特許 7420994 缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-15

(45)【発行日】2024-01-23

(54)【発明の名称】缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22F 1/047 20060101AFI20240116BHJP

   C22C 21/06 20060101ALI20240116BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20240116BHJP

【ＦＩ】

C22F1/047

C22C21/06

C22F1/00 623

C22F1/00 630A

C22F1/00 630B

C22F1/00 673

C22F1/00 682

C22F1/00 683

C22F1/00 684B

C22F1/00 685Z

C22F1/00 686A

C22F1/00 691B

C22F1/00 691C

C22F1/00 694A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023067151

(22)【出願日】2023-04-17

【審査請求日】2023-06-22

(73)【特許権者】

【識別番号】000107538

【氏名又は名称】株式会社ＵＡＣＪ

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】工藤 智行

(72)【発明者】

【氏名】江崎 智太郎

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 祐介

(72)【発明者】

【氏名】高井 大地

【審査官】鈴木 毅

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－０６０２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２３７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１３１９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０５５６８０８５（ＣＮ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／２３３５７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－１８０１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２６９５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０２０－５１４５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２３／０９５８５９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２２Ｆ １／０４ － １／０５７

Ｃ２２Ｃ ２１／００ － ２１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．２０質量％以上０．４７質量％以下であり、
鉄（Ｆｅ）の含有量が０．３０質量％以上０．５５質量％以下であり、
銅（Ｃｕ）の含有量が０．１７質量％以上０．２５質量％以下であり、
マンガン（Ｍｎ）の含有量が０．７０質量％以上０．９８質量％以下であり、
マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が２．６質量％以上３．７質量％以下であり、
残部がアルミニウム（Ａｌ）及び不可避的不純物からなる鋳塊を鋳造する工程と、
前記鋳塊を均質化処理する工程と、
均質化処理された前記鋳塊を圧延する工程と、
前記鋳塊の冷間圧延によって得られた板材に対し、２７０℃以下で塗装を焼き付ける工程と、
を備え、
前記圧延する工程では、前記鋳塊を熱間圧延した後、熱処理を行うことなく冷間圧延を完了させ、
前記均質化処理する工程では、前記鋳塊をＭｇ _２ Ｓｉの固溶温度以上、かつ、アルミニウムマトリクスの固相線温度以下で均質化処理を行う、缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法であって、
前記鋳造する工程では、
ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．２０質量％以上０．３０質量％以下であり、
鉄（Ｆｅ）の含有量が０．３０質量％以上０．５５質量％以下であり、
銅（Ｃｕ）の含有量が０．１７質量％以上０．２５質量％以下であり、
マンガン（Ｍｎ）の含有量が０．７０質量％以上０．９８質量％以下であり、
マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が２．６質量％以上３．７質量％以下であり、
残部がアルミニウム（Ａｌ）及び不可避的不純物からなる前記鋳塊を鋳造する、缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法。

【請求項3】

請求項１に記載の缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法であって、
前記圧延する工程では、９０％以下の圧下率で冷間圧延を行う、缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、環境意識の高まりから製造工程においてＣＯ_２排出量の少ないアルミニウム合金板が求められている。アルミニウムの製造工程においてＣＯ_２の排出に間接的に大きく寄与するのは鋳造工程におけるアルミニウム新地金の配合である。

【0003】

アルミニウム新地金の製造は、その精錬工程において大きな電力を使用し、大量のＣＯ_２排出に繋がる。そのため、アルミニウム新地金の配合量を減らし、水平リサイクル率を上げることがアルミニウム合金板の製造にとってＣＯ_２排出量削減に繋がる。

【0004】

一般的にアルミニウムスクラップを再溶解して鋳造した場合のＣＯ_２排出量は、アルミニウム新地金を製造する場合に対して約３０分の１まで抑えられると言われている。特に世界中で使用される飲料缶用アルミニウム合金板の生産量は非常に多く、その水平リサイクル率をさらに向上させることは環境負荷低減に大きな意味を持つ。

【0005】

その中でも、５１８２アルミニウム合金（ＡＡ５１８２合金）で形成される缶蓋は、３１０４アルミニウム合金（ＡＡ３１０４合金）で形成される缶胴に比べて、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ等の成分規格上限が低く、３１０４アルミニウム合金を混合した缶材由来のスクラップを配合しにくい。

【0006】

例えば、市中から発生する缶スクラップ（ＵＢＣ：Ｕｓｅｄ Ｂｅｖｅｒａｇｅ Ｃａｎ）をそのまま配合すると、缶胴と缶蓋との重量比から３１０４アルミニウム合金の成分をより多く含むため、５１８２アルミニウム合金の成分上限を超えやすくなり、新地金で成分を希釈する必要が出てくる。

【0007】

そのため、缶蓋用アルミニウム合金板は、缶胴用アルミニウム合金板に比べて新地金を多く使用して５１８２アルミニウム合金の成分に調整しており、リサイクル率が低い。したがって、缶蓋を３１０４アルミニウム合金が配合しやすい成分の合金に変更することにより、缶蓋の新地金使用率を大きく低減させることができる。

【0008】

特許文献１－５ではリサイクル性に優れる３１０４アルミニウム合金の成分に比較的近づけた缶蓋用アルミニウム合金板が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２００１－７３１０６号公報

【文献】特開平９－０７０９２５号公報

【文献】特開平１１－２６９５９４号公報

【文献】特開２０００－１６０２７３号公報

【文献】特開２０１６－１６０５１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

缶蓋用の合金を３１０４アルミニウム合金に近い成分にする場合の課題として、缶蓋の耐圧及び材料の靭性の低下が挙げられる。缶蓋の耐圧とは、缶内部の圧力に対して缶蓋が反転するときの内圧値であり、外部環境の変化で缶の内圧が不慮に増加したときの抵抗値となる。

【0011】

特にビールや炭酸飲料用途の陽圧缶は、高い耐圧が求められる。一般的に材料の強度が大きくなるほど、また、板厚が厚くなるほど耐圧は増加する。そのため、陽圧缶の蓋にはＭｇを多く含有した高強度の５１８２アルミニウム合金が使用される。

【0012】

これに対し従来の３１０４アルミニウム合金を缶蓋に使用すると耐圧が大きく低下し、不意に缶内圧が増加したときに蓋が反転して内容物が漏洩するおそれが高くなる。また、耐圧を増加させるために板厚を大きくすると、蓋重量の増加及び蓋原価の上昇を招く。

【0013】

さらに、材料の靭性は蓋の成形性や開口性に影響する。材料の靭性が低いと、特に蓋のカウンターシンク部やリベット部で成形割れが生じることがある。また、不意に缶内圧が増加したときにスコア部で亀裂が生じ、缶の内容物が漏洩するおそれが高くなる。特に、これらの割れは圧延方向に沿って生じる。そのため、圧延方向に対して垂直な方向の引張応力及び曲げ応力に対する靭性が求められる。

【0014】

しかしながら、従来の３１０４アルミニウム合金の成分に比較的近づけた缶蓋用アルミニウム合金板は、上記２つの課題、すなわち材料の強度（つまり蓋の耐圧）と靭性（つまり成形性及び開口性）とのどちらか、もしくは両方を満足するものではない。

【0015】

これらの課題を解決するために、熱間圧延の後、もしくは冷間圧延の途中に例えば連続焼鈍炉などにより溶体化熱処理を実施することで高強度及び高靭性を両立できる可能性がある。しかし、缶蓋用材料は、大量かつ安価な生産が求められると共に、環境負荷を鑑みて、極力製造に係るエネルギー消費量を削減することも求められる。そのため、中間熱処理を省略して製造されることが好ましい。

【0016】

本開示の一局面は、缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、熱間圧延後に中間熱処理を実施することなく、高強度及び高靭性を両立できる缶蓋用アルミニウム合金板が得られる缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本開示の一態様は、ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．２０質量％以上０．４７質量％以下であり、鉄（Ｆｅ）の含有量が０．３０質量％以上０．５９質量％以下であり、銅（Ｃｕ）の含有量が０．１１質量％以上０．４０質量％以下であり、マンガン（Ｍｎ）の含有量が０．７０質量％以上０．９８質量％以下であり、マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が１．３質量％以上３．７質量％以下であり、残部がアルミニウム（Ａｌ）及び不可避的不純物からなる鋳塊を鋳造する工程と、鋳塊を均質化処理する工程と、均質化処理された鋳塊を圧延する工程と、を備える缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法である。圧延する工程では、鋳塊を熱間圧延した後、熱処理を行うことなく冷間圧延を完了させる。

【0018】

このような構成によれば、缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、さらに熱間圧延後に熱処理工程を実施することなく、アルミニウム合金板において高強度及び高靭性を両立できる。すなわち、缶胴用の３１０４アルミニウム合金のスクラップを一定量配合でき、新地金使用率及びＣＯ_２排出量を削減できる。さらに、高耐圧が求められる陽圧缶蓋用途に使用し得る缶蓋用アルミニウム合金板が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、繰り返し曲げ試験の模式図である。

【図2】図２は、本実施形態のアルミニウム合金板の製造方法のフローチャートである。

【図3】図３は、実施例におけるＳ_ｍｉｎと規格化繰り返し曲げ回数との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
＜組成＞
本開示の缶蓋用アルミニウム合金板（以下、単に「合金板」ともいう。）は、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、マンガン（Ｍｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）を含む。

【0021】

Ｓｉの含有量の下限としては、０．２０質量％である。ＪＩＳ－Ｈ－４０００：２０１４で規格される３１０４アルミニウム合金のＳｉ成分規格の平均値は、０．３０質量％であり、ＪＩＳ－Ｈ－４０００：２０１４で規格される５１８２アルミニウム合金のＳｉ成分規格の平均値は、０．１０質量％である。そのため、Ｓｉの含有量を０．２０質量％以上とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。

【0022】

Ｓｉの含有量の上限としては、０．４７質量％であり、０．３０質量％が好ましい。Ｓｉの含有量が０．４７質量％超であると、Ｍｇ_２Ｓｉの固溶温度とアルミニウムマトリクスの固相線温度との差が小さくなり、アルミニウム合金の鋳塊に存在するＭｇ_２Ｓｉを均質化処理工程で多く固溶させることが難しくなる。また、熱間圧延において、粗大なＭｇ_２Ｓｉが新たに析出する。これらの結果、強度及び靭性が低下する。

【0023】

一方、Ｓｉの含有量を０．３０質量％以下とすることで、均質化処理工程でＭｇ_２Ｓｉを比較的容易に固溶させることができる。また、熱間圧延における粗大なＭｇ_２Ｓｉの析出が抑制されるため、熱間圧延後に熱処理を実施することなく、より良好な強度及び靭性が得られる。

【0024】

Ｆｅの含有量の下限としては、０．３０質量％である。３１０４アルミニウム合金のＦｅ成分規格の平均値は、０．４０質量％であり、５１８２アルミニウム合金のＦｅ成分規格の平均値は、０．１８質量％である。そのため、Ｆｅの含有量を０．３０質量％以上とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。

【0025】

Ｆｅの含有量の上限としては、０．５９質量％であり、０．５５質量％が好ましい。Ｆｅの含有量が０．５９質量％超であると、異常に粗大なＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物（つまりジャイアントコンパウンド）が増加する。その結果、亀裂の伝搬経路が生成され、合金板の靭性が低下する。一方、Ｆｅの含有量を０．５５質量％以下とすることで、強度及び靭性を補うＭｇの添加量を多くした場合に、上述した粗大な金属間化合物の晶出を抑えることができる。

【0026】

Ｃｕの含有量の下限としては、０．１１質量％であり、０．１７質量％が好ましく、０．２０質量％がさらに好ましい。Ｃｕの含有量が０．１１質量％未満であると、固溶又は析出によって強度を増加させるＣｕが不足し、合金板の強度が低下する。また、３１０４アルミニウム合金のＣｕ成分規格の平均値は、０．１５質量％であり、５１８２アルミニウム合金のＣｕ成分規格の平均値は、０．０７５質量％である。そのため、Ｃｕの含有量を０．１１質量％以上とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。

【0027】

Ｃｕの含有量の上限としては、０．４０質量％であり、０．２５質量％が好ましい。Ｃｕの含有量が０．４０質量％超であると、粗大な析出物が増加し、合金板の靭性が低下する。また、Ｃｕの含有量を０．２５質量％以下とすることで、靭性を大きく損なうことなく、強度を増加させることができる。

【0028】

Ｍｎの含有量の下限としては、０．７質量％である。Ｍｎの含有量が０．７質量％未満であると、固溶又は析出によって強度を増加させるＭｎが不足し、合金板の平均強度が低下する。また、３１０４アルミニウム合金のＭｎ成分規格の平均値は、１．１質量％であり、５１８２アルミニウム合金のＭｎ成分規格の平均値は、０．３５質量％である。そのため、Ｍｎの含有量を０．７質量％以上とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。

【0029】

Ｍｎの含有量の上限としては、０．９８質量％である。Ｍｎの含有量が０．９８質量％超であると、異常に粗大なＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物が増加する。その結果、亀裂の伝搬経路が生成され、合金板の靭性が低下する。

【0030】

Ｍｇの含有量の下限としては、１．３質量％であり、２．６質量％が好ましい。Ｍｇの含有量が１．３質量％未満であると、固溶によって強度を増加させるＭｇが不足し、合金板の平均強度が低下する。また、Ｍｇの含有量を２．６質量％以上とすることで、熱間圧延後に熱処理を実施することなく、より良好な強度及び靭性が得られる。

【0031】

Ｍｇの含有量の上限としては、３．７質量％である。Ｍｇの含有量が３．７質量％超であると、アルミニウムマトリクスの固相線温度が下がり、かつＭｇ_２Ｓｉの固溶温度が上昇するため、鋳塊に存在するＭｇ_２Ｓｉを均質化処理工程で固溶することが難しくなる。加えて、アルミニウムマトリクスの固相線温度が下がるため、粗大なＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物が増加する。そのため、強度及び靭性が損なわれる。

【0032】

合金板は、チタン（Ｔｉ）を含んでもよい。Ｔｉの含有量の上限としては、０．１０質量％が好ましい。Ｔｉを含むことで、合金板の鋳塊組織が微細化される。また、合金板は、亜鉛（Ｚｎ）を含んでもよい。Ｚｎの含有量の上限としては、０．２５質量％が好ましい。さらに、合金板は、クロム（Ｃｒ）を含んでもよい。Ｃｒの含有量の上限としては、０．１０質量％が好ましい。

【0033】

合金板は、合金板の性能を著しく損なわない範囲で、不可避的不純物を含んでもよい。つまり、合金板は、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、及びＭｇをそれぞれ上述の範囲で含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物の総量の上限としては、０．１５質量％が好ましい。

【0034】

＜材料強度及び耐圧＞
アルミニウム合金板で形成される蓋の耐圧値は、アルミニウム合金板の材料強度である０．２％耐力σ_０．２、引張強度σ_Ｂ、及び０．２％耐力と引張強度との平均値σ_ｆｍと、板厚ｔとから算出される下記式（１）の値Ｖと正の相関が強いことが経験的に知られている（住友軽金属技報 第５４巻 第１号 ２０１３ ｐ１８５－１９５参照）。
Ｖ＝ｔ^２．２７×σ_ｆｍ／（σ_０．２／σ_Ｂ） ・・・（１）

【0035】

そのため、アルミニウム合金板で形成された蓋では、板厚が大きいほど耐圧性が向上する。本開示のアルミニウム合金板は高い材料強度を有することから、耐圧を高めるための板厚の増加が抑制できる。

【0036】

また、下記式（２）で算出されるＳが大きいほど、蓋の耐圧は増加する。特に材料の異方性を考慮すると、圧延方向に対し、０°方向、４５°方向、及び９０°方向それぞれの引張試験の測定結果から得られる３つのＳのうち、最小値であるＳ_ｍｉｎが大きいことが好ましい。
Ｓ＝σ_ｆｍ／（σ_０．２／σ_Ｂ） ・・・（２）

【0037】

Ｓ_ｍｉｎとしては、３３０ＭＰａ以上が好ましく、３５０ＭＰａ以上がより好ましい。Ｓ_ｍｉｎをこのような大きさとすることで、板厚を大きく増加させることなく、十分な耐圧値を有する蓋を成形することができる。

【0038】

式（１）及び式（２）における０．２％耐力σ_０．２及び引張強度σ_Ｂは、ＪＩＳ－Ｚ－２２４１：２０１１に規定されている方法で測定される。板厚ｔは、例えばマイクロゲージで測定される。

【0039】

＜靭性＞
蓋の成形性、及びスコア部の開口に要する力（つまり開口力）には、アルミニウム合金板の靭性が影響することが知られている。

【0040】

（繰り返し曲げ回数）
アルミニウム合金板の靭性の評価指標の一つとして、繰り返し曲げ試験がある。板厚が同じであれば繰り返し曲げ回数が多いほど、アルミニウム合金板は靭性に優れる。アルミニウム合金板では特に圧延方向に沿った割れが課題となるため、圧延方向と曲げ稜線方向とが並行である場合の繰り返し曲げ回数が重要となる。本開示のアルミニウム合金板は良好な繰り返し曲げ回数を達成し得る。

【0041】

繰り返し曲げ試験は、以下の手順で行われる。例えば図１で示すように、幅１２．５ｍｍ、長さ２００ｍｍの短冊状の試験片を、曲げ稜線Ｒが合金板の圧延方向Ｄと平行になるように配置する。この試験片の両端をチャックで固定し、荷重２００Ｎで張力をかける。

【0042】

この状態で、一方の不動のチャックに固定された試験片端部から、試験片の長手方向１５０ｍｍの位置に配置した曲げＲ２．０ｍｍの治具を支点として、他方のチャックを左右に９０°回転させることで繰り返し曲げを行い、試験片が破断するまでの曲げ回数を測定する。

【0043】

曲げ回数は、左右どちらかに９０°曲げる操作、及び元の位置に戻す操作をそれぞれ１回とカウントする。途中で破断した場合、その角度Θ（０°－９０°）を読み取り、下記式（３）で繰り返し曲げ回数Ｎを計算する。式（３）中、Ｎ_０は、左右どちらかに９０°曲げる操作、及び９０°曲げた位置から元の０°位置に戻す操作を、試験片が破断するまでに実行した回数の合計である。
Ｎ＝Ｎ_０＋Θ／９０ ・・・（３）

【0044】

繰り返し曲げ評価は、板厚が大きい程不利になるため基準となる板厚で補正して考える必要がある。そこで、板厚０．２３５ｍｍを基準として下記式（４）により規格化された繰り返し曲げ回数Ｎ_ｓを求める。ｔ（ｍｍ）は試験片の板厚である。
Ｎ_ｓ＝Ｎ×ｔ／０．２３５ ・・・（４）

【0045】

本開示のアルミニウム合金板の規格化繰り返し曲げ回数としては、１７回以上が好ましく、１８回以上がより好ましい。規格化繰り返し曲げ回数をこのような回数とすることで、アルミニウム合金板の靭性が高まり、十分な蓋の成形性を持ち得る。

【0046】

（第二相粒子）
靭性は強度と第二相粒子の分布とが影響する。つまり、強度が大きいほど、また、第二相粒子の密度が高いほど、靭性が低下する。特にＭｇ及びＳｉの含有量が高くなると、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子が形成されやすくなる。その結果、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子が亀裂の起点及び伝播経路となり靭性の低下に影響する。

【0047】

本開示のアルミニウム合金板は、板面と垂直で、かつ圧延方向に平行な断面の板厚方向の中心領域において、面積が０．３μｍ^２以上のＭｇ_２Ｓｉ粒子のこの中心領域における総面積の割合が０．２％以下であることが好ましく、０．１％以下であることがより好ましい。

【0048】

Ｍｇ_２Ｓｉ粒子の面積割合は、例えば以下の方法で測定できる。測定サンプルの表面のうち、測定を行う面（つまり、合金板の板面である圧延面と垂直で、かつ圧延方向に平行な断面）を鏡面状に機械研磨する。

【0049】

研磨面（つまり、合金板の板面である圧延面と垂直で、かつ圧延方向に平行な断面）を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて観察し、１０個の視野を得る。ＳＥＭの加速電圧は１５ｋＶ、倍率は１０００倍とし、１つの視野の範囲を０．０１２ｍｍ^２として撮影を行い、ＣＯＭＰＯ（反射電子組成像）を取得する。

【0050】

撮影したＣＯＭＰＯに対し、画像解析ソフトＩｍａｇｅＪにより解析を行う。具体的には、２５６階調での画像の輝度の最頻値をバックグラウンドの輝度とし、最頻値の輝度から３０減じた値よりも低い輝度の粒子をＭｇ_２Ｓｉ粒子と判定する。

【0051】

判定されたＭｇ_２Ｓｉ粒子のうち、０．３μｍ^２以上の面積を持つ粒子の総面積を計算し、１０視野分の撮影面積で除することで、面積が０．３μｍ^２以上のＭｇ_２Ｓｉ粒子の断面における総面積の割合が算出される。

【0052】

＜アルミニウム合金板の製造方法＞
本開示のアルミニウム合金板は、本開示のアルミニウム合金板の製造方法によって得られる。本開示のアルミニウム合金板の製造方法は、図２に示すように、鋳造工程Ｓ１１０と、均質化処理工程Ｓ１２０と、圧延工程Ｓ１３０と、塗装工程Ｓ１４０とを備える。

【0053】

（鋳造工程）
本工程では、本開示のアルミニウム合金板の組成を有するアルミニウム合金に対し、常法にしたがって半連続鋳造法（つまりＤＣ鋳造）を行い、鋳塊を製造する。このとき、Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ系の微細化材を母材に投入しても良い。これにより、鋳塊の結晶粒や第二相粒子の粗大化が抑制される。

【0054】

（均質化処理工程）
本工程では、鋳塊の表面を面削した後に、鋳塊を均熱炉に投入して均質化処理を行う。均質化処理における温度は、Ｍｇ_２Ｓｉの固溶温度以上、かつ、アルミニウムマトリクスの固相線温度以下が好ましい。

【0055】

均質化処理温度がＭｇ_２Ｓｉの固溶温度以上であれば、鋳塊に晶出及び析出する第二相粒子であるＭｇ_２Ｓｉの存在量を少なくすることができる。その結果、アルミニウム合金板の強度及び靭性がともに向上する。さらに、均質化処理温度をＭｇ_２Ｓｉの固溶温度よりも４０℃以上高くすることが好ましい。これにより、Ｍｇ_２Ｓｉの存在量を極めて少なくすることができる。

【0056】

また、均質化処理温度をアルミニウムマトリクスの固相線温度以下にすることで、局部融解を生じさせることなくアルミニウム合金板を製造することができる。さらに、均質化処理温度をアルミニウムマトリクスの固相線温度より１０℃以上低くすることが好ましい。これにより、局部融解を生じさせることなく安定してアルミニウム合金板を生産することができる。

【0057】

Ｍｇ_２Ｓｉの固溶温度及びアルミニウムマトリクスの固相線温度は、アルミニウム合金の組成によって一意的に決まる。Ｍｇ_２Ｓｉの固溶温度及びアルミニウムマトリクスの固相線温度は、例えばＳｅｎｔｅ Ｓｏｆｔｗａｒｅ社により開発された熱力学計算ソフトウェアである「ＪＭａｔＰｒｏ」にアルミニウム合金の組成を入力して平衡状態図を計算することで求めることができる。平衡状態図を計算する熱力学モデルには、ＣＡＬＰＨＡＤ法が用いられる。

【0058】

均質化処理の時間は、例えば１時間以上２０時間以下が好ましい。均質化処理の時間が１時間以上である場合、スラブ全体の温度が均一になり、鋳塊組織の偏析も解消しやすく、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子を再固溶させやすい。均質化処理時間が長いほど、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子を再固溶させることができる。ただし、均質化処理の時間が２０時間を越えると、均質化処理の効果が飽和する。

【0059】

（圧延工程）
本工程では、均質化処理された鋳塊を圧延する。本工程は、熱間圧延工程Ｓ１３１と、冷間圧延工程Ｓ１３２とを含む。

【0060】

熱間圧延工程Ｓ１３１は、粗圧延工程と、仕上圧延工程とを有する。粗圧延工程では、リバース圧延によって、鋳塊を約数十ｍｍの厚さの板材に加工する。仕上圧延工程では、例えばタンデム圧延等によって、板材の厚さを約数ｍｍに落とすと共に、板材をコイル状に巻き取った熱延コイルを形成する。

【0061】

仕上圧延の総圧下率が高いと、巻き取り後にアルミニウム合金板が再結晶組織となりｃｕｂｅ方位の集積度を高めることができる。仕上圧延の巻取温度が高いと、巻き取り後にアルミニウム合金板が再結晶組織となりｃｕｂｅ方位の集積度を高めることができる。アルミニウム合金板のｃｕｂｅ方位の集積度を高くすることで、繰り返し曲げ回数が向上する。

【0062】

冷間圧延工程Ｓ１３２は、熱間圧延工程Ｓ１３１に続いて行われる。冷間圧延では、製品板厚となるまで熱延コイルを圧延する。冷間圧延は、シングル圧延及びタンデム圧延のどちらであってもよい。シングル圧延による冷間圧延では２パス以上の複数回に分けて圧延を実施するとよい。

【0063】

冷間圧延率（つまり狙いの総圧下率）は、７０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましい。冷間圧延率の下限をこのような大きさとすることで、アルミニウム合金板の強度を増加することができる。一方、冷間圧延率は９０％以下が好ましい。冷間圧延率の上限をこのような大きさとすることで、結晶粒組織の異方性が低減し、圧延方向に対して垂直な方向の引張応力及び曲げ応力に対する靭性が向上する。

【0064】

冷間圧延率Ｒ（％）は、熱間圧延板の板厚ｔ_０（ｍｍ）、冷間圧延後の製品板厚ｔ_１（ｍｍ）を用いて、下記式（５）で求められる。
Ｒ＝（ｔ_０－ｔ_１）／ｔ_０×１００ ・・・（５）

【0065】

圧延工程Ｓ１３０では、鋳塊を熱間圧延した後、熱処理（つまり焼鈍）を行うことなく冷間圧延を完了させる。すなわち、本開示のアルミニウム合金板の製造方法では、熱間圧延と冷間圧延との間、又は、冷間圧延の途中において、板材（つまりコイル）に熱処理を実施することなく、最終製品板厚まで冷間圧延を行う。これにより工程数を大幅に削減でき、生産効率が向上すると共に、エネルギー消費量を削減できる。

【0066】

（塗装工程）
本工程では、鋳塊の冷間圧延によって得られた板材に対し、塗装を焼き付ける。具体的には、まず、製品板厚まで冷間圧延したコイルに対し、塗装ラインなどでプレコートを実施する。冷間圧延されたコイルは、表面に対する脱脂、洗浄、及び化成処理が施され、さらに塗料が塗布された後、塗装焼付処理される。

【0067】

化成処理では、クロメート系、ジルコニウム系等の薬液が用いられる。塗料は、エポキシ系、ポリエステル系等が用いられる。これらは用途に合わせて選択可能である。塗装焼付処理ではコイルの実体温度（ＰＭＴ：Ｐｅａｋ Ｍｅｔａｌ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）で２２０℃以上で、およそ３０秒以内の間、加熱される。

【0068】

このときＰＭＴが低いほど、材料の回復が抑制され、合金板の強度を高く維持することができる。そのため、塗装の焼き付け温度（つまりＰＭＴ）としては２７０℃以下が好ましい。また、靭性向上のために冷間圧延率を低減し、これによる強度低下分をＰＭＴの低温化で補うこともできる。

【0069】

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、製造されるアルミニウム合金板において高強度及び高靭性を両立できる。すなわち、缶胴用の３１０４アルミニウム合金のスクラップを原料に一定量配合できるため、新地金使用率及びＣＯ_２排出量を削減できる。さらに、高耐圧が求められる陽圧缶蓋用途に使用し得る缶蓋用アルミニウム合金板が得られる。

【0070】

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0071】

（２ａ）本開示には、上記実施形態のアルミニウム合金板の製造方法以外に、この製造方法で得られるアルミニウム合金板、及びこのアルミニウム合金板で構成される部材等の種々の形態も含まれる。

【0072】

（２ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【0073】

［３．実施例］
以下に、本開示の効果を確認するために行った試験の内容とその評価とについて説明する。

【0074】

＜アルミニウム合金板の製造＞
実施例及び比較例として、表１及び表２に示すＳ１－Ｓ１２のアルミニウム合金板を製造した。具体的な製造手順を以下に説明する。

【0075】

まず、表３に示す合金番号１－７の成分（質量％）を含有し、残部がアルミニウム及び不可避的不純物からなる鋳塊を半連続鋳造法により製造した。鋳塊は、０．１０質量％以下のＴｉ、０．２５質量％以下のＺｎ、０．１０質量％以下のＣｒ、及び０．１５質量％以下の不可避的不純物を含む。

【0076】

次に、鋳塊の６面を面削した。その後、鋳塊を炉に入れ、均質化処理を行った。均質化処理の温度は、表１に示す通りである。Ｓ１－Ｓ１１の鋳塊では、均質化処理の温度は、表３に示すＭｇ_２Ｓｉの固溶温度以上、かつアルミニウムマトリクスの固相線温度以下とした。Ｓ１２の鋳塊では、均質化処理の温度は、表３に示すＭｇ_２Ｓｉの固溶温度より低くした。４時間以上の均質化処理後、炉から鋳塊を出し、すぐに熱間圧延を開始して圧延板とした。

【0077】

さらに、熱間圧延後の圧延板に対し冷間圧延を実施した。冷間圧延における狙いの総圧下率は、表１に示す通りである。なお、冷間圧延後の製品板厚（つまり式（５）におけるｔ_１）はおよそ０．２３５±０．０１ｍｍの範囲とした。

【0078】

冷間圧延後、３０秒間の塗装焼付処理を実施した。塗装焼付時の実体温度（ＰＭＴ）は、表１に示すとおりである。以上の工程により、Ｓ１－Ｓ１２のアルミニウム合金板が得られた。また、Ｓ１－Ｓ１２のアルミニウム合金板において、マイクロゲージにより測定した板厚（つまり製品板厚）を表１に示す。

【0079】

【表1】

【0080】

【表2】

【0081】

【表3】

【0082】

＜アルミニウム合金板の評価＞
（引張特性）
Ｓ１－Ｓ１２のアルミニウム合金板からＪＩＳ－Ｚ－２２４１：２０１１に規定される５号試験片を３つずつ作成した。３つの試験片の長手方向は、それぞれ、圧延方向に対して０°、４５°及び９０°の角度をなす方向に延びる。

【0083】

これらの試験片について、ＪＩＳ－Ｚ－２２４１：２０１１に準拠して引張試験を行い、０．２％耐力及び引張強さを測定した。０．２％耐力σ_０．２及び引張強さσ_Ｂの測定結果と、０．２％耐力と引張強度との平均値σ_ｆｍとを表１及び表２に示す。また、０°方向、４５°方向、及び９０°方向それぞれの引張試験の測定結果と式（２）とから３つのＳを算出した。これらのＳの最小値Ｓ_ｍｉｎを表２に示す。

【0084】

（靭性）
Ｓ１－Ｓ１２のアルミニウム合金板において、実施形態において説明した測定方法により、面積が０．３μｍ^２以上のＭｇ_２Ｓｉ粒子の断面における総面積の割合（面積率）を算出した。測定結果を表２に示す。

【0085】

Ｓ１－Ｓ１２のアルミニウム合金板において、実施形態において説明した測定方法と、式（３）及び式（４）とから、繰り返し曲げ回数及び規格化繰り返し曲げ回数を算出した。結果を表２に示す。

【0086】

（スクラップ配合率）
Ｓ１－Ｓ１２のアルミニウム合金板の組成に関し、３１０４アルミニウム合金のスクラップの可能配合率が５０質量％以上となるか否か判断した。なお、３１０４アルミニウム合金のスクラップの可能配合率は、表４に基づいて判断される。

【0087】

表４は、３１０４アルミニウム合金と５１８２アルミニウム合金との配合比率と、成分規格の平均値との対応を表している。表４の１行目は、３１０４アルミニウム合金の成分規格の平均値であり、２行目は、５１８２アルミニウム合金の成分規格の平均値である。

【0088】

例えば、３１０４アルミニウム合金の配合割合が５０質量％の場合、Ｓｉの平均値は０．２０質量％、Ｆｅの平均値は０．２９質量％、Ｃｕの平均値は０．１１質量％、Ｍｎの平均値は、０．７質量％、Ｍｇの平均値は２．８質量％となる。

【0089】

したがって、アルミニウム合金板の各成分の割合が上記のＳｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇの数値以上であるとき、３１０４アルミニウム合金板スクラップの可能配合率が５０質量％以上となる。３１０４アルミニウム合金の配合割合が大きくなるほど、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、及びＭｎの含有量は上がり、Ｍｇの含有量は下がる。Ｓ２－Ｓ１２のアルミニウム合金板は、３１０４アルミニウム合金のスクラップを５０質量％以上配合可能である。

【0090】

【表4】

【0091】

（評価）
図３に、Ｓ１－Ｓ１２のアルミニウム合金板それぞれのＳ_ｍｉｎと規格化繰り返し曲げ回数との関係を示す。図３のグラフでは、Ｓ_ｍｉｎ及び規格化繰り返し曲げ回数の双方が大きいほど（つまり、グラフ右上にプロットがあるほど）、良好な特性を有する。

【0092】

Ｓ１のアルミニウム合金板は、Ｍｇ量が少ないため、十分な強度（つまりＳ_ｍｉｎ）が得られなかった。これに対し、本開示の製造方法で得られたＳ２－Ｓ１２のアルミニウム合金板は、いずれもＳ_ｍｉｎが３３０ＭＰａ以上、かつ、規格化繰り返し曲げ回数が１７回以上である。

【0093】

さらに、Ｍｇ量が多いＳ８－１１のアルミニウム合金板は、いずれもＳ_ｍｉｎが３５０ＭＰａ以上である。特に、Ｓ１０、１１のアルミニウム合金板は、Ｓ８、９に比べてＳｉ量が少ないため、Ｍｇ量が多いにも関わらず、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子の面積率が０．１％以下であり、強度及び靭性の双方が特に優れている。一方、Ｓ１２は均質化処理温度がＭｇ_２Ｓｉの固溶温度よりも低いため、Ｍｇ_２Ｓｉ粒子の面積率が大きくなり、Ｍｇ量が多いにも関わらずＳ_ｍｉｎ及び規格化繰り返し曲げ回数が相対的に小さくなった。

【0094】

いずれのアルミニウム合金も塗装焼付温度（ＰＭＴ）が低いほど強度（つまりＳ_ｍｉｎ）が高くなった。例えば、Ｓ２とＳ３、Ｓ４とＳ５、Ｓ６とＳ７、Ｓ８とＳ９、及びＳ１０とＳ１１のアルミニウム合金板をそれぞれ比較すると、塗装焼付温度が低い実施例ほど高いＳ_ｍｉｎが得られた。一方、塗装焼付温度が高い実施例ほど規格化繰り返し曲げ回数が多かった。

【要約】

【課題】缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、熱間圧延後に中間熱処理を実施することなく、高強度及び高靭性を両立できる缶蓋用アルミニウム合金板が得られる缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、Ｓｉの含有量が０．２０質量％以上０．４７質量％以下、Ｆｅの含有量が０．３０質量％以上０．５９質量％以下、Ｃｕの含有量が０．１１質量％以上０．４０質量％以下、Ｍｎの含有量が０．７０質量％以上０．９８質量％以下、Ｍｇの含有量が１．３質量％以上３．７質量％以下である鋳塊を鋳造する工程と、鋳塊を均質化処理する工程と、鋳塊を圧延する工程と、を備える缶蓋用アルミニウム合金板の製造方法である。圧延する工程では、鋳塊を熱間圧延した後、熱処理を行うことなく冷間圧延を完了させる。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】