JP2021059762A - アルミニウム合金材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、前記アルミニウム合金材は、前記アルミニウム合金材の最終加工方向と板幅方向とのなす平面内において、前記最終加工方向である0°方向、前記最終加工方向から前記板幅方向へ前記0°方向と45°をなす45°方向、及び前記最終加工方向から前記板幅方向へ前記0°方向と90°をなす90°方向の引張強さの標準偏差が20以下であることが好ましい。
[Mg]
Mg(マグネシウム)は、主に、固溶元素として存在し、強度を向上するという効果を有する。アルミニウム合金中のMgの含有量を7.0%以上とすることによって、強度向上の効果を十分に得ることができる。
Ca(カルシウム)は、主に、化合物としてアルミニウム合金中に存在し、微量でも熱間加工中の割れを引き起こし、加工性を低下させるおそれがある。アルミニウム合金中のCaの含有量が0.1%以下であれば、熱間加工中の割れを抑制することが可能である。アルミニウム合金中のCaの含有量は、0.05%以下とすることがより好ましい。
[Si]
Si(シリコン)は、主に、第二相粒子(例えば、単体Si、Al−Si−Fe−Mn系化合物)を生成し、再結晶核生成サイトとして作用することで、結晶粒を微細化するという効果を有する。アルミニウム合金中のSiの含有量を0.02%以上とすることによって、結晶粒を微細にする効果を良好に得ることができる。
Fe(鉄)は、主に、第二相粒子(Al−Fe系化合物等)として存在し、再結晶核生成サイトとして作用することで、結晶粒を微細化するという効果を有する。アルミニウム合金中のFeの含有量を0.02%以上とすることによって、結晶粒を微細にする効果を得ることができる。
Cu(銅)は、主に、固溶元素として存在し、強度を向上するという効果を有する。アルミニウム合金中のCuの含有量を0.05%以上とすることによって、強度向上の効果を十分に得ることができる。
Mn(マンガン)は、主に第二相粒子(Al−Mn系化合物)として存在し、再結晶核生成サイトとして作用することで、結晶粒を微細化するという効果を有する。具体的には、アルミニウム合金中のMnの含有量が0.05%以上であることによって、結晶粒を微細にするという効果を十分に得ることができる。
Cr(クロム)、V(バナジウム)、Zr(ジルコニウム)は、主に第二相粒子(Al−Fe−Mn系化合物、Al−Cr系化合物、Al−V系化合物、Al−Zr系化合物等)として存在し、再結晶核生成サイトとして作用することで、結晶粒を微細化するという効果を有する。具体的には、アルミニウム合金中のCr,Vの含有量が0.05%以上、又はZrの含有量が0.02%以上であることによって、結晶粒を微細にするという効果を十分に得ることができる。
Ti(チタン)は、鋳造時に形成される凝固アルミニウム相の成長を抑制し、鋳造組織を微細化することで鋳造時の割れ等の不具合を抑制する効果を有する。しかしながら、アルミニウム合金中のTiの含有量が多過ぎると、第二相粒子が粗大化し、製造されるアルミニウム合金材の破断伸びを低下させるおそれがある。
本実施形態では、上記した組成で構成されるアルミニウム合金に対し、後述する製造処理を行うことにより、引張強さが500MPa以上で、破断伸びが3%以上10%未満のアルミニウム合金材(H材)を作製することができる。これにより、引張強さが500MPaを下回り、最終製品に強度不足が生じることを防止できる。また、破断伸びが3%を下回り、最終製品の加工時に割れ等の不具合が発生することを防止できる。
図1に示すように、本実施形態のアルミニウム合金材1は、1組のロール2による最終圧延時の圧延方向(最終加工方向)と板幅方向とのなす平面において、圧延方向から板幅方向へ0°方向、圧延方向から板幅方向へ45°方向、圧延方向から板幅方向へ90°方向(板幅方向)の引張強さの標準偏差が20[MPa]以下となるように設定されている。これは、引張強さの標準偏差が20[MPa]を超えると、強度の異方性が高すぎて最終製品の特定の方向の強度が低くなり、信頼性が低下するおそれがあることを考慮している。ここで、引張強さの標準偏差は、後述する式(1)により算出される。
本実施形態のアルミニウム合金材では、結晶方位分布関数(ODF:Crystallite Orientation Distribution Function)を用いて算出される{013}<100>及び{011}<100>の方位密度が、5以下(例えば、1程度)となるように設定されている。これは、{013}<100>及び{011}<100>の方位密度が5を超えると、強度の異方性が顕著になり、最終製品の特定方向の強度が低下するおそれがあることを考慮している。
次に、本実施形態に係るアルミニウム合金材の製造方法について説明する。本実施形態のアルミニウム合金材の製造は、鋳造工程、均質化工程、熱間圧延工程、冷間圧延工程、及び、焼きなまし工程の順に行われる。この製造工程は一例であり、これに限定されない。
実施例1に用いたアルミニウム合金の組成を表1に示す。
表1に示される組成で構成されたアルミニウム合金を溶解してDC鋳造した後、均質化工程、熱間圧延工程、及び冷間圧延工程を行う。そして、冷間圧延工程完了後の板厚が、1.0mmのアルミニウム合金材とする。
表2に示すように、実施例1において製造されたアルミニウム合金材は、引張強さ及び破断伸びが、規定の範囲内である。すなわち、実施例1において製造されたアルミニウム合金材は、引張強さが500MPa以上、破断伸びが3%以上10%未満の範囲である。
強度の異方性は、圧延方向(最終加工方向)と板幅方向とのなす平面内において、圧延方向である0°方向、圧延方向から板幅方向へ前記0°方向と45°をなす45°方向、及び圧延方向から板幅方向へ前記0°方向と90°をなす90°方向の引張強さを測定し、以下に示す式(1)を用いて算出した標準偏差[MPa]で定義する。
実施例1のアルミニウム合金材に対し、上述した結晶方位分布関数(ODF)を用いた三次元方位解析法を使用して方位密度を算出する。具体的には、製造したアルミニウム合金材の一部に対し、アルミニウム合金材の加工方向(圧延方向)に垂直な断面をX線回折法で測定する。この時、傾斜角が15度〜90度の範囲で、上述したSchlzの反射法により、(111)面、(220)面、(200)面の不完全局点図を測定した後、級数展開を行い、結晶方位分布関数(ODF)を求める。
上記実施例1に対する比較例として、表3に示す組成を有する比較例1〜比較例5のアルミニウム合金に、実施例1と同様の処理を施すことにより製造されたアルミニウム合金材の特性を表4にまとめる。ただし、比較例1〜3では、均質化処理時に500℃、8hの処理を行った。
2 ロール
Claims (5)
- Mg:7.0〜10.0%、Ca:0.1%以下、を含有し、
残部アルミニウム及び不可避不純物からなるアルミニウム合金材であって、
引張強さが500MPa以上、破断伸びが3%以上10%未満であることを特徴とするアルミニウム合金材。 - 前記アルミニウム合金材は、Mn:0.05〜1.0%を含有することを特徴とする請求項1に記載のアルミニウム合金材。
- 前記アルミニウム合金材は、前記アルミニウム合金材の最終加工方向と板幅方向とのなす平面内において、前記最終加工方向である0°方向、前記最終加工方向から前記板幅方向へ前記0°方向と45°をなす45°方向、及び前記最終加工方向から前記板幅方向へ前記0°方向と90°をなす90°方向の引張強さの標準偏差が20以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のアルミニウム合金材。
- 前記アルミニウム合金材は、結晶方位分布関数(ODF)を用いて算出される{013}<100>及び{011}<100>の方位密度が5以下であることを特徴とする請求項3に記載のアルミニウム合金材。
- 前記アルミニウム合金材は、結晶方位分布関数(ODF)を用いて算出される{011}<211>の方位密度が{112}<111>の方位密度の0.4倍以上であることを特徴とする請求項3または4に記載のアルミニウム合金材。
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