JP6810178B2 - High-strength aluminum alloy and its manufacturing method, aluminum alloy plate and aluminum alloy member using the aluminum alloy - Google Patents

High-strength aluminum alloy and its manufacturing method, aluminum alloy plate and aluminum alloy member using the aluminum alloy Download PDF

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Description

本発明は、特に強度に優れたアルミニウム合金に関する。 The present invention relates to an aluminum alloy having particularly excellent strength.

周知の通り、従来から、自動車、船舶、航空機あるいは車両などの輸送機、機械、電気製品、建築、構造物、光学機器、器物の部材や部品用として、各種アルミニウム合金板(以下、アルミニウムをAlとも言う)が、高強度で軽量な材料として幅広く使用されている。ただし、これらアルミニウム合金の機械的特性は、近年飛躍的に向上しているとはいうものの、高強度鋼等に比べると未だ十分とはいえない。
近年、地球環境などへの配慮から、自動車車体の軽量化の社会的要求はますます高まってきている。かかる要求に答えるべく、自動車車体のうち、パネル(フード、ドア、ルーフなどのアウタパネル、インナパネル)や、バンパリーンフォース(バンパーR/F)やドアビームなどの補強材などの部分に、それまでの鋼板等の鉄鋼材料に代えて、アルミニウム合金材料を適用することが行われている。
As is well known, various aluminum alloy plates (hereinafter referred to as "aluminum") have been conventionally used for transport machines such as automobiles, ships, aircraft or vehicles, machinery, electrical products, buildings, structures, optical instruments, and parts and parts of equipment. (Also called), but it is widely used as a high-strength and lightweight material. However, although the mechanical properties of these aluminum alloys have improved dramatically in recent years, they are still not sufficient compared to high-strength steels and the like.
In recent years, due to consideration for the global environment, the social demand for weight reduction of automobile bodies has been increasing more and more. In order to meet such demands, the panels (outer panels such as hoods, doors, roofs, inner panels), bumper reinforcements (bumper R / F), and reinforcing materials such as door beams have been added to the parts of the automobile body. Aluminum alloy materials are being applied instead of steel materials such as steel plates.

自動車車体の更なる軽量化のためには、自動車部材のうちでも特に軽量化に寄与する、サイドメンバー等のメンバー、フレーム類や、ピラーなどの自動車構造部材にも、アルミニウム合金材の適用を拡大することが必要となる。ただし、これら自動車構造部材には、自動車パネル材に比べ、素材の更なる高強度化を新たな特性として付与することが必要である。 In order to further reduce the weight of automobile bodies, we will expand the application of aluminum alloy materials to members such as side members, frames, and automobile structural members such as pillars, which contribute to weight reduction in particular. It is necessary to do. However, it is necessary to impart new characteristics to these automobile structural members to further increase the strength of the material as compared with the automobile panel material.

上記自動車構造部材における高強度な補強材としては、JIS乃至AA7000系アルミニウム合金を熱間押出加工して製造される押出形材が、素材として既に汎用されている。
これに対し、フレーム、ピラーなどの大型の構造部材は、鋳塊を均熱処理後に熱間圧延する、あるいは更に冷間圧延するような、常法によって製造される圧延板を素材とすることが好ましい。ただし、7000系アルミニウム合金は、圧延板としては、T4調質における成形性が低く、あまり実用化されていない。
As a high-strength reinforcing material for the automobile structural member, an extruded shape material produced by hot extrusion processing of a JIS to AA7000 series aluminum alloy has already been widely used as a material.
On the other hand, for large structural members such as frames and pillars, it is preferable to use a rolled plate manufactured by a conventional method such that the ingot is hot-rolled after soaking heat treatment or further cold-rolled. .. However, the 7000 series aluminum alloy has low formability in T4 tempering as a rolled plate, and has not been put into practical use very much.

このため、通常の圧延(常法)によって製造される圧延板用の合金としては、7000系よりも成形性に優れたAl−Mg−Si系アルミニウム合金である、JIS乃至AA6000系アルミニウム合金が注目されている。 For this reason, as an alloy for rolled plates manufactured by ordinary rolling (conventional method), JIS to AA6000 series aluminum alloys, which are Al-Mg-Si based aluminum alloys having better formability than 7000 series, are attracting attention. Has been done.

この6000系アルミニウム合金板は、自動車の大型ボディパネル(フード、フェンダー、ドア、ルーフ、トランクリッドなどのアウタパネルやインナパネル)としては既に用いられている。このため、これら自動車の大型ボディパネルに要求される、プレス成形性とBH性(ベークハード性)との兼備や向上のために、成分組成や組織などの冶金的な改善策が、数多く提案されている。 This 6000 series aluminum alloy plate has already been used as a large body panel (outer panel and inner panel of a hood, fender, door, roof, trunk lid, etc.) of an automobile. For this reason, many metallurgical improvement measures such as composition and structure have been proposed in order to combine and improve press moldability and BH property (bake hard property) required for large body panels of these automobiles. ing.

ただし、上記補強材などについては、従来から6000系アルミニウム合金押出形材が提案され、実用化されている一方で、アルミニウム合金圧延板については、自動車構造部材における提案例があまり存在しない。例えば、アルミニウム合金圧延板の組織として、結晶粒のサイズやアスペクト比を制御し、人工時効熱処理(ベークハード)後の0.2%耐力を230MPa以上とし、圧壊特性を高めた6000系アルミニウム合金板が、特許文献1で提案されている程度である。 However, while the 6000 series aluminum alloy extruded profile has been proposed and put into practical use for the above reinforcing materials, there are not many proposed examples of aluminum alloy rolled plates in automobile structural members. For example, as the structure of an aluminum alloy rolled plate, a 6000 series aluminum alloy plate with improved crushing characteristics by controlling the size and aspect ratio of crystal grains and setting the 0.2% proof stress after artificial aging heat treatment (bake hard) to 230 MPa or more. However, it is only proposed in Patent Document 1.

特開2001−294965号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-294965

その理由として、アルミニウム合金板における成形性と強度とはトレードオフの関係にあることが考えられる。すなわち、6000系アルミニウム合金において、T4調質での成形性を確保しつつ、自動車構造部材へ適用するに際して必要となる、例えば、ベークハード後の0.2%耐力が350MPa以上のような高い強度を得ることは非常に困難であった。 The reason may be that there is a trade-off relationship between formability and strength in the aluminum alloy plate. That is, in the 6000 series aluminum alloy, high strength such as 0.2% proof stress after baking hard of 350 MPa or more, which is necessary for application to automobile structural members while ensuring moldability in T4 tempering. It was very difficult to obtain.

このような状況に鑑み、本発明の目的は、T4調質での成形性を低下させずに、特に強度に優れたアルミニウム合金を提供することである。 In view of such a situation, an object of the present invention is to provide an aluminum alloy having particularly excellent strength without lowering the moldability in T4 tempering.

本発明者らが上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、アルミニウム合金の化学組成を適切に制御すること、特にZnを所定量以上に含有させることにより、T4調質での成形性を低下させずに、高い強度を得ることができることを見出した。 As a result of diligent studies by the present inventors in order to solve the above problems, formability in T4 tempering is achieved by appropriately controlling the chemical composition of the aluminum alloy, particularly by containing Zn in a predetermined amount or more. It was found that high strength can be obtained without reducing the amount of zinc.

すなわち、本発明に係るアルミニウム合金は、質量%で、Mg:0.3〜2.0%、Si:0.3〜2.0%、Zn:2.8〜8.0%を含み、残部がAlおよび不純物からなり、平均結晶粒径が70μm以下であるアルミニウム合金であって、170℃の温度で24時間の人工時効処理を実施した後に、0.2%耐力が350MPa以上となるベークハード性を有することを特徴とする。 That is, the aluminum alloy according to the present invention contains Mg: 0.3 to 2.0%, Si: 0.3 to 2.0%, Zn: 2.8 to 8.0% in mass%, and the balance. Ri but Do Al and impurities, an average grain size of Ru der less 70μm aluminum alloy, after performing artificial aging for 8 to 24 hours at a temperature of 170 ° C., 0.2% yield strength 350 MPa It is characterized by having the above-mentioned bake-hardness.

発明の好ましい実施形態に係るアルミニウム合金は、さらに、質量%で、Mn:0.01〜0.5%およびCu:0.002〜1.0%のうち少なくとも一種を含有する The aluminum alloy according to the preferred embodiment of the present invention further contains at least one of Mn: 0.01 to 0.5% and Cu: 0.002 to 1.0% in mass% .

また、本発明に係るアルミニウム合金板は、上記いずれかのアルミニウム合金を用いることを特徴とする。
また、本発明に係るアルミニウム合金部材は、上記のアルミニウム合金、または上記のアルミニウム合金板を用いることを特徴とする。
また、本発明に係るアルミニウム合金の製造方法は、上記いずれかのアルミニウム合金溶湯を鋳造する工程と、均質化熱処理する工程と、熱間圧延する工程と、冷間圧延する工程と、溶体化および焼入れする工程を有し、冷間圧延する工程における冷間圧延率を30%以上に制御することを特徴とする。
Further, the aluminum alloy plate according to the present invention is characterized in that any of the above aluminum alloys is used.
Further, the aluminum alloy member according to the present invention is characterized by using the above-mentioned aluminum alloy or the above-mentioned aluminum alloy plate.
Further, the method for producing an aluminum alloy according to the present invention includes a step of casting one of the above-mentioned molten aluminum alloys, a step of homogenizing heat treatment, a step of hot rolling, a step of cold rolling, and a solution. It has a step of quenching, and is characterized in that the cold rolling rate in the step of cold rolling is controlled to 30% or more.

本発明によれば、T4調質での成形性を低下させずに、特に強度に優れたアルミニウム合金を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an aluminum alloy having particularly excellent strength without deteriorating the moldability in T4 tempering.

図1は、後述する実施例1および比較例7〜9の各アルミニウム合金板の光学顕微鏡写真である(図面代用写真)。FIG. 1 is an optical micrograph of each aluminum alloy plate of Example 1 and Comparative Examples 7 to 9 described later (drawing substitute photograph). 図2は、後述する実施例1および比較例7〜9の各アルミニウム合金板の透過型電子顕微鏡(TEM)写真である(図面代用写真)。FIG. 2 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of each aluminum alloy plate of Example 1 and Comparative Examples 7 to 9 described later (drawing substitute photograph).

本発明者らは、T4調質での成形性を低下させずに、特に強度に優れたアルミニウム合金を提供するため、鋭意検討を行ってきた。その結果、従来の6000系アルミニウム合金における合金成分(化学組成)としてZnを所定量以上に含有させることにより、T4調質での高い成形性を確保しつつも、強度を大幅に向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have conducted diligent studies in order to provide an aluminum alloy having particularly excellent strength without deteriorating the moldability in T4 tempering. As a result, by containing Zn in a predetermined amount or more as an alloy component (chemical composition) in the conventional 6000 series aluminum alloy, it is possible to significantly improve the strength while ensuring high moldability in T4 tempering. We have found what we can do and have completed the present invention.

以下、本発明の実施形態(本実施形態)に係るアルミニウム合金、アルミニウム合金板およびアルミニウム合金部材について、要件ごとに具体的に説明する。なお、以下に示す説明は、本実施形態の技術思想を具現化するためのアルミニウム合金、アルミニウム合金板およびアルミニウム合金部材を例示するものであって、以下の実施形態に限定されるものではない。
また、本実施形態においては、アルミニウム合金の適用例としてアルミニウム合金板(圧延材)を示しているが、押出材、鋳造材、鍛造材などの塑性加工材についても適用可能である。
Hereinafter, the aluminum alloy, the aluminum alloy plate, and the aluminum alloy member according to the embodiment of the present invention (the present embodiment) will be specifically described for each requirement. The description shown below exemplifies an aluminum alloy, an aluminum alloy plate, and an aluminum alloy member for embodying the technical idea of the present embodiment, and is not limited to the following embodiments.
Further, in the present embodiment, an aluminum alloy plate (rolled material) is shown as an application example of the aluminum alloy, but it can also be applied to plastic working materials such as extruded materials, casting materials, and forging materials.

<アルミニウム合金の化学組成>
まず、本実施形態に係るアルミニウム合金の化学成分組成について、各元素の限定理由を含めて、以下に説明する。なお、各元素の含有量の%表示は、すべて質量%の意味である。また、「〜」とは、その下限の値以上、その上限の値以下であることを意味する。
<Chemical composition of aluminum alloy>
First, the chemical composition of the aluminum alloy according to the present embodiment will be described below, including the reasons for limiting each element. In addition, the% display of the content of each element means mass%. Further, "~" means that it is equal to or more than the lower limit value and less than or equal to the upper limit value.

(Mg:0.3〜2.0%)
従来の6000系合金においても知られているように、MgはSiとともに、固溶強化と、焼付け塗装処理などの人工時効熱処理時に、強度向上に寄与するMg−Si系析出物などの時効析出物を形成して、時効硬化能を発揮し、例えば自動車構造部材として必要な強度(耐力)を得るための必須の元素である。
Mg含有量が少なすぎると、焼付け塗装処理前の固溶Mg量が減少し、Mg−Si系析出物の生成量が不足するため、BH性が著しく低下し、強度が不足する。よって、上記Mgの含有量は0.3%以上であり、好ましくは0.5%以上であり、より好ましくは0.6%以上である。
一方、Mg含有量が多すぎると、冷間圧延時にせん断帯が形成されやすくなり、素材板圧延時の割れの原因となる。上記Mgの含有量は2.0%以下であり、好ましくは1.5%以下であり、より好ましくは1.0%以下である。
(Mg: 0.3-2.0%)
As is also known in conventional 6000 series alloys, Mg, together with Si, is aging precipitates such as Mg-Si precipitates that contribute to strength improvement during solid solution strengthening and artificial aging heat treatment such as baking finish. It is an indispensable element for forming, aging hardening ability, and obtaining the strength (bearing capacity) required for, for example, an automobile structural member.
If the Mg content is too small, the amount of solid solution Mg before the baking finish treatment decreases, and the amount of Mg—Si-based precipitates produced is insufficient, so that the BH property is remarkably lowered and the strength is insufficient. Therefore, the content of Mg is 0.3% or more, preferably 0.5% or more, and more preferably 0.6% or more.
On the other hand, if the Mg content is too high, a shear band is likely to be formed during cold rolling, which causes cracks during rolling of the material plate. The Mg content is 2.0% or less, preferably 1.5% or less, and more preferably 1.0% or less.

(Si:0.3〜2.0%)
従来の6000系合金においても知られているように、SiもMgとともに、固溶強化と、焼付け塗装処理などの人工時効処理時に、強度向上に寄与するMg−Si系析出物などの時効析出物を形成して、時効硬化能を発揮し、例えば自動車構造部材として必要な強度を得るための必須の元素である。
Si含有量が少なすぎると、焼付け塗装処理前(人工時効熱処理前)の固溶Si量が減少し、Mg−Si系析出物の生成量が不足するため、BH性が著しく低下し、強度が不足する。上記Siの含有量は0.3%以上であり、好ましくは0.5%以上であり、より好ましくは1.0%以上である。
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、延性が低下し、素材板圧延の際の割れの原因となる。上記Siの含有量は2.0%以下であり、好ましくは1.6%以下であり、より好ましくは1.4%以下である。
(Si: 0.3-2.0%)
As is also known in conventional 6000 series alloys, Si and Mg are also aging precipitates such as Mg-Si precipitates that contribute to strength improvement during solid solution strengthening and artificial aging treatments such as baking finish. It is an indispensable element for forming, aging hardening ability, and obtaining the strength required for, for example, an automobile structural member.
If the Si content is too low, the amount of solid solution Si before the baking coating process (before the artificial aging heat treatment) decreases, and the amount of Mg-Si-based precipitates produced is insufficient, so that the BH property is significantly reduced and the strength is increased. Run short. The Si content is 0.3% or more, preferably 0.5% or more, and more preferably 1.0% or more.
On the other hand, if the Si content is too high, coarse crystallization and precipitates are formed, the ductility is lowered, and it causes cracking during rolling of the material plate. The Si content is 2.0% or less, preferably 1.6% or less, and more preferably 1.4% or less.

(Zn:2.2〜8.0%)
従来、6000系アルミニウム合金の強度を向上させるためには、人工時効処理により強化層であるβ”相あるいはβ’相を高密微細に析出することが重要であると報告されている(例えば、特開2017−179469号を参照)。
ここで、本発明者らは、6000系アルミニウム合金に対しZnを所定量以上含有させることで、強化層であるβ”相を高密微細に析出させることができることを見出した。ここで、後述する実施例1および比較例7〜9の各アルミニウム合金板における、光学顕微鏡写真(図1を参照)および透過型電子顕微鏡(TEM)写真(図2を参照)から分かるように、実施例1のようなZnを多く含有するアルミニウム合金(Zn含有量:4.54質量%)においては、6000系アルミニウム合金で観察される針状析出物(MgSi)が、より微細になっていることが分かる。
(Zn: 2.2-8.0%)
Conventionally, in order to improve the strength of a 6000 series aluminum alloy, it has been reported that it is important to deposit the β "phase or β'phase, which is a reinforcing layer, with high density and fineness by artificial aging treatment (for example, special treatment). See Kai 2017-179469).
Here, the present inventors have found that the β "phase, which is a reinforcing layer, can be deposited in a highly dense and fine manner by containing Zn in a predetermined amount or more in a 6000 series aluminum alloy, which will be described later. As can be seen from the optical micrograph (see FIG. 1) and the transmissive electron microscope (TEM) photograph (see FIG. 2) of each of the aluminum alloy plates of Examples 1 and Comparative Examples 7 to 9, as in Example 1. It can be seen that in the aluminum alloy containing a large amount of Zn (Zn content: 4.54% by mass), the acicular precipitate (Mg 2 Si) observed in the 6000 series aluminum alloy becomes finer. ..

なお、6000系アルミニウム合金に対し、Znを所定量以上含有させることで、β”相を高密微細に析出させることができる理由については定かではないが、6000系アルミニウム合金をベースとしてZnを多く含有させることで、溶質原子の固溶度が高くなり、すなわち過飽和度が高くなり、それを駆動力として、強化層であるβ”相の析出が促進され、高密微細な析出状態が得られたと考えられる。 Although it is not clear why the β "phase can be precipitated with high density and fineness by containing Zn in a predetermined amount or more with respect to the 6000 series aluminum alloy, it contains a large amount of Zn based on the 6000 series aluminum alloy. It is considered that the solid solubility of the solute atom becomes high, that is, the supersaturation degree becomes high, and the precipitation of the β "phase, which is the reinforcing layer, is promoted by using this as a driving force, and a highly dense and fine precipitation state is obtained. Be done.

Zn含有量が少なすぎると、強化層であるβ”相を十分に高密微細に析出させることができないため、強度が低下する。上記Znの含有量は2.2%以上であり、好ましくは2.4%以上であり、より好ましくは2.8%以上である。
一方、Zn含有量が多すぎると、本実施形態のアルミニウム合金を用いたアルミニウム合金板を製造するための前提として、融点が下がることにより、均熱処理および溶体化処理を行うことができない。上記Znの含有量は8.0%以下であり、好ましくは7.0%以下であり、より好ましくは6.0%以下である。
If the Zn content is too low, the β "phase, which is the reinforcing layer, cannot be sufficiently densely and finely precipitated, so that the strength is lowered. The Zn content is 2.2% or more, preferably 2. It is 0.4% or more, more preferably 2.8% or more.
On the other hand, if the Zn content is too large, the soaking heat treatment and the solution treatment cannot be performed because the melting point is lowered as a precondition for producing the aluminum alloy plate using the aluminum alloy of the present embodiment. The Zn content is 8.0% or less, preferably 7.0% or less, and more preferably 6.0% or less.

なお、例えば、特開2017−48451号における、Zn:0.44〜0.60mass%を含有するアルミニウム合金板や、特許第4060952号における、Zn:0.05%以上0.3%未満を含有するアルミニウム合金板のように、少量のZnが添加されたアルミニウム合金は存在している。しかし、本実施形態に係るアルミニウム合金は、上述の通り、2.2%以上の多量のZnを含有させることが重要である。これにより、本発明者らが見出したように、強化層であるβ”相を高密微細に析出させるという特有の作用が奏し、成形性を低下させずに、高い強度を得ることが可能となる。 For example, the aluminum alloy plate containing Zn: 0.44 to 0.60 mass% in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-48451 and Zn: 0.05% or more and less than 0.3% in Patent No. 40060952. There are aluminum alloys to which a small amount of Zn is added, such as aluminum alloy plates. However, as described above, it is important that the aluminum alloy according to the present embodiment contains a large amount of Zn of 2.2% or more. As a result, as found by the present inventors, a peculiar action of precipitating the β "phase, which is a reinforcing layer, with high density and fineness is exerted, and high strength can be obtained without lowering the moldability. ..

(MnおよびCuのうち少なくとも一種)
これらの元素は、共通して板を高強度化させる効果があるので、同効元素と見なせるが、その具体的な機構としては、共通する部分がある一方で異なる部分もある。
Mnは、鋳塊および最終板製品の結晶粒を微細化して強度向上に寄与する。また、これらの元素は分散粒子として存在して、結晶粒微細化に寄与して、成形性も向上させる。Mnの含有量が少なすぎると、結晶粒微細化による、強度や成形性の向上効果が不足する。一方、Mnの含有量が多すぎると、粗大な化合物を形成し、延性を劣化させる。
Cuは固溶強化により強度を向上させ、例えば自動車構造部材として必要な耐力を得ることができる。Cuの含有量が少なすぎると、その効果が小さく、多すぎても.その効果は飽和し、却って耐食性などを劣化させる。
したがって、これらの元素は必須ではないが、Mn:0.01〜0.5%、Cu:0.002〜1.0%の含有量の範囲で、少なくとも一種を含有させることができる。Mnの好ましい含有量の下限は0.03%である。Mnのさらに好ましい含有量は0.05%以上である。Mnの好ましい含有量の上限は、0.4%である。Mnのさらに好ましい含有量は0.3%以下である。Cuの好ましい含有量の下限は0.01%である。Cuのさらに好ましい含有量は0.05%以上である。Cuの好ましい含有量の上限は、0.5%である。Cuのさらに好ましい含有量は0.2%以下である。
(At least one of Mn and Cu)
Since these elements have the effect of increasing the strength of the plate in common, they can be regarded as the same effect elements, but as a specific mechanism thereof, there are some common parts but some different parts.
Mn contributes to the improvement of strength by refining the crystal grains of the ingot and the final plate product. In addition, these elements exist as dispersed particles, contribute to grain refinement, and improve moldability. If the Mn content is too small, the effect of improving strength and moldability due to grain refinement is insufficient. On the other hand, if the Mn content is too high, a coarse compound is formed and the ductility is deteriorated.
The strength of Cu can be improved by strengthening the solid solution, and for example, the proof stress required for an automobile structural member can be obtained. If the Cu content is too low, the effect will be small, and if it is too high. The effect is saturated, and on the contrary, the corrosion resistance and the like are deteriorated.
Therefore, although these elements are not essential, at least one can be contained in the range of Mn: 0.01 to 0.5% and Cu: 0.002 to 1.0%. The lower limit of the preferable content of Mn is 0.03%. A more preferable content of Mn is 0.05% or more. The upper limit of the preferable content of Mn is 0.4%. A more preferable content of Mn is 0.3% or less. The lower limit of the preferable content of Cu is 0.01%. A more preferable content of Cu is 0.05% or more. The upper limit of the preferable content of Cu is 0.5%. A more preferable content of Cu is 0.2% or less.

(その他の元素)
これら記載した以外の、Ti、B、Fe、Cr、V、Zrなどのその他の元素は不純物である。Tiは、Bとともに、粗大な化合物を形成して機械的特性を劣化させる。ただ、微量の含有によって、アルミニウム合金鋳塊の結晶粒を微細化する効果もあるので、6000系合金としてJIS規格などで規定する範囲での各々の含有を許容する。この許容量の例として、Tiは0.1%以下、好ましくは0.05%以下とする。また、Bは0.03%以下とする。
(Other elements)
Other elements other than those described, such as Ti, B, Fe, Cr, V, and Zr, are impurities. Ti, together with B, forms a coarse compound and deteriorates the mechanical properties. However, since the content of a small amount also has the effect of refining the crystal grains of the aluminum alloy ingot, the content of each of the 6000 series alloys is allowed within the range specified by JIS standards and the like. As an example of this allowable amount, Ti is 0.1% or less, preferably 0.05% or less. B is 0.03% or less.

また、Fe、Cr、V、Zrなどのその他の元素も、鋳塊の溶解原料として、純アルミニウム地金以外に、アルミニウム合金スクラップの使用による、これら不純物元素の混入なども想定(許容)して、6000系合金のJIS規格で規定する範囲での各々の含有を許容する。この許容量の例として、Feは0.5%以下、Crは0.3%以下、Vは0.2%以下、Zrは0.2以下とする。 In addition to pure aluminum base metal, other elements such as Fe, Cr, V, and Zr are also assumed (allowed) to be mixed with these impurity elements due to the use of aluminum alloy scrap as a melting raw material for ingots. , 6000 series alloys are allowed to be contained within the range specified by JIS standard. As an example of this allowable amount, Fe is 0.5% or less, Cr is 0.3% or less, V is 0.2% or less, and Zr is 0.2% or less.

本発明にかかるアルミニウム合金は展伸材(圧延材、押出材、鋳造材、鍛造材)に適用可能であり、より高い強度を得るためには、それら展伸材の組織において、結晶粒の大きさはより小さいことが好ましい。具体的には、結晶粒径は100μm以下が好ましい。さらには、70μm以下がより好ましい。また、結晶粒の偏長重度合い示すアスペクト比については、一定の値以上であることが好ましい。具体的には、アスペクト比は0.35以上が好ましい。なお、結晶粒径およびアスペクト比は、成分、例えばZn、Mn、Cuの添加量、または加工条件(例えば、板の場合は熱間圧延および冷間圧延の圧延率)および焼鈍条件によって調整することが可能である。
<アルミニウム合金板>
本実施形態で言うアルミニウム合金板(成形素材板)とは、熱間圧延板や冷間圧延板などの圧延板で、この圧延板に溶体化処理および焼入れ処理などの調質(T4)が施された板であって、使用される自動車構造部材に成形される前で、塗装焼付硬化処理などの人工時効処理(人工時効硬化処理)される前の、素材アルミニウム合金板を言う。
The aluminum alloy according to the present invention can be applied to wrought materials (rolled materials, extruded materials, cast materials, forged materials), and in order to obtain higher strength, the size of crystal grains in the structure of the wrought materials is large. The size is preferably smaller. Specifically, the crystal particle size is preferably 100 μm or less. Furthermore, 70 μm or less is more preferable. Further, the aspect ratio indicating the degree of deviation and weight of the crystal grains is preferably a certain value or more. Specifically, the aspect ratio is preferably 0.35 or more. The crystal grain size and aspect ratio should be adjusted according to the amount of components such as Zn, Mn, and Cu added, the processing conditions (for example, the rolling ratio of hot rolling and cold rolling in the case of a plate), and the annealing conditions. Is possible.
<Aluminum alloy plate>
The aluminum alloy plate (molding material plate) referred to in the present embodiment is a rolled plate such as a hot rolled plate or a cold rolled plate, and the rolled plate is subjected to tempering (T4) such as solution heat treatment and quenching treatment. A material aluminum alloy plate that has been rolled and has not been molded into an automobile structural member to be used, and has not been subjected to artificial aging treatment (artificial aging hardening treatment) such as coating quench hardening treatment.

(アルミニウム合金板の板厚)
本実施形態のアルミニウム合金板の板厚の下限については特に限定されないが、自動車構造部材へ適用することを想定した場合における、必要な強度や剛性を有するためには、板厚は、例えば1.5mm以上である。また、板厚の上限についても特に限定されないが、プレス成形などの成形加工の限界や、比較材としての鋼板からの軽量化効果を損ねない重量増加の範囲を考慮すると、例えば4.0mm以下である。この板厚の範囲から熱延板とするか、冷延板とするかが適宜選択される。
(Thickness of aluminum alloy plate)
The lower limit of the plate thickness of the aluminum alloy plate of the present embodiment is not particularly limited, but in order to have the required strength and rigidity when it is assumed to be applied to an automobile structural member, the plate thickness is, for example, 1. It is 5 mm or more. Further, the upper limit of the plate thickness is not particularly limited, but considering the limit of molding processing such as press forming and the range of weight increase that does not impair the weight reduction effect from the steel plate as a comparative material, for example, it is 4.0 mm or less. is there. From this range of plate thickness, whether to use a hot-rolled plate or a cold-rolled plate is appropriately selected.

(アルミニウム合金板の製造方法)
本実施形態のアルミニウム合金板は、鋳塊を均熱処理後に熱間圧延され、更に冷間圧延された冷延板であって、更に溶体化処理などの調質が施される、常法によって製造される。すなわち、鋳造、均質化熱処理、熱間圧延の通常の各製造工程を経て製造され、板厚が2〜10mm程度であるアルミニウム合金熱延板とされる。次いで、冷間圧延されて板厚が4mm以下の冷延板とされる。以下、各工程について更に詳細に説明する。
(Manufacturing method of aluminum alloy plate)
The aluminum alloy plate of the present embodiment is a cold-rolled plate in which the ingot is hot-rolled after soaking heat treatment and then cold-rolled, and is further subjected to tempering such as solution treatment, and is manufactured by a conventional method. Will be done. That is, it is an aluminum alloy hot-rolled plate having a plate thickness of about 2 to 10 mm, which is produced through ordinary manufacturing processes of casting, homogenization heat treatment, and hot rolling. Then, it is cold-rolled to obtain a cold-rolled plate having a plate thickness of 4 mm or less. Hereinafter, each step will be described in more detail.

[溶解、鋳造]
まず、溶解、鋳造工程では、上記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。
[Melting, casting]
First, in the melting and casting steps, the molten aluminum alloy melt-adjusted within the above component composition range is cast by appropriately selecting a normal melting casting method such as a continuous casting method or a semi-continuous casting method (DC casting method). ..

[均質化熱処理]
次いで、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の他に、MgやSiを十分に固溶させるために重要である。この目的を達成する条件であれば、通常の1回だけの均熱でも良く、2回均熱あるいは2段均熱としても良い。1回の均熱では、熱延開始温度まで冷却するか、あるいは熱延開始温度か、その近傍で保持して、熱延を開始する。
[Homogenization heat treatment]
The cast aluminum alloy ingot is then subjected to a homogenizing heat treatment prior to hot rolling. This homogenization heat treatment (uniform heat treatment) is important not only for homogenizing the structure, that is, eliminating segregation in the crystal grains in the ingot structure, but also for sufficiently solid-solving Mg and Si. As long as the conditions for achieving this purpose are met, the usual one-time heat equalization may be used, or two-time heat equalization or two-stage heat equalization may be used. In one soaking process, the heat spreading is started by cooling to the hot spreading start temperature or holding at or near the hot spreading start temperature.

1回のみの均熱、あるいは2回均熱における1回目、あるいは2段均熱における1段目の均熱条件は、500℃以上、融点未満の温度範囲で、2時間以上の保持時間の範囲から適宜選択される。 The first-stage heat equalization condition in the one-time heat equalization, the second heat equalization, or the second-stage heat equalization is a temperature range of 500 ° C. or higher and lower than the melting point, and a holding time range of 2 hours or longer. Is appropriately selected from.

[熱間圧延]
均質化熱処理を行った鋳塊を熱間圧延して、2〜10mm程度の板厚の熱延板とする。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、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。
[Hot rolling]
The ingot that has undergone homogenization heat treatment is hot-rolled to obtain a hot-rolled plate having a plate thickness of about 2 to 10 mm. Hot rolling is composed of a rough rolling process of ingots (slabs) and a finish rolling process according to the plate thickness to be rolled. In these rough rolling steps and finish rolling steps, a reverse type or tandem type rolling mill is appropriately used.

熱延開始温度としての熱間粗圧延の開始温度は、1回均熱工程では350℃以上、固相線温度以下、2回均熱工程では350℃以上、400℃以下とすることが好ましい。熱間粗圧延の開始温度が350℃未満では、いずれの均熱工程材でも熱延が困難となり、逆に400℃を超えた場合、2回均熱工程材では遷移元素系分散粒子が粗大に析出して、板の特性を低下させる可能性がある。 The start temperature of hot rough rolling as the hot rolling start temperature is preferably 350 ° C. or higher in the one-time heat soaking step and 350 ° C. or higher and 400 ° C. or lower in the double heat soaking step. If the start temperature of hot rough rolling is less than 350 ° C, it becomes difficult to spread the heat with any heat equalizing process material, and conversely, if it exceeds 400 ° C, the transition element-based dispersed particles become coarse in the double heat equalizing process material. It may precipitate and reduce the properties of the plate.

このような熱間粗圧延後に、好ましくは、終了温度を250〜350℃の範囲とした熱間仕上圧延を行う。この熱間仕上圧延の終了温度が250℃未満と低すぎる場合には、圧延荷重が高くなって生産性が低下する。一方、加工組織を多く残さず再結晶組織とするために、熱間仕上圧延の終了温度を高くした場合、この温度が350℃を超えると、遷移元素系分散粒子が粗大に析出する可能性が高くなる。
この熱延板の冷間圧延前の焼鈍(荒鈍)は必要ではないが、実施しても良い。
After such hot rough rolling, hot finish rolling is preferably performed with the end temperature in the range of 250 to 350 ° C. If the end temperature of this hot finish rolling is less than 250 ° C., which is too low, the rolling load becomes high and the productivity decreases. On the other hand, when the end temperature of hot finish rolling is raised in order to obtain a recrystallized structure without leaving a large amount of processed structure, if this temperature exceeds 350 ° C., transition element-based dispersed particles may be coarsely precipitated. It gets higher.
Annealing (roughing) of this hot-rolled sheet before cold rolling is not necessary, but it may be carried out.

[冷間圧延]
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。ただし、結晶粒をより微細化させるためには、冷間圧延率は30%以上であることが望ましく、また上記荒鈍と同様の目的で、冷間圧延パス間で中間焼鈍を行っても良い。
[Cold rolling]
In cold rolling, the hot-rolled plate is rolled to produce a cold-rolled plate (including a coil) having a desired final plate thickness. However, in order to make the crystal grains finer, it is desirable that the cold rolling ratio is 30% or more, and intermediate annealing may be performed between the cold rolling passes for the same purpose as the above rough blunting. ..

[溶体化および焼入れ処理]
冷間圧延後、溶体化処理と、これに続く、室温までの焼入れ処理を行う。この溶体化焼入れ処理については、通常の連続熱処理ラインを用いてよい。ただ、Mg、Siなどの各元素の十分な固溶量を得るためには、480℃以上、溶融温度以下の温度で溶体化処理した後、室温までの平均冷却速度を10℃/秒以上とすることが好ましい。
[Solution and quenching]
After cold rolling, solution treatment and subsequent quenching treatment to room temperature are performed. For this solution quenching treatment, a normal continuous heat treatment line may be used. However, in order to obtain a sufficient solid solution amount of each element such as Mg and Si, the average cooling rate to room temperature is set to 10 ° C./sec or more after solution treatment at a temperature of 480 ° C. or higher and melting temperature or lower. It is preferable to do so.

480℃より低い温度では、溶体化処理前に生成していたMg−Si系などの化合物の再固溶が不十分になって、固溶Mg量と固溶Si量が低下する。
また、平均冷却速度が10℃/秒未満の場合、冷却中に主にMg−Si系の析出物が生成して固溶Mg量と固溶Si量が低下し、やはりSiやMgの固溶量が確保できない可能性が高くなる。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る。
At a temperature lower than 480 ° C., the resolidification of the Mg-Si-based compound produced before the solution treatment becomes insufficient, and the amount of solid solution Mg and the amount of solid solution Si decrease.
Further, when the average cooling rate is less than 10 ° C./sec, Mg-Si-based precipitates are mainly generated during cooling, and the amount of solid-dissolved Mg and the amount of solid-dissolved Si decrease, and the solid-solution of Si and Mg also decreases. There is a high possibility that the amount cannot be secured. In order to secure this cooling rate, the quenching process uses air cooling such as a fan, water cooling means such as mist, spray, and immersion, and conditions are selected.

[予備時効処理:再加熱処理]
このような溶体化処理後に焼入れ処理して室温まで冷却した後、1時間以内に冷延板を予備時効処理(再加熱処理)することが好ましい。室温までの焼入れ処理終了後、予備時効処理開始(加熱開始)までの室温保持時間が長すぎると、室温時効により、SiリッチのMg−Siクラスタが生成してしまい、MgとSiのバランスが良いMg−Siクラスタを増加させことができにくくなる。したがって、この室温保持時間は短いほど良く、溶体化および焼入れ処理と再加熱処理とが、時間差が殆ど無いように連続していても良く、下限の時間は特に設定しない。
[Preliminary aging treatment: reheating treatment]
After such solution treatment, quenching treatment is performed to cool to room temperature, and then the cold rolled plate is preferably pre-aged (reheated) within 1 hour. If the room temperature holding time from the completion of quenching to room temperature to the start of pre-aging treatment (heating start) is too long, Si-rich Mg-Si clusters will be generated due to room temperature aging, and the balance between Mg and Si is good. It becomes difficult to increase the Mg-Si cluster. Therefore, the shorter the room temperature holding time is, the better, and the solution heat treatment and the quenching treatment and the reheating treatment may be continuous so that there is almost no time difference, and the lower limit time is not particularly set.

この予備時効処理は、60〜120℃での保持時間を5時間以上、40時間以下保持することが好ましい。これによって、MgとSiのバランスが良いMg−Siクラスタが形成される。 In this preliminary aging treatment, it is preferable to hold the holding time at 60 to 120 ° C. for 5 hours or more and 40 hours or less. As a result, an Mg—Si cluster with a good balance of Mg and Si is formed.

予備時効温度が60℃未満か、または保持時間が10時間未満であると、この予備時効処理をしない場合と同様となって、SiリッチのMg−Siクラスタを抑制し、前記MgとSiのバランスが良いMg−Siクラスタを増加させにくくなり、焼付塗装後の耐力が低くなりやすい。
一方、予備時効条件が120℃を超える、または、40時間を超えては、析出核の生成量が多すぎてしまい、焼付け塗装前の成形時の強度が高くなりすぎ、成形性が劣化しやすい。
When the pre-aging temperature is less than 60 ° C. or the holding time is less than 10 hours, the Si-rich Mg-Si cluster is suppressed and the balance between Mg and Si is suppressed in the same manner as in the case where this pre-aging treatment is not performed. It becomes difficult to increase the number of Mg-Si clusters, and the proof stress after baking finish tends to decrease.
On the other hand, if the pre-aging condition exceeds 120 ° C. or more than 40 hours, the amount of precipitated nuclei generated is too large, the strength at the time of molding before baking coating becomes too high, and the moldability tends to deteriorate. ..

以上の工程によって、素材板(アルミニウム合金板)あるいはこの素材板を成形したアルミニウム合金部材を、例えば170℃の温度で8〜24時間の人工時効処理を実施した際の0.2%耐力を350MPa以上とすることができる。 Through the above steps, the material plate (aluminum alloy plate) or the aluminum alloy member formed from this material plate is subjected to artificial aging treatment for 8 to 24 hours at a temperature of, for example, 170 ° C., and the 0.2% resistance is 350 MPa. It can be the above.

そして、本実施形態のアルミニウム合金板は、素材として、バーリング加工、穴拡げ加工などを含む、プレス成形や加工が施された上で、例えば、自動車、自転車、鉄道車両などの構造部材や自動車のフード、フェンダー、ドア、ルーフなどのアウタパネル材(外装材)とされる。また、成形性の確保の点で、これら構造部材に成形や加工された後で、別途、必要に応じて、人工時効熱処理されて高強度化される。 Then, the aluminum alloy plate of the present embodiment is subjected to press molding or processing including burring processing, hole expansion processing, etc. as a material, and then, for example, structural members such as automobiles, bicycles, railroad vehicles, and automobiles. It is used as an outer panel material (exterior material) for hoods, fenders, doors, roofs, etc. Further, in terms of ensuring moldability, after the structural members are molded or processed, they are separately subjected to artificial aging heat treatment as necessary to increase their strength.

[人工時効熱処理]
この人工時効熱処理(人工時効硬化処理、またはベークハード処理)は、素材である板の段階で行っても良く、通常のように、素材板を構造部材に成形した後で、塗装後の焼き付硬化処理などを兼ねて行っても良い。
一般的な人工時効条件(T6、T7)で良く、温度や時間の条件は、所望の強度や素材の6000系アルミニウム合金板の強度、あるいは室温時効の進行程度などから自由に決定される。例示すると、1段の人工時効熱処理であれば、好ましくは、加熱温度:150〜225℃×保持時間:20分〜72時間の範囲での時効処理を行う。
[Artificial aging heat treatment]
This artificial aging heat treatment (artificial aging hardening treatment or bake hard treatment) may be performed at the stage of the material plate, and as usual, after the material plate is formed into a structural member, it is baked after painting. It may also be used for hardening treatment.
General artificial aging conditions (T6, T7) may be used, and the temperature and time conditions are freely determined from the desired strength, the strength of the 6000 series aluminum alloy plate of the material, the progress of room temperature aging, and the like. For example, in the case of a one-stage artificial aging heat treatment, the aging treatment is preferably performed in the range of heating temperature: 150 to 225 ° C. × holding time: 20 minutes to 72 hours.

<アルミニウム合金部材>
本実施形態で言うアルミニウム合金部材には、自動車などの輸送機のパネル材(アウタパネル、インナパネルなど)や、自動車などの輸送機に用いられる、サイドメンバー等のメンバー、フレーム類、ピラーなどの構造部材、あるいはバンパリィンホース、ドアビームなどのエネルギ吸収部材等、上記アルミニウム合金板を用いたアルミニウム合金部材が広く含まれる。
ただし、T4調質での成形性を低下させずに、特に強度に優れる本実施形態アルミニウム合金の性能を十分に発揮するためにも、パネル材などに比べ、素材の更なる高強度化が要求される構造部材への適用が望ましい。
<Aluminum alloy member>
The aluminum alloy member referred to in the present embodiment includes a panel material (outer panel, inner panel, etc.) of a transport machine such as an automobile, a member such as a side member, a frame, a pillar, and the like used in the transport machine such as an automobile. A wide range of aluminum alloy members using the above aluminum alloy plates, such as members, energy absorbing members such as bumper line hoses and door beams, are included.
However, in order to fully exhibit the performance of the aluminum alloy of the present embodiment, which is particularly excellent in strength, without deteriorating the moldability in T4 tempering, it is required to further increase the strength of the material as compared with the panel material or the like. It is desirable to apply it to structural members.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited by the following examples as well as the present invention, and appropriate modifications are made to the extent that it can be adapted to the gist of the above and the following. It is also possible to carry out, all of which are within the technical scope of the invention.

下記表1に示す各成分組成のアルミニウム合金鋳塊を準備し、アルミニウム合金板を製造した。また、得られたアルミニウム合金板に対して、結晶粒組織の観察を行い、平均結晶粒径およびアスペクト比を算出し、更に、人工時効処理後(各条件は、表1を参照)の引張強さ(MPa)、0.2%耐力(MPa)および破断伸び(%)を測定することにより、アルミニウム合金板の強度および成形性を評価した。これらの結果についても表1に示す。
なお、表1中の「アルミニウム合金板の化学成分」の欄における「‐」は、Cuに関しては含有量が0.002%未満であったことを示し、Znに関しては0.01%以下であったことを示し、表1中の「結晶粒組織」の欄における「‐」は、未測定のものを示している。
An aluminum alloy ingot having each component composition shown in Table 1 below was prepared to manufacture an aluminum alloy plate. In addition, the crystal grain structure of the obtained aluminum alloy plate was observed, the average crystal grain size and aspect ratio were calculated, and the tensile strength after artificial aging treatment (see Table 1 for each condition). The strength and formability of the aluminum alloy plate were evaluated by measuring the particle size (MPa), 0.2% strength (MPa) and elongation at break (%). These results are also shown in Table 1.
In the column of "Chemical composition of aluminum alloy plate" in Table 1, "-" indicates that the content of Cu was less than 0.002%, and that of Zn was 0.01% or less. Indicating that, "-" in the column of "crystal grain structure" in Table 1 indicates an unmeasured one.

<アルミニウム合金板の作製>
まず、製造条件について説明する。各例とも、アルミニウム合金板の具体的な製造条件を、以下の通りで共通させた。すなわち、表1に示す各化学組成のアルミニウム合金鋳塊を、金型鋳造法により溶製した。続いて、鋳塊を、昇温速度40℃/hr、均熱温度540℃×4時間保持にて均熱処理をした。
その後、直ちに熱間粗圧延を行い、厚さ5.0mmの熱間圧延板とした。
この熱間圧延板を、熱延後の荒焼鈍や、冷延パス途中の中間焼鈍無しで、加工率60%の冷間圧延を行い、厚さ2.0mmの冷間圧延板とした。
<Manufacturing of aluminum alloy plate>
First, the manufacturing conditions will be described. In each example, the specific manufacturing conditions of the aluminum alloy plate were made common as follows. That is, the aluminum alloy ingots having each chemical composition shown in Table 1 were melted by a mold casting method. Subsequently, the ingot was subjected to a soaking heat treatment at a heating rate of 40 ° C./hr and a soaking temperature of 540 ° C. for 4 hours.
Immediately after that, hot rough rolling was performed to obtain a hot rolled plate having a thickness of 5.0 mm.
This hot-rolled plate was cold-rolled at a processing rate of 60% without rough annealing after hot rolling or intermediate annealing during the cold-rolling pass to obtain a cold-rolled plate with a thickness of 2.0 mm.

更に、この各冷間圧延板を、熱処理設備で調質処理(T4)した。具体的には、溶体化処理を大気炉にて550℃×15分間行い、溶体化処理後は平均冷却速度を20℃/秒以上とした水冷を行うことで室温まで冷却して、焼入れ処理を行った。
この焼入れ処理が終了後、室温で7日間保持し、T4材(素材板)の試験片を得た。これらT4材をJIS13B引張試験片に加工し、表1に示す種々の条件(到達温度、保持時間)で人工時効処理を行った材料を試験片とした。
Further, each of the cold rolled plates was tempered (T4) with a heat treatment facility. Specifically, the solution treatment is performed in an air furnace at 550 ° C. for 15 minutes, and after the solution treatment, water cooling is performed at an average cooling rate of 20 ° C./sec or more to cool to room temperature, and then quenching treatment is performed. went.
After the completion of this quenching treatment, the material was kept at room temperature for 7 days to obtain a test piece of T4 material (material plate). These T4 materials were processed into JIS13B tensile test pieces, and the materials subjected to artificial aging treatment under various conditions (reaching temperature, holding time) shown in Table 1 were used as test pieces.

<結晶粒組織の観察>
実施例1および比較例7〜9の各アルミニウム合金板の結晶粒組織を、光学顕微鏡を用いて観察を行った。なお、観察に供する試料は溶体化処理後の板として、観察面が板圧延方向に平行な縦断面となるように樹脂埋めを行い、機械研磨により鏡面まで仕上げた。その後、2%HBF水溶液を用いて電解エッチングを行った。得られた各試料に対し、光学顕微鏡(オリンパス株式会社製、商品名:PMG3)を用い、観察倍率を100倍として、板厚中央部における結晶粒組織の観察を行った。図1に、各試験片(アルミニウム合金板)の光学顕微鏡写真を示す。
また、得られた光学顕微鏡写真より、切片法を用いて平均結晶粒径(μm)を算出した。具体的には、光学顕微鏡写真の縦方向(板厚方向)および横方向(圧延方向)に、切片長さをN10ずつ測定し、それぞれの平均切片長さを算出した。そして、測定結果における、縦方向および横方向の全平均を平均結晶粒径(μm)とし、横方向に対する縦方向の平均切片長さの比(すなわち、縦方向の平均切片長さ/横方向の平均切片長さ)をアスペクト比とした。
<Observation of crystal grain structure>
The crystal grain structures of the aluminum alloy plates of Example 1 and Comparative Examples 7 to 9 were observed using an optical microscope. The sample to be observed was a plate after solution treatment, and was filled with resin so that the observation surface had a vertical cross section parallel to the plate rolling direction, and was finished to a mirror surface by mechanical polishing. Then, electrolytic etching was performed using a 2% HBF 4 aqueous solution. For each of the obtained samples, an optical microscope (manufactured by Olympus Corporation, trade name: PMG3) was used to observe the crystal grain structure in the central portion of the plate thickness at an observation magnification of 100 times. FIG. 1 shows an optical micrograph of each test piece (aluminum alloy plate).
In addition, the average crystal grain size (μm) was calculated from the obtained optical micrographs using the section method. Specifically, the section length was measured by N10 in each of the vertical direction (plate thickness direction) and the horizontal direction (rolling direction) of the optical micrograph, and the average section length of each was calculated. Then, in the measurement result, the total average in the vertical direction and the horizontal direction is defined as the average crystal grain size (μm), and the ratio of the average section length in the vertical direction to the horizontal direction (that is, the average section length in the vertical direction / the horizontal direction). The average section length) was used as the aspect ratio.

<析出物組織の観察>
実施例1および比較例7〜9の各アルミニウム合金板の板中央部における析出物組織を、20万倍の倍率の透過型電子顕微鏡(TEM)により、電子線入射方位が(001)方向となるように傾斜させて観察した。なお、観察に供する試料は溶体化処理後の板として、この板の表面に平行な断面組織から採取した試料とした。試料は、アルミニウム合金板の表面に平行な断面として、アルミニウム合金板の任意の部位を、板表面が研磨面となるように切断して採取した。そして、観察部が板厚中央部となるように機械研磨および電解研磨して、TEM用の薄膜試料を作製した上で、20万倍の倍率のTEMによって析出組織を撮影した。図2に、各試験片(アルミニウム合金板)のTEM写真を示す。
<Observation of precipitate structure>
The deposit structure in the central portion of each of the aluminum alloy plates of Examples 1 and Comparative Examples 7 to 9 is set to the (001) direction by a transmission electron microscope (TEM) having a magnification of 200,000 times. It was tilted and observed. The sample to be observed was a plate after solution treatment, and was taken from a cross-sectional structure parallel to the surface of this plate. The sample was taken by cutting an arbitrary part of the aluminum alloy plate so that the plate surface became a polished surface, with a cross section parallel to the surface of the aluminum alloy plate. Then, mechanical polishing and electrolytic polishing were performed so that the observation portion was at the center of the plate thickness to prepare a thin film sample for TEM, and then the precipitated structure was photographed by TEM at a magnification of 200,000 times. FIG. 2 shows a TEM photograph of each test piece (aluminum alloy plate).

上記した通り、実施例1および比較例7〜9の各アルミニウム合金板における、光学顕微鏡写真(図1)および透過型電子顕微鏡(TEM)写真(図2)から分かるように、実施例1のようなZnを多く含有するアルミニウム合金(Zn含有量:4.54質量%)においては、6000系アルミニウム合金で観察される針状析出物(MgSi)が、より微細になっていることが分かる。 As described above, as can be seen from the optical micrograph (FIG. 1) and the transmission electron microscope (TEM) photograph (FIG. 2) of the aluminum alloy plates of Example 1 and Comparative Examples 7 to 9, as in Example 1. It can be seen that in the aluminum alloy containing a large amount of zinc (Zn content: 4.54% by mass), the needle-like precipitate (Mg 2 Si) observed in the 6000 series aluminum alloy becomes finer. ..

<強度の評価:引張強さおよび0.2%耐力の測定>
引張試験は、上記T4材のJIS13B試験片と、その試験片を人工時効熱処理した時効材のJIS13B試験片に対し、ひずみの付与無しで引張試験を行い、T4材(人工時効処理前)および時効材(人工時効処理後)における、引張強さおよび0.2%耐力(MPa)を各々測定した。
試験方法については、JIS2241(1980)に基づき、13号B試験片(20mm×200mm×板厚(2.0mm))を採取し、室温(20℃)で試験を行った。このとき、試験片の引張り方向を圧延方向の直角方向とした。また、引張り速度は、0.2%耐力までは5mm/分、0.2%耐力以降は20mm/分とした。
そして、本実施例では、アルミニウム合金構造部材用として、時効材の試験片(すなわち、人工時効処理後)における0.2%耐力が350MPa以上を合格とした(表1における「時効特性」の「0.2%耐力」を参照)。
<Evaluation of strength: Measurement of tensile strength and 0.2% proof stress>
In the tensile test, the JIS13B test piece of the T4 material and the JIS13B test piece of the aging material obtained by artificially aging the test piece were subjected to a tensile test without applying strain to the T4 material (before artificial aging treatment) and aging. Tensile strength and 0.2% proof stress (MPa) of the material (after artificial aging treatment) were measured.
As for the test method, a No. 13 B test piece (20 mm × 200 mm × plate thickness (2.0 mm)) was collected based on JIS2241 (1980) and tested at room temperature (20 ° C.). At this time, the pulling direction of the test piece was set to the direction perpendicular to the rolling direction. The tensile speed was 5 mm / min up to 0.2% proof stress and 20 mm / min after 0.2% proof stress.
Then, in this embodiment, the 0.2% proof stress of the test piece of the aging material (that is, after the artificial aging treatment) of 350 MPa or more was passed for the aluminum alloy structural member ("Aging characteristics" in Table 1 ". 0.2% proof stress ”).

<成形性の評価:破断伸びの測定>
上記各供試板(T4材および時効材)からJIS13Bの引張試験片(12.5mm×50mmGL×2.0mm)を各々採取し、下記条件で室温にて引張試験を行った。引張試験は、引張試験機を用いて速度5mm/分、0.2%耐力以降は20mm/分の速さで試験片を引っ張り、試験片が切断(破断)したときの伸びを測定した。
試験片の引張方向は圧延方向に対して直角方向とし、以下の式によって算出した値を破断伸びとした。なお、下記式において、Loは引張試験前の標点間距離(GL)であり、Lは破断時の標点間距離である。
破断伸び(%)=100×(L−Lo)/Lo
なお、本実施例では、T4材の試験片(すなわち、人工時効処理前)における破断伸びが20%以上であれば、十分な成形性を有するものであると判断し、合格とした(表1における、「T4機械的特性」の「破断伸び」を参照)。
<Evaluation of moldability: Measurement of elongation at break>
Tensile test pieces (12.5 mm × 50 mm GL × 2.0 mm) of JIS13B were collected from each of the above test plates (T4 material and aging material), and a tensile test was conducted at room temperature under the following conditions. In the tensile test, the test piece was pulled at a speed of 5 mm / min using a tensile tester and at a speed of 20 mm / min after 0.2% proof stress, and the elongation when the test piece was cut (broken) was measured.
The tensile direction of the test piece was perpendicular to the rolling direction, and the value calculated by the following formula was defined as the elongation at break. In the following formula, Lo is the distance between the gauge points before the tensile test (GL), and L is the distance between the gauge points at the time of breaking.
Elongation at break (%) = 100 × (L-Lo) / Lo
In this example, if the breaking elongation of the T4 material test piece (that is, before the artificial aging treatment) was 20% or more, it was judged that the test piece had sufficient moldability, and the test piece was accepted (Table 1). (See "Elongation at break" in "T4 Mechanical Properties").

表1の結果に示すように、実施例1〜4は、アルミニウム合金の化学組成が本発明の範囲内である。このため、T4調質での破断伸びが20%以上、かつ、T6調質での0.2%耐力が350MPa以上、を満足するものであり、強度および成形性に優れるものであった。
これに対し、比較例1〜9では、Zn含有量が本発明で規定する2.2%未満であったため、T6調質での0.2%耐力が350MPa未満となり、十分な強度を得ることができなかった。
さらに、比較例10では、Znの含有量が本発明で規定する2.2〜8.0%を満足するものの、MgおよびSiの含有量が本発明で規定する下限値以下であったため、T6調質での0.2%耐力が350MPa未満となり、十分な強度を得ることができなかった。
As shown in the results of Table 1, in Examples 1 to 4, the chemical composition of the aluminum alloy is within the scope of the present invention. Therefore, the breaking elongation in T4 tempering was 20% or more, and the 0.2% proof stress in T6 tempering was 350 MPa or more, and the strength and moldability were excellent.
On the other hand, in Comparative Examples 1 to 9, since the Zn content was less than 2.2% specified in the present invention, the 0.2% proof stress in T6 tempering was less than 350 MPa, and sufficient strength was obtained. I couldn't.
Further, in Comparative Example 10, although the Zn content satisfied 2.2 to 8.0% specified in the present invention, the Mg and Si contents were not more than the lower limit specified in the present invention, and therefore T6. The 0.2% proof stress in tempering was less than 350 MPa, and sufficient strength could not be obtained.

<人工時効処理の条件を変化させた場合の評価>
実施例1で用いたアルミニウム合金板の化学組成を有するT4材のJIS13B試験片をベースとし、この試験片に対して、表2に示すように、人工時効処理の条件を変化させた各時効材を準備した。続いて、準備した各時効材について、上記と同様、引張強さ、0.2%耐力および破断伸びを測定した。
また同様に、比較例7で用いたアルミニウム合金板の化学組成を有するT4材のJIS13B試験片をベースとし、この試験片に対して、表2に示すように、人工時効処理の条件を変化させた各時効材を準備した。続いて、準備した各時効材について、上記と同様、引張強さ、0.2%耐力および破断伸びを測定した。
なお、表2中の「‐」は、化学組成が検出限界以下であったことを示す。
<Evaluation when the conditions of artificial aging treatment are changed>
Based on the JIS13B test piece of T4 material having the chemical composition of the aluminum alloy plate used in Example 1, each aging material in which the conditions of artificial aging treatment were changed for this test piece as shown in Table 2. Prepared. Subsequently, the tensile strength, 0.2% proof stress and breaking elongation were measured for each of the prepared aging materials in the same manner as described above.
Similarly, based on the JIS13B test piece of T4 material having the chemical composition of the aluminum alloy plate used in Comparative Example 7, the conditions of the artificial aging treatment were changed for this test piece as shown in Table 2. Each aging material was prepared. Subsequently, the tensile strength, 0.2% proof stress and breaking elongation were measured for each of the prepared aging materials in the same manner as described above.
In addition, "-" in Table 2 indicates that the chemical composition was below the detection limit.

表2の結果に示すように、アルミニウム合金の化学組成が本発明の範囲内である場合(表2中の実施例)には、人工時効処理における保持時間が8〜24hrの広範囲で、T6調質での0.2%耐力が350MPa以上の高い強度を有することが分かった。
一方、表2において、人工時効処理の保持時間がそれぞれ同一である実施例および比較例との比較により、人工時効処理時間が8hr未満および24hr超においても、Znを添加することによる強度向上効果が得られることが確認された。
すなわち、T6調質での0.2%耐力が350MPa以上の高い強度を得るには、特定の人工時効処理時間に限られるものの、それ以外の時間においても、6000系アルミニウム合金における合金成分としてZnを所定量以上に含有させることにより、強度を大幅に向上させることができている。
以上より、本発明に係るアルミニウム合金は、通常想定される人工時効処理の条件の範囲内で、非常に高い強度を確保することが可能であることが実験的に示された。
As shown in the results of Table 2, when the chemical composition of the aluminum alloy is within the range of the present invention (Examples in Table 2), the holding time in the artificial aging treatment is in a wide range of 8 to 24 hr, and the T6 tone is adjusted. It was found that the 0.2% proof stress in quality has a high strength of 350 MPa or more.
On the other hand, in Table 2, by comparison with Examples and Comparative Examples in which the holding times of the artificial aging treatment are the same, the strength improving effect by adding Zn can be obtained even when the artificial aging treatment time is less than 8 hr and more than 24 hr. It was confirmed that it could be obtained.
That is, in order to obtain a high strength with a 0.2% proof stress of 350 MPa or more in T6 tempering, it is limited to a specific artificial aging treatment time, but even at other times, Zn is used as an alloy component in the 6000 series aluminum alloy. By containing the above amount in a predetermined amount or more, the strength can be significantly improved.
From the above, it has been experimentally shown that the aluminum alloy according to the present invention can secure extremely high strength within the range of conditions of artificial aging treatment normally assumed.

本発明によれば、通常の圧延によって製造される6000系アルミニウム合金に、T4調質での成形性を低下させることなく、構造部材用途において特に要求される特性である高い強度を確保することができる。このため、自動車構造部材などの構造部材をはじめとするアルミニウム合金部材全般にわたって、6000系アルミニウム合金板の適用を拡大することができる。 According to the present invention, it is possible to secure high strength, which is a characteristic particularly required for structural member applications, in a 6000 series aluminum alloy produced by ordinary rolling without deteriorating the formability in T4 tempering. it can. Therefore, the application of the 6000 series aluminum alloy plate can be expanded to all aluminum alloy members including structural members such as automobile structural members.

Claims (6)

質量%で、Mg:0.3〜2.0%、Si:0.3〜2.0%、Zn:2.8〜8.0%を含み、残部がAlおよび不純物からなり、平均結晶粒径が70μm以下であるアルミニウム合金であって、
170℃の温度で24時間の人工時効処理を実施した後に、0.2%耐力が350MPa以上となるベークハード性を有することを特徴とするアルミニウム合金。
By mass%, Mg: 0.3~2.0%, Si : 0.3~2.0%, Zn: 2.8 comprises 8.0%, Ri Do the balance of Al and impurities, the average crystal particle size is an der Ru aluminum alloy below 70 [mu] m,
An aluminum alloy having a bake-hard property having a 0.2% proof stress of 350 MPa or more after being subjected to an artificial aging treatment at a temperature of 170 ° C. for 8 to 24 hours.
さらに、質量%で、Mn:0.01〜0.5%およびCu:0.002〜1.0%のうち少なくとも一種を含有する請求項1に記載のアルミニウム合金。 The aluminum alloy according to claim 1, further containing at least one of Mn: 0.01 to 0.5% and Cu: 0.002 to 1.0% in mass%. 請求項1または2に記載のアルミニウム合金を用いたアルミニウム合金板。 An aluminum alloy plate using the aluminum alloy according to claim 1 or 2 . 請求項1または2に記載のアルミニウム合金、または請求項に記載のアルミニウム合金板を用いたアルミニウム合金部材。 The aluminum alloy member according to claim 1 or 2 , or the aluminum alloy member using the aluminum alloy plate according to claim 3 . 請求項1に記載のアルミニウム合金の製造方法であって、The method for producing an aluminum alloy according to claim 1.
質量%で、Mg:0.3〜2.0%、Si:0.3〜2.0%、Zn:2.8〜8.0%を含み、残部がAlおよび不純物からなるアルミニウム合金溶湯を鋳造する工程と、均質化熱処理する工程と、熱間圧延する工程と、冷間圧延する工程と、溶体化および焼入れする工程を有し、A molten aluminum alloy containing Mg: 0.3 to 2.0%, Si: 0.3 to 2.0%, Zn: 2.8 to 8.0% in mass%, and the balance being Al and impurities. It has a casting process, a homogenizing heat treatment process, a hot rolling process, a cold rolling process, and a solution solution and quenching process.
前記冷間圧延する工程における冷間圧延率を30%以上に制御することを特徴とするアルミニウム合金の製造方法。A method for producing an aluminum alloy, which comprises controlling the cold rolling ratio in the cold rolling step to 30% or more.
請求項2に記載のアルミニウム合金の製造方法であって、The method for producing an aluminum alloy according to claim 2.
質量%で、Mg:0.3〜2.0%、Si:0.3〜2.0%、Zn:2.8〜8.0%、Mn:0.01〜0.5%およびCu:0.002〜1.0%のうち少なくとも一種を含み、残部がAlおよび不純物からなるアルミニウム合金溶湯を鋳造する工程と、均質化熱処理する工程と、熱間圧延する工程と、冷間圧延する工程と、溶体化および焼入れする工程を有し、By mass%, Mg: 0.3 to 2.0%, Si: 0.3 to 2.0%, Zn: 2.8 to 8.0%, Mn: 0.01 to 0.5% and Cu: A step of casting an aluminum alloy molten metal containing at least one of 0.002 to 1.0% and the balance being Al and impurities, a step of homogenizing heat treatment, a step of hot rolling, and a step of cold rolling. And has a process of solution and quenching,
前記冷間圧延する工程における冷間圧延率を30%以上に制御することを特徴とするアルミニウム合金の製造方法。A method for producing an aluminum alloy, which comprises controlling the cold rolling ratio in the cold rolling step to 30% or more.
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