(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
(51)【国際特許分類】
C22C 21/06 20060101AFI20240116BHJP
C22F 1/047 20060101ALN20240116BHJP
C22F 1/00 20060101ALN20240116BHJP
【ＦＩ】
C22C21/06
C22F1/047
C22F1/00 623
C22F1/00 630A
C22F1/00 630B
C22F1/00 673
C22F1/00 682
C22F1/00 683
C22F1/00 684C
C22F1/00 685Z
C22F1/00 686A
C22F1/00 691B
C22F1/00 691C
C22F1/00 692A
C22F1/00 694A
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2023067371
(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】高井 大地
(72)【発明者】
【氏名】江崎 智太郎
(72)【発明者】
【氏名】工藤 智行
(72)【発明者】
【氏名】田添 聖誠
【審査官】鈴木 毅
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２３／０９５８５９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０８－０６０２８４（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】特表２０２０－５１４５５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】伊藤清文ら，アルミニウム缶エンド（シェル）の耐圧強度に及ぼす材料強度及び厚さの影響，住友軽金属技報，日本，1992年，Vol.33, No.1，p.18-21
(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】
ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．２７質量％以上０．３９質量％以下であり、鉄（Ｆｅ）の含有量が０．３５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０．７５質量％以上０．９５質量％以下であり、
マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が２．２質量％以上２．８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り、
圧延方向に対し０°方向、４５°方向、及び９０°方向それぞれにおいて、０．２％耐力σ０．２、引張強さσＢ、及び０．２％耐力と引張強さとの平均値σｆｍを用いて下記式（１）によって算出される評価値Ｓのうち、最小値である最小評価値Ｓｍｉｎが３７０ＭＰａ以上４１０ＭＰａ以下であり、
圧延方向に対し０°方向の０．２％耐力σ ０．２＿０° から、圧延方向に対し９０°方向の０．２％耐力σ ０．２＿９０° を引いた値が－２０ＭＰａ以上－１０ＭＰａ以下であり、
幅方向中央部分のＬ－ＳＴ断面において、面積が０．３μｍ ２ 以上のＭｇ ２ Ｓｉ粒子の前記Ｌ－ＳＴ断面における総面積の割合が０．２％以下である、缶蓋用アルミニウム合金板。
Ｓ＝σｆｍ／（σ０．２／σＢ） ・・・（１）
【請求項2】
請求項１に記載の缶蓋用アルミニウム合金板であって、幅が１２．５ｍｍ、長さが２００ｍｍの短冊状に切り出した試験片に対し、曲げ稜線が圧延方向と平行となる向きで、９０°曲げて０°位置に戻す曲げ操作を繰り返した際に、前記試験片の破断までの前記曲げ操作の回数である繰り返し曲げ回数Ｎを、前記試験片の板厚ｔ及び下記式（２）により規格化した規格化繰り返し曲げ回数Ｎｓが１４．０回以上である、缶蓋用アルミニウム合金板。
Ｎｓ＝Ｎ×ｔ／０．２３５ ・・・（２）
【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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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ＣＯ２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高くなるほど、また、板厚が厚くなるほど耐圧は増加する。そのため、陽圧缶の蓋には強度増加に寄与する成分である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、特に蓋のリベット部やカウンターシンク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】
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、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】
【0016】
本開示の一態様は、ケイ素（Ｓｉ）の含有量が０．２７質量％以上０．３９質量％以下であり、鉄（Ｆｅ）の含有量が０．３５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０．７５質量％以上０．９５質量％以下であり、マグネシウム（Ｍｇ）の含有量が２．２質量％以上２．８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り、圧延方向に対し０°方向、４５°方向、及び９０°方向それぞれにおいて、０．２％耐力σ０．２、引張強さσＢ、及び０．２％耐力と引張強さとの平均値σｆｍを用いて下記式（１）によって算出される評価値Ｓのうち、最小値である最小評価値Ｓｍｉｎが３７０ＭＰａ以上４１０ＭＰａ以下である、缶蓋用アルミニウム合金板である。
Ｓ＝σｆｍ／（σ０．２／σＢ） ・・・（１）
Ｓ＝σｆｍ／（σ０．２／σＢ） ・・・（１）
【0017】
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、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、新地金使用率を低減しＣＯ２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成形性の高い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】
【0018】
【発明を実施するための形態】
【0019】
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。
［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。
【0020】
Ｓｉの含有量の下限としては、０．２７質量％であり、０．３０質量％が好ましい。Ｓｉの含有量が０．２７質量％未満であると、熱間圧延及び溶体化処理後の冷間圧延の加工熱におけるＳｉの析出量が低下し、合金板の強度が不足するおそれがある。
【0021】
また、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％である。そのため、Ｓｉの含有量を０．２７質量％以上、好ましくは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。
【0022】
Ｓｉの含有量の上限としては、０．３９質量％であり、０．３５質量％が好ましい。Ｓｉの含有量が０．３９質量％超であると、Ｍｇ２Ｓｉ粒子が増加し、合金板の靭性が低下する。
【0023】
Ｆｅの含有量の下限としては、０．３５質量％であり、０．４０質量％が好ましい。３１０４アルミニウム合金のＦｅ成分規格の平均値は、０．４０質量％である。そのため、Ｆｅの含有量を０．３５質量％以上、好ましくは０．４０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。
【0024】
Ｆｅの含有量の上限としては、０．５５質量％である。Ｆｅの含有量が０．５５質量％超であると、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物（つまり第二相粒子）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。
【0025】
Ｃｕの含有量の下限としては、０．１７質量％であり、０．２０質量％がより好ましい。Ｃｕの含有量が０．１７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。なお、熱間圧延及び溶体化処理後の冷間圧延の加工においてＣｕを析出させることで、合金板の強度は著しく増加する。
【0026】
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％である。そのため、Ｃｕの含有量を０．１７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、０．２５質量％である。Ｃｕの含有量が０．２５質量％超であると、合金板の靭性が低下する。
【0028】
Ｍｎの含有量の下限としては、０．７５質量％であり、０．８０質量％が好ましい。Ｍｎの含有量が０．７５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。
【0029】
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０．７５質量％以上とすることで従来の５１８２アルミニウム合金に比べ、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合できる。
【0030】
Ｍｎの含有量の上限としては、０．９５質量％であり、０．９０質量％が好ましい。Ｍｎの含有量が０．９５質量％超であると、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系、又はＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系の金属間化合物（つまり第二相粒子）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。
【0031】
Ｍｇの含有量の下限としては、２．２質量％である。Ｍｇの含有量が２．２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。なお、熱間圧延及び溶体化処理後の冷間圧延の加工においてＭｇを析出させることで、合金板の強度が著しく増加する。
【0032】
Ｍｇの含有量の上限としては、２．８質量％である。３１０４アルミニウム合金のＭｇ成分規格の平均値は、１．０５質量％であり、５１８２アルミニウム合金のＭｇ成分規格の平均値は、４．５質量％である。そのため、Ｍｇの含有量を２．８質量％以下とすることで、３１０４アルミニウム合金のスクラップを多く配合しつつ、Ｍｇ含有原料の追加配合量を低減できる。
【0033】
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。
【0034】
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、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｎ及びＣｒ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。
【0035】
＜材料強度及び耐圧＞
アルミニウム合金の圧延板は材料異方性があり、強度は圧延方向に対し０°方向、４５°方向、及び９０°方向で異なる値を示す。缶内部の圧力が増加した際の変形は、強度が最も低い方位から開始する。
アルミニウム合金の圧延板は材料異方性があり、強度は圧延方向に対し０°方向、４５°方向、及び９０°方向で異なる値を示す。缶内部の圧力が増加した際の変形は、強度が最も低い方位から開始する。
【0036】
そのため、本開示の合金板は、圧延方向に対し０°方向、４５°方向、及び９０°方向それぞれにおいて、０．２％耐力σ０．２、引張強さσＢ、及び０．２％耐力と引張強さとの平均値σｆｍを用いて下記式（１）によって算出される評価値Ｓ（Ｓ０°、Ｓ４５°、及びＳ９０°）のうち、最小値である最小評価値Ｓｍｉｎ（＝ｍｉｎ（Ｓ０°，Ｓ４５°，Ｓ９０°））が３７０ＭＰａ以上４１０ＭＰａ以下である。
Ｓ＝σｆｍ／（σ０．２／σＢ） ・・・（１）
Ｓ＝σｆｍ／（σ０．２／σＢ） ・・・（１）
【0037】
アルミニウム合金板で形成される蓋の耐圧値は、経験的に最小評価値Ｓｍｉｎと板厚ｔとで表される下記式（２）の値Ｖと正の相関が強い。
Ｖ＝ｔ２．２７×Ｓｍｉｎ ・・・（２）
Ｖ＝ｔ２．２７×Ｓｍｉｎ ・・・（２）
【0038】
そのため、合金板の最小評価値Ｓｍｉｎを３７０ＭＰａ以上とすることで、板厚を増加させることなく、十分な耐圧を有する蓋を成形することができる。
【0039】
また、最小評価値Ｓｍｉｎが４１０ＭＰａを超えると、材料強度が過度に高くなることで材料の靭性が低下する。すなわち、成形時に材料に生じる引張応力や曲げ応力に対するせん断帯が発生しやすくなり、成形割れが生じやすくなる。最小評価値Ｓｍｉｎを４１０ＭＰａ以下とすることで、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）とを両立することが可能である。
【0040】
式（１）における０．２％耐力σ０．２及び引張強さσＢ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。
【0041】
アルミニウム合金板の耐圧は、例えば以下の手順で測定される。まず、アルミニウム合金板から成形したシェルを治具に固定し、内圧を付与する。次に、この内圧を徐々に増加させ、シェルが反転（つまりバックル）した際の内圧値を耐圧値とする。
【0042】
具体的には、シェルの成形にはφ２０４Ｆｕｌｌｆｏｒｍ（Ｂ６４）形状シェル金型を用いる。内圧値の測定は、ＶＥＲＳＡＴＩＬＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ社のバックル＆ミサイル測定機ＤＶ０３６Ｅを用いる。詳細には、専用の治具で成形したシェルを固定した後、プログラムにより内圧を上昇させ、シェルが反転した際の内圧値を読み取る。例えば、およそ１７５ｋＰａ／ｓの速度で内圧を上昇させ、およそ３５０ｋＰａから４００ｋＰａに達した時点で、１０ｋＰａ／ｓの速度で内圧を増加させる。
【0043】
＜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。
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。
【0044】
（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。
【0045】
繰り返し曲げ試験は、以下の手順で行われる。例えば図１に示すように、幅１２．５ｍｍ、長さ２００ｍｍの短冊状に切り出した試験片を、曲げ稜線Ｒが合金板の圧延方向Ｄと平行になる向きに配置する。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。
【0046】
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。
【0047】
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、Ｎ０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＝Ｎ０＋Θ／９０ ・・・（３）
Ｎ＝Ｎ０＋Θ／９０ ・・・（３）
【0048】
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規格化繰り返し曲げ回数Ｎｓを求める。なお、ｔ（ｍｍ）は試験片の板厚である。
Ｎｓ＝Ｎ×ｔ／０．２３５ ・・・（４）
Ｎｓ＝Ｎ×ｔ／０．２３５ ・・・（４）
【0049】
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Ｎｓとしては、１４．０回以上が好ましい。
【0050】
（第二相粒子）
靭性には強度と第二相粒子の分布とが影響する。つまり、強度が高いほど、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、Ｍｇ２Ｓｉ粒子が形成されやすくなる。その結果、Ｍｇ２Ｓｉ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。
靭性には強度と第二相粒子の分布とが影響する。つまり、強度が高いほど、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、Ｍｇ２Ｓｉ粒子が形成されやすくなる。その結果、Ｍｇ２Ｓｉ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。
【0051】
本開示のアルミニウム合金板は、図２に斜線で示す、幅方向中央部分のＬ－ＳＴ断面において、面積が０．３μｍ２以上のＭｇ２Ｓｉ粒子のＬ－ＳＴ断面における総面積の割合が０．２％以下であることが好ましい。なお、図２において、Ｌは長手方向、ＳＴは板厚方向、ＬＴは幅方向を示す。
【0052】
Ｍｇ２Ｓｉ粒子の面積割合は、例えば以下の方法で測定できる。まず、測定サンプルを切断し、測定を行う面（つまりＬ－ＳＴ断面）を鏡面状に機械研磨する。次に、研磨面（つまりＬ－ＳＴ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５００倍とし、１つの視野の範囲を０．０４９ｍｍ２として撮影を行い、ＣＯＭＰＯ（反射電子組成）像を取得する。
【0053】
撮影したＣＯＭＰＯ像に対し、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Ｍｇ２Ｓｉ粒子と判定する。
【0054】
判定されたＭｇ２Ｓｉ粒子のうち、０．３μｍ２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（つまり撮影した総面積）で除することで、面積が０．３μｍ２以上のＭｇ２Ｓｉ粒子のＬ－ＳＴ断面における総面積の割合が算出される。
【0055】
＜強度異方性＞
冷間圧延率（以下、冷延率と略記する）の低い材料は靭性が高く、冷延率の高い材料は強度が高いことが知られている。また、冷延率が高いほど、圧延方向に対し９０°方向の０．２％耐力σ０．２＿９０°が、０°方向の０．２％耐力σ０．２＿０°に比べて大きくなる。そのため、圧延方向に対し０°方向と９０°方向とにおける０．２％耐力の差、すなわち強度異方性を材料の冷延率と対応付けることができる。
冷間圧延率（以下、冷延率と略記する）の低い材料は靭性が高く、冷延率の高い材料は強度が高いことが知られている。また、冷延率が高いほど、圧延方向に対し９０°方向の０．２％耐力σ０．２＿９０°が、０°方向の０．２％耐力σ０．２＿０°に比べて大きくなる。そのため、圧延方向に対し０°方向と９０°方向とにおける０．２％耐力の差、すなわち強度異方性を材料の冷延率と対応付けることができる。
【0056】
本開示の合金板は、蓋の成形性を確保可能な靭性を達成するため、式（５）で求められる、圧延方向に対し０°方向の０．２％耐力σ０．２＿０°から、圧延方向に対し９０°方向の０．２％耐力σ０．２＿９０°を引いた値Ｄが－２０ＭＰａ以上であることが好ましい。ただし、値Ｄを‐１０ＭＰａ以上にする場合、冷延率が低くなり、強度不足となる可能性がある。そのため、強度異方性の値Ｄは‐１０ＭＰａ以下であることが好ましい。
Ｄ＝σ０．２＿０°－σ０．２＿９０° ・・・（５）
Ｄ＝σ０．２＿０°－σ０．２＿９０° ・・・（５）
【0057】
圧延方向に対し０°方向の０．２％耐力σ０．２＿０°から、圧延方向に対し９０°方向の０．２％耐力σ０．２＿９０°を引いた強度異方性の材料組織的な意味は以下のように説明できる。
【0058】
熱間圧延後又は焼鈍後の材料は再結晶状態であり、等方なｃｕｂｅ方位の集積度が高い。ここから冷間圧延による塑性変形によって、ｃｕｂｅ方位が圧延方向に異方性を持つ圧延集合組織に変形していく。さらに、冷延率が大きいほど、結晶粒は圧延方向に細長く伸ばされるため、圧延方向に対し０°方向に沿った結晶粒の径は大きくなる一方で、圧延方向に対し９０°方向に沿った結晶粒の径の変化は０°方向に比べて小さくなる。
【0059】
これらの圧延により生じる組織的な変化と、０．２％耐力σ０．２との関係はホールペッチの式を参考にすると式（６）の関係を示す。式（６）中、κは結晶粒界の滑りに対する抵抗、ｄは結晶粒径である。
σ０．２∝κ×ｄ－１／２ ・・・（６）
σ０．２∝κ×ｄ－１／２ ・・・（６）
【0060】
圧延方向に対し０°方向又は９０°方向への引張に対して、抵抗κは異なる値となる。これは冷延率の増加に対して、圧延方向に異方性を持つ圧延集合組織の集積度が高くなることで、引張方向によって結晶粒界の滑りに対する抵抗が変化するためである。
【0061】
また、圧延方向に対し０°方向では冷延率の増加に対して結晶粒が伸長して径が大きくなる一方で、圧延方向に対し９０°方向では冷延率に対する結晶粒径の変化は相対的に小さい。これらの影響が積算されることで冷延率の増加に対して強度異方性が生じる。
【0062】
＜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、例えば、以下のように製造することができる。まず、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。
本開示のアルミニウム合金板は、例えば、以下のように製造することができる。まず、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。
【0063】
次に、鋳塊の前後端を除く４面を面削する。その後、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、例えば４７０℃以上６２０℃以下が好ましい。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。
【0064】
均質化処理における温度が４００℃以上である場合、鋳塊組織の偏析を解消させやすい。さらに均質化処理における温度が４５０℃以上である場合、Ｍｇ２Ｓｉ粒子を再固溶させ、合金板の強度及び靭性を向上させることができる。さらに均質化処理における温度が４７０℃以上、より好ましくは５５０℃以上であると、Ｍｇ２Ｓｉ粒子の再固溶が促進され、合金板の強度及び靭性をさらに向上させることができる。一方、均質化処理における温度が６２０℃以下である場合、アルミニウム合金の局部融解が生じ難い。
【0065】
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、Ｍｇ２Ｓｉ粒子を再固溶させやすい。均質化処理時間が長いほど、Ｍｇ２Ｓｉ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。
【0066】
均質化処理後、鋳塊を熱間圧延に供する。熱間圧延工程は、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間圧延コイルを形成する。
【0067】
仕上圧延の総圧下率が高いと、巻き取り後に再結晶組織となり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。
【0068】
また、熱間圧延コイルを溶体化処理し、Ｍｇなどを再固溶させることで高強度の合金板を得ることができる。例えば、連続焼鈍炉（ＣＡＬ）を用いて目標実体温度４４０℃以上３０秒以上の熱処理（つまり焼鈍）を実施し、その後、空冷などで強制冷却することで、合金板の強度を効果的に増加させることが可能である。
【0069】
熱間圧延に続いて板材の冷間圧延を行う。冷間圧延では、製品板厚となるまで熱間圧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。
【0070】
また、最終パス以外の途中パスにおける冷間圧延の上がり温度を１２０℃以上とすることで、Ｓｉ、Ｃｕ及びＭｇが微細析出し、時効硬化するため、合金板の強度を増加させることができる。さらに上がり温度を１３０℃以上とすることで、合金板の強度をより増加させることができる。
【0071】
冷延率（つまり狙いの総圧下率）は、８０％以上が好ましい。冷延率が８０％以上である場合、合金板の強度を高められる。また、冷延率が低いほど、ｃｕｂｅ方位が残存するため、冷延率は９２％以下が好ましい。
【0072】
冷延率Ｒ（％）は、熱間圧延後又は溶体化処理後の板厚ｔ０（ｍｍ）、冷間圧延後の製品板厚ｔ１（ｍｍ）を用いて、下記式（７）で求められる。
Ｒ＝（ｔ０－ｔ１）／ｔ０×１００ ・・・（７）
Ｒ＝（ｔ０－ｔ１）／ｔ０×１００ ・・・（７）
【0073】
製品板厚は所望の耐圧が得られるよう適宜選択することができる。上述の式（２）に示すように、板厚が増加するほど耐圧が向上する。製品板厚は、式（２）の値Ｖに応じて選択することが可能であり、値Ｖが１３．０以上、好ましくは１４．０以上となる条件であるとよい。上述のように、本開示のアルミニウム合金板によれば耐圧を高く保つための板厚の増加を抑えることができる。
【0074】
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。
【0075】
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２７０℃以下、およそ３０秒以内の間、加熱される。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。
【0076】
［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、アルミニウム合金板の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、新地金使用率を低減しＣＯ２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成形性の高い缶蓋用アルミニウム合金板が得られる。
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、アルミニウム合金板の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、新地金使用率を低減しＣＯ２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成形性の高い缶蓋用アルミニウム合金板が得られる。
【0077】
［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。
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。
【0078】
（２ａ）本開示には、上記実施形態のアルミニウム合金板以外に、このアルミニウム合金板で構成される部材、及びこのアルミニウム合金板の製造方法等の種々の形態も含まれる。
【0079】
（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。
【0080】
［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結果とについて説明する。
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結果とについて説明する。
【0081】
＜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－Ｓ８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。
実施例及び比較例として、表１及び表２に示すＳ１－Ｓ８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。
【0082】
まず、表３に示す合金番号１－４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。
【0083】
次に、鋳塊の前後端を除く４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。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。
【0084】
さらに、Ｓ１―Ｓ６、Ｓ８については、熱間圧延後の圧延板に対し、表１に示すＣＡＬ板厚になるまで冷間圧延を実施した。その後、ＣＡＬ板厚となった圧延板に対し、連続焼鈍炉（ＣＡＬ）にて焼鈍を実施した。焼鈍時のＣＡＬ温度は表１に示す通りである。焼鈍後、圧延板を空冷で室温まで冷却した。冷却後、圧延板に対し再度冷間圧延を実施した。焼鈍後の冷間圧延における狙いの冷延率は表１に示す通りである。
【0085】
Ｓ７については、熱間圧延後の圧延板に対し、焼鈍を行わずに冷間圧延を実施した。冷間圧延における狙いの冷延率は、表１に示す通りである。
【0086】
Ｓ１－Ｓ８における冷間圧延後の製品板厚（つまり式（７）におけるｔ１）はおよそ０．２３５±０．０３ｍｍの範囲とした。
【0087】
Ｓ１－Ｓ８において、冷間圧延後、板面に塗料を塗布し、約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に示す通りである。塗装の焼付により、Ｓ１－Ｓ８のアルミニウム合金板が得られた。また、Ｓ１－Ｓ８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。
【0088】
【表1】
【0089】
【表2】
【0090】
【表3】
【0091】
＜アルミニウム合金板の評価＞
（引張特性）
Ｓ１－Ｓ８のアルミニウム合金板からＪＩＳ－Ｚ－２２４１：２０１１に規定される５号試験片をフライス加工によって３つずつ作製した。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。
（引張特性）
Ｓ１－Ｓ８のアルミニウム合金板からＪＩＳ－Ｚ－２２４１：２０１１に規定される５号試験片をフライス加工によって３つずつ作製した。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。
【0092】
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σ０．２及び引張強さσＢの測定結果と、０．２％耐力と引張強さとの平均値σｆｍとを表１及び表２に示す。
【0093】
また、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と式（１）とから３つの評価値Ｓを算出した。これらの評価値Ｓの最小値である最小評価値Ｓｍｉｎを表２に示す。
【0094】
（靭性）
Ｓ１－Ｓ８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０．３μｍ２以上のＭｇ２Ｓｉ粒子のＬ－ＳＴ断面における総面積の割合（面積率）を算出した。その測定結果を表２に示す。
Ｓ１－Ｓ８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０．３μｍ２以上のＭｇ２Ｓｉ粒子のＬ－ＳＴ断面における総面積の割合（面積率）を算出した。その測定結果を表２に示す。
【0095】
Ｓ１－Ｓ８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。その結果を表２に示す。
【0096】
（強度異方性）
Ｓ１－Ｓ８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式（５）から強度異方性（つまり値Ｄ）を算出した。その結果を表２に示す。
Ｓ１－Ｓ８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式（５）から強度異方性（つまり値Ｄ）を算出した。その結果を表２に示す。
【0097】
（シェル単体耐圧強度）
Ｓ１－Ｓ８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耐圧を測定した。その結果を表２に示す。Ｓ１－Ｓ６、Ｓ８のアルミニウム合金板は、５５０ｋＰａ以上の高い耐圧を示した。
Ｓ１－Ｓ８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耐圧を測定した。その結果を表２に示す。Ｓ１－Ｓ６、Ｓ８のアルミニウム合金板は、５５０ｋＰａ以上の高い耐圧を示した。
【0098】
（スクラップ配合率）
Ｓ１－Ｓ８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。その結果を表２に示す。
Ｓ１－Ｓ８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。その結果を表２に示す。
【0099】
表２中、「≧５０」とされているアルミニウム合金板は、３１０４アルミニウム合金を５０質量％以上配合することが可能である。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。
【0100】
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。
【0101】
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。
【0102】
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。Ｓ１－Ｓ１０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。
【0103】
【表4】
【0104】
（評価）
図３に、Ｓ１－Ｓ８のアルミニウム合金板それぞれの値Ｖとシェル耐圧強度との関係を示す。図３のグラフから、値Ｖと耐圧強度との間に高い相関関係があることがわかる。したがって、最小評価値Ｓｍｉｎが３７０ＭＰａ以上の合金板は、大きな板厚増加を伴うことなく、従来のＡ５１８２アルミニウム合金で形成される合金板と同等の高い耐圧を備えることができる。
図３に、Ｓ１－Ｓ８のアルミニウム合金板それぞれの値Ｖとシェル耐圧強度との関係を示す。図３のグラフから、値Ｖと耐圧強度との間に高い相関関係があることがわかる。したがって、最小評価値Ｓｍｉｎが３７０ＭＰａ以上の合金板は、大きな板厚増加を伴うことなく、従来のＡ５１８２アルミニウム合金で形成される合金板と同等の高い耐圧を備えることができる。
【0105】
Ｓ１－Ｓ６のアルミニウム合金板は、Ｓ８に比べＭｇの含有量が低いが、高い強度を示した。また、Ｓ４－Ｓ６のアルミニウム合金板は、Ｓ１－Ｓ３のアルミニウム合金と比較して、均質化処理温度が高いため、工程及び塗装焼付温度が同じあっても、強度及び繰り返し曲げ回数が高い。
【0106】
また、塗装焼付温度（ＰＭＴ）が低いほど、合金板の強度は高くなる。例えば、Ｓ１－Ｓ３それぞれと、Ｓ４－Ｓ６それぞれとを比較すると、塗装焼付温度が低い実施例ほど、最小評価値Ｓｍｉｎが高い値を示した。
【0107】
Ｓ４－Ｓ６のアルミニウム合金は、Ｍｇ２Ｓｉ粒子の面積率が小さく、０．２％以下であった。Ｓ１－Ｓ３とＳ４－Ｓ６との比較から、均質化処理温度を高くすることでＭｇ２Ｓｉ粒子の面積率を大幅に低減できることが分かる。
【0108】
繰り返し曲げ回数は強度によっても異なり、Ｍｇ２Ｓｉ粒子の面積率が比較的小さく、かつ冷延率が同じであるＳ４－Ｓ６を比較すると、ＰＭＴの上昇によって強度が低くなるにつれて、繰り返し曲げ回数が高くなることが分かる。
【要約】
【課題】缶材由来のスクラップ原料を配合しつつ、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を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、Ｓｉが０．２７質量％以上０．３９質量％以下、Ｆｅが０．３５質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕが０．１７質量％以上０．２５質量％以下、Ｍｎが０．７５質量％以上０．９５質量％以下、Ｍｇが２．２質量％以上２．８質量％以下であり、圧延方向に対し０°方向、４５°方向、及び９０°方向それぞれにおいて、０．２％耐力σ０．２、引張強さσＢ、及び０．２％耐力と引張強さとの平均値σｆｍを用いて式（１）によって算出される評価値Ｓのうち、最小評価値Ｓｍｉｎが３７０ＭＰａ以上４１０ＭＰａ以下である、缶蓋用アルミニウム合金板である。
Ｓ＝σｆｍ／（σ０．２／σＢ） ・・・（１）
【選択図】なし
【解決手段】本開示の一態様は、Ｓｉが０．２７質量％以上０．３９質量％以下、Ｆｅが０．３５質量％以上０．５５質量％以下、Ｃｕが０．１７質量％以上０．２５質量％以下、Ｍｎが０．７５質量％以上０．９５質量％以下、Ｍｇが２．２質量％以上２．８質量％以下であり、圧延方向に対し０°方向、４５°方向、及び９０°方向それぞれにおいて、０．２％耐力σ０．２、引張強さσＢ、及び０．２％耐力と引張強さとの平均値σｆｍを用いて式（１）によって算出される評価値Ｓのうち、最小評価値Ｓｍｉｎが３７０ＭＰａ以上４１０ＭＰａ以下である、缶蓋用アルミニウム合金板である。
Ｓ＝σｆｍ／（σ０．２／σＢ） ・・・（１）
【選択図】なし
【図1】
【図2】
【図3】