JP6224550B2 - 成形用アルミニウム合金板 - Google Patents
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Description
先ず、本発明のAl−Mg−Si系(以下、6000系とも言う)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、自動車のパネル用の板などとして、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。すなわち、前記調質処理後に100日の長期室温時効された板であっても、As耐力が110MPa以下、BH(ベークハード)性が耐力差で100MPa以上、ヘム加工性が実施例で後述する評価基準で2以上など、自動車パネルなどへのプレス成形性やヘム加工性にも優れ、BH性も優れていることが要求される。
Siは、主要元素として、固溶強化と、塗装焼き付け処理などの人工時効処理時に、強度向上に寄与するMg−Si系析出物を形成して、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。また、パネルへの成形後の塗装焼き付け処理での優れた時効硬化能を発揮させるためには、Si/ Mgを質量比で1.0以上とし、一般に言われる過剰Si型よりも更にSiをMgに対し過剰に含有させた6000系アルミニウム合金組成とすることが好ましい。Si含有量が少なすぎると、Mg−Si系析出物の生成量が不足するため、BH性が著しく低下する。一方、Si含有量が多すぎると、粗大な晶出物および析出物が形成されて、曲げ加工性が著しく低下する。したがって、Siは0.3〜2.0%の範囲とする。さらに好ましい下限値は0.6%であり、さらに好ましい上限値は1.4%である。
Mgも、主要元素として、固溶強化と、塗装焼き付け処理などの人工時効処理時に、強度向上に寄与するMg−Si系析出物を形成して、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。Mg含有量が少なすぎると、Mg−Si系析出物の生成量が不足するため、BH性が著しく低下する。このためパネルとして必要な耐力が得られない。一方、Mg含有量が多すぎると、粗大な晶出物および析出物が形成されて、曲げ加工性が著しく低下する。したがって、Mgの含有量は0.2〜2.0%の範囲とする。さらに好ましい下限値は0.3%であり、さらに好ましい上限値は1.0%である。
Snは必須の元素であり、室温において原子空孔を捕獲することで、室温でのMgやSiの拡散を抑制し、室温における強度増加(室温時効)を長期に亘って抑制し、この室温時効後の板の、パネルへのプレス成形時に、プレス成形性や、特にヘム加工性を向上させる効果がある。そして、一方では、成形されたパネルの塗装焼き付け処理などの人工時効処理時に、捕獲していた空孔を放出するため、逆にMgやSiの拡散を促進し、BH性を高くすることができる。
本発明の6000系アルミニウム合金板の組織について、以下に説明する。
先ず、板の組織として、500倍のSEMを用いて測定した際の円相当直径が0.3〜20μmの範囲の化合物の平均数密度が5000個/mm2 以下(0個/mm2を含まず)、好ましくは4500個/mm2 以下(0個/mm2 を含まず)より好ましくは4000個/mm2 以下(0個/mm2 を含まず)とする。
本発明では、Snの効果を発揮させるために必要な、Snの固溶量を確保することを特徴とする。このSnの固溶量確保の目安(基準)として、前記SEMにて測定された円相当直径が0.3〜20μmの範囲の化合物のうち、X線分光装置により識別される、0.5質量%以上のSnを含む化合物の平均個数割合を50%未満(0%を含む)、好ましくは40%未満(0%を含む)、より好ましくは30%未満(0%を含む)とする。なお、Snの含有量が0.5%未満である化合物は、Sn固溶量の目安としてのSnを含む化合物の測定対象とはしない。ちなみに、Snの含有量が0.5質量%未満の、ごく微量のSnを含む化合物も測定対象とすると、X線分光装置の測定誤差よりも小さいSnを含む化合物まで検出され、前記した大きさの範囲の化合物全てが測定対象となってしまう可能性がある。これでは、Snの固溶量を正確に反映しているとは言えないので、相関性や再現性の点から、化合物のSnの含有量に0.5質量%以上という下限値を設けた。
円相当直径が0.3〜20μmの範囲の化合物の数密度の500倍のSEMによる測定は、供試板の表面から板厚方向1/4部の任意の点、10箇所について行い(試料を10個採取し)、これら各試料の各数密度を平均化して平均数密度(個/mm2 )とする。後述する0.5質量%以上のSnを含む化合物の個数割合の測定も、このSEMに測定に伴って行い、同様に、各試料の個数割合を平均化した平均の個数割合(%)とする。具体的には、調質処理直後の供試板の板厚方向の直角断面につき、表面から板厚方向1/4部の任意の点を通り、板表面に平行な面について、500倍のSEM(Scanning Electron Microscope)を用いて測定する。試料は、上記部位から10個サンプリングした板断面試料表面を機械研磨して、板表面から約0.25mmを機械研磨により削り落とし、更に、バフ研磨を行なって表面を調整した試料を用意する。次に、反射電子像を利用し、自動解析装置により、前記円相当直径範囲の化合物の個数を測定して、数密度を算出する。測定部位は試料研磨表面、1試料あたりの測定領域は240μm×180μmとする。
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、本発明で規定する、円相当直径が0.3μm以上の化合物の数密度とし、Snを含む化合物の個数(平均個数)の割合とするためには、鋳造時の平均冷却速度について、液相線温度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。この目的を達成する条件であれば、特に限定されるものではなく、通常の1回または1段の処理でも良い。
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、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。
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、結晶粒の微細化や集合組織の適正化によって、成形性などの特性を更に向上させる為に実施しても良い。
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、結晶粒をより微細化させるためには、パス数に関わらず、合計の冷間圧延率は60%以上であることが望ましい。
この冷間圧延前(熱延後)か、冷間圧延の途中(パス間)で、板を480℃以上、融点以下の高温で0.1〜10秒間保持し、次いで、3℃/秒以上の平均冷却速度で室温まで強制冷却(急冷)する中間焼鈍を、繰り返して2回以上行い、それまでの熱延工程などで化合物として生成したSnを固溶させることが好ましい。常法ではSnは析出しやすく、一旦析出したSnを再度固溶させることもなかなか難しく、前記した特定のサイズの化合物の個数のうち、Snを含む化合物の平均個数の割合を50%未満とするためには、このような高温での短時間の熱処理を複数回行う必要がある。ただし、この条件範囲内であれば、複数回の熱処理条件を同じとせずとも、変えても良い。
冷間圧延後、溶体化焼入れ処理を行う。溶体化処理焼入れ処理については、通常の連続熱処理ラインによる加熱,冷却でよく、特に限定はされない。ただ、各元素の十分な固溶量を得ること、および板組織の結晶粒はより微細であることが望ましいことから、520℃以上、溶融温度以下の溶体化処理温度に、加熱速度5℃/秒以上で加熱して、0〜10秒保持する条件で行う。
続いて、BH処理時に生成するMg−Si系化合物の核となる原子の集合体(クラスタ)を形成させるために、溶体化焼入れ処理後に、予備時効処理(再加熱処理)を行う。板の到達温度(実体温度)は80〜150℃の温度範囲かつ、保持時間は3〜50時間の範囲であることが望ましい。再加熱処理後の室温までの冷却は、放冷でも、生産の効率化のために前記焼入れ時の冷却手段を用いて強制急冷しても良い。
調質処理直後の各供試板の組織として、前記した測定方法により、500倍のSEMにて、円相当直径が0.3〜20μmの範囲の化合物の平均数密度(個/mm2 )を測定し、この測定された化合物のうち、X線分光装置により識別される、0.5%以上のSnを含む化合物の平均個数割合(%)を調査した。
前記引張試験は、前記調質処理後に100日間室温で放置した後の各供試板から、各々JISZ2201の5号試験片(25mm×50mmGL×板厚)を採取し、室温にて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。なお、前記BH後の耐力測定用の試験片には、この試験片に、板のプレス成形を模擬した2%の予歪をこの引張試験機により与えた後に、前記BH処理を行った。
各供試板を各々共通して、前記100日間の室温時効させた後に、185℃×20分の人工時効硬化処理した後(BH後)の、供試板の0.2%耐力(BH後耐力)を前記引張試験により求めた。そして、これら0.2%耐力同士の差(耐力の増加量)から各供試板のBH性を評価し、0.2%耐力の増加量が100MPa以上ある場合を合格とした。
ヘム加工性は、前記100日間室温放置後の各供試板について行った。試験は、30mm幅の短冊状試験片を用い、ダウンフランジによる内曲げR1.0mmの90°曲げ加工後、1.0mm厚のインナを挟み、折り曲げ部を更に内側に、順に約130度に折り曲げるプリヘム加工、180度折り曲げて端部をインナに密着させるフラットヘム加工を行った。
0;割れ、肌荒れ無し、1;軽度の肌荒れ、2;深い肌荒れ、3;微小表面割れ、4;線状に連続した表面割れ、5;破断
比較例6は、温度、保持時間、平均冷却速度の条件は満たすが、1回のみの中間焼鈍である。
比較例7は、2回目の中間焼鈍は、温度、保持時間、平均冷却速度の条件を満たしているが、1回目の中間焼鈍の温度が480℃未満で低すぎる。
比較例8は、1回目の中間焼鈍は、温度、保持時間、平均冷却速度の条件を満たしているが、2回目の中間焼鈍の温度が480℃未満で低すぎる。
比較例9は、1回目、2回目の中間焼鈍の温度が、2回とも480℃未満で低すぎる。
比較例10、11は、1回目、2回目の中間焼鈍の温度、保持時間は条件を満たしているが、1回目か2回目かの平均冷却速度が遅すぎる。
比較例25は表1の合金15であり、Siが多すぎる。
比較例26は表1の合金16であり、Snが少なすぎる
比較例27は表1の合金17であり、Snが多すぎる。
比較例28は表1の合金18であり、Mgが少なすぎる。
比較例29は表1の合金19であり、Mgが多すぎる。
Claims (2)
- 質量%で、Mg:0.2〜2.0%、Si:0.3〜2.0%、Sn:0.005〜0.3%を各々含み、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であって、この板の組織として、500倍のSEMを用いて測定した際の円相当直径が0.3〜20μmの範囲の化合物の平均数密度が5000個/mm2 以下(0個/mm2を含まず)であり、前記SEMにて測定された化合物のうち、X線分光装置により識別される、0.5質量%以上のSnを含む化合物の平均個数割合が50%未満(0%を含む)であることを特徴とする成形用アルミニウム合金板。
- 前記アルミニウム合金板が、更に、Mn:1.0%以下(但し、0%を含まず)、Cu:1.0%以下(但し、0%を含まず)、Fe:1.0%以下(但し、0%を含まず)、Cr:0.3%以下(但し、0%を含まず)、Zr:0.3%以下(但し、0%を含まず)、V:0.3%以下(但し、0%を含まず)、Ti:0.05%以下(但し、0%を含まず)、Zn:1.0%以下(但し、0%を含まず)、Ag:0.2%以下(但し、0%を含まず)の1種または2種以上を含む請求項1に記載の成形用アルミニウム合金板。
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