JPH04318144A - 強度、焼付硬化性かつ成形性に優れたＡｌ合金板及びその製造方法 - 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、強度、焼付硬化性かつ
成形性に優れたＡｌ合金板及びその製造方法に係り、よ
り詳しくは、Ｔ４状態での素材強度が高く、素材の薄肉
化に対して有効で、かつ自動車部品、家電部品、機械部
品で加工時の成形性に優れ、これらの製造過程にある焼
付塗装（ベーキング）などの短時間加熱処理により強度
の向上が期待できるＡｌ合金板及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
自動車部品、家電部品、機械部品等の軽量化を主体とし
て使用されているＡｌ合金板は、プレスや曲げ等の成形
加工が行われ、加工後の塗装工程において、塗装膜に強
度を与えるために加熱処理（焼付塗装：ベーキング）が
行われている。その際の加熱温度を利用してＡｌ合金板
の強度を向上させる方法が行われている。

【０００３】かゝるＡｌ合金板としては、プレス等の成
形加工時には強度を低くし、成形が容易で、成形加工後
は、焼付塗装の加熱処理により強度が著しく向上する材
料であることが理想とされ、主としてＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系Ａｌ合金が使用されている。

【０００４】しかし、従来、この種の用途に使用される
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金及びその製造方法において
は、成形性或いは形状凍結性の重視により、Ｔ４状態で
の強度が極めて低く、更には焼付硬化後に強度が向上し
たとしても十分な強度が得られず、軽度な外力を加えた
だけで変形してしまうという問題があった。

【０００５】一方、自動車用部品においては、自動車の
低燃費規制により、更に軽量化が推進される傾向にある
。これにより、Ａｌ合金板の薄肉化が要求されるが、従
来のＡｌ合金板及びその製造方法では、Ｔ４状態での素
材強度を低くして成形性を向上させているか、或いは、
薄肉化のため素材強度を高くすると成形性が著しく劣る
等の問題があった。

【０００６】更に、最近の焼付塗装の焼付条件は、省エ
ネルギー化及び生産性向上のため、加えて樹脂などの高
温で処理できない部品の多用化が進み、塗料の進歩した
こと等により、低温化してきている。例えば、自動車用
部品Ａｌ合金の焼付温度は、従来は約２００℃であった
が、近年、１７０〜１６０℃の低温で処理されるように
なっている。このため、従来のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ
合金板及びその製造方法では、最近の傾向であるこのよ
うな低温処理で焼付硬化性を向上させることは極めて困
難であった。

【０００７】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、軽量化に伴う薄肉化に対
応した素材強度の高強度化、更には高強度にしても成形
性の劣化を顕著に抑制でき、かつ、焼付塗装時の焼付条
件が低い温度で、しかも、短時間の処理であっても優れ
た焼付硬化性を有するＡｌ合金板及びその製造方法を提
供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、従来のＡｌ−Ｍ
ｇ−Ｓｉ系合金の強化機構は次のような時効硬化機構に
基づくものであることが判明した。

【０００９】

【００１０】よって、素材強度を高強度化するための手
段として、次の２点が考えられた。 （１）比較的原子半径の小さく、かつＡｌ中の拡散速度
が著しく速い元素を用い、Ｔ４状態でのＧ．Ｐ．ゾーン
の析出を著しく促進させる。 （２）次いで、成形性の向上のために、成形性の目安と
なる伸びに関し、板厚方向の結晶粒を微細化すると共に
、晶出物や金属間化合物の量を最適化して、成形中の加
工硬化を低減することである。

【００１１】そこで、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金に上記２
点の効果を付与し得る主要添加元素を見い出すべく研究
を重ねたところ、（１）の条件を満足する元素としてＢ
ｅ、（２）の条件を満足する元素としてＭｎがあること
を見い出した。本発明は、かゝる知見に基づき、更にそ
の含有成分や製造条件等について詳細に研究を重ねて完
成したものである。

【００１２】すなわち、本発明は、Ｍｇ：０．３〜１．
０％、Ｓｉ：０．５〜２．０％をＭｇ／Ｓｉ比が１以下
で含有し、更にＢｅ：０．０３〜０．２％及びＭｎ：０
．０５〜１．０％を含有し、必要に応じ更にＣｕ：０．
８％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｃｒ：０．４％以下並
びにＦｅ：０．５％以下のうちの少なくとも１種を含有
している残部がＡｌ及び不純物からなる組成を有し、板
厚方向の結晶粒径が３０μｍ以下であることを特徴とす
る強度、１７０℃以下の低温焼付での焼付硬化性かつ成
形性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金板を要旨とす
るものである。

【００１３】また、その製造方法は、前記化学成分を有
するＡｌ合金鋳塊にバーニング温度以下の温度で均質化
処理を施した後、熱間圧延を行い、次いで冷間圧延を行
って所望の板厚とした後、溶体化処理として１００℃／
分以上の加熱速度で５３０〜５９０℃の温度に急速加熱
し、この温度域に１０秒以上保持した後、冷却速度を３
００℃／分以上で５０〜１２０℃の温度に焼入れし、そ
のまま５０〜１２０℃の温度で１〜４８時間の温度に保
持することを特徴とするものである。また、その製造方
法は、前記化学成分を有するＡｌ合金鋳塊を均質化処理
を施した後、熱間圧延を行い、次いで冷間圧延をし所望
の板厚とした後、溶体化処理として１００℃／分以上の
加熱速度で５００〜５９０℃の温度に急速加熱し、この
温度域に１０秒以上保持後、冷却速度を３００℃／分以
上で５０〜１２０℃の温度に焼入れし、そのまま５０〜
１２０℃の温度で１〜４８時間の温度に保持する。

【００１４】以下に本発明を更に詳述する。

【００１５】

【作用】まず、本発明における化学成分の限定理由につ
いて説明する。

【００１６】Ｍｇ：Ｍｇはそれ自体の固溶体強化と、Ｓ
ｉと共同して強度を付与する元素であり、時効析出物β
′−Ｍｇ２Ｓｉを析出し、更に後述するようにＣｕと結
合した場合、時効析出物Ｓ′−ＣｕＭｇＡｌ２の析出に
よる析出硬化により強度を付与するものである。しかし
、０．３％未満では十分な強度（以下、強度とは素材及
び１７０℃以下の低温焼付塗装後の強度をいう）が得ら
れず、また、１．２％を超えて添加すると、鋳造時に平
衡相Ｍｇ２Ｓｉが晶出として成長し、伸びの低下が見ら
れることにより成形性が著しく低下する。よって、Ｍｇ
含有量は０．３〜１．０％の範囲とする。

【００１７】Ｓｉ：ＳｉはＭｇと共同して主として時効
析出物β′−Ｍｇ２Ｓｉの析出による析出硬化で強度を
付与する元素である。しかし、０．５％未満では十分な
強度が得られず、また、２．０％を超えると平衡相Ｍｇ
２Ｓｉが晶出し、伸びを大きく低下させ、すなわち、成
形性の劣化を生ずる。よって、Ｓｉ含有量は０．５〜２
．０％の範囲とする。

【００１８】但し、Ｍｇ量とＳｉ量の比（Ｍｇ／Ｓｉ）
が１以下となるように成分調整をする必要がある。これ
は、この比が１より大きいと、低温焼付塗装による加熱
処理を施しても強度が上がらず、また素材で室温放置時
間が長いと成形性が劣化するためである。

【００１９】Ｂｅ：Ｂｅは原子半径が１．１３Åと小さ
く、かつＡｌ中の拡散係数が５２ｃｍ／ｓとＡｌ中の拡
散元素の中では最も大きいので、Ｔ４状態でのＧ．Ｐ．
ゾーンの析出や低温焼付塗装後のβ′−Ｍｇ２Ｓｉの析
出速度を促進し、強度の向上に寄与する元素である。し
かし、０．０３％未満では十分な強度を得ることができ
ず、また、０．２％を超えると耐食性及び成形性が劣化
する。 よって、Ｂｅ含有量は０．０３〜０．２％の範囲とする
。

【００２０】Ｍｎ：Ｍｎは、Ｃｕと同様に、第二層析出
物としてＭｎＡｌ６が析出し、溶体化処理を十分に行っ
て強度を上げてもＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の集合組織に
何ら変化を与えず、しかも合金組織の再結晶を抑制して
結晶粒を微細化する効果がある。そのため、成形向上に
寄与する元素である。しかし、０．０５％未満では、結
晶粒微細化効果が現われず、しかも、第二層析出物Ｍｎ
Ａｌ６の析出が顕著ではないため成形加工性の向上が認
められない。また、１．０％を超えて含有すると粗大な
晶出物を生成し、成形性を低下させる。よって、Ｍｎの
含有量は０．０５〜１．０％の範囲とする。この範囲で
Ｍｎを添加することにより、溶体化処理を十分に行って
素材強度を上げても、板厚方向の結晶粒が３０μｍ以下
にあり、しかも集合組織に変化を与えないため、成形性
の劣化は認められない。

【００２１】上述のことから、本発明では、上記Ｍｇ、
Ｓｉ量を含有したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金に、強度向上
添加元素としてＢｅを、更に成形性の低下を抑制する元
素としてＭｎを含有させることを必須条件とするもので
ある。なお、以下に説明する元素Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｆ
ｅのうちの少なくとも１種以上を必要に応じて含有させ
ることができる。

【００２２】Ｃｕ：Ｃｕは強度向上に寄与する元素であ
るが、０．８％を超えると耐食性及び成形性が低下する
。 よって、Ｃｕ含有量は０．８％以下とする。

【００２３】Ｔｉ：Ｔｉは鋳塊の結晶粒を微細にし、且
つ成形性を向上させる元素であるが、０．１％を超えて
含有すると、粗大な晶出物を生成し、成形性を低下させ
る。よって、Ｔｉ含有量は０．１％以下とする。

【００２４】Ｃｒ：Ｃｒは強度を向上させる効果のある
元素であるが、含有量が増加すると粗大な晶出物を生成
して、成形性を低下させることになる。よって、Ｃｒ含
有量は０．４％以下とする。

【００２５】Ｆｅ：Ｆｅは強度向上効果は小さいが、含
有量が多くなると晶出物の生成が著しく、成形性を低下
させることになる。よって、Ｆｅ含有量は０．５％以下
とする。

【００２６】次に、本発明の製造条件について説明する
。

【００２７】まず、上記化学成分を有するＡｌ合金鋳塊
に均質化処理を施す。均質化処理は、バーニング温度以
下の温度で行うのが望ましい。続いて熱間圧延を行うが
、この条件は、低温焼付での焼付硬化性に及ぼす効果は
小さいので、特に限定する必要がない。熱間圧延後、冷
間圧延を行って所望の板厚にする。本発明ではここまで
の工程の条件を特に限定する必要はないが、冷間圧延後
の溶体化処理を制御して製造することを最も特徴として
いる。

【００２８】すなわち、溶体化処理は、急速加熱で高温
短時間の処理、続いて急速冷却を行うことにより、素材
強度の向上及び低温焼付での焼付硬化性の向上を図るの
に重要な処理である。そのため、まず、１００℃／分以
上の加熱速度で５３０〜５９０℃の高温に急速加熱し、
この温度に１０秒以上保持する。加熱温度が５３０℃未
満の温度では強度の向上が少なく、また、低温焼付での
焼付硬化性の向上も小さい。また５９０℃を超える温度
ではバーニングを発生するため、好ましくない。なお、
必須成分であるＭｎの添加により、５９０℃という高温
で溶体化処理を施し、素材強度を上げても、成形性の劣
化はないので、バーニング寸前までの溶体化処理が可能
となる。また、加熱速度が１００℃／分未満或いは保持
時間が１０秒未満では、強度の向上、低温焼付での焼付
硬化性の向上効果は得られない。

【００２９】次いで、急冷するが、冷却速度が３００℃
／分未満では低温焼付での焼付硬化性の向上が少ないの
で、冷却速度は３００℃／分以上とする必要がある。

【００３０】本発明では、この冷却速度により、５０〜
１２０℃の温度に焼入れし、この温度（焼入温度）にて
１〜４８時間の温度保持を行うのである。この焼入温度
並びに焼入後保持する温度は、５０℃未満では低温焼付
での焼付硬化性の向上は認められず、また１２０℃を超
えると、強度の向上はあるものの、低温焼付での焼付硬
化性の向上は認められないので好ましくない。

【００３１】上記製造条件で得られる素材は、溶体化処
理温度が高温の場合でも、結晶粒径が３０μｍ以下であ
る。素材の結晶粒が３０μｍを超えると成形性の劣化が
著しいので好ましくない。

【００３２】次に本発明の実施例を示す。

【００３３】

【実施例１】

【表１】 に示す化学成分を有するＡｌ合金を通常の方法で溶解、
鋳造し、得られた鋳塊について、加熱速度４０℃／ｈｒ
で５４０℃の温度に６時間保持する均質化処理を施した
後、熱間圧延及び冷間圧延（冷間圧延率３０％）を行い
、１．０ｍｍ厚の板とした。この板を加熱速度４００℃
／分で５５０℃の温度に４０秒間保持し、８００℃／分
の冷却速度で５０℃の温度に焼入れし、そのまま５０℃
の温度に２４時間保持した。

【００３４】得られた素材の特性並びに焼付（１７０℃
×２０分）後の焼付硬化性（耐力）を

【表２】 に示す。表２から明らかなように、本発明例Ｎｏ．１〜
Ｎｏ．７は、比較例Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１４に比べ、高強
度でかつ低温焼付での焼付硬化性に優れ、しかも成形性
の良い材料であることがわかる。なお、本発明例の結晶
粒径は３０μｍ以下であった。

【００３５】

【実施例２】実施例１の表１に示したＮｏ．２のＡｌ合
金（本発明範囲内の化学成分）を通常の方法で溶解、鋳
造し、得られた鋳塊について、加熱速度４０℃／ｈｒで
５４０℃の温度に６時間保持する均質化処理を施した後
、熱間圧延及び冷間圧延（冷間圧延率３０％）を行い、
１．０ｍｍ厚の板とした。

【００３６】次いで、この板を加熱速度４００℃／分で
４８０〜６１０℃の温度に加熱して１〜６０秒間保持し
、６００℃／分の冷却速度で３０〜１５０℃の温度に焼
入れし、そのまま３０〜１５０℃の温度に２〜７２時間
保持した。

【００３７】得られた素材の特性並びに焼付（１７０℃
×２０分）後の焼付硬化性（耐力）を

【表３】 に示す。表３から明らかなように、本発明例Ｎｏ．２〜
Ｎｏ．４、Ｎｏ．７〜Ｎｏ．８、Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１
１、Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１４は、いずれも高強度で、低
温焼付での焼付硬化性に優れ、かつ成形性の良い材料で
あることがわかる。なお、本発明例はいずれも結晶粒径
が３０μｍ以下であった。一方、比較例は、溶体化処理
の加熱温度、加熱時間、焼入温度、保持時間のいずれか
が本発明範囲外であるため、強度、低温焼付での焼付硬
化性、成形性のすべてを同時に満足できていない。

【００３８】

【実施例３】実施例１の表１に示したＮｏ．１〜Ｎｏ．
３のＡｌ合金（本発明範囲内の化学成分）と、Ｎｏ．１
０及びＮｏ．１３のＡｌ合金（本発明範囲外の化学成分
）を通常の方法で溶解、鋳造し、得られた鋳塊について
、加熱速度４０℃／ｈｒで５４０℃の温度に６時間保持
する均質化処理を施した後、熱間圧延及び冷間圧延（冷
間圧延率３０％）を行い、１．０ｍｍ厚の板とした。

【００３９】次いで、この板を加熱速度４００℃／分で
５５０℃の温度に４０秒間保持し、８００℃／分の冷却
速度で５０℃の温度に焼入れし、そのまま５０℃の温度
に２４時間保持した。この熱処理を施した材料をエメリ
ー紙（３２０〜１２００番）、バフ（アルミナ使用）に
より鏡面研磨し、腐食後、光学顕微鏡にて結晶粒の観察
を行った。得られた素材の特性と結晶粒径並びに焼付（
１７０℃×２０分）後の焼付硬化性の関係を

【４表】に
示すと共に、Ｎｏ．２及びＮｏ．１０の材料の結晶組織
写真を図１及び図２に示す。

【００４０】表４及び図より明らかなように、本発明合
金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は、いずれも板厚方向の結晶粒が
３０μｍ以下であり、比較合金Ｎｏ．１０及びＮｏ．１
３に比べ、結晶粒が微細化している。更に、その成形性
を見ると、本発明合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は、伸びの向
上及び優れた成形性を有している。このことから、結晶
粒の微細化が伸び、成形性の向上に付与し、Ｍｎがその
役割を果たしていることがわかる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系Ａｌ合金板においてＭｇ、Ｓｉ含有
量を調整すると共に、強度向上に効果のあるＢｅ或いは
Ｃｕを添加し、更に成形性低下抑制効果のあるＭｎを添
加することにより、高強度で、しかも成形性を向上でき
、かつ、溶体化処理の制御及び溶体化処理後の熱処理を
制御するので、低温短時間での焼付塗装において焼付硬
化性を向上できるアルミニウム合金板を得ることができ
る。このため、アルミニウム合金板の高強度化による薄
肉化が可能となり、自動車、家電製品、機械部品などの
軽量化に寄与し、工業的に使用頻度を向上させることが
でき、その実用上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で得られた素材（本発明合金Ｎｏ．２）
の金属組織（結晶粒）を示す写真である。

【図２】実施例で得られた素材（比較合金Ｎｏ．１０）
の金属組織（結晶粒）を示す写真である。

【表４】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量％で（以下、同じ）、Ｍｇ：０．
   ３〜１．０％、Ｓｉ：０．５〜２．０％をＭｇ／Ｓｉ比
   が１以下で含有し、更にＢｅ：０．０３〜０．２％及び
   Ｍｎ：０．０５〜１．０％を含有し、残部がＡｌ及び不
   純物からなる組成を有し、板厚方向の結晶粒径が３０μ
   ｍ以下であることを特徴とする強度、１７０℃以下の低
   温焼付での焼付硬化性かつ成形性に優れたＡｌ−Ｍｇ−
   Ｓｉ系Ａｌ合金板。
2. 【請求項２】　　更にＣｕ：０．８％以下、Ｔｉ：０．
   １％以下、Ｃｒ：０．４％以下並びにＦｅ：０．５％以
   下のうちの少なくとも１種を含有している請求項１に記
   載のＡｌ合金板。
3. 【請求項３】　　請求項１又は２に記載の化学成分を有
   するＡｌ合金鋳塊にバーニング温度以下の温度で均質化
   処理を施した後、熱間圧延を行い、次いで冷間圧延を行
   って所望の板厚とした後、溶体化処理として１００℃／
   分以上の加熱速度で５３０〜５９０℃の温度に急速加熱
   し、この温度域に１０秒以上保持した後、冷却速度を３
   ００℃／分以上で５０〜１２０℃の温度に焼入れし、そ
   のまま５０〜１２０℃の温度で１〜４８時間の温度に保
   持することを特徴とする強度、１７０℃以下の低温焼付
   での焼付硬化性かつ成形性に優れたＡｌ合金板の製造方
   法。