JP2671121B2 - 伸び、曲げ性、張出し性に優れた成形加工用アルミニウム合金圧延板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は自動車用のボデイシートやエアクリーナ
ー、オイルタンクなどの如く、高強度と優れた成形加工
性、特に伸び、張出し性、曲げ性が要求される成形加工
品に使用されるアルミニウム合金圧延板およびその製造
方法に関するものである。 従来の技術 従来一般に自動車用ボデイシート等の成形加工用の自
動車用板材としては冷延鋼板が多用されていたが、最近
では自動車車体を軽量化してその燃費を改善すること等
を目的とし、従来の冷延鋼板に代えてアルミニウム合金
圧延板を使用する要望が強まっている。 このような用途に供されるアルミニウム合金圧延板と
しては、従来はAl−Mg系の5052合金Ｏ材や5182合金Ｏ
材、あるいはAl−Cu系の2036合金T4処理材、さらにはAl
−Mg−Si系の6009合金T4処理材、6010合金T4処理材等が
適用されている。 発明が解決すべき問題点 前述のような従来のアルミニウム合金圧延板は、冷延
鋼板と比し、成形性、特に伸び、曲げ性、張出し性が劣
る。 すなち前述のようなAl合金のうちでは成形性の点から
は5052合金Ｏ材や5182合金Ｏ材などが比較的良好ではあ
るが、それでも伸びがやや低く、曲げ性や張出し性も不
充分である。また5052合金や5182合金のようなAl−Mg系
合金のＯ材は、成形加工時にリューダースマークが発生
して外観不良を招くおそれがある。リューダースマーク
の発生を防止するための方法としては、レベリング等に
より若干加工歪を与える方法があるが、この場合逆に成
形性が低下してしまうという問題がある。 この発明は以上の事情に鑑みてなされたもので、従来
のAl−Mg系合金である5052合金Ｏ材や5182合金Ｏ材より
優れた成形性、特に優れた伸び、曲げ性、張出し性を有
し、しかも好ましくはリューダースマークの発生のない
Al−Mg系のアルミニウム合金圧延板およびその製造方法
を提供することを目的とするものである。 問題点を解決するための手段 本発明者等はAl−Mg系合金圧延板の成形性、特に伸
び、曲げ性、張出し性を向上させる手法について種々実
験・検討を重ねた結果、最終圧延板における金属間化合
物の最大サイズを５μｍ以下とすることが伸び、曲げ
性、張出し性の向上に有効であることを見出した。そし
てそのように最終圧延板における金属間化合物の最大サ
イズを５μｍ以下とするためには、先ず合金溶湯の鋳造
段階において、板厚３〜15mmの板に直接連続鋳造してし
まうこが有効であり、また冷間圧延後に急速加熱、急速
冷却の高温熱処理を適用することも成形性の向上に有効
であることを見出し、この発明をなすに至ったのであ
る。 具体的には、本願の第１発明のアルミニウム合金圧延
板は、Mg2〜６％を含有し、かつMn0.05〜1.0％、Cr0.03
〜0.3％、Zr0.03〜0.3％、V0.03〜0.3％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
避的不純物よりなり、しかもマトリックス中の金属間化
合物の最大サイズが５μｍ以下であることを特徴とする
ものである。 また第２発明のアルミニウム合金圧延板は、Mg2〜６
％を含有し、かつMn0.05〜1.0％、Cr0.03〜0.3％、Zr0.
03〜0.3％、V0.03〜0.3％のうちから選ばれた１種また
は２種以上を含有するとともに、Cu0.05〜2.0％、Zn0.1
〜2.0％のうちの１種または２種を含み、残部がAlおよ
び不可避的不純物よりなり、しかもマトリックス中の金
属間化合物の最大サイズが５μｍ以下であることを特徴
とするものである。 さらに第３発明のアルミニウム合金圧延板製造方法
は、Mg2〜６％を含有し、かつMn0.05〜1.0％、Cr0.03〜
0.3％、Zr0.03〜0.3％、V0.03〜0.3％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
的不純物よりなるアルミニウム合金の溶湯を、板厚３〜
15mmの板に連続鋳造し、その後冷間圧延を施した後、昇
温速度１℃/sec以上で400〜600℃の範囲内の温度に急速
加熱して、その温度から１℃/sec以上の冷却速度で冷却
し、マトリックス中の金属間化合物の最大サイズが５μ
ｍ以下の圧延板を得ることを特徴とするものである。 また第４発明のアルミニウム合金圧延板の製造方法
は、Mg2〜６％を含有し、Mn0.05〜1.0％、Cr0.03〜0.3
％、Zr0.03〜0.3％、V0.03〜0.3％のうちから選ばれた
１種または２種以上を含有するとともに、Cu0.05〜2.0
％、Zn0.1〜2.0％のうちの１種または２種を含有し、残
部がAlおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合金
の溶湯を、板厚３〜15mmの板に連続鋳造し、その後冷間
圧延を施した後、昇温速度１℃/sec以上で400〜600℃の
範囲内の温度に急速加熱して、その温度から１℃/sec以
上の冷却速度で冷却し、マトリックス中の金属間化合物
の最大サイズが５μｍ以下の圧延板を得ることを特徴と
するものである。 作用 先ずこの発明における合金成分限定理由について説明
する。 Mg: Mgはこの発明の系のアルミニウム合金において基本と
なる合金成分であって、強度および成形性に寄与する元
素である。Mgが2.0％未満では強度が不充分となって自
動車ボデイーシート等として不適当となり、一方Mgが6.
0％を越えれば鋳造が困難となるから、2.0〜6.0％の範
囲内に限定した。 Mn、Cr、Zr、V: これらの元素はいずれも再結晶粒を微細化させて組織
を均一化するとともに強度を向上するに有効な元素であ
る。Mn0.05％未満、Cr0.03％未満、Zr0.03％未満では上
述の効果が得られない。一方Mnが1.0％を越えれば成形
性が低下し、またCr、Zr、Ｖがそれぞれ0.3％を越えれ
ば粗大な金属間化合物が生じてしまう。したがってMnは
0.05〜1.0％、Cr、Zr、Ｖはそれぞれ0.03〜0.3％の範囲
内とした。なおこれらの元素はいずれか１種を単独で添
加しても、２種以上を複合添加しても良い。 Cu、Zn: これらの元素は強度を向上させるに有効であるととも
に、リューダースマークの発生を防止するに有効な元素
であるから、特に第２発明の場合にこれらの１種または
２種を添加する。本願第３発明で規定する方法によれば
リューダースマークの発生を防止することができ、特に
冷間圧延後の加熱処理を、450℃以上の高温加熱とすれ
ば、Cu、Znを含まない場合でも有効にリューダースマー
クの発生を防止することができるが、Cuまたは／および
Znの添加によって、より確実かつ安定してリューダース
マークの発生を防止することができる。ここで、Cuが0.
05％未満、Znが0.1％未満では上記の効果が得られず、
一方Cu、Znが2.0％を越えれば耐食性が低下してしまう
から、第２発明において添加するCuは0.05〜2.0％、Zn
は0.1〜2.0％の範囲内とした。なお第２発明においてC
u、Znはいずれか一方を単独で添加しても、両者を複合
添加しても良い。 上記の各元素のほか、通常のアルミニウム合金には不
可避的不純物としてFe、Siが含有される。Fe、Siはこの
発明においても特に重要な元素ではないが、それぞれ0.
5％を越えて含有されれば晶出物量が増して成形性を劣
化させるから、いずれも0.5％以下とすることが好まし
い。 さらに、上記各元素のほか、鋳塊結晶粒微細化のため
に、Ti、またはTiおよびＢを添加しても良い。但し初晶
TiAl₃粒子の晶出を防止するためには、Tiは0.15％以下
とすることが望ましく、またTiB₂粒子の生成を防止する
ためにはＢは0.01％以下とすることが好ましい。 本願第１発明および第２発明のアルミニウム合金圧延
板においては、上述のような成分組成を有するのみなら
ず、最終圧延板の圧延表面金属間化合物の最大サイズが
５μｍ以下であることが重要である。このように金属間
化合物の最大サイズを５μｍ以下に規制することによっ
て、成形性、特に曲げ性、伸び、張出し性を向上させる
ことができる。金属間化合物の最大サイズが５μｍを越
えれば、上述のような効果を得ることができない。この
ように最終圧延板における金属間化合物のサイズを小さ
くするためには、後述するように、鋳造段階で連続鋳造
により板厚３〜15mmの板に直接鋳造して、凝固速度を大
きくすることが好適である。 次に上述のようなアルミニウム合金圧延板の製造方
法、すなわち本願第３発明および第４発明について説明
する。 この製造方法においては、先ず第１に、前述のような
成分組成のアルミニウム合金溶湯を鋳造するにあたっ
て、板厚３〜15mmの板に連続鋳造することが重要であ
る。その具体的方法としては、合金溶湯を内部から冷却
された一対のロール間に連続的に供給するとともにその
ロールを連続的に回転させて板厚３〜15mmに凝固した板
を連続的に引出す方法を適用することが好ましい。この
ように薄い板に直接連続鋳造することにより、高い凝固
速度を得ることができる。 既に述べたように最終圧延板の圧延表面における金属
間化合物の最大サイズを５μｍ以下とんするためには、
鋳造時の凝固速度が高いことが必要であり、本系の合金
では冷却速度で100℃/sec以上、鋳造時のデンドライト
アーム間隔で平均10μｍ以下が必要であることが本発明
者等の実験により判明しているが、板厚３〜15mmの板に
直接連続鋳造することによって、このような条件を満た
すことが可能となるのである。ここで、鋳造板厚が3mm
未満では鋳造自体が困難となり、一方15mmを越える場合
はデンドライトアーム間隔を平均10μｍ以下とすること
が困難となり、最終圧延板における金属間化合物最大サ
イズを５μｍ以下に抑制することが困難となって、目的
とする成形性、特に充分な伸び、曲げ性、張出し性が得
られなくなる。 上述のように連続鋳造された板に対しては、必要に応
じて350〜550℃で均質化処理を施した後、所要の厚みま
で冷間圧延を施す。この冷間圧延における圧延率は、鋳
造板厚および製品板厚に応じて定めれば良いが、通常は
20％程度以上とすることが好ましい。 冷間圧延後には、400〜600℃の範囲内の温度に１℃/s
ec以上の昇温速度で急速加熱し、その温度から１℃/sec
以上の冷却速度で急速冷却する。このように高温に急速
加熱、急速冷却することによって、再結晶粒の微細化を
図り、成形性、特に伸び、張出し性の向上を図ることが
できる。ここで、昇温速度が１℃/sec未満では良好な成
形性が得られず、また加熱温度が400℃未満では再結晶
が不完全となって成形性が劣化し、加熱温度が600℃を
越えれば共晶融解を生じたり結晶粒の粗大成長を招いた
りし、さらに冷却速度が１℃/sec未満では成形性、特に
伸び、張出し性が劣化する。 なおこの熱処理における加熱温度は、400〜600℃の範
囲内で、特に450〜550℃の範囲内とすることが望まし
い。このように450550℃の範囲内の加熱温度とすれば、
結晶粒の一層の微細化と伸び、張出し性の一層の向上が
達成されるとともに、特にリューダースマークの発生を
確実かつ安定して防止することが可能となる。なお、C
u、Znを添加した合金では400〜600℃の全温度域でリュ
ーダースマークの発生が認められないが、Cu、Znを添加
しない合金においても、特に450〜550℃で熱処理するこ
とによってリューダースマークのない圧延板を得ること
ができるのである。 実 施 例 第１表の合金番号１〜５に示す合金について、冷却さ
れた一対の回転ロール間に合金溶湯を連続的に供給する
連続鋳造法により、厚さ6mmの板を連続鋳造した。得ら
れた連続鋳造板を1mmまで冷間圧延した後、第２表の条
件記号Ａ〜Ｈに示す熱処理を行なった。なお第２表中に
おいて、連続焼鈍はいずれも保持を10秒とし、またバッ
チ焼鈍は保持を２時間とした。 また第１表の合金番号６〜８に示す合金について、比
較法としてのDC鋳造法によって400mm厚のスラブに鋳造
し、500℃×10時間の均質化処理を施した後、450℃で熱
間圧延して6mmの熱延板とした。その熱延板を冷間圧延
して1mmの板とした。次いで各冷延板について第２表の
条件記号Ｉ〜Ｌに示す熱処理を施した。 以上の各熱処理Ａ〜Ｌ後の板の圧延表面における金属
間化合物の最大サイズを調べた結果を第２表中に示す。 また前記各熱処理Ａ〜Ｌを施した後の各板の機械的強
度（引張強さ、耐力）、伸び、エリクセン値、最小曲げ
半径、およびリューダースマーク発生の有無を調べた結
果を第３表に示す。 なお第２表および第３表において、備考欄の各条件に
ついて付した○印、×印は、それぞれの条件が本発明の
範囲内にある場合を○印、範囲外の場合を×印とした。 第３表から、この発明で規定する成分範囲内の合金に
ついて連続鋳造により急速凝固させ、冷間圧延後、急速
加熱・急速冷却することによって、強度および成形性が
ともに優れた圧延板が得らることが明らかである。なお
この発明で規定する成分範囲内の合金について、DC鋳造
法を適用した場合でも熱処理条件をこの発明で規定する
範囲内とすれば（条件記号Ｉ）、リューダースマークの
発生が抑えられ、また成形性がある程度向上することが
認められるが、鋳造条件と熱処理条件とを組合せたこの
発明の製造方法の場合ほど顕著ではない。 発明の効果 この発明の成形加工用アルミニウム合金圧延板は、従
来の通常のAl−Mg系合金Ｏ材と比較して、成形性、特に
伸び、曲げ性、張出し性に優れ、しかも自動車車体のボ
デイシート等に適した充分な強度を有しており、したが
って自動車車体のボデイシート等の如く優れた成形性と
強度が要求される用途に最適なものである。そしてまた
この発明のアルミニウム合金圧延板は、リューダースマ
ークの発生が少なく、特にCu、Znを添加した場合や製造
過程における冷間圧延後の熱処理を450〜550℃の範囲内
で行なった場合にはリューダースマークの発生を確実か
つ安定して防止することができ、したがって成形加工時
におけるリューダースマークによる外観不良の発生も防
止できる。 なおこの発明のアルミニウム合金圧延板は、前述のよ
うに自動車車体のボデイシートに最適なものであるが、
強度が要求される成形加工品のその他の用途、冷えばホ
イールやオイルタンク、エアクリーナ等の自動車部品、
あるいは各種キャップやブラインド、アルミ缶、家庭用
器物、計器カバー、電気機器のシャーシー等に用いても
優れた性能を発揮し得ることはもちろんである。

フロントページの続き (72)発明者 小松原 俊雄 東京都中央区日本橋室町４丁目１番地 スカイアルミニウム株式会社内 (72)発明者 深田 和博 東京都中央区日本橋室町４丁目１番地 スカイアルミニウム株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−77371（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．Mg2〜６％（重量％）を含有し、かつMn0.05〜1.0
   ％、Cr0.03〜0.3％、Zr0.03〜0.3％、V0.03〜0.3％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り、しかもマトリックス中
   の金属間化合物の最大サイズが５μｍ以下であることを
   特徴とする、伸び、曲げ性、張出し成形性に優れた成形
   加工用アルミニウム合金圧延板。 ２．Mg2〜６％を含有し、かつMn0.05〜1.0％、Cr0.03〜
   0.3％、Zr0.03〜0.3％、V0.03〜0.3％のうちから選ばれ
   た１種または２種以上を含有するとともに、Cu0.05〜2.
   0％、Zn0.1〜2.0％のうちの１種または２種を含み、残
   部がAlおよび不可避的不純物よりなり、しかもマトリッ
   クス中の金属間化合物の最大サイズが５μｍ以下である
   ことを特徴とする、伸び、曲げ性、張出し成形性に優れ
   た成形加工用アルミニウム合金圧延板。 ３．Mg2〜６％を含有し、かつMn0.05〜1.0％、Cr0.03〜
   0.3％、Zr0.03〜0.3％、V0.03〜0.3％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
   的不純物よりなるアルミニウム合金の溶湯を、板厚３〜
   15mmの板に連続鋳造し、その後冷間圧延を施した後、昇
   温速度１℃/sec以上で400〜600℃の範囲内の温度に急速
   加熱して、その温度から１℃/sec以上の冷却速度で冷却
   し、マトリックス中の金属間化合物の最大サイズが５μ
   ｍ以下の圧延板を得ることを特徴とする、伸び、曲げ
   性、張出し成形性に優れた成形加工用アルミニウム合金
   圧延板の製造方法。 ４．Mg2〜６％を含有し、Mn0.05〜1.0％、Cr0.03〜0.3
   ％、Zr0.03〜0.3％、V0.03〜0.3％のうちから選ばれた
   １種または２種以上を含有するとともに、Cu0.05〜2.0
   ％、Zn0.1〜2.0％のうちの１種または２種を含有し、残
   部がAlおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合金
   の溶湯を、板厚３〜15mmの板に連続鋳造し、その後冷間
   圧延を施した後、昇温速度１℃/sec以上で400〜600℃の
   範囲内の温度に急速加熱して、その温度から１℃/sec以
   上の冷却速度で冷却し、マトリックス中の金属間化合物
   の最大サイズが５μｍ以下の圧延板を得ることを特徴と
   する、伸び、曲げ性、張出し成形性に優れた成形加工用
   アルミニウム合金圧延板の製造方法。