陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板およびその製造方法
【目的】中間焼鈍工程を省略し、かつ薄肉化しても、靱性が低下することなく、蓋成形時の成形性が良好であり、耐バックリング亀裂性に優れた陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板を提供する。
【構成】質量％で、Ｓｉ：０．０４〜０．２０％、Ｍｎ：０．３５〜０．７０％、Ｆｅ：０．１２〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１０％、Ｍｇ：４．０〜５．５％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、厚さが０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下のアルミニウム合金塗装板であって、引張強さが３６０〜４００ＭＰa、耐力が３２０〜３５５ＭＰａで、圧延方向に対して９０°方向に試験片を採取し、該試験片に１００Ｎの一定荷重を負荷し、内曲げ半径１．０ｍｍで９０°両振り繰り返し曲げ試験を行った場合における破断限界回数が７回以上であることを特徴とする。
【構成】質量％で、Ｓｉ：０．０４〜０．２０％、Ｍｎ：０．３５〜０．７０％、Ｆｅ：０．１２〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１０％、Ｍｇ：４．０〜５．５％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、厚さが０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下のアルミニウム合金塗装板であって、引張強さが３６０〜４００ＭＰa、耐力が３２０〜３５５ＭＰａで、圧延方向に対して９０°方向に試験片を採取し、該試験片に１００Ｎの一定荷重を負荷し、内曲げ半径１．０ｍｍで９０°両振り繰り返し曲げ試験を行った場合における破断限界回数が７回以上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、缶蓋用のアルミニウム合金塗装板、特に陽圧缶の蓋として好適に使用される陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料缶などに使用されるイージーオープン缶蓋材には、絞り加工性、カール成形性、リベット加工性、スコア加工性、開缶性などが優れていることが要求される。特に、ビール缶、炭酸飲料缶など、内容物充填後に高い内圧が加わる陽圧缶においては、高い耐圧が必要であり、素材である缶蓋材すなわち缶蓋用アルミニウム合金塗装板には高い強度が要求される。
【０００３】
近年、コスト低減のために缶蓋材の薄肉化が進められ、一方、環境負荷軽減のために、缶蓋材の製造において、熱間圧延工程直後や冷間圧延工程途中における中間焼鈍工程の省略が強く望まれている。しかし、単なる中間焼鈍工程の省略は、材料の靱性を著しく低下させ、このため、特に薄肉化された缶蓋においては耐バックリング亀裂性が低下する。なお、耐バックリング亀裂性とは、夏期の車中などで気温が上がることにより缶内圧が上昇して蓋が膨れるだけでなく、さらに本来凹状のカウンターシンク部が凸状に変形するバックリングを起こした時に材料に亀裂が入り難い性能を意味する。
【０００４】
このようなことから、中間焼鈍工程を省略し、また同時に薄肉化した場合においても、耐バックリング亀裂性に優れたアルミニウム合金缶蓋材が要求されており、耐バックリング亀裂性を高めるための手法が種々提案されている。例えば、金属間化合物のサイズ、個数を制御したり、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、遷移金属元素などの合金成分量を調整することにより、缶蓋材の特性を改善することが提案されているが、必ずしも陽圧用缶蓋材として必要な強度を満たすことができず、薄肉化が進んだ場合、製蓋後の耐圧を維持し、また耐バックリング亀裂性を維持するには十分ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１５５８号公報
【特許文献２】特開２００１−１６４３４７号公報
【特許文献３】特開２００７−２３３４０号公報
【特許文献４】特開２００９−２２１５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点を解消する陽圧缶用の缶蓋材を得るために、陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造条件、すなわち、鋳塊の均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、塗装焼付け処理などの条件と、缶蓋材としての特性との関係について試験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、中間焼鈍工程を省略し、かつ薄肉化しても、靱性が低下することなく、蓋成形時の成形性が良好であり、耐バックリング亀裂性に優れた陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１による陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板は、質量％で、Ｓｉ：０．０４〜０．２０％、Ｍｎ：０．３５〜０．７０％、Ｆｅ：０．１２〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１０％、Ｍｇ：４．０〜５．５％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、厚さが０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下のアルミニウム合金塗装板であって、引張強さが３６０〜４００ＭＰa、耐力が３２０〜３５５ＭＰａで、圧延方向に対して９０°方向に試験片を採取し、該試験片に１００Ｎの一定荷重を負荷し、内曲げ半径１．０ｍｍで９０°両振り繰り返し曲げ試験を行った場合における破断限界回数が７回以上であることを特徴とする。以下の説明において、合金成分値は全て質量％で示す。
【０００８】
請求項２による陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造方法は、請求項１記載の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板を製造する方法であって、前記組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られた鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延を行い、厚さ０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下まで冷間圧延し、得られた冷間圧延板に塗装を施して、２６０℃以上でかつ前記組成中のＭｎ含有量％を［Ｍｎ］としたとき、３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）以上３００℃以下の温度で塗装焼付け処理することを特徴とする。
【０００９】
請求項３による陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造方法は、請求項１記載の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板を製造する方法であって、前記組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られた鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延を行い、厚さ０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下まで冷間圧延し、得られた冷間圧延板を、４〜２５℃／秒の昇温速度で、２６０℃以上でかつ前記組成中のＭｎ含有量％を［Ｍｎ］としたとき、３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）以上３００℃以下の温度に加熱して０〜２０秒間保持する熱処理を行い、塗装を施して、２２０℃以上２６０℃未満の温度で塗装焼付け処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
中間焼鈍工程を省略し、かつ薄肉化しても、靱性が低下することなく、蓋成形時の成形性が良好であり、耐バックリング亀裂性に優れた陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板およびその製造方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板における合金成分の意義および限定理由について説明する。
Ｓｉ：０．０４〜０．２０％
Ｓｉは、製造原価の低減のため、安価な地金やリサイクル原料を使用するためには、混入を避けられない元素であり、好ましい含有量は０．０４〜０．２０％の範囲である。０．２０％を超えて含有すると、鋳造凝固過程で晶出する金属間化合物Ｍｇ２ＳｉおよびＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物の生成と粗大化を引き起こして、缶蓋成形時およびバックリング時の亀裂の発生位置および伝播経路となり、耐バックリング亀裂性、成形性が低下し易くなる。Ｓｉ含有量が０．０４％未満では、高純度の地金原料が必要となり、地金のコストが増加し、また鋳造時の規制が厳しくなり生産性を低下させる。Ｓｉのさらに好ましい含有範囲は、金属間化合物量が著しく減少する０．０４〜０．１５％である。
【００１２】
Ｍｎ：０．３５〜０．７０％
Ｍｎは、強度を高めるよう機能するとともに、結晶粒を微細化させる。好ましい含有量は０．３５〜０．７０％の範囲であり、０．７０％を超えると、凝固過程で晶出するＡｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物の生成と粗大化を引き起こし、過剰にＳｉを添加したときと同じ問題が発生してしまう。Ｍｎ含有量が０．３５％未満では十分な強度を得ることができない。
【００１３】
Ｆｅ：０．１２〜０．３０％
Ｆｅは、強度を高めるよう機能するとともに、結晶粒を微細化させる。好ましい含有量は０．１２〜０．３０％の範囲であり、０．３０％を超えると、鋳造凝固過程で晶出するＡｌ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物の生成と粗大化を引き起こし、過剰にＳｉを添加したときと同じ問題が発生してしまうため、添加量の抑制が必要である。また、Ｆｅ含有量が０．１２％未満では、高純度の地金原料が必要となり、地金原料のコストが増加し、また鋳造時の規制が厳しくなり生産性を低下させる。Ｆｅのさらに好ましい含有範囲は、Ｍｎの固溶量を著しく低下させない０．１２〜０．２６％である。
【００１４】
Ｆｅ含有量が０．３０％以下であっても、０．２６％を超え０．３０％以下の範囲では、Ｍｎの固溶量が低下し、同一Ｍｎ量であってもＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物量を多くする作用があるため、特に厳しい耐バックリング亀裂性が求められる酎ハイや非アルコール系炭酸飲料用途、または板厚が０．２２０ｍｍ以下の場合には問題となることがある。そのため、内容物が酎ハイや非アルコール系炭酸飲料である場合や板厚が０．２２０ｍｍ以下の場合には、Ｆｅ含有量を０．２６％以下に制限することが好ましい。
【００１５】
Ｃｕ：０．０１〜０．１０％
Ｃｕは、強度を高め、成形性を向上させるよう機能する。好ましい含有量は０．０１〜０．１０％の範囲であり、０．１０％を超えると、鋳造時の鋳塊割れ、および熱間圧延時の割れを引き起こし易く、板材の製造が困難となる。また、０．０１％未満では、高純度の地金原料が必要となり、地金原料のコストが増加し、また鋳造時の規制が厳しくなり生産性を低下させる。Ｃｕのさらに好ましい含有範囲は、リサイクル原料の使用が可能で、熱間圧延時の生産性を低下させない０．０２〜０．０５％である。
【００１６】
Ｍｇ：４．０〜５．５％
Ｍｇは、Ｍｇ自体の固溶により強度を高め、塗装焼付け硬化性を付与する。また、Ｍｇの含有は、転位との相互作用による加工硬化量を大きくし、内圧が負荷されるアルミニウム合金缶蓋材に対して必要な強度を得るため、必要不可欠な元素であり、好ましい含有量は４．０〜５．５％の範囲である。Ｍｇの含有量が４．０％未満では陽圧缶用の蓋として十分な強度を得ることができず、５．５％を超えて含有されると熱間圧延時の割れを引き起こし易く、板材の製造が困難となる。
【００１７】
本発明の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造工程は、溶解、鋳造工程、均質化熱処理工程、熱間圧延工程、冷間圧延工程および塗装焼き付け工程を必須工程として含み、従来工程において通常行われている、熱間圧延工程直後、冷間圧延途中の中間焼鈍工程を省略する。
【００１８】
前記の組成を有するアルミニウム合金を溶解し、半連続鋳造方法（ＤＣ鋳造法）により造塊し、得られた鋳塊を均質化熱処理する。均質化熱処理工程は、鋳塊を４４０〜５３０℃の温度に加熱し、１〜２０時間保持する条件で行うのが好ましい。均質化熱処理温度が４４０℃未満では、均質化熱処理時間が長時間必要となり、生産性の低下を招く。一方、均質化熱処理温度が５３０℃を超えると、金属間化合物の粗大化が生じ易くなり、缶蓋成形時およびバックリング時の亀裂の発生位置および伝播経路となり、成形性および耐バックリング亀裂性を低下させる。また、均質化熱処理温度での保持時間が１時間未満では、組織の均質化が得られず、２０時間を超えると、金属間化合物が粗大化し易く、均質化熱処理温度が５３０℃を超えたときと同じ問題が発生する。
【００１９】
均質化熱処理後、熱間圧延を行う。熱間圧延工程において、熱間圧延完了時の終了温度は３００℃以上とするのが好ましく、熱延終了温度を３００℃以上として再結晶組織を得る。熱間圧延終了温度が３００℃未満では十分に均質な再結晶組織を得ることができず、製品に対する冷間圧延工程を含めた実質的な加工硬化量の増加が生じ、成形性および耐バックリング亀裂性が劣るとともに、製品強度のばらつきが大きくなり、缶蓋材としての品質が低下する。
【００２０】
熱間圧延後、０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下の最終厚さまで冷間圧延する。冷間圧延の圧延率は８５〜９３％とするのが好ましい。冷間圧延率が８５％未満では、熱間圧延終了時の板厚が薄くなり、熱間圧延で安定して製造できる板厚の下限を超えてしまうおそれがあるばかりでなく、冷間圧延による加工硬化量が小さくなり、内圧が負荷されるアルミニウム合金缶蓋材に必要な強度を得ることができない。また、冷間圧延率が９３％を超えると、加工硬化が大きくなり過ぎ、成形性に劣るだけでなく、冷間圧延板端部の耳割れが発生し易くなり、生産性が劣ることとなる。
【００２１】
本発明においては、熱間圧延後および冷間圧延の途中で中間焼鈍を行わないことが望ましい。従って、熱間圧延後、中間焼鈍を施すことなく、０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下の最終厚さまで冷間圧延される。中間焼鈍を行うことなしに製造した缶蓋材においては、結晶粒の長さと幅の比、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）が２０以上となり、缶蓋材として必要な強度が付与される。（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）が２０未満では、缶蓋材に必要な強度を得ることが難しい。
【００２２】
結晶粒の長さと幅の比、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）は、圧延方向に平行で且つ圧延面に垂直な断面を２００倍で偏光子を用いた光学顕微鏡で観察し、２０個以上の結晶粒の長さと幅を測定して、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）の値を平均した値である。結晶粒の長さは圧延方向に測定し、結晶粒の幅は圧延方向に垂直な方向に測定する。なお、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）の値は、熱間圧延板の再結晶粒の形状と冷間圧延率から幾何学的に決まるものであり、容易に推定することが可能である。熱間圧延終了時点で再結晶組織となり、ほぼ球状の再結晶粒を得、最高９３％の冷間圧延率で冷間圧延した場合、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）の値は５００を超えることはない。
【００２３】
得られた冷間圧延板に有機樹脂を塗装し、塗装焼付け処理を行う。この塗装焼付け工程は、缶蓋材板面に有機樹脂を塗装し焼付けるだけでなく、調質焼鈍を兼ねている。塗装焼付け処理は、塗装焼付け処理時の材料到達温度（Ｐｅａｋ Ｍｅｔａｌ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ＰＭＴ）、以下、塗装焼付け温度とは、塗装焼付け処理時の材料到達温度をいう）を２６０℃以上で、かつ前記本発明のアルミニウム合金組成中のＭｎ含有量％を［Ｍｎ］としたとき３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）以上３００℃以下の温度として、保持時間０秒を超え２０秒以下の条件で行うのが望ましい。塗装焼付け温度が２６０℃未満では、冷間圧延工程で導入された転位組織が十分に回復せず、缶蓋の耐バックリング亀裂性に劣る。また前記のように、Ｍｎ含有量が増加すると、ますます耐バックリング亀裂性が低下するため、塗装焼付け温度が２６０℃以上であっても、３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）未満では、缶蓋の耐バックリング亀裂性に劣る。塗装焼付け温度が３００℃を超えると、ＰＭＴにおける強度変化が大きくなり、量産時には製品仕様に合った強度に調整することが困難となるばかりでなく、回復が進みすぎて缶蓋材に必要な強度が得られない。
【００２４】
また、塗膜性能を維持する観点から塗装焼付け温度を２６０℃以上とすることができない場合は、塗装焼付け処理前に、望ましくは連続焼鈍炉を用いて、昇温速度４〜２５℃／秒、到達温度２６０℃以上でかつ３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）から３００℃の範囲の温度で、保持時間０秒を超え２０秒以下の予備加熱を行い、塗装を施して、２２０℃以上２６０℃未満の温度で、塗装焼付け処理することにより上記の効果を得ることができる。予備加熱の昇温速度が４℃／秒未満では、材料が高温に保持される時間が長くなり、量産時には製品仕様に合った強度に調整することが困難となるとともに、回復が進みすぎて缶蓋材に必要な強度が得られない。２５℃／秒を超えると、冷間圧延工程で導入された転位組織が十分に回復せず、缶蓋の耐バックリング亀裂性に劣る。
【００２５】
予備加熱温度（材料到達温度、以下同じ）が、２６０℃以上でかつ３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）から３００℃の温度範囲を外れると、前記のように、予備加熱をせず塗装焼付け処理のみを行う実施形態において、塗装焼付け温度が条件を外れた場合と同様の不具合が生じる。塗装焼付け温度が２２０℃未満では、例えば塗膜強度や母材との接着強度など必要な塗膜性能を得るのが困難になる。２６０℃以上では、塗装焼付け処理前に予備加熱を行う影響で、量産時には製品仕様に合った強度に調整することが困難となるばかりでなく、回復が進みすぎて缶蓋材に必要な強度が得られない。
【００２６】
本発明のアルミニウム合金塗装板において、塗装焼付け後の引張強さは３６０〜４００ＭＰａとすることが重要である。塗装焼付け後の引張強さは、前記塗装焼付け温度および後述する繰り返し曲げと密接に関係する。塗装焼付け温度が高いと塗装焼付け後の引張強さは小さく、かつ繰り返し曲げ回数は多くなる。引張強さが３６０ＭＰａ未満では、缶蓋材の強度として十分でなく、低い内圧でバックリングを起こし易くなる。４００ＭＰａを超えると、繰り返し曲げ回数が低下し、バックリングでの亀裂が発生し易くなる。
【００２７】
また、耐力は３２０〜３５５ＭＰａとすることが重要である。塗装焼付け後の耐力は、引張強さと同様、塗装焼付け温度および繰り返し曲げと密接に関係する。塗装焼付け温度が高いと塗装焼付け後の耐力は小さく、かつ繰り返し曲げ回数は多くなる。耐力が３２０ＭＰａ未満では、缶蓋材の強度として十分でなく、低い内圧でバックリングが起こし易くなる。３５５ＭＰａを超えると、繰り返し曲げ回数が低下し、バックリングでの亀裂が発生し易くなる。
【００２８】
本発明のアルミニウム合金塗装板においては、圧延方向に対して９０°方向に試験片を採取し、該試験片に１００Ｎの一定荷重を負荷し、内曲げ半径１．０ｍｍで９０°両振り繰り返し曲げ試験を行った場合における破断限界回数が７回以上であることも重要な構成要件である。バックリング時の亀裂の発生し易さは、繰り返し曲げ回数で評価することができる。繰り返し曲げ試験条件はつぎのとおりである。圧延方向に対して９０°方向に、長さ２００ｍｍ、幅１２．５ｍｍの試験片を採取し、該試験片に、１００Ｎの一定荷重を負荷した状態で、内曲げＲを１．０ｍｍとして、左右９０°曲げによる両振り試験を行う。９０°曲げ毎に１回とカウントし、４回で１サイクルを終了する。７回未満ではバックリング時に亀裂が発生し易いため不合格、７回以上を合格と評価する。
【００２９】
本発明のアルミニウム合金塗装板において、板厚は０．１９０〜０．２３０ｍｍとするのが好ましい。薄肉化は、蓋１枚当たりの質量を低下させることによるコストダウン効果があるが、板厚が０．２３０ｍｍを超えると、現行の蓋材に対してコストダウン効果が小さく、一方、板厚０．１９０ｍｍ未満では、陽圧用缶蓋材の強度、靭性を同時に得ることが困難であり、製蓋後の耐圧不足、またはバックリング時の亀裂発生をもたらす。
【００３０】
本発明の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板は、陽圧缶の内容物が酎ハイや非アルコール系炭酸飲料である陽圧缶の缶蓋として用いられる場合に特に有効である。例えば、陽圧缶の内容物がビールの場合に比べて、内容物が酎ハイや炭酸飲料の缶は、初期内圧および温度上昇による缶内圧上昇が大きいため、一般に要求耐圧が高く、高耐圧を確保するため材料強度を増加すると、バックリング亀裂が発生し易くなる。これに対して、本発明のアルミニウム合金塗装板では、材料強度を増加させてもなお、耐バックリング性に優れるので、酎ハイや非アルコール系炭酸飲料を内容物とする場合に非常に有効である。上記酎ハイは焼酎を炭酸水で割った飲み物を意味し、非アルコール系炭酸飲料は実質的にアルコールを含有していない炭酸飲料を意味する。
【００３１】
本発明においては、前記の製造方法、とくに特定された塗装焼付け処理、および予備加熱処理と塗装焼付け処理との組み合わせにより、従来通常行われていた、熱間圧延直後の中間焼鈍工程、および冷間圧延途中の中間焼鈍工程を省略しても、強度、成形性および耐バックリング亀裂性に優れた陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板を製造することができる。中間焼鈍工程を省略することにより、製造エネルギーを低減させ、化石燃料の燃焼によるＣＯ2ガスの排出を抑制し、環境負荷を低減することもできる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。なお、これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。
【００３３】
実施例１
表１に示す組成を有するアルミニウム合金（合金Ａ〜Ｊ）を溶解、ＤＣ鋳造で鋳造し、得られた鋳塊を、５００℃で４時間の均質化処理した後、厚さ２．１ｍｍまで熱間圧延した。熱間圧延の終了温度は３１０〜３５０℃として、再結晶組織を得た。その後、中間焼鈍することなく冷間圧延を冷間圧延率が９０％となるように行い、板厚０．２１０ｍｍの冷間圧延板（試験材）を得た。
【００３４】
試験材について、表２に示す条件で塗装焼付け処理を行った後、以下の方法で引張試験、繰り返し曲げ試験を行い、耐圧および耐バックリング亀裂性、結晶粒の長さと幅の比を評価した。結果を表２に示す。なお、試験材７〜９については、塗装焼付け処理前に、表２に示す条件で予備加熱を行った。また、表１において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００３５】
引張試験：圧延方向を長手方向として５号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に準拠して引張試験を行い、引張強さおよび耐力を測定した。
繰り返し曲げ試験：前記の方法で行い、曲げ回数７回以上を合格、７回未満を不合格と評価した。
耐圧および耐バックリング亀裂性：冷間圧延板（試験材）から、２０４径（外径：２インチ＋４／１６インチ）の蓋を各々２０枚採取し、缶胴に巻締め、内部に圧力をかけてバックリングさせた。耐圧性は、バックリングさせたときの圧力の最小値が５４０ｋＰａ以上を合格（○）、５４０ｋＰａ未満を不合格（×）と評価した。耐バックリング亀裂性は、２０枚全てに亀裂が発生しなかった場合を合格（○）、亀裂が１枚でも認められた場合は不合格（×））とした。
（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）：前記の方法により、結晶粒の長さと幅の比、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）を測定した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
表２に示すように、本発明に従う試験材１〜１０はいずれも、引張強さ３６０〜４００ＭＰａ、耐力３２０〜３５５ＭＰａの優れた強度、良好な耐圧性を有し、繰り返し曲げ回数が７回以上で、良好な耐バックリング亀裂性をそなえており、結晶粒の長さと幅の比はいずれも２０を超えていた。
【００３９】
比較例１
実施例１で得られたアルミニウム合金（合金Ａ〜Ｊ）の鋳塊を、５００℃で４時間の均質化処理した後、厚さ２．１ｍｍまで熱間圧延した。熱間圧延の終了温度は３１０〜３５０℃として、再結晶組織を得た。その後、中間焼鈍することなく冷間圧延を冷間圧延率が９０％となるように行い、板厚０．２１０ｍｍの冷間圧延板（試験材）を得た。但し、試験材１５および２０については、板厚０．１８５ｍｍ（圧延率９１．２％）まで冷間圧延を行った。試験材３２は、熱間圧延後、板厚０．６ｍｍまで冷間圧延した後、４５０℃で５秒保持する中間焼鈍を行い、板厚０．２１０ｍｍまで冷間圧延したものである。
【００４０】
試験材について、表３に示す条件で塗装焼付け処理を行った後、実施例と同じ方法で、引張試験、繰り返し曲げ試験を行い、耐圧および耐バックリング亀裂性、結晶粒の長さと幅の比を評価した。結果を表３に示す。なお、試験材２９〜３１については、塗装焼付け処理前に、表３に示す条件で予備加熱を行った。また、表３において、予備加熱、塗装焼付け処理、引張強さ、耐力、繰り返し曲げ回数において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００４１】
【表３】
【００４２】
表３に示すように、試験材１１および１２はＭｎ量が少ないため、耐力が低く、耐圧性が劣っていた。試験材１３、１６、１８は塗装焼付け温度が低いため、繰り返し曲げ回数が少なく、耐バックリング亀裂性が劣っていた。試験材１４は塗装焼付け温度が高いため、引張強さおよび耐力が低く、耐圧性が劣っていた。試験材１７、１９は塗装焼付け温度が高いため耐力が低く、耐圧性が劣っていた。
【００４３】
試験材１５、２０は板厚が薄いため、耐圧性が劣っていた。試験材２１はＭｎ量が多くまた塗装焼付け温度が低いため、引張強さおよび耐力が高く、繰り返し曲げ回数が少なく、耐バックリング亀裂性が劣っていた。試験材２２、２３はＭｎ量が多いため、試験材２４はＳｉ量が多いため、また試験材２５はＦｅ量が多いため、いずれも繰り返し曲げ回数が少なく、耐バックリング亀裂性が劣っていた。試験材２６はＣｕ量が多いため、試験材２８はＭｇ量が多いため、いずれも熱間圧延で耳割れが生じて健全な板材の製造が困難となり、著しく生産性が低下したものとなった。
【００４４】
試験材２７はＭｇ量が少ないため、引張強さおよび耐力が低く、耐圧性が劣っていた。試験材２９は予備加熱の昇温速度が遅いため、耐力が低く、耐圧性が劣っていた。試験材３０は予備加熱の昇温速度が早いため、耐力が高く、繰り返し曲げ回数が少なく、耐バックリング亀裂性が劣っていた。試験材３１は予備加熱を実施した場合の塗装焼付け温度が高いため、耐力が低く、耐圧性が劣っていた。試験材３２は、熱間圧延後、中間焼鈍を行って冷間圧延したもので、結晶粒の長さと幅の比が９．７と小さく、耐力が低く、耐圧性に劣っていた。なお、試験材１１〜３１については、熱間圧延後に中間焼鈍を行うことなく、最終板厚まで冷間圧延したものであり、いずれも結晶粒の長さと幅の比は２０を超えていた。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、缶蓋用のアルミニウム合金塗装板、特に陽圧缶の蓋として好適に使用される陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
飲料缶などに使用されるイージーオープン缶蓋材には、絞り加工性、カール成形性、リベット加工性、スコア加工性、開缶性などが優れていることが要求される。特に、ビール缶、炭酸飲料缶など、内容物充填後に高い内圧が加わる陽圧缶においては、高い耐圧が必要であり、素材である缶蓋材すなわち缶蓋用アルミニウム合金塗装板には高い強度が要求される。
【０００３】
近年、コスト低減のために缶蓋材の薄肉化が進められ、一方、環境負荷軽減のために、缶蓋材の製造において、熱間圧延工程直後や冷間圧延工程途中における中間焼鈍工程の省略が強く望まれている。しかし、単なる中間焼鈍工程の省略は、材料の靱性を著しく低下させ、このため、特に薄肉化された缶蓋においては耐バックリング亀裂性が低下する。なお、耐バックリング亀裂性とは、夏期の車中などで気温が上がることにより缶内圧が上昇して蓋が膨れるだけでなく、さらに本来凹状のカウンターシンク部が凸状に変形するバックリングを起こした時に材料に亀裂が入り難い性能を意味する。
【０００４】
このようなことから、中間焼鈍工程を省略し、また同時に薄肉化した場合においても、耐バックリング亀裂性に優れたアルミニウム合金缶蓋材が要求されており、耐バックリング亀裂性を高めるための手法が種々提案されている。例えば、金属間化合物のサイズ、個数を制御したり、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｇ、遷移金属元素などの合金成分量を調整することにより、缶蓋材の特性を改善することが提案されているが、必ずしも陽圧用缶蓋材として必要な強度を満たすことができず、薄肉化が進んだ場合、製蓋後の耐圧を維持し、また耐バックリング亀裂性を維持するには十分ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１５５８号公報
【特許文献２】特開２００１−１６４３４７号公報
【特許文献３】特開２００７−２３３４０号公報
【特許文献４】特開２００９−２２１５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来の問題点を解消する陽圧缶用の缶蓋材を得るために、陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造条件、すなわち、鋳塊の均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、塗装焼付け処理などの条件と、缶蓋材としての特性との関係について試験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、中間焼鈍工程を省略し、かつ薄肉化しても、靱性が低下することなく、蓋成形時の成形性が良好であり、耐バックリング亀裂性に優れた陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１による陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板は、質量％で、Ｓｉ：０．０４〜０．２０％、Ｍｎ：０．３５〜０．７０％、Ｆｅ：０．１２〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１０％、Ｍｇ：４．０〜５．５％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、厚さが０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下のアルミニウム合金塗装板であって、引張強さが３６０〜４００ＭＰa、耐力が３２０〜３５５ＭＰａで、圧延方向に対して９０°方向に試験片を採取し、該試験片に１００Ｎの一定荷重を負荷し、内曲げ半径１．０ｍｍで９０°両振り繰り返し曲げ試験を行った場合における破断限界回数が７回以上であることを特徴とする。以下の説明において、合金成分値は全て質量％で示す。
【０００８】
請求項２による陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造方法は、請求項１記載の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板を製造する方法であって、前記組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られた鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延を行い、厚さ０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下まで冷間圧延し、得られた冷間圧延板に塗装を施して、２６０℃以上でかつ前記組成中のＭｎ含有量％を［Ｍｎ］としたとき、３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）以上３００℃以下の温度で塗装焼付け処理することを特徴とする。
【０００９】
請求項３による陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造方法は、請求項１記載の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板を製造する方法であって、前記組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られた鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延を行い、厚さ０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下まで冷間圧延し、得られた冷間圧延板を、４〜２５℃／秒の昇温速度で、２６０℃以上でかつ前記組成中のＭｎ含有量％を［Ｍｎ］としたとき、３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）以上３００℃以下の温度に加熱して０〜２０秒間保持する熱処理を行い、塗装を施して、２２０℃以上２６０℃未満の温度で塗装焼付け処理することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
中間焼鈍工程を省略し、かつ薄肉化しても、靱性が低下することなく、蓋成形時の成形性が良好であり、耐バックリング亀裂性に優れた陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板およびその製造方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板における合金成分の意義および限定理由について説明する。
Ｓｉ：０．０４〜０．２０％
Ｓｉは、製造原価の低減のため、安価な地金やリサイクル原料を使用するためには、混入を避けられない元素であり、好ましい含有量は０．０４〜０．２０％の範囲である。０．２０％を超えて含有すると、鋳造凝固過程で晶出する金属間化合物Ｍｇ２ＳｉおよびＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物の生成と粗大化を引き起こして、缶蓋成形時およびバックリング時の亀裂の発生位置および伝播経路となり、耐バックリング亀裂性、成形性が低下し易くなる。Ｓｉ含有量が０．０４％未満では、高純度の地金原料が必要となり、地金のコストが増加し、また鋳造時の規制が厳しくなり生産性を低下させる。Ｓｉのさらに好ましい含有範囲は、金属間化合物量が著しく減少する０．０４〜０．１５％である。
【００１２】
Ｍｎ：０．３５〜０．７０％
Ｍｎは、強度を高めるよう機能するとともに、結晶粒を微細化させる。好ましい含有量は０．３５〜０．７０％の範囲であり、０．７０％を超えると、凝固過程で晶出するＡｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物の生成と粗大化を引き起こし、過剰にＳｉを添加したときと同じ問題が発生してしまう。Ｍｎ含有量が０．３５％未満では十分な強度を得ることができない。
【００１３】
Ｆｅ：０．１２〜０．３０％
Ｆｅは、強度を高めるよう機能するとともに、結晶粒を微細化させる。好ましい含有量は０．１２〜０．３０％の範囲であり、０．３０％を超えると、鋳造凝固過程で晶出するＡｌ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物の生成と粗大化を引き起こし、過剰にＳｉを添加したときと同じ問題が発生してしまうため、添加量の抑制が必要である。また、Ｆｅ含有量が０．１２％未満では、高純度の地金原料が必要となり、地金原料のコストが増加し、また鋳造時の規制が厳しくなり生産性を低下させる。Ｆｅのさらに好ましい含有範囲は、Ｍｎの固溶量を著しく低下させない０．１２〜０．２６％である。
【００１４】
Ｆｅ含有量が０．３０％以下であっても、０．２６％を超え０．３０％以下の範囲では、Ｍｎの固溶量が低下し、同一Ｍｎ量であってもＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系の金属間化合物量を多くする作用があるため、特に厳しい耐バックリング亀裂性が求められる酎ハイや非アルコール系炭酸飲料用途、または板厚が０．２２０ｍｍ以下の場合には問題となることがある。そのため、内容物が酎ハイや非アルコール系炭酸飲料である場合や板厚が０．２２０ｍｍ以下の場合には、Ｆｅ含有量を０．２６％以下に制限することが好ましい。
【００１５】
Ｃｕ：０．０１〜０．１０％
Ｃｕは、強度を高め、成形性を向上させるよう機能する。好ましい含有量は０．０１〜０．１０％の範囲であり、０．１０％を超えると、鋳造時の鋳塊割れ、および熱間圧延時の割れを引き起こし易く、板材の製造が困難となる。また、０．０１％未満では、高純度の地金原料が必要となり、地金原料のコストが増加し、また鋳造時の規制が厳しくなり生産性を低下させる。Ｃｕのさらに好ましい含有範囲は、リサイクル原料の使用が可能で、熱間圧延時の生産性を低下させない０．０２〜０．０５％である。
【００１６】
Ｍｇ：４．０〜５．５％
Ｍｇは、Ｍｇ自体の固溶により強度を高め、塗装焼付け硬化性を付与する。また、Ｍｇの含有は、転位との相互作用による加工硬化量を大きくし、内圧が負荷されるアルミニウム合金缶蓋材に対して必要な強度を得るため、必要不可欠な元素であり、好ましい含有量は４．０〜５．５％の範囲である。Ｍｇの含有量が４．０％未満では陽圧缶用の蓋として十分な強度を得ることができず、５．５％を超えて含有されると熱間圧延時の割れを引き起こし易く、板材の製造が困難となる。
【００１７】
本発明の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造工程は、溶解、鋳造工程、均質化熱処理工程、熱間圧延工程、冷間圧延工程および塗装焼き付け工程を必須工程として含み、従来工程において通常行われている、熱間圧延工程直後、冷間圧延途中の中間焼鈍工程を省略する。
【００１８】
前記の組成を有するアルミニウム合金を溶解し、半連続鋳造方法（ＤＣ鋳造法）により造塊し、得られた鋳塊を均質化熱処理する。均質化熱処理工程は、鋳塊を４４０〜５３０℃の温度に加熱し、１〜２０時間保持する条件で行うのが好ましい。均質化熱処理温度が４４０℃未満では、均質化熱処理時間が長時間必要となり、生産性の低下を招く。一方、均質化熱処理温度が５３０℃を超えると、金属間化合物の粗大化が生じ易くなり、缶蓋成形時およびバックリング時の亀裂の発生位置および伝播経路となり、成形性および耐バックリング亀裂性を低下させる。また、均質化熱処理温度での保持時間が１時間未満では、組織の均質化が得られず、２０時間を超えると、金属間化合物が粗大化し易く、均質化熱処理温度が５３０℃を超えたときと同じ問題が発生する。
【００１９】
均質化熱処理後、熱間圧延を行う。熱間圧延工程において、熱間圧延完了時の終了温度は３００℃以上とするのが好ましく、熱延終了温度を３００℃以上として再結晶組織を得る。熱間圧延終了温度が３００℃未満では十分に均質な再結晶組織を得ることができず、製品に対する冷間圧延工程を含めた実質的な加工硬化量の増加が生じ、成形性および耐バックリング亀裂性が劣るとともに、製品強度のばらつきが大きくなり、缶蓋材としての品質が低下する。
【００２０】
熱間圧延後、０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下の最終厚さまで冷間圧延する。冷間圧延の圧延率は８５〜９３％とするのが好ましい。冷間圧延率が８５％未満では、熱間圧延終了時の板厚が薄くなり、熱間圧延で安定して製造できる板厚の下限を超えてしまうおそれがあるばかりでなく、冷間圧延による加工硬化量が小さくなり、内圧が負荷されるアルミニウム合金缶蓋材に必要な強度を得ることができない。また、冷間圧延率が９３％を超えると、加工硬化が大きくなり過ぎ、成形性に劣るだけでなく、冷間圧延板端部の耳割れが発生し易くなり、生産性が劣ることとなる。
【００２１】
本発明においては、熱間圧延後および冷間圧延の途中で中間焼鈍を行わないことが望ましい。従って、熱間圧延後、中間焼鈍を施すことなく、０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下の最終厚さまで冷間圧延される。中間焼鈍を行うことなしに製造した缶蓋材においては、結晶粒の長さと幅の比、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）が２０以上となり、缶蓋材として必要な強度が付与される。（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）が２０未満では、缶蓋材に必要な強度を得ることが難しい。
【００２２】
結晶粒の長さと幅の比、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）は、圧延方向に平行で且つ圧延面に垂直な断面を２００倍で偏光子を用いた光学顕微鏡で観察し、２０個以上の結晶粒の長さと幅を測定して、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）の値を平均した値である。結晶粒の長さは圧延方向に測定し、結晶粒の幅は圧延方向に垂直な方向に測定する。なお、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）の値は、熱間圧延板の再結晶粒の形状と冷間圧延率から幾何学的に決まるものであり、容易に推定することが可能である。熱間圧延終了時点で再結晶組織となり、ほぼ球状の再結晶粒を得、最高９３％の冷間圧延率で冷間圧延した場合、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）の値は５００を超えることはない。
【００２３】
得られた冷間圧延板に有機樹脂を塗装し、塗装焼付け処理を行う。この塗装焼付け工程は、缶蓋材板面に有機樹脂を塗装し焼付けるだけでなく、調質焼鈍を兼ねている。塗装焼付け処理は、塗装焼付け処理時の材料到達温度（Ｐｅａｋ Ｍｅｔａｌ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ＰＭＴ）、以下、塗装焼付け温度とは、塗装焼付け処理時の材料到達温度をいう）を２６０℃以上で、かつ前記本発明のアルミニウム合金組成中のＭｎ含有量％を［Ｍｎ］としたとき３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）以上３００℃以下の温度として、保持時間０秒を超え２０秒以下の条件で行うのが望ましい。塗装焼付け温度が２６０℃未満では、冷間圧延工程で導入された転位組織が十分に回復せず、缶蓋の耐バックリング亀裂性に劣る。また前記のように、Ｍｎ含有量が増加すると、ますます耐バックリング亀裂性が低下するため、塗装焼付け温度が２６０℃以上であっても、３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）未満では、缶蓋の耐バックリング亀裂性に劣る。塗装焼付け温度が３００℃を超えると、ＰＭＴにおける強度変化が大きくなり、量産時には製品仕様に合った強度に調整することが困難となるばかりでなく、回復が進みすぎて缶蓋材に必要な強度が得られない。
【００２４】
また、塗膜性能を維持する観点から塗装焼付け温度を２６０℃以上とすることができない場合は、塗装焼付け処理前に、望ましくは連続焼鈍炉を用いて、昇温速度４〜２５℃／秒、到達温度２６０℃以上でかつ３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）から３００℃の範囲の温度で、保持時間０秒を超え２０秒以下の予備加熱を行い、塗装を施して、２２０℃以上２６０℃未満の温度で、塗装焼付け処理することにより上記の効果を得ることができる。予備加熱の昇温速度が４℃／秒未満では、材料が高温に保持される時間が長くなり、量産時には製品仕様に合った強度に調整することが困難となるとともに、回復が進みすぎて缶蓋材に必要な強度が得られない。２５℃／秒を超えると、冷間圧延工程で導入された転位組織が十分に回復せず、缶蓋の耐バックリング亀裂性に劣る。
【００２５】
予備加熱温度（材料到達温度、以下同じ）が、２６０℃以上でかつ３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）から３００℃の温度範囲を外れると、前記のように、予備加熱をせず塗装焼付け処理のみを行う実施形態において、塗装焼付け温度が条件を外れた場合と同様の不具合が生じる。塗装焼付け温度が２２０℃未満では、例えば塗膜強度や母材との接着強度など必要な塗膜性能を得るのが困難になる。２６０℃以上では、塗装焼付け処理前に予備加熱を行う影響で、量産時には製品仕様に合った強度に調整することが困難となるばかりでなく、回復が進みすぎて缶蓋材に必要な強度が得られない。
【００２６】
本発明のアルミニウム合金塗装板において、塗装焼付け後の引張強さは３６０〜４００ＭＰａとすることが重要である。塗装焼付け後の引張強さは、前記塗装焼付け温度および後述する繰り返し曲げと密接に関係する。塗装焼付け温度が高いと塗装焼付け後の引張強さは小さく、かつ繰り返し曲げ回数は多くなる。引張強さが３６０ＭＰａ未満では、缶蓋材の強度として十分でなく、低い内圧でバックリングを起こし易くなる。４００ＭＰａを超えると、繰り返し曲げ回数が低下し、バックリングでの亀裂が発生し易くなる。
【００２７】
また、耐力は３２０〜３５５ＭＰａとすることが重要である。塗装焼付け後の耐力は、引張強さと同様、塗装焼付け温度および繰り返し曲げと密接に関係する。塗装焼付け温度が高いと塗装焼付け後の耐力は小さく、かつ繰り返し曲げ回数は多くなる。耐力が３２０ＭＰａ未満では、缶蓋材の強度として十分でなく、低い内圧でバックリングが起こし易くなる。３５５ＭＰａを超えると、繰り返し曲げ回数が低下し、バックリングでの亀裂が発生し易くなる。
【００２８】
本発明のアルミニウム合金塗装板においては、圧延方向に対して９０°方向に試験片を採取し、該試験片に１００Ｎの一定荷重を負荷し、内曲げ半径１．０ｍｍで９０°両振り繰り返し曲げ試験を行った場合における破断限界回数が７回以上であることも重要な構成要件である。バックリング時の亀裂の発生し易さは、繰り返し曲げ回数で評価することができる。繰り返し曲げ試験条件はつぎのとおりである。圧延方向に対して９０°方向に、長さ２００ｍｍ、幅１２．５ｍｍの試験片を採取し、該試験片に、１００Ｎの一定荷重を負荷した状態で、内曲げＲを１．０ｍｍとして、左右９０°曲げによる両振り試験を行う。９０°曲げ毎に１回とカウントし、４回で１サイクルを終了する。７回未満ではバックリング時に亀裂が発生し易いため不合格、７回以上を合格と評価する。
【００２９】
本発明のアルミニウム合金塗装板において、板厚は０．１９０〜０．２３０ｍｍとするのが好ましい。薄肉化は、蓋１枚当たりの質量を低下させることによるコストダウン効果があるが、板厚が０．２３０ｍｍを超えると、現行の蓋材に対してコストダウン効果が小さく、一方、板厚０．１９０ｍｍ未満では、陽圧用缶蓋材の強度、靭性を同時に得ることが困難であり、製蓋後の耐圧不足、またはバックリング時の亀裂発生をもたらす。
【００３０】
本発明の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板は、陽圧缶の内容物が酎ハイや非アルコール系炭酸飲料である陽圧缶の缶蓋として用いられる場合に特に有効である。例えば、陽圧缶の内容物がビールの場合に比べて、内容物が酎ハイや炭酸飲料の缶は、初期内圧および温度上昇による缶内圧上昇が大きいため、一般に要求耐圧が高く、高耐圧を確保するため材料強度を増加すると、バックリング亀裂が発生し易くなる。これに対して、本発明のアルミニウム合金塗装板では、材料強度を増加させてもなお、耐バックリング性に優れるので、酎ハイや非アルコール系炭酸飲料を内容物とする場合に非常に有効である。上記酎ハイは焼酎を炭酸水で割った飲み物を意味し、非アルコール系炭酸飲料は実質的にアルコールを含有していない炭酸飲料を意味する。
【００３１】
本発明においては、前記の製造方法、とくに特定された塗装焼付け処理、および予備加熱処理と塗装焼付け処理との組み合わせにより、従来通常行われていた、熱間圧延直後の中間焼鈍工程、および冷間圧延途中の中間焼鈍工程を省略しても、強度、成形性および耐バックリング亀裂性に優れた陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板を製造することができる。中間焼鈍工程を省略することにより、製造エネルギーを低減させ、化石燃料の燃焼によるＣＯ2ガスの排出を抑制し、環境負荷を低減することもできる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。なお、これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されない。
【００３３】
実施例１
表１に示す組成を有するアルミニウム合金（合金Ａ〜Ｊ）を溶解、ＤＣ鋳造で鋳造し、得られた鋳塊を、５００℃で４時間の均質化処理した後、厚さ２．１ｍｍまで熱間圧延した。熱間圧延の終了温度は３１０〜３５０℃として、再結晶組織を得た。その後、中間焼鈍することなく冷間圧延を冷間圧延率が９０％となるように行い、板厚０．２１０ｍｍの冷間圧延板（試験材）を得た。
【００３４】
試験材について、表２に示す条件で塗装焼付け処理を行った後、以下の方法で引張試験、繰り返し曲げ試験を行い、耐圧および耐バックリング亀裂性、結晶粒の長さと幅の比を評価した。結果を表２に示す。なお、試験材７〜９については、塗装焼付け処理前に、表２に示す条件で予備加熱を行った。また、表１において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００３５】
引張試験：圧延方向を長手方向として５号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２０１に準拠して引張試験を行い、引張強さおよび耐力を測定した。
繰り返し曲げ試験：前記の方法で行い、曲げ回数７回以上を合格、７回未満を不合格と評価した。
耐圧および耐バックリング亀裂性：冷間圧延板（試験材）から、２０４径（外径：２インチ＋４／１６インチ）の蓋を各々２０枚採取し、缶胴に巻締め、内部に圧力をかけてバックリングさせた。耐圧性は、バックリングさせたときの圧力の最小値が５４０ｋＰａ以上を合格（○）、５４０ｋＰａ未満を不合格（×）と評価した。耐バックリング亀裂性は、２０枚全てに亀裂が発生しなかった場合を合格（○）、亀裂が１枚でも認められた場合は不合格（×））とした。
（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）：前記の方法により、結晶粒の長さと幅の比、（結晶粒の長さ／結晶粒の幅）を測定した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
表２に示すように、本発明に従う試験材１〜１０はいずれも、引張強さ３６０〜４００ＭＰａ、耐力３２０〜３５５ＭＰａの優れた強度、良好な耐圧性を有し、繰り返し曲げ回数が７回以上で、良好な耐バックリング亀裂性をそなえており、結晶粒の長さと幅の比はいずれも２０を超えていた。
【００３９】
比較例１
実施例１で得られたアルミニウム合金（合金Ａ〜Ｊ）の鋳塊を、５００℃で４時間の均質化処理した後、厚さ２．１ｍｍまで熱間圧延した。熱間圧延の終了温度は３１０〜３５０℃として、再結晶組織を得た。その後、中間焼鈍することなく冷間圧延を冷間圧延率が９０％となるように行い、板厚０．２１０ｍｍの冷間圧延板（試験材）を得た。但し、試験材１５および２０については、板厚０．１８５ｍｍ（圧延率９１．２％）まで冷間圧延を行った。試験材３２は、熱間圧延後、板厚０．６ｍｍまで冷間圧延した後、４５０℃で５秒保持する中間焼鈍を行い、板厚０．２１０ｍｍまで冷間圧延したものである。
【００４０】
試験材について、表３に示す条件で塗装焼付け処理を行った後、実施例と同じ方法で、引張試験、繰り返し曲げ試験を行い、耐圧および耐バックリング亀裂性、結晶粒の長さと幅の比を評価した。結果を表３に示す。なお、試験材２９〜３１については、塗装焼付け処理前に、表３に示す条件で予備加熱を行った。また、表３において、予備加熱、塗装焼付け処理、引張強さ、耐力、繰り返し曲げ回数において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００４１】
【表３】
【００４２】
表３に示すように、試験材１１および１２はＭｎ量が少ないため、耐力が低く、耐圧性が劣っていた。試験材１３、１６、１８は塗装焼付け温度が低いため、繰り返し曲げ回数が少なく、耐バックリング亀裂性が劣っていた。試験材１４は塗装焼付け温度が高いため、引張強さおよび耐力が低く、耐圧性が劣っていた。試験材１７、１９は塗装焼付け温度が高いため耐力が低く、耐圧性が劣っていた。
【００４３】
試験材１５、２０は板厚が薄いため、耐圧性が劣っていた。試験材２１はＭｎ量が多くまた塗装焼付け温度が低いため、引張強さおよび耐力が高く、繰り返し曲げ回数が少なく、耐バックリング亀裂性が劣っていた。試験材２２、２３はＭｎ量が多いため、試験材２４はＳｉ量が多いため、また試験材２５はＦｅ量が多いため、いずれも繰り返し曲げ回数が少なく、耐バックリング亀裂性が劣っていた。試験材２６はＣｕ量が多いため、試験材２８はＭｇ量が多いため、いずれも熱間圧延で耳割れが生じて健全な板材の製造が困難となり、著しく生産性が低下したものとなった。
【００４４】
試験材２７はＭｇ量が少ないため、引張強さおよび耐力が低く、耐圧性が劣っていた。試験材２９は予備加熱の昇温速度が遅いため、耐力が低く、耐圧性が劣っていた。試験材３０は予備加熱の昇温速度が早いため、耐力が高く、繰り返し曲げ回数が少なく、耐バックリング亀裂性が劣っていた。試験材３１は予備加熱を実施した場合の塗装焼付け温度が高いため、耐力が低く、耐圧性が劣っていた。試験材３２は、熱間圧延後、中間焼鈍を行って冷間圧延したもので、結晶粒の長さと幅の比が９．７と小さく、耐力が低く、耐圧性に劣っていた。なお、試験材１１〜３１については、熱間圧延後に中間焼鈍を行うことなく、最終板厚まで冷間圧延したものであり、いずれも結晶粒の長さと幅の比は２０を超えていた。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｓｉ：０．０４〜０．２０％、Ｍｎ：０．３５〜０．７０％、Ｆｅ：０．１２〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１０％、Ｍｇ：４．０〜５．５％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、厚さが０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下のアルミニウム合金塗装板であって、引張強さが３６０〜４００ＭＰa、耐力が３２０〜３５５ＭＰａで、圧延方向に対して９０°方向に試験片を採取し、該試験片に１００Ｎの一定荷重を負荷し、内曲げ半径１．０ｍｍで９０°両振り繰り返し曲げ試験を行った場合における破断限界回数が７回以上であることを特徴とする陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板。
【請求項２】
請求項１記載の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板を製造する方法であって、前記組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られた鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延を行い、厚さ０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下まで冷間圧延し、得られた冷間圧延板に塗装を施して、２６０℃以上でかつ前記組成中のＭｎ含有量％を［Ｍｎ］としたとき、３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）以上３００℃以下の温度で塗装焼付け処理することを特徴とする陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板を製造する方法であって、前記組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られた鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延を行い、厚さ０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下まで冷間圧延し、得られた冷間圧延板を、４〜２５℃／秒の昇温速度で、２６０℃以上でかつ前記組成中のＭｎ含有量％を［Ｍｎ］としたとき、３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）以上３００℃以下の温度に加熱して０〜２０秒間保持する熱処理を行い、塗装を施して、２２０℃以上２６０℃未満の温度で塗装焼付け処理することを特徴とする陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造方法。
【請求項１】
質量％で、Ｓｉ：０．０４〜０．２０％、Ｍｎ：０．３５〜０．７０％、Ｆｅ：０．１２〜０．３０％、Ｃｕ：０．０１〜０．１０％、Ｍｇ：４．０〜５．５％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなる組成を有し、厚さが０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下のアルミニウム合金塗装板であって、引張強さが３６０〜４００ＭＰa、耐力が３２０〜３５５ＭＰａで、圧延方向に対して９０°方向に試験片を採取し、該試験片に１００Ｎの一定荷重を負荷し、内曲げ半径１．０ｍｍで９０°両振り繰り返し曲げ試験を行った場合における破断限界回数が７回以上であることを特徴とする陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板。
【請求項２】
請求項１記載の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板を製造する方法であって、前記組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られた鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延を行い、厚さ０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下まで冷間圧延し、得られた冷間圧延板に塗装を施して、２６０℃以上でかつ前記組成中のＭｎ含有量％を［Ｍｎ］としたとき、３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）以上３００℃以下の温度で塗装焼付け処理することを特徴とする陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板を製造する方法であって、前記組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られた鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延を行い、厚さ０．１９０ｍｍ以上０．２３０ｍｍ以下まで冷間圧延し、得られた冷間圧延板を、４〜２５℃／秒の昇温速度で、２６０℃以上でかつ前記組成中のＭｎ含有量％を［Ｍｎ］としたとき、３３×［Ｍｎ］＋２４７で求められる温度（℃）以上３００℃以下の温度に加熱して０〜２０秒間保持する熱処理を行い、塗装を施して、２２０℃以上２６０℃未満の温度で塗装焼付け処理することを特徴とする陽圧缶蓋用アルミニウム合金塗装板の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−１１２００７（Ｐ２０１２−１１２００７Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６３１１７（Ｐ２０１０−２６３１１７）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００２２７７）住友軽金属工業株式会社 (552)
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【出願人】（０００００２２７７）住友軽金属工業株式会社 (552)
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