JP2008045192A - 成形時のリジングマーク性に優れたアルミニウム合金板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】特に、その製造工程において、鋳塊が均質化熱処理後に一旦冷却され、その後再加熱されて熱間圧延が施されたものであり、更に、熱間圧延後に焼鈍が施されずに冷間圧延されたものであるAl−Mg−Si系アルミニウム合金板において、板の表面部だけではなく板厚中心部まで、7つの結晶方位成分の各存在率の総和を各々45%以下とするとともに、各平均結晶粒径も各々45μm以下として、成形時のリジングマークを防止でき、曲げ加工性やBH性にも優れにアルミニウム合金板とする。
【選択図】図1
Description
先ず、本発明Al合金板の組織について説明する。前記した通り、本発明が対象とする前記した二回の均質化熱処理と、熱間圧延後に焼鈍が施されずに冷間圧延されて製造される、Al−Mg−Si系アルミニウム合金板の場合には、結晶方位成分であるCube方位、回転Cube方位、Goss方位、Brass方位、S方位、Cu方位、PP方位の7つの結晶方位成分の各存在率の総和がリジングマークに大きく影響する。これらの結晶方位の違いにより隣接する結晶粒の導入歪み量(結晶性の変形量)が異なり、表面の凹凸(リジングマーク)が生じやすくなる。
集合組織のでき方は結晶系が同じでも加工法によって異なり、圧延材の場合は圧延面と圧延方向で表わされる。つまり、下記に示す様に圧延面は{○○○}で表現され、圧延方向は<△△△>で表現される。なお、○や△は整数を示している。
Cube方位:{001}<100>
CR方位:{001}<520>
RW方位:{001}<110>[Cube方位が(100)面で板面回転した方位]
Goss方位:{011}<100>
Brass方位:{011}<211>
S方位:{123}<634>
Cu方位:{112}<111>
(若しくは、D方位:{4411}<11118>)
SB方位:{681}<112>
結晶粒の各結晶方位成分の存在率は、板面方位を、SEM−EBSP[Electron Back Scattering Patternと、EBSD(Electron Back Scattering Diffraction)によって、測定・解析される。ここで、各理想方位から15°以内は、同一方位とする。
本発明では、リジングマークを抑制するために、結晶方位と同様に、平均結晶粒径も微細化する。即ち、板の最表面部から板厚1/4部までの任意の板の表面部と板厚中心部との二箇所での、各平均結晶粒径も各々45μm以下とする。言い換えると、本発明では、板の最表面部だけではなく、板厚中心部まで、平均結晶粒径を制御して、リジングマークを抑制する。
先ず、本発明が対象とする6000系Al合金板の化学成分組成について説明する。本発明が対象とする6000系Al合金板は、前記した自動車の外板用の板などとして、優れた成形性やBH性、強度、溶接性、耐食性などの諸特性が要求される。
SiはMgとともに、固溶強化と、塗装焼き付け処理などの前記低温での人工時効処理時に、強度向上に寄与する時効析出物を形成して、時効硬化能を発揮し、自動車のアウタパネルとして必要な、例えば170MPa以上の必要強度(耐力)を得るための必須の元素である。したがって、本発明過剰Si型6000系Al合金板にあって、プレス成形性、ヘム加工性などの諸特性を兼備させるための最重要元素である。
Mgは、固溶強化と、塗装焼き付け処理などの前記人工時効処理時に、Siとともに強度向上に寄与する時効析出物を形成して、時効硬化能を発揮し、パネルとして、例えば170MPa以上の必要耐力を得るための必須の元素である。
Cuは、本発明の比較的低温短時間の人工時効処理の条件で、Al合金材組織の結晶粒内への強度向上に寄与する時効析出物の形成を促進させる効果がある。また、固溶したCuは成形性を向上させる効果もある。Cu含有量が0.001%未満ではこの効果がない。一方、1.0%を越えると、耐応力腐食割れ性や、塗装後の耐蝕性の内の耐糸さび性、また溶接性を著しく劣化させる。このため、耐食性が重視される構造材用途などの場合には0.8%以下とすることが好ましい。
Mnには、均質化熱処理時に分散粒子 (分散相) を生成し、これらの分散粒子には再結晶後の粒界移動を妨げる効果があるため、微細な結晶粒を得ることができる効果がある。前記した通り、本発明Al合金板のプレス成形性やヘム加工性はAl合金組織の結晶粒が微細なほど向上する。この点、Mn含有量が0.01%未満ではこれらの効果が無い。
次ぎに、本発明Al合金板の製造方法について以下に説明する。本発明では、上記した成分組成のAl合金鋳塊が、均質化熱処理後に一旦冷却され、その後再加熱されて熱間圧延が施されたものであり、更に、熱間圧延後に焼鈍が施されずに冷間圧延されたAl合金板を対象とする。
先ず、溶解、鋳造工程では、上記6000系成分規格範囲内に溶解調整されたAl合金溶湯を、連続鋳造圧延法、半連続鋳造法(DC鋳造法)等の通常の溶解鋳造法を適宜選択して鋳造する。
次いで、前記鋳造されたAl合金鋳塊に均質化熱処理を施す。均質化熱処理の温度自体は、常法通り、500℃以上で融点未満の均質化温度が適宜選択される。この均質化熱処理は、組織の均質化、すなわち、鋳塊組織中の結晶粒内の偏析をなくすことを目的とする。この均質化温度が低いと結晶粒内の偏析を十分に無くすことができず、これが破壊の起点として作用するために、伸びフランジ性や曲げ加工性が低下する。
熱間圧延は、量産化のために、比較的大型の鋳塊を、リバース式の粗圧延機とタンデム式の仕上げ圧延機とから構成される熱延ラインによって施されることが好ましい。この熱延ラインは、通常1 基からなるリバース式の粗圧延機と、通常3 〜5 基からなるタンデム式の仕上げ圧延機とから構成される。これら粗圧延機と仕上げ圧延機では、各々複数のパスからなる圧延が施される。
この熱延板の冷間圧延前の焼鈍 (荒鈍) は、基本的に行なわないことが好ましい。この焼鈍 (荒鈍) を省略することによって、板製造の効率化や製造コストの低減が図れる。
冷間圧延では、上記熱延板を圧延して、所望の最終板厚の冷延板 (コイルも含む) に製作する。
上記鋳塊の均熱によって本発明範囲内のサイズ分布と量とに制御した分散粒子を活用し、最終の溶体化および焼入れ処理において、リジングマークを抑制するための再結晶核として、ランダムな方位を持つ再結晶方位とするためには、最終の溶体化処理の昇温速度を100℃/分以上とすることが好ましい。最終の溶体化処理の100℃/分以上の昇温過程で、上記分散粒子は、ランダムな再結晶結晶方位の形成の核として働く。昇温速度は、より好ましくは200℃/分以上、より好ましくは、300℃/分以上である。
前記調質処理後15日間の室温時効後の供試板の組織として、前記SEM−EBSPおよびEBSDを用いて、板面方位を測定・解析した。即ち、各供試板の板の最表面部と板厚中心部との二箇所でのCube方位、回転Cube方位、Goss方位、Brass方位、S方位、Cu方位、PP方位の7つの結晶方位成分の各存在率の総和を測定した。また、板の最表面部と板厚中心部との二箇所での各平均結晶粒径も測定した。
更に、前記調質処理後15日間の室温時効後の供試板の特性として、リジングマーク性、0.2%耐力(As耐力: MPa)、人工時効硬化処理後の0.2%耐力(BH耐力: MPa)を各々測定した。これらの結果を表3 に示す。
製造されたアルミニウム合金板のリジングマーク性は、実際にプレス成形した後に塗装処理せずとも評価できる。即ち、各供試板の圧延方向に直角方向に、引張試験により15%、20%ストレッチした後の、表面粗さRaを測定した。そして、15%ストレッチした後の表面粗さRaが10μm以下、20%ストレッチした後の表面粗さRaが12μm以下を各々満足する例を、成形時のリジングマーク性が優れたと評価した。
上記調質処理直後のAl合金板から、圧延方向に対し垂直方向のJISZ2201の5号試験片(25mm×50mmGL×板厚)を採取し、室温引張り試験を行った。室温引張り試験は、JISZ2241(1980)(金属材料引張り試験方法)に基づき、室温20℃で試験を行った。また、クロスヘッド速度は、5mm/分で、試験片が破断するまで一定の速度で行った。この方法によって、0.2%耐力を評価し、AS耐力とした(N数=5の平均値)。
人工時効処理能(BH性)を調査するため、これらAl合金板がパネルとしてプレス成形されることを模擬して、前記、JIS5 号試験片に、2%の歪みを予め与えた後、170℃×20分の低温短時間の人工時効硬化処理を施し、処理後の各供試板の(元板の圧延方向に平行な耐力を上記引張試験条件にて、BH後耐力(MPa)として測定した。これらの結果を表3 に各々示す。
曲げ性の評価は、供試板から長さ150mm×幅30mmの曲げ加工試験片を採取し、自動車アウタパネルのフラットヘミング加工を想定した曲げ性を評価した。即ち、試験片に対して、10%の歪みを予め加えた後、角度180°の密着曲げ(内側曲げ半径R=約0.25mm)を行った。曲げ性の評価は、曲げ加工後の試験片縁曲部の割れ発生程度を目視で確認し、下記基準に基づいて5段階で評価した。
0:肌荒れ、及び微小な割れが無い。
1:肌荒れが僅かに発生している。
2:肌荒れが発生しているものの微小なものを含めた割れは無い。
3:微小な割れが発生。
4:大きな割れが発生。
5:大きな割れが複数あるいは多数発生。
上記のランクの内、0 〜2 段階が自動車のアウタパネルとしては合格で、3 〜5 段階は不合格である。なお、前記したヘム部に挟み込まれるインナパネルの薄板化の厳しいヘム加工条件を反映させるため、インナパネルのヘム部への挟み込みは無しとした。
Claims (7)
- 質量%で、Mg:0.2〜2.5%、Si:0.3〜2.0%、Mn:0.01〜1.0%、Cu:0.001〜1.0%を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系アルミニウム合金板において、板の最表面部から板厚1/4部までの任意の板の表面部と板厚中心部との二箇所での、結晶方位成分であるCube方位、回転Cube方位、Goss方位、Brass方位、S方位、Cu方位、PP方位の7つの結晶方位成分の各存在率の総和が各々45%以下であり、板の最表面部から板厚1/4部までの任意の板の表面部と板厚中心部との二箇所での、各平均結晶粒径も各々45μm以下であることを特徴とする成形時のリジングマーク性に優れたアルミニウム合金板。
- 前記アルミニウム合金板が、SiとMgとの質量比Si/Mgが1以上である過剰Si型Al−Mg−Si系アルミニウム合金板である請求項1に記載の成形時のリジングマーク性に優れたアルミニウム合金板。
- 前記アルミニウム合金板が、Fe:1.0%以下、Cr:0.3%以下、Zr:0.3%以下、V:0.3%以下、Ti:0.1%以下、Ag:0.2%以下、Zn:1.0%以下を含むことを許容する請求項1または2に記載の成形時のリジングマーク性に優れたアルミニウム合金板。
- 前記アルミニウム合金板が、その製造工程において、均質化熱処理後に一旦冷却され、その後再加熱されて熱間圧延が施されたものであるとともに、更に、この熱間圧延後には、焼鈍が施されずに冷間圧延されたものである請求項1乃至3のいずれか1項に記載の成形時のリジングマーク性に優れたアルミニウム合金板。
- 前記製造工程において、熱間圧延がリバース式の粗圧延機とタンデム式の仕上げ圧延機とから構成されて各々複数のパスからなる圧延が施される熱延ラインによって施され、前記粗圧延における開始温度が350〜500℃の温度範囲とされ、前記仕上げ圧延における総加工率が90%以上とされるとともに、仕上げ圧延終了温度が350℃以下とされ、更に、巻き取り時の板の平均張力が20MPa以上とされている請求項4に記載の成形時のリジングマーク性に優れたアルミニウム合金板。
- 前記アルミニウム合金板を、圧延方向に直角方向に15%ストレッチした後の表面粗さRaが10μm以下であり、圧延方向に直角方向に20%ストレッチした後の表面粗さRaが12μm以下である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の成形時のリジングマーク性に優れたアルミニウム合金板。
- 前記アルミニウム合金板が自動車外板用である請求項1乃至6のいずれか1項に記載の成形時のリジングマーク性に優れたアルミニウム合金板。
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