JPH0676637B2 - 耐糸錆性に優れた成形加工用アルミニウム合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は各種陸運車両の材料、例えば自動車用ボディ
シートの材料、あるいは各種電気部品、機械部品用材
料、例えばVTRのシャーシ等に使用される成形加工用ア
ルミニウム合金に関し、特に強度、成形加工性に優れる
と同時に、耐食性、特に耐糸錆性の優れた成形加工用ア
ルミニウム合金に関するものである。

従来の技術 最近では、主として軽量化を主眼として、自動車用ボデ
ィシートやその他各種自動車部品、あるいは各種電気機
械部品等においてアルミニウム合金が益々多用されるよ
うになっている。

ところで従来、各種成形加工の用途に供されるアルミニ
ウム合金としては、Al−Mg系のJIS 5182合金０材や5052
合金０材、あるいはAl−Mg−Si系のAA6009合金T4処理
材、6010合金T4処理材などが最も広く使用されていた。

発明が解決しようとする課題 前述のような成形加工に用いられる従来のアルミニウム
合金のうち、5182合金０材などのAl−Mg系合金は成形加
工後の表面にリューダースマークが生じ易いところか
ら、特に外観品質が優れていることが要求される自動車
のパネル類等には好ましくないとされている。

また一方、6009合金T4処理材などの従来のAl−Mg−Si系
合金は、鋼板と同程度の強度および成形加工性が得られ
てるいが、耐食性、なかでも塗装焼付後の糸錆性が亜鉛
メッキ鋼板と比較して若干劣っており、そのため苛酷な
腐食環境下で使用される可能性のある部品の材料として
は未だ不充分であった。例えば自動車の使用環境は様々
であって、冬期に凍結防止剤として路面に塩が散布され
る寒冷地、あるいは海岸地方などにおいては苛酷な腐食
環境下にあると言うことができ、このような使用環境が
予想される自動車の部品としては、従来のAl−Mg−Si系
合金は未だ耐食性、特に糸錆性の点で不満が残っていた
のが実情であった。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、陸
運車両や電気機械部品等の用途に供される成形加工用の
アルミニウム合金として、強度、成形加工性に優れると
同時に、耐食性、特に糸錆性が優れたアルミニウム合金
を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 前述の目的を達成するべく本発明者等は鋭意実験・検討
を重ねた結果、耐食性のうちでも特に耐糸錆性の向上に
は所定量のBeの添加が有効であって、強度、成形加工性
の良好なAl−Mg、Si系合金に所定量のBeを添加すること
により、耐糸錆性を従来のAl−Mg−Si系合金よりも飛躍
的に向上させ得ることを見出し、この発明をなすに至っ
た。

具体的には、請求項１の発明のアルミニウム合金は、Mg
0.1〜2.0％、Si0.5〜2.5％、Be0.0001〜0.01％を含有
し、残部がAlおよび不可避的不純物よりなることを特徴
とするものである。

また請求項２の発明のアルミニウム合金は、請求項１で
規定した成分のほか、さらにCu0.15〜1.5％、Zn0.1〜2.
0％のうちの１種または２種を含有するものである。

そしてまた請求項３の発明のアルミニウム合金は、請求
項１で規定した成分のほか、さらにMn0.05〜0.6％、Cr
0.05〜0.3％、Zr0.05〜0.3％のうちの１種または２種以
上を含有するものである。

また請求項４の発明のアルミニウム合金は、請求項１で
規定した成分のほか、さらにCu0.15〜1.5％、Zn0.1〜2.
0％のうちの１種または２種と、Mn0.05〜0.6％、Cr0.05
〜0.3％、Zr0.05〜0.3％のうちの１種または２種以上を
含有するものである。

さらに請求項５〜請求項８の発明のアルミニウム合金
は、請求項１〜請求項４で規定した各成分のほか、それ
ぞれTiを0.05〜1.0％含有するものである。

作用 先ずこの発明のアルミニウム合金における成分組成の限
定理由について説明する。

Mg: Mgはこの発明の系のアルミニウム合金において基本とな
る合金成分であり、Siと共存してMg₂Siを生成して、析
出硬化により強度の向上に寄与する。Mgが0.1％未満で
は強度向上効果が不充分であり、一方2.0％を越えれば
伸び、成形性が低下する。したがってMgは0.1〜2.0％の
範囲内とした。

Si: Siもこの発明の系のアルミニウム合金において基本とな
る合金成分である。添加されたSiの一部は金属Si粒子と
してAl合金マトリックス中に存在して、成形加工性、特
に伸びおよび曲げ性を向上させる。また他の一部のSiは
Mgと共存してMg₂Siを生成し、析出硬化により強度の向
上に寄与する。ここで、Si添加量は、Mg₂Si化学量論組
成よりSiが充分に過剰となって、金属Siを生成する状態
となることが強度向上のために重要であり、強度向上の
観点からは、 Si（％）＞0.6×Mg（％）＋0.4（％） を満たすことが望ましい。。なおSiの絶対量が0.5％未
満では、強度向上、成形加工性向上の効果が充分に得ら
れず、一方Si量が2.5％を越えれば伸びおよび成形性が
劣化するから、Si量は0.5〜2.5％の範囲内とした。

Be: Beは緻密な酸化皮膜を形成して、素材アルミニウム表面
でのAlやMgの酸化を防止し、ひいては糸錆性の著しい向
上に寄与する。すなわち、アルミニウム合金における塗
装焼付後の糸錆性は、素材表面の酸化層（Al酸化物、Mg
酸化物による酸化層）の厚さと密接な関係があり、素材
アルミニウム表面の酸化層が厚いほど、塗装時の前処理
として適用される化成処理の処理性が低下し、素材アル
ミニウム表面と塗膜との密着性が悪くなり、糸錆性が劣
化する。Beは、従来Al−Mg系合金において溶解・鋳造時
の溶湯の酸化防止のみを目的として添加される場合があ
ったが、本発明者等の研究の結果、Beは中間焼鈍時や溶
体化処理における板表面でのAlやMgの酸化を防止してそ
れらによる酸化層軽減に効果があり、したがってBe添加
により素材アルミニウム表面の酸化層の厚みを小さくし
て糸錆性を飛躍的に向上させ得ることを見出したのであ
る。なとBeの添加によって生成される酸化皮膜はその厚
みは薄いが緻密なものとなるから、Be添加によって糸錆
性のみならず、一般的な耐食性も向上する。ここで、Be
添加量が0.0001％未満では糸錆性向上の効果が充分に得
られず、一方Be添加量が0.01％を越えればその効果は飽
和し、コスト上昇を招くだけであるから、Be添加量は0.
0001〜0.01％の範囲内とした。

Ti: Tiの添加は、耐食性、特に耐孔食性の向上に有効である
から、請求項５〜請求項８の発明においてTiを添加する
こととした。Tiは従来から鋳塊組織の結晶粒微細化剤と
してＢとともに添加されることがあったが、本発明者等
の研究の結果、Tiの添加効果は鋳塊結晶粒微細化のみな
らず、耐食性の向上にも有効であることを見出した。Al
に対して包晶合金生成元素であるTiは圧延板表面と平行
にTi濃縮層を形成し、この圧延板表面に対して平行なTi
濃縮層が板厚方向への腐食の進行を防止し、耐食性、特
に耐孔食性を著しく向上させ得ることが確認された。こ
こで、Ti添加量が0.05％未満では耐食性向上の効果が充
分に得られず、一方1.0％を越えれば粗大な金属間化合
物を形成して、圧延性、成形性を劣化させるから、Tiの
添加量は0.005〜1.0％の範囲内とした。

なお耐食性向上のためには、従来結晶粒微細化剤として
Tiとともに添加されていたＢは、むしろ有害である。す
なわちTiとともにＢを添加してTiがTiB₂として完全に固
定されれば、耐食性向上の効果が失われてしまう。した
がってＢは全く添加しないか、または結晶粒微細化のた
めに添加するとしても50ppm以下の極微量とすることが
望ましい。

上述のようにBeの添加は耐食性のうちでも特に耐糸錆性
の向上に寄与し、一方Tiの添加は耐食性のうちでも耐孔
食性の向上に寄与する。したがって耐食性のうちでも特
に耐糸錆性向上を目的とするこの発明では、各請求項１
〜８の発明を通じてBeの添加を必須としているが、糸錆
性と耐孔食性の両者を改善するためには、請求項５〜８
において規定したようにTi,Beの両者を同時に添加する
ことが好ましい。

Cu,Zn: Cu,Znはいずれも強度向上に寄与する元素であり、請求
項２、請求項４、請求項６および請求項８の各発明の合
金においていずれか一方または双方が添加される。なお
これらのうちZnは耐食性向上にも効果があり、マトリッ
クスの電位を下げることによって孔食を防止するのに寄
与する。Cuが0.15％未満、Znが0.1％未満では上記の効
果が不充分であり、一方Cuが1.5％を越えれば成形性お
よび耐食性が劣化し、またZnが2.0％を越えれば耐食性
が劣化するとともに、室温での経時変化により成形性を
低下させる。したがってCuは0.15〜1.5％、Znは0.1〜2.
0％の範囲内とした。

Mn,Cr,Zr: これらの元素はいずれも結晶粒を微細化し、成形加工時
のフローラインの発生を低減するに寄与する元素であっ
て、請求項３、請求項４、請求項７および請求項８の各
発明の合金において１種または２種以上が添加される。
Mnが0.05％未満、Crが0.05％未満、Zrが0.05％未満では
上述の効果が充分に得られず、一方Mnが0.6％、Crが0.3
％、Zrが0.3％を越えれば粗大な金属間化合物が生成さ
れて成形性が劣化する。したがってMnは0.05〜0.6％、C
rは0.05〜0.3％、Zrは0.05〜0.3％の範囲内とした。

以上の各成分の残部は、各請求項の合金ともにAlおよび
不可避的不純物とすれば良い。なお不可避的不純物とし
ては通常はFeが含有されるが、不純物としてのFeは0.5
％程度以下であれば特に支障はない。

次にこの発明のアルミニウム合金圧延板の製造方法につ
いて説明する。

この発明のアルミニウム合金からなる圧延板を製造する
方法としては、次のような方法を適用することが望まし
い。すなわち、前述のような成分組成の合金をDC鋳造法
（半連続鋳造法）によって鋳造し、得られた鋳塊に対し
て450〜570℃の範囲内の温度で均質化処理を施した後、
熱間圧延および１回または２回以上の冷間圧延を施して
から溶体化処理を施すにあたり、その溶体化処理前の最
終冷間圧延を20％以上の圧延率で行ない、しかも溶体化
処理を、350〜580℃の範囲内の温度で最大120分以下の
条件で行ない、続いて急速冷却する方法である。なお場
合によっては、前述のDC鋳造法に代えて連続鋳造圧延法
（薄板連続鋳造法）を適用することも可能である。

DC鋳造によって得られたアルミニウム合金鋳塊に対して
は450℃〜570℃の範囲内の温度で均質化処理を施す。こ
のような均質化処理を行なうことによって、成形加工性
を向上させるとともに再結晶粒の安定化を図ることがで
きる。均質化処理の温度が450℃未満では上述の効果が
得られず、一方570℃を越えれば共晶融解が生じるおそ
れがある。なお均質化処理の時間は１〜48時間が望まし
い。１時間未満では上述の効果が充分に得られず、一方
48時間を越える長時間の処理は経済的でない。

均質化処理後には、常法に従って熱間圧延を施し、さら
に１回または２回以上の冷間圧延を行なって所要の板厚
とし、その後溶体化処理を施す。なお必要に応じて熱間
圧延と冷間圧延との間、もしくは冷間圧延と冷間圧延と
の間に中間焼鈍を行なっても良い。

ここで、溶体化処理前の冷間圧延（すなわち２回以上冷
間圧延を行なう場合は最終の冷間圧延）における圧延率
は再結晶粒の安定化および成形性の向上のために重要で
ある。すなわち、溶体化処理前の冷間圧延率が20％未満
では溶体化処理での再結晶が不安定となり、溶体化処理
後の結晶粒が粗大化し、成形性が低下する。したがって
溶体化処理前の冷間圧延率は20％以上とする必要があ
る。

また必要に応じて熱間圧延と冷間圧延との間、または２
回以上冷間圧延を行なう場合に冷間圧延の間で行なわれ
る中間焼鈍の条件は特に重要ではないが、中間焼鈍をバ
ッチ焼鈍で行なう場合は、250〜450℃の範囲内の温度で
0.5〜24時間保持するのが一般的であり、また連続焼鈍
法で中間焼鈍を行なう場合は、350〜580℃の範囲内の温
度で保持なしまたは５分以下の保持の条件が一般的であ
る。ここでバッチ焼鈍の場合、温度が250℃未満では圧
延性が改善されず、一方450℃を越えれば再結晶粒が粗
大化するとともに、表面酸化層の厚さが増大して糸錆性
が低下するおそれがあり、また保持時間が0.5時間未満
では中間焼鈍の効果が不充分であり、一方24時間を越え
ればコスト増大を招くとともに、表面酸化層の厚さが増
大して糸錆性が低下するおそれがある。また連続焼鈍の
場合、温度が350℃未満では圧延性が改善されず、一方5
80℃を越えれば共晶融解のおそれがあり、また保持時間
が５分を越えれば再結晶粒が粗大化するとともに、表面
酸化層の厚さが増大して糸錆性が低下するおそれがあ
る。

冷間圧延後の溶体化処理は再結晶化を行なって、結晶粒
を微細、安定化させ、良好な成形性を得るとともに、M
g,Si,Cu,Zn等の溶質原子をマトリックス中に固溶した後
の室温時効あるいは人工時効で所定の強度を得るために
必要な工程である。この溶体化処理前の冷間圧延率と溶
体化処理の条件とが成形性に対して極めて重要であり、
また溶体化処理条件は糸錆性にも影響を与える。

溶体化処理の温度が350℃未満では再結晶が充分に行な
われず、成形性が低下してしまい、また溶質原子の固溶
が不充分で必要な強度が得られない。一方580℃を越え
れば共晶融解発生のおそれがあり、また再結晶粒が粗大
化して肌荒れが発生し、外観不良を招くとともに成形性
も低下し、さらには表面酸化層の厚さが増大して糸錆性
が低下するおそれがある。なおここで再結晶粒粗大化防
止の目安としては、再結晶粒径が150μｍ以下となる程
度を目安にすれば良い。さらに溶体化処理の時間が120
分を越えれば、表面酸化層の厚さが増大して糸錆性が低
下するおそれがある。したがって溶体化処理の条件は35
0〜580℃の範囲内の温度で120分以下とした。なおこの
溶体化処理としては、バッチ式、連続式のいずれの熱処
理炉を適用しても良い。

溶体化処理後は急速冷却するが、この冷却速度は強制空
冷以上の冷却速度であれば充分である。具体的には、５
℃/sec以上の冷却速度が適当である。

なお溶体化処理後に強制空冷あるいは水焼入を行なえば
板に反りが発生しやすい。これを除去するために、冷却
後に歪強制加工としてスキンパス、レベリング、ストレ
ッチ等の軽い冷間加工を行なっても良い。但しこれらの
軽い冷間加工を行なえば、成形加工性が若干低下する。
そこで成形加工性を回復させるために、上述の軽い冷間
加工の後に歪除去焼鈍を行なうことが望ましい。この歪
除去焼鈍の条件は、第１図に示すような加熱速度、冷却
速度で、第２図に示すような温度、時間とすることが適
当である。

以上のようにして得られたアルミニウム合金圧延板は、
成形加工性に優れると同時に強度も高く、しかも優れた
耐食性、特に優れた糸錆性を有する。

実施例 第１表の合金番号１〜11に示す成分組成の合金をDC鋳造
法により断面寸法500mm×1200mmのスラブに鋳造し、そ
の鋳塊に対し500℃×６時間の均質化処理を施した後、
板厚4mmまで熱間圧延し、さらに板厚1mmまで冷間圧延し
た。その後、各冷延板について、第２表の条件符号Ａ〜
Ｅに示す種々の条件の溶体化処理を施した。

溶体化処理後の各板の機械的性質、成形性、耐食性を調
べた結果を第３表に記す。

なおここで機械的性質および成形性は、いずれも溶体化
処理後に２週間の室温時効を行なってから測定した。ま
た成形性試験のうち、エリクセン試験はJIS−Ｂ法によ
って行ない、張出し性試験はφ100mmの球頭ポンチを用
い、塩ビフィルムを貼った状態で行なった。また第３表
中におけるLDRは限界絞り比を、また曲げ性（mm）は最
小曲げ半径を示す。さらに耐食性のうち、糸錆性の試験
は、焼付塗装を行なった後にカッターナイフでスクラッ
チを入れ、ASTM法に準拠して腐食試験を行ない、スクラ
ッチ部に発生した糸錆の長さをルーペにて測定した。ま
たピット深さは、裸材で塩水噴霧試験を1000時間行な
い、サンプルに生じたピットを光学顕微鏡で測定した。

第３表に示すように、この発明の成分組成範囲内の合金
について適切なプロセスを適用した本発明例のアルミニ
ウム合金板においては、強度は従来のAl−Mg−Si系合金
と同等の高強度を示し、成形性は従来のAl−Mg−Si系合
金よりもさらに優れ、そして特に耐食性については、従
来のAl−Mg−Si系合金よりも格段に優れていることが明
らかである。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明の成形加工用ア
ルミニウム合金は、強度および成形加工性が従来のAl−
Mg−Si系合金と同等かまたはそれ以上に優れる同時に、
耐食性、特に耐糸錆性が優れていて、焼付塗装後の耐食
性が従来のAl−Mg−Si系合金よりも格段に優れ、したが
って苛酷な腐食環境下で使用されることが予想される自
動車のボディシートなどの陸運車両部品あるいは各種電
気機械部品等に最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は歪除去焼鈍における加熱速度、冷却速度と温度
との関係を示す線図、第２図は同じく歪除去焼鈍におけ
る保持時間と温度との関係を示す線図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−13407（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−155655（ＪＰ，Ａ) 軽金属協会アルミニウムハンドブック編 集委員会編「アルミニウムハンドブック （第３版）」（昭和60年４月20日、同協会 発行）第13頁、第７頁 軽金属協会編「アルミニウムハンドブッ ク」（昭和38年５月30日、（株）朝倉書店 発行）第488頁

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Mg0.1〜2.0％（wt％、以下同じ）、Si0.5
   〜2.5％、Be0.0001〜0.01％を含有し、残部がAlおよび
   不可避的不純物よりなることを特徴とする耐糸錆性に優
   れた成形加工用アルミニウム合金。
2. 【請求項２】Mg0.1〜2.0％、Si0.5〜2.5％、Be0.0001〜
   0.01％を含有するとともに、Cu0.15〜1.5％、Zn0.1〜2.
   0％のうちの１種または２種を含有し、残部がAlおよび
   不可避的不純物よりなることを特徴とする耐糸錆性に優
   れた成形加工用アルミニウム合金。
3. 【請求項３】Mg0.1〜2.0％、Si0.5〜2.5％、Be0.0001〜
   0.01％を含有するとともに、Mn0.05〜0.6％、Cr0.05〜
   0.3％、Zr0.05〜0.3％のうちの１種または２種以上を含
   有し、残部がAlおよび不可避的不純物よりなることを特
   徴とする耐糸錆性に優れた成形加工用アルミニウム合
   金。
4. 【請求項４】Mg0.1〜2.0％、Si0.5〜2.5％、Be0.0001〜
   0.01％を含有するとともに、Cu0.15〜1.5％、Zn0.1〜2.
   0％のうちの１種または２種と、Mn0.05〜0.6％、Cr0.05
   〜0.3％、Zr0.05〜0.3％のうちの１種または２種以上と
   を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物よりなること
   を特徴とする耐糸錆性に優れた成形加工用アルミニウム
   合金。
5. 【請求項５】Mg0.1〜2.0％、Si0.5〜2.5％、Be0.0001〜
   0.01％、Ti0.05〜1.0％を含有し、残部がAlおよび不可
   避的不純物よりなることを特徴とする耐糸錆性に優れた
   成形加工用アルミニウム合金。
6. 【請求項６】Mg0.1〜2.0％、Si0.5〜2.5％、Be0.0001〜
   0.01％、Ti0.05〜1.0％を含有するとともに、Cu0.15〜
   1.5％、Zn0.1〜2.0％のうちの１種または２種を含有
   し、残部がAlおよび不可避的不純物よりなることを特徴
   とする耐糸錆性に優れた成形加工用アルミニウム合金。
7. 【請求項７】Mg0.1〜2.0％、Si0.5〜2.5％、Be0.0001〜
   0.01％、Ti0.05〜1.0％を含有するとともに、Mn0.05〜
   0.6％、Cr0.05〜0.3％、Zr0.05〜0.3％のうちの１種ま
   たは２種以上を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物
   よりなることを特徴とする耐糸錆性に優れた成形加工用
   アルミニウム合金。
8. 【請求項８】Mg0.1〜2.0％、Si0.5〜2.5％、Be0.0001〜
   0.01％、Ti0.05〜1.0％を含有するとともに、Cu0.15〜
   1.5％、Zn0.1〜2.0％のうちの１種または２種と、Mn0.0
   5〜0.6％、Cr0.05〜0.3％、Zr0.05〜0.3％のうちの１種
   または２種以上とを含有し、残部がAlおよび不可避的不
   純物よりなることを特徴とする耐糸錆性に優れた成形加
   工用アルミニウム合金。