JP2024507392A

JP2024507392A - 装飾的用途のための耐久性アルミニウム合金シート

Info

Publication number: JP2024507392A
Application number: JP2023551960A
Authority: JP
Inventors: ラエ，エミリ; シグリ，クリストフ; シミュラー，クリストフ
Original assignee: Constellium Rolled Products Singen & Co KG GmbH
Current assignee: Constellium Rolled Products Singen & Co KG GmbH
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2024-02-19
Also published as: WO2022179856A1; CA3206313A1; US20240133002A1; EP4050115A1; CN116848276A; EP4298258A1; US20240229197A9; KR20230150991A

Abstract

本発明は、重量％で、Ｍｇ：０．８～１．３、Ｍｎ：０．８～１．２、Ｃｕ：０．０５～０．３０、Ｃｒ：０．０５～０．３０、Ｆｅ：０．４以下、Ｓｉ：０．３以下、Ｚｎ：０．２５以下、Ｔｉ：０．１５以下、不純物：各々０．０５未満、合計０．１５未満、残余はアルミニウム、を含む、アルミニウム合金製の装飾的で形成可能な部品向けの改良型シートに関する。本発明に係るシートを製造する方法は、本発明に係る組成物でスラブを鋳造するステップ、均質化ステップ、スラブを熱間および冷間圧延するステップ、焼鈍ステップ、およびテンションレベリングステップを含む。本発明に係るシートは、コーティングされた装飾部品、好ましくは自動車または家電製品または医療機器向けの装飾部品を製造するために特に有用である。【選択図】なし

Description

本発明は、形成可能であるアルミニウム合金製の装飾部品の分野に関する。これらの部品は、装飾目的のため、および／または耐久性のあるものにするために、形成前にコーティングされる。コーティングの硬化後の合金は、優れた耐デント性または耐擦傷性を呈するのに十分な硬さでなければならない。

本発明は、より詳細には、このタイプの用途および提供品に極めて好適である組成および製造プロセスを有するＡＡ３ｘｘｘおよびＡＡ５ｘｘｘシリーズのアルミニウム合金シートに関する。

アルミニウム合金は、特に自動車産業用というだけでなく、家電製品および医療機器産業においても、木材、鋼およびプラスチックと競合して、装飾部品の製造において一般的に使用されている。これらの部品は概して、典型的にはワニスまたは塗料でコーティングされている。

自動車産業の場合、例えば使用頻度の高いドアハンドル、ギアボックストリム、センターコンソール用の耐光性および耐衝撃性トリム要素、ダッシュボードおよび／またはドア上のトリムおよび／またはパネル、容量性機能要素のために内部装飾要素が生産され、また、詳細には窓周り、ボディ側またはドアのトリムストリップ、ベルトライン、テールゲートトリムストリップ、ラジエータグリルトリム、バンパーパイピング、ハブキャップ、ホイールハブカバーなどの外部要素も生産されている。

現在、押出し形材と成形シートという２つのタイプの製品が市販されている。

シート向けに使用される主たる合金タイプは、ＡＡ１ＸＸＸ、ＡＡ３ＸＸＸ、ＡＡ５ＸＸＸおよび８ＸＸＸ合金である。熱処理の異なるＡＡ５００５アルミニウム合金圧延製品は、導体、台所用品、ダッシュボード、建築装飾、建築材料、車両内装材および車両外装材において広く使用されている。

国際公開第２０１４／２０３０７７号は、シリーズＡＡ５ｘｘｘの高純度合金シートの竪型連続鋳造によって製造されたシートまたはストリップを成形し研磨することによる、アルミニウム合金製の特に窓枠またはボディシェルモールディングなどの自動車の外側モールディングリングの製造方法に関する。

複数の特許が、主としてパッケージング用途のためのＡｌ－Ｍｎ－Ｍｇ合金を開示している：
欧州特許第０５０４０７７号明細書は、重量％でＦｅ：０．２５以下、Ｓｉ：０．２５以下、Ｍｎ：０．８～１．６、Ｍｇ：０．７～２．５、Ｃｕ：０．２０～０．６、Ｃｒ：０～０．３５、Ｔｉ：０～０．１、Ｖ：０～０．１、その他各々０．０５以下、合計０．１５以下、残余はＡｌ、という組成を有する、高い機械的強度特性ならびに優れた等方性（少ない歪みウェッジ量）および優れた低温加工性を示す、深絞りおよび／または絞り加工用に意図されたＡｌ系合金に関する。

国際公開第２０１８／１４３３７６号は、０．０５～０．６０質量％のＳｉ、０．０５～０．８０質量％のＦｅ、０．０５～０．２５質量％のＣｕ、０．８０～１．５０質量％のＭｎ、０．８０～１．５０質量％のＭｇ、Ａｌおよび偶発的な不純物を含有するアルミニウム合金シートに関する。

国際公開第２０１５／１４０８３３号は、Ｓｉ：０．１０～０．６０質量％、Ｆｅ：０．１０～０．８０％、Ｃｕ：０．０５～０．２５％、Ｍｎ：０．８０～１．５０％、Ｍｇ：０．８０～１．３０％を含有し、残余がＡｌおよび不可避的な不純物から得られている、缶本体用のアルミニウム合金に関する。

国際公開第２０１６／１４９０６１号は、０．１～１．６重量％のＭｎ、０．１～３重量％のＭｇ、０．１～１．５重量％のＣｕ、０．２～０．７重量％のＦｅ、０．１０～０．６重量％のＳｉ、最大０．３重量％のＣｒ、最大０．６重量％のＺｎ、最大０．２重量％のＴｉ、各々０．０５重量％の微量元素、合計で０．１５重量％未満の微量元素そして残余のＡｌを含む、ボトルおよび缶などの包装製品を製造するためのアルミニウム合金に関する。

国際公開第２０１６／１００８００号は、約０．１５～０．５０％のＳｉ、０．３５～０．６５％のＦｅ、０．０５～０．３０％のＣｕ、０．６０～１．１０％のＭｎ、０．８０～１．３０％のＭｇ、０．０００～０．００８０％のＣｒ、０．０００～０．５００％のＺｎ、０．０００～０．０８０％のＴｉ、最大０．１５％の不純物と、Ａｌとしての残余を含む、アルミニウムボトルの用途に有用であるアルミニウム合金系を含む組成物および方法に関する。

中国特許第１０２７０３７７６号明細書は、発光ダイオード（ＬＥＤ）テレビ用のアルミニウム合金基板およびアルミニウム合金基板の生産方法に関する。基板は、質量パーセントで以下の成分：０．２０～０．５０パーセントのＳｉ、０．３０～０．７０パーセントのＦｅ、０．２５パーセント以下のＣｕ、０．８～１．０パーセントのＭｎ、１．１０～１．２５パーセントのＭｇ、０．１２～０．３０パーセントのＣｒ、０．２５パーセント以下のＴｉ、０．１０パーセント未満のＺｎおよび残りのＡｌを含む。これらの製品には、主に４つの要件がある：すなわち、所望の形状を提供するための優れた形成性、ポルトヴァンルシャトリエバンド、ルーデルバンドまたはゆず肌などの形成によって生成される表面欠陥の無い魅力的な表面外観、耐食性などの十分な耐久性、そして耐擦傷性である。このような用途のために使用される現在の合金（５００５、８０１４または１０５０など）は典型的には、要求されている形成性、耐食性および表面外観を有するものの、擦傷／デントを受ける可能性がある。他の特性のいずれも劣化させることなく耐擦傷性または耐デント性が改善された製品が、業界に求められている。

国際公開第２０１４／２０３０７７号欧州特許第０５０４０７７号明細書国際公開第２０１８／１４３３７６号国際公開第２０１５／１４０８３３号国際公開第２０１６／１４９０６１号国際公開第２０１６／１００８００号中国特許第１０２７０３７７６号明細書

本発明は、装飾部品を製造するために極めて好適であり、高い耐擦傷性を提供すると同時に形成性と耐食性を有し、かつ魅力的な表面外観を提供するアルミニウム合金製シートを提供することを目的とする。

本発明の第１の対象は、重量％で、
Ｍｇ：０．８～１．３、
Ｍｎ：０．８～１．２、
Ｃｕ：０．０５～０．３０、
Ｃｒ：０．０５～０．３０、
Ｆｅ：０．４以下、
Ｓｉ：０．３以下、
Ｚｎ：０．２５以下、
Ｔｉ：０．１５以下、
不純物：各々０．０５未満、合計０．１５未満、
残余はアルミニウム、
を含むアルミニウム合金製のシートである。

本発明の別の対象は、
（ａ）スラブが、重量％で、
Ｍｇ：０．８～１．３、
Ｍｎ：０．８～１．２、
Ｃｕ：０．０５～０．３０、
Ｃｒ：０．０５～０．３０、
Ｆｅ：０．４以下、
Ｓｉ：０．３以下、
Ｚｎ：０．２５以下、
Ｔｉ：０．１５以下、
不純物：各々０．０５未満、合計０．１５未満、
残余はアルミニウム、
を含むアルミニウム合金で鋳造され、
（ｂ）スラブが、少なくとも５５０℃の温度で均質化され、
（ｃ）均質化されたスラブが、３～１０ｍｍの厚みを有する中間圧延製品へと熱間圧延され、
（ｄ）中間圧延製品が、任意には冷間圧延中の中間焼鈍を伴って、シートへと冷間圧延され、
（ｅ）シートが、３００℃～４００℃の温度で焼鈍され、少なくとも１％の伸張を伴うテンションレベリングを受ける、
本発明に係るシートの製造方法である。

本発明のさらに別の対象は、コーティングされた装飾部品、好ましくは自動車、または家電製品または医療機器向けの装飾部品を製造するための、本発明に係るシートの使用である。

別段の指示の無いかぎり、合金の化学的組成に関する全ての表示は、合金の総重量に基づく重量百分率として表現されている。１．４Ｃｕなる表現は、重量％で表わされた銅含有量に１．４が乗じられることを意味する。合金は、当業者にとって公知であるアルミニウム協会の規則に準じて呼称される。

引張りにおける静力学特性、換言すると極限引張強度ＵＴＳ、従来の０．２％の伸びにおける降伏強度ＴＹＳ、および破断点伸びＡ％は、ＮＦＥＮＩＳＯ６８９２－１規格にしたがった引張り試験によって決定される。破断点伸び（Ａ％）は、５０ｍｍベース伸び計を用いて測定されたものであり、Ａ５０として報告されている。耐擦傷性は、実施例中で説明されている方法にしたがって測定された。

別段の記述の無いかぎり、ＥＮ１２２５８（２０１２）規格の定義が適用される。シートは、０．２０ｍｍ～６ｍｍの均一の厚みを有する、矩形断面を有する圧延製品である。本発明に関しては、シートはクラッドシートではない。本発明のシートの好ましい厚みは、０．３５ｍｍ～１．５ｍｍ、より好ましくは０．５０ｍｍ～１．０ｍｍである。

発明者らは、課題を解決するシート組成を発見した。詳細には、Ａｌ－Ｍｇ－Ｍｎ合金に対するＣｕおよびＣｒの同時添加によって、本発明のシートは、公知の製品に比べて、類似の形成性および耐食性で、より高い耐擦傷性を提供する。

本発明者らは最初、耐擦傷性を改善する目的で１．８重量％といった高いＭｇ含有量を使用することを考慮したが、得られた製品は、形成中に観察されたルーデルバンド／ポルトヴァン－ルシャトリエバンドに関連した表面欠陥を有していた。これらのバンドを避けるためには、マグネシウム含有量は多くとも１．３重量％でなければならない。十分な強度および耐擦傷性を得るには、０．８重量％の最小Ｍｇ含有量が必要とされる。好ましくは、最小Ｍｇ含有量は、０．９重量％である。好ましくは、最大Ｍｇ含有量は、１．２重量％、そしてより好ましくは１．１重量％である。好ましい実施形態において、重量％で、Ｍｇは０．９～１．１である。

強度および耐擦傷性を改善するために、Ｍｎが使用される。Ｍｎ含有量は、０．８～１．２重量％である。好ましくは、最小Ｍｎ含有量は、０．８５重量％、より好ましくは０．９０重量％、そして好適には０．９５重量％である。好ましくは、最大Ｍｎ含有量は、１．１５重量％、より好ましくは１．１０重量％、好適には１．０５重量％である。好ましい実施形態において、重量％で、Ｍｎ：０．８５～１．１５、好ましくはＭｎ：０．９５～１．０５である。

強度および耐擦傷性を改善するために、Ｃｕが添加される。Ｃｕ含有量は、０．０５～０．３０重量％である。好ましくは、最小Ｃｕ含有量は、０．１０重量％、より好ましくは０．１５重量％である。好ましくは、最大Ｃｕ含有量は、０．２５重量％、より好ましくは０．２０重量％である。好ましい実施形態において、重量％で、Ｃｕ：０．１０～０．２５、好ましくはＣｕ：０．１５～０．２０である。

強度および耐擦傷性を改善するために、Ｃｒが添加される。Ｃｒ含有量は、０．０５～０．３０重量％である。好ましくは、最小Ｃｒ含有量は、０．１０重量％、より好ましくは０．１５重量％である。好ましくは、最大Ｃｒ含有量は、０．２７重量％、より好ましくは０．２５重量％である。好ましい実施形態において、重量％で、Ｃｒ：０．１０～０．３０、好ましくはＣｒ：０．１５～０．２５である。

所望の形成性を得るために、ＦｅおよびＳｉはそれぞれ、最大０．４重量％および０．３重量％に制限されなければならない。しかしながら、例えば形成された部品上のゆず肌外観を制限することによって、表面外観のためには最小含有量が有益である。発明者らは、ＦｅおよびＳｉの添加が、より純度の高い化学的構造に比較して、再結晶化中の粒子刺激核形成効果を増大させ、これにより、より小さな結晶粒が導かれ、形成された部品上のゆず肌が制限されると考えている。好ましくは、最小Ｆｅ含有量は、０．１５重量％、より好ましくは０．２０重量％である。好ましくは、最大Ｆｅ含有量は、０．３５重量％、より好ましくは０．３０重量％である。好ましい実施形態において、重量％で、Ｆｅ：０．１５～０．３５および／またはＳｉ：０．１０～０．２５である。

好ましくは、最小Ｓｉ含有量は、０．１０重量％、より好ましくは０．１５重量％、そしてさらに一層好ましくは０．１８重量％である。好ましくは、最大Ｓｉ含有量は、０．２５重量％、より好ましくは０．２３重量％である。

選択された好ましいＦｅおよびＳｉ含有量で、合金のリサイクル性は極めて満足のいくものである。

Ｚｎ含有量は、最大０．２５重量％に制限される。さらに亜鉛含有量を制限すると、通常はリサイクル性が劣化する。一実施形態において、Ｚｎ含有量は、少なくとも０．０１重量％である。しかしながら、別の実施形態において、Ｚｎ含有量は、表面外観を改善するため、０．０１重量％未満の不純物レベルに制限される。

Ｔｉ含有量は、最大０．１５重量％に制限される。Ｔｉは、詳細には鋳造中、結晶粒サイズの制御を改善するために添加され得る。一実施形態においては、Ｔｉ含有量は少なくとも０．０１重量％である。好ましくは、最大Ｔｉ含有量は、０．１０重量％、より好ましくは０．０５重量％である。他の元素は不純物であり、その含有量は、各々０．０５重量％未満、合計０．１５重量％未満である。

本発明に係るシートを製造する方法は、本発明に係る組成物でスラブを鋳造するステップ、均質化ステップ、スラブを熱間および冷間圧延するステップ、焼鈍ステップ、およびテンションレベリングステップを含む。

スラブは、少なくとも５５０℃、好ましくは少なくとも５７５℃の温度で均質化される。最高均質化温度は、初期融解を回避するように定義され、典型的には６３０℃または６２０℃である。好ましくは、均質化は、少なくとも１時間、多くとも７２時間、実施される。均質化の前または後で、通常、スラブはスカルピングされる。均質化されたスラブは次に、３～１０ｍｍの厚みを有する中間圧延製品へと熱間圧延される。好ましくは、初期熱間圧延温度は、少なくとも４３０℃である。中間圧延製品は、次に、シートへと冷間圧延され、任意には冷間圧延中、中間焼鈍を伴う。一実施形態において、中間圧延製品は、最初に１．５～８．０ｍｍの第１の厚みまで冷間圧延され、次に３００℃～４５０℃の温度で焼鈍され、その後、０．２０ｍｍ～６ｍｍの第２の厚みへと冷間圧延される。別の実施形態では、中間圧延製品は、０．２０ｍｍ～６ｍｍの厚みを有するシートへと直接冷間圧延される。

シートは次に、３００℃～４５０℃の温度で焼鈍される。焼鈍は、十分な再結晶を得るように設計される。焼鈍後の質別は、Ｏ質別と名付けられる。最後に、シートは、少なくとも１％の伸張でテンションレベリングを受ける。テンションレベリングは、製品の平担度を改善するために必要とされる。有利には、典型的には１５０～２３０℃で１～１０分間のコーティングの硬化後の降伏強度を改善することを目的として、１．８％、より好ましくは２％のテンションレベリング中に最小限の伸張が行なわれる。表面欠陥を防止し優れた形成性を保つために、テンションレベリング中３．５％、より好ましくは３％の最大限の伸張が行なわれる。本発明のシートは好ましくは、テンションレベリングの後、少なくとも１３０ＭＰａの長手方向のＴＹＳ、および少なくとも１３％、好ましくは少なくとも１６％のＡ％を有し、典型的にはコーティングの硬化に対応する１９５℃で４分間のさらなる熱処理の後、少なくとも１１０ＭＰａの長手方向のＴＹＳおよび少なくとも１６％のＡ％を有する。本発明に係るシートは好ましくは、好ましくは自動車または家電製品または医療機器向けの、コーティングされた装飾部品を製造するために使用される。好ましくは、これらのシートは、ドアハンドル、ギアボックストリム、センターコンソール用トリム要素、ダッシュボード用トリム、ダッシュボード用パネル、ドア用トリム、ドア用パネル、および容量性機能要素からなるリストの中から選択された自動車内部仕上げ要素、または、窓周り、ボディ側またはドアのトリムストリップ、テールゲートトリムストリップ、ラジエータグリルトリム、ホイールハブカバー、ベルトラインおよびバンパーパイピングからなるリストの中から選択された自動車外部要素を製造するために使用される。

本発明の詳細は、以下の実施例を用いてより良く理解されるものである。しかしながら、実施例は本発明の範囲を限定するものではない。

［実施例］
表１に開示されている合金を、７０ｍｍ×１９０ｍｍ×１５００ｍｍの寸法の小さなインゴットの形態に鋳造した。合金Ｃは本発明に係るものである。

インゴットをスカルピングし、６００℃で３時間均質化した。インゴットを、５００℃超の出発温度で、７．６ｍｍの厚みまで熱間圧延し、２．５ｍｍの厚みまで冷間圧延した。３４０℃で１時間の中間焼鈍を実施し、０．７６ｍｍの厚みを有するシートになるまで冷間圧延を続行した。シートを３４０℃で１時間焼鈍して、十分に再結晶化した結晶粒構造を得た。その後シートを、圧延方向に２．５％の伸張で、テンションレベリングした。

形成されコーティングされた完成部品を代表する機械的特性を得るために、１９５℃で４分間のコーティング硬化シミュレーションを実施した。

長手方向Ｌで特徴付けされた機械的特性が、表２に提供されている。

全ての試料をまた、同じワニス厚みでコーティングし、耐擦傷性を、引っかき硬度計（ＥｒｉｃｈｓｅｎＭｏｄｅｌ４３５ｐｅｎ）で試験した。

使用した試験範囲は、０～２０Ｎ（装置の範囲３）である。使用した試験用ホイールは、支給された鋼製ディスクである。硬度計を、試験対象の表面上に垂直に置き、ガイドホイールが表面に触れるように押し下げる。このようにして、試験用ディスクに作用する予め設定された力は、試験用表面上で十分に有効になる。その後計器を移動させ、ホイールは試験対象の試験片上にある。

耐擦傷性は、試験体が試験用表面上にいかなる痕跡も残さない最大の力に関係付けされる。結果は、典型的要件に比較して相対的に、「＋」は要件よりわずかに上、「＋＋」は要件より有意に上、として表３に提示されている。

本発明に係る組成で、硬化前後の伸びを低下させることなく、耐擦傷性の改善が得られる。

［実施例２］
この実施例では、工業用寸法の本発明に係る製品を得た。表４で開示されている合金を、工業用寸法のインゴットの形態に鋳造した。

インゴットをスカルピングし、６００℃で３時間均質化した。インゴットを、５００℃超の出発温度で、７．６ｍｍの厚みまで熱間圧延し、０．７６ｍｍの厚みのシートになるまで直接冷間圧延した。シートを３４０℃で１時間焼鈍して、十分に再結晶化した結晶粒構造を得た。最終的に２．５％の伸張で、シートのテンションレベリングを実施した。

圧延方向Ｌで特徴付けされた機械的特性が、表５に提供されている。

実施例１と同じ方法でシートの耐擦傷性を評価した。結果は＋＋であった。

Claims

重量％で、０．８～１．３のＭｇ、０．８～１．２のＭｎ、０．０５～０．３０のＣｕ、０．０５～０．３０のＣｒ、０．４以下のＦｅ、０．３以下のＳｉ、０．２５以下のＺｎ、０．１５以下のＴｉ、各々０．０５未満、合計０．１５未満の不純物、残余はアルミニウム、を含むアルミニウム合金製のシート。
重量％で、０．１０～０．３０のＣｒ、好ましくは０．１５～０．２５のＣｒを含む、請求項１に記載のシート。
重量％で、０．１５～０．３５のＦｅおよび／または０．１０～０．２５のＳｉを含む、請求項１または２に記載のシート。
重量％で、０．９～１．１のＭｇを含む、請求項１から３のいずれか一つに記載のシート。
重量％で、０．８５～１．１５のＭｎ、好ましくは０．９５～１．０５のＭｎを含む、請求項１から４のいずれか一つに記載のシート。
重量％で、０．１０～０．２５のＣｕ、好ましくは０．１５～０．２０のＣｕを含む、請求項１から５のいずれか一つに記載のシート。
長手方向におけるＴＹＳが少なくとも１３０ＭＰａであり、長手方向におけるＡ％が少なくとも１３％である、請求項１から６のいずれか一つに記載のシート。
１９５℃で４分間の熱処理後、長手方向におけるＴＹＳが少なくとも１１０ＭＰａであり、長手方向におけるＡ％が少なくとも１６％である、請求項１から７のいずれか一つに記載のシート。
（ａ）スラブが、重量％で、０．８～１．３のＭｇ、０．８～１．２のＭｎ、０．０５～０．３０のＣｕ、０．０５～０．３０のＣｒ、０．４以下のＦｅ、０．３以下のＳｉ、０．２５以下のＺｎ、０．１５以下のＴｉ、各々０．０５未満、合計０．１５未満の不純物、残余はアルミニウム、を含むアルミニウム合金で鋳造され、
（ｂ）スラブが、少なくとも５５０℃の温度で均質化され、
（ｃ）均質化されたスラブが、３～１０ｍｍの厚みを有する中間圧延製品へと熱間圧延され、
（ｄ）中間圧延製品が、任意には冷間圧延中の中間焼鈍を伴って、シートへと冷間圧延され、
（ｅ）シートが、３００℃～４００℃の温度で焼鈍され、少なくとも１％の伸張を伴うテンションレベリングを受ける、
請求項１から８のいずれか一つに記載のシートの製造方法。
コーティングされた装飾部品、好ましくは自動車、または家電製品または医療機器向けの装飾部品を製造するための、請求項１から９のいずれか一つに記載のシートの使用。
ドアハンドル、ギアボックストリム、センターコンソール用トリム要素、ダッシュボード用トリム、ダッシュボード用パネル、ドア用トリム、ドア用パネル、および容量性機能要素からなるリストの中から選択された自動車内部仕上げ要素、または、窓周り、ボディ側またはドアのトリムストリップ、テールゲートトリムストリップ、ラジエータグリルトリム、ホイールハブカバー、ベルトラインおよびバンパーパイピングからなるリストの中から選択された自動車外部要素を製造するための、請求項１０に記載の使用。