JP2626958B2 - 成形性および焼付硬化性に優れたアルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車のボディシー
トや部品、各種機械器具、家電部品等の素材として、成
形加工および塗装焼付を施して使用されるアルミニウム
合金板の製造方法に関するものであり、特に成形性が良
好であるとともに、塗装焼付後の強度が高く、かつ室温
での経時変化が少ない成形加工用アルミニウム合金板の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のボディシートには、従来は主と
して冷延鋼板を使用することが多かったが、最近では車
体軽量化の観点から、アルミニウム合金圧延板を使用す
ることが進められている。自動車のボディシートはプレ
ス加工を施して使用するところから、成形加工性が優れ
ていること、また成形加工時におけるリューダースマー
クが発生しないことが要求され、また高強度を有するこ
とも必須であって、特に塗装焼付を施すことから、塗装
焼付後に高強度が得られることが要求される。

【０００３】従来このような自動車用ボディシート向け
のアルミニウム合金としては、時効性を有するＪＩＳ
６０００番系合金、すなわちＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が
主として使用されている。この時効性Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系合金では、塗装焼付前の成形加工時においては比較的
強度が低く、成形性が優れており、一方塗装焼付時の加
熱によって時効されて塗装焼付後の強度が高くなる利点
を有するほか、リューダースマークが発生しない等の利
点を有する。

【０００４】 ところで塗装焼付時における時効硬化を
期待したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の製造方法として
は、鋳塊を均質化熱処理した後、熱間圧延および冷間圧
延を行なって所定の板厚とし、かつ必要に応じて熱間圧
延と冷間圧延との間あるいは冷間圧延の中途において中
間焼鈍を行ない、冷間圧延後に溶体化処理を行なって焼
入れるのが通常である。しかしながらこのような従来の
一般的な製造方法では、最近の自動車用ボディシートに
要求される特性を充分に満足させることは困難である。

【０００５】すなわち、最近ではコストの一層の低減の
ためにさらに薄肉化することが強く要求されており、そ
のため薄肉でも充分な強度が得られるように、一層の高
強度化が求められているが、この点で従来の一般的な製
造方法によって得られたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板では
不充分であった。

【０００６】また塗装焼付については、省エネルギおよ
び生産性の向上、さらには高温に曝されることが好まし
くない樹脂等の材料との併用などの点から、従来よりも
焼付温度を低温化し、また焼付時間も短時間化する傾向
が強まっている。そのため従来の一般的な製法により得
られたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板では、塗装焼付時の硬
化（焼付硬化）が不足し、塗装焼付後に充分な高強度が
得難くなる問題が生じていた。

【０００７】そこで最近ではＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金に
ついて、板の製造方法に検討を加えて、前述のような問
題を解決することが試みられており、その代表的な例と
して、特開平４−２１０４５６号公報で提案されている
方法がある。この提案の方法は、溶体化処理後の焼入れ
のための冷却過程中途において５０〜１３０℃の温度域
で１〜４８時間の保持を行ない、さらにその後改めて１
４０〜１８０℃の範囲内の温度で３〜１０分間の低温加
熱処理を行なうものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の特開平４−２１０
４５６号の提案の方法によれば、従来の一般的なＡｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系合金板製造方法と比較すれば、素材の高強
度化および塗装焼付後の高強度化についてある程度有効
と考えられるが、満足できる程度には至っていないのが
実情である。

【０００９】また塗装焼付時において大きな強度上昇を
図るべく、時効硬化性を強めれば、板の製造後、長期間
放置してから成形加工、塗装焼付に供した場合、成形加
工前の放置期間中に自然時効（室温時効）が進行して板
が硬化し、成形性が悪化してしまう問題がある。前述の
提案の方法ではその点について充分な考慮がなされてい
ないのが実情である。

【００１０】さらに前述の提案の方法では、最終低温加
熱処理を１４０〜１８０℃×３〜１０分としており、こ
の場合バッチ式の焼鈍を適用しようとすれば保持時間が
短過ぎ、一方連続方式の焼鈍を適用しようとすれば逆に
保持時間が長過ぎ、いずれの場合も生産しにくいという
問題もある。

【００１１】 この発明は以上の事情を背景としてなさ
れたもので、良好な成形加工性を有すると同時に、焼付
硬化性が優れていて、塗装焼付時における強度上昇が高
く、しかも板製造後の室温での経時的な変化が少なく、
長期間放置した場合でも自然時効による硬化に起因する
成形性の低下が少ない成形加工用アルミニウム合金板の
製造方法を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するべく本発明者等が実験・検討を重ねた結果、Ａｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系合金についてその成分組成を適切に選択す
ると同時に、板製造プロセス中において、溶体化処理後
に適切な熱処理を行なうことによって、前述の課題を解
決し得ることを見出し、この発明をなすに至った。

【００１３】具体的には、請求項１の発明の成形加工用
アルミニウム合金板の製造方法は、Ｍｇ０．３〜１．５
％、Ｓｉ０．５〜２．５％を含有し、さらに必要に応じ
てＣｕ０．０３〜１．２％、Ｚｎ０．０３〜１．５％、
Ｍｎ０．０３〜０．４％、Ｃｒ０．０３〜０．４％、Ｚ
ｒ０．０３〜０．４％、Ｖ０．０３〜０．４％、Ｆｅ
０．０３〜０．５％、Ｔｉ０．００５〜０．２％のうち
から選ばれた１種または２種以上を含有し、残部がＡｌ
および不可避的不純物よりなる合金を素材とし、鋳塊に
均質化処理を施した後、熱間圧延および冷間圧延を行な
って所要の板厚の圧延板とし、その圧延板に対し、４８
０℃以上の温度で溶体化処理を行なってから１００℃／
min 以上の冷却速度で１５０〜３００℃の範囲内の温度
まで冷却し、続いてその１５０〜３００℃の範囲内の温
度で１〜６００秒保持する熱処理を行なった後、１００
℃／min 以上の冷却速度で１４０℃以下の温度まで冷却
し、その後７２時間以内に、５０〜１４０℃の範囲内の
温度で０．５〜５０時間保持する安定化処理を行なうこ
とを特徴とするものである。

【００１４】

【００１５】

【作用】先ずこの発明の製造方法で用いる合金の成分組
成限定理由について説明する。

【００１６】Ｍｇ：Ｍｇはこの発明で対象としている系
の合金で基本となる合金元素であって、Ｓｉと共同して
強度向上に寄与する。Ｍｇ量が０．３％未満では塗装焼
付時に析出硬化によって強度向上に寄与するＭｇ₂ Ｓｉ
の生成量が少なくなるため、充分な強度が得られず、一
方１．５％を越えれば成形性が低下するから、Ｍｇ量は
０．３〜１．５％の範囲内とした。

【００１７】Ｓｉ：Ｓｉもこの発明の系の合金で基本と
なる合金元素であって、Ｍｇと共同して強度向上に寄与
する。またＳｉは、鋳造時に金属Ｓｉの晶出物として生
成され、その金属Ｓｉ粒子の周囲が加工によって変形さ
れて、溶体化処理の際に再結晶核の生成サイトとなるた
め、結晶粒の微細化にも寄与する。Ｓｉが０．５％未満
では上記の効果が充分に得られず、一方２．５％を越え
れば粗大Ｓｉが生じて合金の靭性低下を招く。したがっ
てＳｉは０．５〜２．５％の範囲内とした。

【００１８】Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔ
ｉ，Ｆｅ：これらは絶対的な必須元素ではないが、強度
向上や結晶粒微細化のために必要に応じて１種または２
種以上添加される。これらのうち、Ｃｕは強度向上に有
効な元素であるが、Ｃｕ量が０．０３％未満ではその効
果が充分に得られず、一方１．２％を越えれば耐食性が
低下するから、Ｃｕを添加する場合のＣｕ量は０．０３
〜１．２％の範囲内とした。またＺｎは合金の時効性の
向上を通じて強度向上に寄与する元素であり、その含有
量が０．０３％未満では上記の効果が不充分であり、一
方１．５％を越えれば成形性および耐食性が低下するか
ら、Ｚｎを添加する場合のＺｎ量は０．０３〜１．５％
の範囲内とした。さらにＭｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖはいずれ
も強度向上と結晶粒の微細化および組織の安定化に効果
がある元素であり、いずれも含有量が０．０３％未満で
は上記の効果が充分に得られず、一方それぞれ０．４％
を越えれば、上記の効果が飽和するばかりでなく、巨大
金属間化合物が生成されて成形性に悪影響を及ぼすおそ
れがあり、したがってＭｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖはいずれも
０．０３〜０．４％の範囲内とした。またＴｉも強度向
上と鋳塊組織の微細化に有効な元素であり、その含有量
が０．００５％未満では充分な効果が得られず、一方
０．２％を越えればＴｉ添加の効果が飽和するばかりで
なく、巨大晶出物が生じるおそれがあるから、Ｔｉは
０．００５〜０．２％の範囲内とした。そしてまたＦｅ
も強度向上と結晶粒微細化に有効な元素であり、その含
有量が０．０３％未満では充分な効果が得られず、一方
０．５％を越えれば成形性が低下するおそれがあり、し
たがってＦｅは０．０３〜０．５％の範囲内とした。な
お０．０３％未満のＦｅは、通常のアルミ地金を用いれ
ば不可避的に含有される。なおこれらのＣｕ，Ｚｎ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｆｅの範囲は、積極的な添
加元素としてこれらの元素を含む場合について示したも
のであり、いずれもその下限値よりも少ない量を不純物
として含有していることは特に支障ない。

【００１９】以上の各元素のほかは、基本的にはＡｌお
よび不可避的不純物とすれば良い。但し、一般にＭｇを
含有する系の合金においては溶湯の酸化防止のために微
量のＢｅを添加することがあり、この発明の合金の場合
も０．０００１〜０．０１％程度のＢｅの添加は許容さ
れる。また一般に結晶粒微細化のために前述のＴｉと同
時にＢを添加することもあり、この発明の場合もＴｉと
ともに５００ppm 以下のＢを添加することは許容され
る。

【００２０】次にこの発明の方法における製造プロセス
について説明する。

【００２１】溶体化処理前までの工程すなわち所要の製
品板厚の圧延板とするまでの工程は、従来の一般的なＪ
ＩＳ ６０００番系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金と同様で
あれば良い。すなわち、ＤＣ鋳造法等によって鋳造した
後、常法に従って均質化処理（均熱処理）を施し、さら
に熱間圧延および冷間圧延を行なって所要の板厚とすれ
ば良く、また熱間圧延と冷間圧延との間、あるいは冷間
圧延の中途において必要に応じて中間焼鈍を行なっても
良い。

【００２２】 溶体化処理は、Ｍｇ_２Ｓｉ等をマトリッ
クスに固溶させ、これにより焼付硬化性を付与して塗装
焼付後の強度向上を図るために必要な工程であり、また
再結晶させて良好な成形性を得るための工程でもある。
溶体化処理温度が４８０℃未満ではＭｇ_２Ｓｉの固溶量
が少なく、充分な焼付硬化性が得られない。溶体化処理
温度の上限は特に規定しないが、共晶融解の発生のおそ
れや再結晶粒粗大化等を考慮して、通常は５８０℃以下
とすることが望ましい。また溶体化処理の時間も特に限
定しないが、通常は１２０分以内とする。溶体化処理後
には、図１に示すように１００℃／ｍｉｎ以上の冷却速
度で、１５０〜３００℃の範囲内の温度まで冷却（焼入
れ）する。ここで、溶体化処理後の冷却速度が１００℃
／ｍｉｎ未満では、冷却中にＭｇ_２Ｓｉが多量に析出し
てしまい、成形性が低下すると同時に、焼付硬化性が低
下して塗装焼付時の充分な強度向上が望めなくなる。

【００２３】

【００２４】 上述のように４８０℃以上の温度での溶
体化処理の後、１００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で１５
０〜３００℃の範囲内の温度に冷却した後には、続いて
その１５０〜３００℃の範囲内の温度で１〜６００秒保
持する熱処理（以下この熱処理を便宜上、保持処理と記
す）を行ない、その後１００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度
で１４０℃以下の温度まで冷却する。

【００２５】

【００２６】 上述のような保持処理は、その後の安定
化処理とともに、板製造後の自然時効による経時変化を
少なくすると同時に焼付硬化性を良好にするために必要
な処理である。すなわち、保持処理によって安定なクラ
スターが形成されやすくなり、そのため板製造後の室温
での経時変化が少なくなるとともに、塗装焼付でのＧ．
Ｐ．ゾーンが細かくなり、焼付硬化性が向上する。

【００２７】 ここで、保持処理の温度が１５０℃より
低ければ上述の効果が得られず、一方３００℃を越えれ
ばクラスターの安定性が低下し、逆に板製造後の室温で
の経時変化が生じやすくなるとともに、焼付硬化性が低
下する。また保持処理の時間が１秒未満では上述の効果
が充分に得られず、一方６００秒を越えれば時効によっ
て成形性が低下してしまう。さらに上記の保持処理後の
１４０℃以下の温度への冷却速度が１００℃／ｍｉｎ未
満では、冷却中に時効によって成形性が低下してしま
う。

【００２８】

【００２９】 以上のように保持処理を行なって１００
℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で１４０℃以下に冷却した後
には、７２時間以内に安定化処理を行なう。このような
安定化処理までの時間（放置時間）が７２時間を越えれ
ば、自然時効により成形加工前の素材の強度が高くな
り、成形性が低下してしまう。

【００３０】安定化処理は、最終的にクラスターの安定
性を向上させ、板製造後の経時変化を抑制して、良好な
成形加工性を確保するとともに充分な焼付硬化性を得る
ために必要な工程であり、この安定化処理は、５０〜１
４０℃の範囲内の温度に０．５〜５０時間保持の条件と
する必要がある。安定化処理の温度が５０℃未満では上
記の効果が充分に得られず、一方１４０℃を越えれば時
効によって素材強度が高くなり、成形性が低下してしま
う。また安定化処理における５０〜１４０℃の範囲内の
温度での保持時間が０．５時間未満では、その後の室温
での経時変化が速くなって成形性と焼付硬化性が悪くな
り、一方５０時間を越えれば、時効によって素材強度が
高くなり、成形性が低下してしまうとともに、生産性も
阻害される。

【００３１】 以上のようにこの発明の製造方法では、
合金の成分組成を適切に調整するとともに、製造プロセ
ス中において、４８０℃以上の温度での溶体化処理後の
冷却（焼入れ）過程で特定の条件での保持処理を行な
い、その後７２時間以内に特定の条件の安定化処理を施
すことにより、板製造後の室温での経時変化、すなわち
室温での自然時効の進行を阻止することが可能となり、
その結果、板製造後に長期間放置されてから成形加工、
塗装焼付を施す場合でも、良好な成形性、優れた焼付硬
化性を充分に確保することが可能となったのである。

【００３２】

【実施例】表１に示す本発明成分組成範囲内のＡ１〜Ａ
４の合金、および本発明成分範囲外のＢ１の合金につい
て、それぞれ常法に従ってＤＣ鋳造法により鋳造し、得
られた鋳塊に５３０℃×１０ｈｒの均質化処理を施して
から、常法に従って熱間圧延および冷間圧延を行なって
厚さ１ｍｍの圧延板とした。次いで各圧延板に対し、５
４０℃×１０ｓｅｃの溶体化処理を行なってから、１０
０℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で冷却し、かつその冷却途
中で保持処理を行なった。詳細な条件を表２中に示す。
なお、保持処理後の冷却は、いずれも１００℃／ｍｉｎ
以上の冷却速度で室温まで行ない、また安定化処理まで
の放置も室温とした。

【００３３】以上のようにして最終熱処理を行なって得
られた板を、さらに室温に１日もしくは６０日放置した
各板について、それぞれ１７５℃×３０分の加熱の塗装
焼付処理を施し、かつその焼付前の機械的特性および成
形性と、焼付後の機械的特性を調べた。その結果を表３
に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】 製造番号１〜３は、いずれも合金の成分
組成がこの発明で規定する範囲内でかつ製造条件もこの
発明で規定する条件を満たしたものであるが、これらの
場合は、いずれも塗装焼付前の伸びおよびエリクセン値
が充分に高くて成形性が優れ、かつ焼付硬化性が高くて
塗装焼付時に大きな強度上昇が生じており、特に板製造
後６０日室温に放置した場合においても、伸びおよびエ
リクセン値の低下が少なくて成形性が低下せず、かつ充
分な焼付硬化性を示した。

【００３８】 これに対し製造番号４，５は、合金の成
分組成はこの発明で規定する範囲内であるが、製造条件
がこの発明で規定する条件を満たさなかったものであ
る。そして特に製造番号４（合金記号Ａ２）は、最終の
安定化処理の時間がこの発明で規定する時間より短かっ
たものであるが、この場合には同じ合金（Ａ２）を用い
た本発明例（製造番号２）と比較して、焼付硬化性が劣
り、特に６０日放置後の成形性、焼付硬化性が劣ってい
た。また製造番号５（合金記号Ａ４）は、溶体化処理後
冷却途中での保持処理における保持温度が低過ぎるとと
もに保持時間が長過ぎたものであり、この場合には充分
な焼付硬化性が得られなかった。

【００３９】 一方製造番号６は成分組成がこの発明で
規定する範囲を外れた合金について、この発明で規定す
る範囲内の条件のプロセスを適用したものであるが、こ
の場合には素材強度が低いばかりでなく、焼付硬化性も
低く、塗装焼付後の強度も充分に得られなかった。

【００４０】

【発明の効果】この発明の成形加工用アルミニウム合金
板の製造方法によれば、成形性が優れるとともに素材強
度が高いばかりでなく、焼付硬化性が優れていて、塗装
焼付後の強度が著しく高く、しかも室温での経時変化が
少なくて、板製造後に室温で長期間放置した場合にも成
形性の低下が少ないとともに焼付硬化性の低下も少な
い、安定な成形加工用アルミニウム合金板を得ることが
でき、したがって自動車用ボディシート、家電部品、各
種機械器具部品、そのほか成形加工および塗装焼付を施
して用いる用途のアルミニウム合金板の製造に最適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の方法における溶体化処理後の
プロセスを説明するための線図である。ロ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−108251（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−318144（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−259358（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−82745（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−70908（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−247610（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−125505（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｇ０．３〜１．５％（重量％、以下同
   じ）、Ｓｉ０．５〜２．５％を含有し、さらに必要に応
   じてＣｕ０．０３〜１．２％、Ｚｎ０．０３〜１．５
   ％、Ｍｎ０．０３〜０．４％、Ｃｒ０．０３〜０．４
   ％、Ｚｒ０．０３〜０．４％、Ｖ０．０３〜０．４％、
   Ｆｅ０．０３〜０．５％、Ｔｉ０．００５〜０．２％の
   うちから選ばれた１種または２種以上を含有し、残部が
   Ａｌおよび不可避的不純物よりなる合金を素材とし、鋳
   塊に均質化処理を施した後、熱間圧延および冷間圧延を
   行なって所要の板厚の圧延板とし、その圧延板に対し、
   ４８０℃以上の温度で溶体化処理を行なってから１００
   ℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で１５０〜３００℃の範囲内
   の温度まで冷却し、続いてその１５０〜３００℃の範囲
   内の温度で１〜６００秒保持する熱処理を行なった後、
   １００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で１４０℃以下の温度
   まで冷却し、その後７２時間以内に、５０〜１４０℃の
   範囲内の温度で０．５〜５０時間保持する安定化処理を
   行なうことを特徴とする、室温での経時変化が少なくか
   つ成形性および焼付硬化性に優れたアルミニウム合金板
   の製造方法。