ボトル缶用アルミニウム合金板
【課題】現行の板厚／重量をアップさせることなく、ボトル缶を製造する際の成形性が優れると共に、製造されたボトル缶が十分な缶体強度（座屈強度）を有するボトル缶用アルミニウム合金板を提供する。
【解決手段】Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉを所定量含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成され、Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が、５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０の関係を満足するアルミニウム合金板であって、アルミニウム合金板の伸びが５．０〜８．０％、かつ、結晶粒の平均アスペクト比が３．０以上であり、アルミニウム合金板の熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ２を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下であり、アルミニウム合金板の耳率が−２〜＋３．５％であることを特徴とする。
【解決手段】Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉを所定量含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成され、Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が、５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０の関係を満足するアルミニウム合金板であって、アルミニウム合金板の伸びが５．０〜８．０％、かつ、結晶粒の平均アスペクト比が３．０以上であり、アルミニウム合金板の熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ２を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下であり、アルミニウム合金板の耳率が−２〜＋３．５％であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の飲料缶として使用されるボトル缶用素材としてのボトル缶用アルミニウム合金板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボトル缶としては、図１に示すように、胴体部２と底部６とが連続して構成されている２ピースボトル缶１がある。この２ピースボトル缶１は、その胴体部２の所定部分にネック部３が形成され、このネック部３のエンド部には口部４が形成されている。さらに、この２ピースボトル缶１は、口部４の近傍の外周にキャップ取り付け用のネジ部５と、天面部８にカール部７とが形成されている。
【０００３】
そして、特許文献１には、このような２ピースボトル缶に使用されるアルミニウム合金板として、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇの各含有量を調整したＪＩＳＨ４０００に規定される３００４合金、または３１０４合金などが用いられ、これを、鋳造処理、均質化熱処理、熱間圧延処理、冷間圧延処理、必要に応じて焼鈍処理を行った後に、冷間圧延を行うことによって、所定のアルミニウム合金板を製造することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５６３６６号公報（段落番号００１３、００３０、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ボトル缶の内容物によっては、キャップ巻締め後の漏れ防止のために、キャッピング時の打栓荷重を従来よりも高くすることが要求されている。こうした内容物への適用拡大を図ろうとしたときには、ネック部、胴体部にかかる軸方向荷重に対する座屈強度を、従来の１５００Ｎ以上から１９６０Ｎ以上に増大する必要がある。そして、高い打栓荷重に耐えうるボトル缶を製造するには、より強度の高い材料が求められるが、従来のアルミニウム合金板においては、高強度化するほど、ネック成形時のシワ、カール成形時におけるカール割れが発生するという問題があり、製缶自体が困難で実用化に至らなかった。また、高強度化のために、アルミニウム合金板の板厚を厚くすることも考えられるが、ボトル缶においては、１缶あたりのメタル使用量を減らすべく薄肉、軽量化の要望が高い。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題を解決すべく創案されたもので、その課題は、現行の板厚／重量をアップさせることなく、ボトル缶を製造する際の成形性が優れると共に、製造されたボトル缶が十分な缶体強度（座屈強度）を有するボトル缶用アルミニウム合金板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明に係るボトル缶用アルミニウム合金板は、Ｃｕを０．１０〜０．４０質量％、Ｍｇを１．３８〜２．００質量％、Ｍｎを０．５０〜１．００質量％、Ｆｅを０．４０〜０．８０質量％、Ｓｉを０．１０〜０．４０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成され、前記Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が、５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０の関係を満足するアルミニウム合金板であって、前記アルミニウム合金板の伸びが５．０〜８．０％、かつ、結晶粒の平均アスペクト比が３．０以上であり、前記アルミニウム合金板の２１０℃で１０分の熱処理を施した後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ２を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下であり、前記アルミニウム合金板から外径６６ｍｍのブランクを打ち抜き、前記ブランクに対してカッピングを施してカップ径４０ｍｍの絞りカップを作製した際に、前記絞りカップのカップ高さから算出した耳率が−２〜＋３．５％であることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉの各含有量を所定範囲に規制することによって、熱処理後の０．２％耐力が適切な範囲となり、缶体強度が向上すると共に、ネック成形性、カール成形性が向上する。また、缶成形の際の耳率が適切な範囲となり、缶寸法が安定する。Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が所定の関係を満足することによって、アルミニウム合金板に所定のサイズおよび個数密度の金属間化合物が形成され、ネック成形性、カール成形性が向上する。また、合金板の伸びを所定範囲に規制することによって、ネック成形性、カール成形性が向上する。さらに、合金板の結晶粒の平均アスペクト比を所定範囲に規制することによって、結晶粒が圧延方向に伸長した組織となり、合金板をＤＩ成形した際の耳率が適切な範囲となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のボトル缶用アルミニウム合金板によれば、現行の板厚／重量をアップさせることなく、優れた成形性を達成できると共に、製造されたボトル缶が十分な缶寸法、缶体強度（座屈強度）を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】２ピースボトル缶を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の２ピースボトル缶の製造方法を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明者らは、現行の缶壁厚もしくは現行より薄い缶壁厚からなるボトル缶であっても、従来以上のキャップ打栓荷重に耐えうるボトル缶製造に適した材料の開発を進めてきた。その結果、従来採用されてきたＪＩＳ規定の３１０４合金、または３００４合金の成分範囲を超える合金成分と、適正な均質化熱処理条件、熱間圧延条件、冷間圧延条件を組み合わせることで、必要な缶強度、缶寸法、成形性を同時に満足させるボトル缶用アルミニウム合金板（以下、アルミニウム合金板と称す）を見出し、本発明を成すに至った。
【００１２】
［アルミニウム合金板］
本発明に係るアルミニウム合金板は、Ｃｕを０．１０〜０．４０質量％、Ｍｇを１．３０〜２．００質量％（好ましくは１．３８〜２．００質量％）、Ｍｎを０．５０〜１．００質量％、Ｆｅを０．４０〜０．８０質量％、Ｓｉを０．１０〜０．４０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成され、前記Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が、５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０の関係を満足するアルミニウム合金板であって、前記アルミニウム合金板の伸びが５．０〜８．０％以下、かつ、結晶粒の平均アスペクト比が３．０以上であり、前記アルミニウム合金板の熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ２を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下であり、前記アルミニウム合金板の耳率が−２〜＋３．５％である。
【００１３】
以下に、アルミニウム合金板に含まれる各成分と材料特性（伸び、結晶粒の平均アスペクト比熱処理後の０．２％耐力、耳率）とを数値限定した理由について説明する。
（Ｃｕの含有量：０．１０〜０．４０質量％）
Ｃｕは、アルミニウム合金板の材料強度に寄与する元素である。また、ボトル缶の座屈強度は、アルミニウム合金板の材料強度に依存する。そして、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形前の熱処理後の０．２％耐力、すなわち、ＤＩ缶に対して内面印刷・焼付処理を施す際の熱処理に相当する２１０℃で１０分間の熱処理を、アルミニウム合金板に施した後のアルミニウム合金板の０．２％耐力が重要な指標となる。
【００１４】
Ｃｕの含有量が０．１０質量％未満では、充分な材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が得られず、ボトル缶の缶強度が不足する（軸方向荷重に対するネック部、缶胴部の座屈強度が不足する）。Ｃｕの含有量が０．４０質量％を超えると、材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が高くなり過ぎて、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形時のシワ発生およびカール成形時の割れ発生による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。
【００１５】
（Ｍｇの含有量：１．３０〜２．００質量％、好ましくは１．３８〜２．００質量％）
Ｍｇは、アルミニウム合金板の材料強度に寄与する元素である。Ｍｇの含有量が１．３０質量％未満では、充分な材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が得られず、ボトル缶の缶強度が不足する。Ｍｇの含有量が２．００質量％を超えると、加工硬化が大きくなって材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が高くなり過ぎて、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形時のシワ発生およびカール成形時の割れ発生による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。
【００１６】
（Ｍｎの含有量：０．５０〜１．００質量％）
Ｍｎは、アルミニウム合金板の材料強度に寄与する元素である。Ｍｎの含有量が０．５０質量％未満では、充分な材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が得られず、ボトル缶の缶強度が不足する。Ｍｎの含有量が１．００質量％を超えると、材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が高くなり過ぎて、後記するボトル缶の製造工程において、印刷・焼付処理後のネック部の延性が不足し、ネック成形時のシワ発生およびカール成形時の割れ発生による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。
【００１７】
（Ｆｅの含有量：０．４０〜０．８０質量％）
Ｆｅの含有量が０．４０質量％未満では、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形の際に０−１８０°耳が増大し、所定の缶寸法が得難くなる。Ｆｅの含有量が０．８０質量％を超えると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物のサイズおよび個数密度が増大し、後記するボトル缶の製造工程において、カール成形時の割れ発生による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。
【００１８】
（Ｓｉの含有量：０．１０〜０．４０質量％）
Ｓｉの含有量が０．１０質量％未満では、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形の際に４５°耳が増大する。Ｓｉの含有量が０．４０質量％を超えると、後記するアルミニウム合金板の製造工程において、熱間圧延時の集合組織のばらつきを招く。このようなアルミニウム合金板でボトル缶を製造すると、ＤＩ成形の際に耳率のばらつきが増大する。いずれの場合も所定の缶寸法が得難くなる。
【００１９】
（不可避的不純物）
本発明にあっては、不可避的不純物として、Ｃｒが０．１質量％以下、Ｚｎが０．５質量％以下、Ｔｉが０．１質量％以下、Ｚｒが０．１質量％以下、Ｂが０．１質量％以下含有されても、本発明の効果が妨げられるものではなく、このような不可避的不純物の含有は許容される。
【００２０】
（５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０）
ボトル缶の製造工程において、ネック部のスジ状欠陥の発生は、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物のサイズおよび個数密度に影響される。そして、金属間化合物のサイズおよび個数密度は、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅの含有量に左右され、その影響度はＭｎ、Ｆｅ、Ｍｇの順に高くなる。Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅが前記の関係を満足するときに、金属間化合物のサイズおよび個数密度が好適な範囲となり、ネック部のスジ状欠陥の発生が抑制され、カール割れも防止される。
【００２１】
｛５．６６×Ｍｎ＋０．６６７×Ｍｇ＋２．１７×Ｆｅ｝が５．４５０以下であると、金属間化合物の形成が十分でなく、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形時の焼付きが顕著となり、胴体部のみならずネック部も、これに起因するスジ状欠陥が顕著となる。｛５．６６×Ｍｎ＋０．６６７×Ｍｇ＋２．１７×Ｆｅ｝が７．５５０以上であると、金属間化合物が粗大化し、ＤＩ成形時において、この粗大な金属間化合物が脱落することにより、ネック部にスジ状の欠陥が生じる。このスジ状の欠陥により、カール成形時に割れが生じる。
【００２２】
（伸び：５．０〜８．０％）
伸びが５．０％未満では、後記するボトル缶の製造工程において、カップ成形時のシワがネック成形後もシワとして残存し、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。伸びが８．０％を超えると、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形時の加工硬化が大きく、ネック部強度が過大となって、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。なお、後記するアルミニウム合金板の製造工程において、冷間圧延の際の巻き取り温度を所定範囲に制御することによって、前記範囲の伸びを得ることが可能となる。
【００２３】
（結晶粒の平均アスペクト比：３．０以上）
結晶粒のアスペクト比は、アルミニウム合金板の圧延方向の結晶粒径（Ｌ）と板幅方向の結晶粒径（ＳＴ）との比（Ｌ／ＳＴ）で定義され、その平均値である平均アスペクト比が３．０未満のとき、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形の際に０−１８０°耳が増大し、所定の缶寸法が得難くなる。なお、後記するアルミニウム合金板の製造工程において、冷間加工率を所定範囲に制御することによって、前記範囲の平均アスペクト比を得ることが可能となる。
【００２４】
（熱処理後の０．２％耐力：２７０Ｎ／ｍｍ２を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下）
２１０℃で１０分の熱処理を施した後のアルミニウム合金板の０．２％耐力は、ボトル缶の缶強度（座屈強度）に影響を与える。熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ２以下では、缶強度（座屈強度）が不足する。熱処理後の０．２％耐力が２９０Ｎ／ｍｍ２を超えると、ネック成形時のシワ発生およびカール成形時の割れ発生により不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。したがって、本発明では、２１０℃で１０分間の熱処理を施した後の、アルミニウム合金板の０．２％耐力は２７０Ｎ／ｍｍ2を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下とすることが必要である。なお、アルミニウム合金に含まれるＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量を所定範囲に制御することによって、前記範囲の０．２％耐力（熱処理後）を得ることが可能となる。
【００２５】
（耳率：−２〜＋３．５％）
耳率の大小は、ボトル缶の缶寸法精度（口部寸法精度）とよく対応し、所定の缶寸法を得るには、耳率が−２〜＋３．５％の範囲にあることが求められる。耳率が前記範囲内であるものは缶寸法精度が良好で、耳率が前記範囲外であるものは缶寸法精度が不良となる。なお、アルミニウム合金に含まれるＦｅ、Ｓｉの含有量、後記するアルミニウム合金板の製造の際の均質化熱処理温度、熱間圧延時の巻き取り温度、冷間圧延時の冷間加工率を制御することによって、前記範囲の耳率を得ることが可能となる。
【００２６】
前記アルミニウム合金板の製造方法は、以下の第１工程ないし第４工程を含むものである。第１工程は、Ｃｕを０．１０〜０．４０質量％、Ｍｇを１．３０〜２．００質量％（好ましくは１．３８〜２．００質量％）、Ｍｎを０．５０〜１．００質量％、Ｆｅを０．４０〜０．８０質量％、Ｓｉを０．１０〜０．４０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成され、前記Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が、５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０の関係を満足するアルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊を製造する。第２工程は、前記鋳塊を均質化熱処理する。そして、前記均質化熱処理を５７０〜６２０℃の温度条件で行う。第３工程は、前記第２工程で均質化熱処理された鋳塊を熱間圧延して圧延板を製造する。そして、前記熱間圧延を巻き取り温度３００℃以上で行う。第４工程は、前記圧延板を冷間圧延してアルミニウム合金板を製造する。そして、前記冷間圧延を冷間加工率８２〜９０％、巻き取り温度１３０〜１８０℃で行う。
【００２７】
以下に、前記製造方法において規定した各条件について説明する。なお、アルミニウム合金の成分の数値限定理由については、前記したボトル缶用アルミニウム合金板と同一であるので省略する。
【００２８】
（均質化熱処理の温度条件：５７０〜６２０℃）
均質化熱処理温度が５７０℃未満では、次工程の熱間圧延時の集合組織のばらつきを招き、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形の際の耳率のばらつきが増大し、所定の缶寸法が得難くなる。また、未再結晶組織の残存により、ネック成形時のシワ発生、更にはカール割れ発生を招く。均質化熱処理温度が６２０℃を超えると、鋳塊表面がバーニングを起こし、合金板の製造そのものができなくなる。
【００２９】
（熱間圧延の巻き取り温度：３００℃以上）
熱間圧延の巻き取り温度が３００℃未満では、次工程の熱間圧延時の集合組織のばらつきを招き、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形の際の耳率のばらつきが増大し、所定の缶寸法が得難くなる。また、未再結晶組織の残存により、ネック成形時のシワ発生、更にはカール割れ発生を招く。
【００３０】
（冷間圧延の冷間加工率：８２〜９０％）
冷間加工率が８２％未満では、後記するボトル缶の製造工程において、０−１８０°耳が増大し、所定の缶寸法が得難くなる。冷間加工率が９０％を超えると、４５°耳が増大し、やはり所定の缶寸法を得難くなる。なお、冷間加工率を前記範囲に制御することによって、アルミニウム合金板の結晶粒の平均アスペクト比を所定範囲にすることが可能となる。
【００３１】
（冷間圧延の巻き取り温度：１３０〜１８０℃）
冷間圧延の巻き取り温度が１３０℃未満では、アルミニウム合金板に十分な延性が得られず、後記するボトル缶の製造工程において、カップ成形時のシワがネック成形後もシワとして残存し、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。巻き取り温度が１８０℃を超えると、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形時の加工硬化が大きく、ネック部の強度が過大となって、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。なお、巻き取り温度を前記範囲に制御することによって、アルミニウム合金板の伸びを所定範囲にすることが可能となる。
【００３２】
ここで、第１工程の鋳造は、ＤＣ鋳造処理（Ｄｉｒｅｃｔ−ｃｈｉｌｌ Ｃａｓｔｉｎｇ：直接チル鋳造処理）が好ましく、また、第３工程の熱間圧延と第４工程の冷間圧延との間に、必要に応じて焼鈍を施す荒焼鈍工程を加えてもよい。さらに、第４工程の冷間圧延は、複数回の冷間圧延を行い、冷間圧延の間に必要に応じて焼鈍を施す中間焼鈍工程を加えてもよい。したがって、前記冷間加工率は、トータルの冷間加工率を意味する。
【００３３】
以上説明した本発明に係るアルミニウム合金板は、図１に示すような胴体部２と底部６とが一体に形成された２ピースボトル缶１や、図示しないが、胴体部と底部とが各々異なる部材で形成された３ピースボトル缶に好適に使用される素材である。
【００３４】
［ボトル缶の製造方法（製造工程）］
本発明に係るアルミニウム合金板を、図１に示すような２ピースボトル缶１に適用する場合には、図２に示すように、本発明に係るアルミニウム合金板からなるアルミニウム合金板Ａに対してカッピングとＤＩ成形とを施して、胴体部２と底部６とを備えるＤＩ缶を製造する。次に、ＤＩ缶（胴体部２）の胴体部端部２ａをトリミングにより整え、図示しない洗浄、印刷・焼付け（２１０℃で１０分間の熱処理）を施した後に、ＤＩ缶（胴体部２）にダイネック加工等によりネッキングを施してネック部３を形成し、その開口部を口部４とする。その後、この口部４の近傍の外周にネジ成形を施してスクリューキャップ取り付け用のネジ部５を形成し、天面部８にカール成形を施してカール部７を形成することで、２ピースボトル缶１を製造することができる。
【００３５】
また、アルミニウム合金板Ａは、製造される２ピースボトル缶１の内表面からのアルミニウム等の溶出を防止するために、本発明に係るボトル缶用アルミニウム合金板の表面にＰＥＴ等の樹脂フィルムをラミネートしたものを使用してもよい。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明に係る実施例について具体的に説明する。
なお、本発明の必要条件を満足するものを実施例１〜６とし、本発明の必要条件を満たさないものを比較例１〜１８とした。
【００３７】
まず、表１に示すような化学成分を備えたアルミニウム合金を溶解・鋳造し、この鋳塊に、表１に示す均質化熱処理温度で４時間の均質化熱処理を施した。続いて、熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延を順次行って熱間圧延板を作製した後、表１に示すような巻き取り温度で巻き取って、ホットコイルとした。そして、このホットコイルに表１に示す冷間加工率で冷間圧延を施し、表１に示す巻き取り温度で巻き取り、板厚０．３６０ｍｍのアルミニウム合金板（実施例１〜６、比較例１〜１８）を製造した。なお、板厚０．３６０ｍｍは、従来の板厚が０．４００ｍｍであるので、薄肉化された板厚といえる。
【００３８】
そして、前記の実施例１〜６、比較例１〜１８のアルミニウム合金板について、結晶粒の平均アスペクト比、伸び、熱処理後の０．２％耐力を以下の測定方法により求めた。その結果を表１に示す。なお、表１中の下線は本発明の必要条件を満たしていないことを示す。
【００３９】
（平均アスペクト比）
前記のアルミニウム合金板の表面において、結晶粒の圧延方向の結晶粒径（Ｌ）と板幅方向の結晶粒径（ＳＴ）を求め、アスペクト比＝（Ｌ／ＳＴ）を計算した。測定場所を変えて同様の測定を繰り返し行い（５箇所）、その平均値を平均アスペクト比とした。
【００４０】
（伸び、熱処理後の０．２％耐力）
前記のアルミニウム合金板からＪＩＳ５号試験片を圧延方向に採取し、この試験片を用いてＪＩＳＺ２２４１に準拠して引張試験を行い、伸びを測定した。また、２１０℃で１０分の熱処理（ベーキング処理）を施したアルミニウム合金板からＪＩＳ５号試験片を採取し、この試験片を用いて同様にして引張試験を行い、熱処理後の０．２％耐力を測定した。
【００４１】
【表１】
【００４２】
次に、前記のアルミニウム合金板から製造されるボトル缶の缶寸法精度の指標として耳率を採用し、この耳率を以下の方法で算出した。
（耳率、缶寸法精度）
前記のアルミニウム合金板から外径６６ｍｍのブランクを打ち抜き、このブランクに対してカッピングを施してカップ径４０ｍｍの絞りカップを作製した。この絞りカップのカップ高さを測定し、下式（１）に基づき耳率を測定した。下式（１）において、ｈＸは絞りカップの高さを表す。そして、ｈの添数字Ｘはカップ高さの測定位置を示し、アルミニウム合金板の圧延方向に対してＸ°の角度をなす位置を意味する。そして、耳率の大小は、ボトル缶の缶寸法精度（口部寸法精度）とよく対応し、所定の缶寸法を得るには、耳率が−２〜＋３．５％の範囲にあることが求められる。耳率が前記範囲内であるものを缶寸法精度が良好「○」とし、耳率が前記範囲外であるものを缶寸法精度が不良「×」とした。その結果を表２に示す。
【００４３】
耳率（％）＝[｛（h45＋h135＋h225＋h315）−（h0＋h90＋h180＋h270）｝／｛１／２（h45＋h135＋h225＋h315+h0＋h90＋h180＋h270）｝]×１００・・・（１）
【００４４】
また、前記のアルミニウム合金板を使用して、図２に示すように、以下の手順で２ピースボトル缶１を製造した。まず、アルミニウム合金板Ａから外径１６０ｍｍのブランクを打ち抜き、このブランクに対してカッピングを施して、カップ径９４ｍｍの絞りカップを得た。この絞りカップに対してＤＩ成形を施して、胴体部２の内径が６６ｍｍのＤＩ缶を得た。このＤＩ缶の胴体部端部２ａをトリミングし、２１０℃で１０分のベーキング処理（熱処理）を行った後、さらに口部４の内径が４０ｍｍになるまでダイネック方式でネッキングを施して、ネッキング品を得た。このネッキング品のネック部３にネジ・カール成形によりネジ部５、カール部７を形成して２ピースボトル缶１とした。
【００４５】
前記のネッキング品、２ピースボトル缶を使用して、ネック成形性、カール成形性、および座屈強度の評価を以下の方法で行った。その結果を表２に示す。
（ネック成形性）
前記のネッキング品（サンプル数＝２０）において、シワまたはスジ状の欠陥の発生状況を確認することによって、ネック成形性を評価した。シワまたはスジ状の欠陥が見られなかったものを良好「○」、シワまたはスジ状の欠陥が見られたものを不良「×」とした。
【００４６】
（カール成形性）
前記の２ピースボトル缶（サンプル数＝２０）において、カール部の割れの有無を確認することによって、カール成形性を評価した。割れの発生が見られなかったものを良好「○」、１缶でも割れの発生が見られたものを不良「×」とした。
【００４７】
（座屈強度）
前記の２ピースボトル缶（サンプル数＝１０）に軸方向の圧縮荷重を負荷し、ネック部または胴体部が座屈したときの荷重を測定して、その平均値を座屈強度とした。この座屈強度は、１９６０Ｎ以上であるものを良好「○」、１９６０Ｎ未満であるものを不良「×」とした。
【００４８】
【表２】
【００４９】
表１、２に示すように、本発明の必要条件を満たす実施例１〜６においては、板厚が薄肉化されても、ボトル缶の缶寸法精度、ネック成形性、カール成形性および座屈強度のいずれの評価項目も良好なものであった。
【００５０】
しかし、本発明の必要条件を満たさない比較例１〜１８においては、板厚が薄肉化されると、缶寸法精度、ネック成形性、カール成形性および座屈強度のうち少なくとも１項目以上が実施例と比較して劣る結果となった。
【００５１】
すなわち、比較例１は、Ｃｕが本発明の下限値未満であるため、熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ2未満となり、座屈強度が劣るものであった。比較例２は、Ｃｕが本発明の上限値を超えるため、熱処理後の０．２％耐力が２９０Ｎ／ｍｍ2を超え、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。
【００５２】
比較例３は、Ｍｇが本発明の下限値未満であるため、熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ2未満となり、座屈強度が劣るものであった。比較例４は、Ｍｇが本発明の上限値を超えるため、熱処理後の０．２％耐力が２９０Ｎ／ｍｍ2を超え、かつ、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝も本発明の上限値を超えるため、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。
【００５３】
比較例５は、Ｍｎが本発明の下限値未満であるため、熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ2未満となり、かつ、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝も本発明の下限値未満であるため、ネック成形性、カール成形性および座屈強度が劣るものであった。比較例６は、Ｍｎ、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝が本発明の上限値を超えるため、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。
【００５４】
比較例７は、Ｆｅが本発明の下限値未満であるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度が劣るものであった。比較例８は、Ｆｅ、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝が本発明の上限値を超えるため、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。
【００５５】
比較例９は、Ｓｉが本発明の下限値未満であるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度が劣るものであった。比較例１０は、Ｓｉが本発明の上限値を超えるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度が劣るものであった。
【００５６】
比較例１１は、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝が本発明の下限値未満であるため、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。比較例１２は、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝が本発明の上限値を超えるため、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。
【００５７】
比較例１３〜比較例１８は、化学成分については本発明で規制した範囲を満足する。
しかしながら、比較例１３は、冷間圧延時の巻き取り温度が本発明の下限値未満であるため、伸びが本発明の下限値未満となり、ネック成形性およびカール成形性が劣るものであった。比較例１４は、冷間圧延時の巻き取り温度が本発明の上限値を超えるため、伸びが本発明の上限値を超え、カール成形性が劣るものであった。
【００５８】
比較例１５は、冷間圧延時の冷間加工率が本発明の下限値未満であるため、結晶粒の平均アスペクト比が本発明の下限値未満となり、耳率が範囲外となり、缶寸法精度が劣るものであった。比較例１６は、冷間圧延時の冷間加工率が本発明の上限値を超えるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度が劣るものであった。
【００５９】
比較例１７は、均質化熱処理温度が本発明の下限値未満であるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度、ネック成形性およびカール成形性が劣るものであった。比較例１８は、熱間圧延時の巻き取り温度が本発明の下限値未満であるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度、ネック成形性およびカール成形性が劣るものであった。
【符号の説明】
【００６０】
１ ２ピースボトル缶
２ 胴体部
３ ネック部
４ 口部
５ ネジ部
６ 底部
７ カール部
８ 天面部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種の飲料缶として使用されるボトル缶用素材としてのボトル缶用アルミニウム合金板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボトル缶としては、図１に示すように、胴体部２と底部６とが連続して構成されている２ピースボトル缶１がある。この２ピースボトル缶１は、その胴体部２の所定部分にネック部３が形成され、このネック部３のエンド部には口部４が形成されている。さらに、この２ピースボトル缶１は、口部４の近傍の外周にキャップ取り付け用のネジ部５と、天面部８にカール部７とが形成されている。
【０００３】
そして、特許文献１には、このような２ピースボトル缶に使用されるアルミニウム合金板として、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｇの各含有量を調整したＪＩＳＨ４０００に規定される３００４合金、または３１０４合金などが用いられ、これを、鋳造処理、均質化熱処理、熱間圧延処理、冷間圧延処理、必要に応じて焼鈍処理を行った後に、冷間圧延を行うことによって、所定のアルミニウム合金板を製造することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５６３６６号公報（段落番号００１３、００３０、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ボトル缶の内容物によっては、キャップ巻締め後の漏れ防止のために、キャッピング時の打栓荷重を従来よりも高くすることが要求されている。こうした内容物への適用拡大を図ろうとしたときには、ネック部、胴体部にかかる軸方向荷重に対する座屈強度を、従来の１５００Ｎ以上から１９６０Ｎ以上に増大する必要がある。そして、高い打栓荷重に耐えうるボトル缶を製造するには、より強度の高い材料が求められるが、従来のアルミニウム合金板においては、高強度化するほど、ネック成形時のシワ、カール成形時におけるカール割れが発生するという問題があり、製缶自体が困難で実用化に至らなかった。また、高強度化のために、アルミニウム合金板の板厚を厚くすることも考えられるが、ボトル缶においては、１缶あたりのメタル使用量を減らすべく薄肉、軽量化の要望が高い。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題を解決すべく創案されたもので、その課題は、現行の板厚／重量をアップさせることなく、ボトル缶を製造する際の成形性が優れると共に、製造されたボトル缶が十分な缶体強度（座屈強度）を有するボトル缶用アルミニウム合金板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明に係るボトル缶用アルミニウム合金板は、Ｃｕを０．１０〜０．４０質量％、Ｍｇを１．３８〜２．００質量％、Ｍｎを０．５０〜１．００質量％、Ｆｅを０．４０〜０．８０質量％、Ｓｉを０．１０〜０．４０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成され、前記Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が、５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０の関係を満足するアルミニウム合金板であって、前記アルミニウム合金板の伸びが５．０〜８．０％、かつ、結晶粒の平均アスペクト比が３．０以上であり、前記アルミニウム合金板の２１０℃で１０分の熱処理を施した後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ２を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下であり、前記アルミニウム合金板から外径６６ｍｍのブランクを打ち抜き、前記ブランクに対してカッピングを施してカップ径４０ｍｍの絞りカップを作製した際に、前記絞りカップのカップ高さから算出した耳率が−２〜＋３．５％であることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉの各含有量を所定範囲に規制することによって、熱処理後の０．２％耐力が適切な範囲となり、缶体強度が向上すると共に、ネック成形性、カール成形性が向上する。また、缶成形の際の耳率が適切な範囲となり、缶寸法が安定する。Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が所定の関係を満足することによって、アルミニウム合金板に所定のサイズおよび個数密度の金属間化合物が形成され、ネック成形性、カール成形性が向上する。また、合金板の伸びを所定範囲に規制することによって、ネック成形性、カール成形性が向上する。さらに、合金板の結晶粒の平均アスペクト比を所定範囲に規制することによって、結晶粒が圧延方向に伸長した組織となり、合金板をＤＩ成形した際の耳率が適切な範囲となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のボトル缶用アルミニウム合金板によれば、現行の板厚／重量をアップさせることなく、優れた成形性を達成できると共に、製造されたボトル缶が十分な缶寸法、缶体強度（座屈強度）を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】２ピースボトル缶を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の２ピースボトル缶の製造方法を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。本発明者らは、現行の缶壁厚もしくは現行より薄い缶壁厚からなるボトル缶であっても、従来以上のキャップ打栓荷重に耐えうるボトル缶製造に適した材料の開発を進めてきた。その結果、従来採用されてきたＪＩＳ規定の３１０４合金、または３００４合金の成分範囲を超える合金成分と、適正な均質化熱処理条件、熱間圧延条件、冷間圧延条件を組み合わせることで、必要な缶強度、缶寸法、成形性を同時に満足させるボトル缶用アルミニウム合金板（以下、アルミニウム合金板と称す）を見出し、本発明を成すに至った。
【００１２】
［アルミニウム合金板］
本発明に係るアルミニウム合金板は、Ｃｕを０．１０〜０．４０質量％、Ｍｇを１．３０〜２．００質量％（好ましくは１．３８〜２．００質量％）、Ｍｎを０．５０〜１．００質量％、Ｆｅを０．４０〜０．８０質量％、Ｓｉを０．１０〜０．４０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成され、前記Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が、５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０の関係を満足するアルミニウム合金板であって、前記アルミニウム合金板の伸びが５．０〜８．０％以下、かつ、結晶粒の平均アスペクト比が３．０以上であり、前記アルミニウム合金板の熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ２を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下であり、前記アルミニウム合金板の耳率が−２〜＋３．５％である。
【００１３】
以下に、アルミニウム合金板に含まれる各成分と材料特性（伸び、結晶粒の平均アスペクト比熱処理後の０．２％耐力、耳率）とを数値限定した理由について説明する。
（Ｃｕの含有量：０．１０〜０．４０質量％）
Ｃｕは、アルミニウム合金板の材料強度に寄与する元素である。また、ボトル缶の座屈強度は、アルミニウム合金板の材料強度に依存する。そして、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形前の熱処理後の０．２％耐力、すなわち、ＤＩ缶に対して内面印刷・焼付処理を施す際の熱処理に相当する２１０℃で１０分間の熱処理を、アルミニウム合金板に施した後のアルミニウム合金板の０．２％耐力が重要な指標となる。
【００１４】
Ｃｕの含有量が０．１０質量％未満では、充分な材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が得られず、ボトル缶の缶強度が不足する（軸方向荷重に対するネック部、缶胴部の座屈強度が不足する）。Ｃｕの含有量が０．４０質量％を超えると、材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が高くなり過ぎて、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形時のシワ発生およびカール成形時の割れ発生による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。
【００１５】
（Ｍｇの含有量：１．３０〜２．００質量％、好ましくは１．３８〜２．００質量％）
Ｍｇは、アルミニウム合金板の材料強度に寄与する元素である。Ｍｇの含有量が１．３０質量％未満では、充分な材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が得られず、ボトル缶の缶強度が不足する。Ｍｇの含有量が２．００質量％を超えると、加工硬化が大きくなって材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が高くなり過ぎて、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形時のシワ発生およびカール成形時の割れ発生による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。
【００１６】
（Ｍｎの含有量：０．５０〜１．００質量％）
Ｍｎは、アルミニウム合金板の材料強度に寄与する元素である。Ｍｎの含有量が０．５０質量％未満では、充分な材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が得られず、ボトル缶の缶強度が不足する。Ｍｎの含有量が１．００質量％を超えると、材料強度（熱処理後の０．２％耐力）が高くなり過ぎて、後記するボトル缶の製造工程において、印刷・焼付処理後のネック部の延性が不足し、ネック成形時のシワ発生およびカール成形時の割れ発生による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。
【００１７】
（Ｆｅの含有量：０．４０〜０．８０質量％）
Ｆｅの含有量が０．４０質量％未満では、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形の際に０−１８０°耳が増大し、所定の缶寸法が得難くなる。Ｆｅの含有量が０．８０質量％を超えると、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物のサイズおよび個数密度が増大し、後記するボトル缶の製造工程において、カール成形時の割れ発生による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。
【００１８】
（Ｓｉの含有量：０．１０〜０．４０質量％）
Ｓｉの含有量が０．１０質量％未満では、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形の際に４５°耳が増大する。Ｓｉの含有量が０．４０質量％を超えると、後記するアルミニウム合金板の製造工程において、熱間圧延時の集合組織のばらつきを招く。このようなアルミニウム合金板でボトル缶を製造すると、ＤＩ成形の際に耳率のばらつきが増大する。いずれの場合も所定の缶寸法が得難くなる。
【００１９】
（不可避的不純物）
本発明にあっては、不可避的不純物として、Ｃｒが０．１質量％以下、Ｚｎが０．５質量％以下、Ｔｉが０．１質量％以下、Ｚｒが０．１質量％以下、Ｂが０．１質量％以下含有されても、本発明の効果が妨げられるものではなく、このような不可避的不純物の含有は許容される。
【００２０】
（５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０）
ボトル缶の製造工程において、ネック部のスジ状欠陥の発生は、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物のサイズおよび個数密度に影響される。そして、金属間化合物のサイズおよび個数密度は、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅの含有量に左右され、その影響度はＭｎ、Ｆｅ、Ｍｇの順に高くなる。Ｍｎ、Ｍｇ、Ｆｅが前記の関係を満足するときに、金属間化合物のサイズおよび個数密度が好適な範囲となり、ネック部のスジ状欠陥の発生が抑制され、カール割れも防止される。
【００２１】
｛５．６６×Ｍｎ＋０．６６７×Ｍｇ＋２．１７×Ｆｅ｝が５．４５０以下であると、金属間化合物の形成が十分でなく、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形時の焼付きが顕著となり、胴体部のみならずネック部も、これに起因するスジ状欠陥が顕著となる。｛５．６６×Ｍｎ＋０．６６７×Ｍｇ＋２．１７×Ｆｅ｝が７．５５０以上であると、金属間化合物が粗大化し、ＤＩ成形時において、この粗大な金属間化合物が脱落することにより、ネック部にスジ状の欠陥が生じる。このスジ状の欠陥により、カール成形時に割れが生じる。
【００２２】
（伸び：５．０〜８．０％）
伸びが５．０％未満では、後記するボトル缶の製造工程において、カップ成形時のシワがネック成形後もシワとして残存し、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。伸びが８．０％を超えると、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形時の加工硬化が大きく、ネック部強度が過大となって、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。なお、後記するアルミニウム合金板の製造工程において、冷間圧延の際の巻き取り温度を所定範囲に制御することによって、前記範囲の伸びを得ることが可能となる。
【００２３】
（結晶粒の平均アスペクト比：３．０以上）
結晶粒のアスペクト比は、アルミニウム合金板の圧延方向の結晶粒径（Ｌ）と板幅方向の結晶粒径（ＳＴ）との比（Ｌ／ＳＴ）で定義され、その平均値である平均アスペクト比が３．０未満のとき、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形の際に０−１８０°耳が増大し、所定の缶寸法が得難くなる。なお、後記するアルミニウム合金板の製造工程において、冷間加工率を所定範囲に制御することによって、前記範囲の平均アスペクト比を得ることが可能となる。
【００２４】
（熱処理後の０．２％耐力：２７０Ｎ／ｍｍ２を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下）
２１０℃で１０分の熱処理を施した後のアルミニウム合金板の０．２％耐力は、ボトル缶の缶強度（座屈強度）に影響を与える。熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ２以下では、缶強度（座屈強度）が不足する。熱処理後の０．２％耐力が２９０Ｎ／ｍｍ２を超えると、ネック成形時のシワ発生およびカール成形時の割れ発生により不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。したがって、本発明では、２１０℃で１０分間の熱処理を施した後の、アルミニウム合金板の０．２％耐力は２７０Ｎ／ｍｍ2を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下とすることが必要である。なお、アルミニウム合金に含まれるＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇの含有量を所定範囲に制御することによって、前記範囲の０．２％耐力（熱処理後）を得ることが可能となる。
【００２５】
（耳率：−２〜＋３．５％）
耳率の大小は、ボトル缶の缶寸法精度（口部寸法精度）とよく対応し、所定の缶寸法を得るには、耳率が−２〜＋３．５％の範囲にあることが求められる。耳率が前記範囲内であるものは缶寸法精度が良好で、耳率が前記範囲外であるものは缶寸法精度が不良となる。なお、アルミニウム合金に含まれるＦｅ、Ｓｉの含有量、後記するアルミニウム合金板の製造の際の均質化熱処理温度、熱間圧延時の巻き取り温度、冷間圧延時の冷間加工率を制御することによって、前記範囲の耳率を得ることが可能となる。
【００２６】
前記アルミニウム合金板の製造方法は、以下の第１工程ないし第４工程を含むものである。第１工程は、Ｃｕを０．１０〜０．４０質量％、Ｍｇを１．３０〜２．００質量％（好ましくは１．３８〜２．００質量％）、Ｍｎを０．５０〜１．００質量％、Ｆｅを０．４０〜０．８０質量％、Ｓｉを０．１０〜０．４０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成され、前記Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が、５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０の関係を満足するアルミニウム合金を溶解、鋳造して鋳塊を製造する。第２工程は、前記鋳塊を均質化熱処理する。そして、前記均質化熱処理を５７０〜６２０℃の温度条件で行う。第３工程は、前記第２工程で均質化熱処理された鋳塊を熱間圧延して圧延板を製造する。そして、前記熱間圧延を巻き取り温度３００℃以上で行う。第４工程は、前記圧延板を冷間圧延してアルミニウム合金板を製造する。そして、前記冷間圧延を冷間加工率８２〜９０％、巻き取り温度１３０〜１８０℃で行う。
【００２７】
以下に、前記製造方法において規定した各条件について説明する。なお、アルミニウム合金の成分の数値限定理由については、前記したボトル缶用アルミニウム合金板と同一であるので省略する。
【００２８】
（均質化熱処理の温度条件：５７０〜６２０℃）
均質化熱処理温度が５７０℃未満では、次工程の熱間圧延時の集合組織のばらつきを招き、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形の際の耳率のばらつきが増大し、所定の缶寸法が得難くなる。また、未再結晶組織の残存により、ネック成形時のシワ発生、更にはカール割れ発生を招く。均質化熱処理温度が６２０℃を超えると、鋳塊表面がバーニングを起こし、合金板の製造そのものができなくなる。
【００２９】
（熱間圧延の巻き取り温度：３００℃以上）
熱間圧延の巻き取り温度が３００℃未満では、次工程の熱間圧延時の集合組織のばらつきを招き、後記するボトル缶の製造工程において、ＤＩ成形の際の耳率のばらつきが増大し、所定の缶寸法が得難くなる。また、未再結晶組織の残存により、ネック成形時のシワ発生、更にはカール割れ発生を招く。
【００３０】
（冷間圧延の冷間加工率：８２〜９０％）
冷間加工率が８２％未満では、後記するボトル缶の製造工程において、０−１８０°耳が増大し、所定の缶寸法が得難くなる。冷間加工率が９０％を超えると、４５°耳が増大し、やはり所定の缶寸法を得難くなる。なお、冷間加工率を前記範囲に制御することによって、アルミニウム合金板の結晶粒の平均アスペクト比を所定範囲にすることが可能となる。
【００３１】
（冷間圧延の巻き取り温度：１３０〜１８０℃）
冷間圧延の巻き取り温度が１３０℃未満では、アルミニウム合金板に十分な延性が得られず、後記するボトル缶の製造工程において、カップ成形時のシワがネック成形後もシワとして残存し、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。巻き取り温度が１８０℃を超えると、後記するボトル缶の製造工程において、ネック成形時の加工硬化が大きく、ネック部の強度が過大となって、カール成形時の割れ発生増大による不良缶の発生率が高くなり、実用に適さなくなる。なお、巻き取り温度を前記範囲に制御することによって、アルミニウム合金板の伸びを所定範囲にすることが可能となる。
【００３２】
ここで、第１工程の鋳造は、ＤＣ鋳造処理（Ｄｉｒｅｃｔ−ｃｈｉｌｌ Ｃａｓｔｉｎｇ：直接チル鋳造処理）が好ましく、また、第３工程の熱間圧延と第４工程の冷間圧延との間に、必要に応じて焼鈍を施す荒焼鈍工程を加えてもよい。さらに、第４工程の冷間圧延は、複数回の冷間圧延を行い、冷間圧延の間に必要に応じて焼鈍を施す中間焼鈍工程を加えてもよい。したがって、前記冷間加工率は、トータルの冷間加工率を意味する。
【００３３】
以上説明した本発明に係るアルミニウム合金板は、図１に示すような胴体部２と底部６とが一体に形成された２ピースボトル缶１や、図示しないが、胴体部と底部とが各々異なる部材で形成された３ピースボトル缶に好適に使用される素材である。
【００３４】
［ボトル缶の製造方法（製造工程）］
本発明に係るアルミニウム合金板を、図１に示すような２ピースボトル缶１に適用する場合には、図２に示すように、本発明に係るアルミニウム合金板からなるアルミニウム合金板Ａに対してカッピングとＤＩ成形とを施して、胴体部２と底部６とを備えるＤＩ缶を製造する。次に、ＤＩ缶（胴体部２）の胴体部端部２ａをトリミングにより整え、図示しない洗浄、印刷・焼付け（２１０℃で１０分間の熱処理）を施した後に、ＤＩ缶（胴体部２）にダイネック加工等によりネッキングを施してネック部３を形成し、その開口部を口部４とする。その後、この口部４の近傍の外周にネジ成形を施してスクリューキャップ取り付け用のネジ部５を形成し、天面部８にカール成形を施してカール部７を形成することで、２ピースボトル缶１を製造することができる。
【００３５】
また、アルミニウム合金板Ａは、製造される２ピースボトル缶１の内表面からのアルミニウム等の溶出を防止するために、本発明に係るボトル缶用アルミニウム合金板の表面にＰＥＴ等の樹脂フィルムをラミネートしたものを使用してもよい。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明に係る実施例について具体的に説明する。
なお、本発明の必要条件を満足するものを実施例１〜６とし、本発明の必要条件を満たさないものを比較例１〜１８とした。
【００３７】
まず、表１に示すような化学成分を備えたアルミニウム合金を溶解・鋳造し、この鋳塊に、表１に示す均質化熱処理温度で４時間の均質化熱処理を施した。続いて、熱間粗圧延、熱間仕上げ圧延を順次行って熱間圧延板を作製した後、表１に示すような巻き取り温度で巻き取って、ホットコイルとした。そして、このホットコイルに表１に示す冷間加工率で冷間圧延を施し、表１に示す巻き取り温度で巻き取り、板厚０．３６０ｍｍのアルミニウム合金板（実施例１〜６、比較例１〜１８）を製造した。なお、板厚０．３６０ｍｍは、従来の板厚が０．４００ｍｍであるので、薄肉化された板厚といえる。
【００３８】
そして、前記の実施例１〜６、比較例１〜１８のアルミニウム合金板について、結晶粒の平均アスペクト比、伸び、熱処理後の０．２％耐力を以下の測定方法により求めた。その結果を表１に示す。なお、表１中の下線は本発明の必要条件を満たしていないことを示す。
【００３９】
（平均アスペクト比）
前記のアルミニウム合金板の表面において、結晶粒の圧延方向の結晶粒径（Ｌ）と板幅方向の結晶粒径（ＳＴ）を求め、アスペクト比＝（Ｌ／ＳＴ）を計算した。測定場所を変えて同様の測定を繰り返し行い（５箇所）、その平均値を平均アスペクト比とした。
【００４０】
（伸び、熱処理後の０．２％耐力）
前記のアルミニウム合金板からＪＩＳ５号試験片を圧延方向に採取し、この試験片を用いてＪＩＳＺ２２４１に準拠して引張試験を行い、伸びを測定した。また、２１０℃で１０分の熱処理（ベーキング処理）を施したアルミニウム合金板からＪＩＳ５号試験片を採取し、この試験片を用いて同様にして引張試験を行い、熱処理後の０．２％耐力を測定した。
【００４１】
【表１】
【００４２】
次に、前記のアルミニウム合金板から製造されるボトル缶の缶寸法精度の指標として耳率を採用し、この耳率を以下の方法で算出した。
（耳率、缶寸法精度）
前記のアルミニウム合金板から外径６６ｍｍのブランクを打ち抜き、このブランクに対してカッピングを施してカップ径４０ｍｍの絞りカップを作製した。この絞りカップのカップ高さを測定し、下式（１）に基づき耳率を測定した。下式（１）において、ｈＸは絞りカップの高さを表す。そして、ｈの添数字Ｘはカップ高さの測定位置を示し、アルミニウム合金板の圧延方向に対してＸ°の角度をなす位置を意味する。そして、耳率の大小は、ボトル缶の缶寸法精度（口部寸法精度）とよく対応し、所定の缶寸法を得るには、耳率が−２〜＋３．５％の範囲にあることが求められる。耳率が前記範囲内であるものを缶寸法精度が良好「○」とし、耳率が前記範囲外であるものを缶寸法精度が不良「×」とした。その結果を表２に示す。
【００４３】
耳率（％）＝[｛（h45＋h135＋h225＋h315）−（h0＋h90＋h180＋h270）｝／｛１／２（h45＋h135＋h225＋h315+h0＋h90＋h180＋h270）｝]×１００・・・（１）
【００４４】
また、前記のアルミニウム合金板を使用して、図２に示すように、以下の手順で２ピースボトル缶１を製造した。まず、アルミニウム合金板Ａから外径１６０ｍｍのブランクを打ち抜き、このブランクに対してカッピングを施して、カップ径９４ｍｍの絞りカップを得た。この絞りカップに対してＤＩ成形を施して、胴体部２の内径が６６ｍｍのＤＩ缶を得た。このＤＩ缶の胴体部端部２ａをトリミングし、２１０℃で１０分のベーキング処理（熱処理）を行った後、さらに口部４の内径が４０ｍｍになるまでダイネック方式でネッキングを施して、ネッキング品を得た。このネッキング品のネック部３にネジ・カール成形によりネジ部５、カール部７を形成して２ピースボトル缶１とした。
【００４５】
前記のネッキング品、２ピースボトル缶を使用して、ネック成形性、カール成形性、および座屈強度の評価を以下の方法で行った。その結果を表２に示す。
（ネック成形性）
前記のネッキング品（サンプル数＝２０）において、シワまたはスジ状の欠陥の発生状況を確認することによって、ネック成形性を評価した。シワまたはスジ状の欠陥が見られなかったものを良好「○」、シワまたはスジ状の欠陥が見られたものを不良「×」とした。
【００４６】
（カール成形性）
前記の２ピースボトル缶（サンプル数＝２０）において、カール部の割れの有無を確認することによって、カール成形性を評価した。割れの発生が見られなかったものを良好「○」、１缶でも割れの発生が見られたものを不良「×」とした。
【００４７】
（座屈強度）
前記の２ピースボトル缶（サンプル数＝１０）に軸方向の圧縮荷重を負荷し、ネック部または胴体部が座屈したときの荷重を測定して、その平均値を座屈強度とした。この座屈強度は、１９６０Ｎ以上であるものを良好「○」、１９６０Ｎ未満であるものを不良「×」とした。
【００４８】
【表２】
【００４９】
表１、２に示すように、本発明の必要条件を満たす実施例１〜６においては、板厚が薄肉化されても、ボトル缶の缶寸法精度、ネック成形性、カール成形性および座屈強度のいずれの評価項目も良好なものであった。
【００５０】
しかし、本発明の必要条件を満たさない比較例１〜１８においては、板厚が薄肉化されると、缶寸法精度、ネック成形性、カール成形性および座屈強度のうち少なくとも１項目以上が実施例と比較して劣る結果となった。
【００５１】
すなわち、比較例１は、Ｃｕが本発明の下限値未満であるため、熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ2未満となり、座屈強度が劣るものであった。比較例２は、Ｃｕが本発明の上限値を超えるため、熱処理後の０．２％耐力が２９０Ｎ／ｍｍ2を超え、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。
【００５２】
比較例３は、Ｍｇが本発明の下限値未満であるため、熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ2未満となり、座屈強度が劣るものであった。比較例４は、Ｍｇが本発明の上限値を超えるため、熱処理後の０．２％耐力が２９０Ｎ／ｍｍ2を超え、かつ、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝も本発明の上限値を超えるため、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。
【００５３】
比較例５は、Ｍｎが本発明の下限値未満であるため、熱処理後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ2未満となり、かつ、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝も本発明の下限値未満であるため、ネック成形性、カール成形性および座屈強度が劣るものであった。比較例６は、Ｍｎ、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝が本発明の上限値を超えるため、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。
【００５４】
比較例７は、Ｆｅが本発明の下限値未満であるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度が劣るものであった。比較例８は、Ｆｅ、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝が本発明の上限値を超えるため、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。
【００５５】
比較例９は、Ｓｉが本発明の下限値未満であるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度が劣るものであった。比較例１０は、Ｓｉが本発明の上限値を超えるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度が劣るものであった。
【００５６】
比較例１１は、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝が本発明の下限値未満であるため、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。比較例１２は、｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝が本発明の上限値を超えるため、ネック成形性、カール成形性が劣るものであった。
【００５７】
比較例１３〜比較例１８は、化学成分については本発明で規制した範囲を満足する。
しかしながら、比較例１３は、冷間圧延時の巻き取り温度が本発明の下限値未満であるため、伸びが本発明の下限値未満となり、ネック成形性およびカール成形性が劣るものであった。比較例１４は、冷間圧延時の巻き取り温度が本発明の上限値を超えるため、伸びが本発明の上限値を超え、カール成形性が劣るものであった。
【００５８】
比較例１５は、冷間圧延時の冷間加工率が本発明の下限値未満であるため、結晶粒の平均アスペクト比が本発明の下限値未満となり、耳率が範囲外となり、缶寸法精度が劣るものであった。比較例１６は、冷間圧延時の冷間加工率が本発明の上限値を超えるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度が劣るものであった。
【００５９】
比較例１７は、均質化熱処理温度が本発明の下限値未満であるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度、ネック成形性およびカール成形性が劣るものであった。比較例１８は、熱間圧延時の巻き取り温度が本発明の下限値未満であるため、耳率が範囲外となり、缶寸法精度、ネック成形性およびカール成形性が劣るものであった。
【符号の説明】
【００６０】
１ ２ピースボトル缶
２ 胴体部
３ ネック部
４ 口部
５ ネジ部
６ 底部
７ カール部
８ 天面部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕを０．１０〜０．４０質量％、Ｍｇを１．３８〜２．００質量％、Ｍｎを０．５０〜１．００質量％、Ｆｅを０．４０〜０．８０質量％、Ｓｉを０．１０〜０．４０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成され、前記Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が、５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０の関係を満足するアルミニウム合金板であって、
前記アルミニウム合金板の伸びが５．０〜８．０％、かつ、結晶粒の平均アスペクト比が３．０以上であり、
前記アルミニウム合金板の２１０℃で１０分の熱処理を施した後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ２を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下であり、
前記アルミニウム合金板から外径６６ｍｍのブランクを打ち抜き、前記ブランクに対してカッピングを施してカップ径４０ｍｍの絞りカップを作製した際に、前記絞りカップのカップ高さから算出した耳率が−２〜＋３．５％であることを特徴とするボトル缶用アルミニウム合金板。
【請求項１】
Ｃｕを０．１０〜０．４０質量％、Ｍｇを１．３８〜２．００質量％、Ｍｎを０．５０〜１．００質量％、Ｆｅを０．４０〜０．８０質量％、Ｓｉを０．１０〜０．４０質量％含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成され、前記Ｍｎ、ＭｇおよびＦｅの含有量が、５．４５０＜｛５．６６×Ｍｎ（質量％）＋０．６６７×Ｍｇ（質量％）＋２．１７×Ｆｅ（質量％）｝＜７．５５０の関係を満足するアルミニウム合金板であって、
前記アルミニウム合金板の伸びが５．０〜８．０％、かつ、結晶粒の平均アスペクト比が３．０以上であり、
前記アルミニウム合金板の２１０℃で１０分の熱処理を施した後の０．２％耐力が２７０Ｎ／ｍｍ２を超え２９０Ｎ／ｍｍ２以下であり、
前記アルミニウム合金板から外径６６ｍｍのブランクを打ち抜き、前記ブランクに対してカッピングを施してカップ径４０ｍｍの絞りカップを作製した際に、前記絞りカップのカップ高さから算出した耳率が−２〜＋３．５％であることを特徴とするボトル缶用アルミニウム合金板。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−２０８２８３（Ｐ２０１１−２０８２８３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９９３６（Ｐ２０１１−１１９９３６）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【分割の表示】特願２００６−７２８３３（Ｐ２００６−７２８３３）の分割
【原出願日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【分割の表示】特願２００６−７２８３３（Ｐ２００６−７２８３３）の分割
【原出願日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
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