JP4045326B2

JP4045326B2 - プレス成形性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金板

Info

Publication number: JP4045326B2
Application number: JP31781199A
Authority: JP
Inventors: 克史松本; 康昭杉崎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: JP2001131670A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、自動車ボディパネル等のプレス成形に適したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球環境問題を背景に、燃費向上を目的として自動車の軽量化の要求が高まってきており、自動車ボディパネル材も鋼板などの鉄鋼材料に代わってアルミニウム合金材の適用が検討されてきている。
【０００３】
自動車パネル材において、冷延鋼板に替わるＡｌ合金板の材質としては、当初Ａｌ−Ｍｇ系合金（５０００系Ａｌ合金）が主として用いられてきたが、プレス成形時にストレッチャーストレインマークが発生するなどの問題があった。このため、上記ストレッチャーストレインマークの問題がなく、塗装焼き付け工程で耐力が上昇して高強度化を図ることのできる焼付硬化性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（６０００系Ａｌ合金）が着目され、例えばＡＡ６００９及びＡＡ６０１０や、特開平５−２９５４７５号公報に開示されているＡｌ合金の適用が検討されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記６０００系Ａｌ合金は、５０００系Ａｌ合金に比べてプレス成形性が劣るので、プレス成形性を改善することが必要であり、例えばＭｇ、Ｓｉ以外の第３、４元素を添加したり、或いは合金元素の添加と共に結晶粒径や晶析出物の微細化が試みられてきた。
【０００５】
しかしながら、これらの改善技術によって得られたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金板のプレス成形性には限界があり、良好な張り出し成形性および絞り成形性（張り出し性＋摺動性）を兼備していないため、必ずしも実用に際して十分なプレス成形性を備えているとは言えない。
【０００６】
本発明はかかる問題に鑑みなされたもので、張り出し成形性および絞り成形性がともに優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、プレス成形性の改善のために鋭意研究した結果、結晶粒界の方位差がプレス成形性に影響を及ぼすことを知見し、かかる知見を基に本発明を完成するに至った。すなわち、本発明のＡｌ合金板は、化学組成が重量％で、
Ｍｇ：０．１〜３．０％、
Ｓｉ：０．１〜２．５％
を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなり、結晶粒界方位差が２０°以下の粒界頻度が２０％以下とされたものである。
本発明において、粒界頻度とは、図１に示すように、２次元観察した結晶組織において各粒界毎の方位差を測定し、全体の粒界の数に占める、ある角度範囲（本発明では２０°以内）の方位差を持つ粒界の数の割合を意味する。なお、結晶粒はある方位差を持った粒界で囲まれた組織であり、２次元で組織を観察した場合、３つの粒界が結合する点（粒界三重点）と点の間の境界線を一つの粒界と見なす。
【０００８】
本発明のＡｌ合金の化学組成としては、前記Ｍｇ、Ｓｉのほか、請求項２に記載したように(1) Ｆｅ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下、Ｖ：０．３％以下、Ｔｉ：０．１％以下の内から１種または２種以上、あるいは請求項３に記載したように(2) Ｃｕ：１．０％以下、Ａｇ：０．２％以下、Ｚｎ：１．０％以下の内から１種または２種以上、あるいは請求項４に記載したように(3) Ｓｎ：０．２％以下の元素を各群単独で、あるいは各群複合して含有させてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のＡｌ合金板は、結晶粒界の方位差を高度に制御することでプレス成形性を向上させたものであり、その要旨は、化学組成として重量％で、
Ｍｇ：０．１〜３．０％、
Ｓｉ：０．１〜２．５％
を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなり、結晶粒界方位差が２０°以下の粒界頻度を２０％以下の組織とするものである。
【００１０】
まず、結晶粒界方位差が２０°以下の粒界頻度を２０％以下とする技術的意義について説明する。
本発明者は、結晶粒界の方位差がプレス成形性にいかなる影響を及ぼすかを調べるため、プレス成形性の良好なＡｌ合金板と、これに劣るＡｌ合金板の結晶粒組織を調べた。その結果の一例を図２（成形性良好材）、図３（成形性劣化材）に示す。また、これらの材料の粒界方位差分布を調べた結果を図４に示す。図４では、粒界方位差を５°刻みで区切り、各区間毎の粒界頻度を表した。なお、５°以上の方位差を持つ境界を結晶粒界とみなした。図２の試料は後述の実施例の表２の試料No. ８であり、一方図３の試料は表２の試料No. １２である。また、図４の粒界頻度は、後述の実施例と同様の方法で求めたものである。
【００１１】
これらの結果より、プレス成形性の良好なＡｌ合金板では、粒界方位差２０°以下の結晶粒界（図２中、太線で示す部位）の粒界頻度が小さいのに対して、プレス成形性に劣るＡｌ合金板では、粒界方位差２０°以下の結晶粒界の粒界頻度が大きくなっている。これから、粒界方位差２０°以下の結晶粒界の粒界頻度がプレス成形性に多大な影響を与えていることがわかる。
【００１２】
この理由は以下のように推測される。粒界方位差の小さい粒界では、プレス成形時の転位の移動の障害になりにくいため、方位差の小さい粒界を挟んだ複数の結晶粒の集合体は一つの結晶粒と同じ働きをする。つまり、実際の結晶粒径よりもサイズが大きい結晶粒としてふるまう。従って、方位差が小さい粒界の頻度が大きいと、粗大粒の割合が増加することと同等になり、プレス成形性の劣化をもたらす。
【００１３】
このように、結晶粒界方位差が２０°以下の粒界頻度を小さくすることがプレス成形性の向上に必須であり、本発明では２０°以下の結晶粒界方位差の粒界頻度を２０％以下とすることで、張り出し成形性および絞り成形性の向上を図ることができる。２０％超ではこれらの総合としてのプレス成形性が劣化するようになる。好ましくは、２０°以下の粒界方位差の粒界頻度を１５％以下とするのがよい。
【００１４】
なお、結晶粒界方位差が５°未満の結晶粒同士は、実質的に１つの結晶粒と見なせるので、本発明では５°以上の結晶粒界方位差を持つ境界を結晶粒界と見なすこととした。また、結晶粒界の方位差の測定は、特に限定しないが、例えば透過電子顕微鏡での電子線回折法を用いて結晶粒の方位差を求めてもよいし、化学腐食によるエッチピット法、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）−ＥＣＰ（Electron Channeling Pattern ）法、ＳＥＭ−ＥＢＳＰ（Electron Back Scatterd Pattern）法等を用いても良い。粒界頻度は、板厚方向にも変化しているため、組織観察部位を板厚方向に何点か任意に取って平均を取ることが好ましい。
【００１５】
また、結晶粒径については、好ましくは４５μm 以下とするのがよい。４５μm 超ではプレス成形時に肌荒れが発生しやすくなり、外観不良を招くようになる。より好ましくは、３５μm 以下とするのがよい。
【００１６】
次に、本発明のＡｌ合金板の成分限定理由について説明する。単位はwt％である。
【００１７】
Ｍｇ：０．１〜３．０％
Ｓｉ：０．１〜２．５％
Ｍｇ、Ｓｉは本発明の必須成分であって、ＧＰゾーンと称されるMg₂Si 組成の集合体（クラスター）もしくは中間相を形成し、ベーキング処理（塗装後の焼き付け処理）による強化効果に寄与する重要な元素である。含有範囲の下限値未満あるいは上限値を超えると強化効果が消失するので、Ｍｇの下限を０．１％、好ましくは０．４％とし、その上限を３．０％、好ましくは１．５％とする。一方、Ｓｉの下限を０．１％、好ましくは０．４％とし、その上限を２．５％、好ましくは１．５％とする。
【００１８】
本発明のＡｌ合金板は、上記Ｍｇ、Ｓｉを含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなる成分（本質的成分）のほか、本発明のＡｌ合金板の特性を害しない範囲で他の元素や、さらには特性を向上させる元素を含有させることができる。このような特性向上元素として、例えば、下記のＦｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｓｎの１種または２種以上を含有することができ、下記の組成とすることができる。
(1) 本質的成分＋Ｆｅ
(2) （本質的成分又は前記(1) の成分）＋Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔｉの内から１種または２種以上
(3) （本質的成分、前記(1) 又は前記(2) の成分）＋Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎの内から１種または２種以上
(4) （本質的成分、前記(1) 、前記(2) 又は前記(3) の成分）＋Ｓｎ
【００１９】
Ｆｅ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｃｒ：０．３％以下、Ｚｒ：０．３％以下、Ｖ：０．３％以下、Ｔｉ：０．１％以下
これらの元素は、結晶粒微細化効果を有し、プレス成形性の向上に効果がある。各元素の上限を超えると、粗大な化合物（晶出物、析出物）を形成し、これが破壊の起点となり、成形性を劣化させる。好ましくは、Ｆｅ：０．６％以下、Ｍｎ：０．６％以下、Ｃｒ：０．２％以下、Ｚｒ：０．２％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｔｉ：０．０５％以下とするのがよい。特に、Ｆｅは低コスト化のためのスクラップ材に不可避的に多量に含まれ、Ｆｅ系晶析出物（α−AlFeSi、β−AlFeSi、Al₆Fe、Al₆(Fe,Mn)、Al₁₂(Fe,Mn)₃Cu₁₂、Al₇Cu₂Fe 等）を形成し、結晶粒微細化に効果的である。
【００２０】
Ｃｕ：１．０％以下、Ａｇ：０．２％以下、Ｚｎ：１．０％以下
これらの元素は、ベーキング処理時の時効硬化速度を向上させる。上限値を超えると、粗大な化合物を形成して成形性を劣化させる。Ｃｕの場合、耐食性も劣化させる。好ましくは、Ｃｕ：０．６％以下、Ａｇ：０．１％以下、Ｚｎ：０．６％以下とするのがよい。
【００２１】
Ｓｎ：０．２％以下
Ｓｎはべ一キング処理前の室温時効を抑制し、ベーキング処理時の時効を促進する。上限値を超えると、粗大な化合物を形成して成形性が劣化する。好ましくは０．１％以下とするのがよい。
【００２２】
本発明のＡｌ合金板は、所定成分のＡｌ合金を溶製し、鋳造、均質化処理、熱間圧延、中間焼鈍、冷間圧延、最終焼鈍の各工程を経て製造されるが、化学組成、各工程の設定条件により得られる組織は変わるので、一連の製造工程として総合的に条件を選択して目的とする組織を得ればよい。従って、製造条件は特に限定しないが、以下の傾向は認められる。仕上げ圧延の圧下率は大きい方がよく、仕上げ圧延後の中間焼鈍を入れる場合は、冷延率が高い方がよい。一方、仕上げ圧延後の中間焼鈍を省く場合は、冷延率が低い方がよい。
【００２３】
以下、実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はかかる実施例により限定的に解釈されるものではない。
【００２４】
【実施例】
下記表１に示すＡｌ合金をＤＣ鋳造あるいは薄板連鋳で造塊し、得られた鋳塊を表２に示した製造条件で種々の熱間圧廷を行い、さらに種々の荒鈍（中間焼鈍）を施した後、種々の冷延率で冷間圧延を行い、５５０℃×６０秒の溶体化処理を行い、常温時効硬化処理した１mm厚のＡｌ合金板（Ｔ４材）を得た。
【００２５】
得られたＡｌ合金板について、板の表面、表面から厚み１／４の部分、板の厚み方向の中心部の３面（表面と平行な面）について、ＳＥＭ−ＥＢＳＰ法を用いて結晶粒界の方位差測定を行い、方位差が５°以上の境界を粒界として、結晶粒径を求めるとともに、板全体の２０°以下の方位差の結晶粒界頻度を求め、各面についてそれらの平均を求めた。
【００２６】
また、得られたＡｌ合金板の試料から長さ１８０mm、幅１１０mmの試験片を採取し、プレス成形性を調べるため、張り出し成形試験、絞り成形試験を行った。張り出し性試験は、１０１．６mmφの球状張り出しジグを用い、ポリエチレンシートを介して、成形速度４mm／ｓ、しわ押さえ圧２００ｋＮで試験片に球状凸部をプレス成形し、球状凸部に割れが生じた際の凸部の高さ（ジグが進入した板表面から膨出した凸部の上端までの高さ）を測定し、その値を割れ限界高さとして張り出し成形性を評価した。また、絞り成形試験は、前記ジグの球状成形面に潤滑剤として一般的な鋼板用洗浄油（粘度：４ｃｓｔ（４０℃））を塗布し、成形速度４ｍ／ｓ、しわ押さえ圧５０ｋＮでプレス成形し、球状凸部に割れが生じた際の凸部の高さを測定し、その値を割れ限界高さとして絞り成形性を評価した。これらの試験結果を、２０°以下の結晶粒界方位差の粒界頻度（平均値）、結晶粒径（平均値）とともに表２に併せて示す。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
表１、表２より、本発明の化学組成を満足し、２０°以下の結晶粒界方位差の粒界頻度が２０％以下の発明例では、張り出し成形における割れ限界高さＡ及び絞り成形における割れ限界高さＢがともに３０mm以上であり、特に、粒界頻度が１５％以下では、両割れ限界高さがともに３１．０mm以上であり、優れたプレス成形性が得られた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明のＡｌ合金板によれば、特定組成のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金で形成され、特に結晶粒界方位差が２０°以下の粒界頻度を２０％以下とするので、実質的に粗大粒として挙動する結晶領域が低減され、張り出し成形性および絞り成形性が向上し、優れたプレス成形性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２次元で観察される結晶粒と粒界とを示す模式図である。
【図２】プレス成形性の良好なＡｌ合金板の結晶組織図であり、結晶粒界方位差が２０°以下の結晶粒界が太線にて示されている。
【図３】プレス成形性が劣化したＡｌ合金板の結晶組織図であり、結晶粒界方位差が２０°以下の結晶粒界が太線にて示されている。
【図４】図２、図３のＡｌ合金板における結晶粒界方位差頻度分布を示す図である。

Claims

化学組成が重量％で、
Ｍｇ：０．１〜３．０％、
Ｓｉ：０．１〜２．５％
を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物よりなり、結晶粒界方位差が２０°以下の粒界頻度が２０％以下とされた、プレス成形性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金板。
化学組成がさらに、
Ｆｅ：１．０％以下、
Ｍｎ：１．０％以下、
Ｃｒ：０．３％以下、
Ｚｒ：０．３％以下、
Ｖ：０．３％以下、
Ｔｉ：０．１％以下
の内から１種または２種以上を含有する請求項１に記載したプレス成形性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金板。
化学組成がさらに、
Ｃｕ：１．０％以下、
Ａｇ：０．２％以下、
Ｚｎ：１．０％以下
の内から１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載したプレス成形性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金板。
化学組成がさらに、Ｓｎ：０．２％以下を含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載したプレス成形性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金板。