(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5897430
(24)【登録日】2016年3月11日
(45)【発行日】2016年3月30日
(54)【発明の名称】ラミネート後の成形性に優れたアルミニウム合金箔とその製造方法、および該アルミニウム合金箔を用いたラミネート箔
(51)【国際特許分類】
C22C 21/00 20060101AFI20160317BHJP
C22F 1/04 20060101ALI20160317BHJP
C22F 1/00 20060101ALN20160317BHJP
【FI】
C22C21/00 M
C22F1/04 A
!C22F1/00 604
!C22F1/00 622
!C22F1/00 627
!C22F1/00 630K
!C22F1/00 675
!C22F1/00 682
!C22F1/00 683
!C22F1/00 685Z
!C22F1/00 686A
!C22F1/00 691B
!C22F1/00 691C
!C22F1/00 694A
!C22F1/00 694B
【請求項の数】3
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2012-189605(P2012-189605)
(22)【出願日】2012年8月30日
(65)【公開番号】特開2014-47372(P2014-47372A)
(43)【公開日】2014年3月17日
【審査請求日】2015年7月2日
(73)【特許権者】
【識別番号】000107538
【氏名又は名称】株式会社UACJ
(73)【特許権者】
【識別番号】000231626
【氏名又は名称】株式会社UACJ製箔
(74)【代理人】
【識別番号】100098682
【弁理士】
【氏名又は名称】赤塚 賢次
(72)【発明者】
【氏名】岩村 信吾
(72)【発明者】
【氏名】竹井 邦夫
(72)【発明者】
【氏名】南 一郎
(72)【発明者】
【氏名】加藤 久弥
【審査官】
鈴木 毅
(56)【参考文献】
【文献】
特開平01−279725(JP,A)
【文献】
特開2005−163077(JP,A)
【文献】
特開昭60−161142(JP,A)
【文献】
特開昭64−011002(JP,A)
【文献】
特開2004−027353(JP,A)
【文献】
特開2006−312768(JP,A)
【文献】
特開2012−021205(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C22C 21/00 − 21/18
C22F 1/04 − 1/057
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Fe:0.6〜1.6%(mass%、以下同じ)、Si:0.02〜0.2%を含有し、Ti:0.01〜0.1%、B:0.01〜0.05%の1種または2種を含有し、Mnを0.1%以下、Mgを0.1%以下、Cuを0.1%以下、Znを0.25%以下に制限し、残部Alおよび不可避的不純物からなり、粒径(円相当径、以下同じ)1.0μm以上のAl−Fe系金属間化合物の数密度が50000個/mm2以下、電子後方散乱解析像法(EBSP)による結晶方位解析で5°以上の方位差を有する境界を結晶粒界と規定し、該結晶粒界に囲まれる結晶粒について、結晶粒径(円相当径、以下同じ)の平均値Dが12μm以下であり、且つ、20μmを超える結晶粒径を有する結晶粒の面積率が30%以下、20℃における電気抵抗をE[nΩm]、Fe含有量をC[mass%]としたとき、(E−26.5)/Cの値が3.8以下であることを特徴とするラミネート後の成形性に優れたアルミニウム合金箔。
【請求項2】
請求項1記載のアルミニウム合金箔を製造する方法であって、請求項1記載の組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られた鋳塊を面削した後、500〜620℃の温度で1時間以上保持する均質化処理を行い、続いて熱間粗圧延と熱間仕上圧延からなる熱間圧延を行い、熱間粗圧延は、熱間粗圧延中の温度範囲を350〜550℃とし、熱間粗圧延の圧延パス中、板厚が150mm未満となった圧延パス間で次の圧延まで30秒以上保持する工程を1回以上行い、熱間粗圧延の最終パスの板厚減少率を40%以上とし、熱間粗圧延後、熱間仕上圧延、冷間圧延を行い、最終焼鈍処理を施すことを特徴とするラミネート後の成形性に優れたアルミニウム合金箔の製造方法。
【請求項3】
請求項1に記載のアルミニウム合金箔の両面に熱可塑性樹脂からなる延伸フィルムをそれぞれ1層または2層以上張り合わせたことを特徴とするラミネート箔。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、食品、医薬品、電子部品等に利用されるラミネート箔に用いられる、ラミネート後の成形性に優れたアルミニウム合金箔とその製造方法、および該アルミニウム合金箔を用いたラミネート箔に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、成形加工用のアルミニウム合金として、1000系アルミニウム合金、3000系アルミニウム合金、5000系アルミニウム合金、6000系アルミニウム合金、8000系アルミニウム合金が使用されてきた。その中でも、圧延性に優れた8000系アルミニウム合金が成形加工用のアルミニウム合金箔用として広く用いられ、JIS H4160にA8079合金やA8021合金、Al−Fe系のアルミニウム合金が規定されている。
【0003】
アルミニウム合金箔は、アルミニウム合金の鋳塊を均質化処理後、熱間圧延、冷間圧延を施すことにより製造され、必要に応じて冷間圧延途中の中間焼鈍や、冷間圧延後の最終焼鈍が行われる。このように作製されたアルミニウム合金箔は、例えば両面に熱可塑性樹脂をラミネートした状態で成形され、医薬品や電池のパッケージなど、包装材として用いられる。これら包装用ラミネート箔については、高成形性に対する要求が年々高まっており、難加工形状に成形されても破断やピンホールが発生しないことが求められている。
【0004】
ラミネート箔の成形性を向上させるために、積層フィルムおよびアルミニウム合金箔の構成を検討し良好な冷間成形性を得るための条件が報告されているが、これらは最終製品としてのラミネート箔としての成形性を求めたものであり、ラミネート箔を構成するアルミニウム合金箔がラミネート後の成形性に与える影響については十分に検討されていない。
【0005】
また、製造工程により材料組織を調整して、成形加工性を向上させた8000系合金も提案されている。例えば、固溶元素量を調整することにより箔圧延性を高め、ピンホールを少なくすること、金属間化合物粒子の分散状態を制御することにより、優れた成形加工性を達成できることなどが提案されているが、これらの提案は、主に箔圧延性の点から素箔の成形性向上を追及したものであり、ラミネート箔の状態でのプレス成形性を向上させるものではない。
【0006】
また、結晶方位を制御することにより、ラミネート箔の成形性を向上させるための好適なAl−Fe系アルミニウム合金箔が得られることも提案されているが、Al−Fe系合金において、ラミネート箔の成形性に重要な影響を及ぼす金属間化合物粒子についての検討が十分になされているとは言えず、ラミネート後における成形性は必ずしも十分ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開昭63−62729号公報
【特許文献2】特許第3808276号公報
【特許文献3】特許第3529269号公報
【特許文献4】特許第3787695号公報
【特許文献5】特開2012−52158号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記従来の問題点を解決するために、ラミネート箔にした状態で成形性向上を達成できるアルミニウム合金箔を得ることを目的として試験、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、素箔の状態でも高い成形性を示すとともに、特にラミネート箔にした状態で最も良好な成形性を達成することができる、ラミネート後の成形性に優れたアルミニウム合金箔および該アルミニウム合金箔を用いたラミネート箔を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の目的を達成するための請求項1によるラミネート後の成形性に優れたアルミニウム合金箔は、Fe:0.6〜1.6%(mass%、以下同じ)、Si:0.02〜0.2%を含有し、Ti:0.01〜0.1%、B:0.01〜0.05%の1種または2種を含有し、Mnを0.1%以下、Mgを0.1%以下、Cuを0.1%以下、Znを0.25%以下に制限し、残部Alおよび不可避的不純物からなり、粒径(円相当径、以下同じ)1.0μm以上のAl−Fe系金属間化合物の数密度が50000個/mm
2以下、電子後方散乱解析像法(EBSP)による結晶方位解析で5°以上の方位差を有する境界を結晶粒界と規定し、該結晶粒界に囲まれる結晶粒について、結晶粒径(円相当径、以下同じ)の平均値Dが12μm以下であり、且つ、20μmを超える結晶粒径を有する結晶粒の面積率が30%以下、20℃における電気抵抗をE[nΩm]、Fe含有量をC[mass%]としたとき、(E−26.5)/Cの値が3.8以下であることを特徴とする。
【0010】
請求項2によるラミネート後の成形性に優れたアルミニウム合金箔の製造方法は、請求項1記載のアルミニウム合金箔を製造する方法であって、請求項1記載の組成を有するアルミニウム合金を溶解、鋳造し、得られた鋳塊を面削した後、500〜620℃の温度で1時間以上保持する均質化処理を行い、続いて熱間粗圧延と熱間仕上圧延からなる熱間圧延を行い、熱間粗圧延は、熱間粗圧延中の温度範囲を350〜550℃とし、熱間粗圧延の圧延パス中、板厚が150mm未満となった圧延パス間で次の圧延まで30秒以上保持する工程を1回以上行い、熱間粗圧延の最終パスの板厚減少率を40%以上とし、熱間粗圧延後、熱間仕上圧延、冷間圧延を行い、最終焼鈍処理を施すことを特徴とする。
【0011】
請求項3によるラミネート箔は、請求項1に記載のアルミニウム合金箔の両面に熱可塑性樹脂からなる延伸フィルムをそれぞれ1層または2層以上張り合わせたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、特にラミネート箔にした状態で最も良好な成形性を達成することができる、ラミネート後の成形性に優れたアルミニウム合金箔とその製造方法、および該アルミニウム合金箔を用いたラミネート箔が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】実施例で行われるプレス成形において用いられるポンチの形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明のアルミニウム合金箔の合金成分の意義および限定理由について説明する。
Fe:
Feは本合金系における主要な合金元素であり、金属間化合物として存在して、再結晶時の核生成を促し、結晶粒を微細にするよう機能する。Feの好ましい含有量は0.6〜1.6%の範囲であり、0.6%未満では、結晶粒を微細にするための金属間化合物が少なくなって微細粒が得られず、1.6%を超えると、過多に形成した金属間化合物がピンホールや成形加工中のラミネート剥離の起点となる。Feのより好ましい含有範囲は0.75〜1.55%、さらに好ましい含有範囲は0.9〜1.5%である。
【0015】
Si:
SiはFeと共に金属間化合物を形成するが、Mnが含有された場合、金属間化合物粒子の粒径が小さくなって結晶粒の発達を阻害し、混粒組織の形成を促すので、好ましいSi含有量の上限は0.2%以下とする。Si量に特に下限は定めないが、Si量が少なくなると、高純度地金を使用することとなり、地金コストが高くなるため、通常は0.02%以上とするのが好ましい。
【0016】
本発明において、Mn、Mg、CuおよびZnは強度を向上させ、成形時の局部変形を抑制し、ラミネート後の成形性改善に寄与するが、これらの元素は以下の理由によりその含有量を制限することが必要であり、必ずしも含有させる必要はない。
【0017】
Mnは、FeおよびSiと共に金属間化合物を形成するが、Mnが含有された金属間化合物粒子はサイズが小さいため、結晶粒の発達を阻害して混粒組織の形成を促す。そのためMnの含有量は0.1%以下とするのが好ましい。Mg、CuおよびZnは、アルミニウム合金箔に固溶して、最終焼鈍における再結晶を遅延させ、最終箔において粗大な結晶粒を生じさせ、成形性を低下させる原因となるため、これらの元素の含有量は、Mg:0.1%以下、Cu:0.1%以下、Zn:0.25%以下とするのが好ましい。
【0018】
TiおよびBは鋳造組織を微細化して、鋳造時に生成する晶出物の分散形態および結晶粒組織を均一にするよう機能する。好ましい含有量は、それぞれTi:0.01〜0.1%、B:0.01〜0.05%の範囲であり、この上限を超えて含有されると、粗大な金属間化合物が生成し、ピンホールや成形加工中のラミネート剥離が発生する。
【0019】
本発明のアルミニウム合金箔における材料組織の限定理由について説明する。本発明においては、粒径1.0μm以上のAl−Fe系金属間化合物の数密度が50000個/mm
2以下、電子後方散乱解析像法(EBSP)による結晶方位解析で5°以上の方位差を有する境界を結晶粒界と規定し、該結晶粒界に囲まれる結晶粒について、結晶粒径の平均値Dが12μm以下であり、且つ、20μmを超える結晶粒径を有する結晶粒の面積率が30%以下、20℃における電気抵抗をE[nΩm]、Fe含有量をC[mass%]としたとき、(E−26.5)/Cの値が3.8以下であることを特徴とする。
【0020】
粒径1.0μm以上の粗大なAl−Fe系金属間化合物粒子は、再結晶時の核生成を促し、結晶粒を微細にする働きがあるが、過多に存在すると、圧延時のピンホール発生や成形加工中のラミネート剥離の原因となるので、粒径が1.0μm以上のAl−Fe系金属間化合物粒子の数密度は50000個/mm
2以下とするのが好ましい。
【0021】
結晶粒が粗大であると、成形加工中に微視的な肌荒れが発生し、破断の起点となる。本発明においては、電界放射型電子銃をそなえた走査型電子顕微鏡を用いて、電子後方散乱解析像法(EBSP)による結晶方位解析で5°以上の方位差を有する境界を結晶粒界と規定し、該結晶粒界に囲まれる結晶粒について、結晶粒径の平均値Dが12μm以下であることが望ましい。
【0022】
また、結晶粒の平均粒径が小さくても、粗大な結晶粒が混在する組織(混粒組織)である場合、粗大な結晶粒に変形が集中し、破断の起点になる。したがって、上記の方位差5°以上で規定される粒界に囲まれる結晶粒径20μm以上の結晶粒の面積率が30%以下であることが好ましい。
【0023】
Feは金属間化合物として存在したとき結晶粒の微細化をもたらすが、固溶状態では成形加工中の加工硬化を促し、ネッキングによる破断を引き起こす。したがって、添加したFe量に対し、固溶Fe原子が少ないほうがよく、20℃における電気抵抗をE[nΩm]、Fe添加量をC[mass%]としたとき、(E−26.5)/Cの値が3.8以下であることが好ましい。
【0024】
次いで、本発明のアルミニウム合金箔の製造方法について説明すると、前記の組成を有するアルミニウム合金を溶解し、例えばDC鋳造によって造塊する。得られた鋳塊を面削した後、鋳塊の溶質原子の成分偏析を取り除き、晶出物を球状化させるとともに、Fe含有金属間化合物粒子を粗大化させるため、均質化処理を行う。
【0025】
均質化処理の好ましい温度は500〜620℃であり、好ましい保持時間は1時間以上である。均質化処理温度が500℃未満では、固溶元素の析出が不十分となり、成形性が低下し易い。620℃を超えると、鋳塊表層に膨れや部分的な溶融が発生して微小欠陥となり、成形加工中の破断の起点となる。また、均質化処理時間が1時間未満では、固溶元素の析出が不十分となり、成形性が低下し易い。加熱時間の上限は特に定めないが、生産効率の点から、通常は24時間程度である。
【0026】
続いて熱間圧延を行う。熱間圧延は、リバース圧延の熱間粗圧延と、熱間粗圧延に引続き連続して3スタンドあるいは4スタンドにより一方向に圧延してコイルアップする熱間仕上圧延の組み合わせにより行う。熱間粗圧延においては、複数パスの熱間粗圧延を行って厚さ20〜40mmとする。熱間粗圧延中の温度範囲は350〜550℃とするのが好ましい。350℃未満では熱間粗圧延中の回復および再結晶が不十分となり、550℃を超えると熱間粗圧延中に粗大な再結晶粒が形成し、いずれも最終箔における混粒組織の原因となる。
【0027】
また、熱間粗圧延においては、板厚が150mm未満となった圧延パス間で、次の圧延を開始するまで30秒以上保持する工程、すなわち次の圧延を開始するまで圧延材を30秒以上待機させる工程を圧延中に1回以上含むことが好ましい。板厚が150mm以上の圧延パス間で30秒以上保持する工程を行っても、内部まで均一な組織とならず、30秒以上保持することにより逆に混粒組織が生じ易くなる。圧延パス間で30秒以上保持する工程を1回も含まず、連続して複数パスの熱間粗圧延を終了した場合には、熱間粗圧延中の回復が不十分となり易く、最終箔に混粒組織が生じ易くなる。熱間粗圧延の最終パスの好ましい板厚減少率(加工度)は40%以上である。板厚減少率が40%未満では、加工組織の発達が不十分となり、最終箔の混粒組織の原因となる。
【0028】
熱間粗圧延を終了後、出側温度を200〜380℃とする熱間仕上圧延を行って厚さ1.6〜4.0mmとし、続いて複数パスの冷間圧延により厚さ10〜80μmとする。この場合、熱間仕上圧延後から冷間圧延のパス間に250〜400℃で1時間以上の焼鈍を行ってもよい。所定の箔厚まで冷間圧延した後、250〜400℃で1時間以上の最終焼鈍を行うことにより、本発明のアルミニウム合金箔が得られる。
【実施例】
【0029】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、その効果を実証する。なお、これらの実施例は、本発明の好ましい一実施形態を説明するためのものであり、本発明はこれらに限定されない。
【0030】
実施例1
表1に示す組成を有するアルミニウム合金(A1〜A13)を常法により溶解し、半連続鋳造により造塊して、得られた鋳塊について、空気炉中で550℃で10hの均質化処理を行った。その後、470℃より熱間粗圧延を開始し、圧延途中、板厚が120mmとなった圧延パス間で30秒以上保持する工程を1回行い、熱間粗圧延の最終パスの板厚減少率を50%とし、終了温度が350〜450℃となるパススケジュールで熱間粗圧延を行った。
【0031】
熱間粗圧延後、出側温度210〜250℃となるよう熱間仕上圧延を行い、2.5mmの板材とした。次いで、冷間圧延により厚さ40μmの箔とし、350℃で12hの最終焼鈍を行った。得られたアルミニウム合金箔を試験材(試験材1〜13)として、以下に示す方法により特性を評価した。結果を表1に示す。
【0032】
Al−Fe系金属間化合物の数密度(個/mm
2):試験材をペーパーおよびバフ研磨により鏡面仕上した後、電界放射型電子銃を備えた走査型電子顕微鏡により、加速電圧10kVにて1000倍にて観察した写真を画像解析して測定した。解析には10視野以上の写真を用い、画像解析した総面積は6×10
4μm
2以上である。
【0033】
(E−26.5)/C値の測定:試験材について、JIS H0505に基づき、20℃にて電気抵抗を測定し、(E−26.5)/C値を算出した。
【0034】
結晶粒径:試験材について、ペーパーおよびバフ研磨により鏡面仕上した後、電界放射型電子銃を備えた走査型電子顕微鏡により、加速電圧10kV、測定ステップサイズ0.1μmにて、電子後方散乱解析像法(EBSP)による結晶方位解析を行い、解析結果より、5°以上の方位差を有する境界を結晶粒界と規定し、該結晶粒界に囲まれる結晶粒について結晶粒径を求め、平均値Dを算出した。また、円相当径が20μmを超える結晶粒の面積率を測定した。
【0035】
成形性:試験材の両面にラミネート加工を施し、ナイロン25μm/アルミニウム合金箔40μm/ポリプロピレン50μmのラミネート箔を作製した。このラミネート箔のナイロン側を外面として、
図1に示す形状のポンチ(幅50mm×奥行き30mm、R1.0mm)を用いて成形深さ5.0mmのプレス成形を行い、成形可否により成形性を評価した。なお、プレスは成形速度を1000mm/minとして無潤滑で行い、1条件につきn=10の試験を行って、全数が不具合無く成形できたものを合格(○)と評価し、破断を生じたものを不合格(×)と評価した。
【0036】
比較例1
表2に示す組成を有するアルミニウム合金(A14〜A22)を常法により溶解し、実施例1と同様に造塊、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、最終焼鈍を行ってアルミニウム合金箔を作製し、これを試験材(試験材14〜22)として、実施例1と同じ方法により特性を評価した。結果を表2に示す。なお、表2において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】
表1にみられるように、本発明に従う試験材1〜13はいずれも、ラミネート箔として良好な成形性を示した。
【0040】
これに対して、表2に示すように、試験材14はFe含有量が少ないため、結晶粒が粗大となり成形時に破断が生じた。試験材15はFe含有量が多いため、1μm以上の金属間化合物粒子が増加し成形時に破断が生じた。試験材16はSi含有量が多いため、微細な金属間化合物が形成し、混粒組織となって成形時に破断が生じた。試験材17はMnの含有量が多いため、微細な金属間化合物が形成し、混粒組織となって成形時に破断が生じた。
【0041】
試験材18、試験材19および試験材20は、それぞれMg、CuおよびZnの固溶量が増し、熱延中の回復および再結晶を阻害し、混粒組織となって成形時に破断が生じた。試験材21および試験材22は、それぞれTiおよびBの含有量が多いため、粗大な金属間化合物が形成し成形時に破断が生じた。
【0042】
実施例2
表1の合金A3を常法により溶解し、半連続鋳造により造塊して、得られた鋳塊について、表3に示す製造条件で熱間粗圧延まで実施した後、出側温度210〜250℃となるよう厚さ2.5mmまで熱間仕上圧延を行い、次いで、冷間圧延により厚さ40μmのアルミニウム合金箔とし、350℃で12hの最終焼鈍を行った。なお、表3において、熱間粗圧延における圧延パス間の保持については、板厚が120mmとなった圧延パス間で40秒保持したものは(注1)、板厚が120mmとなった圧延パス間で60秒保持したものは(注2)、板厚が120mmおよび100mmとなった圧延パス間でそれぞれ40秒保持したものは(注3)で示した。得られたアルミニウム合金箔を試験材(試験材23〜28)として、実施例1と同様の方法で特性を評価した。評価結果を表3に示す。
【0043】
比較例2
表1の合金A3を常法により溶解し、半連続鋳造により造塊して、得られた鋳塊について、表4に示す製造条件で熱間粗圧延まで実施した後、出側温度210〜250℃となるよう厚さ2.5mmまで熱間仕上圧延を行い、次いで、冷間圧延により厚さ40μmのアルミニウム合金箔とし、350℃で12hの最終焼鈍を行った。得られたアルミニウム合金箔を試験材(試験材29〜36)として、実施例1と同様の方法で特性を評価した。評価結果を表4に示す。試験材36については、熱間粗圧延において、板厚が200mmとなった圧延パス間で40秒保持した(注4)。なお、表4において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【0044】
【表3】
【0045】
【表4】
【0046】
表3にみられるように、本発明に従う試験材23〜28はいずれも、ラミネート箔として良好な成形性を示した。
【0047】
これに対して、表4に示すように、試験材29は均質化処理温度が低く、したがって析出が十分に進行せず、(E−26.5)/Cの値が本発明の範囲外となり、成形性が低下した。試験材30は均質化処理温度が高く、鋳塊表層にフクレを生じ、その結果、箔圧延時に箔切れを起こした。試験材31は均質化処理時間が短く、析出が十分に進行せず、(E−26.5)/Cの値が本発明の範囲外となり、成形性が低下した。
【0048】
試験材32は熱間粗圧延の温度が低く混粒組織となり、成形性が低下した。試験材33は熱間粗圧延の温度が高く混粒組織となり、成形性が低下した。試験材34は熱間粗圧延中の圧延パス間に30秒以上保持する工程を含まないため混粒組織となり、成形性が低下した。試験材35は熱間粗圧延の最終パスの加工度が低く混粒組織となり、成形性が低下した。試験材36は、熱間粗圧延において、内部まで均一な加工組織となっていない板厚200mmの段階の圧延パス間で保持を行ったため混粒組織となり、成形性が低下した。