JP6412103B2 - 構造用アルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
上記の製造方法では、熱間圧延工程の前に、自由鍛造を行う工程をさらに含んでもよい。
(1)Zn
Znはアルミニウム合金の強度を高める。アルミニウム合金におけるZn含有量が7.0%未満の場合、アルミニウム合金の強度を高める効果が得られない。また、Zn含有量が12.0%を超える場合、Zn−Mg系の晶出物や析出物を形成し、アルミニウム合金の延性が低下する。従って、本実施形態の構造用アルミニウム合金板では、Zn含有量は7.0〜12.0%である。また、Zn含有量は8.0〜11.0%であることが好ましい。
(2)Mg
Mgはアルミニウム合金の強度を高める。アルミニウム合金におけるMg含有量が1.5%未満の場合、アルミニウム合金の強度を高める効果が得られない。また、Mg含有量が4.5%を超える場合、Zn−Mg系、Al−Mg−Cu系の晶出物や析出物を形成し、アルミニウム合金の延性が低下する。従って、本実施形態の構造用アルミニウム合金板では、Mg含有量は1.5〜4.5%である。また、Mg含有量は1.5〜3.5%であることが好ましい。
(3)Cu
Cuはアルミニウム合金の強度を高める。アルミニウム合金におけるCu含有量が1.0%未満の場合、アルミニウム合金の強度を高める効果が得られない。また、Cu含有量が3.0%を超える場合、Al−Cu系、Al−Mg−Cu系の晶出物や析出物を形成し、アルミニウム合金の延性が低下する。従って、本実施形態の構造用アルミニウム合金板では、Cu含有量は1.0〜3.0%である。また、Cu含有量は1.0〜2.5%であることが好ましい。
(4)Zr
Zrは溶体化処理時のアルミニウム合金の再結晶を抑制し、アルミニウム合金の強度を高める。アルミニウム合金におけるZr含有量が0.05%未満の場合、アルミニウム合金の再結晶を抑制できず、アルミニウム合金の強度を高める効果が得られない。また、Zr含有量が0.30%を超える場合、Al−Zr系の晶出物や析出物を形成し、アルミニウム合金の延性が低下する。従って、本実施形態の構造用アルミニウム合金板では、Zr含有量は0.05〜0.30%である。また、Zr含有量は0.05〜0.20%であることが好ましい。
(5)Ti
Tiは、鋳塊結晶粒の微細化を目的として添加される微細化剤に含まれる成分である。アルミニウム合金におけるTi含有量が0.5%を超える場合、Al−Ti系の晶出物や析出物を形成し、アルミニウム合金の延性が低下する。また、Ti含有量が0.005%未満の場合は、十分な鋳塊結晶粒の微細化効果が得られない。従って、本実施形態の構造用アルミニウム合金板では、Ti含有量は、0.005〜0.5%である。また、Ti含有量は0.35%以下であることが好ましい。
(6)Si
Siはアルミニウム合金の延性を低下させる。アルミニウム合金におけるSi含有量が0.5%を超える場合、Al−Fe−Si系、Si系の晶出物や析出物を形成し、アルミニウム合金の延性が低下する。従って、本実施形態の構造用アルミニウム合金板では、Si含有量は、0.5%以下に規制される。また、Si含有量は0.4%以下であることが好ましい。
(7)Fe
Feはアルミニウム合金の延性を低下させる。アルミニウム合金におけるFe含有量が0.5%を超える場合、Al−Fe−Si系、Al−Fe系の晶出物や析出物を形成し、アルミニウム合金の延性が低下する。従って、本実施形態の構造用アルミニウム合金板では、Fe含有量は、0.5%以下に規制される。また、Fe含有量は0.35%以下であることが好ましい。
(8)Mn
Mnはアルミニウム合金の延性を低下させる。アルミニウム合金におけるMn含有量が0.3%を超える場合、Al−Mn系、Al−Fe−Si−Mn系の晶出物や析出物を形成し、アルミニウム合金の延性が低下する。従って、本実施形態の構造用アルミニウム合金板では、Mn含有量は、0.3%以下に規制される。また、Mn含有量は0.2%以下であることが好ましい。
(9)Cr
Crはアルミニウム合金の延性を低下させる。アルミニウム合金におけるCr含有量が0.3%を超える場合、Al−Cr系の晶出物や析出物を形成し、アルミニウム合金の延性が低下する。従って、本実施形態の構造用アルミニウム合金板では、Cr含有量は、0.3%以下に規制される。また、Cr含有量は0.2%以下であることが好ましい。
(10)アルミニウム及び不可避的不純物
本実施形態の構造用アルミニウム合金板は、上述の(1)〜(9)の成分以外に、アルミニウム及び不可避的不純物を残部成分として含んでいる。これらの残部成分については、当該技術分野において一般的に知られている事項であるため、詳しい説明を省略する。
本実施形態の構造用アルミニウム合金板などの金属は、多結晶材料である。このような多結晶材料中に存在する各結晶粒の結晶格子の向き(結晶方位)の分布状態のことを、集合組織(結晶集合組織)という。
(A)Brass方位、S方位、Copper方位について
Brass方位、S方位、Copper方位は強度を高める効果を有する。各結晶方位の集積度が低く、これら3種類全ての結晶方位の方位密度が20未満の場合、アルミニウム合金の強度を高める効果が得られない。
(B)Cube方位、CR方位、Goss方位、RW方位、P方位
Cube方位、CR方位、Goss方位、RW方位、P方位は再結晶組織で観察される結晶方位であり、アルミニウム合金の強度を低下させる効果を有する。それぞれの方位密度が10を超える場合、アルミニウム合金の面内異方性が大きくなり、アルミニウム合金の強度も低下する。
本実施形態の製造方法は、Zn:7.0〜12.0%、Mg:1.5〜4.5%、Cu:1.0〜3.0%、Zr:0.05〜0.30%、Ti:0.005〜0.5%を含み、Si、Fe、Mn、及びCrの各含有量を、Si:0.5%以下、Fe:0.5%以下、Mn:0.3%以下、及び、Cr:0.3%以下にそれぞれ規制し、残部成分として不可避的不純物とアルミニウムを含む構造用アルミニウム合金板を製造する方法である。
(a)熱間圧延工程
熱間圧延工程は、所定温度(例えば、金属の再結晶温度)以上の温度を維持しながら行う圧延工程である。本実施形態では、総圧下率が90%以上、ひずみ速度が0.01s-1以上、1パス当たりの圧下率が1%以上、合計の圧延パス数が10〜70パス、合計の圧延パス数の50%以上がリバース圧延、開始温度が300〜420℃の条件で、熱間圧延が行われる。
(b)冷間圧延工程
冷間圧延工程は、所定温度(例えば、金属の再結晶温度)以下の温度で行う圧延工程である。本実施形態では、熱間圧延工程の後に、この冷間圧延工程が含まれていてもよい。なお、本発明の製造方法においては、冷間圧延工程を必ずしも行う必要はなく、冷間圧延工程なしで目的とする機械的性質は十分に実現される。しかし、冷間圧延工程を含むことで、強度の向上という効果が得られる。
冷間圧延工程における上記以外の条件については、特に限定はされず、本発明の技術分野で行われる通常の冷間圧延の条件で行えばよい。
(c)溶体化処理工程
溶体化処理工程は、金属組織中に存在する晶出物や析出物を固溶させる処理のことである。本実施形態では、熱間圧延工程の後に、あるいは、冷間圧延工程を行う場合には冷間圧延工程の後に、この溶体化処理工程が含まれている。
(d)焼入れ工程
焼入れ工程は溶体化処理工程により固溶させた成分元素を析出させないまま(すなわち、溶入化させたまま)で室温近くまで材料温度を急速に低下させる処理のことである。焼入れ処理の例としては、溶体化処理直後に水中に材料を投入することで、急速な冷却を行う、水中焼入れなどが挙げられる。
(e)人工時効処理工程
人工時効処理の温度は、80℃未満では析出が進まず析出強化によるアルミニウム合金の強度向上の効果が得られない。また、人工時効処理の温度が180℃を超える場合は粗大に析出するため析出強化によるアルミニウム合金の強度向上の効果が得られない。従って、本実施形態にかかる製造方法では、人工時効処理温度は80〜180℃の範囲内に設定される。また、得られる構造用アルミニウム合金板の強度をより向上させるためには、人工時効処理温度は100〜180℃の範囲内とすることが好ましい。
(f)自由鍛造工程
本実施形態では、熱間圧延工程の前に、自由鍛造工程が含まれていてもよい。
以上の(a)から(f)の工程を含む本実施形態にかかる製造方法によれば、充分な強度を有し、かつ、延性にも優れ、さらに面体異方性の小さい構造用アルミニウム合金板を製造することができる。したがって、本発明によれば、例えば航空・宇宙機用および車両用として好適な構造用アルミニウム合金板を得ることができる。
実施例1では、まず、表1に示す含有成分で各金属元素を含む各種のアルミニウム合金A〜VをDC鋳造により造塊し、厚さ500mm、幅500mmの鋳塊を得た。なお、表1中における「Bal.」とは、残余成分(Balance)のことを意味する。
実施例2では、まず、Zn10.2%、Mg2.9%、Cu1.8%、Zr0.16%、Si0.22%、Fe0.13%、Ti0.05%、Mn0.02%、Cr0.01%、および不可避的不純物とアルミニウム残部からなる化学成分を有する、厚さ500mm、幅500mmのDC鋳塊を得た。
試験材38は人工時効時間が5時間未満であるため、析出強化による強度向上の効果が得られず、0度方向及び90度方向の引張強さが660MPa未満、0度方向の0.2%耐力が600MPa未満であった。
Claims (4)
- 構造用アルミニウム合金板であって、Zn:7.0〜12.0質量%、Mg:1.5〜4.5質量%、Cu:1.0〜3.0質量%、Zr:0.05〜0.30質量%、Ti:0.005〜0.5質量%を含み、Si、Fe、Mn、及びCrの各含有量を、Si:0.5質量%以下、Fe:0.5質量%以下、Mn:0.3質量%以下、Cr:0.3質量%以下にそれぞれ規制し、残部は、不可避的不純物とアルミニウムからなり、
Brass方位、S方位、及び、Copper方位という3種類の結晶方位のうち、少なくとも1種類の結晶方位の方位密度が、ランダム比で20以上であり、かつ、
Cube方位、CR方位、Goss方位、RW方位、及び、P方位という5種類の結晶方位の方位密度が、ランダム比ですべて10以下である集合組織を有しており、
圧延長手方向に対して0度方向及び90度方向の引張強さが660MPa以上、前記0度方向及び前記90度方向の0.2%耐力が600MPa以上であり、かつ、前記0度方向及び前記90度方向の破断伸びが圧延長手方向に対して45度方向の破断伸びの70%以上であり、
前記45度方向の引張強さ及び0.2%耐力が前記0度方向の引張強さ及び0.2%耐力のそれぞれ80%以上であり、かつ、前記45度方向の破断伸びが12%以上であることを特徴とする構造用アルミニウム合金板。 - Zn:7.0〜12.0質量%、Mg:1.5〜4.5質量%、Cu:1.0〜3.0質量%、Zr:0.05〜0.30質量%、Ti:0.005〜0.5質量%を含み、Si、Fe、Mn、及びCrの各含有量を、Si:0.5質量%以下、Fe:0.5質量%以下、Mn:0.3質量%以下、Cr:0.3質量%以下にそれぞれ規制し、残部は、不可避的不純物とアルミニウムからなる構造用アルミニウム合金板の製造方法であって、
総圧下率が90%以上、ひずみ速度が0.01s-1以上、1パス当たりの圧下率が1%以上、合計の圧延パス数が10〜70パス、合計の圧延パス数の50%以上がリバース圧延、開始温度が300〜420℃の条件で熱間圧延を行う工程と、
前記熱間圧延の工程の後に、400〜480℃の温度で1〜10時間の溶体化処理を行う工程と、
前記溶体化処理の工程の後に、1分以内に90℃以下の温度まで冷却する焼入れ工程と、
前記焼入れ工程の後に、80〜180℃の温度において5〜30時間の人工時効処理を行う工程と、
を含み、
製造した構造用アルミニウム合金板では、
Brass方位、S方位、及び、Copper方位という3種類の結晶方位のうち、少なくとも1種類の結晶方位の方位密度が、ランダム比で20以上であり、かつ、
Cube方位、CR方位、Goss方位、RW方位、及び、P方位という5種類の結晶方位の方位密度が、ランダム比ですべて10以下である集合組織を有しており、
圧延長手方向に対して0度方向及び90度方向の引張強さが660MPa以上、前記0度方向及び前記90度方向の0.2%耐力が600MPa以上であり、かつ、前記0度方向及び前記90度方向の破断伸びが圧延長手方向に対して45度方向の破断伸びの70%以上であり、
前記45度方向の引張強さ及び0.2%耐力が前記0度方向の引張強さ及び0.2%耐力のそれぞれ80%以上であり、かつ、前記45度方向の破断伸びが12%以上であることを特徴とする構造用アルミニウム合金板の製造方法。 - 請求項2に記載の構造用アルミニウム合金板の製造方法おいて、
前記熱間圧延の工程と前記溶体化処理の工程との間に、冷間圧延の工程をさらに含むことを特徴とする構造用アルミニウム合金板の製造方法。 - 請求項2または請求項3の構造用アルミニウム合金板の製造方法において、
前記熱間圧延工程の前に、自由鍛造を行う工程をさらに含むことを特徴とする構造用アルミニウム合金板の製造方法。
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