JP5336240B2 - 成形加工後の表面性状に優れたアルミニウム合金板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
Cube方位は、一般的にも知られている様に、アルミの再結晶集合組織の主方位であり、Al−Mg−Si系合金板においても主要な結晶方位の1つである。この他、再結晶集合組織の主な方位成分として、S方位,Cu方位,Goss方位などが形成される。これら結晶方位によって、等しく引っ張り加工が加わった場合でも、それぞれ変形状態が異なる。
Cube方位は、圧延方向に対して45°方向に板を引っ張った場合に著しく板厚方向に縮み変形が生じ、引っ張り軸方向に直角で板面に平行な方向(板幅方向とも言う)の縮み変形はほとんど生じないのに対して、S方位、Cu方位,Goss方位は板厚方向の縮み変形が小さい。一方、Goss方位は、圧延幅方向に引っ張った場合に、板幅方向の縮み変形が主となり、板厚方向の縮み変形がほとんど生じないため、他の方位と比較して板厚方向の縮み変形が著しく小さい。
この板厚方向の縮み変形は、全板厚に亙って積算された値が板厚減少となる。このため、仮に板表面から1/2深さ部分であっても、部位によって板厚方向の縮み変形が異なる場合には、板厚減少の差異として板表面に凹凸を生じる。
また、板表面および/または板表面から1/4深さと、板表面から1/2深さでのCube方位やGoss方位の局部的な存在量が著しく多く存在すると、板全体を等しく引っ張った場合に、各板厚部位での板幅方向の縮み量が大きく異なるために、局所的な板の反りや曲がりが生じる。この場合にも板表面には凹凸を生じることとなる。
ここで、本発明は、前記した通り、より厳しくなったプレス成形条件で発生する、比較的大きな周期を有しているリジングマークを防止乃至抑制するために、板幅方向に亙る広域な領域における結晶方位の分布状態をできるだけ均一にする。このためには、集合組織を測定乃至規定する領域も、これに応じて、板幅方向に亙る比較的広域な領域とする必要がある。
圧延、溶体化焼入れ処理によって製造されたAl−Mg−Si系合金板においては、製造条件によっては特にその板表面にCube方位が強く集積する場合がある。このような場合には、他の結晶方位成分によらず、Cube方位のみの分布によってリジングマークが発生する可能性がある。したがって、前記技術思想に基づき、本発明では、先ず、板表面では、前記矩形領域により規定された板幅方向に亙るCube方位の分布状態をできるだけ均一にする。即ち、Cube方位が最も多く存在するAl−Mg−Si系アルミニウム合金板の表面における集合組織において、前記矩形領域により規定された板幅方向に亙るCube方位の分布状態をできるだけ均一になるように規定する。
これらを前提に、先ず、本発明では、板表面層のCube方位単独の分布状態を規定する。このようなCube方位単独の分布状態を規定するのは、前記の通り、特に板表面にCube方位が強く集積した場合である。具体的には、前記板表面の矩形領域における最大となるCube方位面積率Wmax が15%を超える場合である。
これに対して、製造条件によっては、圧延、溶対化焼入れ処理によって製造されたAl−Mg−Si系合金板における板表面や板表面から板厚1/4深さ部分では、Cube方位の集積が比較的低く、相対的にS方位、Cu方位の存在も多くなる。このように、板表面や板表面から板厚1/4深さ部分で、Cube方位の集積が比較的低いとは、前記矩形領域における最大となるCube方位面積率Wmax が2〜15%となる場合である。
更に、圧延、溶対化焼入れ処理によって製造されたAl−Mg−Si系合金板における板表面から板厚1/2深さ部分では、製造条件によっては、Cube方位の他に、Goss方位の存在も多くなる場合がある。したがって、板表面から板厚1/2深さ部分での、前記矩形領域におけるGoss方位の面積率が、例えば、0.5%以上の実質量存在するようであれば、リジングマーク発生を防止乃至抑制するために、Cube方位だけでなく、板表面から板厚の1/2の深さ部分における、Cube方位とGoss方位との分布状態の関係を規定する必要がある。
本発明では、以上説明した、(1)板表面のCube方位の分布状態規定、(2)板表面のCube方位とS方位、Cu方位との分布状態の規定、(3)板表面から板厚の1/4の深さ部分のCube方位とS方位、Cu方位との分布状態の規定、(4)板の表面から板厚の1/2だけの深さ部分のCube方位とGoss方位との分布状態規定を各々単独、あるいは組み合わせて満足するように制御する。これらをどう組み合わせるかは、前記した通り、成分組成と製造条件とによる、前記板の板厚方向の各部位における各結晶方位の存在状態と、改善すべきリジングマークの発生状態や、前記成形条件により適宜選択される。
結晶方位の表現方法は結晶系が同じでも加工法によって異なり、圧延板材の場合は圧延面と圧延方向で表わされる。即ち、下記に示す様に、結晶方位の圧延面に平行な面を{○○○}で表現し、圧延方向に平行な方向を<△△△>で表現する。なお、○や△は整数を示している。
Cube方位:{001}<100>
Goss方位:{011}<100>
CR方位:{001}<520>
RW方位:{001}<110>[Cube方位が(100)面で板面回転した方位]
Brass方位:{011}<211>
S方位:{123}<634>
Cu方位:{112}<111>
SB方位:{681}<112>
これら結晶粒のCube方位、S方位、Cu方位、Goss方位などの、各結晶方位の面積率(存在率)は、前記した板の各断面を、走査型電子顕微鏡SEM(Scanning Electron Microscope)による、後方散乱電子回折像EBSP(Electron Backscatter Diffraction Pattern)を用いた結晶方位解析方法(SEM/EBSP法)により測定する。即ち、前記した板の、表面、板表面から板厚の1/4だけの深さ部分、板表面から板厚の1/2だけの深さ部分の各断面の前記した矩形領域をSEM/EBSP法により測定する。
本発明が対象とする6000系アルミニウム合金板の化学成分組成について、以下に説明する。本発明が対象とする6000系アルミニウム合金板は、前記した自動車の外板用の板などとして、優れた成形性やBH性、強度、溶接性、耐食性などの諸特性が要求される。
SiはMgとともに、固溶強化と、塗装焼き付け処理などの前記低温での人工時効処理時に、強度向上に寄与する時効析出物を形成して、時効硬化能を発揮し、自動車のアウタパネルとして必要な強度(耐力)を得るための必須の元素である。
Mgは、固溶強化と、塗装焼き付け処理などの前記人工時効処理時に、Siとともに強度向上に寄与する時効析出物を形成して、時効硬化能を発揮し、パネルとしての必要耐力を得るための必須の元素である。
Cuは、本発明の比較的低温短時間の人工時効処理の条件で、アルミニウム合金材組織の結晶粒内への強度向上に寄与する時効析出物の形成を促進させる効果がある。また、固溶したCuは成形性を向上させる効果もある。Cu含有量が0.001%未満、特に0.01%未満ではこの効果がない。一方、1.0%を越えると、耐応力腐食割れ性や、塗装後の耐蝕性の内の耐糸さび性、また溶接性を著しく劣化させる。このため、Cu含有量は0.001〜1.0%、好ましくは0.01〜1.0%とする。
Mnには、均質化熱処理時に分散粒子 (分散相) を生成し、これらの分散粒子には再結晶後の粒界移動を妨げる効果があるため、微細な結晶粒を得ることができる効果がある。前記した通り、本発明アルミニウム合金板のプレス成形性やヘム加工性はアルミニウム合金組織の結晶粒が微細なほど向上する。この点、Mn含有量が0.01%未満ではこれらの効果が無い。
次ぎに、本発明アルミニウム合金板の製造方法について以下に説明する。本発明アルミニウム合金板は、製造工程自体は常法あるいは公知の方法であり、上記6000系成分組成のアルミニウム合金鋳塊を鋳造後に均質化熱処理し、熱間圧延、冷間圧延が施されて所定の板厚とされ、更に溶体化焼入れなどの調質処理が施されて製造される。
先ず、溶解、鋳造工程では、上記6000系成分組成範囲内に溶解調整されたアルミニウム合金溶湯を、連続鋳造法、半連続鋳造法(DC鋳造法)等の通常の溶解鋳造法を適宜選択して鋳造する。ここで、本発明の規定範囲内に結晶方位分布状態を均一に制御するために、鋳造時の冷却速度について、溶解温度(約700℃)から固相線温度までを30℃/分以上と、できるだけ大きく(速く)することが好ましい。
次いで、前記鋳造されたアルミニウム合金鋳塊に、熱間圧延に先立って、均質化熱処理を施す。この均質化熱処理(均熱処理)は、組織の均質化、すなわち、鋳塊組織中の結晶粒内の偏析をなくすことを目的とする。このため、均質化熱処理温度は、常法通り、500℃以上で融点未満、均質化時間は4時間以上の範囲から適宜選択される。この均質化温度が低いと結晶粒内の偏析を十分に無くすことができず、これが破壊の起点として作用するために、伸びフランジ性や曲げ加工性が低下する。
熱間圧延は、圧延する板厚に応じて、鋳塊 (スラブ) の粗圧延工程と、粗圧延後の板厚が約40mm以下の板を約4mm以下の板厚まで圧延する仕上げ圧延工程とから構成される。これら粗圧延工程や仕上げ圧延工程では、リバース式あるいはタンデム式などの圧延機が適宜用いられる。
関係式:0.08×Ts+320≧Tf≧0.25Ts+190
ここで、熱間圧延後の組織には、上述の開始温度,終了温度の制御と共に、特に仕上げ圧延における、圧延率および圧延速度も影響する。これらは、熱間圧延を行う圧延機の仕様に依存する為、一概には定められないが、本発明者らが試験、確認したところによれば、仕上げ圧延の最終パスが最も影響が大きい。この点、熱間圧延後の望ましい組織を得て、本発明の規定範囲内に結晶方位分布状態を均一に制御するためには、前記した粗圧延開始温度Ts条件や、このTsと仕上げ圧延終了温度Tfとの関係を満足した上で、仕上げ圧延の最終パスは、圧延率を35%以上とすることが望ましい。
この熱延板の冷間圧延前の焼鈍 (荒鈍) は必ずしも必要ではないが、前記Tsと熱間圧延中の歪みによっては生成する可能性のある熱間圧延中の粗大な再結晶粒の影響を解消することにより、リジングマークの抑制程度のバラツキを小さくするために、実施しても良い。
冷間圧延では、上記熱延板を圧延して、所望の最終板厚の冷延板 (コイルも含む) に製作する。但し、結晶粒を微細化させるために、冷間圧延率は60%以上であることが望ましく、同様の目的で、冷間圧延パス間で中間焼鈍を行っても良い。
冷間圧延後、溶体化焼入れ処理を行う。溶体化処理は500℃〜570で0〜10秒保持する条件で行い、その後10℃/秒以上の冷却速度で焼入れ処理を行うことが望ましい。溶体化処理後の焼入れ処理では、冷却速度が遅いと、粒界上にSi、Mg2 Siなどが析出しやすくなり、プレス成形や曲げ加工時の割れの起点となり易く、これら成形性が低下する。この冷却速度を確保するために、焼入れ処理は、ファンなどの空冷、ミスト、スプレー、浸漬等の水冷手段や条件を各々選択して用い、冷却速度を10℃/秒以上の急冷とすることが好ましい。
前記供試板の集合組織につき、前記SEM−EBSPを用いて、前記所定の深さ部位および前記所定の測定矩形領域における、各結晶方位の面積率を測定・解析した。これらの結果を表3 に示す。
更に、前記供試板の特性として、リジングマーク性、0.2%耐力(As耐力: MPa)、伸び(%)を各々測定した。これらの結果も表3 に示す。
前記供試板から切り出した各試験片に、前記した厳しい条件でのプレス成形を模擬して、圧延方向に90°方向および45°方向に15%の塑性歪みを加えた後、ED塗装を行ってリジングマークの有無を目視評価した。リジングマークの評価は発生していない物を○、軽微なリジングマークの発生が認められるものを△、顕著なリジングマークの発生が見られるものを×とした。
機械的特性を測定するための引張試験は、前記供試板からJISZ2201の5号試験片(25mm×50mmGL×板厚)を採取し、室温引張り試験を行った。このときの試験片の引張り方向を圧延方向の直角方向とした。引張り速度は、0.2%耐力までは5mm/分、耐力以降は20mm/分とした。機械的特性測定のN数は5とし、各々平均値で算出した。
Claims (8)
- 質量%で、Mg:0.4〜1.0%、Si:0.4〜1.5%、Mn:0.01〜0.5%、Cu:0.001〜1.0%を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系アルミニウム合金板において、この合金板の表面における集合組織であって、任意の圧延幅方向500μm×圧延長手方向2000μmに亙る矩形領域のCube方位平均面積率をWとし、この矩形領域に圧延幅方向に亙って順次互いに隣接する同一面積の矩形領域10個のCube方位平均面積率を各々W1〜W10とするとともに、これらW1〜W10の内の、最小となるCube方位平均面積率をWmin 、最大となるCube方位平均面積率をWmax とした際に、前記Wmin を2%以上とするとともに、前記Wmax と前記Wmin との差Wmax −Wmin を10%以下としたことを特徴とする、成形加工後の表面性状に優れたアルミニウム合金板。
- 質量%で、Mg:0.4〜1.0%、Si:0.4〜1.5%、Mn:0.01〜0.5%、Cu:0.001〜1.0%を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系アルミニウム合金板において、この合金板の表面における集合組織であって、任意の圧延幅方向500μm×圧延長手方向2000μmに亙る矩形領域の、Cube方位平均面積率をW、S方位平均面積率をS、Cu方位平均面積率をCとし、これらの方位相互の平均面積率の差AをW−S−Cの式により求める際に、この矩形領域に圧延幅方向に亙って順次互いに隣接する同一面積の矩形領域10個の、Cube方位平均面積率を各々W1〜W10、S方位平均面積率を各々S1〜S10、Cu方位平均面積率を各々C1〜C10とし、前記式により各々求められる、これらの方位相互の平均面積率差を各々A1〜A10とした際に、前記Cube方位平均面積率W1〜W10の内の最小となるCube方位平均面積率Wmin を2%以上とし、かつ、前記方位相互の平均面積率差A1〜A10の内の最大となる平均面積率差Amax と、最小となる平均面積率差Amin との差Amax −Amin を10%以下としたことを特徴とする、成形加工後の表面性状に優れたアルミニウム合金板。
- 質量%で、Mg:0.4〜1.0%、Si:0.4〜1.5%、Mn:0.01〜0.5%、Cu:0.001〜1.0%を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系アルミニウム合金板において、この合金板の表面から板厚の1/4だけの深さ部分における集合組織であって、任意の圧延幅方向500μm×圧延長手方向2000μmに亙る矩形領域の、Cube方位平均面積率をW、S方位平均面積率をS、Cu方位平均面積率をCとし、これらの方位相互の平均面積率の差AをW−S−Cの式により求める際に、この矩形領域に圧延幅方向に亙って順次互いに隣接する同一面積の矩形領域10個の、Cube方位平均面積率を各々W1〜W10、S方位平均面積率を各々S1〜S10、Cu方位平均面積率を各々C1〜C10とし、前記式により各々求められる、これらの方位相互の平均面積率差を各々A1〜A10とした際に、前記Cube方位平均面積率W1〜W10の内の最小となるCube方位平均面積率Wmin を2%以上とし、かつ、前記方位相互の平均面積率差A1〜A10の内の最大となる平均面積率差Amax と、最小となる平均面積率差Amin との差Amax −Amin を10%以下としたことを特徴とする、成形加工後の表面性状に優れたアルミニウム合金板。
- 質量%で、Mg:0.4〜1.0%、Si:0.4〜1.5%、Mn:0.01〜0.5%、Cu:0.001〜1.0%を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなるAl−Mg−Si系アルミニウム合金板において、この合金板の表面から板厚の1/2だけの深さ部分における集合組織であって、任意の圧延幅方向500μm×圧延長手方向2000μmに亙る矩形領域の、Cube方位平均面積率をW、Goss方位平均面積率をGとし、相互の平均面積率差BをW−Gの式により求める際の、この矩形領域に圧延幅方向に亙って順次互いに隣接する同一面積の矩形領域10個の、Cube方位平均面積率を各々W1〜W10、Goss方位平均面積率を各々G1〜G10とし、前記式により各々求められる、これらの方位相互の平均面積率差を各々B1〜B10とした際に、前記Cube方位平均面積率W1〜W10の内の最小となるCube方位平均面積率Wmin を2%以上とし、かつ、これらの方位相互の平均面積率差B1〜B10の内の最大となる平均面積率差Bmax と、最小となる平均面積率差Bmin との差Bmax −Bmin を10%以下としたことを特徴とする、成形加工後の表面性状に優れたアルミニウム合金板。
- 前記アルミニウム合金板の表面から板厚の1/2だけの深さ部分における、前記Goss方位平均面積率G1〜G10の内の最大となるGoss方位平均面積率Gmax を10%以下とした請求項4に記載の成形加工後の表面性状に優れたアルミニウム合金板。
- 前記アルミニウム合金板の表面か、この合金板の表面から板厚の1/4だけの深さ部分、あるいはこの合金板の表面から板厚の1/2だけの深さ部分における、前記Cube方位平均面積率W1〜W10の内の最大となるCube方位平均面積率Wmax を20%以下とした請求項1乃至5のいずれか1項に記載の成形加工後の表面性状に優れたアルミニウム合金板。
- 前記アルミニウム合金板が、更に、Fe:1.0%以下、Cr:0.3%以下、Ti:0.1%以下、Zn:1.0%以下(但し、これらの上限規定は全て0%を含まず)の1種または2種以上を含む請求項1乃至6のいずれか1項に記載の成形加工後の表面性状に優れたアルミニウム合金板。
- 請求項1乃至7のいずれかのアルミニウム合金板の製造方法であって、請求項1か請求項7のいずれかのアルミニウム合金板組成を有するAl−Mg−Si系アルミニウム合金鋳塊を、均質化熱処理後、熱間圧延を行うに際して、熱間圧延開始温度Tsを340〜580℃の範囲とする一方、熱間圧延終了温度Tf℃が前記Tsに対して、0.08×Ts+320≧Tf≧0.25Ts+190の関係式を満足するように行い、更に、この熱延板の冷間圧延を行った後、この冷延板を溶体化および焼入れ処理することによって、請求項1乃至6に規定するいずれかの集合組織を選択的に得ることを特徴とする成形加工後の表面性状に優れたアルミニウム合金板の製造方法。
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