JP2016084501A

JP2016084501A - 成形性に優れたアルミニウム合金板

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Publication number: JP2016084501A
Application number: JP2014217433A
Authority: JP
Inventors: 馨亮井上; Kyosuke Inoue; 桜井　寛; Hiroshi Sakurai; 寛桜井; 文彦源島; Fumihiko Motojima; 裕司惣田; Yuji Soda; 洋史神戸; Yoji Kanbe; 憲司林; Kenji Hayashi; 大塚　真司; Shinji Otsuka; 真司大塚; 真次熊井; Shinji Kumai; 陽平原田; Yohei Harada
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2034-10-24
Also published as: JP6474582B2

Abstract

【課題】原料コストが低く、製造効率に優れ、且つ成形性に優れたケイ素含有アルミニウム合金板及びその製造方法を提供すること。【解決手段】ケイ素含有アルミニウム合金板は、板厚方向に変動するＳｉ濃度分布を有するケイ素含有アルミニウム合金板である。Ｓｉ濃度が最大となる板厚方向位置におけるＳｉ濃度（Ｓｉｍａｘ）と、板厚方向におけるＳｉ濃度の平均値（Ｓｉａｖｅｒ）との比率Ｓｉｍａｘ／Ｓｉａｖｅｒが１．０〜１．３である。ケイ素含有アルミニウム合金板の製造方法では、縦型双ロール式連続鋳造により板材を作製し、次いで、この板材を圧下率５０％以上で冷間圧延し、しかる後、３５０〜５５０℃の範囲で焼鈍処理を行う。【選択図】なし

Description

本発明は、アルミニウム合金板及びその製造方法係り、更に詳細には、成形性に優れたケイ素含有アルミニウム合金板及びその製造方法に関する。

従来、アルミニウム合金板は、アルミニウム原料、いわゆるバージン材を鋳造してスラブを作製し、スラブに面削を施した後に均熱化処理を行い、更に熱間圧延及び冷間圧延を施すことにより製造されていた（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
また、従来の双ロール式連続鋳造では、圧延前に均熱化処理を行っているため、工程コストが大きくなりがちである（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照。）。

特開２００４−１４３５１１号公報特開平７−４１８９６号公報

ＭａｔｅｒｉａｌｓＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ，Ｖｏｌ．４５，Ｎｏ．２（２００４）ｐｐ．４０３ｔｏ４０６ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１４０（２００３）ｐｐ．６１０ｔｏ６１５

しかしながら、このような従来のアルミニウム合金板の製造においては、原料コストが高く、スラブの面削や均熱化などの各工程を実施しなければならず、しかも熱間及び冷間圧延にも相当な時間を要しており、原料コスト的にも製造効率上も十分とはいえなかった。

また、従来の双ロール式連続鋳造では、双ロール材の組織制御が確立されておらず、アルミニウム合金板の板厚中心部位に偏析が生じやすく、そのため、双ロール鋳造後の冷間圧延性を低下させ、且つ成形性が低くなるため所望の製品形状が実現できないという問題があった。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、原料コストが低く、製造効率に優れ、且つ成形性に優れたケイ素含有アルミニウム合金板及びその製造方法を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、安価な鋳造用合金やスクラップ材を用い、所定のＳｉ濃度分布を付与することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のケイ素含有アルミニウム合金板は、板厚方向に変動するＳｉ濃度分布を有するケイ素含有アルミニウム合金板である。
このケイ素含有アルミニウム合金板は、Ｓｉ濃度が最大となる板厚方向位置におけるＳｉ濃度（Ｓｉ_ｍａｘ）と、板厚方向におけるＳｉ濃度の平均値（Ｓｉ_ａｖｅｒ）との比率Ｓｉ_ｍａｘ／Ｓｉ_ａｖｅｒが１．０〜１．３である、ことを特徴とする。
なお、本発明のアルミニウム含有アルミニウム合金板は、鋳造したままの鋳造板と、これに圧延処理を施した圧延板の双方を包含する。

また、本発明のケイ素含有アルミニウム合金板の製造方法は、上述のようなケイ素含有アルミニウム合金板を製造する方法である。
この製造方法は、縦型双ロール式連続鋳造により板材を作製し、
次いで、この板材を圧下率５０％以上で冷間圧延し、
しかる後、３５０〜５５０℃の範囲で焼鈍処理を行う、ことを特徴とする。
なお、この製造方法において、対象とするアルミニウム合金板が鋳造板である場合には、上記の冷間圧延、焼鈍処理を省略し得る。

本発明によれば、安価な鋳造用合金やスクラップ材を用い、所定のＳｉ濃度分布を付与することなどとしたため、原料コストが低く、製造効率に優れ、且つ成形性に優れたケイ素含有アルミニウム合金板及びその製造方法を提供することができる。

本発明のケイ素含有アルミニウム合金板の一実施例の厚さ方向における断面（板厚断面）を示す光学顕微鏡組織写真である。本発明のケイ素含有アルミニウム合金板の他の実施例の厚さ方向における断面（板厚断面）を示す光学顕微鏡組織写真である。従来のケイ素含有アルミニウム合金板の一例の厚さ方向における断面（板厚断面）を示す光学顕微鏡組織写真であるケイ素含有アルミニウム合金板のＳｉ濃度分布を示すグラフである。ケイ素含有アルミニウム合金板の冷間圧延結果を示すグラフである。ケイ素含有アルミニウム合金板の張出試験とＸ線回折の結果を示すグラフである。

以下、本発明のアルミニウム合金板について詳細に説明する。
本発明のアルミニウム合金板は、ケイ素（Ｓｉ）を含有するアルミニウム合金製の板材であって、厚さ方向（板厚方向）に変動するＳｉ濃度分布を有している。
また、Ｓｉ濃度が最大となる板厚方向位置におけるＳｉ濃度（Ｓｉ_ｍａｘ）と、この板厚方向におけるＳｉ濃度の平均値（Ｓｉ_ａｖｅｒ）との比率Ｓｉ_ｍａｘ／Ｓｉ_ａｖｅｒが１．０〜１．３である。

ここで、Ｓｉ濃度分布は、典型的には、板厚中心から当該合金板の両側に位置する最表面の方向において、Ｓｉ濃度が漸次減少した濃度勾配を有する傾向にあるが、これに限定されるものではない。例えば、板厚中心から片側の最表面の方向に隣接する任意の２つの位置において、板厚中心側の位置におけるＳｉ濃度が最表面側の位置におけるＳｉ濃度よりも必ずしも大である必要はなく、同一又は小であってもよい。

なお、通常、上記のＳｉ濃度分布は、Ｓｉ濃度が同一か又はほぼ同一の相（Ｓｉ濃度均一相）が複数層隣接（積層）した形式で構成されている。代表的には、板厚中心から一方の最表面方向に、板厚に対して約８％（双ロール式連続鋳造で作製したアルミニウム合金板では約２００μｍ厚）のＳｉ濃度均一相が隣接（積層）した形式で構成されている。
この場合、Ｓｉ濃度分布は、板厚中心を通り厚さ方向に垂直な線（板厚中心線）に関してほぼ線対称となっており、よって、板厚中心を含む板厚中心相が構成するＳｉ濃度均一相は、板厚に対して約８％（上記の双ロール式連続鋳造アルミニウム合金板では約２００μｍ）の厚さを有することになる。

上述のような構造を有するケイ素含有アルミニウム合金板においては、板厚中心ないし板厚中心相がＳｉ_ｍａｘを有することが多いが、これら板厚中心相などのＳｉ濃度が高くなり過ぎると、冷間圧延及び焼鈍後においても、板厚中心相などのＳｉ濃度が高いままであり、冷間圧延性や成形性が劣化することがある。
これに対し、本発明は、典型的には、板厚方向に形成されるＳｉ濃度均一相において、Ｓｉ濃度の最大値（Ｓｉ_ｍａｘ）とＳｉ濃度の平均値（Ｓｉ_ａｖｅｒ）との比率Ｓｉ_ｍａｘ／Ｓｉ_ａｖｅｒを所定範囲内に制御することにより、当該合金板の冷間圧延性や成形性を向上させるものである。

即ち、本発明のケイ素含有アルミニウム合金板において、Ｓｉ濃度が最大となる板厚方向位置におけるＳｉ濃度（Ｓｉ_ｍａｘ）と、板厚方向におけるＳｉ濃度の平均値（Ｓｉ_ａｖｅｒ）との比率Ｓｉ_ｍａｘ／Ｓｉ_ａｖｅｒが１．３を超えると、板厚中心相のＳｉ濃度が高くなりすぎ、冷間圧延性に劣り、圧延時に破断が起きることがある。

さらに、本発明のケイ素含有アルミニウム合金板としては、冷間圧延と焼鈍処理を施したもので、Ｘ線回折による（１１１）面強度Ｉ_１１１、（２００）面強度Ｉ_２００、（２２０）面強度Ｉ_２２０、（３１１）面強度Ｉ_３１１につき、Ｉ_１１１がＩ_３１１以下で且つＩ_２２０以下であり、Ｉ_２２０／Ｉ_１１１とＩ_３１１／Ｉ_１１１が３．０以下、Ｉ_２００／Ｉ_２２０が０．６〜２．０であることが好ましい。
上記のＸ線強度比から逸脱すると、従来の一般的なアルミニウム合金板よりも成形性、特に張出性が劣化することがある。従来、（２００）面と等価な面である（１００）面を発達させることでアルミニウム合金板の成形性を向上させてきたが、本発明のように適切な冷間圧延と焼鈍を施すことにより、（２２０）面に加えて、（２２０）面及び（３１１）面をバランスよく発達させることが可能であり、これにより、良好な成形性を実現できる。

本発明のケイ素含有アルミニウム合金板は、Ｃｕを０〜０．２質量％、Ｓｉを６．５〜７．５質量％、Ｍｇを０．２〜０．５質量％、Ｆｅを０〜０．８質量％、Ｍｎを０〜０．６質量％、必要に応じて、Ｚｎを０〜０．３質量％、Ｔｉを０〜０．３質量％の割合で含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物から成ることが好ましい。
上記の各種構成元素の作用及び数値限定理由は、下記の通りである。

Ｃｕ（銅）：０〜０．２質量％
Ｃｕは、耐力及び引張強さを向上させるために含有させる。Ｃｕの含有量が０．２質量％を超えると、耐食性が悪化することがある。

Ｓｉ（ケイ素）：６．５〜７．５質量％
Ｓｉは、湯流れ性などの鋳造性を向上させるために含有させる。Ｓｉの含有量が６．５質量％未満では、流動性が低く鋳造性が悪くなることがあり、７．５質量％を超えると、流動性は高くなるが伸びと成形性が低下することがある。

Ｍｇ（マグネシウム）：０．２〜０．５質量％
Ｍｇは、耐力及び引張強さを向上させるために含有させる。Ｍｇの含有量が０．２質量％未満では、耐力及び引張強さの向上が認められないことがあり、０．５質量％を超えると、伸びと成形性が低下することがある。

Ｆｅ（鉄）：０〜０．８質量％
Ｆｅは、焼き付き防止のために含有させる。Ｆｅの含有量が０．８質量％を超えると、伸びと成形性が低下することがある。

Ｍｎ（マンガン）：０〜０．６質量％
Ｍｎは、Ｆｅによる延性の低下などの悪影響を緩和するとともに、焼き付き防止のために含有させる。Ｍｎの含有量が０．６質量％を超えると、析出相や粗大な晶出物を生ぜしめて、伸びと成形性を低下させることがある。

なお、不可避的不純物としては、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｃａ及びＮａなどがある。通常、これらの不純物は０．１質量％以下で含まれる。

以上に説明した本発明のケイ素含有アルミニウム合金板は、成形性に優れる。特に張出性に優れており、後述する張出高さは、代表的に２７ｍｍ以上である。

次に、本発明の自動車用部品について説明する。
本発明の自動車用部品は、上述の本発明のケイ素含有アルミニウム合金板を用いて製造されたものである。当該アルミニウム合金板の優れた成形性により、製造効率や加工精度に優れている。
自動車用部品としては、特に限定されるものではないが、外板パネルや内板パネルなどのパネル材、遮熱板、遮音板及びブラケットなどを例示することができる。

次に、本発明のケイ素含有アルミニウム合金板の製造方法について説明する。
本発明のケイ素含有アルミニウム合金板の製造方法は、上述の本発明のケイ素含有アルミニウム合金板を製造する方法である。
この製造方法では、まず、縦型双ロール式連続鋳造により板材を作製し、次いで、この板材を圧下率５０％以上で冷間圧延し、しかる後、３５０〜５５０℃の範囲で焼鈍処理を行う。

ここで、双ロール式連続鋳造は、スラブの作製などを介さずに溶湯から板材を直接製造できる手法であって、縦型に配置した２つのローラーとコイラーにより溶湯を延伸ないし圧延する手法であり、従来公知の手法を適用できる。
溶湯原料としては、いわゆるバージン原料を使用することも可能であるが、スクラップ材やスクラップ材に安価な鋳造用合金、例えばホイールスクラップ、サッシ屑、缶スクラップなどを混合したものを用いることができる。

また、双ロール式連続鋳造により作製した板材について、圧下率５０％以上で冷間圧延した後、３５０〜５５０℃の範囲で焼鈍処理を行うが、圧下率が５０％未満では、焼鈍後の再結晶粒が粗大化して、伸び、張出高さ等の高い成形ができないことがある。
また、焼鈍温度が３５０℃未満では、再結晶が不完全となり、伸び、張出性が低下し、目的とする成形性が得られないことがあり、５５０℃を超えると、再結晶粒が粗大化するため、強度が低下して成形性が低下する可能性がある。
なお、上記の冷間圧延に続く焼鈍処理を３５０℃から５５０℃の温度範囲内で行えば、上記X線強度比を満足し、成形性、特に張出性に優れたケイ素含有アルミニウム合金板が得られる。より好ましくは焼鈍処理を４００℃から５００℃の温度範囲内で行うことで、上記のようにＩ_２２０／Ｉ_１１１とＩ_３１１／Ｉ_１１１が３．０以下、Ｉ_２００／Ｉ_２２０が０．６〜２．０となり、よりいっそう成形性が向上する。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１及び２、比較例３）
表１に示す各種の化学成分組成を有するＡｌ合金溶湯を、表２に示す双ロール連続鋳造又はＤＣ鋳造法により鋳造した。
実施例１及び２については、表１中の番号Ａの合金溶湯を用い、比較例３についても番号Ａの合金溶湯を用いた。
なお、表１において、Ｍｇ量が２．５４％である合金（番号Ｂ）、Ｍｎ量が０．９７％である合金（番号Ｃ）は、本発明では好適範囲外の原料例である。

双ロール式連続鋳造（実施例１及び２）の際には、ケイ素を含有するＡｌ合金溶湯を、耐火物製の給湯ノズルから、１０ｍ／ｍｉｎ以上で回転する一対の銅鋳型等の双ロールの間に、液相線温度＋５℃以上で注湯し、１００℃／ｓ以上の冷却速度で凝固させ、板厚２ｍｍ以上の鋳造板を作製した。
なお、双ロール式連続鋳造機で作製した鋳造材は、必要に応じて凝固完了後に板厚１ｍｍ以下まで冷間圧延した。次いで、冷延板に３５０〜５５０℃の温度で５分以上の焼鈍処理を施し、各例のアルミニウム合金板を得た。

得られた実施例１及び２、比較例３の合金板の厚さ方向における断面（板厚断面）の光学顕微鏡により撮影した組織写真をそれぞれ図１〜図３に示す。
また、板厚中心（６）から最表面（１）の方向に所定間隔の位置におけるＳｉ濃度を、下記性能評価における面分析の要領でよって測定し、得られた結果を表３、図４に示す。
実施例１の合金板では、Ｓｉ濃度が最大となる厚さ方向位置におけるＳｉ濃度（Ｓｉ_ｍａｘ）と、板厚方向のＳｉ濃度の平均値（Ｓｉ_ａｖｅｒ）との比率Ｓｉ_ｍａｘ／Ｓｉ_ａｖｅｒは、７．５／６．５＝１．１となる。

表３は、縦型双ロール鋳造により作製したケイ素含有アルミニウム合金板の板厚中心から一方の最表面方向にそれぞれ板厚に対して約８％厚の間隔でＳｉ濃度分布を測定し、その区間のＳｉ濃度、Ｓｉ濃度比（Ｓｉ_ｍａｘ／Ｓｉ_ａｖｅｒ）、及び当該合金板の冷間圧延性試験の結果を示したものである。
ここで、冷間圧延性試験結果において、「○」は板厚０．５ｍｍまでの冷間圧延が可能だったもの、「×」は大きな割れが発生して板厚０．５ｍｍまでの冷間圧延が不可能だったものを示す。
また、得られた実施例１及び２、比較例３の合金板のＳｉ濃度比（Ｓｉ_ｍａｘ／Ｓｉ_ａｖｅｒ）、及び当該合金板の冷間圧延性試験の結果を図５に示す。

表３より、実施例１は、上述のようにＳｉ濃度比が１．１であり、板厚方向でＳｉ偏析が少なく、且つ板厚中心相のＳｉ濃度が低いため、良好な冷間圧延性が得られた。
実施例２は、Ｓｉ濃度比が１．２であり、板厚中心相のＳｉ偏析は多いが、Ｓｉ濃度比が適切に制御されているので、冷間圧延が可能であった。
比較例３は、Ｓｉ濃度比が１．８と高く、板厚中心相のＳｉ偏析が多いため、冷間圧延時に割れが多数発生するとともに圧延途中に破断し、圧延が不可能であった。

（実施例５〜９、比較例１０及び１１）
表１に示す化学成分組成を有する材料を表２に示す双ロール鋳造法又はＤＣ鋳造法により鋳造し、必要に応じて、表２に示す各種冷間圧延加工及び焼鈍熱処理を施し、各例のアルミニウム合金板を作製した。

＜性能評価＞
上述のようにして得られた各例の合金板につき下記の性能評価を行った。得られた結果を表４、図６に示す。なお、アルミニウム合金板の圧延平行方向に対しＸ線を照射することで、面強度及び回折強度比を調べた。

［引張試験］
Ｚ２２０１：１９９８に規定されるＪＩＳ５号試験片を、試験片長手方向が圧延方向と一致するように作製し、室温での引張試験により、０．２％耐力、引張強さ、伸びの各特性値を測定する。

［張出試験］
・試験条件
試験片形状：２００ｍｍ（長さ）×２００ｍｍ（幅）×０．５ｍｍ（板厚）
しわ押さえ荷重：４５０ｋＮ
ポンチ速度：１０ｍｍ／ｍｉｎ
ポンチ型：φ１００ｍｍ
・試験手順
張出試験については、直径１００ｍｍの球頭張出ポンチを用い、板厚０．５ｍｍ、長さ２００ｍｍ、幅２００ｍｍの試験片に潤滑剤としての防錆油を塗布し、成形速度１０ｍｍ／ｍｉｎ、しわ押さえ荷重４５０ｋＮで張出成形を行い、試験片が割れた際の高さ（ｍｍ）を測定する。

［面分析］
・試験条件
加速電圧：２０ｋＶ
測定領域：２００×２６０μｍ
測定時間：２００ｓｅｃ
・試験手順
各例の合金板における板厚断面方向（圧延方向に対して平行な方向）を樹脂埋めし、鏡面状態になるまで研磨する。Ｘ線分析装置ＳＥＭ−ＥＤＸ（ＪＥＯＬＪＳＭ−５９１０Ｌ）（日本電子社製）、走査型電子顕微鏡（アメテック社製、商品名ＥＤＡＸ）を用い、合金板鏡面の２００×２６０μｍの領域にＸ線を照射し、ＡｌとＳｉの濃度分析を行う。

表４に示すとおり、表３に示す本発明所定のＳｉ濃度比を満足して製造されたアルミニウム合金板では、本発明所定のＳｉ濃度比を満足しない比較例１０及び１１と比較して成形性に優れる結果が得られた。
また、Ｘ線回折強度比について、（１１１）面強度Ｉ_１１１、（２００）面強度Ｉ_２００、（２２０）面強度Ｉ_２２０、（３１１）面強度Ｉ_３１１につき、Ｉ_１１１がＩ_３１１以下で且つＩ_２２０以下であり、Ｉ_２２０／Ｉ_１１１とＩ_３１１／Ｉ_１１１が３．０以下、Ｉ_２００／Ｉ_２２０が０．６〜２．０を満足すれば、実施例６〜８のように、比較例１０及び１１に対して更に優れた成形性が得られることも分かった。

本発明のアルミニウム合金板は、自動車構成部品のみならず、例えば産業機械や家電製品など、あらゆる機器の構成部品素材として広く利用可能であり、特に成形性が要求される用途へのＡｌ−Ｓｉ系合金板に適用するのに好適である。

Claims

板厚方向に変動するＳｉ濃度分布を有するケイ素含有アルミニウム合金板であって、
Ｓｉ濃度が最大となる板厚方向位置におけるＳｉ濃度（Ｓｉ_ｍａｘ）と、板厚方向におけるＳｉ濃度の平均値（Ｓｉ_ａｖｅｒ）との比率Ｓｉ_ｍａｘ／Ｓｉ_ａｖｅｒが１．０〜１．３である、ことを特徴とするケイ素含有アルミニウム合金板。
冷間圧延と焼鈍処理を施されており、
Ｘ線回折による（１１１）面強度Ｉ_１１１、（２００）面強度Ｉ_２００、（２２０）面強度Ｉ_２２０、（３１１）面強度Ｉ_３１１につき、
Ｉ_１１１がＩ_３１１及びＩ_２２０以下であり、
Ｉ_２２０／Ｉ_１１１及びＩ_３１１／Ｉ_１１１が３．０以下、
Ｉ_２００／Ｉ_２２０が０．６〜２．０であることを特徴とする請求項１に記載のケイ素含有アルミニウム合金板。
Ｃｕを０〜０．２質量％、Ｓｉを６．５〜７．５質量％、Ｍｇを０．２〜０．５質量％、Ｆｅを０〜０．８質量％、Ｍｎを０〜０．６質量％の割合で含み、残部がＡｌ及び不可避的不純物から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載のケイ素含有アルミニウム合金板。
請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のケイ素含有アルミニウム合金板を用いて成ることを特徴とする自動車用部品。
請求項１〜３のいずれか１つの項に記載のケイ素含有アルミニウム合金板を製造するに当たり、
縦型双ロール式連続鋳造により板材を作製し、
次いで、この板材を圧下率５０％以上で冷間圧延し、
しかる後、３５０〜５５０℃の範囲で焼鈍処理を行う、ことを特徴とするケイ素含有アルミニウム合金板の製造方法。
上記焼鈍処理を４００〜５００℃の範囲で行うことを特徴とする請求項５に記載のケイ素含有アルミニウム合金板の製造方法。