JP2956038B2

JP2956038B2 - ひずみ模様の抑制に優れた絞りカップ用Ａｌ合金板とその製造方法

Info

Publication number: JP2956038B2
Application number: JP4206007A
Authority: JP
Inventors: 岡本文人; 隆稲葉
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-07-09
Filing date: 1992-07-09
Publication date: 1999-10-04
Anticipated expiration: 2014-10-04
Also published as: JPH0625787A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、食缶、飲料缶、その他
器物等の絞り成形を行うためのＡl合金板並びにその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ａl合金板を用いて絞り成形を行う場
合、絞りカップ側壁に、ストレッチャー・ストレインマ
ーク(ＳＳマーク)或いはリューダースマークと呼ばれる
ひずみ模様を生じる場合がある。このひずみ模様は、成
形時の変形応力状態に起因しており、側壁の周方向に対
する不均一変形により生じるものである。このようにし
て生じたひずみ模様は、カップ側壁の外観を損なうばか
りでなく、板表面に塗膜がある場合には塗膜の切れ、剥
離等の塗膜欠陥を生じ、程度が大きい場合には材料の割
れに至る場合がある。

【０００３】従来より、食缶、飲料缶、その他器物等の
絞り成形においては、５０５２等の合金に、特開昭６１
−２８８０５６号、特公昭６１−７４６５号に示されて
いるように、熱間圧延−(冷間圧延)−中間焼鈍−最終冷
間圧延からなる製造方法にて製造された板が用いられて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の５０５
２合金では絞りカップ側壁にひずみ模様が生じる問題が
ある。勿論、強度を低下することにより、この問題を回
避できるが、これでは薄肉化の要望には応えられない。
また、飲料缶に使用されている３００４合金の採用も考
えられるが、同じく高強度ではひずみ模様が生じ、ま
た、強度を低下させる場合、高温処理を必要とし、実生
産の安定性に欠ける。更に３００４合金ではＦe、Ｃuを
含有(Ｆe：０.４％、Ｃu：０.２％)しているので、耐食
性に問題がある。

【０００５】したがって、従来の材料及び製造方法では
ひずみ模様の発生を抑制するためには不十分である。こ
の観点から、成形時の均一変形をし易く、成形性に好適
な強度、更に耐蝕性と生産性を考慮した材料の開発が必
要となっている。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、絞り成形によるひずみ模様の抑制に優れた絞りカッ
プ用Ａl合金板及びその製造方法を提供することを目的
とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者らは、現有材料を用いて熱処理によって強
度変化させた場合のひずみ模様の発生状態が異なること
に着目し、ひずみ模様の抑制に優れた絞りカップ用Ａl
合金板を開発すべく努めた。

【０００８】一般にひずみ模様は材料組織において固溶
したＭg原子による転位の固着が原因であると考えられ
ている。

【０００９】そこで、まず、本発明者らは、Ｍg量の異
なる幾つかの材料について調査した。その結果、冷間圧
延後の材料に関しては、ひずみ模様はＭg量に関係なく
発生し、ひずみ模様の程度はＭg量と対応していないこ
とが判明した。また、冷間圧延後に仕上焼鈍を施したも
のに関しては、焼鈍温度が高く材料強度の低い材料の方
が比較的ひずみ模様が軽減されていることが判明した。
更に、同一成分の合金に関して結晶粒径を変化させてひ
ずみ模様に関して調査したところ、結晶粒径の小さい方
がひずみ模様の程度が軽微であり、特に結晶粒径が４０
μm以下の材料に焼鈍を施したもののひずみ模様は非常
に軽微であった。更に化学成分による結晶粒径の調整を
試みたが、２５μm以下になるとひずみ模様は軽減する
が、その場合には再結晶の核を形成する元素であるＦe
の添加が必要となり、耐食性に劣る。また、耐食性につ
いてはＣuの多量添加も好ましくない。上記耐食性の低
下を抑制し、微細結晶粒を得るにはＭnの添加が有効で
あるが、Ｍnの添加量が過多になる場合、成形性が低下
する。

【００１０】これらの結果から以下のことが判明した。絞り成形におけるひずみ模様はＭg原子による転位の
固着によるものでなく、成形時の絞りカップの周方向に
対する不均一変形によるものである。ひずみ模様を抑制するためには結晶粒の微細化が必要
であるが、耐食性を含めて考えると、Ｆe、Ｃuの添加は
規制されるべきである。

【００１１】そこで、かかる知見に基づき結晶粒を微細
化することによって、絞り成形時の周方向に対する不均
一変形の減少を図ることを目的とし、食缶、飲料缶等に
適用するための耐食性と必要強度(耐力にて２００〜２
６０Ｎ／mm²)を充分得られるように化学成分を調整する
と共に、中間焼鈍条件、冷間圧延条件、仕上焼鈍条件を
規制することにより、初期の目的が達成可能であること
を見い出した。

【００１２】すなわち、本発明は、Ｍｇ：１．０〜２．
０％、Ｍｎ：０．８０超〜１．５０％、Ｆｅ：０．１０
〜０．２５％を必須成分として含み、必要に応じて更に
Ｃｕ≦０．０７％、Ｓｉ≦０．２０％、Ｔｉ≦０．２０
％の１種又は２種以上を含有し、残部がＡｌ及び不可避
不純物からなり、且つ、耐力が２００〜２６０Ｎ／ｍｍ
^２で、表面から観察される平均結晶粒径が２５〜４０μ
ｍであることを特徴とする絞り成形によるひずみ模様の
抑制に優れた絞りカップ用Ａｌ合金板を要旨とするもの
である。

【００１３】また、その製造方法は、上記化学成分を有
するＡｌ合金鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延を施
し、圧延率６０％以上で冷間圧延し、その後、中間焼鈍
として板温度で４００〜５００℃に１０分以内保持する
条件の連続焼鈍を施し、更にその後、圧延率３０〜７０
％で冷間圧延した後、２００〜２６０℃の温度で仕上げ
焼鈍を施して、耐力が２００〜２６０Ｎ／ｍｍ^２で、表
面から観察される平均結晶粒径が２５〜４０μｍのＡｌ
合金板を得ることを特徴とするものである。

【００１４】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【００１５】

【作用】

【００１６】まず、本発明におけるＡl合金の化学成分
の限定理由について説明する。

【００１７】Ｍg：Ｍgは強度を付与するために重要な元
素であり、本発明では必須成分とするものである。食
缶、飲料缶等に使用するためには、少なくとも１.０％
以上添加しないと十分な強度を得ることができない。し
かし、過多に添加すると強度が高くなり、変形力の増大
による不均一変形を招くため、添加量の上限は２.０％
である。したがって、Ｍg添加量は１.０〜２.０％の範
囲とする。

【００１８】Ｍｎ：Ｍｎは強度に寄与し並びにひずみ模様の抑制に最も効果
を示す結晶粒の微細化に寄与する重要な元素であり、ま
た、結晶粒微細化と同様にひずみ模様の抑制に効果があ
る微細析出物の増加に寄与する。そこで、Ｍｎも本発明
では必須成分とするものである。強度と結晶粒微細化の
効果が認められるには少なくとも０．８０％を超える量
の添加をしなければならない。しかし、１．５０％を超
えて過多に添加すると成形性の低下を招く。したがっ
て、Ｍｎ添加量は０．８０超〜１．５０％の範囲とす
る。

【００１９】Ｆe：Ｆeは再結晶の核を形成する元素であ
り、Ｆeの添加は結晶粒を微細化させるの大きな効果を
示す。結晶粒微細化の効果が認められるには少なくとも
０.１０％以上添加しなければならない。また、添加量
が多くなるに従い結晶粒は微細化されるものの、０.２
５％より多く添加すると耐食性の低下を招く。したがっ
て、Ｆeの添加量は０.１０〜０.２５％の範囲とする。

【００２０】本発明では、上記Ｍg及びＭn、更にＦeを
必須成分とするが、以下の元素の１種又は２種以上を必
要に応じて適量にて含有させることが可能である。

【００２１】Ｃu：Ｃuの添加は強度増加に大きな効果を
示すが、過多に添加すると耐食性の低下を招く。したが
って、Ｃuの添加量は０.０７％以下とする。

【００２２】Ｓi：Ｓiの添加は析出物の生成に効果を示
すが、過多に添加すると巨大晶出物の生成及び晶出物の
生成の数が多くなり、成形性の低下を招く。したがっ
て、Ｓiの添加量は０.２０％以下とする。

【００２３】Ｔi：Ｔiは組織を安定化させるために有効
な元素であるものの、その添加量が多いと巨大晶出物を
生成して成形性を低下させる。したがって、Ｔiの添加
量は０.２０％以下とする。

【００２４】更に、本発明では、得られたＡｌ合金板の
表面から観察される平均結晶粒径を２５〜４０μｍに規
制する。これは、絞り成形の際、結晶粒径が４０μｍよ
り大きいいと、周方向での不均一変形を起こし易く、ま
た２５μｍより小さい結晶粒径を得るにはＦｅの添加量
は０．２５％以上にしなければならず、また中間焼鈍前
の冷間圧延率を大幅に増加しなければならないので、コ
ストアップ要因となる。

【００２５】次に本発明の製造工程について説明する。

【００２６】上記化学成分を有するＡl合金を溶解、鋳
造、均質化熱処理を行った後、熱間圧延が行われる。

【００２７】熱間圧延後、冷間圧延を行うが、本発明で
は、以下に示すような中間焼鈍を含む冷間圧延工程を行
うことによって、ひずみ模様の抑制に寄与する結晶粒径
の制御を行うことを特徴としている。

【００２８】まず、中間焼鈍前の冷間圧延率は、６０％
未満では中間焼鈍後の結晶粒が大きくなり、絞り成形に
おいて不均一変形を生じ易く、また、必要特性である成
形性に影響を及ぼすため、中間焼鈍前の冷間圧延率は６
０％以上とする。

【００２９】次いで中間焼鈍を行うが、この焼鈍はＣＡ
Ｌと呼ばれる連続焼鈍炉にて行われ、その条件は強度及
び成形性に大きな影響を及ぼす。すなわち、焼鈍中の板
の実体温度は再結晶及びＭg、Ｃuの固溶量に影響を及ぼ
し、４００℃未満では再結晶が完了せず、また５００℃
を超えるとＭg、Ｃuが固溶して強度が上昇するため変形
力が増大し、ひずみ模様に対して不利になる。更に再結
晶粒径が大きくなり、ひずみ模様抑制の効果が得られな
い。したがって、板温度の範囲は４００〜５００℃とす
る。また、保持時間は再結晶及びＭg、Ｃuが固溶量に影
響を及ぼし、板温度によって異なるが、保持時間は１０
分以内とする。なお、加熱冷却速度は１００℃／min以
上であればよい。

【００３０】中間焼鈍後の冷間圧延は、強度に大きく影
響する条件であり、圧延率が３０％未満では充分な強度
を得ることができない。また、強度向上には圧延率増大
が有効なものの、圧延率が７０％を超えると成形性の低
下、耳の発生が顕著になり、絞り成形後の歩留りが劣化
する。したがって、中間焼鈍後の冷間圧延率は３０〜７
０％の範囲とする。

【００３１】冷間圧延後に仕上焼鈍を施す。仕上焼鈍は
ひずみ模様を抑制する上で重要な役割を果たす熱処理で
ある。焼鈍温度が２００℃以上になるとサブグレインが
生成され、冷間圧延によって結晶粒界に絡まっていた転
位の整理が生じ、転位密度が減少してくる。しかし、２
６０℃より高くなると急速な強度低下を招き、実生産で
の安定性に欠ける。したがって、仕上焼鈍温度は２００
〜２６０℃の範囲とする。

【００３２】これらの工程を経て得られた製品板の耐力
は２００〜２６０Ｎ／mm²に規制する。これは、内容物
の種類、レトルト処理等により、内部圧力が変化するた
め、２００Ｎ／mm²以下では変形を起こしてしまうため
である。また、２６０Ｎ／mm²以上になるとひずみ模様
の発生が顕著になる。

【００３３】次に本発明の実施例を示す。

【００３４】

【実施例１】

【００３５】表１

【表１】に示す化学成分を有するＡl合金の鋳塊に均質化熱処理
として５９０℃の温度で８時間保持し、その後、熱間圧
延にて板厚を２.０mmとした。

【００３６】次いで、冷間圧延により各供試材に関して
０.５５mmの板厚にした後、上記板厚に連続加熱焼鈍炉
において加熱冷却速度２７０℃／minで到達温度４３０
℃、保持時間０秒の熱処理を施し、更に冷間圧延により
板厚０.２２mmとした。更に冷間圧延後、２３０℃×２h
rの仕上焼鈍を施した。また、これらの材料を食缶に適
用することを想定し、２００℃×２０minの焼き付け(ベ
ーキング)処理を施した。

【００３７】製品板厚０.２２mmの供試材のベーキング
処理後の材料特性及び製品の特性を調査した結果を表２

【表２】に示す。

【００３８】なお、カップ特性の試験方法は以下の通り
である。絞りカップ試験は、ブランク径１２７mmφ、ポ
ンチ径７８mmφにて高さ２６mmの絞りハットを作成し、
フランジ部の粗度(Ｒt値：ひずみ模様が顕著なものほど
Ｒt値が大)により評価した。更に、深絞りカップを作製
し、目視によりひずみ模様の発生状況を評価した。ま
た、限界絞り比(ＬＤＲ：ブランク径／ポンチ径)に関し
ては、エリクセン試験機を用いて、３３mmφの円筒ポン
チにてブランク径を変化させて求めた。

【００３９】表２より以下の如く考察される。本発明例
であるＮo.１は、適当な結晶粒径を示しており、ひずみ
模様も殆ど認められず良好であり、強度、成形性も適当
である。これに対して、比較例のＮo.２、Ｎo.３、Ｎo.
７は、強度、成形性は適切なものの、結晶粒径が大きい
ため、ひずみ模様が顕著に認められる。また、比較例Ｎ
o.４〜Ｎo.５は過多のＦe、Ｍn添加により析出物増大に
よる成形性の低下を招いている。更にＮo.４は耐食性の
低下が著しく、Ｎo.６は結晶粒径、ひずみ模様は良好で
あるが、充分な強度が得られていない。

【００４０】

【実施例２】表１のＮo.１と同じ組成のＡl合金鋳塊に
ついて、実施例１と同様に均質化処理、熱間圧延を施
し、表３

【表３】に示す製造条件で板を製造し、機械的性質、成形性、結
晶粒径、Ｒt値、ひずみ模様の発生状況について求め
た。その結果を表４

【表４】に示す。

【００４１】表４から明らかなように、本発明の製造方
法によるＡl合金板Ａは、適切な耐力成形性、結晶粒を
示し、ひずみ模様も良好である。これに対して、比較例
のＣ、Ｆ、Ｉは、ひずみ模様、成形性は良好であるもの
の、強度が低すぎる。また、比較例のＢ、Ｄ、Ｅは、強
度、成形性は満足するものの、結晶粒径の粗大化による
ひずみ模様の劣化を生じている。比較例Ｇ、Ｈは強度が
高すぎるためひずみ模様の劣化を生じたものである。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
食缶、飲料缶、その他器物等において絞り成形による側
壁部のひずみ模様の発生を抑制でき、且つ良好な成形
性、製品後の特性において必要な強度も充分に有してい
る。また、製造面(安定性、コスト)も優れている。

フロントページの続き (56)参考文献特開平２−290953（ＪＰ，Ａ) 特開昭51−116105（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で（以下、同じ）、Ｍｇ：１．０
〜２．０％、Ｍｎ：０．８０超〜１．５０％、Ｆｅ：
０．１０〜０．２５％を必須成分として含み、残部がＡ
ｌ及び不可避不純物からなり、且つ、耐力が２００〜２
６０Ｎ／ｍｍ ^２で、表面から観察される平均結晶粒径が
２５〜４０μｍであることを特徴とする絞り成形による
ひずみ模様の抑制に優れた絞りカップ用Ａｌ合金板。
【請求項２】更にＣｕ≦０．０７％を含有する請求項
１に記載の絞りカップ用Ａｌ合金板。
【請求項３】更にＳｉ≦０．２０％を含有する請求項
１又は２に記載の絞りカップ用Ａｌ合金板。
【請求項４】更にＴｉ≦０．２０％を含有する請求項
１〜３のいずれかに記載の絞りカップ用Ａｌ合金板。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の化学成
分を有するＡｌ合金鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧
延を施し、圧延率６０％以上で冷間圧延し、その後、中
間焼鈍として板温度で４００〜５００℃に１０分以内保
持する条件の連続焼鈍を施し、更にその後、圧延率３０
〜７０％で冷間圧延した後、２００〜２６０℃の温度で
仕上げ焼鈍を施して、耐力が２００〜２６０Ｎ／ｍｍ^２
で、表面から観察される平均結晶粒径が２５〜４０μｍ
のＡｌ合金板を得ることを特徴とする絞り成形によるひ
ずみ模様の抑制に優れた絞りカップ用Ａｌ合金板の製造
方法。