JP4950495B2 - Ｐｐキャップ用アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製またはガラス製のボトル形状の包装容器に用いられるＰＰ（Pilfer Proof）キャップ用のアルミニウム合金板の製造方法に関する。

ＰＰキャップは、内容物が密封されてから消費者の元に商品が届くまで開栓されていないことを保証する機能をもち、内容物保護および盗難防止を図ることができるため飲料品、液体医薬品やドリンク剤など容器の蓋材として広く用いられている。

従来のＰＰキャップは、適宜に硬質化または軟質化する調質を行った３０００系、５０００系または６０００系のアルミニウム合金板を任意のサイズにシートカットし、これに商標や文字、矢印等の印字や、表面保護のための塗装を施した後、所定の大きさ及び形状のブランクにするための打ち抜き加工を行い、かかるブランクに絞り加工を施してカップを成形し、当該カップを包装容器の開口部に被せ、包装容器の開口部に形成されているねじ部に沿って前記カップの外周部に回転ロールを圧入してＰＰキャップのねじ部を形成することで製造されている。

ＰＰキャップに用いられるアルミニウム合金板としては、例えば、特許文献１に記載されているＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法によって製造されたものを好適に用いることができる。
このＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法は、Ｃｕ：０．０３乃至０．３０重量％、Ｍｎ：０．３乃至０．８重量％、Ｍｇ：０．２乃至０．５重量％、Ｓｉ：０．１乃至０．４重量％及びＦｅ：０．１乃至０．７重量％を含有し、Ｃｒ：０．４重量％以下、Ｚｎ：０．５重量％以下およびＴｉ：０．２重量％以下からなる群から選択された１種または２種以上の元素を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるＡｌ合金鋳塊を、５７０乃至６１０℃の温度で１時間以上熱処理する均質化処理工程と、均質化処理後のＡｌ合金鋳塊に熱間圧延及び冷間圧延を施して圧延板を得る圧延工程と、前記圧延板を再結晶させる焼鈍工程と、焼鈍後の圧延板を１０乃至３０％の加工率で冷間圧延して製品板を得る仕上げ冷間圧延工程と、前記製品板を２３０乃至２６０℃の温度で焼鈍する仕上げ焼鈍工程とを有することを特徴とするものである。

このような製造方法によって製造されたＰＰキャップ用アルミニウム合金板を用いれば、回転ロールの圧入力を大きくしてもねじ部に亀裂が発生することがなく、開栓性に優れ、かつ、使用に耐え得る機械的特性と耳率の値も適切なＰＰキャップを製造することができる点で優れたものであった。
特許第２９４２１７２号公報（請求項１、段落０００９〜００５０）

ここで、最近のＰＰキャップは、従来よりも高強度とすることが要求されており、かかる要求に応えるために冷間圧延の圧下率を高くするなどして強度を高くしていた。
しかし、このような手法で強度を高くすると、圧下率が高いために耳率の変化が大きくなりやすく、これが原因で、ブランクを絞り加工してカップにした際に、ＰＰキャップに施した商標や矢印などが所定の位置からずれることがあった。

そのため、耳率の変化を小さくすることを目的として、通常は熱間圧延後に３５０〜５５０℃×０秒〜１０時間の再結晶焼鈍を行っているが、再結晶焼鈍を行うと酸化物が生成されやすく、後に行う冷間圧延で所望の表面の仕上がりを得ることができない場合やエッジマークが発生する場合があった。
再結晶焼鈍の他にも、強度調整やシート塗装時の熱軟化変形抑制のための中間焼鈍、仕上げ焼鈍を行う必要があり、製造工程が煩雑となって生産効率向上の障害となっていた。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、再結晶焼鈍を行わないでも耳率の変化を低く抑えることができ、かつ、適正な強さを具備するＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法を提供する。

また、前記課題を解決した本発明に係るＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法は、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｍｎ：０．２〜０．５質量％、Ｍｇ：０．２〜０．６質量％、Ｓｉ：０．１〜０．３質量％、Ｆｅ：０．２〜０．７質量％を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成されるアルミニウム合金のスラブを、保持温度：５５０〜６３０℃、保持時間：１〜１０時間の条件で予備均質化熱処理を行う予備均質化熱処理工程と、予備均質化熱処理を行ったスラブの表面を面削する面削工程と、表面を面削したスラブを、保持温度：４５０〜５３０℃、保持時間：１〜１０時間の均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、均質化熱処理を行ったスラブを、圧延終了温度：３００〜３８０℃の熱間圧延を行い、熱間圧延板とする熱間圧延工程と、熱間圧延板を、圧下率：５０〜９０％の冷間圧延を行い、冷間圧延板とする冷間圧延工程と、冷間圧延板を、昇温速度：１０℃／秒以上、保持温度：４００〜５３０℃、保持時間：０〜１０秒間、降温速度：１０℃／秒以上の中間焼鈍を行う中間焼鈍工程と、中間焼鈍を行った冷間圧延板を、圧下率：１０〜６０％で仕上げ冷間圧延を行い、仕上げ冷間圧延板とする仕上げ冷間圧延工程と、仕上げ冷間圧延板を、保持温度：２００〜２６０℃、保持時間：１〜４時間で仕上げ焼鈍を行い、アルミニウム合金板を製造する仕上げ焼鈍工程と、を含むことを特徴としている。

このように、本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法は、まず、特定の範囲の成分組成のアルミニウム合金のスラブを特定の条件で予備均質化熱処理することで、アルミニウム合金組織中の再結晶方位を一定の方向且つ一定の割合以上で具備できる前組織を成長させる。即ち、熱間圧延での再結晶方位を素材全体に亘ってある程度均一化するために必要な析出物を適性に成長させることで熱間圧延板の再結晶粒および耳率を安定化させる。
また、２回目に行う均質化熱処理を低温化することで表面劣化を押さえ、且つ再結晶の駆動力となる歪を効率的に導入し、アルミニウム合金組織中の再結晶方位を好適化することで、耳率の変化を低く抑える。
そして、冷間圧延の圧下率を特定の範囲に限定することによって、適正な加工硬化を得る。

本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法によれば、再結晶焼鈍を行わないでも耳率の変化を低く抑えることができ、かつ適正な強度を具備するＰＰキャップを製造することができる。

次に、図１を参照して、本発明に係るＰＰキャップ用アルミニウム合金板およびその製造方法について詳細に説明する。なお、図１は、本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法のフローを示すフローチャートである。

［ＰＰキャップ用アルミニウム合金板］
本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板は、Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｍｎ：０．２〜０．５質量％、Ｍｇ：０．２〜０．６質量％、Ｓｉ：０．１〜０．３質量％、Ｆｅ：０．２〜０．７質量％を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成されるアルミニウム合金板であって、このアルミニウム合金板の板表面における結晶粒径が、圧延方向に平行となる圧延平行方向で５０μｍ以下、圧延方向に垂直となる圧延垂直方向で３０μｍ以下としている。
以下に、本発明に係るＰＰキャップ用アルミニウム合金板に含まれる各合金成分と、このアルミニウム合金板の板表面における結晶粒径を数値限定した理由について説明する。

（Ｃｕ：０．３質量％以下）
Ｃｕは、アルミニウム合金板の強度を高める役割を担う。ただし、Ｃｕの含有量が０．３質量％を超えると、強度が高くなりすぎて、キャップ巻き締め成形性が低下するとともに、開栓性が低下する原因ともなる。

（Ｍｎ：０．２〜０．５質量％）
Ｍｎは、アルミニウム合金板の強度を高めるとともに、金属間化合物を生成して亀裂伝播性、すなわちキャップ成形、巻き締め後開栓するときのブリッジ破断性を向上させる役割を担う。Ｍｎの含有量が０．２質量％未満であると、十分な強度確保が難しい上に金属間化合物が不足し、ブリッジ破断性が低下するので開栓性が低下する。一方、Ｍｎの含有量が０．５質量％を超えると、強度が高くなりすぎて、キャップ巻き締め成形性が低下するとともに、開栓不良の原因ともなる。

（Ｍｇ：０．２〜０．６質量％）
Ｍｇは、Ｃｕと同様に強度向上、加工硬化性を高める役割を担う。つまり、Ｍｇを添加すると、再結晶のための加工歪の蓄積に対して有効である。Ｍｇの含有量が０．２質量％未満であると、十分な強度を確保できない。一方、Ｍｇの含有量が０．６質量％を超えると、強度が高くなりすぎて、キャップ巻き締め成形性が低下するとともに、開栓不良の原因ともなる。

（Ｓｉ：０．１〜０．３質量％）
Ｓｉは、適度に添加すると絞り成形性を向上することができ、また耳率を調整する役割を担うとともに再結晶挙動、強度特性にも影響を及ぼす。Ｓｉの含有量が０．１質量％未満であると、絞り成形性向上効果が発揮できない上に、耳率が不安定になりやすい。一方、Ｓｉの含有量が０．３質量％を超えると、却ってキャップ絞り成形性およびキャップ巻き締め成形性が低下する。

（Ｆｅ：０．２〜０．７質量％）
Ｆｅは、Ａｌ，ＭｎやＳｉと結びついて金属間化合物を生成し、亀裂伝播性、すなわちキャップ成形、巻き締め後開栓するときのブリッジ破断性を向上させ、且つ結晶粒の微細化に効果があるとともに、固溶鉄の状態により耳率を調整する役割を担う。Ｆｅの含有量が０．２質量％未満であると、結晶粒が粗大化し易く、適正な耳率の調整が困難となり、開栓性も低下する。一方、Ｆｅの含有量が０．７質量％を超えると、粗大な金属間化合物を生成してキャップ絞り成形性およびキャップ巻き締め成形性が低下するだけでなく、耳の成長が大きくなり耳率の調整が困難となる。

（不可避的不純物）
不可避的不純物としては、Ｃｒ，Ｚｎ，Ｔｉ，Ｚｒなどが含まれるが、これらの元素は、含有量が０．０５質量％以下であれば本発明の効果を阻害するものではなく、許容される。

（アルミニウム合金板の板表面における結晶粒径が、アルミニウム合金板の幅／丈方向全体に亘って圧延方向に平行となる圧延平行方向で５０μｍ以下、圧延方向に垂直となる圧延垂直方向で３０μｍ以下）
本発明では、結晶粒径の制御が重要となる。アルミニウム合金板の板表面における結晶粒径は、直接的には成形性に、また間接的には再結晶挙動による耳率に寄与する。結晶粒径の測定は、ＪＩＳ Ｈ０５０１の方法に基づいて測定した。
当該アルミニウム合金板の圧延平行方向の結晶粒径が、圧延方向に平行となる圧延平行方向で５０μｍを超えたり、圧延方向に垂直となる圧延垂直方向で結晶粒径が３０μｍを超えたりすると、ＰＰキャップを作る際の深絞り成形において破断したり加工表面の肌荒れが発生する。
本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板によれば、再結晶焼鈍を行わないでも耳率の変化を低く抑えることができ、かつ、適性強度を具備している。したがって、ＰＰキャップを製造した際に、印字した商標や矢印などが所定の位置からずれることがない。また、熱間圧延後の再結晶焼鈍を省略でき、表面酸化膜の成長を抑えることができるので、生産性が向上でき且つ好適な表面形態を容易に得ることができる。

［ＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法］
次に、図１のフローチャートを参照しつつ、本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法について説明する。
図１に示すように、本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法は、前記で説明した特定の成分組成で構成されるアルミニウム合金のスラブを用いて、予備均質化熱処理工程Ｓ１と、面削工程Ｓ２と、均質化熱処理工程Ｓ３と、熱間圧延工程Ｓ４と、冷間圧延工程Ｓ５と、中間焼鈍工程Ｓ６と、仕上げ冷間圧延工程Ｓ７と、仕上げ焼鈍工程Ｓ８と、を含む各工程の工程内容を実施することでＰＰキャップ用アルミニウム合金板を製造することができる。
以下に、本発明に係るＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法における各工程の工程内容について詳細に説明する。

（予備均質化熱処理工程）
予備均質化熱処理工程Ｓ１は、製造するアルミニウム合金板の鋳造偏析成分の均質化と再結晶に必要な析出物を適切に成長させるために行う。そのため、この予備均質化熱処理工程Ｓ１では、保持温度：５５０〜６３０℃、保持時間：１〜１０時間の条件で、前記成分組成でなるアルミニウム合金のスラブに対して予備均質化熱処理を行う。
ここで、予備均質化熱処理の処理温度が５５０℃未満であると金属間化合物の生成が不十分となり、再結晶、キャップ開栓性に悪影響を及ぼす。また、予備均質化熱処理の処理時間が１時間未満であると、十分な均質化ができず、特性のばらつきが大きくなる。
一方、予備均質化熱処理の処理温度が６３０℃を超えると、Ｍｇがバーニングを起こすので、製品表面品質上問題となる。また、予備均質化熱処理の処理時間が１０時間を超えると、金属間化合物が再結晶に析出物サイズを超えて粗大成長し結晶粒、耳率がばらつく原因となる上、生産性も阻害され不適である。

（面削工程）
面削工程Ｓ２は、予備均質化熱処理を行ったスラブの表面に生じた偏析を除去するために行う。面削工程Ｓ２におけるスラブ表面の面削量は、アルミニウム合金の成分組成や、予備均質化熱処理の処理条件などによって異なるので、事前に実験等によって適切な条件を設定するのが好ましい。

（均質化熱処理工程）
均質化熱処理工程Ｓ３は、熱間圧延温度への加温のために行う。そのため、この均質化熱処理工程Ｓ３は、保持温度：４５０〜５３０℃、保持時間：１〜１０時間の条件で、前記した面削工程Ｓ２で表面を面削したスラブに対して均質化熱処理を行う。
ここで、均質化熱処理の処理温度が４５０℃未満であると、圧延負荷が大きくなり、熱間圧延パス回数を増やさなければならず、経済的に不利となる。また、均質化熱処理の処理時間が１時間未満であると、鋳塊全体に亘って均質な温度とすることが難しく特性がばらつき易くなる。
一方、均質化熱処理の処理温度が５３０℃を超えると表面酸化膜が成長し、製品表面品質に悪影響を及ぼす。また、均質化熱処理の処理時間が１０時間以上実施しても、効果は変わらず却って生産性が低下するので不適である。

（熱間圧延工程）
熱間圧延工程Ｓ４は、冷間圧延厚まで板厚を減少させるため、および最適な内部組織への制御のために行う。熱間圧延工程Ｓ４は通常、リバース圧延機にて所定厚まで板厚を減少させる熱間粗圧延と、熱間粗圧延後、一気にホットコイル厚までタンデム圧延機を使って高圧下をかける熱間仕上圧延と、に分かれる。熱間粗圧延では、最終組織が適正な再結晶状態となるよう、中途段階での組織変化を考慮した制御が実施される。
この熱間圧延工程Ｓ４は、前記した均質化熱処理工程Ｓ３で得たスラブに対して圧延終了温度：３００〜３８０℃の条件で熱間圧延を行うことで熱間圧延板を得る。
なお、前記した予備均質化熱処理工程Ｓ１を実施しておくことで、スラブ全体に亘って再結晶に寄与する適切なサイズの析出物を分散させているので、板面全体に亘って熱間圧延工程Ｓ４終了後の再結晶組織が安定したものとなる。
熱間圧延工程Ｓ４の圧延終了温度が３００℃未満であると、十分な再結晶状態を得られない。一方、熱間圧延工程Ｓの圧延終了温度が３８０℃を超えると、表面品質が劣化する。

（冷間圧延工程）
冷間圧延工程Ｓ５は、中間焼鈍厚まで板厚を減少させるために行う。そのため、この冷間圧延工程Ｓ５は、圧下率：５０〜９０％の条件で、前記した熱間圧延工程Ｓ４で得た熱間圧延板に対して冷間圧延を行うことで、冷間圧延板を得る。
ここで、冷間圧延の圧下率が５０％未満であると、冷間圧延で導入される歪が不十分で中間焼鈍において粗大な再結晶が生じやすくなるため不適である。一方、冷間圧延の圧下率が９０％を超えると、中間焼鈍厚までの冷間圧延パス回数が増え、生産性が低下する。

（中間焼鈍工程）
中間焼鈍工程Ｓ６は、再結晶による結晶粒の微細化、および固溶硬化による焼付塗装後の強度維持を目的として行う。そのため、この中間焼鈍工程Ｓ６は、昇温速度：１０℃／秒以上、保持温度：４００〜５３０℃、保持時間：０〜１０秒間、降温速度：１０℃／秒以上の条件で、前記した冷間圧延工程Ｓ５で得た冷間圧延板に対して中間焼鈍を行う。
ここで、昇温速度が１０℃／秒未満であると、結晶粒が成長して粗大になり易い。
また、保持温度が４００℃未満であると再結晶に必要な熱エネルギーが得られず、中間焼鈍後も未再結晶粒が残る恐れがある。
一方、保持温度が５３０℃を超えるとバーニングを起こす危険性が高まる。
なお、前記した保持温度で冷間圧延板を処理できればよく、その保持時間は特に限定されるものではないが、１０秒間以内であるのが好ましい。保持時間が１０秒間を超えても、固溶硬化への効果は変わらず、処理時間が長時間化して生産性が低下する。
そして、降温速度が１０℃／秒未満であると、降温中に析出が生じるため、十分な固溶硬化を得ることができない。

（仕上げ冷間圧延工程）
仕上げ冷間圧延工程Ｓ７は、製品厚へ板厚を薄肉化するため、および耳率と強度調整のために行う。そのため、この仕上げ冷間圧延工程Ｓ７は、前記した中間焼鈍工程Ｓ６で中間焼鈍を行った冷間圧延板に対して、圧下率：１０〜６０％の条件で仕上げ冷間圧延を行うことで、仕上げ冷間圧延板を得る。
ここで、仕上げ冷間圧延の圧下率が１０％未満であると、十分な強度を得ることができない。
一方、仕上げ冷間圧延の圧下率が６０％を超えると、圧延集合組織が発達して耳率が大きくなる。

（仕上げ焼鈍工程）
仕上げ焼鈍工程Ｓ８は、ＰＰキャップ用アルミニウム合金板の強度調整、およびＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造後に実施される塗装・印刷処理における板の塗装焼付炉内での熱変形防止のために行う。ＰＰキャップ用アルミニウム合金板は通常、コイル形態にて製造後長手方向に切断され、シート形態で塗装・印刷処理が行われる。
塗装・印刷処理では、焼付のための熱処理（１５０〜２００℃程度の温度で２０分間×複数回）が実施されるが、その温度でＰＰキャップ用アルミニウム合金板が熱軟化を起こして反りが発生すると、焼付炉内で前後の板と接触して塗装外観不良を起こす危険性がある。仕上げ焼鈍は、この熱軟化による板の変形を防止する観点でも必要な工程である。

そのため、この仕上げ焼鈍工程Ｓ８は、保持温度：２００〜２６０℃、保持時間：１〜４時間の条件で、前記した仕上げ冷間圧延工程Ｓ７で得た仕上げ冷間圧延板に対して仕上げ焼鈍を行うことによって、本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板を製造する。
ここで、仕上げ焼鈍の保持温度が２００℃未満であると、十分な軟化状態が得られず、シート印刷工程で板反りを起こす危険性がある。
一方、仕上げ焼鈍の保持温度が２６０℃を超えると、強度が過度に低下し、金属組織が完全に軟質化してしまう場合もある。
また、仕上げ焼鈍の保持時間が１時間未満であると、ＰＰキャップ用アルミニウム合金板の全長に亘って、均質な状態の金属組織を得ることができない。
一方、仕上げ焼鈍の保持時間が４時間を超えても軟質程度は変わらず、却って表面酸化膜が成長し、表面品質が劣化する恐れがある。

なお、本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板は、通常、仕上げ焼鈍処理をした後に歪矯正処理、脱脂、エッチング処理、塗装のための下地化成処理を必要に応じて実施してもよいことはいうまでもない。

次に、本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板およびその製造方法について、本発明の要件を満たす実施例と本発明の要件を満たさない比較例とを比較して具体的に説明する。

まず、本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板の成分組成について検討を行った。
表１の実施例１〜５および比較例１〜９に示すような成分組成を備えたアルミニウム合金のスラブを作製し、かかるスラブを、保持温度：６００℃、保持時間：４時間の条件で予備均質化熱処理を行い、予備均質化熱処理を行ったスラブの表面を８ｍｍ面削した。そして、面削したスラブを、保持温度：５００℃、保持時間：２時間の均質化熱処理を行った後、当該スラブを、圧延終了温度：３４０℃の熱間圧延を行って熱間圧延板とした。そして、当該熱間圧延板を、圧下率：８０％の冷間圧延を行って、冷間圧延板とした後、当該冷間圧延板を、昇温速度：２０℃／秒以上、保持温度：４５０℃、保持時間：１秒間、降温速度：２０℃／秒以上の中間焼鈍を行った。次いで、中間焼鈍を行った当該冷間圧延板を、圧下率：５０％で仕上げ冷間圧延を行って仕上げ冷間圧延板とし、その仕上げ冷間圧延板を、保持温度：２２０℃、保持時間：３時間で仕上げ焼鈍を行うことで、実施例１〜５および比較例１〜９に示す成分組成を備えたアルミニウム合金板を製造した。なお、表１における下線は、本発明の要件を満たしていないことを示す。

表１に示すように、実施例１〜５は、いずれも本発明で規定する成分組成の要件を満たすものである。これに対し、比較例１〜９は、本発明で規定する成分組成の要件のいずれかを満たさないものである。

具体的には、比較例１は、Ｃｕの含有量が本発明で規定する上限値を超えている。
比較例２は、Ｍｎの含有量が本発明で規定する下限値未満であり、比較例３は、Ｍｎの含有量が本発明で規定する上限値を超えている。
比較例４は、Ｍｇの含有量が本発明で規定する下限値未満であり、比較例５は、Ｍｇの含有量が本発明で規定する上限値を超えている。
比較例６は、Ｓｉの含有量が本発明で規定する下限値未満であり、比較例７は、Ｓｉの含有量が本発明で規定する上限値を超えている。
比較例８は、Ｆｅの含有量が本発明で規定する下限値未満であり、比較例９は、Ｆｅの含有量が本発明で規定する上限値を超えている。

そして、得られた実施例１〜５および比較例１〜９のアルミニウム合金板について、（ａ）板表面の圧延平行方向における結晶粒径（表２では「圧延平行方向」と表示）および圧延垂直方向における結晶粒径（表２では「圧延垂直方向」と表示）、（ｂ）引張試験、（ｃ）耳率、および（ｄ）キャップ特性評価の各項目について評価を行った。なお、（ｄ）キャップ特性評価は、（ｄ−１）キャップ絞り成形性、（ｄ−２）キャップ巻き締め性、（ｄ−３）キャップ開栓性の３項目について評価を行った。

（ａ）板表面の圧延平行方向における結晶粒径および圧延垂直方向における結晶粒径
実施例１〜５および比較例１〜９のアルミニウム合金板の板表面の圧延平行方向における結晶粒径および圧延垂直方向における結晶粒径は、ＪＩＳ Ｈ０５０１の方法に基づいて測定した。すなわち、アルミニウム合金板を研磨して鏡面仕上げとした後、表面をエッチングし、倍率が１００倍の金属顕微鏡により金属組織を観察、写真撮影した。この際、圧延方向に平行および直角な方向に既知の長さの線分（例えば、１ｍｍ）を引き、線分の長さを、線分により切断された結晶粒の数で除することにより、結晶粒１個当たりの結晶粒幅を求めた（切断法）。場所を変えて同様の測定を繰返し行い（５箇所）、その平均値を各方向の平均結晶粒径とした。板表面の圧延平行方向における結晶粒径が５０μｍ以下のものを好適と評価し、５０μｍを超えるものを不適と評価した。板表面の圧延垂直方向における結晶粒径が３０μｍ以下のものを好適と評価し、３０μｍを超えるものを不適と評価した。

（ｂ）引張試験
まず、実施例１〜５および比較例１〜９のアルミニウム合金板からＪＩＳ Ｚ ２２０１に規定されている５号試験片を作製した。
そして、引張試験は、かかる試験片を用いてＪＩＳ Ｚ ２２４１に規定の金属材料引張試験方法に準拠して行った。今般ＰＰキャップとして要求されている天面部高強度化、耐内圧性能向上を踏まえ、引張強さは１５０ＭＰａ以上を好適と評価した。

（ｃ）耳率
耳率は、実施例１〜５および比較例１〜９のアルミニウム合金板から直径φ４０ｍｍのブランクを作製し、直径φ７６．９ｍｍのポンチで絞り（絞り率４８％）、この際の絞りカップの耳高さから算出した。すなわち、通常生じる８つの山谷の平均差をカップの平均高さで除算したものである（下記数１参照）。９０度耳（山）はマイナス表示、４５度耳はプラス表示であり、本発明では耳率が０％以上＋３％未満のものをＰＰキャップに用いるのに好適であると評価した。なお、耳率が前記範囲を超えると、ブランクに印字した後、絞り成形してＰＰキャップを製造した際に、ＰＰキャップの側面の印字が曲がることが強く懸念されるので好ましくない。

キャップ特性評価のうち、下記の（ｄ−１）、（ｄ−２）、（ｄ−３）の評価では、前記製造方法にて作製したＰＰキャップ用アルミニウム合金板に常法の化成処理（リン酸クロメート処理）を、Ｃｒ換算値で１０ｍｇ／ｍ ² 程度の皮膜量となるように実施した後、常法に従い市販のＰＰキャップ用塗料を用いて内外面のサイズコート、トップコートをそれぞれの塗料に最適な焼付温度範囲（１５０〜１９０℃×１５分）にてＢＯＸオーブンで塗装焼き付けした。印刷、トップコートは、成形状態を観察し易くするため、顔料を含まないポリエステル、エポキシフェノール等のクリア塗料を使用した。

（ｄ−１）キャップ絞り成形性
キャップ絞り成形性は、従来の２８径ＰＰキャップのキャップシェル成形について評価を行った。キャップサイズは内径φ２８ｍｍ、高さを１７ｍｍとした。これを、φ５５ｍｍのサイズのブランクから１回の絞り成形にて成形した。
なお、結晶粒径が大きい場合、強度が過剰な場合、耳率が過大な場合、絞り成形時に割れや欠円を生じる恐れがある。
キャップシェル成形にて、問題なく成形できたものを「○」と評価し、欠円や絞り成形による肌荒れが生じたもの「△」、割れや破断により成形できなかったものを「×」と評価した。

（ｄ−２）キャップ巻き締め成形性
キャップの巻き締め性の評価は、密封性、開栓性を保持する上で極めて重要な特性である。キャップシェル成形後、常法によりキャップ天面付近の側壁にローレット加工を施すとともに、開口部付近側壁にミシン目加工およびスコア加工を施した後、内面に樹脂製モールドを装着した。その後、当該キャップシェルに適応したサイズのガラス瓶に専用の巻き締め機にて巻き締め成形を実施した。
このとき、結晶粒径が大きい場合や強度が過剰の場合には、回転ロールの圧入時にネジ部に肌荒れが生じることがある。また、強度が過大の場合には、ネジが十分に装入されず密封が不完全となったり、ネジ部に亀裂が生じたりする恐れがある。
キャップ巻き締め成形時に、ネジ部の深さを十分に確保でき、密封性が確保できたものを「○」、ネジ部に肌荒れが生じたものを「△」、ネジ加工が不十分で密封が不完全となったり、ネジ部に亀裂が生じたりしたもの、または、巻き締め時のロール圧入によりミシン目が破断したものを「×」と評価した。

（ｄ−３）キャップ開栓性
巻き締め後にトルクメーターを使用してキャップの開栓性を測定した。開栓トルクは通常３段階で評価される。つまり、キャップと瓶が相対的に滑りを生じるトルク（第１トルク）、ミシン目の破断トルク（第２トルク）、スコア破断によるリングの脱離トルク（第３トルク）が開栓過程で極大値として測定され、評価される。
この中で特に重要なのは、キャップの巻き締め成形性の影響を受けるミシン目破断時の第２トルクであり、ネジ成形性や材料の適切な破断特性が要求される。第２トルクの適正値は用途によって様々であるが、どの様な用途であっても１Ｎｍを超えると一般消費者は容易に開けることはできない。
良好な開栓挙動で第２トルクが１Ｎｍ以下であるものを「○」、ネジ成形深さが不十分でキャップが空回りして開栓できなかったり、第２トルクが１Ｎｍを超えたりするものを「×」と評価した。なお、キャップ巻き締め成形性で「×」の評価が得られた場合は、キャップ開栓性の評価を行うことができないので、かかる評価を行わなかった（「−」）。

前記した（ａ）〜（ｄ）の各項目の評価結果を表２に示す。表２中には（ａ）〜（ｄ）評価によるＰＰキャップとしての総合評価が良好であったものを「○」、総合評価が不良であったものを「×」で付記している。

表１および表２に示すように、実施例１〜５は、いずれも本発明の要件を満たしているので、（ａ）〜（ｄ）の各項目について良好な評価結果を得ることができた。
一方、比較例１〜９は、本発明で規定する要件のいずれかを満たさないので、（ａ）〜（ｄ）の各項目のいずれかにおいて良好な評価結果を得ることができなかった。

具体的には、比較例１は、Ｃｕの含有量が本発明で規定する上限値を超えているので、キャップ巻き締め成形性およびキャップ開栓性が好ましくない結果となった。
比較例２は、Ｍｎの含有量が本発明で規定する下限値未満であるので、強度および耳率が好ましくない結果となった。
比較例３は、Ｍｎの含有量が本発明で規定する上限値を超えているので、キャップ巻き締め成形性およびキャップ開栓性が好ましくない結果となった。
比較例４は、Ｍｇの含有量が本発明で規定する下限値未満であるので、板表面の圧延平行方向における結晶粒径、強度について好ましくない結果となった。
比較例５は、Ｍｇの含有量が本発明で規定する上限値を超えているので、板表面の圧延平行方向における結晶粒径、キャップ巻き締め成形性およびキャップ開栓性について好ましくない結果となった。
比較例６は、Ｓｉの含有量が本発明で規定する下限値未満であるので、キャップ絞り成形性が好ましくない結果となった。
比較例７は、Ｓｉの含有量が本発明で規定する上限値を超えているので、耳率およびキャップ絞り成形性およびキャップ巻き締め成形性が好ましくない結果となった。
比較例８は、Ｆｅの含有量が本発明で規定する下限値未満であるので、板表面の圧延平方向における結晶粒径、板表面の圧延垂直方向における結晶粒径、耳率、キャップ絞り成形性、およびキャップ巻き締め成形性について好ましくない結果となった。
比較例９は、Ｆｅの含有量が本発明で規定する上限値を超えているので、耳率、キャップ絞り成形性、およびキャップ巻き締め成形性について好ましくない結果となった。

次に、良好な評価結果を得ることのできた実施例３の成分組成を有するアルミニウム合金のスラブを用いて、表３に示す条件で各工程の工程内容を行い、ＰＰキャップ用アルミニウム合金板を製造した。

表３に示すように、比較例１０〜３０は、本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法における要件のいずれかを満たさないものである。
具体的には、比較例１０または比較例１１は、予備均質化熱処理（表３では「予備均熱」と表示）の処理温度が本発明で規定する上限値または下限値をそれぞれ外れている。
比較例１２または比較例１３は、予備均質化熱処理の処理時間が本発明で規定する上限値または下限値をそれぞれ外れている。
比較例１４または比較例１５は、均質化熱処理の処理温度が本発明で規定する上限値または下限値をそれぞれ外れている。
比較例１６または比較例１７は、均質化熱処理の処理時間が本発明で規定する上限値または下限値をそれぞれ外れている。
比較例１８または比較例１９は、熱間圧延の圧延終了温度（表３では「熱延終了温度」と表示）が本発明で規定する上限値または下限値をそれぞれ外れている。
比較例２０または比較例２１は、冷間圧延の圧下率（表３では「冷延率」と表示）が本発明で規定する上限値または下限値をそれぞれ外れている。
比較例２２または比較例２３は、中間焼鈍（表３では「中鈍」と表示）の保持温度が本発明で規定する上限値または下限値をそれぞれ外れている。
比較例２４は、中間焼鈍の保持時間が本発明で規定する上限値を外れている。
比較例２５は、中間焼鈍の昇温速度が本発明で規定する下限値を外れている。
比較例２６は、中間焼鈍の降温速度が本発明で規定する下限値を外れている。
比較例２７または比較例２８は、仕上げ冷間圧延の圧下率（表３では「仕上冷間圧延率」と表示）が本発明で規定する下限値または上限値をそれぞれ外れている。
比較例２９または比較例３０は、仕上げ焼鈍の保持温度（表３では「仕上焼鈍温度」と表示）が本発明で規定する下限値または上限値をそれぞれ外れている。
なお、仕上げ焼鈍の保持時間の作用は、コイル処理におけるロット内のばらつきと、素材表面酸化膜に影響するものであり、今回評価対象としているキャップ特性とは直接的な関連性はないので、保持時間については評価しなかった。

表３に示した各条件でＰＰキャップ用アルミニウム合金板を製造した場合における製造可否について、特性評価を考慮しないで当該ＰＰキャップ用アルミニウム合金板を問題なく製造できる場合を「○」と評価した。また、問題なく製造することはできるが生産性が著しく低下する場合を「△」と評価した。そして、製造することができない場合や表面品質異常等によりＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造自体に問題がある場合を「×」と評価した。かかる評価についても表３中に示している。

なお、製造可否の評価が「×」および「△」の例は、本発明の趣旨にそぐわないため、表４に示す特性評価を実施しなかった。このような例に該当するものとしては、比較例１０，１２，１４〜１６，１８，２０，２２，２４，２９が挙げられる。
つまり、ＰＰキャップ用アルミニウム合金板を問題なく製造することができる、製造可否の評価が「○」の例についてのみ、前記と同様の特性評価を行うこととした。

表３に示す条件で製造された実施例３、および表３中の製造可否が「○」と評価された例について、前記と同様に、（ａ）板表面の圧延平行方向における結晶粒径および圧延垂直方向における結晶粒径、（ｂ）引張試験、（ｃ）耳率、および（ｄ）キャップ特性評価の各項目について評価を行った。（ａ）〜（ｄ）の各項目の評価結果を表４に示す。
なお、キャップ絞り成形性で「×」の評価が得られた場合は、キャップ巻き締め成形性の評価、およびキャップ開栓性の評価を行うことができないので、これらの評価を行わなかった（「−」）。

表３および表４に示すように、実施例３は、本発明の要件を満たしているので、（ａ）〜（ｄ）の各項目について良好な評価結果を得ることができた。
一方、比較例１１〜３０は、本発明で規定する要件のいずれかを満たさないので、表面品質、生産性、（ａ）〜（ｄ）の各項目のいずれかにおいて良好な評価結果を得ることができなかった。

比較例１１は、予備均質化熱処理の処理温度が本発明で規定する下限値を外れているので、板表面の圧延平行方向における結晶粒径、板表面の圧延垂直方向における結晶粒径、および耳率が好ましくない結果となった。また、キャップ絞り成形性およびキャップ巻き締め成形性が好ましくない結果となった。
比較例１３は、予備均質化熱処理の処理時間が本発明で規定する下限値を外れているので、板表面の圧延平行方向における結晶粒径、キャップ絞り成形性、およびキャップ巻き締め成形性が好ましくない結果となった。
比較例１７は、均質化熱処理の処理時間が本発明で規定する下限値を外れているので、耳率が好ましくない結果となった。
比較例１９は、熱間圧延の圧延終了温度が本発明で規定する下限値を外れているので、未再結晶粒が残存していただけでなく、耳率およびキャップ絞り成形性が好ましくない結果となった。
比較例２１は、冷間圧延の圧下率が本発明で規定する下限値を外れているので、板表面の圧延平行方向における結晶粒径、板表面の圧延垂直方向における結晶粒径、および耳率が好ましくない結果となった。また、キャップ絞り成形性およびキャップ巻き締め成形性が好ましくない結果となった。
比較例２３は、中間焼鈍の保持温度が本発明で規定する下限値を外れているので、未再結晶粒が残存していただけでなく、耳率およびキャップ絞り成形性が好ましくない結果となった。
比較例２５は、中間焼鈍の昇温速度が本発明で規定する下限値を外れているので、板表面の圧延平行方向における結晶粒径および耳率が好ましくない結果となった。また、キャップ絞り成形性が好ましくない結果となった。
比較例２６は、中間焼鈍の降温速度が本発明で規定する下限値を外れているので、強度が低く、好ましくない結果となった。
比較例２７は、仕上げ冷間圧延の圧下率が本発明で規定する下限値を外れているので、強度および耳率が好ましくない結果となった。また、キャップ絞り成形性が好ましくない結果となった。
比較例２８は、仕上げ冷間圧延の圧下率が本発明で規定する上限値を外れているので、板表面の圧延平行方向における結晶粒径および耳率が好ましくない結果となった。また、キャップ絞り成形性、キャップ巻き締め成形性、およびキャップ開栓性が好ましくない結果となった。
比較例３０は、仕上げ焼鈍の保持温度が本発明で規定する上限値を外れているので、板表面の圧延平行方向における結晶粒径、板表面の圧延垂直方向における結晶粒径、および強度が好ましくない結果となった。

以上、本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板およびその製造方法について、本発明の最良の実施の形態および実施例によって具体的に説明してきたが、本発明の内容はこれらの記載に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において広く変更・改変を行うことができることはいうまでもない。

例えば、強度向上などの効果を得ることを目的として、本発明の効果を阻害しない範囲でＣｒ等の元素を含有させることも可能である。

本発明のＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法のフローを示すフローチャートである。

符号の説明

Ｓ１ 予備均質化熱処理工程
Ｓ２ 面削工程
Ｓ３ 均質化熱処理工程
Ｓ４ 熱間圧延工程
Ｓ５ 冷間圧延工程
Ｓ６ 中間焼鈍工程
Ｓ７ 仕上げ冷間圧延工程
Ｓ８ 仕上げ焼鈍工程

Claims (1)

1. Ｃｕ：０．３質量％以下、Ｍｎ：０．２〜０．５質量％、Ｍｇ：０．２〜０．６質量％、Ｓｉ：０．１〜０．３質量％、Ｆｅ：０．２〜０．７質量％を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成されるアルミニウム合金のスラブを、
   保持温度：５５０〜６３０℃、保持時間：１〜１０時間の条件で予備均質化熱処理を行う予備均質化熱処理工程と、
   前記予備均質化熱処理を行った前記スラブの表面を面削する面削工程と、
   表面を面削した前記スラブを、保持温度：４５０〜５３０℃、保持時間：１〜１０時間の均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
   前記均質化熱処理を行った前記スラブを、圧延終了温度：３００〜３８０℃の熱間圧延を行い、熱間圧延板とする熱間圧延工程と、
   前記熱間圧延板を、圧下率：５０〜９０％の冷間圧延を行い、冷間圧延板とする冷間圧延工程と、
   前記冷間圧延板を、昇温速度：１０℃／秒以上、保持温度：４００〜５３０℃、保持時間：０〜１０秒間、降温速度：１０℃／秒以上の中間焼鈍を行う中間焼鈍工程と、
   前記中間焼鈍を行った前記冷間圧延板を、圧下率：１０〜６０％で仕上げ冷間圧延を行い、仕上げ冷間圧延板とする仕上げ冷間圧延工程と、
   前記仕上げ冷間圧延板を、保持温度：２００〜２６０℃、保持時間：１〜４時間で仕上げ焼鈍を行い、アルミニウム合金板を製造する仕上げ焼鈍工程と、
   を含むことを特徴とするＰＰキャップ用アルミニウム合金板の製造方法。

Images