JP3794447B2

JP3794447B2 - 焼付け硬化性に優れたアルミニウム合金板の製造方法

Info

Publication number: JP3794447B2
Application number: JP29172297A
Authority: JP
Inventors: 秀俊内田; 努古山; 勉森山
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2017-10-08
Also published as: JPH11106878A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、焼付け硬化性に優れたアルミニウム合金板、とくに自動車用外板など輸送機器部材に適する塗装焼付け硬化性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の熱処理型アルミニウム合金板の製造方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
輸送機器の軽量化の一環として、自動車用外板などの輸送機器部材用に各種のアルミニウム合金が開発されている。このうちＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（６０００系合金）は、成形性に優れ且つ塗装焼付け硬化特性（ＢＨ性）を有するため、とくに欧米においては、自動車外板材として盛んに使用されており、我が国でも一部の車の外板材としてに実用化されている。
【０００３】
塗装焼付けは、通常、１７０〜１８０℃で３０分程度の加熱条件で行われ、従来、優れたＢＨ性を得るために種々の方法が提案されている。（特開平5-279822号公報、特開平8-232052号公報など) これらの方法は、基本的には、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の冷間圧延板を溶体化処理、焼入れ後、室温放置による自然時効処理や低温での前熱処理を行った後、２００〜３００℃の温度で６０秒以下の時間最終熱処理する工程からなるものであり、一般に、溶体化処理、焼入れは、連続焼鈍炉を使用して行われる。
【０００４】
これらの方法においては、焼入れ後、コイルに巻取ったのち、室温放置などが行われるが、巻取り温度および室温放置による自然時効温度は外気温（製造工場内の温度）に影響される。すなわち、夏の外気温は４０℃を超えることがあり、冬の外気温は１０℃以下になることも多いため、巻取り温度および自然時効温度が変動し、とくに巻取り時の材料温度が変動した場合には、安定したＢＨ性を得ることが難しいという問題点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板について、連続焼鈍炉を用いて溶体化処理、焼入れを行い、コイルに巻取り後、必要に応じて室温放置による自然時効を行ったのち、最終的に高温時効処理する場合、得られる板材のＢＨ性についての上記従来の問題点を解消するために、合金組成、巻取り時の材料温度、最終熱処理条件とＢＨ性との関連性について実験、検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、最終熱処理によって高成形性を維持したまま優れた塗装焼付け性（ＢＨ性）を得ることを可能とする焼付け硬化性に優れたアルミニウム合金板の製造方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明による焼付け硬化性に優れたアルミニウム合金板の製造方法は、Ｍｇ：０．３〜１．５％、Ｓｉ：０．４〜１．５％を含有し、さらにＭｎ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０５〜０．４％、Ｔｉ：０．０１〜０．１％、Ｚｒ：０．０５〜０．２％、Ｖ：０．０５〜０．２％のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の冷間圧延板を連続焼鈍炉を用いて溶体化処理および焼入れした後、１５℃以下の材料温度で、連続焼鈍処理ラインの冷却装置と巻取り装置の間に設けた巻取り時の材料温度を２０〜８０℃の温度範囲に保持するための恒温装置を通して巻取りを行い、その後、室温時効を行いまたは室温時効を行うことなく、最終的に２００〜３００℃の温度で６０秒以下の時間熱処理することを特徴とする。
【０００９】
本発明は、Ｍｇ:0.3〜1.5 ％、Ｓｉ:0.4〜1.5 ％を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金、Ｍｇ:0.3〜1.5 ％、Ｓｉ:0.4〜1.5 ％を含有し、さらにＭｎ:0.05 〜0.3 ％、Ｃｒ:0.05 〜0.4 ％、Ｔｉ:0.01 〜0.1 ％、Ｚｒ:0.05 〜0.2 ％、Ｖ:0.05 〜0.2 ％のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金に適用される。
【００１０】
本発明における合金成分の意義および限定理由について説明すると、Ｍｇは、Ｓｉと共存して合金の強度を高めるために機能する元素であり、好ましい含有量は0.3 〜1.5 ％の範囲である。0.3 ％未満ではその効果が十分でなく、1.5 ％を越えると強度が高くなり成形性が低下する。
【００１１】
Ｓｉは、Ｍｇと共存してＭｇ₂Ｓｉを形成し強度を向上させる。好ましい含有量は0.4 〜1.5 ％の範囲であり、0.4 ％未満ではその効果が小さく、1.5 ％を越えると強度が高くなり成形性が低下する。
【００１２】
Ｍｎ、Ｃｒ、ＺｒおよびＶは、合金の強度向上に役立ち、結晶粒を微細化して成形性を高める。好ましい含有量はＭｎ:0.05 〜0.3 ％、Ｃｒ:0.05 〜0.4 ％、Ｚｒ:0.05 〜0.2 ％、Ｖ:0.05 〜0.2 ％の範囲であり、それぞれ0.05％未満ではその効果が十分でなく、Ｍｎが0.3 ％、Ｃｒが0.4 ％、Ｚｒ:0.2％、Ｖ:0.2％を越えて含有すると、粗大な化合物が生じ易くなり、成形性が害される。
【００１３】
Ｔｉは鋳塊組織を微細化して成形性を向上させる。好ましい含有量は0.01〜0.1 ％の範囲であり、0.01％未満ではその効果が小さく、0.1 ％を越えると粗大な化合物が生じ易くなり成形性が低下する。なお、本発明の合金においては、成形性および耐食性の観点から、Ｆｅを0.2 ％以下(0％を含む）、Ｃｕを0.1 ％以下(0％を含む）に制限するのが好ましい。また、通常のアルミニウム合金と同様に、鋳造組織を微細化するため、Ｂ:0.1％以下を添加することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
上記のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は、常法に従って、連続鋳造により造塊され、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延を経て所定の厚さの冷間圧延板とした後、連続焼鈍ラインで溶体化処理が行われる。連続焼鈍ラインは、図１に示すように、加熱装置２、冷却装置３から構成される連続焼鈍炉１、入側アキュムレータ６、出側アキュムレータ７、巻取り装置４からなる。
【００１５】
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の冷間圧延板Ｓは、入側アキュムレータ６を経て連続焼鈍炉１の加熱装置２に導入され、急速加熱により、４５０〜６００℃の温度に昇温し、この温度域に６０秒以下の時間保持した後、冷却装置３で急冷され、溶体化処理が行われる。
【００１６】
ついで、出側アキュムレータ７を経て巻取り装置４でコイルに巻取られた後、室温に放置して自然時効処理し、または自然時効処理することなしに、２００〜３００℃で６０秒以下の最終熱処理が行われるが、巻取り温度は外気温（製造工場内の温度）および前に処理した材料によるパスロールの加熱の影響を受ける。すなわち、夏の外気温は４０℃を超えることがあるため、冷却装置３で急冷され５０〜１００℃程度の温度となった冷間圧延板Ｓは、出側アキュムレータ７であまり冷却されることなく、８０℃を超える温度で巻取られることもあることが経験されている。後から巻取られる部分ほど、パスロールが加熱されるために巻取り温度が高くなる。
【００１７】
一方、例えば冬季においは、外気温が１０℃以下になることも多いため、冷却装置３を出た冷間圧延板Ｓは、出側アキュムレータ７を通過する間に外気により冷却されて、時には１５℃以下の材料温度で巻取られることもある。とくに、パスロールが加熱されていない先端の材料部分は巻取り温度が低くなる。巻取り時の材料温度が変動した場合には安定したＢＨ性を得ることが難しい。
【００１８】
本発明においては、巻取り温度を一定とするために、図２に示すように、連続焼鈍炉１の冷却装置３と巻取り装置４との間に、巻取り時の材料温度を２０〜８０℃、好ましくは２０〜６０℃の温度範囲に制御するための恒温装置５を配置する。通常は、出側アキュムレータ７と巻取り装置４との間に恒温装置５を配置するのが好ましい。
【００１９】
冷間圧延板Ｓを恒温に保持するための装置としては、恒温保持ロール、熱風および冷風を供給する装置などがあり、また、工場内部あるいは装置全体もしくは一部を一定の温度に空調することによっても目的を達することが可能であり、これらの装置により、冷却装置３を出た冷間圧延板Ｓについて、通常、夏期は冷却、冬季は加熱が行われ、巻取り温度が一定に保持される。恒温装置５の温度は、巻取り時の材料温度が所定の温度になるよう設定される。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
実施例１、比較例１
連続鋳造により、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（Ｍｇ:0.5％、Ｓｉ:1.2％、残部Ａｌおよび不純物ー合金Ａ、Ｍｇ:0.7％、Ｓｉ:1.3％、Ｍｎ:0.08 ％、Ｃｒ:0.1％、Ｔｉ:0.05 ％、残部Ａｌおよび不純物ー合金Ｂ）を、常法に従って半連続鋳造により造塊し、均質化処理後、厚さ４．５ｍｍまで熱間圧延し、さらに１ｍｍ厚さまで冷間圧延した。
【００２１】
冷間圧延板を、図１に示すような装置構成を備えた連続焼鈍ラインで、５６０℃の温度で溶体化処理、急冷（焼入れ）し、巻取り装置でコイルに巻取った。ついで、２４時間以内に２４０℃の温度で保持時間無しの最終熱処理を行った。この場合、外気温および前に処理（通過）した材料によるパスロールの加熱の影響により、巻取り温度が１０℃、４０℃、６０℃、８５℃のものが作製された。
【００２２】
最終熱処理後、室温に１日放置したのち、および３か月放置したのちの引張性能を測定し、さらに１７０℃の温度で３０分間の焼付け処理を行ったのちの引張性能を測定した。結果を表１に示す。
【００２３】
表１に示すように、巻取り時の材料温度が４０℃、６０℃の場合には、十分なＢＨ性が得られるが、巻取り温度が１０℃では十分なＢＨ性が認められず、８５℃の場合には室温時効硬化が激しくＢＨ性が不安定である。
【００２４】
【表１】

【００２５】
実施例２
実施例１の合金Ｂについて、ＢＨ性が好ましくなかった試験材Ｎｏ．５および試験材Ｎｏ．８の条件を連続焼鈍炉により再現し、それぞれコイル巻取り前に、図２に示す恒温保持されたロールからなる恒温装置５を通した。恒温装置５によって、試験材Ｎｏ．５は巻取り時の材料温度が４０℃となるよう加熱され、試験材Ｎｏ．８は巻取り時の材料温度が６０℃となるよう冷却された。
【００２６】
ついで、２４時間以内に、２４０℃の温度で保持時間無しの最終熱処理を行った。最終熱処理後、実施例１と同様、室温に１日放置したのち、および３か月放置したのちの引張性能を測定し、さらに１７０℃の温度で３０分間の焼付け処理を行ったのちの引張性能を測定した。結果を表２に示す。表２にみられるように、巻取り温度時の材料温度が本発明の範囲に制御された場合には、優れたＢＨ性が与えられる。
【００２７】
【表２】

【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を、恒温装置を配置した連続焼鈍ラインにより処理することによって、塗装焼付け性（ＢＨ性）に優れた板材が安定して得られる。当該Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板は、自動車外板をはじめとする輸送機器用材料として好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の連続焼鈍ラインを示す図である。
【図２】本発明に係る装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１連続焼鈍炉
２加熱装置
３冷却装置
４巻取り装置
５恒温装置
６入側アキュムレータ
７出側アキュムレータ
Ｓ冷間圧延板

Claims

Ｍｇ：０．３〜１．５％（重量％、以下同じ）、Ｓｉ：０．４〜１．５％を含有し、さらにＭｎ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．０５〜０．４％、Ｔｉ：０．０１〜０．１％、Ｚｒ：０．０５〜０．２％、Ｖ：０．０５〜０．２％のうちの１種または２種以上を含有し、残部Ａｌおよび不純物からなるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の冷間圧延板を連続焼鈍炉を用いて溶体化処理および焼入れした後、１５℃以下の材料温度で、連続焼鈍処理ラインの冷却装置と巻取り装置の間に設けた巻取り時の材料温度を２０〜８０℃の温度範囲に保持するための恒温装置を通して巻取りを行い、その後、室温時効を行いまたは室温時効を行うことなく、最終的に２００〜３００℃の温度で６０秒以下の時間熱処理することを特徴とする焼付け硬化性に優れたアルミニウム合金板の製造方法。