JP2004068061A - 耐突き刺し性に優れた缶胴用アルミニウム合金板 - Google Patents

Abstract

【課題】現行の薄肉缶の壁部の肉厚を変えることなく、缶胴体の強度を現行のレベルに維持し、耐突き刺し性に優れた缶胴体を得ることを可能とする缶胴用アルミニウム合金板を提供する。
【解決手段】Ｍｎ：０．８〜１．２％、Ｍｇ：１．０〜１．３％、Ｓｉ：０．３％を越え０．４５％以下、Ｆｅ：０．３〜０．５％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなる組成を有し、熱間圧延後、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延し板に、１５０ｍｇ／ｍ^２を越え３００ｍｇ／ｍ^２以下の塗油量でリオイルを施してなるアルミニウム合金板であって、該合金板表面において直径（円相当直径）１〜１０μｍの金属間化合物が３５００〜４５００個／ｍｍ^２の密度、１〜３％の面積率で分布させる。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐突き刺し性に優れた缶胴用アルミニウム合金板、詳しくは、現行の薄肉缶の重量を変えることなく、缶体強度を維持したままで優れた耐突き刺し性を有する缶胴体に成形することができる耐突き刺し性に優れた缶胴用アルミニウム合金板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム合金からなる飲料缶の缶胴体は、板材に塗油を施し、カッピング、ＤＩ加工、トリミング、洗浄、乾燥、外面および内面塗装・焼付け、ネッキング、およびフランジ加工の工程により製造されるが、飲料充填、缶蓋の巻き締め工程、または飲料が充填された缶体を運搬、取り扱う過程で、とくに薄肉の缶胴体に突起物が押し当てられると、缶胴部に凹みが生じ、あるいは突起物の先端が缶胴体を突き刺し貫通して、内容物が漏洩するという問題がある。
【０００３】
このような問題を解決するために、缶胴体の壁部の伸びを大きくする手法が提案されている。例えば、ＪＩＳ　Ａ３１０４合金のＨ１９調質板から缶胴体を成形し、これを２６０〜２８０℃の洗浄乾燥炉中で熱処理することにより、引張強さを低下させるとともに、伸びを増大させることが提案されている（特開昭６１−１９９０５７号公報）が、この手法は缶胴体の壁部の厚さが、例えば０．２１５ｍｍのように厚い場合には効果を有するが、最近のように、例えば約０．１ｍｍと薄肉化された缶胴体の場合には、引張強さが小さく、缶胴体として缶壁強度が不十分となるという難点がある。
【０００４】
ＭｎおよびＭｇを含有する缶胴用アルミニウム合金板をＤＩ加工後、雰囲気温度を２０５〜２４０℃、保持時間を３分以上とし、且つ（雰囲気温度）≧（２２５−保持時間）に特定する熱処理を施し、缶胴体の引張強さを２４０〜２９０ＭＰａのように小さくし、破断伸びを６．２〜８．６％にように増大させることが提案されている（特開平８−１９９２７３号公報）が、この場合も引張強さが小さく、缶胴体としての強度が不足するという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、缶胴用アルミニウム合金板における上記従来の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、現行の薄肉缶の壁部の肉厚を変えることなく、すなわち缶胴体の重量を変えることなく、現行金型を適用して缶胴体への成形を行うことができ、缶胴体の強度を現行のレベルに維持し、耐突き刺し性に優れた缶胴体を得ることを可能とする耐突き刺し性に優れた缶胴用アルミニウム合金板を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の請求項１による耐突き刺し性に優れた缶胴用アルミニウム合金板は、Ｍｎ：０．８〜１．２％、Ｍｇ：１．０〜１．３％、Ｓｉ：０．３％を越え０．４５％以下、Ｆｅ：０．３〜０．５％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなる組成を有し、熱間圧延後、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延した厚さ０．２７５〜０．３２５ｍｍのアルミニウム合金冷間圧延板に、１５０ｍｇ／ｍ^２を越え３００ｍｇ／ｍ^２以下の塗油量でリオイルを施してなるアルミニウム合金板であって、該合金板表面において直径（円相当直径）１〜１０μｍの金属間化合物が３５００〜４５００個／ｍｍ^２の密度、１〜３％の面積率で分布していることを特徴とし、ＤＩ加工、塗装を含む缶胴成形工程で、外面および内面塗装を含む厚さが０．１１０〜０．１３０ｍｍの壁部をそなえた缶胴体に成形した場合、該壁部の缶軸方向において、伸びが３％以上６％未満、引張強さが２９０ＭＰａを越え３３０ＭＰａ以下の特性を有する。
【０００７】
また、請求項２による耐突き刺し性に優れた缶胴用アルミニウム合金板は、請求項１において、ＤＩ加工、塗装を含む缶胴成形工程で、外面および内面塗装を含む厚さが０．１１０〜０．１３０ｍｍの壁部をそなえた缶胴体に成形した場合、缶胴体の内部から２００ｋＰａの内圧を負荷した状態で、前記壁部に、先端半径が０．５ｍｍの突起物を５０ｍｍ／分の速度で突き刺し貫通させた場合の最大荷重が４．５〜５．５ｋｇｆの特性を有するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の缶胴用アルミニウム合金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。
Ｍｎ：Ｍｎは、成形される缶胴体の強度を向上するよう機能するもので、好ましい含有量は０．８〜１．２％の範囲であり、この範囲のＭｎを含有させることにより適切な金属間化合物の分布密度および面積率を得ることができる。０．８％未満では、塗装後の缶胴体に２９０ＭＰａ以上の十分な引張強さを付与することが困難であり、１．２％を越えて含有されると、缶胴体への成形が難しくなり、仮に成形できたとしても塗装後に強度が高くなり過ぎ、耐突き刺し性が低下する。
【０００９】
Ｍｇ：Ｍｎとともに成形される缶胴体の強度を高めるよう機能するもので、好ましい含有範囲は１．０〜１．３％である。１．０％未満では、塗装後の缶胴体に２９０ＭＰａ以上の十分な引張強さを付与することが困難であり、１．３％を越えて含有されると、缶胴体への成形が難しくなり、仮に成形できたとしても塗装後に強度が高くなり過ぎ、耐突き刺し性が低下する。
【００１０】
Ｓｉ：Ｓｉは、成形される缶胴体の伸びを高めるよう機能するもので、好ましい含有量は０．３％を越え０．４５％以下の範囲であり、この範囲のＳｉを含有させることにより、適切な金属間化合物の分布密度および面積率を得ることができる。０．３％以下では、塗装後の缶胴体に３％以上の十分な伸びを与えることが難しく、０．４５％を越えると、塗装後の缶胴体の伸びが大きくなり過ぎ、引張強さが低下するため、缶胴体として十分な強度を与えることが難しくなる。
【００１１】
Ｆｅ：Ｆｅも成形される缶胴体の強度を向上させる。好ましい含有量は０．３〜０．５％の範囲であり、この範囲のＦｅを含有させることにより適切な金属間化合物の分布密度および面積率を得ることができる。０．３％未満では、塗装後の缶胴体に２９０ＭＰａ以上の十分な引張強さを付与することが困難であり、０．５％を越えて含有されると、缶胴体への成形が難しくなり、仮に成形できたとしても塗装後に強度が高くなり過ぎ、耐突き刺し性が低下する。
【００１２】
なお、本発明のアルミニウム合金板においては、不純物として、０．２５％以下のＣｕ、０．２５％以下のＺｎ、０．２０％以下のＣｒ、結晶粒微細化材として通常添加される０．２０％以下のＴｉ、０．１０％以下のＢが含有されていても、本発明の効果に影響することはない。
【００１３】
本発明の缶胴用アルミニウム合金板において、所望の特性を得るためには、合金成分のＭｎ、Ｓｉ、Ｆｅなどが関与する金属間化合物の分布密度および面積率を特定することが重要であり、板表面において直径（円相当直径）１〜１０μｍの金属間化合物を３５００〜４５００個／ｍｍ^２の密度、１〜３％の面積率で分布させることが好ましい。金属間化合物の分布密度および面積率をこの範囲に特定することによって、缶胴成形工程において、カッピングおよびＤＩ加工での缶胴体部の加工組織の集積を緩和し、その後の熱処理、すなわち洗浄後の乾燥工程、缶胴体の内外面塗装後の焼付け工程における熱処理において、引張強さと伸びのバランスに優れ、改善された耐突き刺し性をそなえた缶胴体を得ることができる。
【００１４】
直径１〜１０μｍの金属間化合物が３５００個／ｍｍ^２未満の場合、または金属間化合物がマトリックス全体に占める面積率が１％未満の場合には、缶胴体部の加工組織の集積が強固となり、その後の熱処理において、必要な引張強さと伸びを有し、耐突き刺し性をそなえた缶胴体が得難くなる。直径１〜１０μｍの金属間化合物が４５００個／ｍｍ^２を越える場合、または金属間化合物がマトリックス全体に占める面積率が３％を越える場合には、缶胴成形工程の熱処理において、軟化が進行し易くなるため十分な缶胴体強度を得ることが困難となる。
【００１５】
本発明の缶胴用アルミニウム合金板は、最終的に０．２７５〜０．３２５ｍｍの厚さに冷間圧延された冷間圧延板として供給され、この範囲の厚さと前記成分組成との組合わせにより、現行の薄肉缶の壁部の肉厚を変えることなく、すなわち缶胴体の重量を変えることなく、現行金型を適用して缶胴体への成形を行うことができ、缶胴体の強度を現行のレベルに維持し、耐突き刺し性に優れた缶胴体を得ることができる。
【００１６】
本発明による缶胴用アルミニウム合金板は、前記組成を有するアルミニウム合金の鋳塊を、常法に従って均質化処理後、熱間圧延、冷間圧延を経て製造されるが、前記本発明の金属間化合物の分布密度および面積率を得るためには、通常、熱間圧延工程と冷間圧延工程との間で行われる中間焼鈍を実施しないことが望ましい。バッチ炉による中間焼鈍を行うと、直径１〜１０μｍの金属間化合物の分布が変動し、前記特定の分布密度が得難くなる。一方、連続焼鈍炉による急速加熱、急速冷却での中間焼鈍を行うと、缶胴成形工程における熱処理で焼付硬化するために缶壁部の伸びが得難くなる。
【００１７】
仕上げ冷間圧延によって厚さ０．２７５〜０．３２５ｍｍに加工された本発明の缶胴用アルミニウム合金板は、１５０ｍｇ／ｍ^２を越え３００ｍｇ／ｍ^２以下の塗油量でリオイルを施し、カッピング、ＤＩ加工、トリミング、洗浄、乾燥、内面塗装・焼付け、外面塗装・焼付け、ネッキングおよびフランジングの缶胴成形工程で、外面および内面塗装を含む厚さが０．１１０〜０．１３０ｍｍの壁部をそなえた缶胴体に成形した場合、該壁部の缶軸方向において、伸びが３％以上６％未満、引張強さが２９０ＭＰａを越え３３０ＭＰａ以下の特性を有する。
【００１８】
カッピング、ＤＩ成形に先立って行われるリオイルは、アルミニウム合金板メーカーにおいて、板表面に予め付着されている圧延油などを除去した後の塗油であり、ＤＩ成形時の潤滑性を付与する以外に、搬送時などでの傷付きを防止すると重要な役割がある。成形される板に大きな傷がある場合には、成形時に缶切れが生じ、傷が小さい場合には、例え成形できたとしても板の傷部が局所的に薄くなってしまうため、内容物充填時に内圧がかかった段階でピンホールとなり、内容物が漏れたり、耐突き刺し性を低下させる。本発明の缶胴用アルミニウム合金板において、このような問題を解決するための塗油量は１５０ｍｇ／ｍ^２を越え３００ｍｇ／ｍ^２以下の範囲である。
【００１９】
缶胴体への成形は、外面塗膜および内面塗膜を含む缶胴体壁部の厚さが０．１１０〜０．１３０ｍｍとなるよう行われる。０．１１０ｍｍ未満では耐突き刺し性が劣る。塗装前の缶胴体壁部の厚さは略０．１００〜０．１１０ｍｍである。
【００２０】
缶胴体の壁部の引張強さと伸びの測定は、厚さ０．１１０〜０．１３０ｍｍの壁部が中央になるように引張試験片を採取し、引張チャック間の平行部の幅を８ｍｍ、標点間距離を１０ｍｍとして、引張強さと伸びをＪＩＳ　Ｚ２２４１に準じて求めた。引張試験片は、内外面塗膜を脱膜して試験を行い、４つの試験片による測定（ｎ＝４）の平均値を求めた。
【００２１】
引張強さが２９０ＭＰａを越え３３０ＭＰａ以下、伸びが３％以上、６％未満の場合を合格とする。この範囲の引張強さと伸びのバランスで、十分な強度をそなえ、耐突き刺し性に優れた缶胴体となる。また、缶底耐圧、すなわち内圧を負荷した場合、缶底がバックリングする限界圧力は、６００ｋＰａ以上でなければならない。
【００２２】
さらに、本発明の缶胴用アルミニウム合金板は、１５０ｍｇ／ｍ^２を越え３００ｍｇ／ｍ^２以下の塗油量で塗油を施し、ＤＩ加工、塗装を含む缶胴成形工程で、外面塗膜および内面塗膜を含む厚さが０．１１０〜０．１３０ｍｍの壁部をそなえた缶胴体に成形した場合、最大荷重が４．５ｋｇｆ以上５．５ｋｇｆ以下の優れた突き刺し強度を有する。
【００２３】
突き刺し強度の測定は、成形した缶胴体の内部から２００ｋＰａの内圧を負荷した状態で、前記外面塗膜および内面塗膜を含む厚さが０．１１０〜０．１３０ｍｍの壁部に、先端半径が０．５ｍｍ、直径１ｍｍの突起物を５０ｍｍ／分の速度で突き刺し貫通させた場合の最大荷重を、１０回の測定（ｎ＝１０）の平均値として求めた。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。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、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２５】
実施例１
半連続鋳造により得られた、表１に示す組成を有する缶胴用アルミニウム合金の鋳塊を、常法に従って均質化処理、熱間圧延後、中間焼鈍を行うことなく、冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍの冷間圧延板とした。
【００２６】
得られた冷間圧延板を試験材として、金属間化合物の分布密度およびその面積率を測定した。測定結果を表１に示す。測定は、アルミニウム合金板の表面を脱脂洗浄後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の組成像で該板表面を撮影し、金属間化合物の粒径分布を画像解析装置（（株）ニレコ製ルーゼクス５００）を用いて測定する。この場合、金属間化合物の直径は円相当直径、すなわち写真における金属間化合物の面積と同じ面積を有する円の直径として測定した。
【００２７】
つぎに、試験材に表２に示す塗油量で塗油した後、通常の前記缶胴成形工程に従って、表２に示す壁厚を有する缶胴体に成形し、前記の測定方法に従って、缶胴体の壁部の引張強さ、伸び、突き刺し強度を求め、缶底耐圧も測定した。結果を表２に示す。
【００２８】
表２にみられるように、本発明に従う試験材から成形された缶胴体はいずれも、壁部の引張強さが２９０ＭＰａを越え３３０ＭＰａ以下、伸びが３％以上６％未満で、缶底耐圧が６００ｋＰａ以上で、缶胴体として十分な強度をそなえ、突き刺し強度も４．５ｋｇｆ以上の優れた値を示した。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
比較例１
半連続鋳造により得られた、表３に示す組成を有する缶胴用アルミニウム合金の鋳塊を、常法に従って均質化処理、熱間圧延後、合金Ｍ以外は中間焼鈍を行うことなく、冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍの冷間圧延板とした。
【００３２】
得られた冷間圧延板を試験材として、金属間化合物の分布密度およびその面積率を実施例１と同じ方法で測定した。測定結果を表３に示す。表３において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００３３】
つぎに、試験材に表４に示す塗油量で塗油した後、通常の前記缶胴成形工程に従って、表４に示す壁厚を有する缶胴体に成形し、前記の測定方法に従って、缶胴体の壁部の引張強さ、伸び、突き刺し強度を求め、缶底耐圧も測定した。結果を表４に示す。
【００３４】
【表３】

《表注》アルミニウム合金板Ｍは熱間圧延後に中間焼鈍を行った
【００３５】
【表４】

【００３６】
表４に示すように、試験材Ｎｏ．１１はＳｉ量が少ないため、缶胴体として強度が大きくなり過ぎ耐突き刺し性が劣る。試験材Ｎｏ．１２はＳｉ量、Ｍｇ量がが少ないため、伸びが得られず耐突き刺し性が劣る。試験材Ｎｏ．１３はＳｉ量が多いため、伸びが高くなり過ぎ強度低下が生じる。試験材Ｎｏ．１４はＭｇ量が少ないため、また試験材Ｎｏ．１５はＭｎ量が少ないため、いずれも缶胴体として十分な強度が得られない。試験材Ｎｏ．１６は金属間化合物の分布が多いため、缶胴体の成形工程の熱処理で軟化が進み缶胴体として十分な強度が得られない。試験材Ｎｏ．１７は熱間圧延後に中間焼鈍を行ったもので、金属間化合物の分布が少なくなり耐突き刺し性が劣る。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、現行の薄肉缶の壁部の肉厚を変えることなく、すなわち缶胴体の重量を変えることなしに、現行金型を適用して缶胴体への成形を行うことができ、缶胴体の強度を現行のレベルに維持し、耐突き刺し性に優れた缶胴体を得ることを可能とする耐突き刺し性に優れた缶胴用アルミニウム合金板が提供される。

Claims (2)

1. Ｍｎ：０．８〜１．２％（質量％、以下同じ）、Ｍｇ：１．０〜１．３％、Ｓｉ：０．３％を越え０．４５％以下、Ｆｅ：０．３〜０．５％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなる組成を有し、熱間圧延後、中間焼鈍を行うことなく冷間圧延した厚さ０．２７５〜０．３２５ｍｍのアルミニウム合金冷間圧延板に、１５０ｍｇ／ｍ^２を越え３００ｍｇ／ｍ^２以下の塗油量でリオイルを施してなるアルミニウム合金板であって、該合金板表面において直径（円相当直径）１〜１０μｍの金属間化合物が３５００〜４５００個／ｍｍ^２の密度、１〜３％の面積率で分布していることを特徴とし、ＤＩ加工、塗装を含む缶胴成形工程で、外面および内面塗装を含む厚さが０．１１０〜０．１３０ｍｍの壁部をそなえた缶胴体に成形した場合、該壁部の缶軸方向において、伸びが３％以上６％未満、引張強さが２９０ＭＰａを越え３３０ＭＰａ以下である耐突き刺し性に優れた缶胴用アルミニウム合金板。
2. ＤＩ加工、塗装を含む缶胴成形工程で、外面および内面塗装を含む厚さが０．１１０〜０．１３０ｍｍの壁部をそなえた缶胴体に成形した場合、缶胴体の内部から２００ｋＰａの内圧を負荷した状態で、前記壁部に、先端半径が０．５ｍｍの突起物を５０ｍｍ／分の速度で突き刺し貫通させた場合の最大荷重が４．５〜５．５ｋｇｆである請求項１記載の耐突き刺し性に優れた缶胴用アルミニウム合金板。