JP2023506278A - 自動車両の車体用の構造構成要素を製造するための改良された方法 - Google Patents

自動車両の車体用の構造構成要素を製造するための改良された方法 Download PDF

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Abstract

Ｓｉ：０．７５～１．１０、Ｆｅ：最大０．４、Ｃｕ：０．５～０．８、Ｍｎ：０．１～０．４、Ｍｇ：０．７５～１、Ｔｉ：最大０．１５、Ｃｒ：最大０．１およびＶ：最大０．１を含む合金を用いて自動車の車体または車体構造用の圧延品を製造するための方法が、インゴットの鋳造から車体部品の成形および塗装に至る複数のプロセスステップと共に開示されている。シートの予備時効ならびに部品の熱処理のさまざまな可能性が、車体内の部品の場所に応じて変動し得る有利な成形時材料特性、材料強度および焼付け硬化プロセスに対する低い感応性を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、詳細には、アルミニウム合金シート、より詳細にはアルミニウム協会の呼称にしたがってＡＡ６ｘｘｘシリーズ内の合金をスタンピングすることによって製造され、衝撃の時点で不可逆的にエネルギを吸収するように意図され、かつ、衝突時の優れた挙動と高い機械的強度との間の卓越した妥協点を有する、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車両の構造部品または構成要素、例えば詳細にはインパクトアブソーバまたは「クラッシュボックス」、補強部品、ライニングまたは他の車体構造部品の分野に関する。
より厳密には、本発明は、固溶硬化され焼入れされかつ自然時効された調質状態でスタンピングし、その後、部品上での時効および塗料の焼付け処理つまり「焼付け硬化」によって硬化させることによる、このような構成要素の製造に関する。
アルミニウム合金は、自動車製造において、車両の重量を削減しひいては燃費および温室効果ガスの放出を削減するために増々使用されている。
アルミニウム合金シートは、詳細には、「ホワイトボディ」の多くの部品を製造するために使用されており、これらの部品としては、車体スキン部品（または車体のアウターパネル）、例えばフロントウィング、ルーフ、ボンネット、トランクまたはドアスキン、およびライニング部品または車体構造構成要素、例えば、ドア、ボンネット、テールゲートまたはルーフライニングまたは補強材、あるいはスパー、バルクヘッド、積載床、フロアトンネルおよびフロント、ミドルおよびリヤピラーそして最後にインパクトアブソーバまたは「クラッシュボックス」が存在する。
多くのスキン部品がすでにアルミニウム合金シートから生産されているとしても、複雑な幾何形状を有するライニングまたは構造部品の鋼からアルミニウムへの置き換えはさらに難しいものであることが判明している。第１に、鋼に比べてアルミニウム合金の成形性はさほど良くないこと、そして第２にこのタイプの部品のために使用される鋼よりも概して機械的特性が低いこと、がその理由である。
このタイプの利用分野が、時として相反するものである以下の特性のセットを必要とすることにその理由がある：すなわち、
－ 詳細にはスタンピング作業のための、納入時質別、質別Ｔ４における高い成形性、
－ 整形時にスプリングバックを抑えるための、シートの納入時条件における制御された引張降伏強度、
－ スポット溶接、レーザ溶接、接着剤ボンディング、クリンチングまたはリベット締結などの自動車車体内で使用されるさまざまな組立て方法における優れた挙動、
－ 部品の重量を最小限に抑えながら稼動中の優れた機械的強度を得るための、電気泳動および塗料焼付け後の高い機械的強度、
－ 車体構造部品に対して応用する場合の、衝撃時の優れたエネルギ吸収能力、
－ 腐食、詳細には完成部品の粒間腐食、応力腐食および糸状腐食に対する、優れた耐性、
－ 製造廃棄物のリサイクルまたはリサイクル車両についての要件との適合性、
－ 許容可能な大量生産コスト。
しかしながら、現在、主としてアルミニウム合金で構成されたホワイトボディを有する大量生産された自動車両が確かに存在する。例えば、フォードＦ－１５０モデル２０１４バージョンは、ＡＡ６１１１構造合金で構成されている。この合金は、１９８０～１９９０年代にＡｌｃａｎグループによって開発された。以下の２つの参照文献がこの開発作業について記載している：
－ Ｐ．Ｅ．Ｆｏｒｔｉｎら、「Ａｎ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ａｌ ａｌｌｏｙ ｆｏｒ ａｕｔｏ ｂｏｄｙ ｓｈｅｅｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＳＡＥ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９８４年３月は、Ｓｉ：０．８５；Ｆｅ：０．２０；Ｃｕ：０．７５；Ｍｎ：０．２０およびＭｇ：０．７２という組成について記述している。
－ Ｍ．Ｊ．Ｂｕｌｌら、「Ａｌ ｓｈｅｅｔ ａｌｌｏｙｓ ｆｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎｄ ｓｋｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、２５ｔｈ ＩＳＡＴＡ ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｐａｐｅｒ ９２０６６９、１９９２年６月。
当初は、「２％の予備ひずみおよび１７７℃で３０分間の後に、２８０ＭＰａの降伏強度が達成される」というスキンタイプの利用分野の場合に圧入に耐えるように設計されているとしても、その主要特性はひきつづき高い機械的強度であり続けている。
さらに、航空機または自動車の利用分野のために、高い機械的特性を有するＡＡ６ｘｘｘ系統内の他の合金が開発されてきた。こうして、その開発がＰｅｃｈｉｎｅｙ社での１９８０年代にさかのぼるＡＡ６０５６タイプの合金は、機械的特性を最適化するためかあるいは粒間腐食に対する耐性を改善するために、多くの研究作業および数多くの刊行物の対象となってきた。これは、１つの特許出願（国際公開第２００４／１１３５７９号）の主題であった。
ＡＡ６０１３タイプの合金も多くの研究作業の対象となってきた。例えば、Ａｌｃｏａでは、２００２年に公開された米国特許出願公開第２００２／０３９６６４号明細書中で、Ｔ６質別で使用された０．６～１．１５％のＳｉ；０．６～１％のＣｕ；０．８～１．２％のＭｇ；０．５５～０．８６％のＺｎ；０．１％未満のＭｎ；０．２～０．３％のＣｒおよびおよそ０．２％のＦｅを含む合金が、粒間腐食に対する優れた耐性と３８０ＭＰａのＲｐ０．２を組合せている。
Ａｌｅｒｉｓでは、２００３年に公開された国際公開第２００３／００６６９７号が、０．２％～０．４５％のＣｕを伴うＡＡ６ｘｘｘシリーズ内の合金に関連している。発明の目的は、Ｔ６質別で３５５ＭＰａのＲｍおよび粒間腐食に対する優れた耐性を目標とする、低減したＣｕレベルを有するＡＡ６０１３タイプの合金を提案することにある。特許請求された組成は以下の通りである：０．８～１．３％のＳｉ、０．２～０．４５％のＣｕ；０．５～１．１％のＭｎ；０．４５～０．１％のＭｇ。
例えば欧州特許第２５８１２１８号明細書中に記載の７ｘｘｘ合金から作られた自動車の利用分野向けの構造部品も知られている。
さらに、例えば上述の合金を用いた従来のスタンピングによって達成することのできないドアライニングなどの複雑な幾何形状を有する部品をアルミニウム合金から生産するために、過去において以下のようなさまざまな解決法が企図されかつ／または実装されてきた：
－ 成型、詳細には「加圧下」タイプの成型によりこのタイプの部品を生産することによって、スタンピングに関連する難しさを回避すること。２０００年の優先権下のＮｏｔｈｅｌｆｅｒ ＧｍｂＨの欧州特許第１３０５１７９号明細書がこれを立証している。
－ より優れた成形適性の恩恵を享受するために、いわゆる「ウォーム」スタンピングを実施すること。これは、アルミニウム合金ブランクをいわゆる中間温度、すなわち１５０～３５０℃まで全体的または局所的に加熱して、予熱可能でもあり得るツールを有するプレス下でのその挙動を改善することからなる。２００３年の優先権下の当該出願人の欧州特許第１６０１４７８号明細書は、この解決法に基づくものである。
－ ＡＡ５ｘｘｘシリーズ内の合金自体のスタンピングに対する適性を、その組成を介して修正すること；詳細には、マグネシウム含有量を５％超に増大させることが提案された。しかし、これは、耐腐食性の観点から見て、中立的ではない。
－ より優れた成形性のため５％を超えるＭｇを伴うＡＡ５ｘｘｘシリーズ内の合金コアと、より優れた耐腐食性を有する合金から作られたクラッドシートで構成された複合シートを使用すること。しかしながら、シートの縁部における、または穿孔ゾーンにおける、あるいはより一般的にコアが露出している場所における、そして特にアセンブリ内での耐腐食性は、このとき不十分であることが判明する可能性がある。
－ さらに、欧州特許出願公開第１７０２９９５号明細書は、アルミニウム合金シートの生産方法において、重量％として、Ｍｇ：０．３０～１．００％、Ｓｉ：０．３０～１．２０％、Ｆｅ：０．０５～０．５０％、Ｍｎ：０．０５～０．５０％、Ｔｉ：０．００５～０．１０％、任意にはＣｕ：０．０５～０．７０％およびＺｒ：０．０５～０．４０％のうちの１つ以上、そして残りのＡｌおよび不可避的不純物という化学組成を有する溶融アルミニウム合金の供給ステップ；プレートの厚みの１／４において４０℃～１５０℃／秒の冷却速度でダブルストリップ鋳造方法により５～１５ｍｍの厚みを有するプレートへと溶融合金を鋳造するステップと、リールの形態へのコイリングステップと、均質化処理と、少なくとも５００℃／時以上の冷却速度で２５０℃の温度まで、結果として得たリールを冷却するステップとそれに続く冷間圧延ステップと、その後の溶体化熱処理ステップを含む方法について記述している。該文書は、成形後の部品上での時効については言及していない。
－ 国際公開第２０１８／１８５４２５号の発明は、自動車両の車体または車体構造のスタンピングされた構成要素をアルミニウム合金から生産する方法において、（重量％で）Ｓｉ：０．６０～０．８５；Ｆｅ：０．０５～０．２５；Ｃｕ：０．０５～０．３０；Ｍｎ：０．０５～０．３０；Ｍｇ：０．５０～１．００；Ｔｉ＋Ｖ≦０．１０として、Ｔｉ：０．０２～０．１０；Ｖ：０．００～０．１０；各々０．０５未満で合計０．１５未満の他の元素、残りはアルミニウム、ここでＭｇ＜－２．６７×Ｓｉ＋２．８７、という組成の合金を有する、厚み１．０～３．５ｍｍの金属シートまたはストリップを生産するステップと、溶解および浸漬ステップと、予備焼き戻しステップと、７２時間～６ヵ月の間の熟成ステップと、スタンピングステップと、３０～１７０分の保持時間で２０５℃前後の温度での焼き戻しステップまたは同等の時間・温度での焼き戻しステップと、塗装および１５０～１９０℃の温度で１５～３０分間塗料を「焼付け硬化」するステップとを含む方法、に関する。発明は、このような方法によって生産された「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車両の車体または車体構造のスタンピングされた構成要素にも関する。
米国特許出願公開第２０１８／０１１９２６１号明細書は、予期せぬ特性を有する６ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金およびこのようなアルミニウム合金を生産する新規の方法について記述している。アルミニウム合金は、極めて成形性が高く、高い強度を示す。該合金は、連続鋳造法によって生産され、最終的ゲージおよび／または最終的質別へと熱間圧延され得る。該合金は、数例を挙げると、自動車、輸送、工業および電子機器の利用分野で使用可能である。
米国特許出願公開第２０１８／０１７１４５２号明細書は、高強度で極めて変形性の高いアルミニウム合金およびこのような合金の製造および加工方法を開示している。より詳細には、改善された機械的強度および成形性を示す、熱処理可能なアルミニウム合金が開示されている。加工方法には、鋳造、均質化、熱間圧延、溶体化、予備時効そしていくつかの事例においては予備歪みが含まれる。いくつかの事例において、加工ステップはさらに、冷間圧延および／または熱処理を含むことができる。
自動車の車体構成要素および大量生産のためのアルミニウムシートの使用に関する開発が増大していることを考慮すると、つねに軽量化の向上を目的としながら他の特性を損なうことなく厚みを削減することを可能にするさらに改善されたグレードに対する需要がなおも存在している。
国際公開第２００４／１１３５７９号 米国特許出願公開第２００２／０３９６６４号明細書 国際公開第２００３／００６６９７号 欧州特許第２５８１２１８号明細書 欧州特許第１３０５１７９号明細書 欧州特許第１６０１４７８号明細書 欧州特許出願公開第１７０２９９５号明細書 国際公開第２０１８／１８５４２５号 米国特許出願公開第２０１８／０１１９２６１号明細書 米国特許出願公開第２０１８／０１７１４５２号明細書
Ｐ．Ｅ．Ｆｏｒｔｉｎら、「Ａｎ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ Ａｌ ａｌｌｏｙ ｆｏｒ ａｕｔｏ ｂｏｄｙ ｓｈｅｅｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＳＡＥ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９８４年３月 Ｍ．Ｊ．Ｂｕｌｌら、「Ａｌ ｓｈｅｅｔ ａｌｌｏｙｓ ｆｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎｄ ｓｋｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、２５ｔｈ ＩＳＡＴＡ ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｐａｐｅｒ ９２０６６９、１９９２年６月
本発明は、周囲温度での自然時効後のＴ４質別における成形ステップと、それに続いて任意には成形された部品に対する時効硬化ステップと、塗料の焼付けまたは焼付け硬化ステップとを含む構成要素の製造方法を提案することによって、完成した構成要素のリベット締結下および衝突時における優れた挙動ならびに高い機械的強度とＴ４質別における成形性の間の卓越した妥協点を得ることを目的とする。１つの課題は、短時間でかつ経済的に有利な方法を達成し、ＡＡ６１１１合金製の製品に比べた改善を行なうことにもある。
これらの構成要素は、スポット溶接、レーザ溶接、接着剤ボンディング、クリンチングまたはリベット締結などのさまざまな組立てプロセスにおける優れた挙動および非常に優れた耐腐食性も有していなければならない。
本発明の対象は、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車の車体または車体構造用圧延品をアルミニウム合金から製造するための方法において：
ａ．Ｓｉ：０．７５～１．１０；
Ｆｅ：最大０．４；
Ｃｕ：０．５～０．８；
Ｍｎ：０．１～０．４；
Ｍｇ：０．７５～１；
Ｔｉ：最大０．１５；
Ｃｒ：最大０．１；
Ｖ：最大０．１；
不可避的な元素および不純物：各々最大０．０５％、合計最大０．１５％；
残りはアルミニウム；
という組成（重量％）を有するインゴットの鋳造ステップと；
ｂ．インゴットの均質化ステップと；
ｃ．インゴットの熱間圧延ステップと；
ｄ．シートへの冷間圧延ステップと；
ｅ．シートの溶体化熱処理、焼入れステップと；
ｆ．シートの予備時効ステップと；
ｇ．シートの自然時効ステップ；
という連続したステップを含む方法である。
本発明の別の対象は、本発明の方法によって得ることのできる圧延品である。
本発明の別の対象は、本発明の方法によって得ることのできる部品である。
本発明の別の対象は、車体スキン部品（または車体のアウターパネル）、例えばフロントウィング、ルーフ、ボンネット、トランクまたはドアスキン、およびライニング部品または車体構造構成要素、例えば、ドア、ボンネット、テールゲートまたはルーフライニングまたは補強材、あるいはスパー、バルクヘッド、積載床、フロアトンネルおよびフロント、ミドルおよびリヤピラーそして最後にインパクトアブソーバまたは「クラッシュボックス」としての、自動車内での部品の使用である。
厚みｔの圧延品Ｔの曲げ加工を実施するための、２本のローラＲと半径ｒのパンチＢで構成された「３点曲げ試験」用装置を描いている。 内角βでの「３点曲げ」試験後の圧延品Ｔを描いており、試験の測定結果である外角αは、添付の結果で報告されており、試験手順中の最大強度も同様に報告されている。 該方法の特定の実施形態を描いている。
本明細書中で別段の定義がない限り、一般的用語は、ＮＦ ＥＮ１２２５８－１規格中で定義されている。シートは、０．２０ｍｍ～６ｍｍの均一な厚みを有する矩形断面をもつ平坦な圧延品である。
以下で問題となっている全てのアルミニウム合金は、相反する指示の無いかぎり、アルミニウム協会が定期的に刊行するＲｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄ Ｓｅｒｉｅｓ中で該協会が定義する呼称で呼ばれる。
合金の化学組成に関する全ての表示は、合金の総重量に基づく重量％として表現される。
冶金学的質別の定義は、本明細書中で別段の定義の無いかぎり、欧州規格ＥＮ５１５中に示されている。
静的引張機械的特性、換言すると最大抗張力Ｒｍ、０．２％伸びにおける引張降伏強度Ｒｐ０．２、および破断点伸びＡ％は、ＮＦ ＥＮ ＩＳＯ ６８９２－１にしたがった引張り試験によって決定される。
曲げ角度は、ＮＦ ＥＮ ＩＳＯ ７４３８および手順ＶＤＡ ２３８－１００およびＶＤＡ ２３９－２００にしたがって３点曲げ試験によって決定される。
曲げ性も、ＡＳＴＭ規格Ｅ２９０－９７ａを用いて測定される。
発明者らは、部品を生産するための有利な特性を自動車メーカーに提供する好適な方法と併せてアルミニウム合金の組成セットを選択した。
本発明の主題は、以下のステップを含む、アルミニウム合金から「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車の車体または車体構造用圧延品を製造するための方法にある：
以下の組成を（重量％で）有するインゴットを鋳造するステップ：
Ｓｉ：０．７５～１．１０。好ましくは、Ｓｉの最大含有量は１．０％、そしてより好ましくは最大Ｓｉ含有量は０．９５％である。
Ｆｅ：最大０．４。好ましくは、最小Ｆｅ含有量は０．１５％であり、かつ／または最大Ｆｅ含有量は０．３０％である。
Ｃｕ：０．５～０．８。好ましくは、インゴットのＣｕ最大含有量は０．７０％であり、かつ／またはＣｕの最小含有量は０．５５％である。より好ましくは、最大Ｃｕ含有量は０．６５％である。通常Ｃｕはアルミニウムよりも高価であるため、Ｃｕを０．８％、０．７０％さらには０．６５％に制限することは、経済的な理由から有利である。それはまた、材料のリサイクルを容易にするためにも有利である。それはまた、耐腐食性も改善することができる。しかしながら、別の実施形態においては、Ｃｕ最小含有量は、特に強度を増大させるために０．６５％である。
Ｍｎ：０．１～０．４。好ましくは、最大Ｍｎ含有量は０．３５％であり、かつ／または最小Ｍｎ含有量は、０．２４％または好ましくは０．２５％である。Ｍｎを添加すると、特に曲げ挙動が改善される。
Ｍｇ：０．７５～１、好ましくは、Ｍｇの最小含有量は０．８０％であり、かつ／または最大Ｍｇ含有量は０．９０％である。
Ｔｉ：最大０．１５、好ましくは、最小Ｔｉ含有量は０．０１％であり、かつ／または最大Ｔｉ含有量は０．０５％である。
Ｃｒ：最大０．１、そして好ましくは、Ｃｒは不可避的元素または不純物である。
Ｖ：最大０．１、そして好ましくは、Ｖは不可避的元素または不純物である。
そして、各々最大０．０５％、合計０．１５％の不可避的元素および不純物、そして残りはアルミニウムである。
鋳造は、さまざまな鋳造プロセスを用いて行なうことができる。通常は水平鋳造である連続鋳造が可能である。また、直接チル鋳造の名称でも知られている垂直半連続鋳造を使用することも好ましい。垂直半連続鋳造は、シートの厚み全体にわたってより均質であるため、好ましい。
インゴットは、均質化され、熱間圧延され、冷間圧延されてシートになる。シートは、溶体化熱処理され、焼入れされる。好ましくは、インゴットの均質化処理は、５２０～５６０℃の温度で、好ましくは２～８時間である。好ましくは熱間圧延は、インゴットを３～１０ｍｍの厚みを有する中間圧延品へと圧延する。好ましくは、冷間圧延は、中間圧延品を１～４ｍｍの厚みを有するシートへと圧延する。その後シートは、初期溶融を回避しながら、典型的には合金のソルバス温度を超える温度で溶体化熱処理される。好ましくは、溶体化熱処理温度は５３０℃から、好ましくは５４０℃から５８０℃までで、好ましくは１秒～５分間である。その後、シートに焼入れが適用される。約１５～６０℃、好ましくは１５℃～４０℃の温度での水焼入れが好適である。好ましくは５０～１２０℃の温度で、好ましくは少なくとも８時間、予備時効が適用される。その後、自然時効が適用される。自然時効は、ＮＦ ＥＮ１２２５８－１で定義されており、室温はＮＦ ＥＮ ＩＳＯ６８９２－１で定義されている。好ましくは、自然時効の持続時間は７２時間～６ヵ月である。
予備時効ステップは好ましくは、コイリング温度でシートをコイリングし、それを開放空気中において室温で冷却することによって達成される。
予備時効を実現するのに便利な連続焼鈍ライン装置が、図３により描かれている。シート３は、アンコイラ１によりアンコイリングされ、溶体化炉４および焼入れユニット５を通り、その後シート３は、車体シートにとって非常に有用なステップである表面処理機６に入り、その後予備時効オーブン７が続き、最終的に開放空気中においてコイラ２上でコイリングされる。したがって、予備時効オーブン７の出口において、シートは高温であり、シートは開放空気中においてコイリング温度でコイラ２上でコイリングされる。コイリングされたシート８は高温であり、プラント内で周囲温度で保管され、周囲温度まで冷却する。この冷却中に予備時効が発生する。自然時効は、コイリングされたシート８の冷却終了後に開始し、好ましくは予備時効持続時間は少なくとも８時間である。
好ましくは、予備時効は、５０～１２０℃、好ましくは６０～１２０℃のコイリング温度でシートをコイリングし、続いてコイリングされたシートを開放空気中において冷却することによって得られ、その持続時間は少なくとも８時間である。
本発明の圧延品は、鋳造から自然時効に至る上述の方法で得ることのできる製品を含む。自然時効後の圧延品の質別はＴ４である。
Ｔ４質別の圧延品の引張降伏強度は、同じ圧延品の内部において横断方向と４５°の方向での引張降伏強度間で、５ＭＰａ未満、好ましくは３ＭＰａ未満変動する。同じシートとは、同じインゴット、同じ均質化、同じ熱間および冷間圧延、同じ溶体化熱処理、同じ焼入れ、同じ予備時効、同じ自然時効から作られた圧延品として定義付けされ、引張り試験試料は可能なかぎり近くで圧延品から切り取られる。これは、部品スタンピングにとって有用な特性である。
Ｔ４質別での圧延品は、部品の材料特性を推定する６つの他の特定の質別、Ｔ８Ａ、Ｔ８Ｃ、Ｔ８Ｄ、Ｔ６Ｂ、Ｔ６ＣおよびＴ８Ｄにおいて特徴付けすることができる。
Ｔ８Ａ、Ｔ８ＣおよびＴ８Ｄ質別は、２％の歪みと各々それに続く特定の熱処理をＴ４圧延品に対して適用することによって達成される。Ｔ８Ａ質別は、１８０℃の温度で２０分の焼付け硬化熱処理を使用する。Ｔ８Ｃ質別は、１６０℃の温度で５分の軽くて短い焼付け硬化熱処理を使用する。Ｔ８Ｄ質別は、１６０℃の温度で２０分の軽くて長い焼付け硬化熱処理を使用する。
Ｔ６Ｂ、Ｔ６ＣおよびＴ６Ｄ質別は、Ｔ４圧延品に対して特定の熱処理を適用することによって達成される。Ｔ６Ｂ質別は、３０分間２２５℃の温度での熱処理を使用する。Ｔ６Ｃ質別は、１６０℃の温度で５分間の軽くて短い焼付け硬化熱処理を使用する。Ｔ６Ｄ質別は、１６０℃の温度で２０分の軽くて長い焼付け硬化熱処理を使用する。
その後、Ｔ４圧延品を、詳細にはプレススタンピングによって成形して、形状品を得ることができる。任意には、形状品は時効される。形状品を、塗装し、１５０～１９０℃、好ましくは１７０～１９０℃の温度で、５～３０分間、好ましくは１５～３０分間焼付け硬化して部品にすることができる。
本発明の対象は、本発明の圧延品を用いて上述の方法で得ることのできる部品である。この部品は、車体スキン部品（または車体のアウターパネル）、例えばフロントウィング、ルーフ、ボンネット、トランクまたはドアスキン、およびライニング部品または車体構造構成要素、例えば、ドア、ボンネット、テールゲートまたはルーフライニングまたは補強材、あるいは好ましくはスパー、バルクヘッド、積載床、フロアトンネルおよびフロント、ミドルおよびリヤピラーそして最後にインパクトアブソーバまたは「クラッシュボックス」として自動車内で使用可能である。
第１の実施形態において、コイリング温度は、５０℃から９５℃までで、９５℃は除外され、好ましくは６０℃から９５℃までで、９５℃は除外される。この第１の実施形態のＴ４質別の圧延品は、１６５ＭＰａ未満の引張降伏強度によって特徴付けられ、これはプレススタンピングにおける顧客の成形性にとって有用であり得る。この第１の実施形態のＴ６Ｂ質別の圧延品は、正式に記述されている通り、３４５ＭＰａの最小引張降伏強度そして好ましくは３５０ＭＰａの最小引張降伏強度を有する。
第１の実施形態に係る方法のための好ましい組成は以下の通りである：
Ｓｉ：０．７５～１．１０、より好ましくは０．９５％未満；
Ｆｅ：最大０．４、より好ましくは０．１５％～０．３０％；
Ｃｕ：０．５～０．７０、好ましくは０．５～０．６５；
Ｍｎ：０．１～０．４；
Ｍｇ：０．７５～１；
Ｔｉ：０．０１～０．０５；
Ｃｒ：最大０．１；
Ｖ：不純物として；
不可避的元素および不純物：各々最大０．０５％、合計最大０．１５％；
残りはアルミニウムである。
この好ましい組成で、かつ５０℃から９５℃までで、９５℃は除外され、好ましくは６０℃から９５℃までで、９５℃は除外されるコイリング温度で、第１の実施形態のＴ４圧延品の曲げ性は最大０．１９である。これは、部品成形において有利である。
第１の実施形態のさらに一層好ましい組成は以下の通りである：
Ｓｉ：０．７５～１．１０、より好ましくは０．９５％未満；
Ｆｅ：最大０．４、より好ましくは０．１５％～０．３０％；
Ｃｕ：０．５～０．７０、好ましくは０．５～０．６５；
Ｍｎ：０．２４～０．３０、好ましくは最小０．２５％；
Ｍｇ：０．７５～１；
Ｔｉ：０．０１～０．０５；
Ｃｒ：最大０．１；
Ｖ：不純物として；
不可避的元素および不純物：各々最大０．０５％、合計最大０．１５％；
残りはアルミニウムである。
このさらに一層好ましい組成では、５０℃から７０℃まで、好ましくは６０℃から７０℃までのコイリング温度と併せて、Ｔ４質別の圧延品のＶＤＡ角度は１２５°超である。Ｔ４圧延品の曲げ性はそれでも０．１９未満である。これは、一部のプレススタンピングの利用分野において有利であり得る。
第１の実施形態の別の好ましい方法において、コイリング温度は７０℃～９５℃である。この方法では、Ｔ８Ａ質別の圧延品は、２７５ＭＰａの最小引張降伏強度を有する。この実施形態のより好ましい方法において、Ｔ８Ａ質別の圧延品は、７０℃～９５℃のコイリング温度かつ以下の組成で、２８０ＭＰａの最小引張降伏強度を有する：
Ｓｉ：０．７５～１．１０、より好ましくは０．９０％未満；
Ｆｅ：最大０．４、より好ましくは０．１５％～０．３０％；
Ｃｕ：０．６５～０．８；
Ｍｎ：０．１～０．４、より好ましくは０．２４％未満で最小０．１５％；
Ｍｇ：０．７５～１、より好ましくは０．９５％未満；
Ｔｉ：０．０１～０．０５；
Ｃｒ：最大０．１；
Ｖ：不純物として；
不可避的元素および不純物：各々最大０．０５％、合計最大０．１５％；
残りはアルミニウムである。
本発明の第２の実施形態において、コイリング温度は、９５℃～１２０℃、好ましくは９５℃～１０５℃であり、好ましくは、組成は以下の通りである：
Ｓｉ：０．７５～１．１０、より好ましくは０．９０％未満；
Ｆｅ：最大０．４、より好ましくは０．１５％～０．３０％；
Ｃｕ：０．５～０．７０、好ましくは０．５～０．６５；
Ｍｎ：０．１～０．４、好ましくは最小０．２５％でかつ好ましくは０．３５％未満；
Ｍｇ：０．７５～１；
Ｔｉ：０．０１～０．０５；
Ｃｒ：最大０．１；
Ｖ：不純物として；
不可避的元素および不純物：各々最大０．０５％、合計最大０．１５％；
残りはアルミニウムである。
この第２の実施形態の利点は、詳細には、焼付け硬化処理の変動に対する部品の降伏強度の感応度が低いという点にある。焼付け硬化条件は、車体アセンブリ内部の場所に左右され、したがって、焼付け硬化条件に対する感応性が低い部品は、自動車メーカーにとっての融通性がより高いことから、有利である。この低い感応性は、同じＴ４質別の圧延品から得られる、Ｔ６Ｃ質別における特性とＴ６Ｄ質別における特性、および／またはＴ８Ｃ質別における特性とＴ８Ｄ質別における特性を比較することによって査定可能である。
第２の実施形態の方法で得られる圧延品では、Ｔ８ＣおよびＴ８Ｄ質別における圧延品の引張降伏強度とＴ４質別における同じ圧延品製の引張降伏強度の差異は、５ＭＰａ未満である。Ｔ８ＣおよびＴ８Ｄの圧延品の試料は、焼付け硬化の持続時間だけが異なり、その温度は１６０℃である。
Ｔ６ＣとＴ６Ｄの圧延品試料は、焼付け硬化の持続時間が異なるだけであり、その温度は１６０℃である。第２の実施形態の方法で得られる圧延品では、Ｔ６ＣおよびＴ６Ｄ質別における圧延品の引張降伏強度とＴ４質別における同じ圧延品製の引張降伏強度の差異は、５ＭＰａ未満である。
より一般的には、圧延品は、１５０～１９０℃、好ましくは１７０～１９０℃の温度で５～３０分、好ましくは１５～３０分の間、熱処理され得る。上述の温度範囲内の所与の温度で、上述の持続時間範囲内の任意の持続時間の間熱処理された圧延品の降伏強度は、１５ＭＰａ未満、好ましくは１０ＭＰａ未満そしてより好ましくは５ＭＰａ未満だけ変動する。
より一般的には、２％の歪みを受けた圧延品は、１５０～１９０℃、好ましくは１７０～１９０℃の温度で５～３０分、好ましくは１５～３０分の間、熱処理され得る。上述の温度範囲内の所与の温度で、上述の持続時間範囲内の任意の持続時間の間熱処理された２％の歪みを受けた圧延品の降伏強度は、１５ＭＰａ未満、好ましくは１０ＭＰａ未満そしてより好ましくは５ＭＰａ未満だけ変動する。
第２の実施形態では、Ｔ４質別の圧延品は、１９０ＭＰａの最大引張降伏強度を有する。第２の実施形態では、Ｔ６Ｂ質別の圧延品は、３４０ＭＰａの最小引張降伏強度を有する。第２の実施形態では、Ｔ８Ａ質別の圧延品は、２８０ＭＰａ、好ましくは２９０ＭＰａの最小引張降伏強度を有する。
あらゆる合金のリサイクル性は、重要な技術的および経済的パラメータである。将来の溶融物の予測可能性を提供することから、あらゆる元素の範囲を縮小することは、リサイクルプロセスを強化するために有用である。添加元素の最大値を削減することも、これらの元素がアルミニウムよりも高価である可能性があることから、有利である。Ｓｉ含有量の削減は、多くの合金中でこの元素が不純物であるだけでなくアルミニウム製品の特性にとって有害でもあることから、リサイクルに有利である。したがって、本発明の有利な実施形態は、Ｓｉ含有量を最大０．９５％まで削減することにある。Ｆｅ最大値を０．３０％まで削減しかつ／またはＦｅ最小値を０．１５％まで増大させることも有利な実施形態である。別の有利な実施形態は、Ｃｕ最大値を０．７０％、好ましくは０．６５％まで削減しかつ／またはＣｕ最小値を０．５５％まで増大させることにある。別の有利な実施形態は、Ｍｎの最大含有量を０．３５％まで、より好ましくは０．３０％まで削減し、かつ／またはその最小含有量を０．１５％、より好ましくは０．２５％まで増大させることにある。別の実施形態は、Ｔｉの最大含有量を０．０５％まで削減しかつ／または最小含有量を０．０１％まで増大させることにもある。別の実施形態は、最大値０．０５％でＶを不純物として分類することにある。
本発明の合金組成およびコイリング温度のこれらの組合せは全て、異なる成形特性と共に多くの可能性を自動車メーカーに提供する。自動車メーカーはまた、その加工およびその部品の設計を最適化することもできる。形状品の時効は、高強度の部品を可能にするが、形状品の時効に特定の熱処理を必要とする。高強度の合金は、軽量部品に有用である。部品が高強度材料を必要としない場合、自動車メーカーは、形状品の時効を回避することができ、これは、生産を簡略化するために有利である。したがって、本発明は自動車メーカーに融通性を提供する。
序文
表１は、試験中に使用される合金の化学的組成（重量％）をまとめている。その他の不可避的元素および不純物の割合は、０．０５％未満であり、合計は０．１５％未満であり、残りはアルミニウムである。合金Ｇは、例示的ＡＡ６１１１合金であり、合金Ｈは、改質されたＡＡ６０５６の例である。
Figure 2023506278000002
これらのさまざまな合金の圧延インゴットを、垂直半連続鋳造によって得た。スカルピングの後、これらのさまざまなインゴットは、５４０℃で約４時間の均質化熱処理とその直後の熱間圧延を受け、５ｍｍの中間圧延品となった。この５ｍｍの中間圧延品を冷間圧延して、厚み２ｍｍのシートを得た。
圧延ステップの後には、溶体化熱処理とそれに続く焼入れを行なった。溶体化熱処理は、初期溶融を回避しながら、合金のソルバス温度を超える温度で行なわれた。この非限定的実施例において、溶体化温度は５７０℃であった。溶体化されたシートをその後２０℃の水中で水焼入れした。シート試料を、８時間の予備時効のため１００℃、８０℃および６０℃の３つのコイリング温度でコイリングし、それに続いて自然時効を行なった。２つの自然時効、すなわち室温で７日および３０日を用いて、Ｔ４質別の圧延品を得た。
Ｔ４圧延品を、２％の歪みおよびその後２０分間１８０℃の典型的な焼付け硬化を伴う熱処理を用いてＴ８Ａ質別へと変換した。Ｔ８Ａの試料をその後特徴付けした。
Ｔ４圧延品はまた、３０分間２２５℃の熱処理を用いてＴ６Ｂ質別へと熱処理した。Ｔ６Ｂ試料をその後特徴付けした。
試験結果
ＮＦ ＥＮ ＩＳＯ６８９２－１にしたがって、この規格の付録Ｂの表Ｂ．１中の試験片タイプ２に対応する、シート用に広く用いられる幾何形状を有する非比例試験片を用いて、周囲温度での引張り試験を実施した。これらの試験片は詳細には、２０ｍｍの幅および１２０ｍｍの較正済み長さを有する。Ｔ４、Ｔ８ＡおよびＴ６Ｂ質別における圧延品に対して引張試験を行なった。８０℃のコイリング温度および３０日間の自然時効で得た結果は、表２に提示されている。６０℃のコイリング温度および３０日間の自然時効で得た結果は、表３に提示されている。６０℃、８０℃および１００℃のコイリング温度ならびに７日間の自然時効で得られた結果は、表４に提示されている。
Figure 2023506278000003
Figure 2023506278000004
Figure 2023506278000005
コイリング温度は、Ｔ４質別の引張降伏強度のための重要なパラメータである。６０℃および８０℃では、Ｔ４引張降伏強度を１６５ＭＰａ未満に制限することを可能にし、これは、スタンピングの容易さを維持する必要がある場合に、自動車メーカーにとって有利であり得る。
実施例の合金Ｂ、Ｄ、ＥおよびＦは、Ｔ６Ｂ質別において３５０ＭＰａの引張降伏強度最小値を有する。これらの実施例合金は、Ｔ８Ａ質別で２７５ＭＰａの引張降伏強度最小値を有する。
Ｔｉの範囲を最大０．０５％まで削減し、Ｖを最大０．０５％の不純物にし、Ｃｕを０．６５％未満まで削減することも、曲げ性を０．１５まで低減してコイリング温度とは無関係に構成要素を容易に製造可能にすることから、合金ＥおよびＤによって実証されている通り、有利である。
上述の削減されたＶ、ＴｉおよびＣｕの範囲に加えて、Ｍｎの範囲を０．２５から０．３５％までに最適化することによって、６０℃のコイリング温度で、成形性にとって良好である高いＶＤＡ角度と共に非常に有利な３点曲げ試験が提供される。このことは、６０℃のコイリング温度で合金Ｅによって実証されている。
実施例２
８０℃および１００℃のコイリング温度で、７日間の自然時効の後、合金Ｅで製造された圧延品を、他の試験のために使用した。両方のコイリング温度における試料を、２％の歪みを適用した第１のグループといかなる歪みも存在しなかった第２のグループという２つのグループに分割した。その後、５分および２０分という２つの異なる持続時間で、１６０℃の焼付け硬化温度を適用した。
８０℃のコイリング温度については表５中にそして１００℃のコイリング温度については表６中に提供されているこれらの結果は、別の有利な実施形態を示している。すなわち、１００℃のコイリング温度で、圧延品の引張降伏強度は焼付け硬化の持続時間とはほぼ無関係である。これは、降伏強度が類似であり続けることから、車体アセンブリ内で多重部品アセンブリの表面またはその内部の奥深いところのいずれにでも設置可能である部品にとって有利な挙動である。これは、自動車メーカーに部品設計の融通性を提供する。
Figure 2023506278000006
Figure 2023506278000007
実施例３
以下の組成のインゴットを鋳造した。
表７中の化学的組成（重量％）を有するインゴットを、垂直半連続鋳造を用いて鋳造した。その他の不可避的元素および不純物の割合は、０．０５％未満であり、合計は０．１５％未満であり、残りはアルミニウムである。
Figure 2023506278000008
圧延インゴットを４時間５５４℃で加熱した。インゴットを直接熱間圧延した。熱間圧延開始直前のインゴットの温度は５４０℃であった。熱間圧延の終了時における厚みは５ｍｍであった。冷間圧延の終了時における厚みは２ｍｍであった。各々５２５℃より上で２０秒、４５秒および６８秒という異なる持続時間で、そして５３５℃、５４４℃という３つの異なる温度で溶体化するために、シートを３分割した。２２℃の水中でシートを焼入れした。９６℃の温度でシートをコイリングし開放空気中において冷却し、続いて約２０℃の室温で３日間自然時効することによってシートを予備時効して、Ｔ４質別の圧延品を得た。
Ｔ４圧延品を、２％の歪みおよびその後２０分間１８０℃の典型的な焼付け硬化を伴う熱処理を用いてＴ８Ａ質別へと変換した。Ｔ８Ａ試料をその後特徴付けした。
Ｔ４圧延品はまた、３０分間２２５℃の熱処理を用いてＴ６Ｂ質別へと熱処理した。Ｔ６Ｂの試料をその後特徴付けした。
圧延方向（Ｌ）、この圧延方向に対する横断方向（Ｔ）そして圧延方向と４５°を成す方向（４５°）で、引張試験を行なった。
Figure 2023506278000009
表８は、溶体化熱処理が、機械的特性を得るための温度または持続時間についてのプロセス変動に対して信頼度の高いものであることを示している。
Ｔ４質別の引張降伏強度は、表８中に見られるものと同じ圧延品内部でのＴ方向の引張降伏強度と４５°方向の引張降伏強度の間に３ＭＰａ未満の異方性を示している。
圧延品の衝突挙動をチェックするために、Ｔ６Ｂ質別についても、曲げ半径を測定した。結果は表９中に開示されている。
Figure 2023506278000010
１：アンコイラ
２：コイラ
３：シート
４：溶体化炉
５：焼入れユニット
６：表面処理機
７：予備時効オーブン
８：保管されたコイル

Claims (17)

  1. 「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車の車体または車体構造用圧延品をアルミニウム合金から製造するための方法において、
    ａ．０．７５～１．１０のＳｉ、
    最大０．４のＦｅ、
    ０．５～０．８のＣｕ、
    ０．１～０．４のＭｎ、
    ０．７５～１のＭｇ、
    最大０．１５のＴｉ、
    最大０．１のＣｒ、
    最大０．１のＶ、
    各々最大０．０５％、合計最大０．１５％の不可避的な元素および不純物、
    残りはアルミニウム、
    という組成（重量％）を有するインゴットの鋳造ステップと、
    ｂ．前記インゴットの均質化ステップと、
    ｃ．前記インゴットの熱間圧延ステップと、
    ｄ．シートへの冷間圧延ステップと、
    ｅ．前記シートの溶体化熱処理、焼入れステップと、
    ｆ．前記シートの予備時効ステップと、
    ｇ．前記シートの自然時効ステップ、
    という連続したステップを含む方法。
  2. 前記インゴットのＣｕ最大含有量が０．７０％であり、かつ／またはＣｕ最小含有量が０．５５％であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 前記インゴットのＭｎ最大含有量が０．３５％であり、かつ／またはＭｎ最小含有量が０．１５％、好ましくは０．２４％、そしてより好ましくは０．２５％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記インゴットのＴｉ最大含有量が０．０５％であり、かつ／またはＴｉ最小含有量が０．０１％であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
  5. Ｖが不可避的な元素または不純物の中に入ることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一つに記載の方法。
  6. 製造ステップが、
    ｂ．好ましくは２～８時間の間、５２０～５６０℃の温度での前記インゴットの均質化、
    および／または
    ｃ．３～１０ｍｍの厚みまでの前記インゴットの熱間圧延、
    および／または
    ｄ．１～４ｍｍの厚みまでのシートへの冷間圧延、
    および／または
    ｅ．５４０～５８０℃の温度で、好ましくは１秒～５分間の溶体化熱処理、
    および／または
    ｆ．好ましくは５０℃～１２０℃のコイリング温度で前記シートをコイリングすることによる、好ましくは５０℃～１２０℃の温度で少なくとも８時間の予備時効、
    および／または
    ｇ．好ましくは７２時間～６ヵ月の周囲温度での自然時効、
    を含む、請求項１から５のいずれか一つに記載の方法。
  7. 前記鋳造ステップが、垂直半連続鋳造ステップであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一つに記載の方法。
  8. 前記予備時効が、７０℃～９５℃で、９５℃は除外されるコイリング温度で前記シートをコイリングすることによって得られる、請求項６または７に記載の方法。
  9. 前記予備時効が、５０℃～７０℃の間のコイリング温度で前記シートをコイリングすることによって得られる、請求項６または７に記載の方法。
  10. 前記予備時効が、９５℃超、好ましくは９５℃～１０５℃のコイリング温度で前記シートをコイリングすることによって得られる、請求項６または７に記載の方法。
  11. 請求項１から１０のいずれか一つに記載の方法にしたがって得ることのできる圧延品。
  12. Ｔ４質別における前記圧延品の引張降伏強度が、１６５ＭＰａ未満であり、Ｔ６Ｂ質別における前記圧延品の引張降伏強度が、少なくとも３４５ＭＰａである、請求項８または９に記載の方法を用いて得ることのできる請求項１１に記載の圧延品。
  13. Ｔ８Ａ質別における前記圧延品の引張降伏強度が、少なくとも２７５ＭＰａである、請求項９に記載の方法を用いて得ることのできる請求項１１に記載の圧延品。
  14. Ｔ８ＣおよびＴ８Ｄ質別における前記圧延品の引張降伏強度とＴ４質別における同じ圧延品製の引張降伏強度の差異が５ＭＰａ未満であり、かつＴ６ＣおよびＴ６Ｄ質別における前記圧延品の引張降伏強度とＴ４質別における同じ圧延品製の引張降伏強度の差異が５ＭＰａ未満であり、かつ／またはＴ４質別の圧延品が１９０ＭＰａの最大引張降伏強度を有し、かつ／またはＴ６Ｂ質別の圧延品が３４０ＭＰａの最小引張降伏強度を有し、かつ／またはＴ８Ａ質別の圧延品が２８０ＭＰａ、好ましくは２９０ＭＰａの最小引張降伏強度を有する、請求項１０に記載の方法を用いて得ることのできる請求項１１に記載の圧延品。
  15. ｇ．詳細にはプレススタンピングによって、前記圧延品を１つの形状品へと成形するステップと、
    ｈ．任意には前記形状品の人工時効ステップと、
    ｉ．５～３０分間、好ましくは１５～３０分間にわたり、１５０～１９０℃、好ましくは１７０～１９０℃の温度で、前記形状品を１つの部品へと塗装し「焼付け硬化」するステップ、
    という追加の連続するステップを含む、請求項１から１０のいずれか一つに記載の方法。
  16. 請求項１５に記載の方法を用いて得ることのできる部品。
  17. 車体スキン部品（または車体のアウターパネル）、例えばフロントウィング、ルーフ、ボンネット、トランクまたはドアスキン、およびライニング部品または車体構造構成要素、例えば、ドア、ボンネット、テールゲートまたはルーフライニングまたは補強材、あるいは好ましくはスパー、バルクヘッド、積載床、フロアトンネルおよびフロント、ミドルおよびリヤピラーそして最後にインパクトアブソーバまたは「クラッシュボックス」としての、自動車内での請求項１６に記載の部品の使用。
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