JPH06200346A - 成形性に優れた成形加工用アルミニウム合金およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 陸運車両、電気機械用部品等に適する強度・
成形加工性に優れたアルミニウム合金板を提供する。 【構成】 Ｍｇ：３．５〜８．０％、Ｃｕ：０．１５〜
１．０％とＭｎ：０．０５〜０．４％、Ｃｒ：０．０３
〜０．２％、Ｚｒ：０．０３〜０．２％の１種以上から
なり、平均ｒ値＞０．８５で塗装焼付処理による耐力低
下が２０Ｎ／ｍｍ² 以下で逆極点積分強度比が１．９未
満であり伸びが３０％以上で結晶粒径が３０〜１５０μ
ｍであり、加熱速度１℃／ｓｅｃ以上、到達温度４５０
〜５７０℃、温度到達後５分以内保持する中間焼鈍を施
し、圧延率４０〜６０％の冷間加工を施し、加熱速度１
℃／ｓｅｃ以上、到達温度５００〜５７０℃、温度到達
後５分以内保持する最終焼鈍を施すアルミニウム合金圧
延板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強度、成形加工性に優
れたアルミニウム合金板に関するもので、さらに詳しく
は、陸運車両、電気機械用部品等の材料として適してい
る強度、成形加工性にすぐれたアルミニウム合金板の製
造方法に関するものである。

【０００２】なお本発明において特に説明の無い限り、
「平均ｒ値」とは圧延方向に対して０°，４５°，９０
°方向のｒ値（ランクフォード値）の次式で示す平均値
を意味するものである。 平均ｒ値＝（ｒ₀＋２×ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４ 本発明において特に説明の無い限り、「逆極点積分強度
比」とはＸ線回折における（２００）方位の積分強度の
標準試料（純アルミニウム粉末）との強度比を意味する
ものである。

【０００３】

【従来の技術】従来より成形加工用アルミニウム合金と
してはＡｌ−Ｍｇ系のＪＩＳ５１８２合金のＯ材や５０
５２合金のＯ材などが最も広く使用されてきている。特
に近年では省資源、省エネルギー、環境保護等の立場か
ら各種法的規制が立法化されており、それに伴い放熱特
性、車体軽量化の要請から自動車部品、自動車車体や電
気機械部品等において従来の鋼板に代わってアルミニウ
ム合金の需要が高まってきている。しかしながら、従来
からあるＡｌ−Ｍｇ系合金板では鋼板と同等の強度のも
のが得られているものの、同じ強度で比較した場合は成
形性、特に深絞り性において鋼板に比べて劣っているの
が実状である。なお成形性の指標として鋼板ではｒ値
（ランクフォード値）が広く用いられており、ｒ値が高
いほどプレス成形や深絞り成形において成形加工性、特
に深絞り性が優れていることを示すものである。そして
通常、圧延方向に対して０°，４５°，９０°方向の各
ｒ値から平均ｒ値＝（ｒ₀＋２×ｒ₄₅＋ｒ₉₀）／４で求
められる平均ｒ値が評価に使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した如く、陸運車
両および電気機械部品等の用途においては軽量化の目的
のためにアルミニウム合金板の要求が高まっているもの
のｒ値が低く同強度の鋼板に対して成形性が劣るという
問題がある。また、アルミニウム合金板の組成・製造プ
ロセスによってはプレス等の成形加工後に施される塗装
焼付処理により強度の低下がおこるという問題もある。
さらに深絞り等の強加工時にリューダースマークや肌荒
れの発生という問題もある。このため、ｒ値が高く、予
加工後の塗装焼付後の強度の低下が少なく、しかもリュ
ーダースマークや肌荒れの発生しない、強度と成形加工
性、特に深絞り性に優れたアルミニウム合金板の開発が
強く望まれていた。すなわちｒ値として具体的には平均
ｒ値＞０．８５、また強度低下の値としては塗装焼付前
の耐力に対して塗装焼付による耐力低下は少ない方が好
ましく、できれば耐力が向上することが望ましいが、少
なくとも耐力低下量は２０Ｎ／ｍｍ² 以下であること、
より具体的には ［１７５℃×３０分塗装焼付処理後耐力］−［２％予加
工後耐力］＞−２０Ｎ／ｍｍ² であることが必要である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】発明者らは上記問題を解
決するため合金成分組成、材料特性、組織ならびに製造
プロセスについて種々研究した結果、本発明の考案に至
った。すなわち、本第１発明は重量％でＭｇ：３．５〜
８．０％、Ｃｕ：０．１５〜１．０％を含み、残部がＡ
ｌおよび不可避的不純物からなり、平均ｒ値＞０．８５
で、かつ塗装焼付処理による耐力低下が２０Ｎ／ｍｍ²
以下であり、さらに逆極点積分強度比が１．９未満であ
るとともに、伸びが３０％以上であり、さらに結晶粒径
が３０〜１５０μｍの範囲であることを特徴とするリュ
ーダースマークの少なく成形性に優れた成形加工用アル
ミニウム合金圧延板であり、本第２発明は重量％でＭ
ｇ：３．５〜８．０％、Ｃｕ：０．１５〜１．０％を含
み、さらにＭｎ：０．０５〜０．４％、Ｃｒ：０．０３
〜０．２％、Ｚｒ：０．０３〜０．２％のうちの１種ま
たは２種以上を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物
からなり、平均ｒ値＞０．８５で、かつ塗装焼付処理に
よる耐力低下が２０Ｎ／ｍｍ² 以下であり、さらに逆極
点積分強度比が１．９未満であるとともに、伸びが３０
％以上であり、さらに結晶粒径が３０〜１５０μｍの範
囲であることを特徴とするリューダースマークの少なく
成形性に優れた成形加工用アルミニウム合金圧延板であ
り、本第３発明は重量％でＭｇ：３．５〜８．０％、Ｃ
ｕ：０．１５〜１．０％を含み、必要に応じてＭｎ：
０．０５〜０．４％、Ｃｒ：０．０３〜０．２％、Ｚ
ｒ：０．０３〜０．２％のうちの１種または２種以上を
含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミ
ニウム合金を、常法により鋳造し熱間圧延し冷間圧延
し、加熱速度１℃／ｓｅｃ以上、到達温度４５０〜５７
０℃、温度到達後直ちにあるいは５分以内保持する中間
焼鈍を施し、その後、圧延率４０〜６０％の冷間加工を
施し、その後、加熱速度１℃／ｓｅｃ以上、到達温度５
００〜５７０℃、温度到達後直ちにあるいは５分以内保
持する最終焼鈍を施し、平均ｒ値＞０．８５であり、か
つ塗装焼付処理による耐力低下が２０Ｎ／ｍｍ² 以下で
あることを特徴とするリューダースマークの少ない成形
性に優れた成形加工用アルミニウム合金圧延板の製造方
法である。

【０００６】

【作用】まず、本発明における化学成分の限定理由を説
明する。 Ｍｇ：Ｍｇは強度と成形性を付与する重要な元素であ
り、３．５％以上の添加がないと、使用し得る強度に到
達せずまた成形加工性も充分でなく、８％を超えた添加
では圧延性の悪化が見られ好ましくない。従って、Ｍｇ
量は３．５〜８％の範囲とする。 Ｃｕ：Ｃｕは塗装焼付時の強度低下を抑制し、成形性を
向上させる働きをする元素である。０．１５％以上の添
加がないと充分な効果が得られず、１．０％を超えた添
加では耐食性が劣化するという問題が生ずる。従って、
Ｃｕ量は０．１５〜１．０％の範囲とする。 Ｍｎ：Ｍｎは結晶粒の安定化を付与する元素であり、
０．０５％未満ではその効果が無く、０．４％を超えた
添加では結晶粒が微細になりすぎてリューダースマーク
が発生する。従って、Ｍｎ量は０．０５〜０．４％の範
囲とする。 Ｃｒ：Ｃｒは結晶粒の安定化を付与する元素であり、
０．０３％未満ではその効果が無く、０．２％を超えた
添加では結晶粒が微細になりすぎてリューダースマーク
が発生する。従って、Ｃｒ量は０．０３〜０．２％の範
囲とする。 Ｚｒ：Ｚｒは結晶粒の安定化を付与する元素であり、
０．０３％未満ではその効果が無く、０．２％を超えた
添加では結晶粒が微細になりすぎてリューダースマーク
が発生する。従って、Ｚｒ量は０．０３〜０．２％の範
囲とする。なお、本発明においては上記成分を必須成分
ならびに選択成分とし残部はＡｌとすれば足りるが、本
発明の効果を損なわない限度において上記成分の他に合
金成分を必要に応じて添加し、あるいは不可避不純物と
して含有することが許容される。Ｓｉは成形性に悪影響
を与え、０．２％を超えて含まれると成形性が低下する
が０．２％以下であるならばその影響はほとんどない。
Ｆｅは結晶粒の微細化に寄与し、強度の向上に役立つ
が、０．４％を超えると成形性が低下する。従ってＦｅ
量は０．４％以下とする。なお通常のアルミニウム合金
においては、鋳塊の微細化の為にＴｉ単独あるいは、Ｔ
ｉとともにＢを微量添加することが行われており、本発
明のアルミニウム合金圧延板においても同様にＴｉ単独
あるいはＴｉとともにＢを添加してもよい。その場合、
Ｔｉは０．１５％を超えては初晶ＴｉＡｌ₃ が晶出して
成形性を阻害することからＴｉ量は０．１５％以下と
し、またＴｉとともにＢを添加する場合、Ｂが５００ｐ
ｐｍを超えるとＴｉＢ₂ の粗大粒子が混入して成形性を
阻害することからＢ量は５００ｐｐｍ以下とすることが
望ましい。またＭｇを含有する合金においては、溶解す
る際に溶湯の酸化を抑制し、材料中に酸化物粒子などの
不純物が混入しないようにＢｅを添加することが行われ
ることがあり、本発明合金においてもＢｅを添加しても
よい。ただしＢｅが５００ｐｐｍを超えて含有されても
その効果が飽和して経済的に無意味となるため、Ｂｅ量
は５００ｐｐｍ以下とすることが望ましい。

【０００７】その他の不純物は各々０．００５％以下で
あれば支障が無い。

【０００８】次に、本発明における組織、特性の限定理
由について説明する。ｒ値は、平均ｒ値＞０．８５とす
る。ｒ値がこの値を外れると本発明の用途において施さ
れる成形加工、特に深絞り加工の際に良好な成形性が得
られず、歩留の低下を招き、また破断等が発生すると作
業能率を著しく低下されるなど問題となる。塗装焼付前
に対して塗装焼付後の耐力低下は［２％予加工後耐力］
−［１７５℃×３０分塗装焼付処理後耐力］＞−２０Ｎ
／ｍｍ² とする。これより軟化の程度が大きい場合、塗
装焼付後の強度を充分なものとするためには塗装焼付前
の耐力を過剰に高める必要があるが、その結果塗装焼付
前に行われるプレス等の成形加工時に変形抵抗が大きく
なるなどして成形不良が生じる。一方塗装焼付前の強度
を成形加工が容易にできる程度にすると、塗装焼付後の
耐力が不足して座屈の発生や耐デント性が悪くなるなど
の問題が生ずる。従って耐力低下は上記の条件とする。
逆極点積分強度比は１．９未満とする。アルミニウム合
金においては再結晶集合組織は（１００）集合組織いわ
ゆるＣＵＢＥ方位が発達しやすいことが知られている
が、このＣＵＢＥ方位は成形性特に深絞り性を著しく阻
害するため深絞り性を要求される用途においてはＣＵＢ
Ｅ方位は少ないことが望ましい。逆極点積分強度比、す
なわちＸ線回折における（２００）方位の積分強度の純
アルミニウム粉末に対する比率を１．９未満と規制する
ことにより、再結晶集合組織中のＣＵＢＥ方位の量を抑
制し、もって深絞り性を向上させることができる。伸び
が３０％未満では深絞り性の指標である平均ｒ値がいく
ら高い値を示す素材であっても伸び性・張出し性におい
て劣るため、各種成形特性が複合しているプレス成形等
の実際の成形加工の際に成形不良等が発生する虞が大き
い。従って、伸びは３０％以上とする。結晶粒径が３０
μｍ未満では組織が微細になりすぎてしまい成形加工時
にリューダースマークが発生する。一方、１５０μｍ以
上に粗大になると成形加工時に肌荒れが発生して外観不
良を招き表面品質の点で問題となる。従って結晶粒径は
３０〜１５０μｍとする。

【０００９】次に、本発明の製造方法について説明す
る。 均質化処理：本発明においては、均質化処理は成形性向
上および再結晶粒の安定化のために行う。均質化温度が
４００℃未満では効果が不充分であり、一方５７０℃を
超えては共晶融解のおそれがある。均熱化処理後、常法
に従い熱間圧延および冷間圧延を行う。 中間焼鈍:本発明において施される中間焼鈍は、平均ｒ
値の向上ならびに塗装焼付処理時の強度低下の抑制に効
果があり、本中間焼鈍により平均ｒ値を向上させる方位
（ｒ方位）の再結晶を行うと同時に、最終焼鈍時に充分
に固溶できない分のＣｕの固溶を補助的に行うものであ
る。中間焼鈍の加熱速度は１℃／ｓｅｃ以上でないとＣ
ＵＢＥ方位の再結晶粒が多くなり、最終焼鈍後の平均ｒ
値向上への寄与が少ない。到達温度は４５０℃〜５７０
℃とする。４５０℃未満ではＣｕの固溶が少なく最終焼
鈍後の塗装焼付による強度向上が不十分となり、また、
再結晶においてＣＵＢＥ方位が増えすぎて最終平均ｒ値
の向上につながらない。一方５７０℃を超えると再結晶
粒が粗大化し、成形性の低下を招くおそれがある。上記
温度に到達後直ちに冷却を開始するか、または最大でも
５分の保持時間の後に冷却する。保持時間が５分以上で
は生産性が劣るとともに、再結晶粒が粗大化して成形性
を阻害するおそれがある。 冷却速度１℃／ｓｅｃ以上：これ以下ではＣｕが再析出
し、強度および伸びが低下し、塗装焼付性も劣化する。 以上の中間焼鈍条件は、実生産ベースにおいては、バッ
チ式中間焼鈍炉では達成することが困難であるため、連
続焼鈍設備（ＣＡＬ）により操業されるのが通常である
が特に限定されるものではない。 冷間圧延：冷間圧延率は４０％未満では結晶粒が粗大に
なり、成形加工時に肌荒れが生じて成形性が低下する。
また６０％を超えると結晶粒が微細になりすぎ、リュー
ダースマークが発生するとともに、平均ｒ値が小さくな
る。従って、冷間圧延率は４０〜６０％とする。 最終焼鈍：本発明における本条件の最終焼鈍は、塗装焼
付による強度の確保と、リューダースマーク防止ならび
に平均ｒ値の向上に重要である。加熱速度が１℃／ｓｅ
ｃ未満では、ＣＵＢＥ方位が増え平均ｒ値が０．８５以
下となってしまう。到達温度が５００℃未満では結晶粒
が微細となりリューダースマークが発生する。またＣｕ
の固溶量が不充分となるため、塗装焼付処理時の軟化の
抑制が不充分となり、さらにＣＵＢＥ方位が発達するた
め平均ｒ値が低い値となってしまう。一方到達温度が５
７０℃を超えると、再結晶粒の粗大化が起こり、成形加
工時に肌荒れが発生して外観不良となるとともに成形性
も劣化する。さらに表面酸化層の厚さが増大するため、
溶接時に表面接触抵抗が増大して溶接性が悪化するとと
もに糸錆性も低下する。保持時間が５分を超えてもその
効果は無く、経済的に不利となるとともに表面酸化皮膜
の厚さが増大するために溶接性、糸錆性が劣化する。冷
却速度は特に規定しないが、１℃／ｓｅｃ以上とするこ
とが好ましい。これ未満の冷却速度では冷却過程でＣｕ
が再析出するため、塗装焼付処理時の軟化の抑制につな
がらない。以上の最終焼鈍条件は、実生産ベースにおい
ては、バッチ式中間焼鈍炉では達成することが困難であ
るため、連続焼鈍設備（ＣＡＬ）により操業されるのが
通常であるが特にこれに限定されるものではない。上述
したごとく、本発明は、中間焼鈍、最終焼鈍ともに速い
加熱速度を有する連続焼鈍炉で熱処理を施し、かつ中間
焼鈍と最終焼鈍の間の冷間圧延率を４０％〜６０％に制
御することによって、平均ｒ値に優れリューダースマー
クの発生の少ない優れた成形加工用アルミニウム合金圧
延板を製造するものである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。表
１に示す成分組成のアルミニウム合金を常法に従って溶
製し、ＤＣ鋳造法により得た鋳塊に５００℃で均質化加
熱を施した後、板厚が４ｍｍとなるまで熱間圧延し、次
いで冷間圧延を施して表２に示す中間板厚まで圧延した
後、表２に示す条件で中間焼鈍を実施し、次いで板厚１
ｍｍまで冷間圧延し、表２に示す条件で最終焼鈍を行っ
た。なお表の下線部は本発明の範囲から外れる条件であ
る。以上のようにして得られた最終焼鈍板について各種
機械的性質および各種成形性と逆極点積分強度比を調べ
た結果を表３に示す。ここで、機械的性質の測定値はＬ
方向（圧延方向と平行な方向）の引張試験による。引張
強さ、耐力の単位はＮ／ｍｍ² 、伸びの単位は％であ
る。また逆極点積分強度比は、Ｘ線回折による標準試料
（純アルミ粉末）に対する各試料の（２００）積分強度
の比である。またΔＹＳの欄は（１７５℃×３０分塗装
焼付処理後の耐力）−（２％予加工後の耐力）［単位：
Ｎ／ｍｍ² ］を示したもので、この値がマイナスとは塗
装焼付処理により強度低下が生じたことを意味する。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】

【表３】

【００１４】表３に示すように発明例は優れた性質を示
しているのに対して、比較例では機械的性質、成形性、
塗装焼付性等いずれかの性質で劣る点がある。すなわち
発明例Ａでは引張強さ、耐力、伸びともに優れた値であ
るとともに、平均ｒ値も０．８５を超える優れた成形性
を示している。また逆極点積分強度比も低くＣＵＢＥ方
位の発達を抑えている。さらにリューダースマークや肌
荒れといった成形加工による表面欠陥も生じておらず、
ΔＹＳもプラスの値で塗装焼付により強度が向上してお
り、塗装焼付強化が行われていることを示しているもの
である。また発明例Ｇは発明例Ａとは本発明の範囲内で
合金成分組成を変えてＭｇ量を多めにしたものであり、
同様に機械的性質、成形性、逆極点積分強度比において
優れた性質を示している。またΔＹＳはごくわずか軟化
の値を示しているものの元板強度が充分強いものである
から塗装焼付処理後の強度も充分強いものとなってい
る。これに対して比較例Ｂは発明例Ａと同合金で同様の
製造プロセスだが中間焼鈍と最終焼鈍の間の冷間圧延率
が本発明の範囲から外れるものである。その結果、成形
性を示す平均ｒ値が悪くなっている。また比較例Ｃは冷
間圧延率が低いほうに外れているものであり、その結
果、結晶粒が粗大化しており伸びが低下し肌荒れが生じ
ている。比較例Ｄは中間焼鈍条件が本発明から外れてい
るもので、その結果、成形性を示す平均ｒ値が極めて悪
い値となっているとともに、塗装焼付処理において軟化
が生じている。比較例Ｅは最終焼鈍条件が本発明から外
れているもので、その結果、成形性を示す平均ｒ値が極
めて悪い値となっているとともに強度も低下し伸びも悪
く、またリューダースマークが発生しており、さらに塗
装焼付処理において大幅な軟化が生じている。比較例Ｆ
は中間焼鈍、最終焼鈍の加熱、冷却条件は満たしている
ものの到達温度が本発明を外れる物で、その結果、成形
性を示す平均ｒ値が悪い値を示し、またリューダースマ
ークが発生しており、さらに塗装焼付処理において大幅
な軟化が生じている。比較例Ｈは合金成分組成が本発明
から外れる合金を用いて、本発明の製造プロセスで製造
したものであり、平均ｒ値が低いとともに、引張強さ、
耐力が低くさらに塗装焼付処理において非常に大幅な軟
化が生じているため、塗装焼付後の強度が不充分なもの
となっている。

【００１５】

【効果】以上詳述したように、本発明によれば充分な強
度を有するとともに塗装焼付後の強度低下が少なく、か
つｒ値が高く鋼板に匹敵する成形加工性を示すととも
に、深絞り等の強加工時にもリューダースマークや肌荒
れ等の表面欠陥の発生の少ない成形加工用アルミニウム
合金圧延板を得ることができる。従って本発明によれ
ば、陸運車両、電気機械用部品等の材料として好適な強
度ならびに成形加工性に優れたアルミニウム合金板を提
供することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で（以下、同じ）、Ｍｇ：３．５〜
   ８．０％、Ｃｕ：０．１５〜１．０％を含み、残部がＡ
   ｌおよび不可避的不純物からなり、平均ｒ値＞０．８５
   で、かつ塗装焼付処理による耐力低下が２０Ｎ／ｍｍ²
   以下であり、さらに逆極点積分強度比が１．９未満であ
   るとともに、伸びが３０％以上であり、さらに結晶粒径
   が３０〜１５０μｍの範囲であることを特徴とするリュ
   ーダースマークの少なく成形性に優れた成形加工用アル
   ミニウム合金圧延板。
2. 【請求項２】重量％で（以下、同じ）、Ｍｇ：３．５〜
   ８．０％、Ｃｕ：０．１５〜１．０％を含み、さらにＭ
   ｎ：０．０５〜０．４％、Ｃｒ：０．０３〜０．２％、
   Ｚｒ：０．０３〜０．２％のうちの１種または２種以上
   を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、平
   均ｒ値＞０．８５で、かつ塗装焼付処理による耐力低下
   が２０Ｎ／ｍｍ² 以下であり、さらに逆極点積分強度比
   が１．９未満であるとともに、伸びが３０％以上であ
   り、さらに結晶粒径が３０〜１５０μｍの範囲であるこ
   とを特徴とするリューダースマークの少なく成形性に優
   れた成形加工用アルミニウム合金圧延板。
3. 【請求項３】重量％で（以下、同じ）、Ｍｇ：３．５〜
   ８．０％、Ｃｕ：０．１５〜１．０％を含み、必要に応
   じてＭｎ：０．０５〜０．４％、Ｃｒ：０．０３〜０．
   ２％、Ｚｒ：０．０３〜０．２％のうちの１種または２
   種以上を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物からな
   るアルミニウム合金を、常法により鋳造し熱間圧延し冷
   間圧延し、加熱速度１℃／ｓｅｃ以上、到達温度４５０
   〜５７０℃、温度到達後直ちにあるいは５分以内保持す
   る中間焼鈍を施し、その後、圧延率４０〜６０％の冷間
   加工を施し、その後、加熱速度１℃／ｓｅｃ以上、到達
   温度５００〜５７０℃、温度到達後直ちにあるいは５分
   以内保持する最終焼鈍を施し、平均ｒ値＞０．８５であ
   り、かつ塗装焼付処理による耐力低下が２０Ｎ／ｍｍ²
   以下であることを特徴とするリューダースマークの少な
   い成形性に優れた成形加工用アルミニウム合金圧延板の
   製造方法。