JP2009148823A - Warm press-forming method for aluminum alloy cold-rolled sheet - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、Ｍｇを含有するアルミニウム合金冷延板、例えば、５０００系アルミニウム合金又は６０００系アルミニウム合金の冷延板を、加熱された金型を用いて温間成形するプレス成形方法に関するものである。 The present invention relates to a press forming method for warm-forming an aluminum alloy cold-rolled sheet containing Mg, for example, a cold-rolled sheet of 5000-series aluminum alloy or 6000-series aluminum alloy, using a heated mold. .
近年、自動車の車体を軽量化する手段として、鋼板からアルミニウム合金板への材料の転換が進められている。しかし、アルミニウム合金板はプレス成形性が鋼板よりも劣っているため、複雑な形状の部品への適用は困難である。また、アルミニウム合金の成形性及び強度は、Ｍｇの含有量の増加とともに向上することから、当初、自動車のパネル等の部材には、主要な元素として、Ｍｇを含有する５０００系アルミニウム合金が適用されていた。 In recent years, conversion of materials from steel plates to aluminum alloy plates has been promoted as means for reducing the weight of automobile bodies. However, since the aluminum alloy plate is inferior to the steel plate in press formability, it is difficult to apply it to a component having a complicated shape. In addition, since the formability and strength of an aluminum alloy improve as the Mg content increases, a 5000 series aluminum alloy containing Mg as a main element is initially applied to members such as automobile panels. It was.
一方、主要な元素として、ＭｇとＳｉとを含む６０００系アルミニウム合金は、５０００系アルミニウム合金と比べて、プレス成形性は劣る。しかし、６０００系アルミニウム合金は、ＭｇとＳｉの微細な析出物の生成により、焼付硬化性（Ｂａｋｅ Ｈａｒｄｅｎａｂｉｌｉｔｙ、ＢＨ性という。）を発現するという特徴がある。 On the other hand, a 6000 series aluminum alloy containing Mg and Si as main elements is inferior in press formability compared to a 5000 series aluminum alloy. However, the 6000 series aluminum alloy is characterized by exhibiting bake hardenability (called Bake Hardenability, BH property) due to the formation of fine precipitates of Mg and Si.
自動車の製造工程である焼付塗装処理では、車体に約１７０℃で２０分程度の熱処理が施される。したがって、析出強化によって、処理前に比べて強度が上昇する６０００系アルミニウム合金は、自動車の車体に好適な材料である。そのため、室温でのプレス成形性とＢＨ性を両立させた、６０００系アルミニウム合金及びその製造方法が提案されている。 In the baking coating process, which is an automobile manufacturing process, a heat treatment is performed on a vehicle body at about 170 ° C. for about 20 minutes. Therefore, the 6000 series aluminum alloy whose strength is increased by precipitation strengthening compared with that before the treatment is a material suitable for the body of an automobile. For this reason, a 6000 series aluminum alloy and a method for producing the same have been proposed that have both press formability at room temperature and BH properties.
このような材料の開発と並行して、成形性に劣るアルミニウム合金板を利用するための成形技術の開発も進められている。特に、成形性に優れる５０００系アルミニウム合金を、加熱した金型で成形すると室温での成形に比べて深絞り性が向上し、複雑な形状への成形が可能になる。本発明者らも、５０００系アルミニウム合金板の温間成形方法を提案している（例えば、特許文献１）。 In parallel with the development of such materials, development of a molding technique for utilizing an aluminum alloy plate having poor formability is also in progress. In particular, when a 5000 series aluminum alloy having excellent formability is molded with a heated mold, deep drawability is improved as compared with molding at room temperature, and molding into a complicated shape becomes possible. The present inventors have also proposed a method of warm forming a 5000 series aluminum alloy plate (for example, Patent Document 1).
また、焼付硬化性を有するアルミニウム合金の温間成形方法も提案されている（例えば、特許文献２〜４）。このうち、特許文献２では、強度を低下させ、成形性を向上させるために、析出物を生成させ、成長させる技術が提案されている。また、特許文献３では、Ｆｅ及びＭｎの固溶量を制限し、２００〜３００℃の温度での延性を改善する技術が提案されている。また、特許文献４では、ＢＨ性を発現する、溶体化処理後、室温で時効させた６０００系アルミニウム合金の温間成形方法が提案されている。 Moreover, the warm forming method of the aluminum alloy which has bake hardenability is also proposed (for example, patent documents 2-4). Among these, Patent Document 2 proposes a technique for generating and growing precipitates in order to reduce strength and improve moldability. Patent Document 3 proposes a technique for limiting the solid solution amount of Fe and Mn and improving ductility at a temperature of 200 to 300 ° C. Patent Document 4 proposes a method of warm-forming a 6000 series aluminum alloy that exhibits BH properties and is aged at room temperature after solution treatment.
従来、アルミニウム合金板はプレス成形性に劣るため、溶体化処理などの熱処理を施すことなく、冷間圧延後のアルミニウム合金板をそのままプレス成形するという発想はなかった。本発明は、自動車の車体等に好適な、プレス成形性を向上させる元素であるＭｇを含有するアルミニウム合金冷延板、特に、５０００系アルミニウム合金及び６０００系アルミニウム合金からなる、安価な冷間圧延ままの素材を用いて、高い成形性を実現する温間プレス成形方法を提案するものである。 Conventionally, since an aluminum alloy plate is inferior in press formability, there has been no idea of press forming an aluminum alloy plate after cold rolling as it is without performing heat treatment such as solution treatment. The present invention is an aluminum alloy cold-rolled sheet containing Mg, which is an element for improving press formability, suitable for automobile bodies and the like, in particular, an inexpensive cold rolling made of a 5000 series aluminum alloy and a 6000 series aluminum alloy. The present invention proposes a warm press molding method that realizes high moldability using the raw material.
Ｍｇを含有するアルミニウム合金板、例えば、５０００系アルミニウム合金板や、６０００系アルミニウム合金板は、何れも、冷間圧延ままの状態では、加工硬化により強度が極めて高い状態になっている。一般的に、加工硬化した材料に熱処理を施すと、圧延工程で導入された転位等の再配列（回復）や、再結晶が生じて、強度が大きく低下する。本発明者らは、温間プレス成形に用いられるダイスのフランジ部分の温度を、回復や再結晶が生じる温度（回復・再結晶温度域という。）にすれば、冷間圧延ままのアルミニウム合金冷延板でも、フランジ部分の強度が大きく低下すると考え、検討を行った。その結果、冷間圧延ままのアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形を行う場合には、ダイスのフランジ部分の温度を１７０℃以上、ポンチの温度をダイスのフランジ部分よりも低下させることが重要であることを見出した。これは、アルミニウム合金冷延板の、ダイスのフランジ部分に接触する材料が軟化し、ポンチ肩部に接触する材料の強度が維持されることによって、深絞り性が大きく向上するためである。本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。 An aluminum alloy plate containing Mg, for example, a 5000 series aluminum alloy plate or a 6000 series aluminum alloy plate, is in a state of extremely high strength due to work hardening in a state of cold rolling. In general, when a heat-treated material is subjected to heat treatment, rearrangement (recovery) such as dislocations introduced in the rolling process and recrystallization occur, resulting in a significant decrease in strength. If the temperature of the flange part of the die used for warm press forming is set to a temperature at which recovery or recrystallization occurs (referred to as a recovery / recrystallization temperature range), the inventors of the present invention will cool the aluminum alloy as cold-rolled. Considering the fact that the strength of the flange portion is greatly reduced even in the case of the rolled plate, the examination was conducted. As a result, when performing warm press forming of cold-rolled aluminum alloy cold-rolled sheets, it is important to lower the temperature of the die flange portion to 170 ° C or higher and lower the punch temperature than the die flange portion. I found out. This is because the aluminum alloy cold-rolled sheet softens the material in contact with the flange portion of the die and maintains the strength of the material in contact with the punch shoulder, thereby greatly improving deep drawability. This invention is made | formed based on such knowledge, The summary is as follows.
（１） 冷間圧延ままの、Ｍｇを含有するアルミニウム合金冷延板を、フランジ部分の温度が１７０℃以上であるダイスと、該ダイスのフランジ部分よりも低温であるポンチを用いて成形することを特徴とするアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
（２） アルミニウム合金冷延板が、５０００系アルミニウム合金からなることを特徴とする上記（１）に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
（３） アルミニウム合金冷延板が、質量％で、Ｍｇ：２．００〜６．００％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする上記（２）に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
（４） アルミニウム合金冷延板が、更に、質量％で、Ｃｕ：０．１０〜０．９０％を含有することを特徴とする上記（３）に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
（５） アルミニウム合金冷延板が、６０００系アルミニウム合金からなることを特徴とする上記（１）に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
（６） アルミニウム合金冷延板が、質量％で、Ｍｇ：０．１０〜２．００％、Ｓｉ：０．１０〜２．００％を含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなることを特徴とする上記（５）に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
（７） アルミニウム合金冷延板が、更に、質量％で、Ｃｕ：０．１０〜０．９０％を含有することを特徴とする上記（６）に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
（８） アルミニウム合金冷延板が、更に、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．１５０％、Ｂ：０．０００１〜０．０５００％、Ｍｎ：０．０３〜０．４０％、Ｃｒ：０．０１〜０．１５％、Ｆｅ：０．０２〜０．５０％の１種又は２種以上を含有することを特徴とする上記（３）、（４）、（６）及び（７）の何れか１項に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
（９） アルミニウム合金冷延板が、更に、質量％で、Ｚｎ：０．０３〜１．００％を含有することを特徴とする上記（３）、（４）、（６）〜（８）の何れか１項に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
（１０） ポンチの温度が、ダイスのフランジ部分の温度よりも１７０℃以上低いことを
特徴とする上記（１）〜（９）の何れか１項に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレ
ス成形方法。
(1) Forming cold rolled aluminum alloy cold rolled sheet containing Mg using a die having a flange portion temperature of 170 ° C. or higher and a punch having a lower temperature than the flange portion of the die. A method for warm-pressing an aluminum alloy cold-rolled sheet.
(2) The aluminum alloy cold-rolled sheet is made of a 5000 series aluminum alloy, wherein the aluminum alloy cold-rolled sheet is warm-pressed according to the above (1).
(3) Aluminum according to (2) above, wherein the aluminum alloy cold-rolled sheet contains, by mass%, Mg: 2.00 to 6.00%, and the balance is made of Al and inevitable impurities. Warm press forming method for alloy cold-rolled sheet.
(4) The aluminum alloy cold-rolled sheet further contains Cu: 0.10 to 0.90% by mass%, and the aluminum alloy cold-rolled sheet warm press according to (3) above Molding method.
(5) The aluminum alloy cold-rolled sheet is made of a 6000 series aluminum alloy, The aluminum alloy cold-rolled sheet warm press-forming method according to (1) above.
(6) The aluminum alloy cold-rolled sheet contains, by mass%, Mg: 0.10 to 2.00%, Si: 0.10 to 2.00%, and the balance being made of Al and inevitable impurities. The method for warm press forming of an aluminum alloy cold-rolled sheet as described in (5) above.
(7) The aluminum alloy cold-rolled sheet further contains Cu: 0.10 to 0.90% by mass%, and the aluminum alloy cold-rolled sheet warm press according to (6) above Molding method.
(8) The aluminum alloy cold-rolled sheet is further mass%, Ti: 0.005 to 0.150%, B: 0.0001 to 0.0500%, Mn: 0.03 to 0.40%, Cr The above (3), (4), (6) and (7) characterized by containing one or more of: 0.01 to 0.15%, Fe: 0.02 to 0.50% The method for warm press forming of an aluminum alloy cold-rolled sheet according to any one of the above.
(9) The above-mentioned (3), (4), (6) to (8), wherein the aluminum alloy cold-rolled sheet further contains Zn: 0.03 to 1.00% by mass. The warm press-forming method of the aluminum alloy cold-rolled sheet according to any one of the above.
(10) The warm press of the aluminum alloy cold-rolled sheet according to any one of (1) to (9) above, wherein the temperature of the punch is 170 ° C. or more lower than the temperature of the flange portion of the die Molding method.
（１１） 冷間圧延ままの、Ｍｇを含有するアルミニウム合金冷延板が、４００℃以上で焼鈍を施した熱延板を冷間圧延して製造されたことを特徴とする上記（１）〜（１０）の何れか１項に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
（１２） 冷間圧延ままの、Ｍｇを含有するアルミニウム合金冷延板が、冷間圧延及び４００℃以上での中間焼鈍を施した後、更に冷間圧延して製造されたことを特徴とする上記（１）〜（１１）の何れか１項に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
（１３） 温間プレス成形の直前の冷間圧延の圧下率が２０％以上であることを特徴とする上記（１）〜（１２）の何れか１項に記載のアルミニウム合金冷延板の温間プレス成形方法。
(11) The above-described (1) to (1), wherein the cold rolled aluminum alloy cold-rolled sheet containing Mg is manufactured by cold-rolling a hot-rolled sheet annealed at 400 ° C. or higher. (10) The hot press molding method of the aluminum alloy cold-rolled sheet according to any one of (10).
(12) The cold rolled aluminum alloy cold-rolled sheet containing Mg was manufactured by cold rolling and intermediate annealing at 400 ° C. or higher and then cold rolling. The warm press forming method of the aluminum alloy cold-rolled sheet according to any one of (1) to (11) above.
(13) The temperature of the cold rolled aluminum alloy sheet according to any one of (1) to (12) above, wherein the rolling reduction ratio of cold rolling immediately before warm press forming is 20% or more. Inter-press forming method.
本発明により、自動車の部材等に好適な、アルミニウム合金板の製造コストの低減及び成形限界の顕著な拡大が可能になり、自動車の車体の軽量化に大きく寄与し、産業上の貢献が極めて顕著である。 The present invention makes it possible to reduce the manufacturing cost of aluminum alloy plates suitable for automobile parts and the like, and to significantly increase the forming limit, greatly contributing to the weight reduction of automobile bodies, and making significant industrial contributions. It is.
本発明は、加工硬化特性を向上させるＭｇを含有するアルミニウム合金を、冷間圧延後、溶体化処理などの熱処理を施すことなく、そのまま温間プレス成形するものである。冷間圧延前の熱延板には熱延板焼鈍を施しても良い。また、冷間圧延の途中に中間焼鈍を施す場合は、最終冷間圧延後、温間プレス成形前までの間に熱処理を施さなければ、本発明に含まれる。なお、冷間圧延ままのアルミニウム合金板を、本発明では、アルミニウム合金冷延板という。 In the present invention, an aluminum alloy containing Mg that improves work hardening characteristics is warm-pressed as it is without being subjected to heat treatment such as solution treatment after cold rolling. The hot-rolled sheet before cold rolling may be subjected to hot-rolled sheet annealing. Further, in the case where intermediate annealing is performed in the middle of cold rolling, it is included in the present invention unless heat treatment is performed after the final cold rolling and before warm press forming. In addition, the cold-rolled aluminum alloy plate is referred to as an aluminum alloy cold-rolled plate in the present invention.
本発明の温間プレス成形は、ダイスのフランジ部分に接触する材料を部分的に加熱して軟化させ、ポンチ肩部に接触する部位の強度を維持し、強度差を利用して絞り成形性を高める方法である。なお、本発明では、ダイスのうち、しわ押さえ金型と相対する部分をダイスのフランジ部分という。 In the warm press molding of the present invention, the material that contacts the flange portion of the die is partially heated and softened, the strength of the portion that contacts the punch shoulder is maintained, and the drawability is improved by utilizing the strength difference. It is a way to increase. In the present invention, a portion of the die that faces the wrinkle pressing mold is referred to as a flange portion of the die.
まず、本発明の温間プレス成形は、ダイスのフランジ部分を加熱し、これに接触する材料を軟化させ、ポンチ肩部に接触する材料の強度は高いまま維持し、絞り成形を行う方法である。本発明では、アルミニウム合金冷延板のうち、ダイスのフランジ部分と接触する部位を、冷間圧延によって導入された転位の回復や、再結晶によって軟化させるため、ダイスのフランジ部分の温度を１７０℃以上とすることが必要であり、２００℃以上とすることが好ましい。一方、ダイスのフランジ部分の温度の上限は、潤滑剤の使用温度の制限により、３００℃以上とすることは難しく、２７０℃以下とすることが好ましい。 First, the warm press molding of the present invention is a method in which the flange portion of the die is heated, the material in contact with the die is softened, the strength of the material in contact with the punch shoulder is kept high, and the drawing is performed. . In the present invention, the portion of the aluminum alloy cold-rolled sheet that comes into contact with the flange portion of the die is softened by the recovery of dislocations introduced by cold rolling or by recrystallization. It is necessary to set it as the above, and it is preferable to set it as 200 degreeC or more. On the other hand, it is difficult for the upper limit of the temperature of the flange portion of the die to be 300 ° C. or higher due to the limitation of the use temperature of the lubricant, and it is preferable to set the upper limit to 270 ° C.
なお、ダイスのフランジ部分の加熱によって、スプリングバックによる成形品の形状不良を防止することができる。また、材料の温度が高い状態で穴広げ加工を施しても良い。アルミニウム合金の延性は、温度の上昇によって向上するため、温間での成形は、穴広げ性の向上にも有効である。 In addition, the shape defect of the molded product due to the spring back can be prevented by heating the flange portion of the die. Further, the hole expanding process may be performed in a state where the temperature of the material is high. Since the ductility of an aluminum alloy is improved by increasing the temperature, warm forming is also effective for improving hole expansibility.
これに対して、ポンチ肩部に接触する材料の強度は、ダイスのフランジ部分に接触する材料の強度よりも高くすることが必要である。したがって、ポンチの温度は、ダイスのフランジ部分の温度よりも低くすることが必要である。また、ダイスのフランジ部分の温度をポンチの温度よりも高くしていても、アルミニウム合金冷延板がダイスのみと接触していては、熱伝導によってポンチ肩部の温度が、ダイスのフランジ部分の温度と同等に上昇し、軟化することがある。 On the other hand, the strength of the material in contact with the punch shoulder needs to be higher than the strength of the material in contact with the flange portion of the die. Therefore, the punch temperature needs to be lower than the temperature of the flange portion of the die. Even if the temperature of the die flange portion is higher than the punch temperature, if the aluminum alloy cold-rolled sheet is in contact with only the die, the temperature of the punch shoulder due to heat conduction will be reduced. May rise as much as temperature and soften.
そのため、プレス成形を行う際には、しわ押さえ金型とダイスで材料を挟持する際に、同時に、ポンチを材料に接触させることが好ましい。また、ポンチの温度を、ダイスのフランジ部分の温度よりも、１７０℃以上低下させておくことが更に好ましい。これにより、アルミニウム合金冷延板の、ポンチ肩部に接触する部分の軟化を抑制することができる。そのためには、ポンチの内部、特に、ポンチ肩の部分の近傍で、冷媒を循環させることが好ましい。 Therefore, when performing press molding, it is preferable that the punch is brought into contact with the material at the same time when the material is sandwiched between the wrinkle holding die and the die. Further, it is more preferable that the temperature of the punch is lowered by 170 ° C. or more than the temperature of the flange portion of the die. Thereby, the softening of the part which contacts a punch shoulder part of an aluminum alloy cold-rolled sheet can be suppressed. For this purpose, it is preferable to circulate the refrigerant inside the punch, particularly in the vicinity of the punch shoulder portion.
ダイスの加熱を行う具体的な手段としては、ダイス、特に、ダイスのフランジ部分にヒーターを埋め込み、加熱すれば良い。しわ押さえ金型にヒーターを埋め込んで加熱しても良い。更に、ダイスのフランジ部分の温度とポンチの温度との差を１７０℃以上とするには、ポンチ、特に、ポンチ肩部の内部に冷媒を循環させることが好ましい。冷媒は水でも良いが、０℃以下に冷却するには、アルコール、グリセリン等を用いることが好ましい。 As a specific means for heating the die, a heater may be embedded in the die, particularly the flange portion of the die, and the die may be heated. A heater may be embedded in the wrinkle holding mold and heated. Further, in order to set the difference between the temperature of the flange portion of the die and the temperature of the punch to 170 ° C. or more, it is preferable to circulate the coolant inside the punch, particularly the punch shoulder. Although the coolant may be water, alcohol, glycerin, or the like is preferably used for cooling to 0 ° C. or lower.
本発明のアルミニウム合金冷延板は、加工硬化性が重要であるため、Ｍｇを含有していることが必要である。特に、自動車の車体に採用されている５０００系アルミニウム合金及び６０００系アルミニウム合金は、本発明には極めて好適である。 The aluminum alloy cold-rolled sheet of the present invention needs to contain Mg because work hardening is important. In particular, the 5000 series aluminum alloy and the 6000 series aluminum alloy that are employed in the body of automobiles are very suitable for the present invention.
まず、５０００系アルミニウム合金の好ましい成分組成について説明する。 First, a preferable component composition of the 5000 series aluminum alloy will be described.
Ｍｇ：Ｍｇは延性を損なうことなく強度を増加させることができる合金元素であり、加工硬化後の強度の確保、また、温間プレス成形時のフランジ部分での延性の確保という点でも有効である。この効果を十分に発現させるためには、２．００％以上のＭｇを添加することが好ましい。一方、Ｍｇ量が、６．００％を超えると、熱間圧延を行う際に、熱間加工性が低下することがある。したがって、５０００系アルミニウム合金のＭｇの添加量は２．００〜６．００％の範囲内とすることが好ましい。 Mg: Mg is an alloy element that can increase the strength without impairing the ductility, and is also effective in securing the strength after work hardening and securing the ductility at the flange portion during warm press forming. . In order to fully exhibit this effect, it is preferable to add 2.00% or more of Mg. On the other hand, when the amount of Mg exceeds 6.00%, hot workability may be deteriorated during hot rolling. Therefore, it is preferable that the addition amount of Mg in the 5000 series aluminum alloy is in the range of 2.00 to 6.00%.
Ｃｕ：Ｃｕは、５０００系アルミニウム合金の強度の向上に有効な元素であり、効果を得るには、０．１０％以上の添加が好ましい。一方、０．９０％を超えるＣｕを添加した場合は、耐食性が低下することがある。また、Ｍｇの含有量が高い場合には、熱間圧延を行う際に、熱間加工性が低下することがある。したがって、５０００系アルミニウム合金のＣｕの添加量は、０．１０〜０．９０％の範囲内とすることが好ましい。 Cu: Cu is an element effective for improving the strength of the 5000 series aluminum alloy, and in order to obtain the effect, addition of 0.10% or more is preferable. On the other hand, when Cu exceeding 0.90% is added, the corrosion resistance may decrease. In addition, when the content of Mg is high, hot workability may be reduced when hot rolling is performed. Therefore, the amount of Cu added to the 5000 series aluminum alloy is preferably within the range of 0.10 to 0.90%.
なお、５０００系アルミニウム合金に、Ｓｉが含有されることがある。しかし、５０００系アルミニウム合金では、Ｓｉは不純物であり、特に、含有量が１．００％を超えると晶出物や析出物の形成により、成形性を損なうことがある。５０００系アルミニウム合金では、Ｓｉ量の上限は、０．３％未満が好ましく、０．１％未満が更に好ましい。 Note that Si may be contained in the 5000 series aluminum alloy. However, in the 5000 series aluminum alloy, Si is an impurity. In particular, when the content exceeds 1.00%, formability may be impaired due to formation of crystallized substances and precipitates. In the 5000 series aluminum alloy, the upper limit of Si content is preferably less than 0.3%, and more preferably less than 0.1%.
次に、６０００系アルミニウム合金の好ましい成分組成について説明する。 Next, a preferable component composition of the 6000 series aluminum alloy will be described.
Ｍｇ：Ｍｇは６０００系アルミニウム合金の主要な元素であり、Ｓｉとの複合添加により、ＭｇとＳｉとを含む微細な析出物を形成し、強度を向上させる効果を有する。この効果を得るには、Ｍｇを０．１０％以上含有させることが好ましい。一方、２．００％超のＭｇを添加すると、晶出物や析出物の形成により、成形性が低下することがある。したがって、６０００系アルミニウム合金のＭｇの添加量は、０．１０〜２．００％の範囲内とすることが好ましい。特に、熱延板焼鈍や中間焼鈍を施すと、Ｍｇの固溶量が増加し、強度の向上に寄与するため、Ｍｇ量の下限値を０．２０％以上にすることが好ましく、０．３０％以上が更に好ましい下限である。 Mg: Mg is a main element of the 6000 series aluminum alloy, and has the effect of improving the strength by forming fine precipitates containing Mg and Si by complex addition with Si. In order to obtain this effect, it is preferable to contain 0.10% or more of Mg. On the other hand, when Mg of more than 2.00% is added, the formability may deteriorate due to the formation of crystallized substances and precipitates. Therefore, the amount of Mg added to the 6000 series aluminum alloy is preferably in the range of 0.10 to 2.00%. In particular, when hot-rolled sheet annealing or intermediate annealing is performed, the solid solution amount of Mg increases and contributes to the improvement of strength. Therefore, the lower limit value of the Mg amount is preferably 0.20% or more, % Or more is a more preferable lower limit.
Ｓｉ：Ｓｉは、上述のように、Ｍｇとの複合添加により、強度を向上させる元素であり、効果を得るには、０．１０％以上の添加が好ましい。一方、２．００％超のＳｉを添加すると、晶出物や析出物が形成され、成形性が低下することがある。したがって、６０００系アルミニウム合金のＳｉの添加量は、０．１０〜２．００％の範囲内とすることが好ましい。 As described above, Si: Si is an element that improves the strength by composite addition with Mg, and in order to obtain the effect, addition of 0.10% or more is preferable. On the other hand, when Si of more than 2.00% is added, a crystallized product or a precipitate is formed, and the formability may be lowered. Therefore, the amount of Si added to the 6000 series aluminum alloy is preferably in the range of 0.10 to 2.00%.
Ｃｕ：Ｃｕを６０００系アルミニウム合金に添加すると、強度やプレス成形性が向上する。その効果を十分に発揮させるためには、Ｃｕを０．１０％以上添加することが好ましい。また、０．９０％を超えるＣｕを添加した場合は、耐食性が低下することがある。したがって、６０００系アルミニウム合金のＣｕの添加量は、０．１０〜０．９０％の範囲内とすることが好ましい。 When Cu: Cu is added to a 6000 series aluminum alloy, strength and press formability are improved. In order to fully exhibit the effect, it is preferable to add 0.10% or more of Cu. Moreover, when Cu exceeding 0.90% is added, corrosion resistance may fall. Therefore, the amount of Cu added to the 6000 series aluminum alloy is preferably in the range of 0.10 to 0.90%.
５０００系アルミニウム合金及び６０００系アルミニウム合金の何れにも、結晶粒径の微細化を目的として、必要に応じて、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅのうち１種又は２種以上を含有させてもよい。 Any of 5000 series aluminum alloy and 6000 series aluminum alloy may contain one or more of Ti, B, Mn, Cr, and Fe as necessary for the purpose of reducing the crystal grain size. Also good.
Ｔｉ及びＢは、微量の添加によって鋳塊の結晶粒を微細化し、成形性等の改善に有効な元素である。この効果を得るには、Ｔｉの含有量を０．００５％以上、Ｂの含有量を０．０００１％以上とすることが好ましい。一方、Ｔｉの含有量が０．１５０％超、Ｂの含有量が０．０５００％超になると、晶出物の形成によって、成形性が劣化することがある。したがって、Ｔｉの含有量の好ましい範囲は０．００５〜０．１５０％であり、Ｂの含有量の好ましい範囲は０．０００１〜０．０５０％である。 Ti and B are effective elements for improving the formability and the like by refining the crystal grains of the ingot by adding a small amount. In order to obtain this effect, it is preferable that the Ti content is 0.005% or more and the B content is 0.0001% or more. On the other hand, if the Ti content exceeds 0.150% and the B content exceeds 0.0500%, the formability may deteriorate due to the formation of crystallized substances. Therefore, the preferable range of the Ti content is 0.005 to 0.150%, and the preferable range of the B content is 0.0001 to 0.050%.
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅは、結晶粒の微細化によって成形性を向上させる元素であり、また、強度の向上にも寄与する。この効果を得るには、Ｍｎは０．０３％以上、Ｃｒは０．０１％以上、Ｆｅは０．０２％以上を含有させることが好ましい。一方、Ｍｎが０．４０％、Ｃｒが０．１５％、Ｆｅが０．５０％を超えると、晶出物の生成により、成形性を損なうことがある。したがって、Ｍｎは０．０３〜０．４０％、Ｃｒは０．０１〜０．１５％、Ｆｅは０．０２〜０．５％の範囲とすることが好ましい。なお、結晶粒を微細化するために、Ｃｒ量の下限を０．０２％以上とすることが更に好ましい。 Mn, Cr, and Fe are elements that improve formability by refining crystal grains, and also contribute to improvement in strength. In order to obtain this effect, it is preferable to contain 0.03% or more of Mn, 0.01% or more of Cr, and 0.02% or more of Fe. On the other hand, if Mn exceeds 0.40%, Cr exceeds 0.15%, and Fe exceeds 0.50%, the formability may be impaired due to the formation of crystallized substances. Therefore, it is preferable that Mn is 0.03 to 0.40%, Cr is 0.01 to 0.15%, and Fe is 0.02 to 0.5%. In order to refine crystal grains, the lower limit of Cr content is more preferably 0.02% or more.
更に、強度を向上させるため、必要に応じて、Ｚｎを含有させてもよい。Ｚｎは、強度を向上させる元素であり、効果を得るには、含有量を０．０３％以上とすることが好ましい。一方、Ｚｎの含有量が、１．００％を超えると強度の上昇により、成形性を損なうことがある。したがって、Ｚｎの添加量は、０．０３〜１．００％とすることが好ましい。 Furthermore, in order to improve the strength, Zn may be contained as necessary. Zn is an element that improves the strength. In order to obtain the effect, the content is preferably set to 0.03% or more. On the other hand, if the Zn content exceeds 1.00%, the moldability may be impaired due to an increase in strength. Therefore, the addition amount of Zn is preferably 0.03 to 1.00%.
また、鋳塊組織の微細化に効果的であるＳｃを含有させても良い。Ｓｃは、０．０１〜０．２０％の範囲とすることが好ましい。 Moreover, you may contain Sc which is effective for refinement | miniaturization of an ingot structure | tissue. Sc is preferably in the range of 0.01 to 0.20%.
本発明のアルミニウム合金冷延板は、Ｍｇを含有するアルミニウム合金を、好ましくは、５０００系アルミニウム合金又は６０００系アルミニウム合金、更に好ましくは上述の成分からなるアルミニウム合金を、常法により、溶解、鋳造、熱間圧延し、冷間圧延して製造される。熱延板焼鈍を施しても良く、冷間圧延の途中に中間処理を施しても良い。得られたアルミニウム合金冷延板は、温間プレス成形前には溶体化処理などの熱処理を施されることなく、そのまま温間プレス成形に供される。 The aluminum alloy cold-rolled sheet of the present invention is prepared by melting and casting an Mg alloy-containing aluminum alloy, preferably a 5000 series aluminum alloy or a 6000 series aluminum alloy, more preferably an aluminum alloy comprising the above-described components, by a conventional method. Manufactured by hot rolling and cold rolling. Hot-rolled sheet annealing may be performed, and intermediate treatment may be performed in the middle of cold rolling. The obtained aluminum alloy cold-rolled sheet is directly subjected to warm press forming without being subjected to heat treatment such as solution treatment before warm press forming.
アルミニウム合金冷延板の温間プレス成形性を、より一層向上させるためには、冷間圧延前の熱延板焼鈍や、冷間圧延の途中の中間焼鈍を施すことが好ましい。熱延板焼鈍は、熱間圧延後の熱延板を４００℃以上に加熱する熱処理である。また、中間焼鈍は、冷間圧延の途中に、４００℃以上に加熱する熱処理であり、最終冷間圧延の前に施される。なお、複数回の中間焼鈍を施しても良い。 In order to further improve the warm press formability of the aluminum alloy cold-rolled sheet, it is preferable to perform hot-rolled sheet annealing before cold rolling or intermediate annealing in the middle of cold rolling. Hot-rolled sheet annealing is a heat treatment that heats a hot-rolled sheet after hot rolling to 400 ° C. or higher. The intermediate annealing is a heat treatment that is heated to 400 ° C. or higher during the cold rolling, and is performed before the final cold rolling. A plurality of intermediate annealings may be performed.
熱延板焼鈍、中間焼鈍の一方又は双方を施すと、Ｍｇ、Ｓｉの固溶が促進される。その結果、加工硬化能が大きくなり、温間成形前のアルミニウム合金冷延板の強度を高めることができる。特に、５０００系アルミニウム合金では、Ｍｇの固溶量の増加による加工硬化能の向上が顕著である。また、６０００系アルミニウム合金では、Ｍｇ、Ｓｉからなる金属間化合物が微細化して、成形性が向上する。 When one or both of hot-rolled sheet annealing and intermediate annealing are performed, solid solution of Mg and Si is promoted. As a result, work hardening ability becomes large and the intensity | strength of the aluminum alloy cold-rolled board before warm forming can be raised. In particular, in a 5000 series aluminum alloy, the improvement of work hardening ability by the increase in the amount of solid solution of Mg is remarkable. In the 6000 series aluminum alloy, the intermetallic compound composed of Mg and Si is refined, and the formability is improved.
このような効果を得るには、熱延板焼鈍、中間焼鈍の加熱温度を、４００℃以上にすることが好ましい。これは、Ｍｇを含有するアルミニウム合金板、特に、５０００系アルミニウム合金や６０００系アルミニウム合金板を４００℃以上に加熱すると、Ｍｇ、Ｓｉの固溶が促進され、加工硬化能の向上や析出物の微細化による強度や成形性の改善が顕著になるためである。加熱温度が高いほど、Ｍｇ、Ｓｉの固溶が促進されるため、融点以下であれば上限は特に規定しないが、温度が上昇するとアルミニウム合金板の強度が低下し、製造性を損なうことがあるため、５８０℃以下が好ましい。 In order to obtain such an effect, it is preferable to set the heating temperature of hot-rolled sheet annealing and intermediate annealing to 400 ° C. or higher. This is because, when an aluminum alloy plate containing Mg, in particular, a 5000 series aluminum alloy or a 6000 series aluminum alloy plate is heated to 400 ° C. or more, solid solution of Mg and Si is promoted, and work hardening ability is improved and precipitates This is because improvement in strength and formability due to miniaturization becomes remarkable. The higher the heating temperature is, the more the solid solution of Mg and Si is promoted. Therefore, the upper limit is not particularly specified as long as it is below the melting point, but when the temperature rises, the strength of the aluminum alloy plate may decrease and the productivity may be impaired Therefore, 580 ° C. or lower is preferable.
アルミニウム合金板の温度が最高温度に到達した後は、保持せずに冷却してもよいが、０．１〜５分の保持を行うことが好ましい。保持時間の下限を０.１分以上にすると、５０００系合金ではＭｇの固溶が、６０００系合金では、ＭｇとＳｉの固溶が顕著に促進される。一方、生産性を高めるためには、保持時間は５分以下とすることが好ましい。特に、生産性の観点から、加熱炉内を通板させる連続焼鈍炉を用いることが好ましい。 After the temperature of the aluminum alloy plate reaches the maximum temperature, it may be cooled without being held, but it is preferable to hold for 0.1 to 5 minutes. When the lower limit of the holding time is 0.1 minutes or more, Mg solid solution is significantly promoted in 5000 series alloys, and Mg and Si solid solution is promoted in 6000 series alloys. On the other hand, in order to increase productivity, the holding time is preferably 5 minutes or less. In particular, from the viewpoint of productivity, it is preferable to use a continuous annealing furnace that passes through the heating furnace.
また、本発明では、冷間加工の加工硬化を利用して強度を確保するため、温間プレス成形の直前の冷間圧延の圧下率は２０％以上とすることが好ましい。これは、冷間圧延の圧下率が２０％までの範囲におけるアルミニウム合金の加工硬化率が大きく、冷間圧下率を２０％以上にすることによって、引張強さを３００ＭＰａ以上にすることができるためである。図１に、Ａｌ−０.５％Ｍｇ−１．０％Ｓｉの成分組成を有する６０００系アルミニウム合金板を用いて、冷間圧延率と引張強さとの関係を調査した結果を示す。 Further, in the present invention, in order to secure strength by utilizing work hardening of cold working, it is preferable that the rolling reduction of cold rolling immediately before warm press forming is 20% or more. This is because the work hardening rate of the aluminum alloy in the range of the cold rolling reduction of up to 20% is large, and the tensile strength can be increased to 300 MPa or more by setting the cold rolling reduction to 20% or more. It is. FIG. 1 shows the results of investigating the relationship between the cold rolling rate and the tensile strength using a 6000 series aluminum alloy sheet having a component composition of Al-0.5% Mg-1.0% Si.
図１に示したように、冷間圧延が２０％程度までは、冷間圧下率に対する引張り強さの上昇率が高く、２０％以上では、引張強さが３００ＭＰａ以上になるものの、加工硬化による強度の上昇率が鈍化している。冷間圧延の圧下率を２０％以上にすると、特に、熱延板焼鈍を施す場合は、Ｍｇ、Ｓｉの固溶量が多いため、強度上昇が顕著になる。 As shown in FIG. 1, when the cold rolling is up to about 20%, the rate of increase of the tensile strength with respect to the cold reduction rate is high, and when it is 20% or more, the tensile strength is 300 MPa or more. The rate of increase in strength has slowed. When the rolling reduction of cold rolling is set to 20% or more, particularly when hot-rolled sheet annealing is performed, the increase in strength becomes significant because of the large amount of Mg and Si dissolved.
温間プレス成形の直前の冷間圧延の圧下率は、冷延ままの状態の冷延板に加えられた加工歪みの量である。したがって、冷間圧延を１パスで行う場合は、熱延板焼鈍の有無に関わらず、冷間圧延工程における合計の冷間圧延率である。この場合、温間プレス成形の直前の冷間圧延の圧下率は、熱延板の板厚と冷延板の板厚との差を熱延板の板厚で除した値の百分率で表される。 The cold rolling reduction immediately before warm press forming is the amount of processing strain applied to the cold-rolled sheet in the cold-rolled state. Therefore, when performing cold rolling by 1 pass, it is the total cold rolling rate in a cold rolling process irrespective of the presence or absence of hot-rolled sheet annealing. In this case, the reduction ratio of the cold rolling immediately before the hot press forming is expressed as a percentage of the value obtained by dividing the difference between the thickness of the hot rolled sheet and the thickness of the cold rolled sheet by the thickness of the hot rolled sheet. The
また、冷間圧延工程の途中で、１回の中間焼鈍を施す場合は、中間焼鈍後の最終冷間圧延工程における合計の冷間圧延率である。この場合、温間プレス成形の直前の冷間圧延の圧下率は、中間焼鈍後の冷延板の板厚と最終冷間圧延後の冷延板の板厚との差を中間焼鈍後の冷延板の板厚で除した値の百分率で表される。複数回の中間焼鈍を施す場合、温間プレス成形の直前の冷間圧延の圧下率は、最終冷間圧延前後の冷延板の板厚の差を最終冷間圧延前の冷延板の板厚で除した値の百分率で表される。 Moreover, when performing one intermediate annealing in the middle of a cold rolling process, it is the total cold rolling rate in the last cold rolling process after intermediate annealing. In this case, the reduction ratio of the cold rolling immediately before warm press forming is the difference between the thickness of the cold rolled sheet after the intermediate annealing and the thickness of the cold rolled sheet after the final cold rolling. Expressed as a percentage of the value divided by the thickness of the sheet. When performing multiple intermediate annealings, the cold rolling reduction ratio just before the warm press forming is the difference in the thickness of the cold rolled sheet before and after the final cold rolling, and the cold rolled sheet before the final cold rolling. Expressed as a percentage of the value divided by the thickness.
表１に示した成分を有する５０００系アルミニウム合金（Ｎｏ．１〜４）、６０００系アルミニウム合金（Ｎｏ．５〜９）を、実験室で溶解、鋳造し、熱間圧延及び冷間圧延を施して、厚みが１ｍｍの冷延板とした。これらのアルミニウム合金冷延板から、後述する温間プレス成形試験に供する試験片を採取した。温間プレス成形に供する試験片は円盤状である。なお、表１の空欄は、成分を意図的に添加していないことを意味する。 5000 series aluminum alloys (No. 1 to 4) and 6000 series aluminum alloys (No. 5 to 9) having the components shown in Table 1 were melted and cast in a laboratory and subjected to hot rolling and cold rolling. Thus, a cold-rolled plate having a thickness of 1 mm was obtained. From these aluminum alloy cold-rolled sheets, test pieces for use in the warm press forming test described later were collected. The test piece used for warm press molding is disk-shaped. In addition, the blank of Table 1 means that the component is not added intentionally.
温間プレス成形試験は、フランジ部分にヒーターを埋め込んだダイスを有する深絞り試験装置を用いて行った。ポンチは円筒状で、外径は７８ｍｍであり、ダイスの内径は８０ｍｍである。一部のポンチの内部には水を循環させて、肩部の表面の温度を表２に示す温度とした。 The warm press molding test was performed using a deep drawing test apparatus having a die with a heater embedded in the flange portion. The punch is cylindrical, the outer diameter is 78 mm, and the inner diameter of the die is 80 mm. Water was circulated inside some of the punches, and the temperature of the shoulder surface was set to the temperature shown in Table 2.
温間プレス成形性は、限界絞り比（ＬＤＲ）で評価した。ＬＤＲは、破断させずに絞り抜くことのできる試験片の最大の直径を、ポンチの外径で除して求められる値である。なお、温間プレス成形試験には二硫化モリブデンに水を加えた潤滑剤を用いた。また、しわ押さえ圧は１ｔｏｎ以下とした。 The warm press formability was evaluated by the limit drawing ratio (LDR). LDR is a value obtained by dividing the maximum diameter of a test piece that can be drawn without breaking by the outer diameter of the punch. In the warm press molding test, a lubricant obtained by adding water to molybdenum disulfide was used. The wrinkle pressing pressure was 1 ton or less.
結果を表２に示す。Ｎｏ．１〜９、１１〜２０は本発明の例であり、ＬＤＲが２．２以上である。なお、Ｎｏ．９、２０は、ポンチとダイスのフランジ部分の温度差が好ましい下限値よりも小さいため、他の本発明の例に比べて、ＬＤＲが若干小さくなっている。また、Ｎｏ．１０、２１は、ダイスのフランジの温度が低かったために、十分なＬＤＲを得ることができなかった比較例である。 The results are shown in Table 2. No. 1 to 9, 11 to 20 are examples of the present invention, and the LDR is 2.2 or more. In addition, No. In Nos. 9 and 20, the temperature difference between the punch and die flange portions is smaller than the preferred lower limit value, so the LDR is slightly smaller than the other examples of the present invention. No. Nos. 10 and 21 are comparative examples in which a sufficient LDR could not be obtained because the temperature of the die flange was low.
表３に示した成分を有する５０００系アルミニウム合金（Ｎｏ．１０〜１３）、６０００系アルミニウム合金（Ｎｏ．１４〜１７）を、実施例１と同様にして、厚みが１ｍｍの冷延板とした。なお、表３の空欄は、成分を意図的に添加していないことを意味する。得られた冷延板から、実施例１と同様にして、試験片を採取し、温間プレス成形試験を実施した。結果を表４に示す。製造Ｎｏ．２２〜３０は、ＬＤＲが２．２以上であり、良好な温間プレス成形性を有していることがわかる。 The 5000 series aluminum alloy (No. 10-13) and the 6000 series aluminum alloy (No. 14-17) which have the component shown in Table 3 were made into the cold rolled sheet with a thickness of 1 mm similarly to Example 1. FIG. . In addition, the blank of Table 3 means that the component is not added intentionally. A test piece was collected from the obtained cold-rolled sheet in the same manner as in Example 1, and a warm press molding test was performed. The results are shown in Table 4. Production No. Nos. 22 to 30 have an LDR of 2.2 or more and have good warm press formability.
表１に示した５０００系、６０００系アルミニウム合金の一部を、溶解、鋳造し、熱間圧延を施して、厚みが４ｍｍの熱延板とした。得られたアルミニウム合金熱延板の一部に、表５に示した条件で熱延板焼鈍を施し、冷間圧延を行って１ｍｍの冷延板とした（Ｎｏ．３１〜３６、製造工程：熱延板焼鈍）。また、アルミニウム合金熱延板の一部は、熱延板焼鈍を施すことなく、一次冷間圧延を施した後に、表５に示す条件で中間焼鈍を行い、最終冷間圧延を施し、１ｍｍの冷延板とした（Ｎｏ．３７〜４１、製造工程：中間焼鈍）。更に、アルミニウム合金熱延板の一部は、熱延板焼鈍を施し、更に、一次冷間圧延を施した後に、中間焼鈍を行い、最終冷間圧延を施し、１ｍｍの冷延板とした（Ｎｏ．４２、製造工程：熱延板焼鈍＋中間焼鈍）。なお、この場合、熱延板焼鈍及び中間焼鈍を表５に示す同一の条件で行った。 A part of the 5000 series and 6000 series aluminum alloys shown in Table 1 was melted and cast, and hot-rolled to obtain a hot-rolled sheet having a thickness of 4 mm. A part of the obtained aluminum alloy hot-rolled sheet was subjected to hot-rolled sheet annealing under the conditions shown in Table 5, and cold-rolled to obtain 1 mm cold-rolled sheets (No. 31 to 36, production process: Hot-rolled sheet annealing). In addition, a portion of the aluminum alloy hot-rolled sheet was subjected to primary cold rolling without performing hot-rolled sheet annealing, and then subjected to intermediate annealing under the conditions shown in Table 5, to perform final cold rolling, It was set as the cold rolled sheet (No. 37-41, a manufacturing process: intermediate annealing). Further, a part of the aluminum alloy hot-rolled sheet was subjected to hot-rolled sheet annealing, and further subjected to primary cold rolling, followed by intermediate annealing, and final cold rolling to obtain a 1 mm cold-rolled sheet ( No. 42, manufacturing process: hot-rolled sheet annealing + intermediate annealing). In this case, hot-rolled sheet annealing and intermediate annealing were performed under the same conditions shown in Table 5.
得られた冷延板より、実施例１と同様にして、試験片を採取し、温間プレス成形試験を行った。また、冷延板より、ＪＩＳ Ｚ ２２０１の５号試験片を採取し、ＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して引張試験を行い、引張り強さを測定した。結果を表５に示す。製造Ｎｏ．３１〜４２のＬＤＲは２．２以上であり、良好な温間プレス成形性を有していることがわかる。また、製造Ｎｏ．３１〜４０、４２は、温間プレスの直前の冷間圧延率が２０％以上であり、引張り強さが３００ＭＰａ以上である。一方、製造Ｎｏ．４１は、温間プレスの直前の冷間圧延率が２０％未満であるため、引張り強さが３００ＭＰａ未満になっている。 A test piece was collected from the obtained cold-rolled sheet in the same manner as in Example 1, and a warm press molding test was performed. Moreover, the No. 5 test piece of JIS Z 2201 was extract | collected from the cold rolled sheet, the tensile test was done based on JIS Z 2241, and the tensile strength was measured. The results are shown in Table 5. Production No. LDR of 31 to 42 is 2.2 or more, and it can be seen that it has good warm press formability. In addition, production No. Nos. 31 to 40 and 42 have a cold rolling rate of 20% or more immediately before the warm press and a tensile strength of 300 MPa or more. On the other hand, production No. No. 41 has a tensile strength of less than 300 MPa because the cold rolling rate immediately before the warm press is less than 20%.
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