JP2006130545A - Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の双ロール式連続鋳造圧延法、該連続鋳造圧延法により製造されるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板および自動車外板、ならびに鋳造ロール - Google Patents

Abstract

【課題】双ロール式連続鋳造圧延法を適用して製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板において、板表面に発生するリップルマークおよび板厚中心部に形成される中心線偏析が抑制することを可能とする双ロール式連続鋳造圧延法、該鋳造圧延方法に基いて得られるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板および自動車外板、ならびに当該鋳造圧延方法に適用される鋳造ロールを提供する。
【解決手段】上下に配置された鋳造ロールの間にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の溶湯を導入して３〜１０ｍｍ厚さのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を製造するための双ロール式連続鋳造圧延法であって、上側に配置された鋳造ロールと導入された溶湯とが最初に接する点と上側に配置された鋳造ロールの中心点とを結んだ線と該中心点からの垂線とのなす角θを８〜１５°として鋳造圧延することを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、双ロール式連続鋳造圧延法よって製造されるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板において、従来、板表面に発生するリップルマークおよび板厚中心部に生成する中心線偏析を抑えることを可能とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の双ロール式連続鋳造圧延法、該連続鋳造圧延法により製造されるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板および自動車外板、ならびに鋳造ロールに関する。

近年、自動車車体の軽量化要求に伴い、各部位へのアルミニウム合金の適用が進められている。特に、自動車ボディ用板材料としては、Ａｌ−Ｍｇ系やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系といった合金系が一般的に使用されるが、成形性や耐食性が比較的良好で、焼き付け塗装時の時効硬化が利用できるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が注目されている（例えば、特許文献１参照）。

こうした自動車ボディ用材料として、アルミニウム合金板を使用するためには、現行の鉄鋼材料に対する材料特性の優位性を示すとともに、その製造コストを同程度以下にする必要がある。そのため、上述したように、従来のＩＭ法（ＤＣ鋳造−熱間圧延−冷間圧延）に比べて工程が簡略化でき、製造コストの低減化が期待できる連続鋳造圧延法の適用が注目されている（特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５、特許文献６、特許文献７参照）。

なお、ここでいう連続鋳造圧延法とは、装置の原理図を図1〜２に示すように、溶解炉１から樋２を通してノズル３から供給されたアルミニウム合金の溶湯５が、上下に配置された鋳造ロール４A、４Bからなる双ロール４の間に導入され、水冷されている双ロール４の間で凝固したのち圧延されて鋳造圧延板６となる。こうして得られた鋳造圧延板６は、図１に示すように、シヤー８により一定長さに切断してシート状とするか、図２に示すように、コイル７として巻き取られる。この連続鋳造圧延法で得られたアルミニウム合金鋳造板を自動車ボディシートに適用する場合、一般には、鋳造圧延板６をさらに冷間圧延し、溶体化処理によってＴ４に調質した後、プレス成形によって、目的の形状の製品とする。
特開平０２−１２２０４５号公報 特開平１０−１０２１７５号公報 特開平１０−１１０２３２号公報 特開平１０−１３０７６６号公報 特開平１０−１３０７６７号公報 特開平１０−１３０７６８号公報 特開平０８−１６５５３８号公報

自動車ボディシートには、強度や成形性、耐食性等といった材料特性とともに、製品の外観を損なわない表面品質が求められる。双ロール式連続鋳造圧延法によって製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を適用する場合、その最終製品における表面面質を従来のIM法と同程度に維持するためには、板表面に発生するリップルマークや板厚中心部に形成される中心線偏析の抑制が重要な課題の一つとなる。

このうち、リップルマークとは、鋳造板の板幅方向に沿って伸びた縞状組織のことであり、この鋳造板を冷間圧延した後も残存する。この欠陥は、特に最終製品板の塗装前処理として付与される化成皮膜が不均一になるため、塗装膜の密着性を低下させ、その表面品質を低下させる恐れがある。

一方、鋳造板に中心線偏析が発生する場合、その外観に大きな特徴は見られないが、例えば、これを冷間圧延してT4調質（溶体化処理して焼き入れ後、室温時効したもの）した後にプレス成形した場合、その表面には、リジングマークと呼ばれる縞状の欠陥が発生して、製品の外観を損なうことになる。

本発明は、双ロール式連続鋳造圧延法を適用して製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板における上記従来の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、双ロール式連続鋳造圧延法を適用して製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板において、板表面に発生するリップルマークおよび板厚中心部に形成される中心線偏析が抑制することを可能とする双ロール式連続鋳造圧延法、該鋳造圧延方法に基いて得られるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板および自動車外板、ならびに当該鋳造圧延方法に適用される鋳造ロールを提供することにある。

上記の目的を達成するための請求項１によるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の双ロール式連続鋳造圧延法は、上下に配置された鋳造ロールの間にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の溶湯を導入して３〜１０ｍｍ厚さのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を製造するための双ロール式連続鋳造圧延法であって、上側に配置された鋳造ロールと導入された溶湯とが最初に接する点と上側に配置された鋳造ロールの中心点とを結んだ線と該中心点からの垂線とのなす角θを８〜１５°として鋳造圧延することを特徴とする。

請求項２によるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板は、請求項１記載のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を冷間圧延、熱処理したことを特徴とする。

請求項３による自動車外板は、請求項２記載のＡｌ−Ｍｇをプレス加工してなることを特徴とする。

請求項４による鋳造ロールは、請求項１記載の双ロール式連続鋳造圧延法に適用する鋳造ロールであって、内部に冷却水が循環する構造を有し、該ロールの表面は平均粗さＲａ０．５〜５.０μｍに仕上げられていることを特徴とする。

本発明によれば、双ロール式連続鋳造圧延法を適用して製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板において、板表面に発生するリップルマークおよび板厚中心部に形成される中心線偏析が抑制することを可能とする双ロール式連続鋳造圧延法、該鋳造圧延方法に基いて得られるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板および自動車外板、ならびに当該鋳造圧延方法に適用される鋳造ロールが提供される。

以下、本発明を図面に基いて詳細に説明する。
図1〜２に示すように、双ロール式連続鋳造圧延法において、溶解炉１から樋２に移されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の溶湯５は、ノズル３を介して上下に配置された鋳造ロール４A、4Bからなる双ロール４の間に導入され、詳しくは、水冷されている鋳造ロール４A、４Bに接触して板厚方向全体の凝固が行われ（以下、溶湯が鋳造ロールに接触してから凝固が完了するまでの領域を凝固域）、凝固後、鋳造ロール４A、４B間で圧延されて鋳造圧延板６として双ロール４から搬出される（以下、凝固後、圧延され、双ロールから搬出されるまでの領域を圧延域）。

本発明においては、双ロール式連続鋳造圧延法に適用される鋳造ロールとして、内部に冷却水が循環する構造を有し、該ロールの表面は平均粗さＲａ０．５〜５.０μｍに仕上げられているロールを使用するのが好ましく、ロールは特殊鋼製のものとするのがより好ましい。

ロール表面の平均粗さRaが０．５μｍ未満と小さい場合には、凝固域において、溶湯とロールとの接触面積が大きくなるため、表層付近は板厚中心部付近よりも早く凝固することとなり、板厚中心部における溶湯サンプが深くなる。そのため、凝固あるいはその後の圧延によって、溶質原子が板厚中心部に排出され、これが偏析の原因になる。また、ロールの表面粗度が小さいと、抜熱による冷却能率が高いため、溶湯は、ロールより手前のメニスカス内で凝固し易くなるため、溶湯の冷却速度が周期的に変化することに起因して、リップルマークが発生する原因となる。さらに、ロール面と鋳造板との摩擦力が小さくなるため、特に、凝固後の圧下量が大きいほど、鋳造板がスリップすることで鋳造速度が安定せず、正常な鋳造組織が得られない恐れが大きい。

これに対して、ロール面の粗度が平均粗さRa５．０μｍを超えると、凝固域において、溶湯とロールとの接触面積が小さくなるため、鋳造板の冷却速度は遅くなるが、圧延域では、表面粗度が大きなロール表面が転写されることによって、鋳造板の表面積が増大し、冷却速度は逆に高くなる。したがって、このような場合、表面の凝固が開始後、比較的短時間で板厚中心部までの凝固が完了するため、板厚中心部の溶湯サンプは浅くなり、中心線偏析が抑制される。また、この場合、凝固域における冷却速度は低くなるため、リップルマークの原因となるメニスカス内での凝固は起こりにくくなる。さらに、鋳造板の表面粗度が高くなるため、ロールとの摩擦力が増大し、鋳造板がスリップすることなく、安定した圧延が実現できる。

本発明は、上下に配置された鋳造ロールの間にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の溶湯を導入して３〜１０ｍｍ厚さのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を製造するための双ロール式連続鋳造圧延法であり、この場合、図３に示すように、上側に配置された鋳造ロール４Aとノズル３を通じて導入された溶湯５とが最初に接する点Sと上側に配置された鋳造ロール４Aの中心点Oとを結んだ線L１と該中心点Oからの垂線L２とのなす角（鋳造板と鋳造ロールの接触角度）θを８〜１５°として鋳造圧延するのが好ましく、鋳造板と鋳造ロールとの接触角度θが８〜１５°の範囲になるように、セットバックSBを設定する。Lはメニスカス長さである。

θが8°未満では、鋳造板とロールとの接触面積が小さくなるため、ロールの抜熱によって鋳造板を十分に冷却するには、鋳造速度を低くする必要があるが、鋳造速度が低いと、ノズルから出た溶湯がメニスカス内で凝固し始めるため、リップルマークが発生する原因となる。一方、θが15°を超えると、鋳造板とロールとの接触面積が大きくなるため、鋳造板の冷却速度は高くなり、鋳造速度を高くすることが可能となるが、鋳造速度が高いほど、板厚中心部における溶湯サンプが深く、溶質原子が板厚中心方向に移動しやすくなるため、中心線偏析が発生する原因となる。

前記の条件により得られたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板はリップルマークや中心線偏析のない均一な組織からなり、これを冷間圧延、熱処理、例えば、冷間圧延、溶体化処理、焼入れを行ってT４調質することにより、プレス成形後の表面品質に優れた自動車ボディ用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を得ることができる。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。これらの実施例は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。

図1〜３に示した構造からなる双ロール式連続鋳造圧延装置により、表1に示した成分からなる代表的なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を表２に示す条件で製造し、得られたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を試験材として、以下の方法により、表層に見られるリップルマーク、中心線偏析の有無、リジングマーク発生の有無を評価した。なお、使用した鋳造ロールの直径は４８０mmである。

表層に見られるリップルマーク：鋳造圧延板の外観観察によって評価した。
中心線偏析の有無：得られた鋳造圧延板より、全幅×長さ３０mmの短冊状に切り出した試験材について、その板面を板厚の1/2まで機械加工によって削りだし、マクロエッチングを施して評価した。

リジングマークの発生の有無：鋳造圧延板を板厚１．０mmまで冷間圧延し、540℃で5秒間の溶体化処理を行った後、水道水中に焼き入れてT4に調質し、７日間室温に放置した板を試験材とし、試験材を幅２００mm、長さ３０mmに切断して、板幅方向に１０％の引張ひずみを与えた。この変形後の板表面に対して、スプレー塗料を用いて、１５±５μｍの膜厚になるように塗装した後、目視観察した。

評価結果を表２に示す。また、試験材、記号A（発明例）および記号D（比較例）について、鋳造圧延板の板厚中心部における代表的なマクロ組織をそれぞれ図４および図５に示す。図４にみられるように、記号Aの鋳造圧延板には、リップルマークや中心線偏析は確認されず、また、この板をT４調質後に引張変形させた場合にも、表面にリジングマークは認められず、正常な板表面品質が維持されていた。

これに対して、図５に示すように、記号Dの鋳造圧延板には、リップルマークや中心線偏析が認められ、この板をT4調質後に引張変形させた場合も、表面にもリジングマークは観察された。

本発明に関係する双ロール式連続鋳造圧延装置の概念図である（鋳造圧延板をシヤーで切断してシート状とするもの）。 本発明に関係する双ロール式連続鋳造圧延装置の概念図である（鋳造圧延板をコイルとして巻き取るももの）。 本発明に関係する双ロール式連続鋳造圧延装置の主要部分を表す概念図である。 本発明の条件に従って製造された鋳造圧延板のマクロ組織を示す表面写真である。 本発明の条件を外れた条件で製造された鋳造圧延板のマクロ組織を示す表面写真である。

符号の説明

１ 溶解炉
２ 樋
３ ノズル
４ 双ロール
４Ａ 鋳造ロール
４Ｂ 鋳造ロール
５ 溶湯
６ 鋳造圧延板
７ コイル
８ シヤー
θ 鋳造板の接触角度
Ｌ メニスカス長さ
ＳＢ セットバック
Ｖ ロール周速度

Claims (4)

1. 上下に配置された鋳造ロールの間にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の溶湯を導入して３〜１０ｍｍ厚さのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を製造するための双ロール式連続鋳造圧延法であって、上側に配置された鋳造ロールと導入された溶湯とが最初に接する点と上側に配置された鋳造ロールの中心点とを結んだ線と該中心点からの垂線とのなす角θを８〜１５°として鋳造圧延することを特徴とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の双ロール式連続鋳造圧延法。
2. 請求項１記載のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を冷間圧延、熱処理したことを特徴とするＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板。
3. 請求項２記載のＡｌ−Ｍｇをプレス加工してなることを特徴とする自動車外板。
4. 請求項１記載の双ロール式連続鋳造圧延法に適用する鋳造ロールであって、内部に冷却水が循環する構造を有し、該ロールの表面は平均粗さＲａ０．５〜５.０μｍに仕上げられていることを特徴とする鋳造ロール。

Images