JPS6254182B2

JPS6254182B2 -

Info

Publication number: JPS6254182B2
Application number: JP54099087A
Authority: JP
Inventors: Noifuerudo Kuruto; Butsukusuman Kuruto; Bihizeru Haintsu; Gyongyosu Ifuan
Original assignee: Alusuisse Holdings AG
Current assignee: Rio Tinto Switzerland AG
Priority date: 1978-08-04
Filing date: 1979-08-02
Publication date: 1987-11-13
Also published as: DE2901020C2; IS2503A7; US4235646A; IS1107B6; SE433948B; NO153340C; ES483108A1; CA1171234A; FR2432556B1; NO792541L; SE7906555L; AU4931779A; CH641494A5; IT1122700B; FR2432556A1; GB2027743B; NO153340B; IN151536B; GB2027743A; NL7905906A

Description

【発明の詳細な説明】

一般に、本発明は金属容器およびその要素に用
いるアルミニウム薄板金属材料、その組成物、な
らびにリサイクル方式の一環として使用済みの空
容器およびスクラツプ材からなる原料を使用した
容器などの製造を可能および容易にする該薄板材
の製法に関する。現在では、エネルギーおよび資源の保護ならび
に特に飲料業界にとつて従来から悩みの種であつ
た廃棄物やくずの問題の解消に対して多大の研究
がなされている。本発明は、(1)消費者による使用
後のアルミニウム飲用缶の収集と回収ならびに(2)
新らしい缶の製造における使用済み缶のアルミニ
ウム材の再利用を含むアルミニウム缶産業の完全
リサイクルプログラムを開発する研究の一環とな
るものである。すなわち、本発明の主目的は、アルミニウム飲
料缶の経済的に可能なリサイクルプログラムを提
供することである。この主目的は、新規な方法に
よつて単一合金組成物からアルミニウム缶の全要
素の製造が可能な新規なアルミニウム合金組成物
を開発することにより達成された。本発明の新規
な方法は、慣用のアルミニウム缶の製造装置およ
び方法で加工するのに適した単一の合金組成の薄
板素材を提供する。本発明の新規組成物および新
規製法の使用により、全要素が同一合金組成の薄
板素材から製作されたアルミニウム缶を、高速の
大量生産技術により製造することができる。これ
に対して、従来は、工業的に受入れられているア
ルミニウム缶は、次の第１表に示すように、各要
素が異なる合金組成物から製作されてきた。

【表】上の第１表の数値は重量％を表わす。範囲の表
示は、その数値を含む範囲である。これらは本明
細書を通じて同様である。第１表の数値（重量
％）は、範囲が示されている場合を除いて、最大
値である。AAの表示と番号はアルミニウム協会
による合金登録を意味し、CS42は、下記に詳述
するように、缶の端面およびタブ（つまみ）用と
して開発されたアルコア社の合金である。アルミニウム製の食品および飲料容器は、1960
年代の初頭から製造が開始された。本明細書にお
いて、“容器”とは、何らかの製品を入れるため
に形成された任意のアルミニウム薄板製品のこと
であり、炭酸飲料缶、真空缶、トレー、皿、およ
び容器要素（例、完全にはずれる缶ぶた、リン
グ・タブなど）を含む。“缶”とは、真空缶およ
び飲料缶のように、内圧および外圧に耐えるよう
に設計された完全に封鎖された容器のことであ
る。初期には、缶の端面（can end）のみがアル
ミニウムから形成され、“軟質缶ぶた”と呼ばれ
た。この缶ぶたはイージー・オープニング（簡便
缶あけ）機構を有しておらず、アルミニウム協会
（AA合金）5086から製造された。“リング・プ
ル”機構のようなイージー・オープニング可能な
ふたの導入は、より成形性の高い合金（例、
AA5182、5082および5052）の使用を必要とし
た。普通に使用される5082および5182はマグネシ
ウム含有量が高く（4.0〜5.0％）、缶ボデーに用
いられる合金に比べて比較的強度が高くなるよう
に考えられている。5052は多くの缶の用途には強
度が不十分であるので、浅絞り／絞り／再絞り加
工された非加圧型容器に主に利用される。アルミニウムの缶の端面の導入からまもなく後
に、アルミニウムの缶ボデーも導入された。アル
ミニウム製缶ボデーは、最初は慣用のブリキ缶の
製造と同様にスリーピース缶の部分品として製造
された。スリーピース缶は円筒形に成形されてシ
ーム接合されたボデー（缶胴）と２枚の端面とか
ら構成される。ツーピース缶が開発されてから飲
料用にはスリーピース缶の代りに徐々に使用され
てきている。ツーピース缶は、缶ぶたと、缶底が
一体になつた継目なしボデーとから構成される。
ツーピース缶のボデーは、浅絞り／絞り／再絞り
法、および絞り／アイオニング法をはじめとする
多くの方法で形成される。絞り／アイオニング缶の製造装置は米国特許第
3402591に記載されており、これを参照すると、
本発明の缶ボデーの製造の理解が助けられよう。
絞りおよびアイオニング加工においては、ボデー
は円形の薄板、すなわち素板から製作されこれを
まずカツプ状に絞り加工する。次にカツプを口径
が徐々に小さくなつていく一連のダイス群の中に
通して、カツプの側壁を引き伸ばして薄くする。
ダイスはしごき作用を行なつて、側壁の長さを長
くし、側壁が缶底より薄くなつた缶ボデーの製造
が可能となる。AA3004は絞り／アイオニング加
工法に十分な成形性、強度および工具摩耗特性を
有しているので、これが一般にツーピース缶ボデ
ーの成形に利用される。このような特性は、合金
のMgとMnの含有量が低い（Mg0.3〜1.8％、
Mn1.0〜1.5％）ことに由来する。現在使用されている3004は、所望の最終特性を
達成するためには高温のインゴツト予熱または均
質化温度を長時間にわたつて必要とする点で不利
である。慣用のインゴツト予熱処理は、完成した
薄板の製造においても最もコストのかかる因子の
１つである。また、3004は鋳造速度が比較的遅
く、不適当に鋳造がなされると大きな一次偏析を
生ずる傾向がある。 AA3003のような他の合金も缶ボデー用として
従来考えられたことがあつた。この合金は絞り／
アイオニング加工法に対する成形要件をすべて備
えているが、経済的な板厚での強度が低いために
放棄された。上述した缶ぶた用と缶ボデー用の慣用の合金
は、組成が著しく異なる。製造された缶では、ボ
デーとふたは本質的に分離不可能であるので、経
済的なリサイクル方式は缶全体の利用を必要とす
る。したがつて、缶のリサイクルにおいて、得ら
れた溶融体組成物の組成は、慣用の缶ぶた用合金
の組成と慣用の缶ボデー用合金の組成の双方から
著しく異なる。もとの組成にしたい場合には、慣
用の缶ボデー用合金組成物を得るにはかなりの量
の純アルミニウムの添加が必要であり、慣用の缶
ぶた用合金組成物を得るにはさらに多量の純アル
ミニウムを添加しなくてはならない。よつて、缶ぶたと缶ボデーの両方に同一組成の
アルミニウム合金を使用して、このような缶から
の再溶融物の調整を不要にするのが有利である。
この利点は米国特許第3787248でも認識されてい
る。この特許は、缶ぶたへの使用に必要な成形性
を与えるように予じめ熱処理した3004系合金か
ら、缶ぶたと缶ボデーの両方を製作することを提
案しているが、これに開示されている方法は冷間
圧延後に高温保持工程を含んでいる。さらに、こ
の特許に開示されている組成物は、慣用の２合金
缶の溶融体とは著しく異なる溶融体組成を生じよ
う。本発明は、缶ボデー部材と缶の端面部材の両方
に使用できる単一合金組成物、その薄板製造法お
よび容器製造法を提供する。本発明により、リサ
イクルされたスクラツプは容器の全要素の成形に
有用な単一合金薄板材料に経済的に転換されう
る。使用済みおよび欠陥品の缶、製缶スクラツプ
およびプラント・スクラツプを含む全部のアルミ
ニウムスクラツプを融解すると、初期溶融組成物
が得られ、これは簡単な調整によつて本発明の単
一合金組成物を形成しうる。この単一合金組成物
は本質的にケイ素0.1〜1.0％；鉄0.1〜0.9％；マ
ンガン0.4〜1.0％；マグネシウム1.3〜2.5％；ク
ロム０〜0.1％；亜鉛０〜0.25％；銅0.05〜0.4
％；チタン０〜0.15％および残部アルミニウムか
らなる。本発明の組成物は、その合金組成の定量
的および定性的な構成により、初期溶融組成物へ
の純アルミニウムの添加量が少量ですむ。本発明
の組成物はまた、使用済みスクラツプから予期さ
れる広範囲の不純物により影響されない。本発明
の組成物は、慣用の装置および方法で容器のボデ
ー、端面およびイージー・オープン機構を製造す
るのに適した強度と成形性を有する単一の合金薄
板に鋳造加工される。一般に、本発明の方法は、
(1)スクラツプを加熱炉で溶解し、(2)この溶融組成
物を調整して本発明の組成物を形成し、(3)本発明
の組成物を連続帯板に鋳造し、(4)帯板を鋳造速度
で熱間圧延し、(5)得られた帯板材料をさまざまに
冷間圧延して、各種の缶要素の製造に適した厚み
と特性の薄板形態にする、ことからなる。本発明の合金組成物の使用により、薄板材料の
製造およびこの薄板材料からの缶要素の製造にお
いて、下記の点を含むいくつかの利点が得られ
る。 (1) 慣用の缶ぶた用合金に比べて熱応答が向上し
熱間および冷間圧延操作のエネルギー要求量が
低下する。 (2) 缶ぶた素材と缶ボデー素材の加工工程数が同
一であるために、圧延機での材料取り扱い要件
が改良される。 (3) 缶ぶた素材と缶ボデー素材を単一の組成物か
ら製作するので、合金の形成および鋳造操作を
含めた取り扱いおよび在庫整理のための合金の
分離が少なくなる。 (4) その後の缶の全要素の製造が単一の合金組成
を有する薄板材料から行なわれる。以下、本発明をさらに詳細に説明する。まず、第１図を参照すると、各種のスクラツプ
の融解、溶融体の所望組成への調整、溶融体の鋳
造、合金薄板の製造および薄板からの容器製品の
製造からなる方法は閉鎖ループ系を構成すること
が理解されよう。すなわち、製造工程で生じたス
クラツプは再循環されてプロセスの原料となる。本発明で使用されるスクラツプはプラントスク
ラツプ、製缶スクラツプおよび消費者スクラツプ
（使用済みの容器）を包含する。使用済みスクラツプの処理使用済みスクラツプとは、装飾、被覆その他で
汚染され、販売され、使用された後のアルミニウ
ム合金製品、特に缶のことを言う。本発明の方法は特にアルミニウム缶のスクラツ
プの使用に適している。好適実施態様において
は、缶は、汚れ、プラスチツク、ガラスその他の
異物の汚染がない最もきれいな状態で回収され
る。慣用のアルミニウム缶の缶ボデーは缶の端面
（缶ぶた）と分離できない。したがつて、スクラ
ツプ缶の回収時に、缶全体が押しつぶされ、平ら
にされて、袋詰めその他でコンパクトな形態にさ
れる。缶は次に慣用のグラインダ、ハンマーミ
ル、逆回転ナイフなどで断片状に細分化して、缶
を好ましくは公称直径がほぼ2.5〜4.0cmのゆるい
広がつた形態の小片にする。細分化されたアルミ
ニウムスクラツプを次いで磁気分離処理に付して
鉄および鋼の不純物を除去し、さらに重力または
サイクロン分離処理によつて紙その他の軽量の不
純物を除去する。清浄化されたスクラツプを次に
脱ラツカー炉に入れる。好適な脱ラツカー炉はロ
ータリーキルンであつて、この中でスクラツプは
回転トンネル内を熱風と共に搬送される。或い
は、脱ラツカー炉は、細分化されたスクラツプの
ほぼ15〜25cmの深さのベツドを保持するステンレ
ス鋼ベルトを有する形式のものも使用できる。加
熱空気がベルトとスクラツプに吹きこまれ、食
品・飲料用容器の表面に用いられたプラスチツチ
被膜、ならびに二酸化チタンなどの顔料を含有す
る塗布または印刷されたラベルのような有機物が
燃焼除去される。好適な炉の温度は、スクラツプの温度を、有機
被覆物質の熱分解には十分であるが、金属スクラ
ツプの酸化には不十分な熱分解温度、代表的には
480〜540℃に上昇させるような温度である。スクラツプの融解Ａスクラツプ原料本発明で用いるスクラツプは、プラントスク
ラツプ、製缶スクラツプおよび上述のように処
理された使用済みスクラツプのようなアルミニ
ウム合金材料である。使用済みスクラツプの大
部分はアルミニウム缶であり、これは代表的に
はAA5182の缶ぶた25重量％とAA3004の缶ボ
デー75重量％とを含有する。これらの合金の組
成と、これらの合金の缶スクラツプの再融解に
より得られる組成を後出の第２表に示す。プラントスクラツプはインゴツトのスカルピ
ング（皮むきくず）、圧延帯板のスライシング
（削りくず）およびその他の圧延機の操作で発
生する合金のトリムくずを含む。代表的なプラ
ントスクラツプとして、3004合金88％および
CS42合金（缶ぶたの製造に使用される別の高
マグネシウム合金）12％に基くスクラツプから
得られる初期溶融組成物の組成を後出の第３表
に示す。本発明で用いるスクラツプは、容器ならびに
缶ぶたや缶ボデーのような容器要素の製造から
得られる製缶スクラツプも包含する。製缶スク
ラツプには、缶の製造中のイヤリング（絞りジ
ワの発生）およびゴーリングによつて生ずるス
クラツプがある。本発明で用いるスクラツプ
は、合金硬化剤成分を多く含有する他のアルミ
ニウム材料も包含し、また本発明の合金から生
じた使用済み、プラントおよび製缶スクラツプ
も包含するものである。Ｂ合金の調製リサイクルされるスクラツプを、当該技術分
野で公知のように（例、米国特許第969253に記
載のように）、炉に装入する。スクラツプは炉
内で融解して溶融組成物を形成する。得られた
初期溶融体の組成は、炉に装入された各種スク
ラツプの組成と量に応じて変動がある。本発明
の方法では、この初期溶融体の組成を、下記範
囲内の組成となるように調整する。

【表】上記の数値は、本発明の合金の一般的および好
適な組成範囲を表わす。本発明の合金の組成は上
記の範囲内で変動しうるが、この範囲自体は必須
条件であり、特に主合金元素であるマグネシウム
とマンガンの範囲は重要である。マグネシウムと
マンガンは共同して本発明の合金において固溶体
強化作用を示す。したがつて、この両元素の量を
上記範囲内にすると同時に、Mg：Mnの比が
1.4：１ないし4.4：１となり、Mg＋Mnの合計量
が2.0〜3.3％となることも必須要件である。他の
痕跡量の元素も不純物としてリサイクルにより混
入してくることが考えられるが、これらは本発明
の組成物では或る限度までは許容される。このよ
うな不純物としては、0.1％までのクロム、0.25
％までの亜鉛、および各0.05％まで、合計で0.2
％までの他元素がある。銅および鉄は、使用済みスクラツプの中に不可
避的に存在するために本発明の組成物中に含有さ
れる。0.05〜0.2％の銅の存在は、低いイヤリン
グ特性を向上させ、本発明の合金の強度も増強す
る。本発明の合金の上記範囲内または好適組成に到
達するために、溶融体の組成の調整が必要となる
こともある。この調整は、過剰の合金元素を希釈
するように溶融組成物の適当な添加処理により実
施できる。鉱石から精錬と製錬によつて非合金状
の純アルミニウムを生産するのに必要な総エネル
ギーは、スクラツプアルミニウムの融解に必要な
エネルギーの約20倍に達する。したがつて、所望
の合金の製造に必要な純アルミニウムの量を低下
させると、かなりのエネルギーとコストが節約で
きる。過剰のマグネシウムが存在する場合、溶融
体のマグネシウムの量は、溶融合金に塩素ガスを
吹きこんで不溶性の塩化マグネシウムを生成さ
せ、これをドロスと共に除去することによつても
低下させることができる。ただし、この方法は合
金からのマグネシウムの損失と塩素ガスに伴なう
環境および工場内での危険性の理由から、あまり
好ましくはない。溶融体の組成の調整は、過剰の
元素を希釈するように適当な比率で、低合金アル
ミニウムを添加することによつても実施できる。次の第２表は、AA3004および5182の組成、な
らびにこれらの合金から製造された缶からなる代
表的な使用済みスクラツプの融解により得られた
化学量論的溶融組成物の組成を示す。

【表】 “溶融体”の欄でマグネシウムの数値が1.5％
になつているのは、融解過程でマグネシウムの酸
化により再溶融体のMg含有量が0.3％低下すると
の仮定に基いている。第２表の“プライム・フアクター”の欄の数値
は、溶融体の各元素を3004、5182または本発明の
合金の公称組成にするために溶融体に添加しなけ
ればならない純（プライマリー）アルミニウムの
必要添加量（％）を意味する。明細書および実施
例で用いる本発明の合金の公称組成は、マグネシ
ウム1.8％、マンガン0.7％、鉄0.45％、ケイ素
0.25％、銅0.2％およびチタン0.05％である。3004
および5182合金におけるマグネシウムとマンガン
以外の合金元素の上記の量は最大値であるので、
各合金について示されている最大プライム・フア
クターは抑制されている。上の第２表が示すように、溶融体のマグネシウ
ムの量（1.5％）を3004の代表的なマグネシウム
含有量である0.9％まで低下させようとする場合
には、缶スクラツプ溶融体組成物の重量の40％に
相当する量の純アルミニウムを加えなければなら
ない。また、溶融体のマンガン量（0.8％）を代
表的な5182の含有量（0.25％）まで低下させるた
めには、溶融体重量の70％に相当する量の純アル
ミニウムを加えねばならない。これに対して、溶
融体を本発明の合金の公称マンガン含有量にする
のに必要な純アルミニウムの量はわずかに18％で
ある。第３表は、3004合金80％とCS42合金12％から
なるプラントスクラツプに関して、第２表と同様
の事情を例示する。

【表】上記の溶融体を3004組成のマグネシウム量
（0.9％）にするのに26％の純アルミニウムが必要
であり、CS42組成のマンガン量（0.25％）にす
るのには73％の純アルミニウムの添加が必要とな
るのに対して、溶融体を本発明の合金の公称マン
ガン含有量にするのには23％の純アルミニウムだ
けでよい。第２表および第３表が実証するように、本発明
の組成物と方法は、非合金（純）アルミニウムの
調整が25％未満ですみ、これは公知の容器用合金
のどれよりも、必要な調整量が少ない。上記の表
はまた、溶融体中のスクラツプの種類が、溶融体
を所望の組成にするのに必要な純金属の添加量に
影響することも示している。本発明の組成物は、
溶融体系に加えられるスクラツプの種類によつて
は100％スクラツプの使用により到達することも
可能である。たとえば、代表的な製缶プラント
は、缶ボデーストツク（3004）83％と缶ぶたスト
ツク（CS42）17％を必要とする。これらのスト
ツクのうち、副生スクラツプが缶スクラツプ24.9
％と缶ぶたスクラツプ2.7％として発生し、正味
27.6％の製缶プラントスクラツプが融解にまわさ
れる。溶融体にはプラントスクラツプと回収され
た使用済み缶の形態の使用済みスクラツプも添加
しうる。プラントスクラツプの融解減量を５％、
回収使用済み缶の融解減量を８％と仮定して、そ
の製缶プラントで生産されたすべての缶の回収を
行なうと、本発明の合金の組成に到達するには、
溶融体にわずかに7.2％の純アルミニウムの添加
調整だけが必要となる。この量は、本発明の合金
のスクラツプの使用を含む他のスクラツプ合金を
溶融体中に使用することによつて、さらに低下さ
せることができる。従来の合金組成物の使用では、使用済みスクラ
ツプから有用な溶融合金組成物を得るのに必要な
純アルミニウム（非合金Al）の量を、融解炉へ
の装入量の40％未満に低下させるのは不可能であ
つた。本発明によると、製缶スクラツプ・プラン
トスクラツプおよび使用済みスクラツプの広範囲
の比率にわたつて、少なくとも40％のスクラツプ
を用いて本発明の組成物を調合することが可能で
ある。本発明の合金は、溶融体から合金組成物を得る
際に多数の利点をもたらす。第１の利点は、上述
したように、本発明の合金が現在出回つているア
ルミニウムスクラツプのリサイクルから容易に得
られることである。別の利点として、本発明の合
金はケイ素、鉄、銅およびその他の元素に対して
高い許容度を示す。これらの元素は慣用の合金で
は望ましくない不純物と見なされているが、使用
済みスクラツプ中には不可避的に存在する元素で
ある。たとえば、本発明では比較的高濃度のチタ
ンが許容されるが、使用済みスクラツプの相当量
は二酸化チタンを含有し、二酸化チタンは融解中
にチタンに還元されて、溶融合金中に溶解される
ので、リサイクルの見地からこのチタンの許容は
重要である。チタンの高い許容度は、スクラツプ
が何回も再溶解を受けるにつれてチタン濃度が蓄
積により増大してくることからも重量である。
0.15〜0.20％の範囲が予期されるが、これは本発
明の合金では許容されうる。別の例として、合金はスクラツプに付着した砂
または泥から比較的高濃度のケイ素を含有するこ
とがある。本発明の合金はこの程度のケイ素を許
容し、しかも上述の本発明の元素組成範囲を利用
する場合には、0.45％以上のケイ素濃度は熱処理
が可能になるという別の利点を与える。熱処理と
は、可溶性合金元素または化合物（例、Mg₂Si）
を固溶体にするのに十分な温度、一般には510〜
610℃に合金を加熱する処理のことである。次い
で、合金を急冷して、これらの元素を過飽和固溶
体状に保持する。その後、合金を室温または加熱
下に時効硬化させると、その間に析出物が生成し
て合金が硬化する。時効硬化は、後述のように、
アルミニウム容器のポリマー被覆の架橋硬化に一
般に用いられている温度で起りうる。したがつ
て、ポリマーの架橋硬化工程を包含する製缶操業
に溶体化熱処理可能な合金を使用する場合にはポ
リマーの硬化と合金の時効硬化を同時に達成でき
る。これにより、時効硬化のない場合の圧延薄板
に要求される強度より低い強度の薄板を製造する
ような薄板加工法も利用可能となる。金属の処理融解炉内の合金を所望の組成に調整した後、合
金の鋳造および仕上つた薄板の品質を損なう恐れ
のある溶解した水素および非金属介在物のような
物質を除去するために、溶融合金を処理する。塩
素と窒素もしくはアルゴンのような不活性ガスか
らなるガス状混合物を、炉底に配置した少なくと
も１本の炭素チユーブを通して送りこみ、ガスを
溶融合金中にバブルさせる。このガス状混合物を
溶融合金に約20〜40分間吹きこむと、溶融合金の
上面に浮上するドロス（渣滓）が生ずるので、こ
れを適当な方法により取り除く。本発明の合金は
マグネシウム濃度が低いので、5082、5182および
その他の慣用の缶ぶた合金に比べてドロスの生成
量とマグネシウムの燃焼量が少なくなる。浮滓を
除去した合金を、その後、酸化アルミニウムのよ
うな不活性の微粒状耐火媒体の過床に通して
過を行ない、非金属介在物をさらに除去する。
過器内で、上記のようなガス状混合物を溶融合金
の流れと向流に合金中に再度バブルさせて脱ガス
を行なう。連続帯板鋳造連続帯板鋳造とは、相互連結されたチル・ブロ
ツク（chill block）からなる２個の近接して配置
された駆動式ローラー、ベルトまたはループの間
の細長いチツプから溶融金属を流し出す方法を言
う。金属は移動式モールド間隙内で固化し、厚み
のあるインゴツトではなく薄肉のスラブ状に鋳造
される。本発明の連続帯板鋳造法は、米国特許第
3570586；3709281；3774670；3747666および
3835917に記載の鋳造装置で実施するのが好まし
い。本発明の帯板鋳造法を実施するのに用いる装置
は、鋳造機から出てくる固化中の帯板が高温保持
帯域を通過し、その後、鋳造速度でホツトミルに
直接送ることができる構造のものでなければなら
ない。本発明の連続帯板鋳造法は下記工程で説明する
ことができる。 (a) 合金組成物を移動帯板状に連続鋳造し； (b) 得られた移動帯板を、好ましくは固化が始ま
つた後で鋳造帯板を高温に保持した後、鋳造速
度で熱間圧延し； (c) 熱間圧延された帯板を巻き取つて放置するこ
とにより徐冷し； (d) 得られた合金帯板を、好ましくは瞬間的中間
焼鈍工程をはさんだ冷間圧延スケジユールで冷
間圧延する。第１工程では、リサイクルされたスクラツプか
ら得た溶融体組成物を前述のように組成調整した
後、連続移動する型を備えた帯板鋳造機で帯板状
に連続鋳造する。鋳造は、鋳放し帯板の表面領域
のセル寸法（すなわち樹枝状晶の枝間隔）が２〜
25μ、好ましくは５〜15μであり、帯板の中心部
（内部）のセル寸法（すなわち樹枝状晶の枝間
隔）が20〜120μ、好ましくは50〜80μとなるよ
うに実施する。本発明にとつて、セル寸法の測定
値は樹枝状晶の枝の間隔と等価であると考えられ
る。上記の比較的小さなセル寸法は、鋳造帯板の
深絞り特性を向上させる。セル寸法は標準的な金
属組織学的方法によつて測定され後で詳述するよ
うに、鋳造中に溶融合金が液相線温度と固相線温
度の間の温度範囲で費す時間を調整することによ
つて制御される。本発明の方法への使用が推奨さ
れる米国特許第3774670の装置のチル・ブロツク
も、微細な結晶粒度の生成に寄与する。帯板鋳造
機による鋳造帯板の厚みは利用可能な熱の最適の
利用と、それにより得られる固化速度の遅延化を
確保するためには10〜25mm、特に12〜20mmである
のが好ましい。鋳造帯板の幅についても、500〜
2000mm、特に800〜1800mmの範囲内に抑えるのが
好ましいことが判明した。固化が始まつた後、鋳造された帯板を400℃か
ら液相線温度（ほぼ600℃）までの温度に２〜15
分間保持するのが好ましい。固化開始後に、鋳造帯板を、500℃から該組成
物冷却中に固化しはじめる温度（すなわち液相線
温度）までのより高温の初期温度に10〜50秒間保
持すると、さらに有利である。鋳造帯板の高温保
持は、帯板の加熱により、または加熱なしに行な
うことができる。高温保持は、帯板が鋳造され、
鋳造機からホツトミルに連鎖式に移動する間に行
なわれる。したがつて、ホツトミルは上述の保持
時間を与えるような間隔で鋳造機の下流に配置さ
れる。本発明の方法では固化速度が比較的遅いため
に、鋳造に付随する変動（不安定さ）がかなり排
除され、その結果、常法で用いられる普通の均質
化処理は省略してもよい。さらに、不溶性の不均
質物の最適分布も得られ、これは後で実施する冷
間圧延に関して有利な特徴である。鋳造工程から
の帯板に保有されている熱は、不均質物の球状
化、微小偏析（核心）の均等化および非平衡相か
ら平衡相への変態のような構造面における、拡散
により制御される変化を促進する。液体状態からの冷却中に２つの重要な温度範囲
がある。すなわち、 (a) 液相線と固相線の間の温度範囲、△Ｔ_LS、お
よび (b) 固相線と、固相線から約100℃低い温度との
間の温度範囲、△Ｔ_S、_S-100である。 △Ｔ_LSの範囲内の冷却に要した時間は、平均二
次樹枝状晶枝間隔、すなわちセル寸法を制御す
る。これに対して、△Ｔ_S、_S-100の範囲の通過に
要した時間は上記の構造上の変化を制御する。下記の表において、これらの各温度範囲で費さ
れた時間がセル寸法の測定値から概算されてい
る。

【表】第４表のデータによると、本発明の方法による
鋳造帯板は、拡散制御変態が可能な温度範囲内
で、慣用の直接チル鋳造やキヤスターロールを使
用する帯板鋳造の場合よりはるかに長時間を費
す。そのために、このような帯板の構造において
は、付随する変態が慣用の直接チル鋳造などによ
り生ずる構造よりもずつと進展する。本発明の方
法による帯板鋳物は、ロール鋳造品または直接チ
ル鋳造品に比べてより多量の均質化を受けてい
る。上記の変態を生ずる拡散の発生は、下記のボル
ツマン因子により温度Ｔに依存する。ｆ＝Ｃ・exp（Ｅ／ＲＴ）式中、活性化エネルギーＥは35〜40kcal／ｇ．
molであり、Ｒは気体定数（1.986×10^-3kcal／
ｇ．mol.deg）である。これによると、変態の速
度は温度Ｔ_S-100での速度に比べて温度Ｔ_Sでは10
倍だけ高くなる。特に鋳放し帯板の表面部では、濃度差の均等化
に影響する拡散制御変態が特に大いに促進されこ
の変態がより急速に進行するとより微細なセル組
織ができる。この点で、本発明の方法による鋳造
帯板の微細なセル組織が、他の帯板鋳造法による
より大きなセル組織から区別される。鋳造と高温保持工程の後、鋳造帯板を鋳造速度
で少なくとも70％の圧下率に連続的に熱間圧延す
る。熱間圧延は、所望によりさらに熱を供給しな
がら、少なくとも300℃かつ非平衡固相線温度以
下の温度で開始し、それにより熱間圧延の開始時
における帯板の温度が非平衡固相線温度とそれよ
り150℃低い温度との間の範囲内にあり熱間圧延
の終了時の帯板の温度が少なくとも280℃となる
ようにする、上記の保持時間と調和した可能な最
高開始温度においてはじめて、少なくとも70％と
いう熱間成形量により、常法により得られるのと
同様な有利な帯板の品質を確実に得ることが可能
となる。約490℃の開始温度と少なくとも280℃、
好ましくは300℃以上の仕上げ温度を確保するの
が特に有利であることが判明した。初期熱間圧延
温度は440℃以上であるのが好ましく、特に490℃
以上の開始温度が好ましい。帯板を熱間圧延した後、これを巻き取り、室温
の静止空気中で放冷する。熱コイル中に貯えられ
た熱により、金属間化合物相の析出が起り、これ
は徐々に析出すると同時に、後続の冷間工程に対
して好都合ないくらかの軟化も生ずる。この工程
の過程で、たとえごくわずかにせよ再結晶が起つ
ている微候もあり、これは圧延性集合組織の減少
のために、特に帯板を缶に加工したときの圧延方
向に対して45゜での絞りじわの減少に有利な効果
を発揮する。冷却後、帯板を最終板厚、好ましくは缶ぶたと
缶ボデーの双方について0.26〜0.34mmに冷間圧延
する。或いは、帯板を少なくとも50％、好ましく
は少なくとも65％の圧下率で中間板厚を生ずる最
初のパス系列でまず冷間圧延してもよい。中間板厚への圧下後に、中間焼鈍工程を導入す
るのが特に有利であることが判明した。焼鈍とは
合金の再結晶温度より高温での熱処理と定義され
再結晶温度より低温での熱間加工により生じた合
金結晶粒の優先方位を取り除くためのものであ
る。焼鈍後、薄板を冷間圧延により加工硬化させ
る。加工硬化とは、金属に加えられる冷間加工減面
量の関数としての合金の強度増大を言う。慣用の
缶ぶた素材に比較して、本発明の合金は第２図に
示すようにより遅い速度で加工硬化する。これ
は、最終板厚を成するのに、より少ないパスです
むか、或いは同数のパスがより高速度またはより
広幅で採用できることを意味している。また、慣
用の缶ぶた素材に比べて、本発明の合金からはよ
り良好な平坦度とより少ない縁割れが得られる。
さらに、本発明の合金の加工硬化速度は慣用の
3004系缶ボデー素材に匹敵し、これは缶ボデー素
材として十分な合金強度を得るのに過大な量の冷
間加工を必要としないことを示唆している。絞りとアイオニング加工による缶ボデーを製造
するのに適した薄板の生産においては、中間焼鈍
後の冷間加工圧下率を最大75％、好ましくは40〜
60％とする。ただし、本発明の主要な特徴は、缶
ボデーと缶ぶた（或いは缶の上下の端面）の両方
に同一の組成および同一加工法（ただし、缶ぶた
用のより硬い薄板を製造するために冷間圧延スケ
ジユールは異なることを除いて）が利用される点
にあることに再度留意されたい。中間焼鈍工程は350〜500℃において最大90秒間
（昇温、温度保持および冷却時間を含めて）で実
施される。中間焼鈍においては、帯板を最大30秒
以内、好ましくは４〜15秒以内に熱処理温度まで
加熱するのがさらに有利であることが判明した。
また、中間焼鈍後に、帯板を最大25秒以内、好ま
しくは３〜15秒以内に室温付近まで冷却するのが
有利であることも見出された。ゆつくりした昇温と冷却および長い保持時間と
いう普通の中間焼鈍とは対照的なこの瞬間的中間
焼鈍の結果として、冷間圧延された帯板の圧延集
合組織は大いに抑圧されるが、強度の低下はごく
わずかである。そのため、帯板に所望の最終強度
を生ずる目的で行なわれる第２系列の冷間圧延パ
スは、あまり顕著でない圧延集合組織を生ずるこ
とになり、またより軽度の冷間加工で実施できる
ので、最終帯板の圧延集合組織の量はさらに減少
する。あまり顕著でない圧延集合組織は、圧延方
向と45゜の角度で生ずる絞りジワの量をより少量
にする。必要な圧延機設備の見地からも、瞬間的
焼鈍は、合金を524〜552℃に加熱した後、急冷す
るという上述した溶体化熱処理と適合しうる。中間焼鈍の時間と温度は、上記の範囲内におい
て、ほぼ下記の式により示されるように相互に依
存する。 lm ｔ＝Ａ／Ｔ−Ｃ式中、ｔは時間（秒）であり、Ｔは温度（〓）
であり、ＡとＣは定数である。すなわち、高温に
なるほど、対応する必要な時間は短かくなる。缶ボデーに絞り／アイオニング加工するのに適
した缶素材を製造するためには下記の冷間圧延ス
ケジユールが採用できる。巻き取られた帯板を、１台または２台以上の多
スタンド型タンデムミルで、好ましくは１回のパ
スで、3.0mmから0.34mmに（89％圧下率）圧下す
る。或いは、帯板を単スタンドミルで、3.0mmか
ら1.30mmに、0.66mmに、0.34mmにというスケジユ
ールによつて多回数パスにより冷間圧延してもよ
い。中間焼鈍と呼ばれる冷間圧延による圧下の間
の焼鈍を、必要に応じて上述のように行なう。中
間パスでひび割れが生じたり、或いは帯板の最終
冷間圧延特性を変性させたい場合には、中間焼鈍
が必要となろう。好ましい単スタンドの実施にお
いては、最終パスの前に中間焼鈍を行なう。中間
焼鈍を実施する場合には、最終パスは40〜60％の
圧下率とするのが好ましい。このやり方での中間
焼鈍は、絞り／アイオニング加工中の絞りジワの
発生を少なくするのに有益である。単スタンドミ
ルと多スタンドミルを併用して、第２図に示した
加工硬化速度にしたがつて必要な冷間加工を達成
することもできる。得られた薄板をその後所望の幅にシヤーリング
またはスリツテイングして仕上げる。こうして製
作された薄板は、降伏強度が37〜45ksi（253〜
310MPa）、好ましくは39〜42ksi（269〜
289MPa）；最高引張り強度が38〜46ksi（262〜
317MPa）、好ましくは40〜44ksi（276〜
303MPa）；伸び（ASTM）が１〜８％、好まし
くは２〜３％である。缶ぶたおよび缶底として十分な可撓性と強度を
有する缶端面素材の製造には下記の冷間圧延スケ
ジユールが使用できる。熱間圧延から得た厚さ3.0mmの帯板を、多スタ
ンド型タンデムミルで１回のパスにより91％圧下
率で0.26mmに冷間圧延する。圧下率は60〜95％の
範囲内にすべきである。圧下は或いは単スタンド
型のミルにより、3.0mmから1.30mm、0.66mm、0.34
mm、0.26mmへという４回のパスにより実施しても
よい。中間焼鈍は不要である。得られたシートを
その後所望の幅にシヤーリングまたはスリツテイ
ングして仕上げる。缶ぶた素材用の冷間圧延スケ
ジユールは下記の機械特性（圧延したままで）を
生ずる：降伏強度45〜54ksi（310〜370MPa）、好
ましくは47〜51ksi（320〜360MPa）；最高引張
り強度47〜55ksi（320〜380MPa）、好ましくは49
〜52ksi（340〜350MPa）；伸び（ASTM）１〜
５％、好ましくは１〜３％。上記の缶ボデー素材と缶端面素材に対する製造
工程は、最低の降伏強度が缶ボデー素材では
35ksi（240MPa）でなければならず、缶端面素材
では43ksi（300MPa）でなければならない（圧延
したままで）という観点に基いて十分にひずみ硬
化した薄板を製造するように意図・設計されたも
のである。しかし、他の調質を生ずるように上記
の製造工程を変更することも本発明の範囲内であ
り、このような調質には、完全焼鈍、ひずみ硬化
と部分焼鈍、ひずみ硬化と安定化、溶体化熱処
理、時効および応力除去などの工程が含まれる。
本発明の合金は、このような他の調質工程で加工
した場合には、サーデイン缶、味付き肉缶、スナ
ツク食品缶、加工食品缶、油缶、フイルム缶など
を含む容器と締付具ならびにその他の食品用また
は非食品用容器と締付具の製造にも応用できる。
この種の容器は、後述する加工操作以外の、浅絞
り／絞り／再絞り、およびスタンピングを包含す
る加工法により製造できる。次の実施例は、本発明の方法を従来の焼鈍と共
に実施した場合を例示する。実施例１本発明によるアルミニウム合金（以下、合金Ａ
とする）は、本質的にマグネシウム1.86％、マン
ガン0.66％、銅0.04％、ケイ素0.23％および鉄
0.39％からなるものであつた。3004系の缶用合金
（以下、合金Ｂとする）は、本質的にマグネシウ
ム0.9％、マンガン0.96％、銅0.09％、ケイ素0.18
％および鉄0.58％からなるものであつた。これら
の合金を帯板鋳造機で厚さ20mmの帯板に鋳造し、
鋳造機と一線に配置したホツトミルで２回の通過
で熱間圧延した後、高温のまま巻き取つた。帯板
を20mmから６mmに圧下する最初のパスは550〜420
℃の温度で行なわれ、２回目のパスは360〜320℃
で行なわれて、帯板は６mmから３mmに圧下され
た。次の冷間圧延は、帯板Ａでは３mmから0.60mmに
圧下し、帯板Ｂでは３mmから1.15mmに圧下した。
420℃で１時間中間焼鈍した後、帯板ＡとＢをさ
らに0.34mmに冷間圧延した。帯板ＡとＢの冷間圧延スケジユールは、0.34mm
の同じ最終厚みで両方の帯板が同一の強度の値を
示すように選択された。最終厚みに圧延した後帯
板Ａの降伏強度は261MPaで、耳1.6％を生じ、帯
板Ｂは261MPaの降伏強度を耳3.0％と共に示し
た。次の実施例は、本発明の合金を本発明により急
速焼鈍すると、慣用の缶ボデー合金を常法で焼鈍
したものに比べて、より低い耳とより高い強度を
生ずることを実証する。実施例２実施例１の２種の合金を上述のように処理し
て、３mmの冷間圧延用初板厚にした。この時点で
の両者の強度は似ていた。帯板Ｂは次いで３mmか
ら1.05mmに冷間圧延し、帯板Ａは３mmから0.65mm
に冷間圧延した。その後、両者の帯板を425℃で
中間焼鈍してから、さらに0.34mmに冷間圧延し
た。中間焼鈍は下記の２種類の方法で実施した。 (a) 従来法により425℃で１時間熱処理し、この
温度への昇温に約10時間、冷却に約３時間かけ
る。 (b) 本発明による短時間熱処理、すなわち425℃
で10秒間保持し、昇温に15秒、冷却に15秒要す
る。熱処理(a)と(b)は共に帯板に完全な再結晶を生じ
た。下記の第５表に示す降伏強度と耳の値が得られ
た。

【表】第５表から明らかにわかるように、本発明の短
時間熱処理は従来法の中間焼鈍に比べて、強度が
より高いにもかかわらず、より低い耳の値を生ず
る。瞬間的焼鈍後に、従来の中間焼鈍後と同様の
最終強度が得られるように冷間圧延スケジユール
を設計すると、本発明の短時間熱処理による耳の
減少は、実施例１で示されるように、さらに一層
顕著になる。実施例３実施例１の合金Ａと同一の合金を、実施例１に
記載のようにして、厚さ３mmの熱間圧延帯板にし
た。３mmから0.65mmへの冷間圧延後、３種類の異な
る中間焼鈍を採用し、その後、３種類の処理から
得られた各帯板を、缶ぶたの製造で実施されるよ
うな圧下率85％で最終厚みに冷間圧延した。強度
の値YSとUTSはそれぞれ335および340MPaであ
ることが認められた。最後に、被覆と硬化（キユア）のモデル実験と
して、帯板を190℃で８分間熱処理した（これ
は、後述のような部分的軟化を生ずる）。この部分的軟化処理後の強度の低下を、対応す
る中間焼鈍の詳細と共に、次の第６表に示す。

【表】第６表からわかるように、350℃で20秒および
425℃で20秒の２種類の短時間熱処理は、従来の
425℃で１時間の中間焼鈍に比べて後の部分的軟
化処理中に生ずる強度低下がはるかに小さくな
る。缶ボデーの製造上述の方法により製造された缶素材を、ワンピ
ースの深絞り缶ボデーに成形する。薄板をまず円
形の素板に裁断し、これをダイスの中でポンチに
沿つて金属を引き伸ばすことにより浅いカツプ状
に絞る。こうして成形されたカツプの口縁部（リ
ツプ）は１円形平面内にあるのが好ましい。カツ
プの口縁部が平らでない程度を当該技術分野では
耳（イヤリング）と称している。本発明の合金
は、32〜40％の初絞り率で、3004缶ボデー素材に
比べて、圧延方向に対して45゜で50％までの耳の
減少を示す。上の第５表に示したように、本発明
の合金では２％以下の耳の値が容易に得られる。
絞り率（直径減少率）は、素板の直径からカツプ
の直径を引いた差を、素板の直径で割ることによ
り計算される。得られた浅絞りカツプを、絞り／
アイオニング法により再絞りとアイオニング加工
する。すなわち、カツプを、徐々に円孔の直径が
減少していく一組のダイスを通過させていく。ダ
イスはアイオニング（しごき）作用を生じて、缶
の側壁を伸ばし、缶底より側壁が薄くなつた缶ボ
デーが製造される。成形される金属が軟らかすぎ
る場合には、これがアイオニングダイスの加工面
上にたまる傾向があり、これは“ゴーリング”と
呼ばれる現象であつて、絞り／アイオニング加工
の障害となり、金属の破れおよび工程の中断を生
ずる。本発明の合金は従来の缶ボデー合金より低
いゴーリングおよび工具摩耗を示す。缶ぶたの製造缶ぶたの製造においては、所望により端面用の
素材の矯正（レペリング）、清浄化、転換被覆
（conversion coating）およびプライマー塗布を
行なう。次に後述のように被覆を行なう。被覆し
た素材をプレスに送つて、浅絞りされたフランジ
つき円板であるシエルに成形する。次いで、ふた
に刻み線が設けられ（スコアリングされ）、一体
リベツトが形成されるイージー・オープンのふた
を形成するために、シエルを転換プレス
（conversion press）に送る。タブはタブ・プレ
スで別個に製造し、別個に転換プレスに送つて、
ふたにリベツト接合されてもよいし、或いはタブ
を転換プレスで別個の帯板から製作し、タブとふ
たを転換プラス内で形成および接合してもよい。
タブは缶ぶたに使用する合金とは別の合金から製
作されることが多いが、本発明の合金はタブの製
造に用いるのに十分な成形性を有する。缶ボデ
ー、ふたおよびタブの製造についてのさらに詳細
は、米国特許第3787248および3888199に記載され
ている。被覆合金容器と、その中に入つている材料との直接
接触を阻止するために、缶ぶた素材と、絞り／ア
イオニングされた缶ボデーは共にポリマー層で被
覆されるのが普通である。被覆は代表的にはエポ
キシまたはビニル系ポリマーであり、これは粉末
エマルジヨンまたは溶剤溶液の形態で金属に塗布
した後、加熱硬化させて、架橋した保護層を形成
する。被覆の硬化は一般に175〜220℃の高温度で
５〜20秒間行なわれる。この熱処理は大部分のア
ルミニウム合金を脆弱化する傾向がある。第３図
を参照すると、本発明の合金と5082合金の熱応答
が、４分の均熱（soak）時間で85％の冷間加工
圧下率に対して示されている。これらの曲線は試
験したどの均熱時間でも同様であつた。190℃で
本発明の合金の引張り強度は49ksi（340MPa）か
ら47.5ksi（330MPa）に低下したのに対し、5082
系被覆缶ぶた素材の引張り強度は58.5ksi
（400MPa）から54ksi（370MPa）に低下した。降
伏強度に対する熱応答は、5082では51から44ksi
（350から300MPa）への低下を示し、本発明の合
金では48から42ksi（330から290MPa）への低下
を示した。5182の連続鋳造帯板を190℃で８分間
加熱する別の試験では、降伏強度は本発明の組成
物では340MPaから305MPaに低下し、5182では
360MPaから290MPaに低下することが認められ
た。これらの数値は、アルミニウム容器に一般に塗
布される被覆の焼きつけと硬化に用いる加熱によ
る脆弱化が、本発明の合金より従来の缶ぶた素材
において顕著であることを示している。すなわ
ち、本発明の合金は、他の合金よりかなり低い
“圧延のまま”または予備被覆強度に製造される
こともあるが、最終製品でなお十分な強度を保有
している。伸びの曲線が実証するように、本発明
の合金は、焼き付け中の伸びの増大が5082より大
きい。したがつて、焼き付け後、本発明の合金は
他の合金より大きな程度に加工性の向上が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１態様の方法のフローシート
であり；第２図は本発明で用いる合金の加工硬化
係数を示すグラフであり；第３図は本発明で用い
る合金の熱応答を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】１絞りおよびアイオニング加工された缶ボデー
と缶の端面の製造に適したアルミニウム帯板の製
造方法であつて： (a) マンガン0.4〜1.0％とマグネシウム1.3〜2.5
％を含有し、マンガンとマグネシウムの合計量
は2.0〜3.3％であつて、マグネシウム：マンガ
ンの比が1.4：１ないし4.4：１であるアルミニ
ウム合金溶融体組成物を形成し； (b) この溶融体組成物を連続鋳造して、移動帯板
を製造し； (c) この移動帯板を、300℃から非平衡固相線温
度までの開始温度および少なくとも280℃の仕
上げ温度で、鋳造速度で熱間圧延して少なくと
も70％圧下した熱間圧延帯板を製し； (d) 得られた熱間圧延帯板を室温の静止空気中で
巻き取りおよび放冷し； (e) 冷却した帯板を最終板厚に冷間圧延する、という工程からなる方法。２該冷間圧延工程が、 (a) 熱間圧延帯板を最初のパス系列で中間板厚の
帯板に冷間圧延し； (b) この中間板厚の帯板を350〜500℃で最大90秒
間の滞留時間で焼鈍し； (c) 中間板厚の帯板を最終板厚に冷間圧延するこ
とからなる特許請求の範囲第１項記載の方法。３移動帯板を製造する該鋳造工程が、帯板の表
面領域のセル寸法を２〜25μにし、帯板の中心領
域のセル寸法を20〜120μにするように該組成物
を鋳造することからなる特許請求の範囲第１また
は２項記載の方法。４最終板厚への該冷間圧延の圧下率が40〜60％
である特許請求の範囲第２項記載の方法。５中間板厚への該冷間圧延の圧下率が少なくと
も50％である特許請求の範囲第２項記載の方法。６該焼鈍工程が30秒以下の加熱時間を有する特
許請求の範囲第２項記載の方法。７該焼鈍工程が25秒以内で室温に冷却すること
を含む特許請求の範囲第２項記載の方法。８固化が始まつた移動帯板を、400℃から該合
金の液相線温度までの温度に２〜15分間保持する
という工程をさらに包含する特許請求の範囲第１
項記載の方法。９該保持工程が、移動帯板を500℃から液相線
までの温度に10〜50秒間保持することを包含する
特許請求の範囲第８項記載の方法。１０該熱間圧延の開始温度が440℃以上である
特許請求の範囲第９項記載の方法。１１該移動帯板の厚みが10〜25mmである特許請
求の範囲第９項記載の方法。１２該アルミニウム合金溶融体組成物の形成
を、少なくとも40％のスクラツプを含有する原料
から行なう特許請求の範囲第１項記載の方法。