JP2001303162A - 自動車用アルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents
自動車用アルミニウム合金板及びその製造方法Info
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Abstract
uを含む自動車用アルミニウム合金板及びその製造方法
を提供する。 【解決手段】 自動車用アルミニウム合金板は、Si:
0.8乃至1.5質量%、Mg:0.4乃至0.7質量
%、及びCu:0.5乃至0.8質量%を含有するアル
ミニウム合金からなり、結晶粒径が10乃至40μmで
あって、酸化皮膜を含む最表面をX線光電子分光法(X
PS)により分析したときのCu含有量が前記アルミニ
ウム合金のCu含有量の1/10乃至1/2とする。
Description
されて使用されるパネル等の自動車用アルミニウム合金
板及びその製造方法に関し、特に、Al−Mg−Si系
アルミニウム合金からなり、耐糸錆性が優れた自動車用
アルミニウム合金板及びその製造方法に関する。
等の観点から、自動車の軽量化が進められている。自動
車の軽量化については、鋼板を薄肉化する他、鋼板の代
わりにアルミニウム(Al)合金板を採用することが検
討されている。
所定の部材に形成され、リン酸亜鉛等の化成処理が施さ
れ、更に電着塗装、中塗り塗装、及び上塗り塗装が行わ
れる。
性が優れたA.A又はJIS5000系(以下、500
0系という。)又は成形性及び焼付硬化性が優れたA.
A又はJIS6000系(以下、6000系という。)
のAl合金材が適しているが、特に6000系Al合金
材は成形加工性が優れているという特徴がある。
ル等として採用するためには、Al合金板を所定の部材
形状にするため、深絞り、張り出し、曲げ、及び伸びフ
ランジ等のプレス成形加工が施される。この際、深絞
り、張り出し、曲げ、及び伸びフランジ成形において
は、高い深絞り性(限界深絞り比(LDR)が大きい又
は限界深絞り高さ(LDH0)が高い)及び高い形状凍
結性を確保することが必要である。
形性を向上させる手段として、6000系Al合金板の
化学組成を制御することが行われている。特に、成形性
を向上させるために最も有効なのは、Cuの添加であ
り、このような技術は特開平6−2064号公報、特開
平6−136478号公報、特開平8−109428号
公報、特開平9−209068号公報及び特開平9−2
02933号公報等、多数開示されている。
が向上するものの、塗装後に塗膜とAl合金板との間に
糸錆という糸状の腐食が発生しやすくなる。このような
糸錆を抑制する方法の1つとして、Al合金板材の粒界
腐食と糸錆とに相関関係があるという仮説のもとに、粒
界腐食を抑制することにより、糸錆を抑制する技術が開
示されている(従来例1)。
集No.99(1995年発行)では、析出処理をする
ことにより粒界と粒内との両方にMg2Siを析出させ
粒界と粒内との電位差を同レベルにして粒界腐食を抑制
する技術が開示されている。
o.165(1997年発行)では、Zn添加により、
粒内の電位を粒界に析出するMg2Siの溶解電位と同
レベルにして粒界腐食を抑制する技術が開示されてい
る。
の化成処理皮膜と塗膜との密着性を向上させることによ
り、糸錆が抑制できるという仮説のもとにリン酸塩処理
性を改善することが検討されており、特開平6−287
672号公報では、Cuを0.01乃至5質量%添加し
た6000系等のAl合金板をエッチング等の処理によ
り、表面にCuを0.1乃至10質量%析出(濃縮)さ
せ、析出したCuをリン酸処理の際のカソード反応点と
して働かせてリン酸塩処理性を改善し、Al合金板と塗
装膜との密着性を向上させ、糸錆性を改善する技術が開
示されている(従来例2)。
1の技術のように、粒内と粒界との電位差を小さくする
と、確かにAl合金板の粒界腐食性は改善されるが、上
述したMg2Siの析出処理により、Al合金板の成形
性が低下してしまうという問題点がある。更には、Mg
2Siの析出処理を行っても、尚も糸錆が発生すること
があり、有効に錆を防止することができないという問題
点もある。
に、リン酸塩処理性を改善すべくAl合金板の表面にC
uを濃縮させた場合、Al合金板のリン酸塩処理性が改
善され、塗膜と化成処理されたAl合金板との密着性が
向上する。しかし、表面にCuを濃縮させたことによ
り、耐糸錆性が著しく低下するという問題点がある。従
って、Cuを含む6000系Al合金材の糸錆性を向上
させるためには、Al合金板の表面にCuを濃縮させる
従来例2の技術は、却って逆効果である。
受性が著しく高いCuを含む600系Al合金材の耐糸
錆性を向上させる有効な方法は今までなかったのが実状
である。
のであって、高い成形性を保ちつつ耐糸錆性を改善した
Cuを含む自動車用アルミニウム合金板及びその製造方
法を提供することを目的とする。
ルミニウム合金板は、Si:0.8乃至1.5質量%、
Mg:0.4乃至0.7質量%、及びCu:0.5乃至
0.8質量%を含有するアルミニウム合金からなり、結
晶粒径が10乃至40μmであって、酸化皮膜を含む最
表面をX線光電子分光法(XPS)により分析したとき
のCu含有量が前記アルミニウム合金のCu含有量の1
/10乃至1/2であることを特徴とする。
の製造方法は、Si:0.8乃至1.5質量%、Mg:
0.4乃至0.7質量%、及びCu:0.5乃至0.8
質量%を含有するアルミニウム合金の鋳塊をDC鋳造法
により溶製し均質化処理する工程と、所定の厚さまで熱
間圧延し、冷間圧延し、焼鈍処理を行う工程と、熱処理
炉にて所定時間の溶体化処理を行った後急冷する工程と
を有することを特徴とする。
説明する。本願発明者等は上述の問題を解決すべく、鋭
意実験研究した結果、Cuを含む6000系Al合金板
の糸錆発生の要因として、結晶粒径及び酸化被膜を含む
Al合金板の最表面のCu含有量がAl合金材の耐糸錆
性に大きく影響することを知見し、更に、添加成分を適
切な範囲とすることにより、良好な成形性を維持しつつ
高い耐糸錆性を得ることができることを見出した。
Si:0.8乃至1.5質量%、Mg:0.4乃至0.
7質量%、及びCu:0.5乃至0.8質量%を含有す
るアルミニウム合金からなり、結晶粒径が10乃至40
μmであって、酸化皮膜を含む最表面をX線光電子分光
法(XPS)により分析したときのCu含有量が前記ア
ルミニウム合金のCu含有量の1/10乃至1/2であ
る。
板の数値限定理由について説明する。
て析出し、使用時の高強度(耐力)を付与するために必
須の元素である。しかし、その含有量が0.8質量%未
満では人工時効処理をしても十分な強度が得らない。一
方、その含有量が1.5質量%を超えると、鋳造時及び
焼き入れ時に粗大な粒子として析出し、延びが劣化する
等成形性を阻害する。従って、Siの含有量は0.8乃
至1.5質量%とする。
により、Siと共にMg2Siとして析出し、また、C
u含有組成では更に、Cu、Alと化合物層を形成して
使用時の高強度(耐力)乃至焼付硬化性を付与するため
に、必須の元素である。しかし、その含有量が0.4質
量%未満であると、塗装時の焼付硬化量が低下してプレ
ス成形及び曲げ加工を受けた際の剪断変形に耐えること
ができずに割れを生じることがある。また、人工時効で
も十分な強度が得られない。一方、Mg含有量が0.7
質量%を超えると、強度(耐力)が高くなりすぎ、成形
性を阻害する。従って、Mg含有量は0.4乃至0.7
質量%とする。
出し、析出硬化性を付与すると共に、T4調質時の固溶
状態のおいて、成形性を向上させる効果を有する。しか
し、Cuの含有量が0.5質量%未満ではこれらの効果
が小さく、一方、Cuの含有量が0.8質量%を超える
と効果が飽和すると共に、Al合金材をアルカリ等で洗
浄した際に、Al合金材表面にCuが多量に析出(濃
縮)し、却ってAl合金材の耐糸錆性を劣化させる。従
って、Cuの含有量が0.5乃至0.8質量%とする。
Mg、Si及びCuの含有量を規定しているが、本発明
の目的を害しない範囲であれば、上述以外の他の成分と
して、例えば、Mn、Fe、Ti、Cr又はZn等が含
有されていてもよい。例えば、Mnであれば0.2質量
%以下、Feであれば0.3質量%以下、Tiであれば
0.1質量%以下、Crであれば0.1質量以下、Zn
であれば0.2質量%以下含有してもよい。
る。即ち、Al合金板の結晶粒径が大きすぎると、腐食
反応が1つの粒界に集中しやすく、粒界腐食の深さ方向
の進行が促進され、更に、粒界腐食の進行が促進される
と耐糸錆性が著しく劣化する。一方、結晶粒界が小さけ
れば、腐食反応が分散し、粒界腐食の深さ方向の進行が
抑制され、耐糸錆性がよくなる。
ることにより、粒界腐食の進行を抑制すべく具体的には
Al合金板の結晶粒径を10乃至40μmとする。結晶
粒径が40μmを超えると、成形性が低下すると共に、
耐糸錆性も低下する。一方、結晶粒径が10μm未満で
あると、Al合金板の生産効率が低下すると共に、耐糸
錆性は飽和する。従って、結晶粒径の大きさを10乃至
40μmとする。
で測定した。先ず、板の圧延方向の断面ミクロ写真及び
圧延方向とは直交する方向の断面ミクロ写真を夫々倍率
100倍で撮影し、この写真上で任意に縦及び横の長さ
が夫々L1及びL2の直線を引く。次いで、L1及びL
2の長さの直線上に存在する粒界の数を夫々n1及びn
2とし、下記数式1にて平均粒径を求め、各断面ミクロ
写真から求めた平均粒径の平均値を結晶粒径とした。な
お、平均粒径の大きさは、L1及びL2の長さには依存
しない。
(XPS)により分析したときのCu含有量が前記アル
ミニウム合金のCu含有量の1/10乃至1/2 本発明ではAl合金板の最表面部分のCu含有量を規定
する。この最表面部分のCu含有量とは、エスカ(ES
CA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysi
s))ともいわれるX線電子分光法(XPS(X-ray Pho
toelectron Spectroscopy))分析により検出されるC
u量であって、本発明においては、Al合金材(母材)
のCu含有量(原子%)に対するAl合金板最表面のC
u量(原子%)の比を1/10乃至1/2とするもので
ある。
面部分を酸化皮膜を含むAl合金板の最表面部としたの
は、通常、Al合金板の表面には酸化皮膜が形成される
が、製造条件によって酸化皮膜の厚さが異なり、酸化皮
膜が薄ければアルミニウム板表面のCu量を測定するこ
とになり、酸化皮膜が厚ければ、その酸化皮膜中のCu
量を測定することになり、本発明では、いずれの場合も
含むものとするためである。
エッチング装置を使用し、エッチング速度を50Å/分
としてエッチングを行い、エッチング時間が10、2
0、30秒の時点でのCu量を検出した。これにより、
Al合金板最表面から板厚方向に異なる深さ3点でのC
u量を測定し、それら平均値を最表面のCu量とした。
酸塩処理の際のカソード反応の基点として働き、確かに
リン酸塩処理は改善されるものの、Cuの濃縮によっ
て、リン酸塩処理及び塗装後においてもAl合金板の表
面にCuが必然的に残留し、この表面のCuが耐糸錆性
を著しく劣化させる。
合金材(母材)のCu含有量の1/2倍より大きい場
合、Al合金材の塗装後の糸錆の発生の感受性が高くな
り、耐糸錆性が著しく低下する。一方、Al合金板最表
面のCu含有量がAl合金材(母材)のCu含有量の1
/10より小さい場合、リン酸亜鉛処理にムラが発生
し、塗装Al合金板の耐糸錆性が低下する。従って、X
PSで測定した酸化皮膜を含むAl合金板の最表面のC
u含有量をAl合金板(母材)のCu含有量の1/10
乃至1/2とし、より好ましくは、1/9乃至1/3と
する。
板の製造方法について説明する。先ず、Si:0.8乃
至1.5質量%、Mg:0.4乃至0.7質量%、及び
Cu:0.5乃至0.8質量%を含有するアルミニウム
合金の鋳塊をDC鋳造法により溶製する。そして、均質
化処理を施した後、厚さが、例えば2.0乃至10.0
mmまで熱間圧延し、次いで、厚さが、例えば1.0m
mになるまで冷間圧延を施し、焼鈍処理を行う。なお、
このときの冷間圧延率は例えば50乃至90%である。
その後、連続熱処理炉において、例えば500℃以上
で、数秒間溶体化処理し、例えば水冷等して急冷する。
このアルミニウム合金板は冷却後に脱脂剤等で洗浄し、
リン酸塩処理された後、塗装され自動車用パネル等に加
工される。熱間圧延時の温度及び圧延率、焼鈍条件、並
びに冷間圧延率等を適切に規制することにより、アルミ
ニウム合金板の結晶粒径を10乃至40μmに制御する
ことができる。また、溶体化処理して冷却した後の洗浄
条件(例えば、洗浄温度等)を変えることにより、Al
合金板表面のCu量を制御することができる。
許請求の範囲から外れる比較例と比較してその効果につ
いて説明する。
をDC鋳造法により溶製後、均質化処理を施し、厚さが
2.0乃至10.0mmまで、厚さを変えて熱間圧延す
ることにより、Al合金板の結晶粒径を調節した。引き
続き厚さが1.0mmまで冷間圧延(冷間圧延率50乃
至90%)した。次に、焼鈍処理をした後、連続熱処理
炉において、500℃以上の温度で数秒間溶体化処理を
した後、水冷による急冷を行い、Al合金板を作製した
(T4処理)。実施例1乃至6及び比較例3乃至10の
材料は、PHが10で、温度が30℃のアルカリ洗浄液
を使用して10乃至15秒間の洗浄を行った。また、比
較例1については、PHが10で、温度が20℃のアル
カリ洗浄液を使用して5秒間の洗浄を行った。比較例2
については、PHが12で、温度が60℃のアルカリ洗
浄液を使用して30秒間の洗浄を行った。これらの供試
材の表面層のCu量(原子%)の平均値をXPSにより
上述の方法で測定し、供試材のCu含有量(原子%)に
対する供試材の表面層のCu含有量(原子%)の比を求
めた。
片法にて測定した。(Al合金材(供試材)の表層部の
Cu含有量)/(Al合金材(供試材)のCu含有量)
及び結晶粒径の測定結果を下記表1に示す。
鉛処理後の外観評価、耐糸錆性の評価、成形性の評価、
BH性(焼付硬化性)の評価、及び生産性の評価を行っ
た。
供試材をフリーフッ素を150ppm含むリン酸亜鉛浴
に浸漬してリン酸亜鉛処理を行った後、各供試材のリン
酸亜鉛処理後の外観を観察し、外観にムラのないものを
○、外観にムラのあったものを×として評価した。
に、カチオン電着塗装を施し、これら塗膜を設けた供試
材に対し、耐糸錆性の評価試験を行った。耐糸錆性評価
試験は、塗装したAl合金板の供試材の試験片の表面に
長さが5cmのスクラッチを施した後、この試験片に対
して、温度が35℃の5質量%NaCl水溶液を24時
間噴霧し、次いで、温度が40℃、湿度が80乃至85
%である恒温恒湿の雰囲気に1000時間放置して、発
生した糸錆の最大長さLを測定した。糸錆最大長さL
(mm)は、試験片の表面にスクラッチを起点として発
生した糸錆の先端からスクラッチにおろした垂線の長
さ、即ちスクラッチからの垂直方向の距離を測定し、そ
のうち最も長いものを最大長さLとした。そして、最大
長さLが、L≦1.0を◎、1.0<L≦2.0を○、
2.0<L≦3.0を△、L>3.0を×として評価し
た。
試材のエリクセン試験した。エリクセン値が10mm以
上のものを○、10mm未満のものを×として評価し
た。
%ストレッチ後、170℃で20分の加熱処理(焼付)
を行って耐力を測定した。そして、耐力が190N/m
m2以上のものを○、190N/mm2未満のものを×と
して評価した。
のものを○、10μm未満のものを×として評価した。
結晶粒径、及びAl合金板のCu含有量に対するAl合
金板最表面のCu含有量が本発明で規定する範囲内にあ
るため、リン酸亜鉛処理後の外観評価、耐糸錆性の評
価、成形性の評価、BH性の評価、及び生産性の全てに
ついて良好であった。特に、実施例1乃至5は、Al合
金板のCu含有量に対するAl合金板最表面のCu含有
量が本発明の好ましい範囲内であったため、耐糸錆性が
極めて優れていた。
u濃度が本発明で規定した範囲の下限未満であるたた
め、表面が不均一となり、リン酸亜鉛処理にムラが発生
して耐糸錆性が低下した。
規定した範囲の上限を超えているため、表面Cu濃縮し
て耐糸錆性が劣化した。
範囲の上限を超えるため、成形性及び耐糸錆性が低下
し、また、比較例10は結晶粒径が本発明で規定した範
囲の下限未満であるため、成形性及び耐糸錆性は良好で
あるが、生産性が低下した。
した範囲の上限を超えるため、成形性が低下した。ま
た、比較例12は、Si含有量が本発明で規定した範囲
の上限を超えたため、耐糸錆性が低下した。更に、比較
例13は、Mg含有量が本発明で規定した範囲の下限未
満のため、BH性が低い。更にまた、比較例14及び比
較例15は、夫々Si含有量及びCu含有量が本発明で
規定した範囲の下限未満のため、成形性が低下した。比
較例11はCu含有量が本発明で規定した範囲を超えた
ため、耐糸錆性が低下した。
Al合金のCu、Mg、及びSi含有量、Al合金の結
晶粒径、及び最表面のCu含有量を適切に規定したた
め、優れた成形性を維持しつつ、耐糸錆性が高く、更
に、リン酸亜鉛処理後の外観、焼付硬化性、及び生産性
にも優れた自動車用アルミニウム合金板を得ることがで
きる。
Claims (2)
- 【請求項1】 Si:0.8乃至1.5質量%、Mg:
0.4乃至0.7質量%、及びCu:0.5乃至0.8
質量%を含有するアルミニウム合金からなり、結晶粒径
が10乃至40μmであって、酸化皮膜を含む最表面を
X線光電子分光法(XPS)により分析したときのCu
含有量が前記アルミニウム合金のCu含有量の1/10
乃至1/2であることを特徴とする自動車用アルミニウ
ム合金板。 - 【請求項2】 Si:0.8乃至1.5質量%、Mg:
0.4乃至0.7質量%、及びCu:0.5乃至0.8
質量%を含有するアルミニウム合金の鋳塊をDC鋳造法
により溶製し均質化処理する工程と、所定の厚さまで熱
間圧延し、冷間圧延し、焼鈍処理を行う工程と、熱処理
炉にて所定時間の溶体化処理を行った後急冷する工程と
を有することを特徴とする自動車用アルミニウム合金板
の製造方法。
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