JP4224435B2 - 自動車用アルミニウム合金板およびその製造方法 - Google Patents
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本発明で言うAl-Mg 系化合物とは、基本組成がAl-Mg 、Al-Mg-(Fe 、Si) などから成る金属間化合物 (金属間化合物の晶析出物) である。このようなAl-Mg 系化合物は、双ロール式などの連続鋳造の際に晶出して、そのまま板組織中に残存するか、焼鈍の際にも析出する。本発明では、連続鋳造後に冷間圧延および焼鈍された板厚0.5 〜3mm のAl-Mg 系Al合金板につき、これらAl-Mg 系化合物の平均粒径と平均面積率とを規定する。
先ず、Al-Mg 系化合物の平均粒径は、成形性向上の点から、10μm 以下に微細化させる。Al-Mg 系化合物の平均粒径が10μm を超えて大きくなった場合、Al-Mg 系化合物が成形の際の応力集中によって、破壊の起点となりやすくなり、プレス成形性が著しく低下する。
次に、Al-Mg 系化合物を上記のように微細化させても、組織中に存在する微細なAl-Mg 系化合物が多ければ、Al-Mg 系化合物を介して、成形の際の亀裂伝播が起こり易くなる。このため、プレス成形性が著しく低下する。したがって、本発明では、上記平均粒径10μm 以下のAl-Mg 系化合物の平均面積率を5%以下とし、Al-Mg 系化合物自体を少なくする。このようなAl-Mg 系化合物自体が少ない (他の化合物も少ない) 組織を得るためには、後述する通り、連続鋳造の際の冷却速度を高めたり、焼鈍後の冷却速度を高めるなどの、製造方法や条件の制御が必要である。
Al合金板表面の平均結晶粒径は50μm 以下に微細化させる。結晶粒径をこの範囲に細かく乃至小さくすることによって、プレス成形性が確保乃至向上される。結晶粒径が50μm を越えて粗大化した場合、プレス成形性が著しく低下し、成形時の割れや肌荒れなどの不良が生じ易くなる。
本発明Al合金板における化学成分組成の、各合金元素の意義及びその限定理由について以下に説明する。本発明Al合金板は、質量% で、Mg:8% を超え14% 以下、Fe:1.0% 以下、Si:0.5% 以下を含み、残部の内の97% 以上がAlからなる化学成分組成とする。
MgはAl合金板の強度、延性、そして強度・延性バランスを高める重要合金元素である。Mgが8%以下の含有量では、強度、延性が不足して、高MgのAl-Mg 系Al合金の特徴が出ず、特に本発明が意図する、自動車用パネルへのプレス成形性が不足する。一方、Mgを14% を越えて含有すると、連続鋳造の際の冷却速度を高めたり、焼鈍後の冷却速度を高めるなどの、製造方法や条件の制御を行なっても、Al-Mg 系化合物の晶析出が多くなる。この結果、上記Al-Mg 系化合物の面積率の上限規定を満足できず、プレス成形性が著しく低下する。また、加工硬化量が大きくなり、冷間圧延性も低下させる。したがって、Mgは8%を超え14% 以下の範囲とする。
FeとSiは、できるだけ少ない量に規制すべき不純物である。FeとSiは、Al-Mg-(Fe 、Si) などから成るAl-Mg 系化合物量や、Al-Fe 、Al-Si 系などのAl-Mg 系以外の化合物量となって多く生成する。Feの含有量が1.0%、Siの含有量が0.5%、を各々超えた場合には、これらの化合物量が過大となって、破壊靱性や成形性を大きく阻害する。この結果、上記Al-Mg 系化合物の面積率の上限規定を満足できないか、また、Al-Mg 系化合物の面積率の上限規定を満足したとしても、プレス成形性が著しく低下する。したがって、Feは1.0%以下、好ましくは0.5%以下、Siは0.5%以下、好ましくは0.3%以下に各々規制する。
これに関連して、本発明では、上記規定のMgおよびFeとSiを除く合金組成の残部を97% 以上のAlからなるものとする。言い換えると、合金組成の残部に含まれる、溶解原料や鋳造工程などから含まれる不可避的不純物元素を合計で3%未満に規制する。合金組成の残部の内のAlが97% 未満では、Al-Mg 系以外の化合物量が多く生成し、破壊靱性や成形性を大きく阻害する。この結果、上記Al-Mg 系化合物の面積率の上限規定を満足したとしても、プレス成形性が著しく低下する。
以下に、本発明におけるAl-Mg 系Al合金板の製造方法につき説明する。
本発明の高MgのAl-Mg 系Al合金板は、前記した通り、DC鋳造などで鋳造した鋳塊を均熱処理後に熱間圧延を施す、通常の製造方法では、工業的に製造することは困難である。したがって、本発明の高MgのAl-Mg 系Al合金板は、双ロール式などの連続鋳造と、冷間圧延、焼鈍とを組み合わせて製造する。
双ロール式連続鋳造法の要旨は、前記した通り、回転する一対の水冷銅鋳型などの双ロール間に、耐火物製の給湯ノズルから、上記成分組成のAl合金溶湯を注湯して凝固させ、かつ、この双ロール間において、上記凝固直後に圧下し、かつ急冷して、Al合金薄板とする。
このように鋳造されたAl合金板は、自動車パネル用の製品板の板厚0.5 〜3mm に冷間圧延されて鋳造組織が加工組織化される。この加工組織化の程度は冷間圧延の圧下量にもより、鋳造組織が残留する場合もあるが、プレス成形性や機械的な特性を阻害しない範囲で許容される。なお、冷間圧延に先立つ、あるいは冷間圧延の途中に、通常の条件で、中間焼鈍を施しても良い。
Al合金冷延板は、400 ℃〜液相線温度で最終焼鈍する。焼鈍温度が400 ℃未満では、溶体化効果が得られない。そして、この最終焼鈍後には、500 〜300 ℃の温度範囲を5 ℃/s以上の、できるだけ速い平均冷却速度で冷却する必要がある。最終焼鈍後の平均冷却速度が遅く、5 ℃/s未満であれば、冷却過程で、Al-Mg 系化合物や、それ以外の他の化合物が、微細であっても、多量に晶出する。この結果、プレス成形性が著しく低下する。
なお、表1 において、A 〜H は発明例、I 〜M は比較例である。
Claims (2)
- 連続鋳造後に冷間圧延および焼鈍された板厚0.5 〜3mm のAl-Mg 系アルミニウム合金板であって、質量% で、Mg:8% を超え14% 以下、Fe:1.0% 以下、Si:0.5% 以下を含み、残部の内の97% 以上がAlからなり、250 倍の走査型電子顕微鏡を用いて組織観察した際の、Al-Mg 系化合物の平均粒径が10μm 以下であるとともに、この平均粒径10μm 以下のAl-Mg 系化合物の平均面積率が5%以下であり、かつ、板表面の平均結晶粒径が50μm 以下であることを特徴とする成形性に優れた自動車用アルミニウム合金板。
- 双ロール式連続鋳造法によりAl-Mg 系アルミニウム合金板を製造する方法であって、質量% で、Mg:8〜14% 、Fe:1.0% 以下、Si:0.5% 以下を含み、残部の内の97% 以上がAlからなるアルミニウム合金溶湯を、回転する一対の双ロールに液相線温度+30℃以下で注湯して、双ロールの周速を30m /min以上および冷却速度を100 ℃/s以上として、板厚1 〜5mm のアルミニウム合金板を連続的に鋳造し、鋳造されたアルミニウム合金板を板厚0.5 〜3mm に冷間圧延後、400 ℃〜液相線温度で焼鈍し、この焼鈍後に500 〜300 ℃の温度範囲を5 ℃/s以上の平均冷却速度で冷却し、得られたアルミニウム合金板を250 倍の走査型電子顕微鏡を用いて組織観察した際の、Al-Mg 系化合物の平均粒径を10μm 以下とするとともに、この平均粒径10μm 以下のAl-Mg 系化合物の平均面積率を5%以下とし、かつ、板表面の平均結晶粒径を50μm 以下としたことを特徴とする成形性に優れた自動車用アルミニウム合金板の製造方法。
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