JP3247149B2 - アルミニウム合金板材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車の外板や
内板のように張出し及び絞り加工といった成形性に優れ
た高強度アルミニウム合金板材の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【発明の背景】Ａｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金は、強
度や延性に優れており、又、軽量の要件をも満たすこと
から、自動車の外板や内板の用途に考えられている。し
かしながら、Ａｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金は、鋼板
に比べて成形加工性、特に絞り加工性に劣っており、成
形加工を行う際の金型に対する制約条件が多いといった
問題を抱えている。

【０００３】ところで、一般に、引張試験によって与え
られる幅方向歪ε_w と厚方向歪ε_tとの比ｒ＝ε_w ／ε
_t の値はランクフォード値と称されており、鋼板の分野
においては、圧延方向に平行に取ったランクフォード値
ｒ₀ 、圧延方向に対して４５°方向に取ったランクフォ
ード値ｒ₄₅、及び圧延方向に対して９０°方向に取った
ランクフォード値ｒ₉₀の平均値（ｒ₀ ＋２ｒ₄₅＋ｒ₉₀）
／４が成形加工性の指標として評価の基準となってい
る。そして、このランクフォード値の平均値が高く、深
絞り性に優れた成形加工用鋼板を製造する技術が確立さ
れている。

【０００４】一方、アルミニウム合金は、一般に、ラン
クフォード値が低く、鋼板の分野で確立されて来た技術
の利用は無理が有ると言われて来ていた。従って、アル
ミニウム合金を自動車の外板などの用途に適したものと
する為には、先ず、ランクフォード値を高めることが必
要と考えられている。

【０００５】

【発明の開示】本発明の目的は、高強度で、かつ、成形
加工性、特に深絞り性に優れたアルミニウム合金板材を
提供することである。この本発明の目的は、下記の式
〔Ｉ〕 ｒ＝（ｒ₀ ＋２ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４ 〔Ｉ〕 但し、ｒ₀ は圧延方向に平行に取ったランクフォード値 ｒ₄₅は圧延方向に対して４５°方向に取ったランクフォード値 ｒ₉₀は圧延方向に対して９０°方向に取ったランクフォード値 で表されるランクフォード値ｒが０．８以上の成形性に
優れたＡｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金板材の製造方法
であって、熱間圧延工程と、第１の冷間圧延工程と、中
間焼鈍工程と、第２の冷間圧延工程と、最終焼鈍工程と
を具備し、前記Ａｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金は２．
０〜６．５ｗｔ％のＭｇを含むものであり、前記熱間圧
延工程後で中間焼鈍工程前の冷間圧延工程における冷間
加工率は６０〜９０％であるように制御され、前記中間
焼鈍工程における条件を連続焼鈍炉で５００〜５８０℃
の範囲の温度で５分以内の保持とし、前記中間焼鈍工程
後の冷間圧延工程における冷間加工率は５〜１４％であ
るように制御され、前記最終焼鈍工程における温度は４
５０〜５４０℃に制御されることを特徴とするアルミニ
ウム合金板材の製造方法によって達成される。

【０００６】以下、本発明を更に詳しく説明する。本発
明のＡ１−Ｍｇ系の合金は、Ｍｇを主成分とする所謂５
０００番系の合金であり、Ｍｇの固溶による固溶体を材
料強化の基本手段とした合金である。尚、Ｍｇ成分の他
にも、補助的にＣｕ，Ｚｎ等の添加による析出硬化、Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ等の添加による結晶微細化が考慮さ
れ、必須成分としてＭｇを２．０〜６．５ｗｔ％含有す
る他、例えば必要に応じて０．０１〜０．５ｗｔ％のＭ
ｎ、０．０２〜０．２５ｗｔ％のＣｒ、０．０２〜０．
２５ｗｔ％のＺｒ、０．０２〜０．１ｗｔ％のＶといっ
た成分を含有していても良い。勿論、一種でも二種以上
が含まれていても良い。

【０００７】〔Ｍｇ〕Ｍｇは、本発明で対象となる系の
アルミニウム合金成分の基本となる成分であって、強度
および伸び率などの成形性に寄与する元素である。Ｍｇ
の含有量が２．０ｗｔ％未満では、強度が不足する。逆
に、Ｍｇを６．５ｗｔ％を越えて含むと、熱間圧延性が
著しく低下する。従って、必須成分としてのＭｇの含有
量は２．０〜６．５ｗｔ％とした。尚、より好ましくは
４．０〜６．０ｗｔ％である。

【０００８】〔Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ〕これらの元素
は、いずれも最終焼鈍処理により得られる再結晶粒を微
細化し、成形加工における表面仕上がりを肌荒れやオレ
ンジピール等がない均一なものとする役割を発揮する。
又、結晶粒の微細化による強度向上効果が期待できる。
この為、本発明では必要に応じて添加される。尚、Ｍｎ
の含有量が０．０１ｗｔ％未満、Ｃｒの含有量が０．０
２ｗｔ％未満、Ｚｒの含有量が０．０２ｗｔ％未満、Ｖ
の含有量が０．０２ｗｔ％未満では上述の効果が得られ
難い。逆に、Ｍｎの含有量が０．５ｗｔ％を越えると、
伸び率が下がり、成形性の低下をきたす。又、ＣｒやＺ
ｒの含有量が０．２５ｗｔ％を越えると、又、Ｖの含有
量が０．２５ｗｔ％を越えると、成形性の低下要因にな
るばかりでなく、スラブ鋳造時に粗大初晶が発生し易く
なる。従って、Ｍｎの含有量は０．０１〜０．５ｗｔ％
であることが、ＣｒやＺｒの含有量は０．０２〜０．２
５ｗｔ％であることが、Ｖの含有量は０．０２〜０．２
５ｗｔ％であることが好ましい。尚、より好ましくはＭ
ｎの含有量が０．０５〜０．２０ｗｔ％、Ｃｒの含有量
が０．０５〜０．１５ｗｔ％、Ｚｒの含有量が０．０５
〜０．１５ｗｔ％、Ｖの含有量が０．０５〜０．１５ｗ
ｔ％である。

【０００９】〔Ｃｕ，Ｚｎ〕これらの元素は、析出硬化
によって強度を向上させるのに有効であると共に、成形
加工および塗装処理後に行われる乾燥工程における加熱
による成形加工品の軟化を防止する特長を奏する。すな
わち、ＣｕやＺｎの析出により軟化が防止される。従っ
て、本発明では必要に応じて添加される。尚、Ｃｕの含
有量が０．０５ｗｔ％未満では効果が発揮され難く、Ｚ
ｎの含有量が０．０４ｗｔ％未満では効果が発揮され難
い。逆に、Ｃｕの含有量が１．０ｗｔ％、Ｚｎの含有量
が２．０ｗｔ％を越えると、耐食性が低下し、又、成形
性が低下する要因になる為、Ｃｕの含有量は０．０５〜
１．０ｗｔ％、Ｚｎの含有量は０．０４〜２．０ｗｔ％
とすることが好ましい。尚、より好ましくはＣｕの含有
量が０．１０〜０．３０ｗｔ％、Ｚｎの含有量が０．２
〜０．８ｗｔ％である。又、Ｃｕ，Ｚｎいずれか一方が
添加されるのみでも、両方添加されてもよい。

【００１０】上記の各元素の他、不可避不純物としてＦ
ｅやＳｉも含有され得る。Ｆｅ，Ｓｉは本発明において
特に重要な元素ではないが、各々０．５ｗｔ％を越える
と、晶出物が増大し、成形性を劣化させるから、０．５
ｗｔ％以下とすることが好ましい。さらに、上記元素の
他に、鋳造時の際、鋳塊の結晶粒を微細化する為に、Ｔ
ｉやＢが添加されてもよい。但し、初晶（ＴｉＡ１₃ ）
粒子の晶出を防止する為、Ｔｉの含有量は０．１ｗｔ％
以下とすることが好ましい。又、ＴｉＢ₂ 粒子の生成を
防止する為、Ｂの含有量は０．０１ｗｔ％以下とするこ
とが好ましい。

【００１１】又、鋳造時の酸化防止や熱間圧延性改善の
目的でＢｅが添加されても良い。すなわち、最大限５０
ｐｐｍまでＢｅが添加されても良い。次に、本発明のア
ルミニウム合金板材の製造方法について説明する。成形
加工用Ａ１−Ｍｇ系アルミニウム合金板の製造方法とし
て、鋳塊を均質化処理し、熱間圧延を行い、その後冷間
圧延で所定の板厚まで圧延し、さらに最終焼鈍処理を行
う方法がとられる。特に、熱間圧延後の冷間圧延の途中
で焼鈍処理が行われる。

【００１２】〔鋳造及び均質化処理〕本発明のアルミニ
ウム合金鋳塊の製造には、常法にしたがった半連続鋳造
法（ＤＣ鋳造法）を適用できる。尚、熱間圧延を行う前
に、成形性向上および結晶粒を安定化させる目的で約４
４０〜５４０℃の温度範囲で約０．５〜４０時間の均質
化処理を行うことが望ましい。つまり、４４０℃未満で
は十分な均質化効果は期待でき難く、又、５４０℃を越
える温度で処理すると、Ｍｇ添加量の多い材料では巨大
再結晶の成長があることから、均質化処理の温度は約４
４０〜５４０℃であることが好ましい。均質化処理時間
は、０．５時間未満では効果が不十分であり、逆に、４
０時間を越えると生産性および経済性の点で難があるこ
とから、約０．５〜４０時間であることが好ましい。
尚、より好ましくは約４８０〜５２０℃の温度範囲で約
１２〜２４時間の均質化処理を行うことである。

【００１３】〔熱間圧延、冷間圧延及び中間焼鈍工程〕 熱間圧延は常法に従って行い、その後冷間圧延を行って
から中間焼鈍を施す。冷間圧延工程の中間で処理する中
間焼鈍位置および冷間加工率は、ランクフォード値ｒ値
に大きな影響を及ぼす因子である。冷間圧延工程のなか
での中間焼鈍の位置及び焼鈍条件は、中間焼鈍前の冷間
加工率を６０〜９０％とし、中間焼鈍による結晶粒の粗
大化を防止する必要がある。すなわち、中間焼鈍前の冷
間加工率が６０％より低い場合には、結晶粒が著しく粗
大なものとなり、ランクフォード値ｒ値が低下してしま
うことから、中間焼鈍前の冷間加工率を６０〜９０％と
することが極めて大事であった。

【００１４】

【００１５】連続焼鈍による中間焼鈍 中間焼鈍に連続焼鈍炉を適用する場合は、約５００〜５
８０℃の範囲の温度で保持し、又、５分以内の保持とす
ることが適当である。この場合、５００℃未満では中間
焼鈍効果が不十分で、高いランクフォード値ｒを得るこ
とが期待でき難い。一方、５８０℃を越えると、Ａ１−
Ｍｇ系アルミニウム合金の融点に近付き、炉内破断の恐
れがある。連続焼鈍炉での保持時間は短時間処理が好ま
しい。すなわち、５分以上の保持は結晶粒の粗大化にな
る傾向が有る。

【００１６】〔最終冷間圧延及び最終焼鈍工程〕中間焼
鈍後、冷間圧延による加工率と最終焼鈍条件も、本発明
において重要な意味を持つ。すなわち、上記工程を経て
処理されたＡ１−Ｍｇ系アルミニウム合金板は最終焼鈍
までの冷間圧延による加工率および最終焼鈍条件がラン
クフォード値ｒに影響を与え、成形性、特に絞り加工性
に影響する。

【００１７】ａ．中間焼鈍後の冷間加工率 中間焼鈍後の冷間加工率が１４％を越えると、ランクフ
ォード値ｒが低下してしまう。逆に、中間焼鈍後の冷間
加工率が５％未満では、最終焼鈍処理で結晶粒の粗大化
を招くことになり、成形性が低下してしまう。従って、
中間焼鈍後の冷間加工率は５％〜１４％でなければなら
なかった。尚、より好ましい中間焼鈍後の冷間加工率は
６％〜１４％である。

【００１８】ｂ．最終焼鈍処理 最終焼鈍処理は、連続焼鈍炉を使用し、４５０℃以上の
高い温度での処理でなければならなかった。すなわち、
４５０℃未満の低い温度で行われた場合には、ストレッ
チャーストレインマークの発生が顕在化し、ランクフォ
ード値ｒの異方性が大きくなり、好ましくない。逆に、
５４０℃以上の高い温度での処理では、結晶粒の粗大化
を招いてしまう。従って、最終焼鈍処理は４５０〜５４
０℃で行われる必要があった。尚、好ましくは約４９０
〜５２０℃での焼鈍である。

【００１９】又、最終焼鈍処理は５分以内の短時間であ
ることが好ましい。

【００２０】

【実施例】 表−１（合金組成） Ｎｏ． 成 分（ｗｔ％） Ｍｇ Ｃｕ Ｍｎ Ｓｉ Ｆｅ Ｃｒ Ｚｎ Ｔｉ Ａｌ ４ 2.5 0.23 0.09 0.04 0.1 0.02 0.05 0.01 残部 ３ 4.4 0.04 0.03 0.10 0.2 0.03 0.00 0.01 残部 １ 5.5 0.23 0.00 0.04 0.1 0.02 0.05 0.01 残部 ２ 5.7 0.20 0.01 0.04 0.1 0.03 0.02 0.01 残部 表−１に示される成分組成のアルミニウム合金を常法に
したがって溶製し、ＤＣ鋳造により鋳造して６００ｍｍ
×１３００ｍｍ×３０００ｍｍの鋳塊とした。

【００２１】この鋳塊を５１０℃で１６時間かけて均質
化処理し、そして熱間圧延により７．０ｍｍの板厚とし
た。この後、表−２に示される冷間加工率で冷間圧延し
た。冷間圧延後、表−２に示される条件で中間焼鈍を行
い、この後表−２に示される条件で冷間圧延し、１．０
ｍｍ厚の板を得た。

【００２２】そして、表−２に示される条件で最終焼鈍
を行った。尚、最終焼鈍は、連続焼鈍炉に相当する焼鈍
としてソルトバスにより行ったものである。 表−２（処理条件） No 第１の冷間圧延 中間焼鈍条件 第２の冷間圧延 最終焼鈍条件 の加工率 板厚 の加工率 ２ 81% 1.25mm 540℃で40秒 14% 510℃で40秒 本発明 ３ 85% 1.25mm 540℃で40秒 14% 540℃で40秒 本発明 ４ 84% 1.25mm 500℃で20秒 14% 480℃で20秒 本発明 ５ 86% 1.2 mm 540℃で40秒 14% 510℃で20秒 本発明 ６ 88% 1.18mm 540℃で40秒 14% 520℃で30秒 本発明 ７ − − − 87% 500℃で20秒 発明外 ８ − − − 87% 520℃で20秒 発明外 ９ − − − 86% 500℃で30秒 発明外 10 − − − 74% 520℃で30秒 発明外 11 − − − 88% 300℃で2Hr 発明外 12 40% 4.2 mm 350℃で2時間 55% 540℃で40秒 発明外 13 40% 4.2 mm 350℃で2時間 14% 540℃で40秒 発明外 14 76% 2.2 mm 350℃で2時間 55% 540℃で40秒 発明外 15 80% 1.5 mm 450℃で2時間 34% 540℃で40秒 発明外 16 72% 2.2 mm 540℃で20秒 55% 480℃で20秒 発明外 17 72% 2.2 mm 540℃で20秒 9% 350℃で2Hr 発明外 18 88% 1.04 mm 540℃で40秒 4% 510℃で20秒 発明外 このようにして得られた板について、圧延方向に対して
平行、４５°及び９０°の三方向の機械的性質、ランク
フォード値ｒ及び成形性を調べたので、その結果を表−
３に示す。

【００２３】 表−３ 合金 処理 機械的性質 ｒ値 エリク ＬＤＲ 結晶粒 番号 条件 ＴＳ ＹＳ ＥＬ セン 粗大化 (Kgf/mm)(Kgf/mm)(％) (mm) 1 2 29.5 12.1 34 0.92 9.1 2.1 ○ 本発明 1 3 29.5 12.1 35 0.89 9.2 2.1 ○ 本発明 1 4 29.3 13.0 32 0.84 9.1 2.1 ○ 本発明 1 5 28.9 12.6 33 0.86 9.4 2.1 ○ 本発明 1 6 28.6 12.0 35 0.87 9.5 2.1 ○ 本発明 1 7 29.4 13.2 32 0.65 9.0 1.9 ○ 発明外 1 8 29.6 12.8 33 0.67 8.8 2.0 ○ 発明外 1 9 29.4 13.5 31 0.64 8.6 2.0 ○ 発明外 1 10 29.5 13.0 32 0.66 8.9 2.0 ○ 発明外 1 11 29.5 13.5 30 0.65 8.0 1.9 ○ 発明外 1 12 27.5 11.8 37 0.74 9.0 1.9 ○ 発明外 1 13 27.4 11.3 34 0.78 8.7 1.9 ○ 発明外 1 14 28.4 11.6 37 0.74 9.5 1.95 ○ 発明外 1 15 28.5 11.4 34 0.76 9.6 2.0 ○ 発明外 1 16 30.0 14.5 31 0.77 8.4 2.1 ○ 発明外 1 17 28.5 11.7 36 0.65 9.0 1.9 ○ 発明外 1 18 28.5 12.0 33 0.79 9.0 1.9 × 発明外 2 4 29.2 12.7 32 0.82 9.0 2.1 ○ 本発明 2 5 29.6 13.2 32 0.87 9.5 2.1 ○ 本発明 2 7 28.3 13.0 34 0.64 9.4 1.9 ○ 発明外 2 8 28.0 11.5 36 0.64 9.4 2.0 ○ 発明外 2 16 29.3 12.5 33 0.72 9.6 1.9 ○ 発明外 2 18 29.3 12.0 35 0.88 9.0 2.0 × 発明外 3 9 27.8 13.4 30 0.61 9.5 1.9 ○ 発明外 3 10 27.6 12.4 30 0.64 9.5 1.9 ○ 発明外 4 6 20.7 10.4 25 0.88 9.1 2.1 ○ 本発明 4 11 21.0 10.7 24 0.74 9.4 1.9 ○ 発明外 これによれば、本発明になるものは、ランクフォード値
ｒがいずれも０．８以上のものとなっており、成形性、
特に深絞り加工性に優れたものであり、又、強度、伸び
率及び張出成形性にも優れたものであり、例えば自動車
の外板や内板のような用途に適した高強度アルミニウム
合金板材が得られる。

【００２４】

【効果】成形性、特に深絞り加工性に優れ、又、強度、
伸び率及び張出成形性にも優れた自動車の外板や内板の
ような用途に適した高強度アルミニウム合金板材が得ら
れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６９１Ｃ ６９４ ６９４Ａ (56)参考文献 特開 平４−147936（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−301055（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−271349（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22F 1/040 - 1/057 C22F 21/00 - 21/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の式〔Ｉ〕 ｒ＝（ｒ₀ ＋２ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４ 〔Ｉ〕 但し、ｒ₀ は圧延方向に平行に取ったランクフォード値 ｒ₄₅は圧延方向に対して４５°方向に取ったランクフォード値 ｒ₉₀は圧延方向に対して９０°方向に取ったランクフォード値 で表されるランクフォード値ｒが０．８以上の成形性に
   優れたＡｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金板材の製造方法
   であって、 熱間圧延工程と、 第１の冷間圧延工程と、 中間焼鈍工程と、 第２の冷間圧延工程と、 最終焼鈍工程とを具備し、 前記Ａｌ−Ｍｇ系のアルミニウム合金は２．０〜６．５
   ｗｔ％のＭｇを含むものであり、 前記熱間圧延工程後で中間焼鈍工程前の冷間圧延工程に
   おける冷間加工率は６０〜９０％であるように制御さ
   れ、前記中間焼鈍工程における条件を連続焼鈍炉で５００〜
   ５８０℃の範囲の温度で５分以内の保持とし、 前記中間焼鈍工程後の冷間圧延工程における冷間加工率
   は５〜１４％であるように制御され、 前記最終焼鈍工程における温度は４５０〜５４０℃に制
   御されることを特徴とするアルミニウム合金板材の製造
   方法。