JPH04147951A - 成形性、形状凍結性及び塗装焼付硬化性に優れた成形加工用アルミニウム合金材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車のボディシート材をはじめとする輸送
機器の製造に特に適したプレス加工時の成形性、形状凍
結性及び塗装焼付硬化性に優れた成形加工用アルミニウ
ム合金の製造法に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、自動車のボディシート材をはじめとする輸送
機器用材料として各種アルミニウム合金材が開発され、
使用されている。特に近年の地球温暖化対策の各種法規
制の強化により、多くの部品を鉄鋼材料からアルミニウ
ム合金材に転換することで軽量化を図る動きが極めて活
発である。

例えば自動車ボディシート材としては、　１）成形性、
２）形状凍結性（プレス加工時にプレス型の形状が正確
にでること）、３）高強度、４）耐プント性、５）耐食
性、等の性能が満たされることが必要である。

こうした中で、プレス加工メーカーの要求の厳しい日本
国内では自動車ボディシート材等用として、成形性の良
い５０００系のＡ　ｌ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃｕ合金（特開昭
５３−１０３９１４、特開昭５８１７１５４７）及びＡ
　Ｉ　−Ｍ　ｇ　−Ｃｕ合金（特開平１−２１９１３９
）の開発が主になされてきた。

これに対して、欧米では強度の優れた６０００系のＡｌ
−Ｍｇ−Ｓｉ合金として６００９．６１１１．６０１８
合金が開発されている。これらの合金は塗装焼付工程で
２００℃で３０１ｎ程度の加熱処理により高強度が得ら
れ、より一層の薄肉化つまり軽量化が可能である。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、日本では塗装焼付温度が塗膜の性能により　１
７０℃程度と低いため、３０ｍｉｎの加熱によって現状
の６０００系合金及びそのボデーシート製造工程では高
強度化は期待することができない。さらに、６０００系
合金は、わずかではあるが、室温時効硬化か進み、成形
性が劣り、また、耐食性もやや劣るとの問題があり、諸
性能に対する要求の厳しい日本では５０００系合金に対
してメリットがなく採用例はなかった。

一方、形状凍結性について、弾性係数か大きいほど、ま
た耐力が小さいほど良好となる（参考：　ＳＡＥ　Ｐａ
ｐｅｒ　Ｎｏ、８９０７１９）。アルミニウム合金の弾
性係数は７０００ｋｇｆ／ｍｓ　’であり、鉄鋼の２１
０００ｋｇｆ／■２の約１７３であることから、プレス
加工時のアルミニウム合金板の耐力をかなり小さくしな
いかぎり鋼板と同様の形状凍結性の材料を得ることがで
きない。発明者らの実験によると、耐力は１４ｋｇｆ／
ａｍ２より低いことが望ましい。しかしながら、構造体
として鋼板並の約３０ｋｇｆ’／■２の引張強さを得よ
うとすると、従来法で製造したアルミニウム合金板では
５０００系、６０００系合金ともに耐力が１４ｋｇｆ／
ａｍ２程度以上となってしまい、この値の耐力では形状
凍結性に劣る傾向があった。

したがってプレス加工前の耐力が１４ｋｇｆ／■２を極
力下回り形状凍結性を向上させるとともに、１７０℃−
３０ｍｉｎ程度の塗装焼付工程で硬化し、耐力及び引張
強さが著しく増加し、耐プント性、構造強度が向上すれ
ば以上の問題点は全て解決される。しかし、従来法で製
造した既存合金ではプレス加工時の優れた形状凍結性と
塗装焼付後の優れた耐プント性や構造強度の両者を満足
することはできなかった。

そこで、本発明においては化学成分及び加工熱処理工程
の詳細な検討により、室温時効硬化が抑制され成形性が
向上するとともに、形状凍結性が向上し、また、塗装焼
付硬化性に優れたプレス加工用の材料を提供するもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、重量％で Ｓｉ：０．４％以上１．５％未満 Ｍｇ：０．３％以上０．５％未満 もしくは、さらに Ｃｕ　：　０．２０％以下 Ｍ　ｎ　：　０．２０％以下 Ｃｒ　：　０．２０％以下 の１種以上を含有し、残部はＡＩからなる合金を半連続
鋳造し、得られた鋳塊を圧延後、１００”Ｃ／ｒＡｉｎ
以上の昇温速度で４５０℃以上５８０℃未満の保持温度
に加熱し、４５０℃から保持温度に達し保持完了するま
での時間を１０ｓ以上１０ｍｉｎ未満として溶体化処理
した後、１５０℃以下まで１００℃／ｍｉｎ以上の速度
で冷却の後、室温放置時間をできるだけ短くして、５０
℃以上１５０℃以下に１０＋ｏｉｎ以上５００ｍｉｎ以
下保持することを特徴とする成形性、形状凍結性及び塗
装焼付硬化性に優れた成形加工用アルミニウム合金材の
製造法である。

上記本発明における合金の成分の限定理由は次のとおり
である。

Ｓｉ：高強度を得るために必要で、Ｍｇ２Ｓｉを形成し
て高強度を得ることができる。その量が０．４％未満で
は塗装焼付による加熱がなされても十分な強度が得られ
ない。また、１．５％以上では、溶体化処理後もしくは
最終熱処理完了後の耐力が高く、成形性及び形状凍結性
が劣る。

Ｍ　ｇ　：　Ｓ　ｉと同様に高強度を得るために必要で
、０．３％未満では塗装焼付時の加熱で十分な強度が得
られない。また、０．５％以上では、溶体化処理後もし
くは最終熱処理完了後の耐力か高く成形性及び形状凍結
性が劣る。

Ｃｕ　：　Ｃｕを添加することにより、さらに強度を増
すことができる。しかし、０．２０％を越えて添加する
と、溶体化処理後もしくは最終熱処理完了後の耐力が高
く、成形性及び形状凍結性が劣るとともに未結性か劣る
。

Ｍｎ：Ｍｎを添加することにより、さらに強度を増すこ
とができ、また結晶粒を微細化することができ、成形性
が向上する。しかし、０．２０％を越えて添加すると溶
体化処理後もしくは最終熱処理完了後の耐力が高く、成
形性及び形状凍結性が劣るとともに、粗大な金属間化合
物が増えてくるため、成形性が低下する。

Ｃｒ　：Ｃｒを添加することにより、さらに強度を増す
ことができ、また、結晶粒を微細化することができ、成
形性が向上する。しがし、０．２０％を越えて添加する
と、溶体化処理後もしくは最終熱処理完了後の耐力が高
く、成形性及び形状凍結性が劣るとともに、粗大な金属
間化合物が増えてくるため、成形性が低下する。

又、処理条件の限定理由は下記のとおりである。

溶体化処理：　　１（１０℃／ｙｍｉｎ未満の昇温速度
では結晶粒が粗大化し、成形性が劣る。又、加熱温度は
４５０℃未満では、析出物の固溶が不十分であり、塗装
焼付後に十分な強度が得られず、５８０℃以上では共晶
融解により成形性が劣る。また４５０℃以上の保持時間
は１０ｓ未満では析出物の固溶が不十分であり、塗装焼
付後に十分な強度が得られず、１０１ｎ以上保持しても
それ以上性能が上がることはないため、工業的に価値は
少ない。

冷却工程：溶体化処理後の１５０℃（以下）までの冷却
速度は１００℃１１ｎ以上とする。１００’Ｃ／＋ｍｉ
ｎ未満の冷却速度では粒界に粗大な金属間化合物が析出
し、延性が低下するので成形性が劣る。

室温放置時間二室温放置時間はできるだけ短い方がよい
。長くても６０ｍｉｎが限度で、６０ｍｉｎを越えると
ＧＰゾーンが発達し、プレス加工後に１７０℃程度で塗
装焼付しても、ＧＰゾーンの分解に時間がかかり硬化し
にく　く　な　る。

最終熱処理：　８０ｍｉｎ未満の保持後に５０℃以上１
５０℃以下に１０１ｎ以上５００ｗ１ｎ以下保持するこ
とにより、クラスタを形成する。これにより、ＧＰゾー
ン形成による室温時効硬化を抑制し良好な成形性を維持
゛するとともに、塗装焼付の　１７０℃程度に加熱した
時に短時間で硬化しやすくなる。温度については５０℃
未満もしくは　１５０”Ｃを越えると、また保持時間は
１０ｍｉｎ未満もしくは５００１ｎを越えるとクラスタ
の形成が不十分で、塗装焼付時に硬化しにくくなる。

［実施例］ 実施例１ 第１表に示す合金を半連続鋳造後、鋳肌部の表面切削を
行った。次いで５５０℃で２４ｈの均質化処理後、５０
０℃まで降温しその温度で熱間圧延を開始し、厚さ　５
Ｗ１１まで圧延した。次に　３５０℃にて１ｈのバッチ
炉での中間焼鈍を行った。

モして冷間圧延を経て、厚さ　１１１１１１の板とした
。

さらに連続焼鈍炉において第２表に示す条件において溶
体化処理を行い、冷却後、所定の室温で放置後、第２表
に示す条件の最終熱処理を施し、レベラー、矯正を施し
た。これらの材料の機械的性質の評価は、最終熱処理後
１力月室温時効させた後に行った。

第３表に供試材の評価結果を示す。判定は１力月室温時
効後の耐力が１３．５ｋｇｆ／ｗ＋ａ２以下のものを優
れた形状凍結性があるとし、伸びが２８％以上及びエリ
クセン値が９．５ｍ１１以上のものを良好な成形性かあ
るとし、１力月室温時効後でも１７０”Ｃに３０１ｎ加
熱した後の耐力の増加が５ｋｇｆ／ｍｍ２以上であるも
のを塗装焼付硬化性が良好とし、かつ、１７０℃に３０
ｍｉｎ加熱した後の耐力が１３．５ｋｇｒ／ａｍ’以上
のものをプント性が良好な材料とし、これらをすべて満
たすものを合格とした。さらに結晶粒径については、板
面の観察において１００ｔ１ａ以下を合格とした。

本発明例１〜８は、いずれも特許請求範囲内であり、良
好な性能が得られている。

比較例１はＳｉ量が、また比較例２はＭｇ量がそれぞれ
特許請求範囲の下限よりも少ないため、１７０℃−３０
１０加熱後においても耐力が低かった。比較例３はＳｉ
量及びＭｇ量、比較例４はＣｕｊｉ、比較例５はＭ　ｎ
　にｉ、比較例６はＭｎ量及びＣｒ量がそれぞれ特許請
求範囲の上限よりも多かったため、最終熱処理後の耐力
が高すぎ、１力月室温時効後の耐力も１３．５ｋｇｆ’
／■２を越えたため、形状凍結性が悪く、成形性も悪か
った。比較例７は溶体化処理時の昇温速度が小さかった
ため、結晶粒が粗大化した。また、冷却速度が小さかっ
たために粒界析出が激しく、このため伸びが小さく成形
性が悪かった。

比較例８は溶体化処理における４５０℃以上の保持時間
が短かったため、耐力の増加が低かった。

比較例９は溶体化処理温度か高すぎたため、共晶融解を
起こし板切れを引き起こしたため以後の熱処理及び評価
を中止した。比較例１０は最終熱処理における保持時間
が特許請求範囲の下限値よりも短かったため、室温時効
硬化により耐力が１３．５ｋｇｆ’／ｅ＋ａ’を越え、
形状凍結性が低下したばかりでなく、１７０℃加熱後の
強度の増加が少なかった。比較例１１は従来の製造法に
より、溶体化処理後、室温に放置したままで所定の最終
熱処理を行わなかったため、比較例１０と同様に室温時
効硬化が抑えきれなかったばかりでなく、１７０℃加熱
後の強度の増加が少なかった。比較例１２は最終熱処理
における保持温度が特許請求範囲の上限よりも高かった
ため、材料がかえって硬化し良好な成形性が得られなか
った。

第１表 （ｖｔ％） 第２表 第３表 ｖ エリクセン値 実施例２ 第４表に示す合金を半連続鋳造後、鋳肌部の表面切削を
行った。次いで５５０℃で２４ｈの均質化処理後、５０
０℃まで降温しその温度で熱間圧延を開始し、厚さ２■
まて圧延した。次に連続焼鈍炉において第５表に示す条
件において溶体化処理を行い、冷却した。さらに所定の
室温で放置後、第５表に示す条件の最終熱処理を施し、
レベラー矯正した。

第６表に供試材の評価結果を示す。これらの材料の評価
及び合否の判定基準は実施例１と同様とした。

本発明例２１〜２５は、いずれも特許請求範囲内のため
、良好な性能か得られている。

比較例２１はＳｉ量及びＭｇ量が特許請求範囲の下限よ
り少ないため、１７０℃の３０ｍｉｎ加熱後においても
強度か低かった。比較例２２はＳｉ量が、比較例２３は
Ｍ　ｇ　ｍがいずれも特許請求範囲の上限よりも多かっ
たため、耐力が高すぎて形状凍結性か悪く、伸び及びエ
リクセン値が低く成形性も悪かった。比較例２４は溶体
化処理時の昇温速度が小さかったため、結晶粒が粗大化
した。また、冷却速度が小さかったために粒界析出が激
しく、このため伸び及びエリクセン値が低かった。比較
例２５は溶体化処理後、最終熱処理までに２０℃におい
て１００ｍｊｎ間も保持してしまったため、その間にＧ
Ｐゾーンか多く形成され、１７０℃に３０ｍｉｎ加熱し
ても高強度を得ることができなかった。比較例２６は最
終熱処理か短すぎたため、クラスタの形成が不十分てあ
り、熱処理後に室温時効硬化が進行し成形性がやや低下
した。また１７０℃に加熱しても高強度を得ることかで
きなかった。比較例２７ては最終熱処理温度が高すぎた
ため、材料が硬化し成形性が低下した。

第４表 （ｗｔ％） 第５表 Ｅｖ　、エリクセン値 第６表 ［発明の効果］ 本発明によって、室温時効硬化が抑制され成形性が向上
するとともに、形状凍結性が向上し、また、塗装焼付硬
化性に優れたプレス加工用の材料を供給することかでき
る。そして、従来より薄い板の各種成形材が製造可能と
なり、より一層の加工品の軽量化を促進することが可能
となる。さらに本発明は主に板材の例を述べたが、押出
材等の他の製造方法の場合にも合金製造の原理は同しで
あるため、適用可能である。

また、塗装焼付温度か近い将来１５０℃もしくはそれ以
下に低下しても、１７０℃加熱はどの硬化は期待できな
いが、本発明によって製造すれば、従来法よりも明らか
に良好な性能のものか得られる。

特許出願人　住友軽金属工業株式会社 代理人　弁理士　小　松　秀　岳 代理人　弁理士　旭　　　　　宏

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｓｉ：０．４％以上１．５％未満Ｍｇ
   ：０．３％以上０．５％未満 を含有し、残部はＡｌからなる合金を半連続鋳造し、得
   られた鋳塊を圧延後、１００℃／ｍｉｎ以上の昇温速度
   で４５０℃以上５８０℃未満の保持温度に加熱し、４５
   ０℃から保持温度に達し保持完了するまでの時間を１０
   ｓ以上１０ｍｉｎ未満として溶体化処理した後、１５０
   ℃以下まで１００℃／ｍｉｎ以上の速度で冷却の後、室
   温放置時間をできるだけ短くして、５０℃以上１５０℃
   以下に１０ｍｉｎ以上５００ｍｉｎ以下保持することを
   特徴とする成形性、形状凍結性及び塗装焼付硬化性に優
   れた成形加工用アルミニウム合金材の製造法。
2. （２）重量％でＳｉ：０．４％以上１．５％未満Ｍｇ：
   ０．３％以上０．５％未満 を含有し、更に Ｃｕ：０．２０％以下 Ｍｎ：０．２０％以下 Ｃｒ：０．２０％以下 の１種以上を含有し、残部はＡｌからなる合金を半連続
   鋳造し、得られた鋳塊を圧延後、１００℃／ｍｉｎ以上
   の昇温速度で４５０℃以上５８０℃未満の保持温度に加
   熱し、４５０℃から保持温度に達し保持完了するまでの
   時間を１０ｓ以上１０ｍｉｎ未満として溶体化処理した
   後、１５０℃以下まで　１００℃／ｍｉｎ以上の速度で
   冷却の後、室温放置時間をできるだけ短くして、５０℃
   以上１５０℃以下に１０ｍｉｎ以上５００ｍｉｎ以下保
   持することを特徴とする成形性、形状凍結性及び塗装焼
   付硬化性に優れた成形加工用アルミニウム合金材の製造
   法。