JPH04263034A

JPH04263034A - 焼付硬化性に優れたプレス成形用アルミニウム合金板及びその製造方法

Info

Publication number: JPH04263034A
Application number: JP41875590A
Authority: JP
Inventors: Aoshi Tsuyama; 青史津山; Takeshi Fujita; 毅藤田; Shinji Mitao; 三田尾　真司; Osamu Kuboyama; 久保山　修; Kuninori Minagawa; 邦典皆川
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1992-09-18

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、比較的低温短時間の
焼付においても硬化性が高く、圧延熱処理のままで優れ
たプレス成形性を有する、自動車車体等に好適なアルミ
ニウム合金板及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より自動車ボディーシート等の成形
加工用板材として表面処理冷延鋼板が多用されているが
、近年、自動車の燃費向上のための軽量化の要望が高ま
っており、その要望を満たすべく自動車ボディーシート
等にアルミニウム合金板が使用され始めてきている。

【０００３】自動車ボディーシート用アルミニウム合金
としては、非熱処理型の５１８２等、熱処理型の２０３
６、６００９、６０１０等が開発されている。また、非
熱処理型の５×××系にＣｕやＺｎを微量添加し、熱処
理して用いることを前提としたものが開発されている（
特開昭５７−１２０６４８、特開昭５３−１０３９１４
等）。

【０００４】ところで、近年、省エネルギーの観点から
、塗装焼付をこれまで以上に低温短時間で実施しようと
する試みがなされている。しかしながら、この場合、上
述した従来のアルミニウム合金では、焼付硬化がほとん
ど得られず、耐デント性が劣るという問題がある。この
ことが、アルミニウム合金を冷延鋼板に代えて自動車ボ
ディーシート等に使用することの障害になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明はかかる事情
に鑑みてなされたものであって、自動車車体用等として
十分なプレス成形性を有し、低温かつ短時間の焼付にお
いても焼付硬化性が良好なアルミニウム合金板及びその
製造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本願発明者等は
、上記目的を達成するために種々検討を重ねた結果、化
学成分組成を適切に調整し、製造条件を適正化すること
により、熱処理後の伸びが３０％以上で、かつ例えば１
６５℃で２０分間といつた低温・短時間の焼付処理にお
いても焼付後の降伏強度を焼付前よりも３〜５ｋｇｆ／
ｍｍ２以上硬化することを見出し、本発明を完成するに
至った。すなわち、本発明は、プレス成形性の向上と塗
装焼付後の耐デント性の向上を図るべく、材料特性とし
ての破断伸びと、低温・短時間焼付後の降伏強度との両
特性を改善したものである。

【０００７】特に、化学成分組成については、塗装焼付
後における高強度化けの観点から、Ａｌ−Ｍｇ系合金に
微量のＳｉ及びＣｕを意図的に添加し、さらに鋳塊組織
および結晶粒調整のために極微量のＴｉ、Ｂ及びＺｒを
添加した。

【０００８】すなわち、この発明に係る焼付硬化性に優
れたプレス成形用アルミニウム合金板は、重量％で、Ｍ
ｇを３．０〜１０％、Ｓｉを０．１２〜０．４％、Ｃｕ
を０．２〜０．８％、Ｚｎを０．５％以下、Ｔｉを０．
００５〜０．１５％、Ｂを０．０００２〜０．０５％、
Ｚｒを０．０１〜０．１５％，Ｆｅを０．０３〜０．３
％の範囲で含有し、かつＳｉ及びＣｕが０．５％≦Ｃｕ
＋２Ｓｉ≦１．４％の関係を満たし、残部がＡｌ及び不
可避的不純物からなることを特徴とする。この組成に対
し、０．０１〜０．１８％のＭｎ、０．０１〜０．１８
％のＣｒ、及び０．０１〜０．１８％のＶのうち１種又
は２種以上をさらに含ませることもできる。この場合に
、板厚中心部の平均粒径が５０μｍ以上であり、降伏点
伸びが生じないことが好ましい。

【０００９】また、この発明に係る焼付硬化性に優れた
プレス成形用アルミニウム合金板の製造方法は、上記組
成のアルミニウム合金鋳塊に対して４５０〜５８０℃の
範囲内の温度で１段又は多段の均質化処理を施した後、
この鋳塊を熱間圧延及び冷間圧延することにより所望の
板厚とし、次いで４４０〜５８０℃の範囲内の温度まで
３℃／秒以上の加熱速度で加熱してその温度で１２０秒
間以下の間保持し、その後２℃／秒以上の冷却速度で冷
却することを特徴とする。この場合に、熱間圧延と冷間
圧延との間、又は冷間圧延と冷間圧延との間、又はその
両方で、３２０〜５８０℃の範囲内の温度における中間
焼鈍処理を１回又は２回以上実施することが好ましい。

【００１０】以下、この発明について詳細に説明する。なお、以下の説明において％表示は重量％を表わす。

【００１１】先ず、この発明に係るアルミニウム合金の
成分組成の限定理由について説明する。

【００１２】Ｍｇ：　　Ｍｇは本発明に係る合金におけ
る必須の基本成分であり、適量合金されることにより合
金の強度及び成形性の向上に大きく寄与する。しかし、
Ｍｇが３．０％未満では十分な伸び及び塗装焼付硬化性
が得られず、逆に１０％を超えると熱間圧延時に割れが
顕著となり、熱間加工性が劣化する。従って、Ｍｇの含
有量を３．０〜１０％の範囲に規定する。

【００１３】Ｓｉ：　　ＳｉはＭｇと結びついてＭｇ２
Ｓｉ系折出物を形成し、塗装焼付後の強度上昇に大きく
寄与する重要な元素である。しかし、Ｓｉが０．１２％
未満ではその効果が十分でない。また、本発明のように
Ｍｇ２Ｓｉの平衡量に対してＭｇが極めて過剰に含有さ
れている場合には、低温の焼付でも硬化が生じる反面、
逆に０．４％を超えると、溶体化熱処理においても熱間
圧延時等で析出した粗大なＭｇ２Ｓｉ系析出物が固溶せ
ず、成形性を低下させる。従って、Ｓｉの含有量を０．
１２〜０．４％に規定する。

【００１４】Ｃｕ：　　Ｃｕは主としてＡｌ−Ｍｇと結
びつき、Ａｌ２ＣｕＭｇ系析出物を形成し、塗装焼付に
よる強度上昇に寄与する。しかし、Ｃｕが０．２％未満
ではその効果が十分でなく、逆に０．８％を超えると成
形性が低下すると共に耐糸さび性等の耐食性にも悪影響
を及ぼす。従って、Ｃｕの含有量を０．２〜０．８％に
規定する。

【００１５】Ｚｎ：　　Ｚｎは自然時効によりＭｇと結
びついてＭｇＺｎ２系折出物を形成し、熱処理ままでの
強度上昇に寄与する。しかし、成形性に対しては負の硬
化を有しており、また焼付硬化能は小さい。そして、０
．５％を超えると上述のＭｇ，Ｓｉ，Ｃｕの焼付硬化能
を低下させる。従って、Ｚｎを添加する場合には、その
含有量を０．５％以下に規定する。

【００１６】Ｔｉ，Ｂ：　　Ｔｉ及びＢはＴｉＢ２等と
して存在し、鋳塊の結晶粒を微細化する効果を有する。しかし、これらを過剰に添加すると粗大な晶出物を生成
し、成形性を劣化させるので、Ｔｉ及びＢの含有量を、
夫々０．００５〜０．１５％、及び０．０００２〜０．
０５％の範囲に規定する。

【００１７】Ｚｒ：　　ＺｒはＡｌ３Ｚｒとして析出し
、鋳塊のみならず熱処理時の結晶粒の粗大化を抑制して
組織を均一にし、成形性向上にも寄与する。また同様に
結晶粒粗大化抑制効果を有する後述のＭｎ，Ｃｒ，Ｖに
比べて含有量が少量でも十分に効果があり、加えて結晶
粒粗大化抑制効果を有するＡｌ３ＺｒそのものがＭｎ，
Ｃｒ，Ｖの化合物よりも微細である。従って、Ｍｎ，Ｃ
ｒ，Ｖと比較して成形性への悪影響が極めて少ない。し
かしながら、Ｚｒが過剰に含有されると成形性を劣化さ
せるので、その含有量を０．０１〜０．１５％の範囲と
する。

【００１８】Ｆｅ：　　Ｆｅは不可避的不純物として通
常アルミニウム合金に含有されるものである。そして、
その含有量が０．３％を超えると粗大な晶出物が生成さ
れやすくなるので、このような晶出物の生成を抑制する
観点から、これらの上限を０．３％とする。しかしなが
ら、逆にこれらの含有量が少なすぎても成形性が劣化す
るので下限を０．０３％とする。従って、Ｆｅの含有量
を０．０３〜０．３％の範囲に規定する。

【００１９】以上が、本発明のアルミニウム合金板の必
須元素であるが、これらのうちＳｉ及びＣｕについては
、以下の（１）式を満たす必要がある。

【００２０】０．５％≦Ｃｕ＋２Ｓｉ≦１．４％　　………（１）こ
れは、この値が０．５％未満では十分な焼付硬化能が得
られず、逆に１．４％を超えるとその効果が飽和すると
共に、成形性が劣化するからである。従って、Ｃｕ＋２
Ｓｉを上述の範囲に規定する。

【００２１】本発明おいては、以上の必須元素の他、必
要に応じてＭｎ，Ｃｒ，及びＶのうち１種又は２種以上
を適量含有させてもよい。これらの元素は、０．０１％
以上でＺｒと同様に結晶粒粗大化を抑制する効果を有す
るが、Ｚｒに比べその効果がやや小さく、０．１８％を
超えると成形性劣化の度合が大きい。従って、これらを
添加する場合には、含有量はいずれも０．０１〜０．１
８％の範囲に規定する。

【００２２】上記元素の他、通常のアルミニウム合金と
同様、不可避的不純物が含有されるが、その量は本発明
の効果を損なわない程度の範囲で許容される。例えば、
Ｂｅ、Ｎａ、Ｋ等は、夫々０．００１％以下程度であれ
ば、含有されていても特性上の支障はない。

【００２３】このような組成のアルミニウム合金をイン
ナ材でなく、アウタ材として用いる場合には、表面に生
じるプレス歪模様が問題となる。このプレス歪模様は、
降伏点伸びが生じることにより発生し、結晶粒径が小さ
い場合に発生しやすくなる。従って、このようなプレス
歪み模様をなくするために平均結晶粒径を５０μｍ以上
に制御し、引張試験における降伏点伸びを生じさせない
ようにすることが必要である。

【００２４】次に、この発明の合金の製造条件について
説明する。

【００２５】上記範囲に成分・組成が規定されたアルミ
ニウム合金を常法により溶解・鋳造し、その鋳塊に対し
て４５０〜５８０℃の範囲内の温度で１段又は多段の均
質化熱処理を施す。このような均質化処理を施すことに
より、鋳造時に晶出した共晶化合物の拡散固溶を促進し
、局部的ミクロ偏析を軽減する。また、この処理により
、最終製品の結晶粒粗大化を抑制し、均一化を図るうえ
で重要な役割を果たすＺｒの化合物を微細に析出させる
ことができる。しかし、この処理の温度が４５０℃未満
の場合には上述したような効果が不十分であり、一方５
８０℃を超えると共晶融解が生じる。従って、均質化処
理の温度を４５０〜５８０℃の範囲とした。なお、この
温度範囲内での保持時間は特に規定されないが、上述し
た効果が十分に得られ、かつ経済性が損なわれない好ま
しい範囲は１〜７２時間である。

【００２６】次いで、このような均質化処理が施された
鋳塊に対し、常法に従って所定の板厚を得るために熱間
圧延及び冷間圧延を行う。また、歪矯正及び表面粗度調
整のため、５％以下のスキンパス圧延を実施してもよい
。

【００２７】その後、このような圧延板材に対し、４４
０〜５８０℃の範囲内の温度に３℃／秒以上の加熱速度
で加熱して、その温度で１２０秒間以下の期間保持し、
２℃／秒以上の冷却速度で急速冷却するといった条件の
熱処理を施す。この熱処理は、焼付硬化に対する寄与が
大きいＭｇ２Ｓｉ等の金属間化合物の溶体化を図り、か
つ結晶粒の調整を行うことにより、プレス成形性及び焼
付硬化性の向上を達成するものである。この場合に、加
熱速度が３℃／秒未満であったり、加熱温度が５８０℃
を超えたり、保持時間が１２０秒よりも長かったりする
と、結晶粒の一部が異常粒成長を起こしてしまう。また
、加熱温度が４４０℃未満では、上述の溶体化の効果が
不十分なものとなってしまう。さらに、冷却速度が２℃
／秒未満では、冷却中に上述の金属間化合物が粗大に析
出し、プレス成形性及び焼付硬化性の点で望ましくない
。従って、上述のように製造条件が規定される。

【００２８】なお、アウターパネル材として用いる場合
には、前述したようにプレスによる歪み模様が問題にな
るが、これを抑制するためには加熱温度が４８０℃以上
であることが望ましい。

【００２９】このような工程に加えて、上述の熱間圧延
と冷間圧延との間、又は冷間圧延と冷間圧延との間、又
はその両方で、１回又は２回以上の中間焼鈍を施すこと
が望ましい。この中間焼鈍は、冷間圧延の際に強圧下す
る場合のエッジ割れを防止し、また、Ｍｇ化合物を析出
させて再結晶核とし、組織を均一化し、もって成形性を
向上させる。これらの効果により生産性を向上させるこ
とができる。この際の温度が３２０℃未満ではその効果
が十分ではなく、また５８０℃を超えると共晶融解が生
じるので、３２０〜５８０℃の範囲で中間焼鈍を行う。なお、この中間焼鈍は必須のプロセスではなく、省プロ
セスの観点からはこの中間焼鈍を省略しても構わない。

【００３０】なお、このような熱処理が施された板材に
対し、必要に応じて歪矯正の目的で５％以下のストレッ
チング、レベリング、又はスキンパスを実施してもよい
。

【００３１】このようにして得られたアルミニウム合金
板は、破断伸びが３０％以上となり、また焼付硬化性に
も優れている。従って、このようなアルミニウム合金板
は自動車ボディーシート用として好適である。

【００３２】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。（実施例１）表１、表２に示すような成分・組成を有す
る合金を溶解−連続鋳造し、５１０℃で１０時間、さら
に冷却の途中で４５０℃で４時間の２段の均質化処理を
実施し、次いで鋳片を４６０℃に加熱し、板厚４ｍｍま
で熱間圧延を行い、３５０℃で２時間の中間焼鈍を施し
た。その後、冷間圧延により板厚１ｍｍまで仕上げた。なお、熱間圧延の仕上り温度は３００℃であった。また
、中間焼鈍は昇温・冷却ともに５０℃／時間の徐加熱及
び徐冷で行った。この厚さ１ｍｍの板材を５１０℃まで
１０℃／秒の速度で加熱し、１０秒保持後、強制空冷に
より２０℃／秒の速度で冷却した。

【００３３】このようにして製造した板材を２５℃で３
週間放置後、所定形状に切出し、引張試験（ＪＩＳ５号
，引張方向：圧延方向）及びコニカルカップ試験（ＪＩ
ＳＺ２２４９：試験工具１７型）を実施した。なお、コ
ニカルカップ試験はプレス成形のシミュレートとして行
い、張出しと深絞りとの複合成形性をＣＣＶ（ｍｍ）に
より評価した（ＣＣＶが小さいほど成形性に優れている
）。また、塗装焼付をシミュレートするために、１６５
℃で２０分間の熱処理を施し、その後もう一度上述と同
一条件で引張試験を行った。

【００３４】これらの試験結果を表３、４に示す。なお
、「焼付硬化」の欄は、焼付シミュレート後の降伏強度
から、最終熱処理後の降伏強度を引いた値を示している
。また、降伏点伸び及びプレス歪模様の有・無も合わせ
て表３、４に記載した。プレス歪模様は降伏点伸びと関
係があり、降伏点伸が生じたものはプレス歪模様が発生
する。

【００３５】なお、表１の合金番号１〜２１は本発明の
組成範囲内の実施例であり、表２の合金番号２２〜４０
はその範囲から外れる比較例である。また、比較例のう
ち合金番号３９、４０は自動車ボディーシート用として
実績のあるものである。

【００３６】表３から明らかなように、実施例である合
金番号１〜２１は破断伸びが３０％以上と高く、ＣＣＶ
も良好で優れた成形性が得られた。また、焼付硬化も降
伏強度で３〜５ｋｇｆ／ｍｍ２以上と高い値を有してい
ることが確認された。

【００３７】これに対して、比較例であるである合金番
号２２〜４０は、表４から明らかなように、成形性及び
焼付硬化性のうち双方又は一方が実施例よりも劣ってい
た。例えばＭｇ含有量が低い合金番号２２，４０、Ｓｉ
含有量が低い合金番号２３，３８、Ｃｕ含有量が低い合
金番号２５，３９、及びＣｕ＋２Ｓｉの値が低い合金番
号２７はほとんど焼付硬化がなく、あっても高々２ｋｇ
ｆ／ｍｍ２程度であった。また、Ｓｉ，Ｃｕ，２Ｓｉ＋
Ｃｕ，Ｚｎ，Ｔｉ−Ｂ，Ｚｒ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ−Ｖの
量が夫々本発明の範囲よりも多い合金番号２４，２６，
２９，３１，３３，３５，３６，３７は、伸びが３０％
未満であった。さらに、Ｔｉ−Ｂ，Ｚｒの量が夫々本発
明の範囲よりも少ない合金番号３０，３２も伸びが低い
値となった。さらにまた、伸びが低いものではＣＣＶが
悪いという傾向が見られたが、Ｆｅ量が低い合金番号３
４では伸びが３０％を超えるにもかかわらずＣＣＶが悪
い値となった。

【００３８】また、合金番号３３，３６，３７，３９で
は平均粒径が１２〜２６μｍと小さく、降伏点伸びが生
じ、歪模様が確認された。これに対し、実施例である合
金番号１〜１９では平均粒径が５２〜７２μｍ、及び比
較例の合金番号２２〜３１，３４，３５，３８では平均
粒径が５１〜７６μｍ、合金番号３２では１４５μｍと
平均粒径が５０μｍより大きく歪模様は発生しなかった
。なお、実施例の合金番号２０，２１は平均粒径が夫々
３５、３２μｍであり、比較例の合金番号４０は平均粒
径が２０μｍ程度といずれも平均粒径が５０μｍ未満で
あったが、降伏点伸びは生じず、歪模様は確認されなか
った。（実施例２）次に、表１に示した合金のうち、合金番号
２の組成を有する鋳塊を使用し、表５に示す製造条件で
合金板材を製造した。なお、表５に特に記載されていな
い処理については実施例１の条件を採用した（圧延条件
等）。なお、表３中記号Ａ〜Ｄは本発明に係る製造方法
の範囲内の実施例であり、記号Ｅ〜Ｌはその範囲から外
れる比較例である。なお、中間焼鈍は熱間圧延と冷間圧
延との間で行ったもので、中間焼鈍１では加熱速度を５
０℃／時間、冷却速度を５０℃／時間の徐加熱・徐冷と
し、中間焼鈍２では加熱速度及び冷却速度ともを１０℃
／秒の急熱・急冷とした。

【００３９】このようにして製造した板材について実施
例１と同様の評価試験を行った。その結果も表５に併記
する。

【００４０】表５から明らかなように、本発明の条件を
満足しない比較例は伸び及び成形性、あるいは焼付硬化
性が著しく劣ることが確認された。

【００４１】具体的には、均質化処理、中間焼鈍、及び
熱処理温度が高い条件Ｋ，Ｆ，及びＨは成形性のみなら
ず焼付硬化性に劣り、加熱温度が低い条件Ｌ及び冷却速
度が小さい条件Ｉでは十分な焼付硬化性が得られなかっ
た。また、均質化処理の温度が低い条件Ｅ、昇温速度が
小さい条件Ｇ、保持温度が長い条件Ｊでは成形性に劣る
ことが確認された。

【００４２】なお、製造条件Ｄではプレス時に歪模様が
現出するが、インナーパネル用として用いれば何等問題
は発生しない。

【００４３】

【発明の効果】この発明によれば、伸び、プレス成形性
、及び低温・短時間の塗装焼付の際の焼付硬化能が従来
のアルミニウム合金板よりも優れており、プレス成形性
と塗装焼付後の耐デント性が要求される自動車ボディー
シート用等として好適なアルミニウム合金板及びその製
造方法が提供される。従って、自動車車体の軽量化を推
進することが可能になるなど、地球環境汚染防止の観点
から価値が高い。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】

【表３】

【００４７】

【表４】

【００４８】

【表５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　重量％で、Ｍｇを３．０〜１０％、Ｓ
ｉを０．１２〜０．４％、Ｃｕを０．２〜０．８％、Ｚ
ｎを０．５％以下、Ｔｉを０．００５〜０．１５％、Ｂ
を０．０００２〜０．０５％、Ｚｒを０．０１〜０．１
５％，Ｆｅを０．０３〜０．３％の範囲で含有し、かつ
Ｓｉ及びＣｕが０．５％≦Ｃｕ＋２Ｓｉ≦１．４％の関
係を満たし、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする焼付硬化性に優れたプレス成形用アルミ
ニウム合金板。
【請求項２】　　重量％で、０．０１〜０．１８％のＭ
ｎ、０．０１〜０．１８％のＣｒ、及び０．０１〜０．
１８％のＶのうち１種又は２種以上をさらに含んでいる
ことを特徴とする請求項１に記載の焼付硬化性に優れた
プレス成形用アルミニウム合金板。
【請求項３】　　板厚中心部の平均粒径が５０μｍ以上
であり、降伏点伸びを生じないことを特徴とする請求項
１又は２に記載の耐食性及びプレス成形性に優れたプレ
ス成形用アルミニウム合金板。
【請求項４】　　重量％で、Ｍｇを３．０〜１０％、Ｓ
ｉを０．１２〜０．４％、Ｃｕを０．２〜０．８％、Ｚ
ｎを０．５％以下、Ｔｉを０．００５〜０．１５％、Ｂ
を０．０００２〜０．０５％、Ｚｒを０．０１〜０．１
５％，Ｆｅを０．０３〜０．３％の範囲で含有し、かつ
Ｓｉ及びＣｕが０．５％≦Ｃｕ＋２Ｓｉ≦１．４％の関
係を満たし、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるア
ルミニウム合金の鋳塊に対し、４５０〜５８０℃の範囲
内の温度で１段又は多段の均質化処理を施した後、この
鋳塊を熱間圧延及び冷間圧延することにより所望の板厚
とし、次いで４４０〜５８０℃の範囲内の温度まで３℃
／秒以上の加熱速度で加熱してその温度で１２０秒間以
下の間保持し、その後２℃／秒以上の冷却速度で冷却す
ることを特徴とする焼付硬化性に優れたプレス成形用ア
ルミニウム合金板の製造方法。
【請求項５】　　前記アルミニウム合金の鋳塊は、重量
％で、０．０１〜０．１８％のＭｎ、０．０１〜０．１
８％のＣｒ、及び０．０１〜０．１８％のＶのうち１種
又は２種以上をさらに含んでいることを特徴とする請求
項４に記載の焼付硬化性に優れたプレス成形用アルミニ
ウム合金板の製造方法。
【請求項６】　　熱間圧延と冷間圧延との間、又は冷間
圧延と冷間圧延との間、又はその両方で、３２０〜５８
０℃の範囲内の温度における中間焼鈍処理を１回又は２
回以上実施することを特徴とする請求項４又は５に記載
の焼付硬化性に優れたプレス成形用アルミニウム合金板
の製造方法。