罐体用铝合金板的制作方法

本发明涉及进行DI(draw&ironing：深冲及减薄拉深)成形而成形二片罐的罐体所使用的铝合金板，特别是涉及在DI成形后，对罐壁实施二次加工时所适用的罐体用铝合金板。

背景技术：

为了提高铝罐的图案设计性，而对于进行了DI成形的罐壁赋予压花加工和金刚石刻磨图案这样的二次加工的需求增加，要求二次加工性优异的罐体用铝合金板。另外，为了减轻环境负担，罐体用铝合金板的薄壁化和DI成形后的罐壁的薄壁化也在推进。

例如专利文献1中，记述有一种在0.2％屈服强度的15％左右的应力的施加状态下，对于罐壁进行弯曲半径1.0mm的90°反复弯曲时的断裂极限周期为6个循环以上，且薄壁的、罐壁的二次加工性优异的罐体用铝合金板。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】特开2005－248275

对罐壁实施了压花加工和金刚石刻磨图案这样的二次加工的罐，在包含内容物的填充在内的制造阶段、填充后的流通阶段、及交给消费者的阶段等之中，因所述二次加工变形的地方从外部反复接触硬而尖锐的异物，该处有进一步发生塑性变形的情况。若由于所述二次加工和其后的塑性变形导致所述之处板厚局部性地减少(缩颈发生)，则接着罐受到冲击或罐壁接触异物等之时，板厚减少之处承受过大的应力，而存在发生罐壁断裂，内容物的泄漏的情况。

专利文献1的评价方法谈不上设想到如下实际状态，即，由于所述二次加工和其后的塑性变形导致罐壁的板厚局部性地减少，而这里承受过大的应力，出现罐壁断裂的情况。于是，就要求在二次加工后，即使相当于比专利文献1的评价方法更进一步严格的条件(小的弯曲半径)的塑性变形施加于罐壁时，所述罐壁仍可均匀变形，局部的板厚减少得到抑制。

技术实现要素：

本发明基于这样的要求而形成，因此其目的在于，提供一种罐体用铝合金板，其DI加工和烘烤处理后的罐壁，经过二次加工及其后的塑性变形，可均匀变形，并可抑制罐壁的局部性的板厚减少。

本发明的罐体用铝合金板，其特征在于，含有Si：0.1～0.5质量％、Fe：0.3～0.6质量％、Cu：0.1～0.35质量％、Mn：0.5～1.2质量％、Mg：0.7～2.5质量％，余量由Al和不可避免的杂质构成，进行200℃×20分钟的烘烤之后的屈服强度为240～290MPa，在罐壁的加工率为60～70％的DI成形后，对于实施了200℃×20分的烘烤的罐的所述罐壁，施加1％的拉伸后，沿罐周向以弯曲半径为0.1mm进行90°V形弯曲－弯曲复原加工时的0.2％屈服强度的增量(本发明中也称为加工硬化能力)为10MPa以上。

上述铝合金，根据需要，能够还含有Cr：0.10质量％以下、Zn：0.40质量％以下、Ti：0.10质量％以下之中一种以上。

本发明的罐体用铝合金板，在DI加工和烘烤处理后，对罐壁实施压花加工和金刚石刻磨图案这样的二次加工时，显示出优异的DI加工性和罐壁二次加工性。另外，本发明的罐体用铝合金板其加工硬化能力高，受到了二次加工的罐壁再受到塑性变形时，罐壁会均匀地变形，局部性的板厚减少(缩颈的形成)得到抑制。因此，在罐受到冲击或罐壁接触异物等之时，能够防止罐壁局部性地承受大的应力，能够防止填充后的罐壁的断裂，并防止泄漏的发生。

附图说明

图1是测量罐壁的90°V形弯曲－弯曲复原加工后的断面板厚减少率的试验的概念图。

图2A是说明罐的耐压强度试验的步骤的图，是用于耐压强度试验的罐的侧视图。

图2B是说明罐的耐压强度试验的步骤的图，耐压试验机的要部侧视图。

图2C是说明罐的耐压强度试验的步骤的图，是耐压试验机的要部平面图。

图3A是说明罐的耐压强度试验的步骤的图，是将罐固定在支架上时的侧视图。

图3B是说明罐的耐压强度试验的步骤的图，是罐底因内压而压曲时的侧视图。

具体实施方式

以下，对于本发明的罐体用铝合金板及其制造方法，详细地加以说明。

＜铝合金的成分组成＞

(Si：0.1～0.5质量％)

Si含量低于0.1质量％时，在DI成形时0－180°制耳变高，减薄拉深时边缘裂缝及由此引起的撕裂容易发生。另一方面，若Si含量高于0.5质量％，则热带卷残存未再结晶晶粒，因此在DI成形时45°制耳变高，减薄拉深时边缘裂缝及由此引起的撕裂容易发生。

(Fe：0.3～0.6质量％)

Fe含量低于0.3质量％时，热带卷残存未再结晶，因此在DI成形时45°制耳变高，减薄拉深时边缘裂缝及由此引起的撕裂容易发生。另一方面，若Fe含量高于0.6质量％，则Al－Fe－Mn系金属间化合物变多，减薄拉深时容易发生撕裂。另外，在罐壁的二次加工时以所述金属间化合物为起点的裂纹容易发生。

(Cu：0.1～0.35质量％)

Cu含量低于0.1质量％时强度不足，罐的耐压强度不足。另一方面，若Cu含量高于0.35质量％，则强度过大，减薄拉深时容易发生撕裂。

(Mn：0.5～1.2质量％)

Mn含量低于0.5质量％时强度不足，罐的耐压强度不足。另一方面，若Mn含量高于1.2质量％，则Al－Fe－Mn系金属间化合物变多，减薄拉深时容易发生撕裂。另外，在罐壁的二次加工时以所述金属间化合物为起点的裂纹容易发生。

(Mg：0.7～2.5质量％)

Mg含量低于0.7质量％时，强度不足，罐的耐压强度不足。另外，铝合金板的加工硬化能力不足，罐壁二次加工时容易发生缩颈。另一方面，若Mg含量高于2.5质量％，则强度过大，减薄拉深时容易发生撕裂。

(Cr：0.10质量％以下)

如果Cr为0.10质量％以下的含量，则对于铝合金板的材料特性、DI成形后的罐特性不会造成影响。Cr是不可避免的杂质，但为了追求成本削减，例如也能够提高原料中的废料(大量含有Cr的废料等)调合比等，在上述范围内积极添加Cr。但是，若Cr含量高于0.10质量％，则热带卷有未再结晶残存，在DI成形中45°制耳变高，减薄拉深时边缘裂缝及由此引起的撕裂容易发生。因此，铝合金中的Cr含量限制在上述范围内。还有，通常，不可避地包含的Cr的含量为0.050质量％以下。

(Zn：0.40质量％以下)

如果Zn为0.40质量％以下的含量，则不会对铝合金板的材料特性、DI成形后的罐特性造成影响。Zn是不可避免的杂质，但是为了追求成本削减，例如也能够提高原料中的废料(热交换器用包覆材的废料等)调合比等，在上述范围内积极添加Zn。还有，通常，不可避免地包含的Zn的含量为0.30质量％以下。

(Ti：0.10质量％以下)

Ti是以铸块晶粒的微细化为目的而根据需要添加。铸造时若使铸块组织微细化，则铸造性提高，可以进行高速铸造。这一效果能够通过0.01质量％以上的添加而取得。另一方面，若添加Ti高于0.10质量％，则过滤器的筛眼很快堵塞，铸造中熔液逐渐难以通过过滤器，最后不得不中止铸造。因此，铝合金中的Ti含量限制在上述范围内。还有，添加Ti时，因为将Ti与B的质量比为5:1的铸块细化剂(Al－Ti－B)，以饼或棒的形态添加到铸造前的熔融金属中，所以与含有比例相应的B也必然被添加。还有，通常，不可避免包含的Ti的含量为0.050质量％以下。

(其他的不可避免的杂质)

关于上述元素以外的不可避免的杂质(V、Na、Zr、Ni、Ca等)，分别为0.10％以下，优选为0.05％以下，且合计0.30％以下，优选为0.15％，即使含有，也不妨碍本发明的效果。还有，关于这些元素，如果不超过所述含量，则不仅作为不可避免的杂质含有时，即使有意识地提高含有这些元素的废料的调合比等，即积极地添加时，也不会妨碍本发明的效果。

＜铝合金板的特性＞

(烘烤后的屈服强度：240～290MPa)

200℃×20分钟的烘烤后的铝合金板的屈服强度低于240MPa时，强度不足，DI成形和烘烤后的罐的耐压强度不足。另一方面，若烘烤后的铝合金板的屈服强度高于290MPa，则强度过大，减薄拉深时撕裂多发，使生产率降低。还有，烘烤后的强度与烘烤前的强度联动，烘烤后的强度大的铝合金板，烘烤前(减薄拉深时)的强度也大。

(加工硬化能力：10MPa以上)

在本发明中，对于罐壁的加工率为60～70％的DI成形后，又实施了200℃×20分钟的烘烤的罐的罐壁，再施加1％(永久应变)的拉伸后，沿罐周向以弯曲半径为0.1mm进行90°V形弯曲－弯曲复原加工，将这时的0.2％屈服强度的增量定义为加工硬化能力。还有，DI成形的加工率60～70％，是在罐的DI成形中标准的加工率。

设所述DI成形和烘烤后的罐壁的0.2％屈服强度为σ₁，所述拉伸和V形弯曲－弯曲复原加工后的罐壁的0.2％屈服强度为σ₂时，加工硬化能力以σ₂－σ₁表示。如果该加工硬化能力(σ₂－σ₁)为10MPa以上，则罐壁在二次加工和其后的塑性变形中均匀变形，可抑制罐壁的局部性的板厚减少。另一方面，加工硬化能力低于10MPa时，罐壁在二次加工及其后的塑性变形中难以均匀变形，罐壁发生局部性的板厚减少而容易发生缩颈。因此，罐受到冲击或罐壁接触异物等之时，薄壁化的地方承受过大的应力，而容易发生罐壁断裂，内容物泄漏。

＜铝合金板的制造方法＞

本发明的铝合金板，能够以铸造、均质化热处理、热轧及冷轧的各工序制造。不进行热轧后的中间退火及冷轧后的最终退火。而且，本发明的铝合金板的制造方法，其特征在于，特别是以规定的条件进行冷轧。

以下，对于各工序进行说明。

首先，也可以通过DC(Direct-Chill，直冷)铸造法等的公知的半连续铸造法铸造铝合金。

其次，以端面切削除去铸块表层的作为不均匀的组织的区域后，基于常规方法实施均质化热处理。这时也可以采用二段均质化热处理或2次均质化热处理。在此所谓二段均质化热处理，意思是将铸块在高温下保持规定时间(第一段的均质化热处理)之后，不冷却至室温，而是在高于200℃的温度下停止冷却，在此温度下保持规定时间(第二段均质化热处理)。另外，所谓二次均质化热处理，意思是将铸块在高温下保持规定时间(第一次均质化热处理)后，先冷却至包含室温在内的200℃以下的温度，再加热而在规定的均质化处理温度中保持规定时间(第二次均质化热处理)。

均质化热处理后，不要将铸块的温度冷却至低于450℃而连续进行热轧，优选在300℃以上结束热轧。进行所述二段均质化热处理时，第二均质化热处理后，根据需要加热至更高温之后，进行热轧。所制作的热轧材为再结晶组织。

接着冷轧以连轧机。以连轧机进行冷轧，能够加大1次通板中的轧制率。由此，加工放热变大，冷轧材的动态的恢复和卷取后的恢复得到促进。其结果是，在对于冷轧材(本发明的铝合金板)进行DI成形和烘烤的罐中，罐壁的加工硬化能力提高。

冷轧的总轧制率为80～90％。该轧制率由连轧机的1次通板达成。冷轧的总轧制率低于80％时，铝合金板的强度不足，DI成形和烘烤后的罐的耐压强度不足。另一方面，若总轧制率高于90％，则强度过大，且招致45°制耳的增加，减薄拉深时边缘裂缝发生及由此引起的撕裂容易发生。

冷轧后的卷取温度在120～180℃的范围内。使卷取温度在所述温度范围内，会促进铝合金板(冷轧材)的动态恢复及卷取后的恢复，成为最终的罐时的罐壁的加工硬化能力提高。

卷取温度低于120℃时，恢复的效果不充分，罐壁的加工硬化能力不足，在二次加工及其后的塑性变形中难以均匀变形，罐壁会局部性地发生板厚减少而容易产生缩颈。卷取温度的下限优选为150℃。

若卷取温度高于180℃，则加工放热造成的铝合金板的软化变大，轧制中容易发生碎板片。其结果是，铝合金板的生产率大幅降低，因此实用上不为优选。

卷取后的卷材，在120℃以上的温度保持4小时以上。由此铝合金板(冷轧材)的恢复得到促进，在DI成形和烘烤后的罐中，罐壁的加工硬化能力提高。另一方面，120℃以上的温度下的保持时间低于4小时时，铝合金板(冷轧材)的恢复不充分，无助于罐壁的加工硬化能力的提高。

【实施例】

以下，将确认到本发明的效果的实施例，与不满足本发明的要件的比较例加以对比而具体地进行说明。还有，本发明不受该实施例限定。

熔炼表1、2所示的组成的铝合金，使用半连续铸造法制作厚度600mm的铸块(比较例的No.12除外)。对于该铸块的表层进行端面切削，并实施均质化热处理后，接着进行热轧。其后不实施中间退火，而对于热轧材进行冷轧(连轧机或单架轧机)，作为板厚0.30mm的铝合金板，并进行卷取。不进行冷轧后的最终退火(比较例的No.20除外)。还有，比较例的No.12，因为过滤器的筛眼堵塞，所以不能进行铸造。

表1、2中记述冷轧所用的轧机的种类、冷轧的总轧制率、冷轧后的卷取温度、在120℃以上保持卷取后的卷材的时间、冷轧后有无最终退火的和条件。

(表1)

(表2)

将所制造的实施例No.1～19和比较例No.1～11、13～20的铝合金板作为供试材，按以下所示的要领测量烘烤后屈服强度。

接着，使用实施例No.1～19和比较例No.1～11、13～20的铝合金板，制作DI罐。作为制作方法，首先由铝合金板冲孔直径140mm的坯体，对该坯体进行深冲成形而制作直径90mm的杯体。对于所得到的杯体，以通用的铝罐体成形机(由再深冲、第一次减薄拉深、第二次减薄拉深、第三次减薄拉深的4个阶段构成)实施DI成形，作为DI罐。还有，第三次减薄拉深率为40％。该减薄拉深率，与一般的减薄拉深率、即35～38％左右相比是更严格的条件。

制作的罐(修整开口部之后)的侧视图显示在图1的(a)中。罐的外径为66.3mm，高度124mm，罐壁的最薄壁部(至罐底60mm的高度)壁厚为95μm，同部位的加工率68.3％(最初板厚：0.3mm)。

由所述铝罐体成型机，对于各实施例和比较例共10000个罐进行连续成形，按以下所示要领进行减薄拉深性的评价。接着，使用该成形的罐，按以下所示的要领，测量罐壁的加工硬化能力、罐壁的90°V形弯曲－弯曲复原加工后的断面板厚减少率、和耐压强度。以上的结果显示在表3中。

*脱离本发明的规定之处或特性差的地方

(铝合金板的烘烤后屈服强度)

对于供试材(铝合金板)实施200℃×20分钟的烘烤后，沿轧制平行方向提取JIS5号试验片，依据JIS Z 2241(2011年改定版)的规定进行拉伸试验，测量0.2％屈服强度。该0.2％屈服强度在240～290MPa的范围内时，评价为合格。

(减薄拉深性)

连续成形的10000个罐之中，发生撕裂等缺陷的罐在3个罐以下的评价为合格(○)，4个罐以上的评价为不合格(×)。

(罐壁的加工硬化能力)

对于制作的罐实施200℃×20分钟的烘烤之后，使距罐底的高度60mm的高度为宽度方向的中心，轧制0°方向为长度方向的中心，如此沿着罐的圆周方向提取JIS13号B试验片(第一试验片)。

另外，对于制作的罐实施200℃×20分钟的烘烤后，使距罐底的高度60mm的高度为宽度方向的中心，轧制0°方向为长度方向的中心，如此沿着罐的圆周方向切下宽20mm×长100mm的短棒状试验片(参照图1的(a))。对此短棒状试验片，以拉伸试验机施加1％的拉伸后(参照图1的(b))，使用前端的弯曲半径R为0.1mm的夹具，实施90°V形弯曲加工(参照图1的(c))，接着，在相反方向上实施弯曲复原加工(参照图1的(d))。从该短棒状试验片上提取JIS13号B试验片(第二试验片)。使V形弯曲－弯曲复原加工部位于该JIS13号B试验片的长度方向中央。

还有，所述第一试验片和第二试验片，在如下方面有所不同，即，前者不会受到1％的拉伸和V形弯曲－弯曲复原加工，后者会受到这些加工。

接着，对于所述第一、第二试验片，依据JIS Z 2241(2011年改定版)的规定实施拉伸试验，求得各自的0.2％屈服强度。第二试验片的最初板厚视为与第一试验片相同的95μm。设第一试验片的0.2％屈服强度为σ₁，第二试验片的0.2％屈服强度为σ₂时，两者的差(σ₂－σ₁)，即拉伸与V形弯曲－弯曲复原加工后的0.2％屈服强度的增量，定义为罐壁的加工硬化能力。加工硬化能力(σ₂－σ₁)为10MPa以上的评价为合格。如前述，若罐壁的加工硬化能力高，则罐壁在二次加工及其后的塑性变形时均匀变形，罐壁的局部性的板厚减少(缩颈的形成)得到抑制，罐受到冲击或罐壁接触异物等之时，能够防止罐壁局部性地承受大的应力。

还有，在此测量试验中进行的予以1％的永久应变的拉伸，模拟的是对罐壁实施的二次加工(压花加工和金刚石刻磨图案的加工)。但是，1％的永久应变，比实际的金刚石刻磨图案的加工所施加于罐壁的永久应变大，该拉伸与实际的压花加工和金刚石刻磨图案的加工相比，可以说是相当严酷的加工。另外，V形弯曲－弯曲复原加工，模拟的是在包含内容物的填充在内的制造阶段、填充后的流通阶段、和交给消费者的阶段等之中，偶然性地施加于罐上的塑性变形。该V形弯曲－弯曲复原加工，在弯曲半径为0.1mm这样极小的这一点上，可以说比专利文献1的评价方法(弯曲半径为1mm)在条件上更严格。

(罐壁的90°V形弯曲－弯曲复原加工后的断面板厚减少率)

对于制作的罐，实施200℃×20分钟的烘烤后，使距罐底的高度60mm的高度作为宽度方向的中心，轧制0°方向作为长度方向的中心，如此沿罐的圆周方向切下宽20mm×长100mm的短棒状试验片(参照图1的(a))。对于该短棒状试验片，以拉伸试验机施加1％(公称应变)的拉伸后(参照图1的(b))，使用前端的弯曲半径R为0.1mm的夹具，实施90°V形弯曲加工(参照图1的(c))，接着，朝相反方向实施弯曲复原加工(参照图1的(d))。将所得到的试验片埋入树脂，制作断面观察用试料(参照图1的(e))，观察试验片的宽度方向中央部的弯曲－弯曲复原加工部(图1的(e)中由虚线包围的部分)的断面，测量相对于原本的板厚(95μm)的板厚减少率。断面板厚减少率为5％以下时评价为合格。

(罐的耐压强度)

使用水压式的耐压试验机(エーステック株式会社制的水压式加减压压曲试验装置，型号名WBT－500)，在实施了烘烤的罐中负荷内压，求得罐底压曲时的最大内压作为耐压强度。

如图2A～C所示，耐压试验机具备如下：设置在机台1上的底板2；设置在底板2之上的圆筒状的支架3；配置在支架3的两侧的一对固定构件4、4。支架2的高度方向中间位置设置有O－环5。支架2的内部设置有橡皮管6，该橡皮管6通过底板2向下延伸，与通水管路连接，经由水压计和切换阀等与水力泵连通(均未图示)。在底板2上形成有孔7，该孔7与通气管路连接，经由切换阀等与真空泵连通(均未图示)。固定构件4、4分别借助未图示的液压缸进退。

耐压试验以如下方式进行。

(1)如图2A～C所示，将开口部经修整而高度为100mm的罐8，罐底朝上嵌在支架3上后，使固定构件4、4前进规定的冲程。若固定构件4、4到达规定位置(参照图3A)，则固定构件4、4的前端在O－环5的稍下的位置从两侧按压罐8的罐壁，将罐8固定在支架3上。由此，罐8的罐壁内面紧贴在O－环5的周围，除了橡皮管6和孔7的位置，支架3内(罐8内)被密封。

(2)使所述真空泵工作，通过孔7而使支架3内(罐8内)脱气至9.8kPa(0.1kgf/cm²)以下，接着关闭所述通气管路。

(3)使所述水力泵工作，从橡皮管6向支架3内(罐8内)供给水。支架3内(罐8内)的水压(以所述水压计计量)，与从供给开始起的经过时间大体成比例上升，在罐底的压曲发生的瞬间降低。罐底的压曲发生时的最大内压，作为罐的耐压强度。罐底的压曲发生时的状态显示在图3B中。

此耐压强度为618kPa以上(6.3kgf/cm²以上)时评价为合格。

如表1、3所示，铝合金板的成分组成、烘烤后的铝合金板的屈服强度、和罐壁的加工硬化能力在本发明的规定范围内的实施例No.1～19，减薄拉深性优异，拉伸和V形弯曲－弯曲复原加工后的罐壁的断面板厚减少率小，耐压强度大。所谓所述断面减少率小，是指罐壁不会局部性地发生板厚减少(缩颈的发生得到抑制)，意味着拉伸和V形弯曲－弯曲复原加工中罐壁均匀变形。实施例No.1～19均在前述的条件的范围内进行冷轧。

另一方面，如表2、3所示，铝合金板的成分组成、烘烤后的铝合金板的屈服强度、和罐壁的加工硬化能力的任意一个在本发明的规定范围外的比较例No.1～11、13～20，减薄拉深性、罐壁的断面板厚减少率、耐压强度的任意一个不满足本发明的标准。

比较例No.1、2因为Si含量在本发明的规定范围外，所以减薄拉深性差。比较例No.3、4因为Fe含量在本发明的规定范围外，所以减薄拉深性差。比较例No.5、7、9因为Cu、Mn、Mg含量分别不足，所以烘烤后的铝合金板的屈服强度不足，罐的耐压强度差。比较例No.6、10因为Cu、Mg含量分别过剩，所以烘烤后的铝合金板的屈服强度过大，减薄拉深性差。比较例No.8、11因为Mn、Cr含量分别过剩，所以减薄拉深性差。还有，No.12因为Ti含量过剩，所以如前述，不能进行铸造。

比较例No.13因为冷轧的总轧制率不足，所以烘烤后的铝合金板的屈服强度不足，耐压强度差。比较例No.14因为总轧制率过大，所以铝合金板的屈服强度过大，减薄拉深性差。比较例No.15其卷取温度低，动态恢复和卷取后的恢复不充分，从而罐壁的加工硬化能力低，罐壁的断面板厚减少率大。

比较例No.16，其卷取后的卷材的120℃以上的温度下的保持时间不足，卷取后的恢复不充分，罐壁的加工硬化能力无法提高，罐壁的断面板厚减少率大。比较例No.17、19因为以单架轧机实施冷轧，所以卷取温度低，动态恢复和卷取后的恢复不充分，铝合金板的屈服强度过大，减薄拉深性差。另外，比较例No.17、19，罐壁的加工硬化能力低，罐壁的断面板厚减少率大。还有，比较例No.17的合金组成，以专利文献1的实施例的合金e5的组成为基础。No.18因为以单架轧机实施冷轧，所以卷取温度低，动态恢复和卷取后的恢复不充分，罐壁的加工硬化能力低，罐壁的断面板厚减少率大。No.20因为单架轧机实施冷轧，所以卷取温度低，动态恢复和卷取后的恢复不充分，最终退火的效果也少，罐壁的加工硬化能力低，罐壁的断面板厚减少率大。

本电请伴随以申请日为2014年9月10日的日本国专利申请，专利申请第2014－184681号为基础申请的优先权主长，专利申请第2014－184681号由于参照而编入本说明书。