JP2014062283A - アルミニウム合金製自動車部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】自動車部材を、特定組成の7000系アルミニウム合金圧延板から構成し、人工時効処理後のこのアルミニウム合金板の結晶粒内に、倍率300000倍の透過型電子顕微鏡で測定されたナノサイズの析出物を特定の数密度存在させて、0.2%耐力が350MPa以上の高強度と高延性そして耐SCC性を兼備させる。
【選択図】なし
Description
先ず、本発明自動車部材としての、あるいは素材アルミニウム合金圧延板の化学成分組成について、各元素の限定理由を含めて、以下に説明する。なお、各元素の含有量の%表示は全て質量%の意味である。
必須の合金元素であるZnは、Mgとともに、人工時効硬化処理時に、本発明で規定するMgとZnとの金属間化合物である微細析出物を形成して強度を向上させる。Zn含有量が3.0%未満では強度が不足し、8.0%を超えると粒界析出物MgZn2が増えてSCC感受性が鋭くなる。従って、Zn含有量は3.0〜8.0%の範囲とする。このZn含有量が高くなり、SCC感受性が鋭くなるのを抑えるために、後述するCuあるいはAgを添加することが望ましい。好ましくは4.0〜7.0%とする。
必須の合金元素であるMgは、Znとともに、人工時効硬化処理時に、本発明で規定するMgとZnとの金属間化合物である微細析出物を形成して強度と伸びを向上させる。Mg含有量が0.5%未満では強度が不足し、4.0%を超えると、板の圧延性が低下し、SCC感受性も鋭くなる。従って、Mg含有量は0.5〜4.0%、好ましくは3.0%以下の範囲とする。
Cu及びAgはAl−Zn−Mg系合金の耐SCC性を向上させる作用がある。これらをいずれか一方又は両方含有する場合、Cu含有量が0.05%未満、及びAg含有量が0.01%未満では、耐SCC性向上効果が小さい。一方、Cu含有量が0.6%を超えると、圧延性及び溶接性などの諸特性を却って低下させる。またAg含有量は0.15%を超えて含有させてもその効果が飽和し、高価となる。従って、Cu含有量は0.05〜0.6%、好ましくは0.4%以下、Ag含有量は0.01〜0.15%とする。
Mn、Cr及びZrは、鋳塊の結晶粒を微細化して強度向上に寄与する。これらをいずれか1種、又は2種あるいは3種を含有する場合、Mn、Cr、Zrの含有量がいずれも下限未満では、含有量が不足して、再結晶が促進され、耐SCC性が低下する。一方、Mn、Cr、Zrの含有量がそれぞれの上限を超えた場合には、粗大晶出物を形成するため伸びが低下する。従って、Mn:0.05〜0.3%、Cr:0.03〜0.2%、Zr:0.03〜0.3%の各範囲とする。
Ti、Bは、圧延板としては不純物であるが、アルミニウム合金鋳塊の結晶粒を微細化する効果があるので、7000系合金としてJIS規格で規定する範囲での各々の含有を許容する。Tiの上限は0.2%、好ましくは0.1%、Bの上限は0.05%以下、好ましくは0.03%とする。
また、これら記載した以外の、Fe、Siなどのその他の元素は不可避的な不純物である。溶解原料として、純アルミニウム地金以外に、アルミニウム合金スクラップの使用による、これら不純物元素の混入なども想定(許容)して、7000系合金のJIS規格で規定する範囲での各々の含有を許容する。例えば、Fe:0.5%以下、Si:0.5%以下であれば、本発明に係るアルミニウム合金圧延板の特性に影響せず、含有が許容される。
本発明では、自動車部材の7000系アルミニウム合金組織を、人工時効硬化処理が施された後の組織として、倍率300000倍の透過型電子顕微鏡で測定された2.0〜20nmのサイズの析出物の数密度が、結晶粒内に平均で2.0×104個/μm3である組織と規定する。この析出物とは、前記人工時効硬化処理時などに結晶粒内に生成する、前記MgとZnとの金属間化合物(組成はMgZn2など)であり、これに前記組成に応じて更にCu、Zrなどの含有元素が含まれる微細分散相である。なお、本発明で言う析出物のサイズとは、不定形である析出物の円相当直径(平均直径)を言う。
本発明における7000系アルミニウム合金圧延板の製造方法について、以下に具体的に説明する。
先ず、溶解、鋳造工程では、上記7000系成分組成範囲内に溶解調整されたアルミニウム合金溶湯を、連続鋳造法、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、前記鋳造されたアルミニウム合金鋳塊に、熱間圧延に先立って、均質化熱処理を施す。この均質化熱処理(均熱処理)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。均質化熱処理条件は、好ましくは400〜550℃程度の温度で、2時間以上の均質化時間の範囲から適宜選択される。
熱間圧延は、熱延開始温度が固相線温度を超える条件では、バーニングが起こるため熱延自体が困難となる。また、熱延開始温度が350℃未満では熱延時の荷重が高くなりすぎ、熱延自体が困難となる。したがって、熱延開始温度は350℃〜固相線温度の範囲から選択して熱間圧延し、2〜7mm程度の板厚の熱延板とする。この熱延板の冷間圧延前の焼鈍(荒鈍) は必ずしも必要ではないが実施しても良い。
冷間圧延では、上記熱延板を圧延して、1〜3mm程度の所望の最終板厚の冷延板(コイルも含む) に製作する。冷間圧延パス間で中間焼鈍を行っても良い。
冷間圧延後、溶体化および焼入れ処理を行う。溶体化処理焼入れ処理については、一般的な加熱、冷却方法でよく、特に限定はされない。ただ、各元素の十分な固溶量を得ることや結晶粒の微細化のためには、450〜550℃の溶体化処理温度とすることが望ましい。
以上のように製造された素材板の、例えば自動車材への成形後の人工時効硬化処理の条件は、自動車材として要求される強度や伸びとなるように選択される。例えば、1段の時効処理であれば、100〜150℃での時効処理を12〜36時間(過時効領域を含む)行う。また、2段の工程においては、1段目の熱処理温度が70〜100℃の範囲で2時間以上、2段目の熱処理温度が100〜170℃の範囲で5時間以上の範囲(過時効領域を含む)から選択する。
各例とも、得られた各々のアルミニウム合金板の中央部を切断して採取した板状試験片の圧延直角方向の室温引張試験を行い、引張強度(MPa)、0.2%耐力(MPa)、全伸び(%)を測定した。室温引張り試験はJIS2241(1980)に基づき、室温20℃で試験を行った。引張り速度は5mm/分で、試験片が破断するまで一定の速度で行った。
各例とも、前記板状試験片の中央部断面から薄膜試料を作製し、倍率300000倍の透過型電子顕微鏡を用いて、加速電圧200kVにて膜厚0.1μmの箇所を観察し、結晶粒内の2.0〜20nmのサイズの析出物の平均数密度(個/μm3)を測定した。この観察を試験片5個について行い、結晶粒内の2.0〜20nmのサイズの析出物の数密度を各々求めて、平均化(平均数密度と)した。ここで、析出物のサイズは、前記した通り、面積が等価な円の直径に換算して測定した。
前記人工時効硬化処理後のアルミニウム合金板の耐SCC性を評価するために、クロム酸促進法による耐応力腐食割れ試験を行った。前記調質された冷延板から板状試験片を切り出し、400℃での熱処理後に圧延直角方向に4%のひずみの負荷をかけ、表2に示す時効硬化処理を行った後、90℃の試験溶液に最大10時間まで浸漬し、SCCを目視で観察した。なお、応力負荷はジグのボルト・ナットを締めることにより試験片の外表面に引張応力を発生させ、負荷ひずみはこの外表面に接着した歪みゲージによって測定した。また、試験溶液は蒸留水に酸化クロム36g、2クロム酸カリウム30g及び塩化ナトリウム3g(1リットル当たり)を加えて作製した。SCCが発生しなかったものを○、10時間までにSCCが発生したものを×と評価した。
Claims (3)
- アルミニウム合金製自動車部材であって、このアルミニウム合金が、質量%で、Zn:3.0〜8.0%、Mg:0.5〜4.0%を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなる組成のAl−Zn−Mg系アルミニウム合金圧延板からなり、人工時効硬化処理が施された後の組織として、倍率300000倍の透過型電子顕微鏡で測定された結晶粒内の2.0〜20nmのサイズの析出物の数密度が平均で2.0×104個/μm3以上の組織を有するとともに、0.2%耐力が350MPa以上であることを特徴とする自動車部材。
- 前記アルミニウム合金が、更に、質量%で、Cu:0.05〜0.6%、Ag:0.01〜0.15%の1種又は2種を含む請求項1に記載の自動車部材。
- 前記アルミニウム合金が、更に、質量%で、Mn:0.05〜0.3%、Cr:0.03〜0.2%、Zr:0.03〜0.3%の1種又は2種以上を含む請求項1または2に記載の自動車部材。
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