 참조하면서 설명한다.
1. 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 구성
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은 0.05 ~ 0.60 질량%의 Si 를 함유한다. Si는 Al-Mn-Fe계 정출물로 상변태를 일으켜서 보다 경도가 높은 Al-Mn-Fe-Si계 화합물을 형성한다. Al-Mn-Fe-Si계 화합물은 고체 윤활작용을 갖는다. Al-Mn-Fe-Si계 화합물이 형성되는 것에 의해서 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 아이어닝 성형성이 향상된다.
Si 의 함유량이 0.05 질량% 이상인 것에 의해서 DI 성형을 수행하는 경우, 합금형과 금형과의 응착에 의한 빌드업을 억제할 수 있다. Si 의 함유량이 0.60 질량% 이하 인것에 의해서 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 귀발생율을 줄일 수 있다.
귀발생율을 줄일 수 있는 이유는 다음과 같다. Si 의 함유량이 0.60 질량% 이하인 경우, 열간 압연 중의 미세한 α-AlMnFeSi 상의 석출을 억제할 수 있다. α-AlMnFeSi 상은 열간 압연 종료 후 재결정을 억제하는 작용을 갖는다. α-AlMnFeSi 상의 석출을 억제함으로써 열간 압연 종료 후 재결정을 촉진하고 귀발생율을 저감할 수 있다.
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은 0.05 ~ 0.80 질량%의 Fe 를 함유한다. 0.05 질량% 이상의 Fe 를 함유하여 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 아이어닝 성형성이 향상된다. 0.05 질량% 이상의 Fe을 함유하는 것으로 아이어닝 성형성이 향상하는 이유는 Al-Mn-Fe계, Al-Mn-Fe-Si계 등의 화합물이 석출하고, 그 화합물이 고체 윤활 작용을 갖기 때문이다.
또한 Fe 함유량이 0.05 질량% 이상인 것에 의해서 열간 압연 종료시 재결정 입경이 미세화한다. 재결정 입경이 미세화하는 이유는 다음과 같다. Al-Mn-Fe계, Al-Mn-Fe-Si계 등의 화합물은 열간 압연 중에 모상보다 높은 변형이며, 전위 밀도가 큰 영역을 그 주위에 형성하며 열간 압연 종료시 재결정핵이 된다. Fe 의 함유량이 0.05 질량% 이상이면, 재결정핵이 되는 상기 화합물의 양이 증가하고 재결정 입경이 미세화한다.
또한 Fe 함유량이 0.05 질량% 이상인 것에 의해서 알루미늄 지금의 순도를 지나치게 높일 필요가 없고, 비용 절감을 실현할 수 있다.
Fe 의 함유량이 0.80 질량 % 이하인 것에 의해서 용해 주조시에 Fe 와 Mn 과 결합하여 거대한 Al-Mn-Fe계 1차 결정화합물이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 거대한 Al-Mn-Fe계 1차결정 화합물이 압연 후에도 잔존하면 DI 성형시에 균열이나 핀홀을 발생시켜 버린다.
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은 0.05 ~ 0.25 질량% 의 Cu 를 함유한다. Cu 함유량이 0.05 질량% 이상인 것에 의해서 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 강도가 향상된다. 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 강도가 향상되면 DI 성형에서 충분한 축력 강도를 얻을 수 있다.
Cu 의 함유량이 0.25 질량 % 이하인 것에 의해서 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 강도가 지나치게 높아지는 것을 억제할 수 있다. 따라서 DI 캔 측벽이 과도하게 굳어지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 네크 성형시 주름이 발생하고 컬 성형성이 악화되는 것을 억제할 수 있다.
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은 0.80 ~ 1.50 질량% 의 Mn 을 함유한다. Mn 의 함유량이 0.80 질량% 이상인 것에 의해서 Al-Mn-Fe-Si계 화합물이 형성되기 쉬워진다. 그 결과 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 아이어닝 성형성이 향상된다. 또한 Mn 의 함유량이 0.80 질량% 이상인 것에 의해서 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 강도가 향상된다. 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 강도가 향상되면 DI 성형에서 충분한 축력 강도를 얻을 수 있다.
Mn 의 함유량이 1.50 질량% 이하인 것에 의해서 용해 주조시에 Fe 와 Mn 과 결합하여 거대한 Al-Mn-Fe계 1차결정 화합물이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 거대한 Al-Mn-Fe계 1차 결정화합물이 압연 후에도 잔존하면 DI 성형시에 균열이나 핀홀을 발생시켜 버린다.
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은 0.80 ~ 1.50 질량% 의 Mg 를 함유한다. Mg 의 함유량이 0.80 질량% 이상인 것에 의해서 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 강도가 향상된다. 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 강도가 향상되면 DI 성형에서 충분한 축력 강도를 얻을 수 있다.
Mg 의 함유량이 1.50 질량% 이하인 것에 의해서 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판을 가공 경화하기 어려워진다. 따라서 DI 캔 측벽이 과도하게 굳어지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 네크 성형시 주름이 발생하고 컬 성형성이 악화되는 것을 억제할 수 있다.
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은 Al 을 함유한다. Al 은 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 주성분이다. Al 은 예를 들어, 알루미늄 합금판에서 Si, Fe, Cu, Mn, Mg 및 불가피한 불순물 이외의 잔부이다. 불가피한 불순물의 함유량은 0.5 질량% 이하인 것이 바람직하다.
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판에서는 블랭크 지름이 57mm, 인발 비가 1.73 이라는 조건으로 인발한 성형컵에서 45°귀발생율이 2.5% 이하이며, 0-180 ° 귀높이의 평균치가 45°귀높이 평균이하이다.
45°귀발생율은 다음 식(1)에 의한 산출되는 값이다.
식 (1) 45°귀발생율(%) = (45°귀높이의 평균치 ― 평균 높이)/평균 높이)×100
식 (1)에서 " 45°귀높이 " 란 에릭센 컵 귀 중 압연 방향에서 45°의 각도를 이루는 위치에 나타나는 컵귀 높이를 의미한다. " 45°귀높이의 평균치 " 는 1개의 컵에 4군데 존재하는 " 압연 방향에서 45°의 각도를 이루는 위치" 에서 각각 측정한 " 45°귀높이 " 의 평균값을 의미한다. 4개의 " 압연방향에서 45°의 각도를 이루는 위치 " 는 대칭의 위치 관계에 있다.
식 (1)에서 " 평균 높이 " 이라 함은 다음의 값이다. 에릭센 컵의 높이를 압연 방향에서 1°단위로 측정하여 360 점의 컵 높이를 취득한다. 그 360 점의 컵 높이의 평균값이 " 평균 높이 " 이다.
식 (1)에서 " 0 - 180° 귀높이의 평균치 " 이라 함은 압연 방향에서 0°의 각도를 이루는 위치에 나타나는 컵 귀높이와 압연방향에서 180°의 각도를 이루는 위치에 나타나는 컵 귀높이와의 평균값을 의미한다.
45°귀발생율이 2.5% 이하인 것으로, DI 캔의 네크 성형 중에 압연 방향에서 45°의 네크부 측벽 판두께가 얇아지는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해, 네크 주름의 발생을 억제할 수 있고 컬 성형성이 향상된다. 네크 주름은 네크 성형 중에 네크부에 부분에 생기는 주름이다.
45°귀발생율은 1.0% 이상인 것이 바람직하다. 45°귀발생율이 1.0% 이상인 경우 45°귀높이가 0 - 180°귀높이보다 낮아지는 것을 억제할 수 있다.
0 - 180°귀높이의 평균치가 45°귀높이의 평균치 이하인 것에 의해서 0 - 180°귀높이의 평균치가 억제된다. 이로 인해 DI 캔 네크 성형 중에 압연 방향에서 0 - 180° 위치의 네크부 측벽 판두께가 얇아지는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 네크 주름의 발생을 억제할 수 있고 컬 성형성이 향상된다.
0 - 180° 귀높이의 평균치가 45°귀높이의 평균치 이하이라는 관계를 충족 하는 범위에서 45°귀발생율은 낮을수록 바람직하다.
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은 강도가 180MPa 이상, 230MPa 이하이다. 내력이 180MPa 이상인 것에 의해서 성형 후 캔 몸체의 축력 강도를 높일 수 있다. 축력 강도는 캔 축방향의 좌굴 강도이다. 내력이 230MPa 이하인 것에 의해서 캔 측벽이 너무 굳어지는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해, 네크 주름의 발생을 억제할 수 있고 컬 성형성이 향상된다.
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은 인장강도에서 내력을 뺀 값 (이하에서는 차이값이라 한다)이 10.0MPa 이상, 28.0MPa 이하이다. 일반적으로 차이값을 10.0MPa 미만으로 하기 위해서는 냉간 압연 도중에 열처리를 추가할 필요가 있다. 본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판에서는 차이값이 10.0MPa 이상 인것에 의해서 반드시 냉간 압연 도중에 열처리를 추가할 필요가 없다. 따라서 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 생산성을 높이고 제조 비용을 절감하고 에너지 손실을 줄이고 CO2 배출량을 억제할 수 있다.
차이값이 28.0MPa 이하인 것에 의해서 DI 성형, 네크성형의 가공 경화가 억제되어 컬 성형성이 향상된다.
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은 그 표면에서 압연 방향에 직교하는 방향의 결정립의 폭(이하에서는 결정립 폭 이라 한다)가 10μm 이상 60μm 이하이다. 일반적으로 결정립폭을 10μm 이하로 하기 위해서는, 냉간 압연 도중에 열처리를 추가할 필요가 있다. 본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판에서는 결정립폭이 10μm 이상인 것에 의해서 반드시 냉간 압연 도중에 열처리를 추가 할 필요가 없다. 따라서 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 생산성을 높이고 제조 비용을 절감하고 에너지 손실을 줄이고 CO2 배출량을 억제할 수 있다.
결정립폭이 60μm 이하인 것에 의해서 캔 몸통의 제조 과정에서 컵 인발 및 네크 인발 성형에서의 거칠음 불량을 억제하고 양호한 컬 성형성을 얻을 수 있다.
결정립폭을 작게 하는 방법으로서는 예를 들어 합금 원소로서 Fe 를 첨가하여 열간 압연 종료 후 재결정핵이 되는 Al-Fe-Mn-Si 화합물을 정출시키는 방법이 있다. 또한 결정립폭을 작게 하는 방법으로서 예를 들어, 열간 마무리 압연의 개시 온도를 낮추어 열간 압연 중의 축적 왜곡량을 증가시키고 열간압연 종료 후 재결정 구동력을 높이는 것으로 재결정립을 미세화하는 방법이 있다. 결정립폭의 측정 방법은 후술하는 실시 예에서 설명하는 방법이다.
2. 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 제조방법
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은 예를 들어, 알루미늄 합금 주괴를 균질화 처리하고, 열간 압연하고, 중간 소둔을 하지 않고 냉간 압연을 수행함으로써 제조할 수 있다. 필요에 따라 냉간 압연 후 최종 소둔을 수행하고 있다. 다음은 공정별로 설명한다.
(2-1) 주조, 균질화 처리
알루미늄 합금 주괴는, 0.05 ~ 0.60질량%의 Si와, 0.05 ~ 0.80질량%의 Fe과, 0.05 ~ 0.25질량%의 Cu와, 0.80 ~ 1.50 질량%의 Mn과, 0.80 ~ 1.50 질량%의 Mg과, Al과, 불가피한 불순물을 함유한다.
Al은 알루미늄 합금 주괴의 주성분이다. Al은 예를 들어, 알루미늄 합금 주괴에서 Si, Fe, Cu, Mn, Mg 및 불가피한 불순물 이외의 잔부이다. 불가피한 불순물의 함유량은 0.5 질량% 이하인 것이 바람직하다. 알루미늄 합금 주괴는 통상의 방법으로 용해, 주조하여 얻을 수 있다.
균질화 처리의 온도는 580℃ 이상, 주괴의 융점 이하인 것이 바람직하다. 580℃ 이상인 경우 Al6 (Fe,Mn)에서 α상 화합물 (Al-Mn-Fe-Si계)로 변태를 촉진할 수 있다. α상 화합물(Al-Mn-Fe-Si계)은 아이어닝 성형시에 과열 방지 효과를 나타낸다. 균질화 처리 온도가 주괴의 융점 이하인 경우, 주괴의 일부에 공정융해를 일으켜 판 표면의 품질이 악화되는 것을 억제할 수 있다.
균질화 처리 시간은 1시간 이상 20시간 이하인 것이 바람직하다. 1시간 이상인 경우 Al6(Fe,Mn)에서 α상 화합물로 변태를 더욱 촉진할 수 있다. 20시간 이하인 경우 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 제조의 경제성이 향상된다.
(2-2) 열간 압연
열간 압연은 예를 들어, 열간 조압연 및 열간 마무리 압연으로 구성된다. 열간 조압연은 압연하는 판두께에 따라 균질화 처리 후 주괴를 압연한다. 열간 조압연은 예를 들어, 리버싱 밀을 이용하여 수행할 수 있다. 열간 조압연 후의 판두께는 예를 들면, 50mm 이하이다. 열간 마무리 압연에서는 예를 들면, 5mm 이하의 두께로 압연한다. 열간 마무리 압연은 예를 들어, 탠덤 밀을 이용하여 수행할 수 있다.
열간 마무리 압연의 개시 온도는 400℃ 이상 520℃ 이하인 것이 바람직하다. 열간 마무리 압연의 개시 온도가 400℃ 이상인 경우, 열간 압연 중에 판의 가장자리 균열이 발생하기 어렵다. 열간 마무리 압연의 개시 온도가 520℃ 이하인 경우 열간 압연중의 축적 왜곡량이 증가하고 재결정하기 위한 구동력이 높아진다. 이로 인해 재결정입경이 미세화되어 최종 냉연판 표면의 결정립폭이 미세화한다.
열간 마무리 압연의 개시 온도는 420℃ 이상 500℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 열간 마무리 압연의 개시 온도가 420℃ 이상 500 ℃ 이하인 경우 결정립폭을 한층 적정한 범위로 할 수 있다.
열간 마무리 압연의 종료 온도는 300℃ 이상 400℃ 이하인 것이 바람직하다. 열간 마무리 압연의 종료 온도가 300℃ 이상인 경우, 열간 압연의 종료 후 재결정을 충분히 진행시키고, 45°귀발생율을 낮출 수 있다. 열간 마무리의 압연 종료 온도가 400℃ 이하인 경우, 열간 압연판의 표면이 산화하기 어렵고, 열간 압연판의 표면 품질이 열화하기 어렵다. 그 결과, DI 성형 후 캔 측벽의 외측 표면에 줄무늬 모양 결함이 발생하기 어렵다. 줄무늬 모양 결함은 플로우 마크 이라고 호칭되는 결함이다. 줄무늬 모양 결함은 DI 성형 후 캔 측벽의 외측 표면에 시인될 수 있다.
(2-3) 냉간 압연 전 또는 냉간 압연 도중의 중간 소둔
냉간 압연 전 또는 냉간 압연 도중에 중간 소둔하면 용질 원소의 고용도가 올라 네크 성형성이 저하된다. 또한 중간 소둔하면 제조 비용이 상승하고 에너지 손실이 생긴다. 중간 소둔을 하지 않고 냉간 압연을 실시하는 것으로, 위의 폐해를 억제할 수 있다.
(2-4) 냉간 압연
냉간 압연을 실시하는 것에 의해 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 재료 강도가 향상된다. 냉간 압연에서의 총압하율은 80.0% 이상 90.0% 미만이 바람직하다. 총압하율이 80.0% 이상인 경우, 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 재료 강도가 더욱 향상된다.
총압하율이 90.0% 이하인 경우, 압연 집합조직이 과도하게 발달하는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해 45°귀가 높게 되는 것을 억제할 수 있다. 또한 DI 성형시의 인발시, 재인발 컵시 보틀 모양의 캔에 특유의 네크부를 성형할 때 등에 캔 측벽 판두께의 편차를 억제할 수 있다. 캔 측벽 판두께의 편차를 억제하는 것에 의해 주름이 발생하기 어려워진다. 냉간 압연의 총압하율은 85.0% 이상 90.0% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 냉간 압연의 총압하율이 범위 내에 있는 경우, 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 강도가 한층 향상하고 귀발생율이 더욱 적정하게 된다.
냉간 압연에서 최종 패스의 전 패스의 압연 종료 온도가 130℃ 이상 190℃ 이하인 것이 바람직하다. 최종 패스의 전 패스의 압연 종료 온도가 130℃ 이상인 경우, 냉간 압연 패스 사이에서 Mg-Si계, Al-Mg-Cu계, Al-Mg-Cu-Si계 화합물의 미세 석출이 일어나고 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 재료 강도가 향상된다. 또한 최종 패스의 전 패스의 압연 종료 온도가 130℃ 이상인 경우, 모상의 Cu, Mg, Si의 고용량이 감소하는 것으로 냉연판의 가공 경화성이 억제된다. 이로 인해, DI 성형 네크 성형의 가공 경화가 억제되어 나사 성형성, 컬 성형성이 향상된다.
최종 패스의 전 패스의 압연 종료 온도가 190℃ 이하인 경우, Mg-Si계, Al-Mg-Cu계, Al-Mg-Cu-Si계 화합물의 미세 석출에 의한 시효 경화가 과도하게 일어나는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 재료 강도가 과도하게 높아지기 어렵다. 그 결과, DI 성형성 네크 성형성이 향상된다.
냉간 압연의 최종 패스의 전 패스 종료에서 최종 패스 압연 개시까지의 시간(이하에서는 패스간 시간이라 한다)은 1시간 이상 48시간 미만인 것이 바람직하다. 패스간 시간이 1시간 이상인 경우, 냉간 압연 패스 사이에서 Mg-Si계, Al-Mg-Cu계, Al-Mg-Cu-Si계 화합물의 미세 석출이 일어나고 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 재료 강도가 향상된다. 또한 패스간 시간이 1시간 이상인 경우, 모상의 Cu, Mg, Si의 고용량이 감소하는 것으로 냉연판의 가공 경화성이 억제된다. 이로 인해 DI 성형 네크성형의 가공 경화가 억제되어 나사 성형성, 컬 성형성이 향상된다. 패스간 시간이 48시간 미만인 경우, 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 제조 경제성이 향상된다.
(2-5) 최종 소둔
최종 소둔은 수행하여도 좋고 수행하지 않아도 좋다. 최종 소둔을 수행함으로써 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 재료 강도를 조정할 수 있다. 최종 소둔을 수행하는 경우, 온도는 80℃ 이상 250℃ 이하인 것이 바람직하고, 시간은 0.1시간 이상 24시간 이하인 것이 바람직하다. 최종 소둔 온도가 80℃ 이상이거나 최종 소둔 시간이 0.1시간 이상인 경우, 냉간 압연으로 도입되는 전위가 회복하고 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 재료 강도가 감소한다. 최종 소둔 온도가 250℃ 이하인 경우, 냉간 압연으로 도입되는 전위의 회복이 과도하게 진행하기 어렵고, 재료 강도가 지나치게 감소하기 어렵다. 최종 소둔 시간은 0.1시간 이상인 것이 바람직하다. 최종 소둔 시간을 24시간보다 길게 하여도 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 재료 강도는 최종 소둔 시간이 24 시간인 경우와 변하기 어렵다. 최종 소둔 시간이 24시간보다 긴 것은 경제성에서 불리하기 때문에 바람직하지 않다.
3. 보틀 캔의 제조방법
본 개시의 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판을 사용하여 보틀 캔을 제조할 수 있다.
(3-1) 제1 보틀 캔의 제조 방법
도 1에 기초하여 제1 보틀 캔의 제조 방법을 설명한다. 제1 보틀은 후술하는 제2 보틀 캔에 비해 입 부분이 비교적 큰 보틀 캔이다. S1 에서는 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판(1)을 준비한다. S2 에서는 블랭킹 공정을 수행한다. S3 에서는 컵 공정을 수행하여 컵(7)을 형성한다. S4 에서는 DI 성형 공정을 수행한다. S5 에서는 트리밍 공정을 수행한다. S6 에서는 네킹 공정을 수행한다. 이때 네크부(3)가 형성된다. S7 에서는 나사 성형 공정을 수행한다. 이때 네크부(3)에 나사부(5)가 형성된다. 또한 네크부(3)의 선단에 컬 성형이 이루어진다.
(3-2) 제2 보틀 캔의 제조 방법
도 2에 기초하여 제2 보틀 캔의 제조 방법을 설명한다. 제2 보틀 캔은 입 부분이 페트병과 같은 크기의 보틀 캔이다. S11 ~ S15 는 상기 S1 ~ S5 와 마찬가지이다. S16 에서는 컵(7)의 저부 측에 네크부(9)를 형성하고, 엔드부(11)를 개구시킨다. S17 에서는 컵(7)의 개구부(13) 측에 플랜징 공정을 실시한다. S18 에서는 저부(15)의 감아 조임과 나사 성형공정을 수행한다. 이때 네크부(9)에 나사부(17)가 형성된다. 또한 네크부(9)의 선단에 컬 성형을 수행한다.
4. 실시예
(4-1) 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 제조
표 1에 표시한 J1 ~ J8 제조 조건에서 각각 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판을 제조하였다.
Figure 112019114447599-pct00001
J1 ~ J8 중 어느 것에 있어서도 이하의 방법으로 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판을 제조한다는 점에서 공통된다. 즉, 먼저 알루미늄 합금 주괴를 반연속 주조에서 조괴한다. 다음으로, 잉곳의 표면을 면삭한 후 595℃ 의 온도에서 2시간 유지하는 균질화 처리를 수행한다.
다음, 리버싱밀을 이용하여 열간조압연을 실시한다. 이어서 3 스탠드 탠덤 밀에 의해 열간 마무리 압연을 수행하고 열연판을 얻는다. 이어서 얻어진 열간 압연판은 상온이 된 후 0.44mm 두께까지 냉간 압연을 수행한다. 이어서 220℃ 에서 2시간 유지하는 최종 소둔을 실시하고, 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판을 얻는다. 냉간 압연의 최종 패스의 전 패스 압연 종료후에서 최종 패스 압연 개시까지의 시간은 1시간 이상으로 한다.
J1 ~ J8 에서 알루미늄 합금 주괴의 조성과 열간 마무리 압연의 개시 온도와 냉간 압연에서의 총압하율과 냉간 압연에서 최종 패스의 전 패스의 압연 종료 온도를 상기 표 1에 나타낸다.
(4-2) 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 평가
J1 ~ J8 각각에 대해서 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판을 다음과 같이 평가하였다.
(i) 컵 귀특성
보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판에서 잘라내고 블랭크 직경 57mm 의 시료를 작성하였다. 이 시료를 에릭센 시험기에서 딥 드로잉 성형하였다. 펀치의 직경은 33mm 이며, 펀치 어깨 R 은 2.5mm 이었다. 주름 억제력은 300kgf 로 하였다. 압연 방향에 대해 1°간격으로 컵의 높이를 측정하였다. 45°귀발생율값과 (0 - 180° 귀높이의 평균치)의 값과 (45° 귀 높이의 평균치)의 값을 구하였다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure 112019114447599-pct00002
(ii) 인장 특성
보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판에서 잘라내고 JIS-Z-2201 로 규정하는 5 호 시험편을 작성하였다. 이 시험편은 압연 방향에 대해 0°의 각도를 이루는 방향으로 연장된다.
시험편에 대해서 JIS-Z-2241 에 준거하여 인장 시험을 실시하여 인장 강도 및 0.2% 내력을 측정하였다. 내력과 인장강도에서 강도를 뺀 값(차이값)을 각각 상기 표 2 에 나타낸다. 표 2 에서 " 내력YS " 는 내력을 의미한다. 표 2 에서 " 인장 강도 TS - 내력 YS 차 "는 차이값을 의미한다.
(iii) 결정립폭
JIS H0501 의 절단법에 준하여 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 결정립폭을 측정하였다. 구체적인 측정 방법은 다음과 같다. 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 표면에 5 시야에 대하여 각각 도 3 에 표시되는 결정립 조직사진(101)을 취득한다. 이 결정립 조직사진(101)의 시야의 크기는 0.7mm Х 0.9mm 이다. 결정립 조직사진(101)은 100배로 확대한 것이다. 도 3에서 좌우 방향이 압연 방향이다. 결정립 조직사진(101)에는 복수의 결정립(C)이 나타나고 있다.
각각의 결정립 조직사진(101)에서 3개의 선분(103)을 그렸다. 따라서 5 시야의 결정립 조직사진(101)에는 합계 15개의 선분(103)이 존재한다. 각각의 선분(103)은 압연방향에 직교하는 방향으로 연장된다. 선분(103)은 결정립 조직사진(101)의 일단에서 타단까지 도달하고 있다. 선분(103)의 길이는 0.7mm 이다. 결정립 조직사진(101)은 100배로 확대되어 있기 때문에 선분(103)의 길이는 700μm 의 길이에 대응한다.
우선, 1개의 선분(103)에 주목한다. 그 선분(103)이 완전하게 절단하는 결정립(C)의 수를 N 으로 한다. 결정립(C)을 완전히 차단하는 것은 선분(103)이 결정립(C)을 통과하여 결정립(C)의 일단에서 타단까지 도달하는 것을 의미한다. 도 3 에 표시하는 예에서는 가장 왼쪽에 위치하는 선분(103)이 완전히 차단하는 결정립 (C)의 수(N)는 7개이다.
700μm 를 N 으로 나눈 값을 그 선분(103)의 결정립폭으로 한다. 15개의 선분(103)의 각각에서 같은 방법으로 1개의 선분(103)의 결정립폭을 구한다. 마지막으로 1개의 선분(103)의 결정립폭을 15개의 선분(103)에서 평균하고, 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 결정립폭으로 한다. 측정한 결정립폭을 상기 표 4에 나타낸다.
(iv) 컬 성형성
보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판에서 블랭크 직경 179mm 의 원판을 잘라내었다. 이 원판을 내경 58mm 가 되도록 DI 성형하였다. 다음으로, 트리밍, 세정 및 베이킹을 순차적으로 수행하였다. 베이킹의 최고 유지 온도는 210℃ 이다. 이어서 입 구부의 직경이 26mm 가 될 때까지 다이 네크 방식으로 네이킹을 실시하였다. 이어서 나사, 컬성형을 실시하고 보틀 캔을 제작하였다. 이 방법으로 100캔의 보틀 캔을 만들고 각각의 보틀 캔의 컬 균열의 발생 상황을 확인하였다. 그리고 다음의 기준에 따라 컬 성형성을 평가하였다.
○ : 컬 균열 발생률이 5% 미만.
× : 컬 균열 발생률이 5% 이상.
컬 성형성 평가 결과를 상기 표 2에 나타낸다.
(v) 축력 강도
상기 (iv)에서 제조한 보틀 캔 상부에서 하중을 가하고 보틀 캔이 소성 변형했을 때의 최대 하중을 측정하였다. 이 측정을 5캔의 보틀 캔 대하여 각각 수행하고, 5캔에서 피크 하중의 평균값을 축력 강도로 하였다. 그리고 다음의 기준에 따라 축력 강도를 평가하였다.
○ : 축력 강도가 1800N 이상이다.
× : 축력 강도가 1800N 미만이다.
축력 강도의 평가 결과를 상기 표 2에 나타낸다. 또한, 1800N 은 고내압의 내용물을 시밍하는 경우에 바람직한 축력 강도이다.
(vi) 평가 결과에 대해서
J1, J2 는 컵 귀특성, 인장 특성, 결정립폭, 컬 성형성 및 축력 강도 모두가 양호하였다.
J3 는 컬 성형성이 불량이었다. 그 이유는 열간 마무리 압연의 개시온도가 너무 높고, 결정립폭이 지나치게 크기 때문인 것으로 추측된다.
J4 는 열간 압연시 판에지 균열이 발생하였다. 그 이유는 열간 마무리 압연의 개시 온도가 너무 낮았기 때문인 것으로 추측된다.
J5 는 컬 성형성이 불량이었다. 그 이유는 냉간 압연 총압하율이 너무 높아서 45°귀발생율이 지나치게 높아졌기 때문인 것으로 추측된다.
J6 는 축력 강도와 컬 성형성이 불량이었다. 그 이유는 냉간압연 총압하율이 너무 낮아서 (0 - 180° 귀높이의 평균치)가 (45°귀높이의 평균치) 이상이 되고, 또한 내력이 작아졌기 때문인 것으로 추측된다.
J7 에서는 컬 성형성이 불량이었다. 그 이유는 냉간 압연의 최종 패스의 전 패스 압연 종료 온도가 너무 낮아져서 인장 강도와 내력의 차이가 커졌기 때문인 것으로 추측된다.
J8 에서는 컬 성형성이 불량이었다. 그 이유는 냉간 압연의 최종 패스의 전 패스 압연 종료 온도가 너무 높아져서 내력이 과도하게 커졌기 때문인 것으로 추측된다.
5. 다른 실시 예
이상, 본 개시의 실시 예에 대해 설명하였지만 본 개시는 상술한 실시 예에 한정되지 않고, 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다.
(1) 상기 각 실시 형태에 있어서의 하나의 구성 요소가 가지는 기능을 복수의 구성 요소에 분담시키거나 복수의 구성 요소가 가지는 기능을 하나의 구성 요소로 발휘시키거나 하여도 좋다. 또한, 상기 각 실시 형태의 구성의 일부를 생략하여도 좋다. 또한, 상기 각 실시 형태의 구성의 적어도 일부를 다른 상기 실시 형태의 구성에 대해 추가, 치환을 하여도 좋다. 또한, 특허청구범위에 기재된 문언에서 특정되는 기술 사상에 포함되는 모든 형태가 본 개시의 실시 예이다.
(2) 상술한 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 다른, 그 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판을 구성 요소로 하는 보틀 캔, 보틀 캔의 제조 방법 등 다양한 형태로 본 개시를 실현하는 것도 할 수 있다.
1 ... 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판
3,9 ... 네크부
5,17 ... 나사부
7 ... 컵
11 ... 엔드부
13 ... 개구부
15 ... 저부
101 ... 결정립 조직 사진
C ... 결정립
103 ... 선분

Claims (3)

  1. 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판으로서,
    0.05 ~ 0.60질량%의 Si와, 0.05 ~ 0.80질량%의 Fe과, 0.05 ~ 0.25질량%의 Cu와, 0.80 ~ 1.50질량%의 Mn과, 0.80 ~ 1.50질량%의 Mg과, Al과, 불가피한 불순물을 함유하고,
    블랭크 지름이 57mm, 인발비가 1.73이라는 조건으로 인발한 성형컵에서 45°귀발생율이 2.5% 이하이며,
    0 - 180° 귀높이의 평균치가 45° 귀높이의 평균치 이하이며,
    내력이 180MPa 이상, 230MPa 이하이며,
    인장강도에서 내력을 뺀 값이 10.0MPa 이상, 28.0MPa 이하이며,
    상기 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 표면에서 압연방향에 직교하는 방향의 결정립의 폭이 10μm 이상 60μm 이하인 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판.
  2. 0.05 ~ 0.60 질량%의 Si와, 0.05 ~ 0.80 질량%의 Fe과, 0.05 ~ 0.25 질량%의 Cu와, 0.80 ~ 1.50 질량%의 Mn과, 0.80 ~ 1.50 질량%의 Mg과, Al과 불가피한 불순물을 함유하는 알루미늄 합금주괴를 균질화처리하고, 열간 압연을 수행하고, 중간소둔을 하지 않고 냉간 압연을 수행하며,
    상기 열간 압연에서 열간 마무리 압연의 개시온도가 400℃ 이상 520℃ 이하이며,
    상기 냉간 압연에서 최종패스의 이전 패스 압연 종료온도가 130℃ 이상 190℃ 이하이며,
    상기 냉간 압연의 최종 패스의 이전 패스 종료에서 상기 최종 패스의 개시까지의 시간이 1시간 이상 48시간 미만이고,
    상기 냉간 압연에서 총압하율이 80.0% 이상 90.0% 이하인 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제조된 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판은,
    블랭크 지름이 57mm, 인발비가 1.73이라는 조건으로 인발한 성형컵에서 45° 귀발생율이 2.5% 이하이며,
    0 - 180° 귀높이의 평균치가 45° 귀높이의 평균치 이하이며,
    내력이 180MPa 이상 230MPa 이하이며,
    인장강도에서 내력을 뺀 값이 10.0MPa 이상, 28.0MPa 이하이며,
    상기 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 표면에서 압연방향에 직교하는 방향의 결정립의 폭이 10μm 이상 60μm 이하인 보틀 캔 몸통용 알루미늄 합금판의 제조방법.
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