JPH0525573A

JPH0525573A - 高温成形用高強度アルミニウム合金クラツド材

Info

Publication number: JPH0525573A
Application number: JP20473891A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Kishino; 邦彦岸野; Motohiro Nanbae; 元広難波江; Kenichi Ogura; 健一小倉
Original assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Current assignee: Furukawa Aluminum Co Ltd
Priority date: 1991-07-19
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1993-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】船舶等の海洋性雰囲気において使用される製
品部材に好適な高温成形性に優れ、かつ強度に優れたア
ルミニウム合金クラッド材。【構成】心材としてＭｇをwt％で０．５〜７．５％を
含み、選択元素として、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎの１種または２種以上を含むＡｌ
合金とし、皮材としてＭｎ０．１〜２．５％、Ｆｅ≦１
％、Ｓｉ≦１％含み、選択元素としてＭｇ、Ｃｕ、Ｃ
ｒ、Ｚｒ、Ｎｉの１種または２種以上を含むＡｌ合金と
し、心材の片面もしくは両面にクラッドした高温成形用
高強度アルミニウム合金クラッド材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温成形により成形さ
れ、その後表面処理を施される、或いは施されずに使用
される材料に好適な、成形性および強度に優れたアルミ
ニウム合金クラッド材に関するものであり、特に船舶等
の海洋性雰囲気において使用される製品部材に好適なも
のである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】船舶、特に比較的小型の漁
船、レジャーボート等の船体外板には鋼板をプレス成形
した後、塗装が施されて使用される場合が多かった。し
かし鋼板は塗装の傷、剥離後の耐食性が低く、定期的な
再塗装が必要であったために、近年ではＦＲＰ製の船体
を採用した船舶が急増している。しかしながらこれらＦ
ＲＰ製の船体は船としての寿命が過ぎた後のスクラップ
処理が困難であるために、海辺等への廃船の放置による
環境汚染問題が顕在化している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前述のような背景にあ
って、これら船舶の船体構造材として、鋼板より耐食性
に優れ、かつＦＲＰよりスクラップ処理・リサイクル製
に優れるアルミニウム板材が注目を浴びている。このよ
うな海洋性雰囲気に晒される構造部材には、耐食性と強
度・成形性に優れたＡｌ−Ｍｇ系の合金が使用される場
合が多い。一方、アルミニウム構造材は一般的に鋼板よ
りも成形性が劣る傾向があり、製品の形状を決定する際
の障害となっている。そこで、より複雑な形状にアルミ
ニウム板材を成形する技術として、温間成形あるいは高
温成形が検討されている。この技術は、材料および金型
の一部もしくは全体を１００〜５００℃に加熱して、材
料の成形性を高めた条件で成形加工を行うものであり、
高加工を要求される部材の成形に好適な技術である。さ
らにこの高温成形においても、通常のプレス加工の他
に、空圧あるいは液圧を使用するバルジ成形も検討され
ている。この方法によれば、加圧媒体として空圧もしく
は液圧を使用するため雄型が不要になり、かつ材料が均
一に変形していくために成形限界が向上する等のメリッ
トがある。しかしながら前述のＡｌ−Ｍｇ系合金に高温
成形を行った場合には、表面にＭｇ原子の濃化および酸
化が生じて、緑がかった黒色を呈し外観上好ましくな
い。また塗装を施す場合においても、この酸化層が塗膜
密着性を低下させるため、結果として製品の耐食性を劣
化させる。この様な酸化皮膜は化学的、機械的に除去す
る必要があり、生産性を妨げる要因となっていた。この
酸化皮膜の生成は温度、加工時間により影響されるが、
成形速度が比較的小さい、油圧プレスによるプレス成形
あるいはバルジ加工において特に問題となる場合が多
い。本発明はこれら問題に鑑み、高温で成形される比較
的小型の船舶の外板等の部材へ使用されるに適する高温
成形用高強度アルミニウム合金クラッド材を開発したも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】必須元素としてＭｇ０．
５〜７．５wt％を含有し、さらにＣｒ０．０３〜０．５
５wt％、Ｍｎ０．０３〜２．５wt％、Ｚｒ０．０３〜
０．２５wt％、Ｔｉ０．００５〜０．３５wt％、Ｆｅ
０．０３〜０．５wt％、Ｎｉ０．０３〜１．５wt％の内
１種もしくは２種以上を選択的に含有し、残部がＡｌか
ら成る心材の片面もしくは両面に、Ｍｎ０．１〜２．５
wt％、Ｓｉ≦１wt％、Ｆｅ≦１wt％、残部がＡｌからな
る皮材をクラッドしたことを特徴とする高温成形用高強
度アルミニウム合金クラッド材を請求項１とし、必須元
素としてＭｇ０．５〜７．５wt％を含有し、さらにＣｒ
０．０３〜０．５５wt％、Ｍｎ０．０３〜２．５wt％、
Ｚｒ０．０３〜０．２５wt％、Ｔｉ０．００５〜０．３
５wt％、Ｆｅ０．０３〜０．５wt％、Ｎｉ０．０３〜
１．５wt％の内１種もしくは２種以上を選択的に含有
し、残部がＡｌから成る心材の片面もしくは両面に、Ｍ
ｎ０．１〜２．５wt％、Ｓｉ≦１wt％、Ｆｅ≦１wt％を
含み、かつＣｕ０．１〜１wt％、Ｍｇ０．１〜２wt％、
Ｃｒ０．１〜１．０wt％、Ｚｒ０．１〜０．３wt％、Ｎ
ｉ０．１〜１．５wt％の内１種もしくは２種以上を選択
的に含有し、残部がＡｌからなる皮材をクラッドしたこ
とを特徴とする高温成形用高強度アルミニウム合金クラ
ッド材を請求項２とし、必須元素としてＭｇ０．５〜
７．５wt％を含有し、かつＣｕ０．０１〜０．５wt％、
Ｚｎ０．０２〜２．５wt％の内何れか１種もしくは２種
を含有し、さらにＣｒ０．０３〜０．５５wt％、Ｍｎ
０．０３〜２．５wt％、Ｚｒ０．０３〜０．２５wt％、
Ｔｉ０．００５〜０．３５wt％、Ｆｅ０．０３〜０．５
wt％、Ｎｉ０．０３〜１．５wt％の内１種もしくは２種
以上を選択的に含有し、残部がＡｌから成る心材の片面
もしくは両面に、Ｍｎ０．１〜２．５wt％、Ｓｉ≦１wt
％、Ｆｅ≦１wt％、残部がＡｌからなる皮材をクラッド
したことを特徴とする高温成形用高強度アルミニウム合
金クラッド材を請求項３とし、必須元素としてＭｇ０．
５〜７．５wt％を含有し、かつＣｕ０．０１〜０．５wt
％、Ｚｎ０．０２〜２．５wt％の内何れか１種もしくは
２種を含有し、さらにＣｒ０．０３〜０．５５wt％、Ｍ
ｎ０．０３〜２．５wt％、Ｚｒ０．０３〜０．２５wt
％、Ｔｉ０．００５〜０．３５wt％、Ｆｅ０．０３〜
０．５wt％、Ｎｉ０．０３〜１．５wt％の内１種もしく
は２種以上を選択的に含有し、残部がＡｌから成る心材
の片面もしくは両面に、Ｍｎ０．１〜２．５wt％、Ｓｉ
≦１wt％、Ｆｅ≦１wt％を含み、かつＣｕ０．１〜１wt
％、Ｍｇ０．１〜２wt％、Ｃｒ０．１〜１．０wt％、Ｚ
ｒ０．１〜０．３wt％、Ｎｉ０．１〜１．５wt％の内１
種もしくは２種以上を選択的に含有し、残部がＡｌから
なる皮材をクラッドしたことを特徴とする高温成形用高
強度アルミニウム合金クラッド材を請求項４とするもの
である。

【０００５】

【作用】本発明において合金成分を限定した理由を以下
に説明する。まず心材の合金組成について述べる。Ｍｇ
は材料中に固溶して、材料の強度および延性を向上する
ことにより成形性を向上させる効果を有する。特に高温
に加熱された場合においては材料の成形加工時に均一変
形を促進する効果があり、その結果として成形限界が向
上する。また製品としての静的な強度を増大して、外的
な力による変形を防止し、かつ船体等が外圧を長時間に
わたって受けた場合における経時変化（クリープ変形
等）を防止する効果もある。さらに本発明が意図した製
品が環境要因等により皮材に傷等が生じた場合の素材の
耐食性を向上させる効果もある。添加量が０．５wt％未
満ではこれら効果が充分ではなく、７．５wt％を越える
と材料中に粗大なＡｌ−Ｍｇ系化合物を生じて成形性、
耐食性を劣化させる。ＣｕおよびＺｎはＭｇと共に微細
な化合物を材料中に生じることにより、材料の強度およ
び延性を向上することにより成形性を向上させる効果を
有する。しかし両元素共に素材の耐食性は若干低下させ
る傾向があり、心材の耐食性が問題となるような製品に
おいては、その形状および使用環境を考慮したうえで添
加あるいは無添加を決定することが好ましい。添加量が
それぞれの下限以下では成形性の向上効果があまり期待
出来ず、また上限をこえて添加されると耐食性が著しく
低下する。Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉはそれ
ぞれＡｌと共に微細な化合物を材料中に生じて、材料組
織を微細化して強度および成形性を向上させると共に素
材の耐食性も向上させる効果を有する。従ってこれら元
素の内から１種もしくは２種以上を選択的に添加すべき
である。それぞれ下限未満の添加量ではこれら効果が充
分ではなく、上限を越えて添加されると材料中に粗大な
化合物を生じて、成形性を劣化させる。上記以外の含有
元素については、不純物元素としては主にＳｉである
が、Ｓｉは合金鋳造時にＭｇと共にＭｇ−Ｓｉ系の化合
物を生じて、Ｍｇの実質的な添加量を減らしてその効果
を低減させると共に、耐食性を劣化させるために、その
含有量は低い方が好ましい。しかしＳｉ含有量を低下さ
せることは使用地金の高純度化を意味し、これは製造コ
ストの増大につながることから、必要以上にＳｉ含有量
を低下させることは工業上好ましくない。これらのこと
から、Ｓｉ含有量は０．５wt％以下とすべきである。そ
の他の微量元素についてはそれぞれ０．０５wt％以下の
含有量であれば本発明の特性に悪影響は及ぼさない。し
たがって鋳造性改善等の目的で添加される場合があるＢ
ｅ、Ｂ等あるいは成形性の向上のために添加される場合
があるミッシュメタル等の微量元素は０．０５wt％以下
の範囲で添加することが可能である。また製造する際混
入する他元素については０．５wt％以下ならば差支えな
い。

【０００６】次に皮材の合金成分について述べる。皮材
は基本的に純Ａｌ系の材料であることが酸化皮膜防止の
観点から好ましいが、純Ａｌ系の皮材をクラッドすると
材料の強度・成形性が低下する傾向にある。本発明材料
においてはクラッドによる強度低下を最小限に抑える為
に、高温時の酸化皮膜成長に悪影響を及ぼさず、かつ純
Ａｌ系合金により強度の高い皮材としてＡｌ−Ｍｎ系の
材料が好適であることを見出した。Ｍｎは常温時の強度
向上に有効であるとともに、高温成形時においては材料
中に固溶して変形応力の歪み速度感受性指数（ｍ値）を
増大させ、その結果として均一変形を促進して成形限界
を向上する。さらにＭｎは高温成形時に心材中のＭｇが
皮材中に拡散することを抑制する効果があることを本発
明者らは見出した。Ｍｎが０．１wt％未満だとこれら効
果が十分ではなく、２．５wt％を越えると鋳造中に粗大
な晶出物が材料中に生じて、材料の成形性を低下させる
危険性が高くなる。ＦｅおよびＳｉは主として不純物と
して含まれるものであるが、これら元素はそれぞれ１wt
％を越えて含有されると、材料中に粗大な晶出物を生じ
て成形性および耐食性を阻害する。従ってこれら元素の
含有量は１wt％以下とする。Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、
ＮｉはＭｎと共に添加されることにより、材料の高温に
おける成形性を向上させる効果を有する。それぞれ下限
未満ではこれら効果が十分ではなく、上限をこえて添加
されると逆に成形性を低下させる恐れがある。しかしこ
れら元素は使用環境においては耐食性を若干低下させる
場合があるので、必要に応じて添加、無添加を決定する
必要がある。その他製造の際混入する元素は０．５wt％
以下であれば本発明材料の特性に悪影響を及ぼさない。
なお本発明のクラッド材は常法によって製造することが
可能である。

【０００７】

【実施例】以下に本発明の一実施例について説明する。
表１の化学組成を有する心材および皮材の合金をＤＣ鋳
造により、厚さ４００mm、巾２３００mmの鋳塊とした。
皮材はこの鋳塊を両面５mmずつ面削後６００℃×８ｈの
均質化処理を施し、その後熱間圧延、冷間圧延にて１０
mmの板材とした。心材は鋳塊を両面１０mmずつ面削後、
皮材を合わせて４００mmの合わせ材として４４０℃×６
ｈ＋５２０℃×８ｈの均質化処理を施し、その後常法に
より熱間圧延、冷間圧延を行い厚さ１mmのクラッド材と
した後、この板材を５００℃×１０sec.の焼鈍処理を施
して供試材とした。なお比較例の内、クラッドを施さな
い材料については面削後の３８０mmの鋳塊をクラッド材
と同様に均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍処理を
行って厚さ１mmの供試用板材とした。得られた板材から
４００×４００mmの試験片を加工し、温間成形張出し試
験に供した。温間成形張出し試験は２００mmφの球頭ポ
ンチを使用して４５０℃で成形し、割れ発生のない成形
限界高さを求めた。成形速度はパンチの移動速度で１mm
／sec.とした。また成形後の材料表面の変色の度合いを
外観目視によりチェックした。結果を表１に併記する。
また供試材から引張試験片を加工し、高温成形時の加熱
シミュレートとして４５０℃×５min.の加熱を行い常温
に冷却した後、加熱後の強度を引張試験により評価し
た。結果を表１に併記する。

【０００８】

【表１】

【０００９】表から明らかなように、本発明のアルミニ
ウム合金クラッド材は比較材に比べ高温成形をおこなっ
ても変色もなく、かつ優れた温間成形性および加熱後の
優れた耐食性を示すことが分かる。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば優れた温間成形加工性と
加工後に高い強度を示し、かつ加工後の表面変色等の不
具合等のない特徴を有し、工業上顕著な効果を奏するも
のである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】必須元素としてＭｇ０．５〜７．５wt％
を含有し、さらにＣｒ０．０３〜０．５５wt％、Ｍｎ
０．０３〜２．５wt％、Ｚｒ０．０３〜０．２５wt％、
Ｔｉ０．００５〜０．３５wt％、Ｆｅ０．０３〜０．５
wt％、Ｎｉ０．０３〜１．５wt％の内１種もしくは２種
以上を選択的に含有し、残部がＡｌから成る心材の片面
もしくは両面に、Ｍｎ０．１〜２．５wt％、Ｓｉ≦１wt
％、Ｆｅ≦１wt％、残部がＡｌからなる皮材をクラッド
したことを特徴とする高温成形用高強度アルミニウム合
金クラッド材。
【請求項２】必須元素としてＭｇ０．５〜７．５wt％
を含有し、さらにＣｒ０．０３〜０．５５wt％、Ｍｎ
０．０３〜２．５wt％、Ｚｒ０．０３〜０．２５wt％、
Ｔｉ０．００５〜０．３５wt％、Ｆｅ０．０３〜０．５
wt％、Ｎｉ０．０３〜１．５wt％の内１種もしくは２種
以上を選択的に含有し、残部がＡｌから成る心材の片面
もしくは両面に、Ｍｎ０．１〜２．５wt％、Ｓｉ≦１wt
％、Ｆｅ≦１wt％を含み、かつＣｕ０．１〜１wt％、Ｍ
ｇ０．１〜２wt％、Ｃｒ０．１〜１．０wt％、Ｚｒ０．
１〜０．３wt％、Ｎｉ０．１〜１．５wt％の内１種もし
くは２種以上を選択的に含有し、残部がＡｌからなる皮
材をクラッドしたことを特徴とする高温成形用高強度ア
ルミニウム合金クラッド材。
【請求項３】必須元素としてＭｇ０．５〜７．５wt％
を含有し、かつＣｕ０．０１〜０．５wt％、Ｚｎ０．０
２〜２．５wt％の内何れか１種もしくは２種を含有し、
さらにＣｒ０．０３〜０．５５wt％、Ｍｎ０．０３〜
２．５wt％、Ｚｒ０．０３〜０．２５wt％、Ｔｉ０．０
０５〜０．３５wt％、Ｆｅ０．０３〜０．５wt％、Ｎｉ
０．０３〜１．５wt％の内１種もしくは２種以上を選択
的に含有し、残部がＡｌから成る心材の片面もしくは両
面に、Ｍｎ０．１〜２．５wt％、Ｓｉ≦１wt％、Ｆｅ≦
１wt％、残部がＡｌからなる皮材をクラッドしたことを
特徴とする高温成形用高強度アルミニウム合金クラッド
材。
【請求項４】必須元素としてＭｇ０．５〜７．５wt％
を含有し、かつＣｕ０．０１〜０．５wt％、Ｚｎ０．０
２〜２．５wt％の内何れか１種もしくは２種を含有し、
さらにＣｒ０．０３〜０．５５wt％、Ｍｎ０．０３〜
２．５wt％、Ｚｒ０．０３〜０．２５wt％、Ｔｉ０．０
０５〜０．３５wt％、Ｆｅ０．０３〜０．５wt％、Ｎｉ
０．０３〜１．５wt％の内１種もしくは２種以上を選択
的に含有し、残部がＡｌから成る心材の片面もしくは両
面に、Ｍｎ０．１〜２．５wt％、Ｓｉ≦１wt％、Ｆｅ≦
１wt％を含み、かつＣｕ０．１〜１wt％、Ｍｇ０．１〜
２wt％、Ｃｒ０．１〜１．０wt％、Ｚｒ０．１〜０．３
wt％、Ｎｉ０．１〜１．５wt％の内１種もしくは２種以
上を選択的に含有し、残部がＡｌからなる皮材をクラッ
ドしたことを特徴とする高温成形用高強度アルミニウム
合金クラッド材。