JPH04301055A - 深絞り性に優れた成形加工用アルミニウム合金板材の製造法 - 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】

【０００１】

【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部材の製造に適したプレス加
工時の深絞り成形性に優れた成形加工用アルミニウム合
金板材の製造法に関するものである。

【０００２】

【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
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に転換して軽量化する動きが活発で
ある。

【０００３】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（プレス加工時に型の形状
が正確に出ること）、３）高強度、４）耐デント性、５
）耐食性等の性能が満たされることが必要である。この
なか、日本では鉄鋼材料ならびにアルミニウム合金を使
用する上で、成形性の良い材料の開発に重点がおかれて
きた。したがって、合金としては５０００系のＡｌ−Ｍ
ｇ−Ｚｎ−Ｃｕ合金（特開昭５３−１０３９１４、特開
昭５８−１７１５４７）及びＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ合金（特
開平２−５７６５５）等が開発され、実用化されてきた
。

【０００４】これに対して、欧米では成形性は５０００
系合金より劣るが、強度の優れた６０００系（Ａｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系合金）の６００９、６１１１、６０１６合金
が開発されている。

【０００５】以上の成形性を向上するに当り、材料開発
の指標としては、一軸変形である伸びや張り出し特性で
あるエリクセン値が多く用いられてきている。しかし、
各種自動車部材、例えば成形の厳しい自動車のボディパ
ネルインナー材の成形には、伸びや張り出しばかりでな
く、深絞り特性も向上させることが必要であり、深絞り
性の指標としてはｒ値（ランクフォード値）がしばしば
用いられる。ｒ値は、その値が大きいほど板厚の変化に
対する板幅方向の変化が大きいことを意味する。つまり
、深絞りの要素が大きい材料のプレス成形において、材
料が破断なく流れ込み、成形し易いことを示し、鉄鋼材
料ではｒ値向上の材料開発が既に多く行われている。 ｒ値の測定方法についてはＪＩＳには規定がないが、例
えばＡＳＴＭ　　Ｅ５７１に示されている。

【０００６】自動車ボディシート用として開発された５
０００系合金の既公開文献としては、前述のものの他、
特公昭６２−４２９８５、特開昭６２−２７５４４、特
開昭６２−２０７８５０、特開昭６３−６９９５２、特
開平１−１９８４５６、特開平１−２２５７３８、特開
平２−１１８０４９、特開平１−２１９１３９、特開平
２−１１８０５０等がある。しかし、この中のいくつか
はＬＤＲで深絞り性を表現しているが、いずれも伸びや
エリクセン値の向上に主力をおいた開発であり、ｒ値に
ついて検討を加えたものはない。

【０００７】自動車ボディパネル用合金のｒ値の記述と
しては、例えば住友軽金属技報、２７（１９８６）、１
９８や神戸製鋼技報、４０（１９９０）、９９などがあ
るが、５０００系合金では、ｒ値（各方向の平均値）が
０．６程度の値がほとんどである。又、例えばアルミニ
ウム合金板の成形性、軽金属学会研究部会報告書Ｎｏ．
１２（１９８５．４）で、各種アルミニウム合金の評価
が行われているが、伸びが低い材料ではｒ値が１以上の
高いものもあるが、伸びが２８％以上で、ｒ値が０．７
以上の成形性の良好な材料はない。したがって、ｒ値が
０．７〜０．８以上で、深絞り成形性が良好で、かつ、
他の性質である伸びやエリクセン値も良好な材料の開発
が強く望まれていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、化学成分及
び加工熱処理工程の詳細な検討により、ｒ値が０．７０
以上で伸びが２８％以上のプレス加工用の材料を提供す
るものである。熱間加工後に中間焼鈍を加えることは、
例えば特開昭６２−１４６２３４で示されている。これ
は熱間圧延の直後に中間焼鈍を加えるものであるが、本
発明はこれとは全く異なる観点からなされたもので、熱
間加工後の冷間加工→中間焼鈍→冷間加工→最終熱処理
の最適な組合せにより上記目的を達成するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量％でＭｇ
：３．５％以上６．５％以下、Ｃｕ：０．０５％以上０
．６％以下、Ｓｉ：０．０１％以上０．１５％未満、Ｆ
ｅ：０．０１％以上０．２０％未満を含有し、あるいは
さらに、Ｍｎ：０．０１％以上．０．５０％未満、Ｃｒ
：０．０１％以上０．２０％未満、Ｖ：０．０１％以上
０．２０％未満、Ｚｒ：０．０１％以上０．１０％未満
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、得られた鋳塊を熱間圧延後、加工度５０％以上
の冷間圧延を施した後、２８０℃以上４４０℃未満で３
０分以上、１２時間未満の中間焼鈍を施し、さらに１０
％以上５０％未満の加工度の冷間圧延を施し、最終熱処
理として１００℃／分以上の昇温速度で４５０℃以上５
６０℃未満に加熱し、この温度範囲で１０秒以上３００
秒未満の保持の溶体化処理後、１５０℃以下まで１００
℃／分以上の速度で冷却することを特徴とする深絞り性
に優れた成形加工用アルミニウム合金板材の製造法であ
る。

【００１０】以上の組成及び処理条件の限定理由は下記
のとおりである。Ｍｇ：固溶体硬化により合金の強度を
得る上で必要である。３．５％未満では十分な強度が得
られず、６．５％を越えると熱間圧延時に圧延割れを起
こしやすく、現時点では工業的ではない。

【００１１】Ｓｉ、Ｆｅ：下限未満では、９９．９９％
ベース高純度地金を大量に使用しなければならず、工業
的でない。又、その上限を越えて含まれると高延性が得
られない。特にこれらの不純物の量の許容範囲はＳｉの
方をＦｅよりも厳しくしている。Ｓｉは理想的には０．
０５％未満である。

【００１２】Ｃｕ：添加することにより強度を増すとと
もに、Ｓ相の析出により熱間加工時に均一変形を促進し
、延性に優れた良好な材料を得ることができる。しかし
、この高延性を得るメカニズムについては、また不明な
点も多い。下限未満では十分な強度と伸びが得られない
。より好ましくは０．１５％以上の添加とする。また、
上限を越えて添加すると耐食性が良好な材料を得ること
ができない。

【００１３】Ｍｎ、Ｃｒ、Ｖ、Ｚｒ：添加することによ
りさらに強度を増し、又、結晶粒を均一化することがで
き、成形性が向上する。しかし、その上限以上の添加で
は粗大な金属間化合物が増えてくるため成形性が低下し
、又、結晶粒が細かくなりすぎて、ストレッチャストレ
インマークが発生し易くなる。

【００１４】中間焼鈍前の冷間加工度：５０％未満では
ｒ値を向上させることができない。望ましくは冷間加工
度６５％以上である。

【００１５】中間焼鈍：所定の加工度の冷間加工の間に
行うことによりｒ値を向上させることができる。下限未
満の温度もしくは時間では最終熱処理後のｒ値が向上し
ない。又、上限を越える温度では結晶粒が粗大化し、好
ましくない。さらに、上限を越える長い時間中間焼鈍を
施してもそれ以上の効果が期待できず工業的でない。

【００１６】中間焼鈍後の冷間加工度：下限より少ない
と最終熱処理後に結晶粒が粗大化し、プレス成形時に肌
荒れし好ましくない。又、ｒ値も低くなる。一方、上限
よりも大きいとｒ値の平均値が小さくなる。

【００１７】溶体化処理条件：１００℃／分未満の昇温
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、Ｃｕ系の析出物の固溶が不十分
であり、延性が低く、５６０℃以上では高温酸化により
製品としての価値が劣る。又、４５０℃以上の保持時間
は１０秒未満では析出物の固溶が不十分であり、３００
秒以上保持してもそれ以上性能が上がることはなく、工
業的に意味がないばかりか、表面酸化皮膜が厚くなり、
溶接時に表面のみ接触抵抗が高くなり、健全な溶接がで
きなくなる可能性がある。さらに過剰に溶体化処理を行
うと結晶粒が粗大化しプレス成形時に肌荒れを起こす危
険性がある。肌荒れは結晶粒径が１００μｍ（理想的に
は５０μｍ）以下とすることにより防ぐことが可能で、
目に見えない所ではそれほど問題とならないが、例えば
自動車の外板のように目につくところでは製品として問
題となる。さらに、溶体化処理後の１５０℃までの冷却
速度は１００℃／分未満では粒界に金属間化合物や不純
物が析出し、延性が低下するので成形性が劣る。

【００１８】

【実施例】表１に示す合金を半連続鋳造後、５００℃で
８時間の均質化処理を行った後、室温まで冷却し、鋳肌
部の表面切削を行った。次に５００℃まで再加熱し、熱
間圧延を開始し、所定の厚さとした。そして、表２に示
す加工度の冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延を経て、厚さ
１ｍｍの板とした。さらに、連続焼鈍炉において最終熱
処理（溶体化処理）を行い、冷却の後レベラー矯正を施
した。

【００１９】

【表１】 注：上記成分の他に、鋳造組織の微細化の目的で、０．
０１％のＴｉ及び高温酸化防止の目的で１ｐｐｍのＢｅ
が添加されている。

【００２０】

【表２】

【００２１】表２に供試材の評価結果を示す。評価はＪ
ＩＳ　　５号試験片（標点距離５０ｍｍ）を用い、ひず
み速度５０％／分での圧延平行方向を引張方向とする引
張試験、エリクセン試験を行った。ｒ値については上記
の引張試験片を用い、０％及び１５％引張変形したとこ
ろでの測定から求めた。さらに、５０ｍｍ×１００ｍｍ
の大きさの試験片を用いた５％塩化ナトリウム水溶液に
よる１０００時間の塩水噴霧試験を行った。判定は、引
張強さが２００ＭＰａ以上、伸びが２８％以上、エリク
セン値が１０．０ｍｍ以上、ｒ値が０．７以上であり、
かつ塩水噴霧試験において０．０２ｍｍ以上の深さの孔
食が発生しなかった材料を合格とした。結晶粒径につい
ては板面の観察において１００μｍ以下を合格とした。

【００２２】

【表３】

【００２３】本発明例１〜１１は、いずれも要件が特許
請求の範囲内であり、良好な性能が得られている。比較
例１はＭｇ量が特許請求の範囲の下限より少ないため、
引張強さが低く、構造部材としては適切でない。比較例
２はＦｅ及びＳｉ量が特許請求の範囲の上限よりも多か
ったため、伸び及びエリクセン値が低くなった。又、Ｃ
ｕ量が特許請求の範囲の上限よりも多かったため、塩水
噴霧試験で孔食が発生した。比較例３及び４は、いずれ
も中間焼鈍前の冷間加工度が特許請求の範囲の下限より
も低く、又、中間焼鈍後の冷間加工度が特許請求の範囲
の上限よりも大きかったため、ｒ値が小さくなった。比
較例５は中間焼鈍の温度及び時間が特許請求の範囲の下
限より小さかったため、ｒ値が小さくなった。比較例６
は中間焼鈍後の冷間加工度が特許請求の範囲の下限より
小さかったため、伸びが低く又結晶粒が粗大化した。以
上により比較例はいずれも本発明例よりも明らかに劣る
ものである。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、伸びが２８％以上、ｒ
値が０．７０以上の深絞り特性の優れたプレス加工用ア
ルミニウム合金板材を得ることができ、従来プレス成形
できなかった厳しい形状、特に絞り成形性が重要な自動
車のボディパネルをはじめ、その応用として各種用途の
部材が成形でき、アルミニウム合金材料の用途を広げる
ことが可能になる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量％で、Ｍｇ：３．５％以上６．５
   ％以下、Ｃｕ０．０５％以上０．６％以下、Ｓｉ：０．
   ０１％以上０．１５％未満Ｆｅ：０．０１％以上０．２
   ０％未満を含有し、残部はＡｌからなる合金を半連続鋳
   造し、得られた鋳塊を熱間圧延後、加工度５０％以上の
   冷間圧延を施した後、２８０℃以上４４０℃未満で３０
   分以上１２時間未満の中間焼鈍を施し、さらに１０％以
   上５０％未満の加工度の冷間圧延を施し、最終熱処理と
   して１００℃／分以上の昇温速度で４５０℃以上５６０
   ℃未満に加熱し、この温度範囲で１０秒以上３００秒未
   満の保持の溶体化処理後、１５０℃以下まで１００℃／
   分以上の速度で冷却することを特徴とする深絞り性に優
   れた成形加工用アルミニウム合金板材の製造法。
2. 【請求項２】　　重量％で、Ｍｇ：３．５％以上６．５
   ％以下、Ｃｕ：０．０５％以上０．６％以下、Ｓｉ：０
   ．０１％以上０．１５％未満、Ｆｅ：０．０１％以上０
   ．２０％未満を含有し、さらにＭｎ：０．０１％以上０
   ．５０％未満、Ｃｒ：０．０１％以上０．２０％未満、
   Ｖ：０．０１％以上０．２０％未満、Ｚｒ：０．０１％
   以上０．１０％未満の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、得られた鋳塊を熱間圧延後
   、加工度５０％以上の冷間圧延を施した後、２８０℃以
   上４４０℃未満で３０分以上１２時間未満の中間焼鈍を
   施し、さらに１０％以上５０％未満の加工度の冷間圧延
   を施し、最終熱処理として１００℃／分以上の昇温速度
   で４５０℃以上５６０℃未満に加熱し、この温度範囲で
   １０秒以上３００秒未満の保持の溶体化処理後、１５０
   ℃以下まで１００℃／分以上の速度で冷却することを特
   徴とする深絞り性に優れた成形加工用アルミニウム合金
   板材の製造法。