JPH07173565A

JPH07173565A - 塗装焼付硬化性に優れたプレス成形用アルミニウム合金板

Info

Publication number: JPH07173565A
Application number: JP34272993A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Fujita; 毅藤田; Shinji Mitao; 眞司三田尾; Kohei Hasegawa; 浩平長谷川; Masataka Suga; 正孝須賀; Kaoru Sato; 馨佐藤
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 1995-07-11

Abstract

(57)【要約】【構成】重量％で、Ｍｇを１〜６％、Ｃｕを０．２〜
１．０％、Ｓｉを０．０５〜０．３％、Ｆｅを０．０３
〜０．２５％、Ｔｉを０．００５〜０．１５％、Ｂを
０．０００２〜０．０５％の範囲で含有し、残部がＡｌ
及び不可避的不純物からなり、塗装焼付に相当する低温
短時間処理によって、平均直径５００オングストローム
以下のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の変調構造を生成する塗装焼
付硬化性に優れたプレス成形用アルミニウム合金板。【効果】塗装焼付時において優れた硬化性を示し、成形
用としても十分な伸び及びプレス成形性を有するアルミ
ニウム合金板が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アルミニウム合金薄
板に関し、特に、プレス成形性及びプレス成形後の塗装
焼付硬化性に優れ、自動車車体等に好適なアルミニウム
合金板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より自動車ボディ−パネル用板材と
して表面処理冷間圧延鋼板が多用されているが、近年、
自動車の燃費向上のための軽量化の要望が高まってお
り、その要望を満たすべくアルミニウム合金板が使用さ
れ始めてきている。

【０００３】最近では、プレス加工メーカーの要求も厳
しくなりつつあり、張出し性、深絞り性はもちろんのこ
と、形状凍結性の点からプレス成形前の降伏強度が低く
（自動車技術 Vol.45,No.6.(1991),45) 、かつ、耐デン
ト性、薄肉化の点から塗装焼付により強度が向上する材
料が要求されている。

【０００４】そこで、アルミニウム合金の中でも特に成
形性に優れた非熱処理型のＡｌ−Ｍｇ系合金に対し、Ｃ
ｕやＺｎを添加し、時効硬化によって強度を高める工夫
がなされている。例えば、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ系合金（特
公昭６２−４２９８５号、特開平１−２２５７３８号、
特開平３−２８７７３９号）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ−Ｚｎ
系合金（特公昭５６−３１８６号、特公平４−６９２２
０号）等がある。

【０００５】しかし、これらは成形性が優れているもの
の、塗装焼付工程による硬化は小さく、プレス時の加工
硬化分の低下を防ぐ程度である。なお、従来、焼付硬化
に対するＳｉの効果は明確にされておらず、成形性低下
の懸念から微量に規制している。

【０００６】また、従来からボディーパネル用材料とし
て用いられていたＡｌ−Ｍｇ−Ｃｕ−Ｚｎ系の５０５２
−０材は、プレス成形性に優れるが塗装焼付硬化性を有
しないため強度が低く、耐デント性に劣るという問題が
ある。

【０００７】このように、いずれの合金も比較的鋼板に
近い成形性を有するものの、焼付硬化性が満足されてい
ないのが現状である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明はかかる事情
に鑑みてなされたものであって、塗装焼付において優れ
た硬化性を示すプレス成形用アルミニウム合金板を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用】本願発明者等
は、上記目的を達成するために種々検討を重ねた結果、
化学成分及び組成を適切に調整して、焼付塗装に相当す
る処理により平均直径５００オングストローム以下の極
めて微細なＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の変調構造が生成するよ
うにすることにより、焼付塗装により著しく強度が上昇
することを見出した。

【００１０】すなわち、Ａｌ−Ｍｇ系にＣｕを添加した
組成を基本とする特定組成を採用することによって、焼
付塗装によりＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系変調構造を形成させる
ことができ、さらにＳｉの存在によりＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ
系の析出相Ｓ´の析出サイトである転位ループの生成が
抑制され、著しい強度上昇を示す平均直径５００オング
ストローム以下の変調構造の生成が促進されるのであ
る。

【００１１】この発明は、本願発明者らのこのような知
見に基づいてなされたものである。

【００１２】すなわち、本発明は、重量％で、Ｍｇを１
〜６％、Ｃｕを０．２〜１．０％、Ｓｉを０．０５〜
０．３％、Ｆｅを０．０３〜０．２５％、Ｔｉを０．０
０５〜０．１５％、Ｂを０．０００２〜０．０５％の範
囲で含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなり、
塗装焼付に相当する低温短時間処理によって、平均直径
５００オングストローム以下のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の変
調構造を生成することを特徴とする塗装焼付硬化性に優
れたプレス成形用アルミニウム合金板を提供するもので
ある。

【００１３】また、重量％で、０．０１〜０．３％のＭ
ｎ、０．０１〜０．１５％のＣｒ、０．０１〜０．１２
％のＺｒ、及び０．０１〜０．１８％のＶのうち１種又
は２種以上をさらに含有することにより、この発明の効
果を損なうことなく一層良好な特性のアルミニウム合金
板を得ることができる。

【００１４】以下、この発明について詳細に説明する。

【００１５】先ず、各成分の限定理由について説明す
る。なお、以下の％表示は全て重量％を示す。

【００１６】Ｍｇ：Ｍｇは強度及び成形性を向上させ
る元素であり、さらに焼付硬化性に寄与するＡｌ−Ｃｕ
−Ｍｇ系変調構造の構成元素である。しかし、その含有
量が１％未満ではこのような効果が十分に得られない。
一方、その含有量が６％を超えると変調構造の生成が極
めて遅くなり、また熱間加工性及び耐応力腐食割れ性が
劣化する。従って、Ｍｇの含有量は１〜６％の範囲に規
定される。

【００１７】Ｃｕ：Ｃｕは強度を向上させ、また塗装
焼付硬化に寄与するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系変調構造の構成
元素であるが、その含有量が０．２％未満では変調構造
が生成せず、一方１．０％を超えると強度は向上するが
成形性及び耐食性が劣化する。従って、Ｃｕの含有量は
０．２〜１．０％に規定される。

【００１８】Ｓｉ：Ｓｉは強度寄与の小さいＳ´相の
析出サイトである転位ループの形成を抑制し、塗装焼付
硬化に寄与するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系変調構造の生成を促
進させて硬化能を高め、かつ、塗装焼付時にＡｌ−Ｃｕ
−Ｍｇ系変調構造のサイズを平均直径５００オングスト
ローム以下に抑制する機能を有する。その機能を発揮す
るためにはその含有量が０．０５％以上必要である。一
方、その含有量が０．３％を超えた場合には、上記変調
構造は生成されるものの、成形性を低下させる粗大なＭ
ｇ₂Ｓｉも生成する。従って、Ｓｉの含有量は０．０５
〜０．３％に規定される。

【００１９】Ｆｅ: Ｆｅの含有量が０．２５％を超え
るとＡｌとの共存により成形性に悪影響を及ぼす粗大な
晶出物が生成されやすく、また、Ｓｉと結びついて変調
構造の生成促進に有用なＳｉの量を低下させる。しか
し、微量添加することにより成形性の向上に寄与し、そ
の効果は０．０３％以上で発揮される。従って、Ｆｅの
含有量は０．０３〜０．２５％に規定される。

【００２０】Ｔｉ，Ｂ：Ｔｉ及びＢはＴｉＢ₂等とし
て存在し、鋳塊の結晶粒を微細化して熱間での加工性等
を改善する効果を有する。従って、これらを複合添加す
ることが重要である。しかしながら、これらを過剰に添
加すると粗大な晶出物を生成し、成形性を劣化させる。
従って、これらを添加する場合には、これらの含有量を
上記効果を有効に得ることができる範囲、すなわちＴ
ｉ：０．００５〜０．１５％及びＢ：０．０００２〜
０．０５％の範囲に規定される。

【００２１】これら成分の他、上述の選択成分のうち１
種又は２種以上が含有されるが、これら選択成分の限定
理由は以下の通りである。

【００２２】Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ：これらの元素は
再結晶抑制元素であるから、異常粒成長を抑制する目的
で適量添加してもよい。しかし、これらの合金成分は、
再結晶粒の等軸化に対し負の効果があり成形性を低下さ
せ、かつ過剰に添加すると結晶粒が微細になり過ぎ、伸
びの低下及びストレッチャーストレイン（ＳＳ）マーク
の発生の原因となる。このため、これらの含有量は従来
のアルミニウム合金よりも少ない範囲に規定する必要が
ある。従って、これらを添加する場合には、Ｍｎ，Ｃ
ｒ、Ｚｒ、及びＶの含有量は夫々０．０１〜０．５０
％、０．０１〜０．１５％、０．０１〜０．１２％、及
び０．０１〜０．１８％の範囲に規定される。

【００２３】上記元素の他、通常のアルミニウム合金と
同様、不可避的に不純物が含有されるが、その量は本発
明の効果が損なわれない範囲であれば許容される。例え
ば、Ｎａ、Ｋ等は、いずれも０．００１％以下程度であ
れば含有していても特性上の支障はない。

【００２４】なお、さらに他の元素としてＢｅを０．０
１％まで添加してもよい。Ｂｅは鋳造時の酸化を防止
し、鋳造性及び熱間加工性を向上させ、合金板の成形性
を向上させる元素である。しかし、その含有量が０．０
１％を超えるとその効果が飽和するばかりでなく、毒性
の強い元素であるため鋳造作業環境を該する恐れがある
ので好ましくない。従って、Ｂｅの含有量は０．０１％
までに規定する。

【００２５】このような組成を有するアルミニウム合金
板は、上述したように、塗装焼付に相当する低温短時間
処理によって、平均直径５００オングストローム以下の
Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の変調構造を生成するが、このよう
な変調構造を生成させるための具体的条件は、１２０〜
２３０℃で５分以上程度である。時間の上限は特にない
が、３００分程度が事実上の上限となる。

【００２６】このようなアルミニウム合金板は、プレス
成形性及び塗装焼付硬化性に優れているため自動車車体
等に好適である。

【００２７】以上のようなアルミニウム合金板の製造方
法は特に限定されるものではないが、例えば以下のよう
にして製造される。先ず、成分・組成が規定されたアル
ミニウム鋳塊に対して４００〜５８０℃程度の範囲内の
温度で１段又は多段の均質化熱処理を施す。このような
均質化処理を施すことにより、鋳造時に晶出した共晶化
合物の拡散固溶を促進し、局部的ミクロ偏析を軽減す
る。また、この処理により、最終製品の結晶粒の異常粒
成長を抑制し、均一化を図るうえで重要な役割を果たす
Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖの化合物を微細に析出させること
ができる。

【００２８】次いで、このような均質化処理が施された
鋳塊に対し、常法に従って所定の板厚を得るために熱間
圧延及び冷間圧延を行う。また、歪矯正又は表面粗度調
整のため、次に行われる熱処理の前後両方又はいずれか
で５％以下のレベリング、ストレッチング、あるいはス
キンパス圧延を実施してもよい。

【００２９】圧延終了後、このような圧延板材に対し、
５００〜５８０℃程度の温度から急速冷却する溶体化処
理を行う。この処理は、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系化合物の変
調構造を構成するＣｕ，Ｍｇの溶体化を図り、十分な焼
付け硬化を得るために行うものである。

【００３０】その後、必要に応じて時効処理を行ってア
ルミニウム合金板を得る。

【００３１】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。

【００３２】（実施例１）表１、表２に示すような成分
・組成を有する合金を溶解−連続鋳造し、得られた鋳塊
を面削した後、４４０℃で４時間その後５１０℃で１０
時間の２段均質化処理を実施し、次いで鋳片を５００℃
に加熱し、板厚４mmまで熱間圧延を行った。次いで、室
温に冷却した後、最終板厚まで冷間圧延を行って厚さ１
mmの板材とした。なお、熱間圧延の仕上がり温度は３１
０℃であった。この厚さ１mmの板材を５３０℃まで１０
℃／秒の速度で加熱し、１０秒間保持後、１００℃まで
２０℃／秒の冷却速度で強制空冷を行った。

【００３３】この熱処理後、板材を所定形状に切出し、
引張試験（ＪＩＳ５号，引張方向：圧延方向）及びコニ
カルカップ試験（ＪＩＳＺ２２４９：試験工具１７
型）を実施し、機械的特性及び成形性を評価した。コニ
カルカップ値（ＣＣＶ）は、張出しと深絞りとの複合成
形性を示すものであり、この値が小さいほど成形性に優
れている。さらに、プレス成形後の塗装焼付をシミュレ
−トするために、１７０℃で２０分間の加熱処理（焼付
に対応）を行い、その後引張試験（熱処理後の試験と同
一条件）を実施した。また、これらのサンプルについて
透過電子顕微鏡観察を行い、変調構造のサイズ（直径）
を測定した。ただし、成形性に悪影響を及ぼす元素を添
加した合金、あるいは成形性試験の結果が悪かったもの
については、変調構造のサイズ測定を行わなかった。

【００３４】これらの試験結果を表３、４に示す。な
お、「焼付硬化」の欄は、焼付シミュレ−ト後の降伏強
度から、最終熱処理後の降伏強度を引いた値を示してい
る。

【００３５】なお、表１の番号１〜１１は本発明の組成
を満たしている実施例であり、表２の番号１２〜２１は
これらのいずれかが規定する範囲から外れる比較例であ
る。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【表３】

【００３９】

【表４】表３から明らかなように、実施例である番号１〜１３
は、熱処理後、伸び３０％以上で、変調構造も認めら
れ、かつ焼付け処理により降伏応力が５．０kgf ／mm²
以上の高い焼付硬化を有し、優れた延性−焼付硬化バラ
ンスを有していることが確認された。また、ＣＣＶも良
好であった。

【００４０】一方、表２に示す比較例の番号１２〜２１
は、表４から明らかなように、成形性、焼付硬化性のい
ずれかが不十分であった。例えば、焼付硬化に寄与する
成分であるＭｇ、Ｓｉ、Ｃｕのいずれかの含有量が低い
番号１２，１４，１６の合金、あるいはＭｇ，Ｆｅが高
い番号１３，１８の合金は、焼付硬化が低く０〜１．１
kgf ／mm²程度であり、変調構造も認められなかった。
また、Ｓｉ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｔｉ−Ｂ，Ｍｎ−Ｃｒ，Ｚｒ
−Ｖのいずれかの量が規定されている範囲から外れてい
る番号１５，１７，１８，１９，２０，２１の合金は伸
びが低く、ＣＣＶも大きいため成形性が低いことが確認
された。

【００４１】（実施例２）この実施例では、表１に示し
た番号２，１４，１６の組成について、実施例１と同様
の製造方法で合金板を製造した。この合金板を表５に示
すような塗装焼付条件、すなわち１７０℃×２０ｍｉｎ
（短時間）、１７０℃×１４４０min で熱処理を行った
時の焼付硬化及び変調構造の平均サイズを測定した。そ
の結果を表５に示す。

【００４２】

【表５】表５からら明らかなように、本発明の範囲内の組成を有
する番号２の合金を用いた試料Ａ，Ｂは、夫々６．５kg
f ／mm²、１４．１kgf ／mm²の優れた焼付硬化を示し
た。この際の試料Ａ及びＢの組織をそれぞれ図１及び図
２に示す。これらの図に示すように、試料Ａは平均サイ
ズが１５オングストローム程度、試料Ｂは平均サイズが
４０オングストローム程度の均一微細な変調構造が確認
された。このように、変調構造の平均サイズが大きい
程、焼付硬化が上昇する傾向がある。なお、試料Ｂは極
めて高い焼付硬化が得られるものの焼付時間が長い。温
度を上昇させるとかなり時間が短縮されるが、最近では
省エネルギーの観点から焼付温度が低温側へ移行してい
る。これらの点を考慮すると変調構造の平均サイズは５
００オングストロームが好ましい。

【００４３】一方、本発明の条件を満足していない番号
１４の合金について１７０℃×１４４０ｍｉｎの焼付を
行った試料Ｃは、長時間焼付にもかかわらず、焼付硬化
が１．８kgf ／mm²と低かった。この際の組織を図３に
示すが、強度上昇に最も大きく寄与する変調構造は認め
られず、粗大なＳ´相が転位ループ上に析出しているこ
とがわかる。また、試料Ｄは番号１６の合金について１
７０℃×２０ｍｉｎの焼付を行ったものであるが、これ
についても変調構造は認められず、焼付硬化は０であっ
た。

【００４４】

【発明の効果】この発明によれば、塗装焼付時において
優れた硬化性を示し、成形用としても十分な伸び及びプ
レス成形性を有するアルミニウム合金板が提供される。
本発明のアルミニウム合金板は自動車車体等に好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアルミニウム合金板の塗装焼付後
の変調構造を示す金属組織写真。

【図２】本発明に係るアルミニウム合金板の塗装焼付後
の変調構造を示す金属組織写真。

【図３】比較例に係るアルミニウム合金板の塗装焼付後
の組織を示す金属組織写真。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須賀正孝東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者佐藤馨東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｍｇを１〜６％、Ｃｕを０．
２〜１．０％、Ｓｉを０．０５〜０．３％、Ｆｅを０．
０３〜０．２５％、Ｔｉを０．００５〜０．１５％、Ｂ
を０．０００２〜０．０５％の範囲で含有し、残部がＡ
ｌ及び不可避的不純物からなり、塗装焼付に相当する低
温短時間処理によって、平均直径５００オングストロー
ム以下のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系の変調構造を生成すること
を特徴とする塗装焼付硬化性に優れたプレス成形用アル
ミニウム合金板。
【請求項２】重量％で、０．０１〜０．３％のＭｎ、
０．０１〜０．１５％のＣｒ、０．０１〜０．１２％の
Ｚｒ、及び０．０１〜０．１８％のＶのうち１種又は２
種以上をさらに含有することを特徴とする請求項１に記
載の塗装焼付硬化性に優れたプレス成形用アルミニウム
合金板。