JP3857493B2

JP3857493B2 - エンボス成形加工用アルミニウム合金板およびエンボス成形加工用アルミニウム合金塗装板

Info

Publication number: JP3857493B2
Application number: JP2000066647A
Authority: JP
Inventors: 俊樹村松; 正次斎藤; 正勝吉田
Original assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Current assignee: Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date: 2000-03-10
Filing date: 2000-03-10
Publication date: 2006-12-13
Anticipated expiration: 2020-03-10
Also published as: JP2001254137A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は塗装およびエンボス成形加工を施してサイディング材等の建材として用いられるアルミニウム合金板に関するものであり、特にエンボス成形加工時において割れが生じにくくかつ腰が強いエンボス成形加工用アルミニウム合金板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家屋等の各種建築物の外装材、例えばサイディング材には、デザインや装飾性の観点から、種々の模様をエンボス成形加工によって付与した金属板を使用することが多い。従来一般にこのようなエンボス成形加工金属板建材としては、鋼板を使用するのが通常であったが、地震等の災害時には軽量である方が家屋が倒壊しにくくなることから、最近では鋼板に代えてアルミニウム合金板をサイディング材等の建材用エンボス成形加工板として使用することが多くなっている。
【０００３】
ところでエンボス加工は、薄い板材を表面の模様状の凹凸が互いに逆になっている一対のダイスの間で押圧して、板厚をほとんど変えずに表裏の凹凸が逆となっている製品板に成形加工するものであり、このエンボス成形加工では、ダイスの突起によって素材板（ブランク）が曲げ、絞り、あるいは張出し加工を受け、最後の段階になってはじめて表面が工具によって拘束される。またアルミニウム材料に対するエンボス加工としては、一対のエンボスロールを用いて連続的に模様を付ける方法も適用されており、このようなエンボスロールを用いた連続エンボス加工では、上下のロールにおける模様の一致が重要となる。なおサイディング材等の建材として用いる場合のエンボス加工模様としては、六角模様、石垣模様、ピラミッド模様、木目模様、縮み模様、網目模様、レザー模様、縞目模様、スタッコ模様、踏み板模様など、種々のものが知られている。
【０００４】
従来このようなサイディング材等の建材としてエンボス加工を施して用いられるアルミニウム合金としては、主として加工性および耐食性を重視して、Ａｌ−Ｍｎ系合金である３００３合金や３００５合金、あるいは３００４合金を使用することが多かった。このようなアルミニウム合金を実際にエンボス加工してサイディング材等の建材とするにあたっては、板製造過程の最後に最終焼鈍を施して軟質材（Ｏ材）として仕上げ、その板に塗装を施してからエンボス加工を施すのが通常であり、また場合によってはエンボス加工後にロールフォーミング成形を行なうこともある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
サイディング材等の建材に形成されるエンボス模様としては、最近ではより高級感、立体感を増すために、彫りの深い模様が好まれるようになっている。すなわちエンボス加工における成形深さの深いものが好まれるようになっている。具体的には、板厚の数倍程度の深さが好まれ、例えば板厚０．４ｍｍではエンボス深さとして１．５ｍｍ以上が望まれることが多くなっている。
【０００６】
一方、サイディング材等の建材に対しては、省コストの観点から薄肉化が要求されるようになっており、エンボス加工建材についても従来より薄肉化することが強く望まれている。すなわち、エンボス加工建材の板厚は、従来は０．５〜２ｍｍ程度が標準であったが、最近では０．２ｍｍ程度まで薄肉化することが望まれるようになっている。
【０００７】
しかしながら従来一般にサイディング材などの建材に使用されているＡｌ−Ｍｎ系の３００３合金や３００４合金では、このような薄肉化の要求に充分に対応できない問題がある。すなわち、従来エンボス加工用に用いられていた３００３合金を薄肉化した場合、強度が低いために板の腰が弱くなってエンボス成形加工時における板の取扱いや、エンボス成形加工後の製品板の取扱いが困難となるおそれがある。一方、３００３合金よりも強度を高めた３００４合金や３００５合金の場合は、薄肉化してもある程度の腰の強さは維持することができる反面、エンボス成形加工時に割れが発生しやすくなってしまうという問題がある。
【０００８】
さらに、コスト削減のために、従来鋼板のエンボス加工に使用していたエンボスロールを、そのままアルミニウム合金板のエンボス加工に適用したいという要望もあるが、この場合鋼板と同じ板厚のアルミニウム合金板であっても、従来のＡｌ−Ｍｎ系のアルミニウム合金板ではエンボス成形加工時に割れが発生することが多く、そのため鋼板に使用されていたエンボスロールをそのままアルミニウム合金板に適用することが躊われていたのが実情である。
【０００９】
なお上述のようなエンボス成形加工時における割れは、主として上下の型（エンボスロールを含む）のあたりが強くて局部的に板厚減少した箇所に、成形の進行に伴なって応力集中が生じて破断に至るものと考えられており、したがって薄肉化することによって、より一層エンボス成形加工時の割れが発生しやすくなると考えられる。
【００１０】
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、板厚０．５ｍｍ以下に薄肉化してもエンボス成形加工時における割れの発生が少なく、しかも強度も高くて腰が強いエンボス成形加工用アルミニウム合金板を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【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ため、本願発明者らが鋭意実験・検討を重ねた結果、合金の成分系を、比較的少量のＭｇを含有するＡｌ−Ｍｇ系の合金とするとともに不可避的不純物としてのＦｅ量、Ｓｉ量を少量に規制し、かつ板の結晶粒径を適切に調整することによって、エンボス成形加工用のアルミニウム合金板として前述の目的を達成し得ることを見出し、この発明をなすに至った。
【００１２】
具体的には、請求項１の発明のエンボス成形加工用アルミニウム合金板は、一対のエンボスダイスもしくは一対のエンボスロールを用いてエンボス加工を行なうためのエンボス成形加工用アルミニウム合金板において、Ｍｇ１．２〜２．１％を含有し、かつＳｉが０．３％以下、Ｆｅが０．３％以下にそれぞれ規制され、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなり、かつ平均結晶粒径が６０μｍ以下の軟質材からなり、しかも板厚が０．５ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項２の発明のエンボス成形加工用アルミニウム合金板は、一対のエンボスダイスもしくは一対のエンボスロールを用いてエンボス加工を行なうためのエンボス成形加工用アルミニウム合金板において、Ｍｇ１．２〜２．１％を含有し、かつＣｕ０．０６〜０．３％、Ｍｎ０．０６〜０．３％、Ｃｒ０．０６〜０．３％のうちの１種または２種以上を含有し、さらにＳｉが０．３％以下、Ｆｅが０．３％以下にそれぞれ規制され、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなり、かつ平均結晶粒径が６０μｍ以下の軟質材からなり、しかも板厚が０．５ｍｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに前述ようなエンボス成形加工用アルミニウム合金板に塗装を施した塗装板について規定したのが請求項３および請求項４である。
【００１５】
具体的には、請求項３の発明のエンボス成形加工用アルミニウム合金塗装板は、一対のエンボスダイスもしくは一対のエンボスロールを用いてエンボス加工を行なうためのエンボス成形加工用アルミニウム合金塗装板において、Ｍｇ１．２〜２．１％を含有し、かつＳｉが０．３％以下、Ｆｅが０．３％以下にそれぞれ規制され、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなり、かつ平均結晶粒径が６０μｍ以下で板厚が０．５ｍｍ以下の軟質材の表面に塗装が施されてなることを特徴とするものである。
【００１６】
また請求項４の発明のエンボス成形加工用アルミニウム合金塗装板は、一対のエンボスダイスもしくは一対のエンボスロールを用いてエンボス加工を行なうためのエンボス成形加工用アルミニウム合金塗装板において、Ｍｇ１．２〜２．１％を含有し、かつＣｕ０．０６〜０．３％、Ｍｎ０．０６〜０．３％、Ｃｒ０．０６〜０．３％のうちの１種または２種以上を含有し、かつＳｉが０．３％以下、Ｆｅが０．３％以下にそれぞれ規制され、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなり、さらに平均結晶粒径が６０μｍ以下で板厚が０．５ｍｍ以下の軟質材の表面に塗装が施されてなることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
先ずこの発明のアルミニウム合金板の成分組成限定理由を説明する。
【００１８】
Ｍｇ：
Ｍｇはこの発明で用いている系のアルミニウム合金において必須の基本成分であり、強度および腰の強さ、エンボス成形加工時の耐割れ性の向上に寄与する重要な元素である。ここで、Ｍｇ量が１．２％未満では強度が低くて板の腰が弱くなり、エンボス成形加工時やエンボス成形加工後における製品板の取扱いが困難となるおそれが生じ、またエンボス成形加工時における耐割れ性の向上の効果が少なくなる。一方Ｍｇ量が２．１％を越えれば、エンボス成形加工時における耐割れ性が低下してしまう。したがってＭｇ量は１．２〜２．１％の範囲内とした。
【００１９】
Ｆｅ：
Ｆｅは通常のアルミニウム合金において不可避的に含有される不純物元素である。Ｆｅは、鋳造時にＡｌ−Ｆｅ系あるいはＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物を生成し、また均質化処理時やその後の熱間圧延のための加熱時等においてこれらの金属間化合物を析出させ、これらの金属間化合物がエンボス成形加工時における割れ発生サイトとなって、割れを発生させやすくし、特にＦｅ量が０．３％を越えて含有されれば、エンボス成形加工時における耐割れ性が著しく低下してしまう。そこでＦｅ量は０．３％以下に規制することとした。
【００２０】
Ｓｉ：
Ｓｉも通常のアルミニウム合金において不可避的に含有される不純物元素である。Ｓｉは、鋳造時にＡｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系あるいはＭｇ₂ Ｓｉ系の金属間化合物を生成し、また均質化処理時やその後の熱間圧延のための加熱時等においてこれらの金属間化合物を析出させ、これらの金属間化合物がエンボス成形加工時における割れ発生サイトとなって、割れを発生させやすくし、特にＳｉ量が０．３％を越えて含有されれば、エンボス成形加工時における耐割れ性が著しく低下してしまう。そこでＳｉ量は０．３％以下に規制することとした。
【００２１】
以上の各元素のほか、強度の向上および再結晶時の結晶粒微細化のために、必要に応じてＣｕ、Ｍｎ、Ｃｒのうちから選ばれた１種または２種以上を添加しても良い。Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒはいずれも０．０６％未満では上述の効果が少なく、一方それぞれ０．３％を越えて含有されればエンボス成形加工時における耐割れ性が低下してしまう。そこで必要に応じてＣｕ、Ｍｎ、Ｃｒの１種以上を添加する場合の添加量は、それぞれ０．０６〜０．３％の範囲内とした。
【００２２】
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。ここでＦｅ、Ｓｉ以外の不可避的不純物は、それぞれ０．０５％以下であれば特にエンボス成形加工用アルミニウム合金の性能を損なうおそれは少ない。
【００２３】
なお一般のアルミニウム合金においては、鋳塊の結晶粒微細化のために少量のＴｉを単独で、あるいは少量のＴｉを微量のＢと組合せて添加することがあり、この発明のエンボス成形加工用アルミニウム合金板についても鋳塊結晶粒微細化のためにＴｉを単独であるいはＢと組合せて添加することは許容される。但しＴｉ量が０．２％を越えたり、またＢ量が０．０４％を越えたりすれば、上述の効果が飽和するばかりでなく、粗大粒子が生じてエンボス成形加工時の耐割れ性を損なうから、Ｔｉ量は０．２％以下、Ｂ量は０．０４％以下に規制することが好ましい。
【００２４】
また、Ａｌ−Ｍｇ系合金には溶湯の酸化を防止するためにＢｅが添加されることが多いが、本合金でもＢｅを０．０１％以下含有させてもよい。
【００２５】
さらにこの発明のエンボス成形加工用アルミニウム合金板においては、平均結晶粒径が６０μｍ以下であることが必要である。平均結晶粒径が６０μｍを越えれば、肌荒れが生じてエンボス成形加工時において割れが発生しやすくなる。したがってエンボス成形加工時の耐割れ性の優れた板とするために、平均結晶粒径を６０μｍ以下に規制することとした。なおこの発明のアルミニウム合金板の製造にあたっては、後述するように冷間圧延後に最終焼鈍を施して軟質材（Ｏ材）に仕上げるから、最終焼鈍後の平均結晶粒径として６０μｍ以下とすることが必要である。
【００２６】
次にこの発明のエンボス成形加工用アルミニウム合金板の製造方法について説明する。
【００２７】
先ず前述のような成分組成を有するアルミニウム合金溶湯を常法に従って鋳造する。鋳造法としては半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）が一般的であるが、省エネルギ、省コストの観点から薄板連続鋳造法（連続鋳造圧延法）を適用しても良い。得られた鋳塊に対しては、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延をその順に施して０．２５〜２．０ｍｍ程度の製品板厚とし、さらに最終焼鈍を施して軟質材（Ｏ材）に仕上げる。
【００２８】
ここで、鋳塊に対する均質化処理は、最終焼鈍時における再結晶粒の微細化と、成形性の向上に有効であり、４５０〜５８０℃の範囲内の温度で１〜２４時間の加熱条件とすることが好ましい。均質化処理の後には熱間圧延を行なうが、均質化処理後に改めて鋳塊加熱を行なってから熱間圧延を行なっても、あるいは均質化処理後、直ちに熱間圧延を開始しても良く、いずれの場合も熱間圧延開始温度は４００〜５３０℃の範囲内が好ましい。
【００２９】
熱間圧延終了後、所要の製品板厚とするために冷間圧延を行なう。ここで冷間圧延前に必要に応じて中間焼鈍を行なっても、また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。この場合の中間焼鈍は、バッチ焼鈍でも、また連続焼鈍でも良く、バッチ焼鈍の場合は２８０〜４００℃×０．５〜５時間の条件とすることが好ましく、一方連続焼鈍の場合は３５０〜５５０℃で保持なしもしくは３分以下の保持とすることが好ましい。
【００３０】
冷間圧延後には、板を再結晶させて平均結晶粒径が６０μｍ以下の再結晶組織を有する軟質板（Ｏ材）とするために最終焼鈍を行なう。この最終焼鈍の温度は２８０〜５６０℃の範囲内が好ましい。焼鈍温度が２８０℃未満では充分に再結晶させることが困難となり、一方５６０℃を越えれば表面の酸化が激しくなって表面が変色し、また再結晶粒が粗大化してしまうおそれがある。なおこの最終焼鈍は平均加熱速度が数℃／ｈ〜数十℃／ｈのバッチ焼鈍でも、また平均加熱速度が数℃／ｓｅｃ〜数十℃／ｓｅｃの連続焼鈍でも良い。バッチ焼鈍の場合、２８０〜５６０℃の温度での加熱保持時間は０．５〜５時間が好ましい。連続焼鈍の場合は、焼鈍温度は３５０℃以上（５６０℃以下）とすることが好ましく、また焼鈍温度に到達した後の保持はなくても、また３分以下保持しても良い。
【００３１】
ここで、前述のように最終焼鈍後の結晶粒径は６０μｍ以下とする必要があるが、そのためには、最終焼鈍前の最終冷間圧延率（中間焼鈍を挟まずに冷間圧延を１回で行なう場合の冷間圧延率、あるいは中間焼鈍を挟んで冷間圧延を行なう場合の中間焼鈍後の二次冷間圧延率）を４０％以上とすることが好ましい。
【００３２】
以上のようにして最終焼鈍により軟質材となったアルミニウム合金板は、これをそのままエンボス成形加工に供しても良いが、サイディング材などの建材に用いる場合は、耐食性と美観を付与するためにエンボス成形加工前に予め塗装を行なっておくのが通常である。塗装皮膜の種類は特に限定されるものではないが、一般にはフッ素樹脂皮膜、エポキシ樹脂皮膜、アクリル樹脂皮膜、ポリエステル樹脂皮膜等、あるいはこれらを組合せた２層以上の皮膜が用いられる。またこのような塗装樹脂皮膜の厚みは、一般には５〜３０μｍ程度である。
【００３３】
このようにして塗装された板（塗装板）はエンボス成形加工に供される。このエンボス成形加工は一般に潤滑剤を用いずに塗装のままで行なう。なおエンボス成形加工後にはロールフォーミングを行なうこともある。
【００３４】
【実施例】
表１の合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５に示す種々の合金を用い、常法に従って溶解し、ＤＣ鋳造法によって鋳造した。得られた鋳塊に対し、表２の製造工程符号Ａ〜Ｅに示すような種々の条件で均質化処理−熱間圧延−冷間圧延−最終焼鈍を行なって最終的に板厚０．４ｍｍのＯ材のアルミニウム合金板とした。なお冷間圧延は、製造工程符号Ａ，Ｂの場合は中間焼鈍を挟まずに行ない、製造工程符号Ｃ〜Ｅの場合は中間板厚で中間焼鈍をバッチ焼鈍によって施した。
【００３５】
得られた各アルミニウム合金板Ｏ材について、平均結晶粒径を調べるとともに、引張り強さを調べたので、その結果を表３に示す。ここで、平均結晶粒径は切断法により調べた。
【００３６】
さらに各アルミニウム合金板Ｏ材について、常法に従って化成処理を施した後、表側の面にポリエステル系樹脂を厚さ５μｍで塗装し、さらにその上に２０μｍ厚のフッ素系樹脂の塗装を行ない、一方裏側の面にはエポキシ系の樹脂を５μｍ塗装した。その後、エンボスロールを用いて最大高さ約２ｍｍの岩肌状の凹凸模様を形成した。なおこの模様は、幅５００ｍｍ、長さ６５０ｍｍを１パターンとし、この模様パターンを連続して形成した。このように連続してエンボス成形加工を施した板を、２５００ｍｍの長さに切出して、腰の強さを調べるとともに、エンボス成形加工における耐割れ性を調べたので、その結果を表３中に併せて示す。ここで、腰の強さについては、引張り強さが１３０Ｎ／ｍｍ² 以上であれば取扱い等に支障がないことが判明したので、その場合について○印を付し、引張り強さ１３０Ｎ／ｍｍ² 未満の場合に×印を付した。またエンボス成形加工における耐割れ性については、暗室中において表面側から強い光をあて、幅５００ｍｍ×長さ６５０ｍｍの１パターン中を観察し、割れにより光が漏れている箇所の数を数えた。そして割れの発生箇所がない場合に合格として○印を付し、一箇所でも割れが発生している場合に不合格として×印を付した。
【００３７】
【表１】

【００３８】
【表２】

【００３９】
【表３】

【００４０】
表１〜表３において、試料Ｎｏ．１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ｃ，５Ｃ，５Ｅ，６Ａのアルミニウム合金板は、いずれも成分組成がこの発明で規定する範囲を満たし、かつ平均結晶粒径も６０μｍ以下の条件を満たしたものであり、これらの場合はエンボス成形加工における耐割れ性が良好で割れの発生がなく、また強度も１３０Ｎ／ｍｍ² 以上で、実用上支障のない程度の腰の強さを有していることが判明した。
【００４１】
一方、試料Ｎｏ．１Ｄの板は、成分組成はこの発明で規定する範囲内であるが、最終冷間圧延率が低かったため結晶粒径が大きくなり、強度が低くて腰が弱くなると同時にエンボス成形加工において割れが発生してしまった。また試料Ｎｏ．５Ｄの板も、成分組成はこの発明の範囲内であるが、最終冷間圧延率が低かったために結晶粒径が大きくなり、エンボス成形加工時に割れが発生してしまった。但しこの場合は合金のＭｇ量が比較的多いため、強度、腰の強さは特に問題なかった。
【００４２】
さらに試料Ｎｏ．７Ｂの板は、従来材としての３００３合金を用いたものであり、この場合はエンボス成形加工において割れは発生しないが、強度が低く、腰が弱いことが判明した。また試料Ｎｏ．８Ｂの板は、同じく従来材としての３００４合金を用いた例であり、この場合は強度、腰の強さは問題ないが、エンボス成形加工において割れが発生した。
【００４３】
また試料Ｎｏ．９Ａの板は、Ｍｇ含有量が少ない比較合金を用いたものであるが、この場合は強度が低くて腰の強さが足りず、またエンボス成形加工時に割れが発生した。一方試料Ｎｏ．１０Ａ，１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａ，１５Ａの各板は、各々Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｇの含有量が過剰な比較合金を用いたものであり、これらの場合は強度は充分であったが、エンボス成形加工時に割れが発生してしまった。
【００４４】
【発明の効果】
前述の実施例からも明らかなように、この発明のエンボス成形加工用アルミニウム合金板は、エンボス成形加工時において割れが発生しにくく、耐割れ性が優れていると同時に、強度が適度に高くて板の腰が強く、そのためサイディング材などの主として建材に使用されるエンボス成形加工用の板材として、薄肉化に充分に対応することができる。

Claims

一対のエンボスダイスもしくは一対のエンボスロールを用いてエンボス加工を行なうためのエンボス成形加工用アルミニウム合金板において；
Ｍｇ１．２〜２．１％（ｍａｓｓ％、以下同じ）を含有し、かつＳｉが０．３％以下、Ｆｅが０．３％以下にそれぞれ規制され、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなり、かつ平均結晶粒径が６０μｍ以下の軟質材からなり、しかも板厚が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、耐エンボス成形割れ性に優れたエンボス成形加工用アルミニウム合金板。
一対のエンボスダイスもしくは一対のエンボスロールを用いてエンボス加工を行なうためのエンボス成形加工用アルミニウム合金板において；
Ｍｇ１．２〜２．１％を含有し、かつＣｕ０．０６〜０．３％、Ｍｎ０．０６〜０．３％、Ｃｒ０．０６〜０．３％のうちの１種または２種以上を含有し、さらにＳｉが０．３％以下、Ｆｅが０．３％以下にそれぞれ規制され、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなり、かつ平均結晶粒径が６０μｍ以下の軟質材からなり、しかも板厚が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、耐エンボス成形割れ性に優れたエンボス成形加工用アルミニウム合金板。
一対のエンボスダイスもしくは一対のエンボスロールを用いてエンボス加工を行なうためのエンボス成形加工用アルミニウム合金塗装板において；
Ｍｇ１．２〜２．１％を含有し、かつＳｉが０．３％以下、Ｆｅが０．３％以下にそれぞれ規制され、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなり、かつ平均結晶粒径が６０μｍ以下で板厚が０．５ｍｍ以下の軟質材の表面に塗装が施されてなることを特徴とする、エンボス成形加工用アルミニウム合金塗装板。
一対のエンボスダイスもしくは一対のエンボスロールを用いてエンボス加工を行なうためのエンボス成形加工用アルミニウム合金塗装板において；
Ｍｇ１．２〜２．１％を含有し、かつＣｕ０．０６〜０．３％、Ｍｎ０．０６〜０．３％、Ｃｒ０．０６〜０．３％のうちの１種または２種以上を含有し、かつＳｉが０．３％以下、Ｆｅが０．３％以下にそれぞれ規制され、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなり、さらに平均結晶粒径が６０μｍ以下で板厚が０．５ｍｍ以下の軟質材の表面に塗装が施されてなることを特徴とする、エンボス成形加工用アルミニウム合金塗装板。