JPH06340940A - プレス成形性、焼付硬化性に優れたアルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プレス成形性、低温焼付硬化性の少なくとも
一方が一層向上したアルミニウム合金板を提供する。 【構成】 Ｍg：０.１５〜２.０％、Ｓi：０.２〜２.０
％、Ｓn：０.０３〜０.３％を必須成分とするＡl合金の
圧延後、溶体化処理、４０〜１３０℃×０.５〜４８hr
の予備時効を施す。成形時の耐力が低く高い伸びを得る
には、Ｍg：０.１５〜２.０％、Ｓi：０.３〜１.５％、
Ｓn：０.０３〜０.２％の組成で、４０〜１００℃×２h
r以上の予備時効を施す。優れた低温(約１７０℃以下)
焼付硬化性を得るには、Ｍg：０.３〜１.５％、Ｓi：
０.２〜２.０％、Ｓn：０.０６〜０.３％の組成で、溶
体化焼入の温度６０〜１３０℃に０.５〜４８hr保持の
予備時効を施す。室温時効硬化の低減効果もある。Ｍ
n、Ｃr、Ｚr、Ｃu、Ａg等を添加できる。自動車ボディ
用に適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、焼付塗装用アルミニウ
ム合金板に関し、更に詳しくは、主に自動車ボディ用な
ど、焼付塗装工程を含む部材用アルミニウム合金とし
て、プレス加工性又は焼付硬化特性に優れたアルミニウ
ム合金板とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】最近、
地球温暖化防止、燃費向上などの社会的ニーズを背景
に、自動車の軽量化の要求が強まってきている。このた
め、従来、自動車ボディ用として使用されてきた冷延鋼
板に替わるものとして、アルミニウム合金板の使用・検
討が広くなされるようになってきた。

【０００３】このような自動車ボディ用アルミニウム合
金板としては、非熱処理型Ａl−Ｍg系合金(例えば、
特公昭５６−０３１８５８号公報、特公昭５６−０３１
８６０号公報など)、熱処理型Ａl−Ｍg−Ｓi系合金
(例えば、特公昭５９−３９４９９号公報、特公昭６１
−１５１４８号公報など)のように、大別して、５００
０系合金と、６０００系合金の開発が進められている。

【０００４】しかしながら、現状では、依然として、従
来材料の冷延鋼板に比べ、成形性を始めとする自動車車
体のボディ材に要求される特性を充分に満足するもので
はなく、これらの改善を目的とした研究開発が行われて
いる。

【０００５】例えば、熱処理型Ａl合金の場合、成形加
工し、焼付塗装等の短時間加熱によって硬化し得る合金
としては、成形加工時は強度が低く成形加工し易く、し
かし成形加工後は焼付塗装等の短時間加熱によって強度
が著しく向上する材料が理想であり、主としてＡl−Ｍg
−Ｓi系アルミニウム合金が使用されている。

【０００６】しかし、従来技術では、成形性を重視して
強度を低くすると焼付塗装後の強度も低くなり、逆に焼
付塗装後の強度を重視して強度を高くすると成形加工時
の強度を高くせざるを得ず、成形加工時に割れが発生す
る等、成形性が劣るという問題があった。

【０００７】一方、最近の焼付塗装の焼付条件として
は、省エネルギー化及び生産性の向上のため、更には樹
脂など高温に曝したくない部品との組合せで焼付する場
合が多くなってきていることから、塗料の進歩と相俟っ
て焼付温度がより低温側に移行してきており、例えば自
動車部品用のアルミニウム合金の焼付温度は、従来は約
２００℃の高温であったものが１５０〜１７０℃前後の
低温側にシフトしてきている。このため、従来技術では
このような低温側での焼付硬化性が極めて低いという問
題があった。

【０００８】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解
消して、成形性、低温側での焼付硬化特性の優れたアル
ミニウム合金板を提供し、またその製造方法を提供する
ことを目的とするものである。

【０００９】また、本発明の他の目的は、特に成形性の
優れたアルミニウム合金板並びにその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。

【００１０】また、本発明の更に他の目的は、特に低温
側での焼付硬化性の優れたアルミニウム合金板並びにそ
の製造方法を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者は、アルミニウム合金を主として自動車ボ
ディに適用する場合、特に成形時の割れなどを防止する
ための成形性の指標となる材料の伸び率の向上と、焼付
硬化能の向上、更にはこの焼付硬化(人工時効)と裏腹の
関係にある常温時効硬化の低減が必要であることに鑑み
て、特に焼付硬化を実現し易いＡl−Ｍg−Ｓi系合金に
ついて鋭意研究を重ねた。

【００１２】焼付塗装硬化は、自動車車体強度の維持向
上のために必要であり、また、常温時効硬化の低減は、
例えば、素材製造後、プレス加工に至るまでの間の常温
時効による素材の硬化に伴う伸び率の低下を防止するた
めに必要である。

【００１３】その結果、焼付塗装硬化を実現し易いＡl
−Ｍg−Ｓi系合金において、成分組成並びに製造条件を
規制することによって、素材の伸び率の向上を達成し、
更に伸び率の低下を防止する常温時効硬化の低減と焼付
硬化能の増大が可能であることを見い出し、ここに本発
明を完成したものである。

【００１４】すなわち、本発明は、時効処理されたアル
ミニウム合金板であって、Ｍg：０.１５〜２.０％、Ｓ
i：０.２〜２.０％及びＳn：０.０３〜０.３％を含有
し、残部がＡl及び不可避的不純物からなる組成を有す
ることを特徴とするプレス成形性、焼付硬化性に優れた
Ａl−Ｍg−Ｓi系アルミニウム合金板を要旨とするもの
である。

【００１５】また、その製造方法は、上記化学成分を有
するアルミニウム合金を鋳造及び圧延後、溶体化処理を
施し、次いで４０〜１３０℃の範囲の温度に０.５〜４
８時間保持する予備時効を施すことを特徴とするもので
ある。

【００１６】以下に本発明を更に詳述する。

【００１７】

【作用】まず、本発明による化学成分の限定理由につい
て説明する。

【００１８】Ｓi：Ｓiは焼付塗装時に、同時添加するＭ
gと微細な析出化合物を形成し、焼付塗装後の製品強度
の向上に寄与する。しかし、その含有量が０.３％以
下、特に０.２％未満では特に低温側での焼付硬化が不
充分であり、また１.５％以上では不溶性のＳiが残り、
成形性を悪化させ、特に２.０％を超えると成形性が劣
化する。よって、Ｓi含有量は０.２〜２.０％の範囲と
する。

【００１９】Ｍg：Ｍgは、前述したように、焼付塗装時
にＳiと共存し、微細な金属間化合物を形成し、強度の
向上に効果を有するが、その含有量が０.１５％未満で
はその効果が少なく、また１.５％以上では溶体化処理
時にＭg、Ｓiの不溶物が残り、素材の伸びを低下させ、
特に２.０％を超えると成形性が劣化する。よって、Ｍg
含有量は０.１５〜２.０％の範囲とする。

【００２０】Ｓn：Ｓnは本発明において重要な構成元素
であり、溶体化処理後の常温時効硬化を停止させる一方
で、焼付塗装時には時効硬化を行なわせしめる効果を有
する。このようなＳnの役割は、常温では、焼入れ時の
空孔を媒体とするＭgの拡散移動をＳnがトラップして時
効を遅らせ、一方、焼付塗装時には、逆に時効硬化を助
長させる働きをする。しかし、その含有量が０.０３％
未満では、上記の効果が発現できず、また０.３％を超
えると伸びが低下し、成形性が悪化する。よって、Ｓn
含有量は０.０３〜０.３％の範囲とするが、常温時効硬
化の低減を主とする場合は０.０３〜０.２％、焼付硬化
の向上を主とする場合は０.０６〜０.３％が好ましい。

【００２１】なお、成分組成の範囲は、製造条件にもよ
るが、成形性向上並びに常温時効硬化の低減を重視する
場合は、Ｍg：０.１５〜２.０％、Ｓi：０.３〜１.５
％、Ｓn：０.０３〜０.２％の成分組成が好ましく、ま
た焼付硬化性、特に低温側での焼付構成の向上を重視す
る場合は、Ｍg：０.３〜１.５％、Ｓi：０.２〜２.０
％、Ｓn：０.０６〜０.３％の成分組成が好ましい。

【００２２】以上の元素を必須成分とするが、必要に応
じて、以下の元素群の１種又は２種若しくは２種以上を
適量にて添加することができる。

【００２３】Ｍn、Ｃr、Ｚr：これらの元素は、共に溶
体化処理後の素材の組織を微細にし、粒界破壊をさせる
ことなく、伸びの向上効果をもたらす。しかし、その含
有量がそれぞれＭn:０.８％、Ｃr:０.３％、Ｚr:０.３
％を超えると鋳造時に粗大な金属間化合物を生成し、伸
びを大きく低減させる。よって、Ｍn:０.８％以下、Ｃ
r:０.３％以下及びＺr:０.３％以下のうちの１種又は２
種以上を添加することができる。

【００２４】なお、通常使用される量でのＴi及び微量
のＢの添加も、組織の微細化効果を増大させ、有効であ
るので、適宜添加することが可能である。

【００２５】Ｃu、Ａg：これらは共に焼付塗装時に時効
硬化を促進させ、最終製品の強度を向上させる。しか
し、Ｃu含有量が０.５％を超えると耐食性が劣化し、Ａ
g含有量が０.３％を超えると常温時効が促進し、成形性
が劣化する。よって、Ｃu：０.５％以下及びＡg：０.３
％以下の１種又は２種を添加することができる。

【００２６】次に、本発明におけるアルミニウム合金板
の製造方法について、以下に説明する。

【００２７】上記成分組成のアルミニウム合金は常法に
より鋳造、圧延後、溶体化処理を施すが、本発明におい
ては、溶体化処理後、４０〜１３０℃の範囲の温度で予
備時効を施すものである。これにより、成形性或いは焼
付硬化性の向上を図ることができる。なお、以下に説明
するとおり、成形性の向上並びに常温時効硬化の低減を
主とする場合と、低温側での焼付硬化性の向上を主とす
る場合とで、成分組成範囲と相俟って予備時効の条件が
若干相違している。

【００２８】特に成形性の一層の向上及び常温時効硬化
の抑制効果は、アルミニウム合金圧延板の溶体化処理
後、４０〜１００℃の範囲の温度にて１時間以上保持す
る予備時効を施すことによって実現される。これは、予
備時効によって生じる超微細な核生成が、常温時効を抑
制させるためと考えられ、またこれは強度の向上には殆
ど効かず、伸びの向上をもたらし、成形性を向上させ
る。更にＳnとの相乗効果により、常温時効硬化を更に
遅らせ、長期間強度の向上を抑制でき、成形性を安定さ
せる。

【００２９】この場合の予備時効は、４０℃未満では、
その効果が殆ど得られず、また１００℃を超えると、添
加したＳnによるＭgの拡散移動トラップの効果がなくな
り、材料が時効硬化する。なお、予備時効の時間は、１
時間未満では上記の効果が実現でき難いので、１時間以
上が望ましい。また、この予備時効はバッチ処理、オン
ライン処理のいずれでもよく、バッチ処理の場合は水
冷、温水焼入される。また予備時効の効果は、連続ライ
ンで、溶体化処理後の冷却において巻取温度を所定の範
囲にコントロールし、その後、予備時効を施しても、同
様に発現される。

【００３０】一方、焼付硬化性、特に低温側での焼付硬
化性の一層の向上を目的とする場合は、溶体化処理後、
焼入−保持のプロセスを採用し、焼入温度並びにこの温
度での保持時間をコントロールする時効処理が好まし
い。

【００３１】この場合、焼入温度(すなわち、焼入終了
温度)が６０℃未満では、１５０℃位の低い温度での焼
付硬化性が焼入後常温に放置する時間が長くなると共に
消失する。一方、焼入温度が１３０℃を超えると低い温
度での焼付硬化性が焼入後常温に放置する時間には影響
されないものの劣り、また、時効硬化を起こして硬くな
って成形性が劣るようになる。

【００３２】この焼入温度(６０〜１３０℃)に焼入れる
ときの冷却速度は、１００℃／min未満では焼入後の強
度も低く、しかも低い温度での焼付硬化性が著しく劣る
ので、１００℃／min以上が好ましい。

【００３３】予備時効は、この焼入温度(６０〜１３０
℃)に保持して施すが、保持時間については、保持温度
が６０℃未満では４８時間を超えて長時間保持しても低
い温度での焼付硬化性が焼入後常温に放置する時間が長
くなるにつれて消失し、また成形性も同様に放置する時
間が長くなるにつれて劣化する。一方、保持温度が１３
０℃を超えると０.５時間未満の保持を行っても低い温
度での焼付硬化性が焼入後常温に法とする時間には影響
されないものの劣り、また成形性も同様に劣る。したが
つて、保持時間は０.５〜４８時間が好ましい。なお、
同様の成分組成の場合は、成形性並びに焼付硬化性の点
からすると、比較的低い保持温度で比較的長い時間保持
する条件(例、７０〜１００℃×２４〜４時間)が好まし
く、また同様の焼入条件の場合は、成形性並びに焼付硬
化性の点からすると、Ｍg量及びＳi量の多いこと(例、
Ｍg：０.６〜１.２％、Ｓi：０.８〜１.５％)が好まし
い。

【００３４】なお、塗装焼付処理は、１５０℃〜１７０
℃の如く比較的低い温度から２００℃の如く高い温度に
至る各種温度で実施できる。

【００３５】次に本発明の実施例を示す。なお、実施例
１は室温時効硬化の低減並びに成形性の向上を主目的と
した例であり、実施例２は低温側での焼付硬化性の向上
を主目的とした例である。

【００３６】

【実施例１】 実験例１：まず、表１に示す化学成分のアルミニウム合
金を溶解、鋳造して、鋳塊を製造した。次いで、これら
の鋳塊に５６０℃×４時間の均質化処理を行なった後、
熱間圧延にて５mmの厚さにし、４００℃×１時間の中間
焼鈍を行なった。これらの熱間圧延材をソーダ洗浄した
後、冷間圧延を行ない、その最終板厚を１.０mmとし
た。

【００３７】得られた冷間圧延材は、５５０℃×１分の
溶体化処理の後、レベラーをかけ更に４０℃×７日の人
工時効を施し、これを試料とした。この試料の焼付塗装
硬化能を調べるためには、２％のストレッチを与えた
後、１７５℃×３０分の処理を行なったものについて引
張試験を行なった。一方、室温時効の安定性を調べる方
法としては、２％のストレッチを与えた試料を室温にて
３ヶ月放置し、これの引張試験にて評価した。以上の試
験結果を表２に示す。

【００３８】比較例Ｎo.１〜Ｎo.３は、伸びも高く室温
放置の安定性もあるが、Ｍg或いはＳiの含有量が低いた
め、充分な焼付塗装硬化を示していない。また、Ｓnを
含まない比較材Ｎo.４では、室温時効による強度の向上
が大きく、このため、伸びが試料のままの状態よりも大
きく低下している。一方、Ｍgを多く含有する比較例Ｎ
o.８は伸びが低い。

【００３９】これらに対し、本発明例のＮo.５、Ｎo.６
及びＮo.９〜Ｎo.１３は、試料のまま及び室温３ヶ月放
置後の伸びはいずれも良く、更に１７５℃×３０分処理
後の強度の向上も充分に付与されている。なお、Ｓi、
Ｓnのいずれかを比較的多く含有するＮo.７、Ｎo.１４
は、伸びが低い。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】実刑例２：実験例１で用いた合金Ｎo.４、
Ｎo.９及びＮo.１１を用い、表３に示す条件の溶体化処
理を施した後、更に同表に記載の各種の予備時効を施
し、これらを素材として、実験例１で示した内容にて引
張試験を行った。その結果を表４に示す。

【００４３】その結果、表２と表４の比較より、本発明
によるアルミニウム合金の特性、特に伸びの一層の向上
が溶体化処理後の４０〜１００℃の温度での予備時効に
より実現されることがわかる。更にこの効果は溶体化後
の焼入を所定の温度に保持した場合でも実現できる。

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】

【００４６】

【実施例２】表５に示す化学成分のアルミニウム合金を
常法により溶解、鋳造し、得られた５０mm厚鋳塊に５０
０℃×４hrの均質化処理を施した後、５０〜２５０℃間
で板厚５mmまで熱間圧延を行い、冷間圧延した。得られ
た冷延板を５００℃の溶体化温度に加熱して２０秒間保
持し、次いで表６に示す焼入条件、すなわち、常温〜５
００℃間の平均冷却速度を５０〜８００℃／minで変化
させ、２０〜１５０℃の温度まで焼入れ、その後その焼
入温度のままで０.５時間以上保持した後、常温まで冷
却した。得られた材料について、焼入６０日後の機械的
性質を調べると共に、１５０℃と１７０℃で３０分ベー
キングしたときの機械的性質(焼付硬化性)を調べた。そ
の結果を表７、表８に示す。

【００４７】表７、８より、本発明例は、熱処理の焼入
条件に拘らず、１５０℃という低温での焼付硬化性(Δ
σ₀.₂)が大きい。特にＡ〜Ｅの焼入条件を採用すると更
に焼付硬化性が大きくなる。一方、比較例は１５０℃で
の焼付硬化性が小さい。

【００４８】

【表５】

【００４９】

【表６】

【００５０】

【表７】

【００５１】

【表８】

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
成形性と焼付硬化性を兼備し、特に、プレス成形時の耐
力が低く伸びが大きい一層優れた成形性と、成形後特に
低温側で一層優れた焼付硬化性との一方或いは双方の特
性を種々の需要に応じて具備せしめることも可能であ
る。主として、自動車ボディ用アルミニウム合金材料と
して有用である。

フロントページの続き (72)発明者 日野光雄 栃木県真岡市鬼怒ヶ丘15番地株式会社神戸 製鋼所真岡製造所内 (72)発明者 櫻井健夫 栃木県真岡市鬼怒ヶ丘15番地株式会社神戸 製鋼所真岡製造所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時効処理されたアルミニウム合金板であ
   って、重量％で(以下、同じ)、Ｍg：０.１５〜２.０
   ％、Ｓi：０.２〜２.０％及びＳn：０.０３〜０.３％を
   含有し、残部がＡl及び不可避的不純物からなることを
   特徴とするプレス成形性、焼付硬化性に優れたＡl−Ｍg
   −Ｓi系アルミニウム合金板。
2. 【請求項２】 時効処理されたアルミニウム合金板であ
   って、Ｍg：０.１５〜２.０％、Ｓi：０.３〜１.５％及
   びＳn：０.０３〜０.２％を含有し、残部がＡl及び不可
   避的不純物からなり、プレス成形時の耐力が１０kgf／m
   m²以下及び伸びが３０kgf／mm²以上であることを特徴と
   する特にプレス成形性に優れたＡl−Ｍg−Ｓi系アルミ
   ニウム合金板。
3. 【請求項３】 時効処理されたアルミニウム合金板であ
   って、Ｍg：０.３〜１.５％、Ｓi：０.２〜２.０％及び
   Ｓn：０.０６〜０.３％を含有し、残部がＡl及び不可避
   的不純物からなり、低温側での焼付塗装上りの耐力増加
   が３kgf／mm²以上であることを特徴とする特に低温側で
   の焼付硬化性に優れたＡl−Ｍg−Ｓi系アルミニウム合
   金板。
4. 【請求項４】 更にＭn：０.８％以下、Ｃr：０.３％以
   下及びＺr：０.３％以下のうちの１種又は２種以上を含
   有する請求項１、２又は３に記載のアルミニウム合金
   板。
5. 【請求項５】 更にＣu：０.５％以下及びＡg：０.３％
   以下のうちの１種又は２種を含有する請求項１、２、３
   又は４に記載のアルミニウム合金板。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の必須成分を含有するア
   ルミニウム合金を鋳造及び圧延後、溶体化処理を施し、
   次いで４０〜１３０℃の範囲の温度に０.５〜４８時間
   保持する予備時効を施すことを特徴とするプレス成形
   性、焼付硬化性に優れたアルミニウム合金板の製造方
   法。
7. 【請求項７】 請求項２に記載の必須成分を含有するア
   ルミニウム合金を鋳造及び圧延後、溶体化処理を施し、
   次いで４０〜１００℃の範囲の温度に１時間以上保持す
   る予備時効を施すことを特徴とする特にプレス成形性に
   優れたＡl−Ｍg−Ｓi系アルミニウム合金板の製造方
   法。
8. 【請求項８】 請求項３に記載の必須成分を含有するア
   ルミニウム合金を鋳造及び圧延後、溶体化処理を施し、
   溶体化処理後６０〜１３０℃までを１００℃／min以上
   の冷却速度で冷却し、そのまま６０〜１３０℃の範囲の
   温度に０.５〜４８時間保持する予備時効を施すことを
   特徴とする特に低温側での焼付硬化性に優れたＡl−Ｍg
   −Ｓi系アルミニウム合金板の製造方法。