JP2017133054A - 成形性に優れる高強度アルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents
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Si:1.40〜1.60質量%
Siは一般的にスクラップを用いた2次合金地金に多量に含まれているため、本発明のアルミニウム合金板には必須の元素である。
Feは一般的にスクラップを用いた2次合金地金に多量に含まれているため、本発明のアルミニウム合金板には必須の元素である。
Cuは一般的にスクラップを用いた2次合金地金に多量に含まれているため、本発明のアルミニウム合金板には必須の元素である。
Mgは一般的にスクラップを用いた2次合金地金に多量に含まれているため、本発明のアルミニウム合金板には必須の元素である。
Mnは一般的にスクラップを用いた2次合金地金に多量に含まれているため、本発明のアルミニウム合金板には必須の元素である。
Tiは一般的にスクラップを用いた2次合金地金に多量に含まれているため、本発明のアルミニウム合金板には必須の元素である。
不可避的不純物としてのZnの含有量は、1.0質量%未満に制限する必要がある。Zn含有量が1.0質量%以上であると、自然電極電位が低くなりすぎて自己耐食性が低下する。好ましくは、Zn含有量は、0.9質量%未満の範囲である。さらに好ましくは、Zn含有量は、0.8質量%未満の範囲である。
不可避的不純物としてのCrの含有量は、0.1質量%未満に制限する必要がある。Cr含有量が0.1質量%以上であると、スラブ鋳造時にAl−(Fe・Cr)−Siなどの粗大な金属間化合物が晶出して、伸びの値が低くなるため、成形性が低下する。好ましくは、Cr含有量は、0.08質量%未満の範囲である。さらに好ましくは、Cr含有量は、0.06質量%未満の範囲である。
不可避的不純物としてのNiの含有量は、0.1質量%未満に制限する必要がある。Ni含有量が0.1質量%以上であると、スラブ鋳造時にNiAl3などの粗大な金属間化合物が晶出して、伸びの値が低くなるため、成形性が低下する。好ましくは、Ni含有量は、0.08質量%未満の範囲である。さらに好ましくは、Ni含有量は、0.06質量%未満の範囲である。
不可避的不純物は原料地金、返り材等から不可避的に混入するもので、それらの許容できる含有量は、例えば、不可避的不純物としてのZrの含有量は0.1質量%未満であり、不可避的不純物としてのPb、Bi、Sn、Na、Ca、及びSrの含有量は各0.02質量%未満であり、その他の不可避的不純物の含有量は各0.05質量%未満であれば、管理外元素を含有しても本発明の効果を妨げるものではない。
本実施の形態に係るアルミニウム合金板は、自動車ボディシートに用いるアルミニウム合金板であり、高い強度が要求される。したがって、引張り強度200MPa以上に限定する。
本実施の形態に係るアルミニウム合金板は、自動車ボディシートに用いるアルミニウム合金板であり、高い強度が要求される。しかし、0.2%耐力が高すぎる場合には、プレス成形時にスプリングバックが大きくなり、形状凍結性が低下する。したがって、0.2%耐力は170MPa未満に限定する。
本実施の形態に係るアルミニウム合金板は、自動車ボディシートに用いるアルミニウム合金板であり、自動車ボディシートはプレス成形によって製造されるため、優れた成形性が要求される。したがって、伸びの値は22%以上に限定される。
本実施の形態に係るアルミニウム合金板は、自動車ボディシートに用いるアルミニウム合金板であり、自動車ボディシートはプレス成形によって製造されるため、プレス成形後の外観に肌荒れが発生しないことが要求される。最終板の再結晶粒の平均粒径が粗い場合には、プレス成形後の外観に肌荒れが発生するおそれがある。したがって、再結晶粒の平均粒径が25μm未満に限定される。
さらに、プレス成形における割れなどの不良発生率を低減するためには、平面ひずみ領域においてその破断限界を評価する必要がある。
詳細は後記の実施例の記載に譲るとして、自動車用ボディーシート等に適用する本発明のアルミニウム合金板としては、最終焼鈍板として、平面ひずみ破断限界が0.15以上なる特性を有するものが好適である。
溶解・溶製
アルミニウム合金板を製造する方法では、溶解炉に原料を投入し、所定の溶解温度に到達したら、フラックスを適宜投入して攪拌を行う。さらに、必要に応じてランスなどを使用して炉内脱ガスを行った後、鎮静保持して溶湯の表面からカスを分離する。
薄スラブ連続鋳造機は、双ベルト式鋳造機、双ロール式鋳造機の双方を含むものとする。
本実施の形態に係るアルミニウム合金板の製造方法において、鋳造する薄スラブの厚さは3〜10mmに限定される。この厚さで薄スラブを鋳造すると、薄スラブの1/4厚みの位置におけるスラブ冷却速度を40〜1000℃/秒程度とすることができる。このように、比較的速い冷却速度で溶湯を凝固させることによって、鋳造時にAl−(Fe・Mn)−Siなどの金属間化合物を均一に細かく晶出させることが可能となる。薄スラブは、直接コイルに巻き取られ、次に冷間圧延が施される。コイルは、この冷間圧延工程間において必要に応じて中間焼鈍が施され、さらには冷間圧延工程終了後に最終焼鈍が施される。このような中間焼鈍処理及び最終焼鈍処理によって、マトリックスに固溶していたMn、Siなどの遷移元素を金属間化合物に拡散・吸収させることで、最終板における伸びの値や平面ひずみ破断限界を高めて成形性を向上させることができる。
本実施の形態に係るアルミニウム合金板の製造方法では、均質化処理及び熱間圧延が施されない。均質化処理工程及び熱間圧延工程を省略することにより、加工コストを低減することができるとともに、所望の板厚の材料を得ることができる。
本実施の形態に係るアルミニウム合金板の製造方法では、双ベルト式鋳造機を用いて、スラブを連続的に鋳造し、前記スラブに熱間圧延を施すことなく直接コイルに巻き取った後、冷間圧延を施す。このため、従来の半連続鋳造スラブ(DC鋳造スラブ)に必要となる面削工程、均質化処理工程及び熱間圧延工程を省略することができる。薄スラブを直接巻き取ったコイルは、冷間圧延機に通され、複数パスかの冷間圧延が通常施される。この際、冷間圧延によって導入される塑性歪によって加工硬化が起こるため、必要に応じて、中間焼鈍が施される。
本実施の形態に係るアルミニウム合金板の第1の製造方法では、最終板厚まで中間焼鈍を施すことなく、最終冷延率70〜95%の冷間圧延を施した後、最終焼鈍を施す。最終冷延率が70〜95%であれば、焼鈍後の最終板における平均結晶粒を25μm未満にして、伸びの値を22%以上にすることができ、プレス成形後の外観肌を綺麗に仕上げることができる。したがって、加工コストを低く抑えるとともに、遷移金属元素の固溶量を確保しながら加工を加えることにより転位が蓄積されて、最終焼鈍工程で25μm未満の比較的微細な再結晶粒を得ることが可能となる。一方、最終冷延率が70%未満の場合、冷間圧延で蓄積される歪エネルギーが少なく、最終焼鈍時で25μm未満の再結晶粒を得ることができない。また、最終冷延率が95%を超えると、冷間圧延時に蓄積される加工歪量が多すぎて、加工硬化が激しく、エッジに耳割れを生じて圧延が困難となる。したがって、最終冷延率は70〜95%の範囲である。より好ましくは、最終冷延率は70〜90%の範囲である。さらに好ましくは、最終冷延率は75〜90%の範囲である。
本実施の形態に係るアルミニウム合金板の第2の製造方法では、中間焼鈍を施した後、さらに最終冷延率50〜90%の冷間圧延が施されて、最終焼鈍を施す。最終冷延率が50〜90%であれば、焼鈍後の最終板における平均結晶粒を25μm未満にして、伸びの値を22%以上にすることができ、プレス成形後の外観肌を綺麗に仕上げることができる。したがって、加工コストを低く抑えるとともに、遷移金属元素の固溶量を確保しながら加工を加えることにより転位が蓄積されて、最終焼鈍工程で25μm未満の比較的微細な再結晶粒を得ることが可能となる。一方、最終冷延率が50%未満の場合、最終冷間圧延で蓄積される歪エネルギーが少なく、最終焼鈍時で25μm未満の再結晶粒を得ることができない。また、最終冷延率が90%を超えると、最終冷間圧延時に蓄積される加工歪量が多すぎて、加工硬化が激しく、エッジに耳割れを生じて圧延が困難となる。したがって、最終冷延率は50〜90%の範囲である。より好ましくは、最終冷延率は50〜80%の範囲である。さらに好ましくは、最終冷延率は50〜70%の範囲である。
本実施の形態に係るアルミニウム合金板の製造方法では、最終焼鈍の保持温度は450〜550℃であり、保持時間は10〜60秒である。最終焼鈍は、加熱速度および冷却速度の速い連続焼鈍が望ましい。連続焼鈍において加熱速度を速くすることで、回復過程の時間を短くすることができ、転位密度を比較的高く維持したまま圧延集合組織を再結晶化させ、均一微細な再結晶組織を得ることができ、プレス加工後の肌荒れを防止することができる。連続焼鈍において冷却速度を速くすることで、Al−(Fe・Mn)−Si等の析出物が粗大化することを防止することができるため、高強度な最終板を得ることができる。
得られた最終板の機械的特性の評価は、引張り試験の引張強度(UTS)、0.2%耐力(YS)、及び伸び(El)によって行った。具体的には、引張り方向が圧延方向と平行になるようにJIS5号試験片を各供試材につき3本ずつ採取し、JISZ2241に準じて引張り試験を行って、引張強度(UTS)、0.2%耐力、及び伸び(破断伸び)の平均値(n=3)を算出した。表4及び表5は測定結果を示したものである。
得られた最終板について、平面ひずみ破断限界の測定を行った。得られた供試材より、引張方向が圧延方向に対して平行な方向、45°方向、90°方向に沿って、図1に示すような試験片1を採取した。これらの試験片の中央部にφ5mmのスクライブドサークルを付与した後に、ひずみ速度10−3/secに設定して引張試験を行った。引張試験後、試験片中央部の破断部近傍で局部変形していないスクライブドサークルの引張方向ひずみ(最大ひずみ)を読み取り、下式から真ひずみeを算出した。
e=Ln(d1/d0)
e:真ひずみ
d1:変形後径
d0:変形前径
eave.=eL+eLT+2eX/4
eave.:平面ひずみ破断限界(平均値)
eL:平面ひずみ破断限界(圧延方向)
eLT:平面ひずみ破断限界(圧延方向90°)
eX:平面ひずみ破断限界(圧延方向45°)
最終板において、平面ひずみ破断限界の平均値eaveが、0.15以上であった供試材を成形性良好とし、0.15未満であった供試材を成形性不良とした。評価結果を表4及び表5に示す。
得られた最終板の圧延方向に平行な縦断面(LT方向に垂直な断面)を切り出して、熱可塑性樹脂に埋め込んで鏡面研磨し、ホウフッ化水素酸水溶液中で陽極酸化処理を施して、再結晶組織の観察を行った。再結晶組織を偏光顕微鏡にて写真撮影し(1視野当たりの面積;0.135mm2、各試料3視野撮影)、交線法を用いて平均結晶粒径を測定した。表4、表5は測定結果を示したものである。
Claims (4)
- Si:1.40〜1.60質量%、Fe:0.40〜0.60質量%、Cu:0.10〜0.20質量%、Mg:0.20〜0.50質量%、Mn:0.50〜0.70質量%未満、Ti:0.01〜0.10質量%、並びに残部:Al及び不純物からなり、不純物としてのZnが1.0質量%未満、不純物としてのCrが0.1質量%未満、不純物としてのNiが0.1質量%未満である成分組成を有し、引張り強度が200MPa以上、0.2%耐力が170MPa未満、伸びの値が22%以上であり、再結晶粒の平均粒径が25μm未満であり、平面ひずみ破断限界が0.15以上である冷延焼鈍材であることを特徴とするアルミニウム合金板。
- 請求項1に記載の組成のアルミニウム合金溶湯を薄スラブ連続鋳造機を用いて、厚み3〜10mmのスラブに連続的に鋳造し、
前記スラブに均質化処理及び熱間圧延を施すことなく、コイルに直接巻き取った後、中間焼鈍を施すことなく、最終冷延率70〜95%の冷間圧延を施して、最終焼鈍を施すことを特徴とするアルミニウム合金板製造方法。 - 請求項1に記載の組成のアルミニウム合金溶湯を薄スラブ連続鋳造機を用いて、厚み3〜10mmのスラブに連続的に鋳造し、
前記スラブに均質化処理及び熱間圧延を施すことなく、コイルに直接巻き取った後、冷間圧延を施し、前記コイルをバッチ炉に挿入し、保持温度430〜510℃で0.5〜12時間保持する中間焼鈍を施した後、最終冷延率50〜90%の冷間圧延を施して、最終焼鈍を施すことを特徴とするアルミニウム合金板製造方法。 - 連続焼鈍炉により、保持温度450〜550℃で10〜60秒保持する前記最終焼鈍を施すことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載のアルミニウム合金板製造方法。
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