CN105008564A

CN105008564A - 铝合金板及其制造方法

Info

Publication number: CN105008564A
Application number: CN201480010144.3A
Authority: CN
Inventors: 金田大辅; 小林一德; 星野晃三
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-04-21
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2034-04-21
Also published as: JP5684849B2; KR101758005B1; TWI521067B; KR20150126963A; WO2014175228A1; TW201510234A; CN105008564B; JP2014214369A

Abstract

本发明提供一种铝合金板及其制造方法，该铝合金板含有Mg：2.2～5.5质量％、Cr：0.08～0.35质量％，Ti：限制为300质量ppm以下，V：限制为200质量ppm以下，B：限制为50质量ppm以下，Zr：限制为50质量ppm以下，Mo：限制为50质量ppm以下，余量由Al和不可避免的杂质构成，关于各Ti、V、B、Zr、Mo，在设板厚表层部的浓度为Cs(质量ppm)，板厚中央部的浓度为Cc(质量ppm)时，满足关系式(1)。1≤Cc/Cs≤3…(1)。

Description

铝合金板及其制造方法

技术领域

本发明涉及进行阳极氧化处理而被使用的铝合金板及其制造方法。

背景技术

铝成形品，以耐腐蚀性、耐磨损性的提高和装饰性提高为目的，一直以来广泛地进行阳极氧化处理。

作为铝板的阳极氧化处理的代表性的方法，是将稀硫酸、草酸等用于处理浴，以铝板作为阳极进行电解，使铝板的表面发生电化学氧化，使氧化铝的皮膜生成的方法。在处理后的铝板表面，因为形成有蜂巢状的多孔质皮膜，所以一般采用的技法是，通过沸水或乙酸镍等的高温水溶液、加压水蒸气进行水合而进行β氧化铝化，使孔壁水合膨胀而将孔封闭(称为封孔处理)，以使耐腐蚀性提高。

另一方面，Al-Mg系的JIS5000系铝合金由于强度和成形性优异，所以作为运输机械、机械部件、建材、结构材等被广泛使用。并且，对于该JIS5000系合金的铝合金板，以赋予装饰性或以进一步提高耐腐蚀性、耐气候性为目标而实施阳极氧化处理。

但是，对于铝合金板实施阳极氧化处理，会导致表面变化为合金特有的色调，因此在进行商品的着色设计上会发生制约。若对JIS5000系合金的铝合金板实施阳极氧化处理，则成为带黄色感的色调，因此提出一种尝试，就是使造成变色的原因的Cr的含量减少(专利文献1)，或使含Cr的金属间化合物的含量减少(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开平9-143602号公报

专利文献2：日本国特开2011-179094号公报

发明要解决的课题

5000系铝合金板通常在铸块的制造后经过均质化热处理、热轧等工序而制造。

但是，将如此得到的铝合金板切割成既定的尺寸后，实施阳极氧化处理时，判明在截面的板厚的中央附近，与板表面平行地发生深色的条纹图案。这样的条纹图案在商品外观上不好看，存在实现消除的要求。

发明内容

本发明鉴于这样的状况而形成，其课题是提供一种在实施阳极氧化处理时，可抑制在板厚中央附近发生条纹图案的铝合金板及其制造方法。

用于解决课题的手段

因此，本发明人等，对于这一课题的原因和对策仔细地进行研究时发现，板厚中央附近的条纹图案是铸造时在板厚中央附近有熔液中的包晶系元素集聚并被摄取的结果。此外，研究包晶系元素的集聚的程度与条纹图案的关系时，能够确定可允许的包晶系元素的含量水平，以至于确立制造这样的合金板的方法，从而完成了本发明。

即，本发明的铝合金板的特征在于，含有Mg：2.2～5.5质量％、Cr：0.08～0.35质量％，Ti：限制为300质量ppm以下、V：限制为200质量ppm以下、B：限制为50质量ppm以下、Zr：限制为50质量ppm以下、Mo：限制为50质量ppm以下，余量由Al和不可避免的杂质构成，关于所述各Ti、V、B、Zr、Mo，设板厚表层部的浓度为Cs(质量ppm)，板厚中央部的浓度为Cc(质量ppm)，分别满足关系式(1)。

1≤Cc/Cs≤3…(1)

根据这一构成，在实施阳极氧化处理时，能够有效地抑制在铝合金板的板厚中央附近发生的条纹图案。

本发明的铝合金板的制造方法的特征在于，是如下的铝合金板的制造方法，具有铸造工序、均质化热处理工序和热轧工序，在所述铸造工序中，将铸块的厚度限制为450mm以下，将铸造速度设为35mm/min以下而进行铸锭，上述铝合金板含有Mg：2.2～5.5质量％、Cr：0.08～0.35质量％，Ti：限制为300质量ppm以下、V：限制为200质量ppm以下、B：限制为50质量ppm以下、Zr：限制为50质量ppm以下、Mo：限制为50质量ppm以下，余量由Al和不可避免的杂质构成。

根据这样的制造方法，能够得到上述这样的板厚表层部与板厚中央部的Ti、V、B、Zr、Mo的浓度分布的偏差比较少的铝合金板。

发明效果

本发明的铝合金板可抑制在实施阳极氧化处理在板厚中央附近发生的条纹图案。另外，本发明的铝合金板的制造方法能够制造在实施阳极氧化处理时，在板厚中央附近发生的条纹图案得到抑制的铝合金板。

具体实施方式

以下，对于本发明的铝合金板(以下，也记述为“Al合金板”。)及其制造方法的实施方式进行说明。

〔在板厚中央附近发生的条纹图案〕

本发明人等关于对于Al合金板实施阳极氧化处理时在板厚中央附近发生条纹图案的原因进行研究的结果，推定是由于以下这样的机理导致条纹图案发生。

本发明的Al合金在铸造时的凝固进行的过程中，初晶(αAl结晶)发生。这时，初晶容易摄取Ti、V、B、Zr、Mo等的包晶系元素，这些元素的浓度变得比平均组成高。该初晶(固体)的比重重于熔液(液体)的比重，因此在熔液的内部沉降，在铸块的最深的板厚内，在板宽的中央部集聚(偏析)。

在铸造工序中，熔液从凝固池的上部被投入，一边被周围的铸模冷却，一边作为铸块(板坯)固化，被送到下方。这时熔液从与铸模接触的周围被冷却，因此相比周围，凝固池的中央附近温度高，产生从周围向中央的温度梯度。因此，在凝固池的内部，从上方的周边部朝向下方的中央部，产生等温曲线，熔液沿着这一曲线被冷却，进行初晶的结晶。但是，结晶出来的初晶沿着朝向该等温曲线的中心部的梯度，从上方的周边部向下方的中心部移动。由于这一现象发生，导致在凝固池的中心附近比较大量含有包晶系元素的铸块(板坯)被连续制造。

另外，随着凝固池的外径越大，另外凝固池越深，该偏析的程度变得越发显著。

如此制造的在中心部有包晶系元素偏析的铸块随后经过均质化热处理、热轧、冷轧、退火等工序而被加工成Al合金板。但是，中心部的包晶系元素的偏析没有在其后工序中得到修正，高浓度的包晶系元素在板厚中央附近与板表面平行地呈层状存在，在此状态下得到Al合金板。若对于此Al合金板实施阳极氧化处理，则在板截面中，因为存在包晶系元素的浓度比，所以呈现出色调的差异，条纹图案显现。

为了减少此偏析，有效的是减少包晶系元素的含量，从晶粒微细化的观点出发，常用的是添加Ti、B，而基于降低Ti、B的对策存在困难。因此，本发明人等，从以前从未顾及到的阳极氧化处理后的条纹图案有无显现这一观点出发，对于Ti、V、B、Zr、Mo等的包晶系元素的能够容许含量和在板厚表层部与板厚中央部之间的能够容许浓度比反复研究，从而能够得到以下说明的结果。

〔合金组成〕

首先，对于本发明的Al合金板的合金组成进行说明。

本发明的Al合金板含有Mg：2.2～5.5质量％、Cr：0.08～0.35质量％，Ti：限制为300质量ppm以下，V：限制为200质量ppm以下，B：限制为50质量ppm以下，Zr：限制为50质量ppm以下，Mo：限制为50质量ppm以下，余量由Al和不可避免的杂质构成。

以下对于本发明的Al合金板所含的合金成分进行说明。

(Mg：2.2～5.5质量％)

Mg使Mg2Si粒子析出，具有使Al合金板的强度提高的效果。Mg的含量低于2.2质量％时，Mg2Si粒子变少，晶粒变粗，因此发生Al合金板的外观不良。另一方面，Mg的含量高于5.5质量％时，强度变得过高，Al合金板的冲压加工性降低。为了进一步抑制冲压加工性的降低，优选使Mg含量处于3.5质量％以下。

(Cr：0.08～0.35质量％)

Cr是包晶系元素，但对于条纹图案的形成的影响微乎其微。另一方面，Cr使金属间化合物生成，对于使Al合金板的结晶组织的微细化有效。Cr的含量低于0.08质量％时，金属间化合物的生成变少，晶粒变粗，因此发生Al合金板的外观不良。为了进一步呈现这些效果，优选使Cr含量处于0.14质量％以上。另一方面，Cr的含量高于0.35质量％时，金属间化合物变多，冲压加工性降低。

(Ti：300质量ppm以下)

Ti是包晶系元素，与实施阳极氧化处理时的条纹图案的显现密切相关，因此，需要将Ti限制为300质量ppm以下。优选为Ti：100质量ppm以下。

(V：200质量ppm以下)

V是包晶系元素，与实施阳极氧化处理时的条纹图案的显现密切相关。因此，需要将V限制为200质量ppm以下。优选为V：150质量ppm以下。

(B：50质量ppm以下，Zr：50质量ppm以下，Mo：50质量ppm以下)

B、Zr、Mo是包晶系元素，在铸造工序中有被摄取到初晶之中的倾向。因此，为了更进一步抑制实施阳极氧化处理时在板厚中央附近发生的条纹图案，需要B、Zr、Mo均为50质量ppm以下。优选任意一个元素均为30质量ppm以下。此外，B、Zr、Mo的包晶系元素的含量的合计优选为100质量ppm以下。

还有，作为上述的Cr、Ti、V、B、Zr、Mo以外的包晶系元素，还有Ta、W、Nb等。但是，这些元素通常作为不可避免的杂质，仅以数质量ppm水平的含量存在，对条纹图案的影响微小，不需要考虑。

(余量：Al和不可避免的杂质)

本发明的Al合金板的成分除所述以外，余量由Al和不可避免的杂质构成。作为其他的不可避免的杂质，认为有Fe、Si、Cu、Mn、Zn等。这些元素是与本发明的条纹图案相关的包晶系元素不同的共晶系元素。这些共晶系元素与条纹图案无关，因此也可以在不损害本发明的效果的水平下含有。具体来说，如果Fe：0.35质量％以下，Si：0.30质量％以下，Cu：0.15质量％以下，Mn：0.70质量％以下，Zn：0.15质量％以下，则能够允许。

〔板厚表层部与板厚中央部的浓度比的关系式〕

接下来，对于包晶系元素的板厚表层部和板厚中央部之间的能够容许的浓度比进行说明。对于Al合金实施阳极氧化处理时，为了抑制在板厚中央附近发生条纹图案，关于Ti、V、B、Zr、Mo在板厚表层部与板厚中央部之间的能够容许的浓度比，需要如下。

即，关于各Ti、V、B、Zr、Mo，在设板厚表层部的浓度为Cs(质量ppm)，板厚中央部的浓度为Cc(质量ppm)时，需要满足关系式(1)。

1≤Cc/Cs≤3…(1)

优选为1≤Cc/Cs≤2。

为了控制Ti、V、B、Zr、Mo在板厚表层部与板厚中央部之间的浓度比，有效的是在后述的制造方法的铸造工序中，采用特定的条件。

包晶系元素的板厚表层部与板厚中央部的浓度，能够按以下的方法测量。

板厚表层部的浓度，是通过对铝合金板从最表层研磨至100μm深度，以辉光放电质谱分析法(GD-MS)进行元素分析而进行测量。板厚中央部的浓度，是通过将铝合金板研磨至板厚中央，以辉光放电质谱分析法(GD-MS)进行元素分析而进行测量。在各个分析中，作为放电条件，以3mA、1kV、分析面积10mmφ进行各金属元素的定量分析(质量ppm)。

可以根据所得到的各元素的板厚表层部的浓度和板厚中央部的浓度，求得上述的关系式(1)的比Cc/Cs。

〔关于制造方法〕

本发明的Al合金板的制造方法的特征在于，是如下的铝合金板的制造方法，具有铸造工序、均质化热处理工序和热轧工序，在所述铸造工序中，将铸块的厚度限制为450mm以下，将铸造速度设为35mm/min以下而进行铸锭，上述铝合金板含有Mg：2.2～5.5质量％、Cr：0.08～0.35质量％，Ti：限制为300质量ppm以下，V：限制为200质量ppm以下，B：限制为50质量ppm以下，Zr：限制为50质量ppm以下，Mo：限制为50质量ppm以下，余量由Al和不可避免的杂质构成。

例如，能够经过如下等工序制造：铸造具有所述组成的铸块的铸造工序；对于由铸造工序制作的铝合金铸块实施均质化热处理的工序；对于实施了均质化热处理的铸块进行热轧的工序；对于热轧的铝合金轧制板进行冷轧的工序；对于冷轧的铝合金轧制板进行退火的工序等。冷轧的工序和退火的工序根据需要进行。

关于下述特别记述以外的工序，可以遵循现有的公知的常规方法进行。

(铸造工序)

在本发明的Al合金板的制造方法中，为了抑制包晶系元素的偏析，需要以特定的条件进行铸造。

如前所述，铸块的厚度越大，等温曲线的朝向中心部的梯度越陡，偏析的程度变得更加显著。因此，需要将铸块的厚度限制为450mm以下。优选铸块的厚度为400mm以下，更优选为300mm以下。

另外，凝固池越深，即铸造速度越速，偏析的程度变得越发显著。因此，需要将铸造速度限制为35mm/min以下。优选铸造速度为30mm/min以下，更优选为20mm/min以下。

因此，在铸造工序中，需要将铸块的厚度限制为450mm以下，将铸造速度设为35mm/min以下而进行铸锭。

另外，对于铸造温度而言，以700～720℃的比较高的温度进行铸锭因为初晶的发生量变少，所以优选。

还有，由于凝固池越深，偏析的程度变得越显著，所以考虑将用于铸造的凝固池的深度变浅的方法。该方法可以通过减薄铸模，减慢铸造速度来实现，但因为与实现生产率提高相悖，所以一直以来，采用这一方法有困难。

〔铝合金板〕

本发明的Al合金板通过实施各种成形加工，能够使用于各种形状、用途。作为成形加工，有冲压成形、弯曲加工、切割加工、冲孔加工、切削加工等，没有特别限制。Al合金板的板厚也没有特别限制，但能够为1～50mm厚板。

本发明的Al合金板作为实施了阳极氧化处理的Al合金板时，其特征明显发挥。作为阳极氧化处理的方法，能够应用一直以来进行的公知的方法、条件。

如以上说明的，本发明的Al合金板能够作为运输机械、机械部件、建材、结构材等使用。特别是因为在实施阳极氧化处理时在板厚中央附近发生条纹图案的情况少，在实施阳极氧化处理的用途中，能够面向重视外观这样的用途和装饰用的用途优选使用。

实施例

以下，将本发明的实施例与比较例进行对比而具体地加以说明。还有，本发明不受这些实施例限定。

(实施例1～10，比较例1～10)

熔炼表1所示的组成的铝合金后，以铸造温度700℃，以铸造速度30mm/min进行铸造，得到400mm厚的铸块。对于该铸块进行端面车削后，以560℃进行10小时的均质化热处理后冷却至室温。接着，以400℃保持2hr而再加热后，热轧至厚度6.7mm。再实施冷轧至厚5mm，在200℃的温度下保持3小时，实施最终退火。还有，比较例9中使铸块的厚度为500mm，比较例10中使铸造速度为50mm/min，除此以外均与上述同样地进行。

对于制作的铝合金板，就以下的各项目进行评价。

(板厚表层部与板厚中央部的包晶系元素的浓度)

关于Ti、V、B、Zr、Mo，设各元素的板厚表层部的浓度为Cs(质量ppm)，板厚中央部的浓度为Cc(质量ppm)。

各元素的板厚表层部与板厚中央部的浓度按以下的方法测量。

在Al合金板的板宽的中央部，从纵长的中央部附近提取供试用试料3片。

板厚表层部的浓度，是通过对铝合金板从最表层研磨至100μm深度，以辉光放电质谱分析法(GD-MS)进行元素分析而测量。板厚中央部的浓度，是通过将铝合金板研磨至板厚中央，以辉光放电质谱分析法(GD-MS)进行元素分析而测量。在各自的分析中，作为放电条件，以3mA、1kV、分析面积10mmφ进行各金属元素的定量分析(质量ppm)。各浓度作为3片供试用试料的平均值求得。

(板厚表层部与板厚中央部的浓度比)

关于Ti、V、B、Zr、Mo，根据由上述测量得到的板厚表层部的浓度Cs(质量ppm)、板厚中央部的浓度Cc(质量ppm)，对各元素计算Cc/Cs的数值。

(截面外观)

(1)供试用试料的准备

在Al合金板的板宽的中央部，从纵长的中央部附近提取3片供试用试料。试料的切断使用剪切机，切断为150mm见方，其后，对于板截面的4面以铣削机进行镜面加工，直至剪切切断面消失的程度。

(2)阳极氧化处理前的前处理

用有机溶剂进行脱脂清洗后，在60℃、5％苛性钠水溶液中浸渍1分钟，水洗后，在20℃、30％硝酸水溶液中浸渍1分钟而进行中和。

(3)阳极氧化处理

在浴温20℃，200g/l的硫酸浴中，以电流密度2A/dm²、处理时间15min使之浸渍后，进行水洗。

(4)封孔处理

在乙酸镍水溶液中，以90℃浸渍20分钟后，水洗并干燥。

(5)截面外观的评价方法

目测确认在上述阳极氧化处理后的板截面部有无条纹图案，没有条纹图案，能够得到良好的外观的情况为○，确认到有条纹图案的情况为×。

用于实施例、比较例的铝合金的组成、评价结果显示在表1中。还有，在表1中，构成铝合金的各元素的含量中，对于脱离技术方案1的规定的数值引下划线表示。另外，含量低于测量极限的元素表示为“-”。

[表1]

由表1可知，使用本发明的组成的铝合金，以本发明的制造方法的条件制造的铝合金板(实施例1～10)，均是阳极氧化处理后的截面外观优异的铝合金板。

另一方面，比较例1、2，分别是Mg或Cr的含量高于上限值，虽然截面外观良好，但冲压加工时发生裂纹，加工性差。

比较例3的Mg的含量低于下限值。由于晶粒粗大，导致Al合金板的外观不良。

比较例4的Cr的含量低于下限值，关于Zr不满足关系式(1)，Cc/Cs高于3。截面外观差，另外由于晶粒粗大，导致Al合金板的外观也不良。

比较例5～8分别为Ti、B、V、Mo的含量高于上限值，关于Ti、B、V、Mo分别不满足关系式(1)，Cc/Cs高于3。截面外观均差。

比较例9的合金组成满足技术方案1的规定，但在铸造工序中，使铸块的厚度为500mm而进行Al合金板的制造。关于Ti不满足关系式(1)，Cc/Cs高于3，截面外观差。

比较例10的合金组成满足技术方案1的规定，但在铸造工序中，使铸造速度为50mm/min而进行Al合金板的制造。关于Ti不满足关系式(1)，Cc/Cs高于3，截面外观差。

详细并参照特定的实施方式说明了本发明，但不脱离本发明的精神和范围能够加以各种变更和修改，这对本领域技术人员来说是明确的。

本申请基于2013年4月26日申请的日本专利申请(专利申请2013-094711)，其内容在此参照并援引。

产业上的可利用性

本发明作为运输机械、机械部件、建材、结构材等被广泛使用的铝合金板有用。

Claims

1.一种铝合金板，其特征在于，含有Mg：2.2～5.5质量％、Cr：0.08～0.35质量％，Ti：限制为300质量ppm以下，V：限制为200质量ppm以下，B：限制为50质量ppm以下，Zr：限制为50质量ppm以下，Mo：限制为50质量ppm以下，余量由Al和不可避免的杂质构成，

关于所述各Ti、V、B、Zr、Mo，在设板厚表层部的浓度以质量ppm计为Cs，板厚中央部的浓度以质量ppm计为Cc时，分别满足关系式(1)，

1≤Cc/Cs≤3…(1)。

2.根据权利要求1所述的铝合金板，其特征在于，Ti含量的下限为9质量ppm，B含量的下限为2质量ppm。

3.一种铝合金板的制造方法，其特征在于，

具有铸造工序、均质化热处理工序和热轧工序，

在所述铸造工序中，将铸块的厚度限制为450mm以下，将铸造速度设为35mm/min以下而进行铸锭，

所述铝合金板含有Mg：2.2～5.5质量％、Cr：0.08～0.35质量％，Ti：限制为300质量ppm以下，V：限制为200质量ppm以下，B：限制为50质量ppm以下，Zr：限制为50质量ppm以下，Mo：限制为50质量ppm以下，余量由Al和不可避免的杂质构成。