JP2010095739A - 耐熱性および成形性に優れたアルミニウム合金板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、Si:0.05〜0.3%、Fe:0.05〜0.5%、Mn:0.6〜2.5%、Mg:0.1〜2.0%を含有し、残部実質的に不可避的不純物とAlからなり、冷延されたままの状態であり、マトリックスのMn固溶量はMn含有量の70%以上で、200℃における引張強さが200MPa以上であるアルミニウム合金板。焼鈍状態ではマトリックスのMn固溶量はMn含有量の50%以上で、200℃における引張強さが100MPa以上、球頭張出高さ27mm以上であり、耐熱性および成形性に優れる。上記組成のアルミニウム合金溶湯を薄スラブ連続鋳造機にて、スラブ厚み1/4箇所の凝固冷却速度20〜200℃/secで厚み5〜15mmのスラブに鋳造し、冷間圧延を施す、または更に焼鈍する。
【選択図】なし
Description
必須元素であるSiは、Fe、Mnとともに鋳造時にAl-(Fe・Mn)-Si系金属間化合物を均一かつ微細に晶出させる。これら微細な金属間化合物は最終焼鈍後も金属組織中に残存するが非常に微細であるため、高温強度が高まる。
Si含有量の範囲は、0.05〜0.3%に限定する。Si含有量が0.05%未満では最終板の強度が低くなりすぎ、0.3%を越えると5μmを超えるサイズのAl-(Fe・Mn)-Si系金属間化合物が晶出し、成形性を劣化させる可能性があり好ましくないからである。Si含有量の好ましい範囲は、0.05〜0.2%である。
必須元素であるFeは、Mn、Siと共存させることにより、薄スラブ中にAl-Fe、Al-(Fe・Mn)-Si系化合物などを均一かつ微細に晶出させる。これら微細な金属間化合物は最終焼鈍後も金属組織中に残存するが非常に微細であるため、高温強度が高まる。
Fe含有量の範囲は、0.05%〜0.5%に限定する。Fe含有量が0.05%未満では最終板の強度が低くなりすぎ、0.5%を越えると鋳造時に粗大な金属間化合物を生じやすく、成形性を劣化させる可能性があり好ましくないからである。Fe含有量の好ましい範囲は、0.05〜0.3%である。
〔Mn:0.6〜2.5%〕
必須元素であるMnは、Fe、Siとともに鋳造時にAl-(Fe・Mn)-Si系金属間化合物を均一かつ微細に晶出させ、分散強化による強度アップに寄与する。これら微細な金属間化合物は最終焼鈍時に再結晶粒の核となるが、マトリックス中のMnの固溶量が高く、再結晶阻止作用が強く、高温引張特性に優れた板となる。
Mn含有量の範囲は、0.6〜2.5%に限定する。Mn含有量が0.6%未満ではその効果が十分でなく、耐熱性が低下する。2.5%を超えると鋳造時に粗大な金属間化合物を生じやすく、板切れなどを起こし圧延が困難となる場合がある。さらに好ましいMn含有量の範囲は、0.6〜2.0%である。
必須元素であるMgは、マトリックス中に固溶して固溶体強化元素として作用し、強度と成形性を付与する。Mg含有量を0.1〜2.0%と限定したのは、0.1%未満ではその効果が小さく、2.0%を超えると塑性変形による加工硬化が進み、冷間圧延時に耳割れが生じやすいためである。好ましいMg含有量の範囲は、0.5〜1.8%である。
任意元素であるTiは0.10%以下ならば含有しても本発明の効果を阻害することはなく、薄スラブの結晶粒微細化剤として作用し、スラブ割れ等の鋳造欠陥を確実に防止することができる。Ti含有量が0.005%未満では、その効果が十分でなく、Ti含有量が0.10%を超える場合には、鋳造時にTiAl3等の粗大な金属間化合物が生成するため、成形性を著しく低下する。したがって、Ti含有量の好ましい範囲は0.005〜0.10%とする。Ti含有量の更に好ましい範囲は、0.005〜0.05%である。
不可避的不純物は、アルミニウム地金、返り材、フラックスなどに含まれる不純物元素、溶製治具と溶湯との反応などが原因で混入する。本発明においてCu、Ni、Zn、Ga、V、Ca、Naなどが代表的な不可避的不純物元素である。
〔双ベルト鋳造機にて鋳造した厚さ5〜15mmのスラブを巻き取り〕
本発明の耐熱性及び成形性に優れたAl−Mg−Mn系合金板の製造に用いるスラブは双ベルト鋳造機により鋳造する。
双ベルト式連続鋳造機では、上下に対面し水冷されている一対の回転ベルト間に溶湯を注湯してベルト面からの冷却で溶湯を凝固させてスラブとし、ベルトの反注湯側より該スラブを連続して引き出してコイル状に巻き取る方式が採用される。
〔厚み5〜15mmのスラブに鋳造し〕
本発明においては、鋳造するスラブの厚さは5〜15mmとする。この範囲の厚さであれば、スラブ厚み1/4において20〜200℃/sec程度の凝固冷却速度を確保できるので、均一な鋳造組織を形成し易く、マトリックス中へのMnの固溶量を確保することができる。また、鋳造凝固時に生成される金属間化合物が微細になり、耐熱性および成形性に優れたアルミニウム合金板を製造することができる。
本発明においては、コイルに巻き取った薄スラブに均質化処理、中間焼鈍を施すことなく最終板厚まで冷間圧延する。均質化処理、中間焼鈍を施さないため、マトリックス中に過飽和に固溶されたMnは、そのまま維持され、耐熱性に優れた板を製造できる。さらに、これらマトリックス中に固溶されたMnなどの遷移金属元素は転位の動きを妨げて最終焼鈍での再結晶に必要な歪エネルギーを十分に蓄えることができる。このような理由から、冷間圧延における圧下率は、80〜96%程度が好ましい。
また、この製造方法では、従来法による複雑な工程のうち、両面面削、均質化処理、熱間圧延、中間焼鈍などの工程が省略されるため、製造コストを低く抑えることが可能である。
本願第2発明においては、冷間圧延後に最終焼鈍を行う。この最終焼鈍は、バッチ焼鈍炉で実施してもよいが、連続焼鈍炉(CAL)で実施する方が好ましい。連続焼鈍炉(CAL)とは、コイルを連続的に溶体化処理等するための設備であり、熱処理を施すための誘導加熱装置や水冷するための水槽および空冷するためのエアノズル等を備えたことを特徴としている。最終焼鈍の焼鈍温度は450〜550℃の範囲とする。450℃未満であると、再結晶が十分ではないため、成形性が低下する。550℃を超えると、再結晶粒が粗大化し最終焼鈍板の強度が低下して好ましくない。
本願第2発明における最終焼鈍は、焼鈍炉でバッチ焼鈍を実施してもよい。バッチ焼鈍の焼鈍温度は350〜500℃の範囲とする。350℃未満であると、再結晶が十分ではないため、成形性が低下する。400℃を超えると、再結晶粒が粗大化し最終焼鈍板の強度が低下して好ましくない。
双ベルト鋳造材については、表1に示す合金組成のアルミニウム合金溶湯を溶解炉で溶製し、セラミックスフィルターを通して濾過し、双ベルト式連続鋳造機で10mmの厚みのスラブを鋳造してコイルに巻き取った。鋳造したスラブはその後、均質化処理、中間焼鈍を施すことなく、最終板厚1mmまで冷間圧延し、H18材とした。
ポンチ:100mmφ(半球形)、肩R:50mm
ダイ:105mmφ、肩R:4mm
これに対して、比較例は下記の結果であった。
本発明組成よりMg含有量の少ない双ベルト鋳造材6、およびMn含有量の少ない双ベルト鋳造材7は、200℃における引張強さが低い。本発明組成よりMg含有量の高い双ベルト鋳造材5は、圧延中に耳われが発生したため冷延板を採取することができなかった。またMn含有量が高い双ベルト鋳造材8は圧延時板きりが発生したため、製板が困難であった。DC材9におけるMn固溶量とMn含有量との比率は10%で低く、Mn固溶量は少ないため、200℃における引張強さは低かった。
Claims (4)
- 質量%で、Si:0.05〜0.3%、Fe:0.05〜0.5%、Mn:0.6〜2.5%、Mg:0.1〜2.0%を含有し、残部実質的に不可避的不純物とAlからなり、冷延されたままの状態であり、マトリックスのMn固溶量はMn含有量の70%以上で、200℃における引張強さが200MPa以上であることを特徴とする耐熱性に優れたアルミニウム合金板。
- 請求項1において、冷延後に焼鈍された状態であり、マトリックスのMn固溶量はMn含有量の50%以上で、200℃における引張強さが100MPa以上、球頭張出高さ27mm以上であることを特徴とする耐熱性および成形性に優れたアルミニウム合金板。
- 請求項1に記載のアルミニウム合金板の製造方法であって、上記組成の溶湯を薄スラブ連続鋳造機にて、スラブ厚み1/4箇所における凝固冷却速度20〜200℃/secで厚み5〜15mmのスラブに鋳造し、均質化処理、中間焼鈍を施すことなく、冷間圧延を施すことを特徴とする耐熱性に優れたアルミニウム合金板の製造方法。
- 請求項2に記載のアルミニウム合金板の製造方法であって、請求項3記載の方法により冷間圧延を施した後、350〜500℃でバッチ焼鈍を施すか、または、450〜550℃で連続焼鈍を施すことを特徴とする耐熱性および成形性に優れたアルミニウム合金板の製造方法。
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