JP2007136464A - 表面品質に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【目的】リップルマークがなく、冷間圧延後の表面割れの発生もなく、優れた表面品質と成形性をそなえ、自動車外板用材料として適用し得るＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法を提供する。
【構成】双ロール式連続鋳造圧延法によりＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を製造する方法において、上側に配置されたロール半径ｒｍｍの鋳造ロールの中心点から鋳造圧延板の方向への垂線と鋳造ロールの間に導入された溶湯が上側に配置された鋳造ロールと最初に接触する点との距離をＸｍｍとした場合、ｒ・ｓｉｎ（８π／１８０）≦Ｘ≦ＳＢ（ＳＢはセットバック（ｍｍ））の関係を満たす製造条件に設定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、表面品質に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法、詳しくは、双ロール式連続鋳造圧延法により得られ、優れた成形性と表面品質をそなえ、自動車ボディパネル用材料として適用し得るＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法に関する。

近年、自動車部品等の軽量化の要求に伴い、自動車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、自動車ボディパネル用板材料としては、Ａｌ−Ｍｇ系（ＪＩＳ５０００系）合金やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（ＪＩＳ６０００系）合金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）。

自動車ボディパネル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、従来から一般的に実施されているＩＭ法（半連続鋳造（ＤＣ鋳造）−熱間圧延−冷間圧延のプロセスを経て製造する方法）に比べて、熱間圧延工程が省略でき、製造コストの低減が期待できる双ロール式連続鋳造圧延法の適用が注目されている（例えば、特許文献２参照）。

双ロール式連続鋳造圧延法は、図１〜２に示すように、溶解炉１から樋２を通して送られるアルミニウム合金の溶湯５は、ノズル３から上下に配置された鋳造ロール４Ａ、４Ｂからなる双ロール４の間に供給され、水冷されている双ロール４の間で凝固と同時に圧延されて板厚３〜１０ｍｍの鋳造圧延板６となる。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。

上記の双ロール式連続鋳造圧延によれば、溶湯が双ロール間で急速冷却されるため、鋳造時に生成するＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系などの金属間化合物からなる晶出物が微細に分散し、従来のＩＭ法と比較して、機械的性質等の特性の向上が期待できるが、板表面にリップルマークと呼ばれる縞状組織が発生し易く、リップルマークは冷間圧延後も残存するから、リップルマークが生じた板を表面品質が重要視される自動車のフードやドアなどの外板用材料として適用するには問題がある。

リップルマーク発生の原因として、鋳造速度が毎秒１メートル程度の低速度の場合、ノズルからロールに向かって出湯された溶湯が、ロールに接触する手前のメニスカス内で凝固して、凝固した部分に高温の溶湯が乗り上げ、ロールと接触して急冷される現象が周期的に発生し、板幅方向に伸びた縞状組織が形成されリップルマークとなることが知られている。
特開平０２−１２２０４５号公報 特開平１０−１０２１７８号公報

発明者らはまた、双ロール式連続鋳造圧延法によって得られるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の冷間圧延において、１パス当たりの圧下率が小さいと、板の表層近傍が板厚中心部付近よりも優先的に変形するため、、変形量の大きい表層付近では圧延方向に沿って引張応力が働くことに起因して表面割れが生じ易くなり、特に、リップルマークが発生している板表面では、その結晶粒界に変形しにくい第２相が多く濃化しているため、総圧下率が高い冷間圧延を行った場合には割れが拡大すること、表面割れが生じているＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板に対して、塗装前の下地処理である化成処理を行うと、その表面組織が不均一になって塗装面の品質を低下させ、製品板の耐食性が著しく低下することを見出した。

本発明は、双ロール式連続鋳造圧延法によるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金鋳造圧延板の製造および得られたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金鋳造圧延板の冷間圧延における上記従来の問題を解消するために、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の鋳造圧延条件と表面品質との関係、双ロール式連続鋳造圧延法によって得られたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の冷間圧延条件と表面割れとの関係について試験、検討を行った結果としてなされたものであり、その目的は、リップルマークがなく、従来のＩＭ法によるアルミニウム合金板材と同等の表面品質をそなえるとともに、成形性に優れ、冷間圧延後の表面割れの発生もなく、自動車外板用材料として適用し得るＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法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による表面品質に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法は、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Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を製造する双ロール式連続鋳造圧延法において、上側に配置されたロール半径ｒｍｍの鋳造ロールの中心点から鋳造圧延板の方向への垂線と鋳造ロールの間に導入された溶湯が上側に配置された鋳造ロールと最初に接触する点との距離をＸｍｍとした場合、次式の関係を満たす製造条件に設定して鋳造圧延することを特徴とする。
ｒ・ｓｉｎ（８π／１８０）≦Ｘ≦ＳＢ
但し、ＳＢはセットバック（ｍｍ）

請求項２による表面品質に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法は、請求項１記載の製造条件で製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金鋳造圧延板を、１パス当たり１５％以上の圧下率で冷間圧延することを特徴とする。

本発明によれば、リップルマークがなく、従来のＩＭ法によるアルミニウム合金板材と同等の表面品質をそなえるとともに、成形性に優れ、冷間圧延後の表面割れの発生もなく、自動車外板用材料として適用し得るＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法が提供される。

本発明においては、図１〜３に示すように、上下に配置された双ロール４の葉鋳造ロール４Ａ、４Ｂの間にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の溶湯５を導入してＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板６を製造する双ロール式連続鋳造圧延法において、上側に配置されたロール半径ｒｍｍの鋳造ロール４Ａの中心点Ｏから鋳造圧延板６の方向への垂線Ｌ１と鋳造ロール４Ａ、４Ｂの間に導入された溶湯５が上側に配置された鋳造ロール４Ａと最初に接触する点Ｓとの距離をＸｍｍとした場合、次式の関係を満たす製造条件に設定して鋳造圧延することを特徴とする。
ｒ・ｓｉｎ（８π／１８０）≦Ｘ≦ＳＢ
但し、ＳＢはセットバック（垂線Ｌ１とノズル３の先端との距離）（ｍｍ）
なお、図３において、Ｌはメニスカス長さ、Ｖは鋳造ロールの周速度（ｍ／ｍｉｎ）である。

Ｘ<ｒ・ｓｉｎ（８π／１８０）の条件下では、鋳造圧延板６と鋳造ロール４Ａ、４Ｂとの接触面積が小さくなるため、鋳造ロールの抜熱によって鋳造圧延板６を十分に冷却するには、鋳造速度を低く、すなわちＶを小さくする必要がある。しかしながら、鋳造速度が低いと、ノズル３から出た溶湯５がメニスカスＬ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。ＳＢ<Ｘの条件下では、ノズル３から双ロールへの溶湯の流れが不規則となり、正常な鋳造圧延板を製造するが困難となる。

本発明による表面品質に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法はまた、上記の製造条件で製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金鋳造圧延板を、１パス当たり１５％以上の圧下率で冷間圧延することを特徴とする。

自動車用外板として使用されるアルミニウム合金板としては、冷間圧延によって仕上げられた１．０ｍｍ程度の板厚のものが一般的に用いられている。本発明のような双ロール式連続鋳造圧延法によって製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板においては、１パス当たりの圧下率を低圧下率として数パスの冷間圧延すると、板表面に割れが発生することが見出され、板厚の７０％以下、すなわち、板厚の７０％の厚さより薄い厚さまで圧延圧延可能な１パス当たりの圧下率は１５％以上であることがわかった。

冷間圧延時の各パス毎の圧下率が１５％未満では、板厚中心部よりも表層部が優先的に変形されるため、変形量が小さい板厚中心部との間で働く引張応力によって破断に至ることがあり、特に、リップルマークが発生している板表面では、けい素、鉄、マグネシウムなどの溶質原子が濃化している結晶粒界が多くなり、これらの部分で大きな割れが発生し易くなる。

１パス当たりの圧下率は１５％以上とすることにより、板厚の７０％以下の厚さまで冷間圧延した場合でも表面割れを生じることはなく、例えば、これを溶体化処理、焼入れによってＴ４に調質し、プレス成形等の加工後に塗装を施した場合、塗装前下地処理として施される化成皮膜が均一に形成され、従って均一な塗装皮膜が付与されて、塗装後の耐食性に優れた自動車外板用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が得られる。

以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明し、本発明の効果を実証する。なお、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。

実施例、比較例
図１〜３に示すような双ロール式連続鋳造圧延装置を使用し、表２に示す条件で、表１に示す組成を有する板厚６．０ｍｍのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金鋳造圧延板を製造した。鋳造ロールとしては、半径が２４０ｍｍのものを使用し、製造された鋳造圧延板は、表２〜３に示すパススケジュールで板厚１．０ｍｍまで冷間圧延した。

得られた冷間圧延板を試験材として、リップルマークの発生の有無、冷間圧延後の表面の割れ発生の有無、塗装下地処理後の化成皮膜の均一性、塗装後の耐食性を以下の方法により評価した。結果を表４に示す。

リップルマークの発生の有無：鋳造圧延板の表面観察により評価した。
冷間圧延後の表面割れ発生の有無：鋳造圧延板を表３に示す種々のパススケジュールで板厚１．０ｍｍに冷間圧延した後、冷間圧延板表面を走査型電子顕微鏡観察により観察し、表面割れの発生の有無を観察、評価した。

塗装下地処理後の化成皮膜の均一性：鋳造圧延板を、１パス当たりの圧下率２０％で板厚１．０ｍｍに冷間圧延した後、Ｔ４に調質した。得られた板に対して、一般的な自動車ボディ用材の塗装の下地処理として行われるりん酸亜鉛による化成処理を施した後、板表面を走査型電子顕微鏡観察によって観察し、形成された化成皮膜の均一性を評価した。

塗装後の耐食性：鋳造圧延板を１パス当たりの圧下率２０％で板厚１．０ｍｍに冷間圧延した後、５４０℃で５秒間の溶体化処理を施し、水道水中で焼入れてＴ４に調質し、このＴ４調質板より、幅７０ｍｍ、長さ１５０ｍｍに切り出した試験材について、塗装下地処理として、りん酸亜鉛による化成処理を行い、電着塗装ならびにその後の２度の塗装によって厚さが約９０μｍの塗膜を付与し試験材とした。この試験材の表面にカッターナイフでスクラッチを入れた後、塩水噴霧・湿潤・乾燥を１サイクルとする複合サイクル試験を８サイクル行い、板表面に発生した糸錆の最大長さを測定することにより塗装後の耐食性を評価した。なお、複合サイクル試験には、種々の条件で作製したＴ４調質板１種類当たり３枚の試験材を使用して評価した。

図４は、冷間圧延した後の板表面形態を示す走査型電子顕微鏡写真（倍率：４００倍）であり、図５は、これらの冷間圧延板を溶体化処理、焼入れてＴ４に調質した前記Ｔ４調質板に、塗装下地処理としてりん酸亜鉛による化成処理を施した後の板表面形態を示す走査型電子顕微鏡写真（倍率：４００倍）である。

表４にみられるように、本発明に従う試験材１、２には、鋳造圧延板の表面にリップルマークの発生が認められず、冷間圧延後の板表面にも割れが認められなかった（図４参照）。また、図５に示すように、化成処理を施した後の板表面には均一に分布するりん酸亜鉛の結晶が観察され、表４にみられるように、塗装後の耐食性についても最大糸錆長さは小さく良好な耐食性を示した。

これに対して、試験材３は、鋳造圧延板を、１パス当たり４〜５％と小さい圧下率で５５パスの冷間圧延を行って厚さ１．０ｍｍに仕上げたため、表４に示すように、冷間圧延後の板表面に割れが認められた（図４参照）。試験材４は、鋳造圧延板にリップルマークが発生しており、これを１パス当たり４〜５％と小さい圧下率で５５パスの冷間圧延を行って厚さ１．０ｍｍに仕上げたため、大きな割れが発生した（図４参照）。また、試験材３、４においては、化成処理を施した後の板表面のりん酸亜鉛の結晶の分布は不均一であり（図５参照）、塗装後の耐食性についても最大糸錆長さが大きく、耐食性に劣っていた。

双ロール式連続鋳造圧延法の概念図である（鋳造圧延板をシヤーで切断してシート状とする場合を示す）。 双ロール式連続鋳造圧延法の概念図である（鋳造圧延板をコイルとして巻き取る場合を示す）。 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。 発明例（試験材１、２）、比較例（試験材３、４）について、鋳造圧延板を冷間圧延した後の表面状態を表す代表的な走査型電子顕微鏡写真である。 発明例（試験材１―冷間圧延後の板表面に割れ発生無し）、比較例（試験材３―冷間圧延後の板表面に割れ発生有り）について、化成処理後の板表面のりん酸亜鉛の結晶の分布を示す走査型電子顕微鏡写真である。

符号の説明

１ 溶解炉
２ 樋
３ ノズル
４ 双ロール
４Ａ 上側鋳造ロール
４Ｂ 下側鋳造ロール
５ 溶湯
６ 鋳造圧延板
７ コイル
８ シヤー
ｒ 上側鋳造ロール径
ＳＢ セットバック
Ｌ メニスカス長さ
Ｘ 上側鋳造ロール４Ａとノズル３より導入された溶湯５が最初に接触する点Ｓと上側鋳造ロール４Ａの中心点Ｏの垂線Ｌ１との距離（Ｘ＝ＳＢ−Ｌ）
Ｖ ロール周速度（ｍ／ｍｉｎ）

Claims (2)

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Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を製造する双ロール式連続鋳造圧延法において、上側に配置されたロール半径ｒｍｍの鋳造ロールの中心点から鋳造圧延板の方向への垂線と鋳造ロールの間に導入された溶湯が上側に配置された鋳造ロールと最初に接触する点との距離をＸｍｍとした場合、次式の関係を満たす製造条件に設定して鋳造圧延することを特徴とする表面品質に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法。
   ｒ・ｓｉｎ（８π／１８０）≦Ｘ≦ＳＢ
   但し、ＳＢはセットバック（ｍｍ）
2. 請求項１記載の製造条件で製造されたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金鋳造圧延板を、１パス当たり１５％以上の圧下率で冷間圧延することを特徴とする表面品質に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法。

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