JPH073371A

JPH073371A - 燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH073371A
Application number: JP2480694A
Authority: JP
Inventors: Masaji Saito; 正次斎藤; Toshio Komatsubara; 俊雄小松原; Mamoru Matsuo; 守松尾; Harumasa Takada; 陽允高田
Original assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Current assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Priority date: 1994-01-26
Filing date: 1994-01-26
Publication date: 1995-01-06

Abstract

(57)【要約】【目的】良好な成形加工性、高い強度を有し、しかも
燐酸亜鉛処理性に優れていて塗膜の密着性、耐糸錆性に
優れた焼付塗装板が得られるようにした燐酸亜鉛処理用
Ａｌ合金板を提供する。【構成】請求項１：Ｍｇ０．１〜１．５％、Ｓｉ０．
３〜２．５％、Ｚｎ０．５〜２．５％、Ｃｕ０．０５〜
０．５％を含有し、かつＦｅ０．５％以下、Ｍｎ０．８
％以下、Ｃｒ０．３％以下、Ｚｒ０．２％以下、Ｖ０．
２％以下の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燐酸亜鉛処理用Ａｌ合金
板。請求項２：上記の成分組成の合金を鋳造、圧延
後、４５０〜５９０℃で溶体化処理し、５℃／ｓｅｃ以
上で焼入れる製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は成形加工および塗装焼
付けを施して使用される用途の成形加工用アルミニウム
合金板、例えば自動車のボディシートに使用されるアル
ミニウム合金板に関し、特に塗装下地処理として燐酸亜
鉛処理を施して用いられるアルミニウム合金板に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のボディシートには主とし
て冷延鋼板を使用することが多かったが、最近では主と
して車体軽量化の要求からアルミニウム合金圧延板を使
用することが試みられるようになっている。

【０００３】自動車のボディシートは、プレス成形を施
して使用されることから、成形加工性が優れているこ
と、特に伸び、張り出し性に優れておりかつ成形加工時
におけるリューダースマークの発生がないことが要求さ
れ、しかも高強度を有することが必要であり、しかも一
般に自動車のボディシートは焼付け塗装を施すことか
ら、焼付け塗装後の強度が高いことが要求される。また
塗装時の塗膜の密着性が良好であること、さらに塗装後
の耐食性が良好であることも必要である。

【０００４】ところで高強度が必要とされる成形加工用
の用途に使用されるアルミニウム合金としては従来から
種々のものがあるが、その主要なものとしては、合金成
分系によって次のように大別される。（イ）非熱処理型Ａｌ−Ｍｇ合金である５０５２合金
のＯ材あるいは同じく５１８２合金のＯ材。（ロ）熱処理型Ａｌ−Ｃｕ合金である２０３６合金Ｔ
４処理材もしくはＴ６処理材。（ハ）熱処理型Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃｕ合金Ｔ４処理
材。この系のアルミニウム合金としては、例えば特開昭
５２−１４１４０９号、特開昭５３−１０３９１４号、
あるいは特開昭５７−９８６４８号記載の合金などがあ
る。また「日経ニューマテリアル１９８６年４月７日
号」の６３〜７２頁、特に６４頁で紹介されているＡｌ
−４．５％Ｍｇ−０．３８％Ｃｕ−１．４６％Ｚｎ−
０．１８％Ｆｅ−０．０９％Ｓｉ合金もある。（ニ）熱処理型Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金である６００９
合金Ｔ４処理材、６０１０合金Ｔ４処理材（例えば特開
昭５９−３９４９９号参照）。さらに特公昭６１−１５
１４８号で提案されているＡＣ１２０合金Ｔ４処理材な
ど。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の（イ）〜（ニ）
に示されるような従来の高強度成形加工用アルミニウム
合金は、いずれも自動車用のボディシートに要求される
前述の特性を全て満足させることは困難であった。さら
に、自動車用ボディにアルミニウム合金を用いる場合で
も、一般にはアルミニウム合金板を鋼板と併用してボデ
ィの組立て製造を行なうのが通常であり、その場合塗装
焼付けの点から次のような問題があった。

【０００６】すなわち、鋼板とアルミニウム合金板とを
併用して自動車ボディの組立て製造を行なう場合、成形
した鋼板からなるボディパーツと成形したアルミニウム
合金板からなるボディパーツを組立てて抵抗溶接により
スポット溶接し、ボディを作成した後、そのボディ全体
に対して脱脂処理を施してから燐酸亜鉛処理を施し、そ
の後電着塗装やスプレー塗装を行なうのが通常である。
したがってこの場合、アルミニウム合金板からなるパー
ツにも、塗装前に燐酸亜鉛処理が施されることになる
が、前述のような従来の高強度成形加工用アルミニウム
合金はいずれも燐酸亜鉛処理性が悪く、表面に燐酸亜鉛
皮膜が充分に生成されない問題がある。そしてこのよう
に燐酸亜鉛皮膜が充分に生成されないため、その上に形
成する塗膜の密着性が充分に得られず、塗装後の表面に
糸錆が発生しやすくなる問題がある。すなわち、従来の
高強度成形加工用アルミニウム合金を自動車用ボディシ
ートに使用した場合、燐酸亜鉛処理を考慮すれば、塗装
後の塗膜の密着性が充分に得られず、ひいては耐糸錆性
に劣る問題があったのである。

【０００７】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、良好な成形加工性および高い強度を有すると
同時に、燐酸亜鉛処理性に優れ、塗膜の密着性が良好で
耐糸錆性にも優れた焼付塗装板が得られるようにした燐
酸亜鉛処理用アルミニウム合金板を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の燐酸亜
鉛処理用アルミニウム合金板は、Ｍｇ０．１〜１．５
％、Ｓｉ０．３〜２．５％、Ｚｎ０．５〜２．５％、Ｃ
ｕ０．０５〜０．５％を含有し、さらにＦｅ０．５％以
下、Ｍｎ０．８％以下、Ｃｒ０．３％以下、Ｚｒ０．２
％以下、Ｖ０．２％以下のうちの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からなること
を特徴とするものである。

【０００９】また請求項２に記載の燐酸亜鉛処理用アル
ミニウム合金板の製造方法は、Ｍｇ０．１〜１．５％、
Ｓｉ０．３〜２．５％、Ｚｎ０．５〜２．５％、Ｃｕ
０．０５〜０．５％を含有し、さらにＦｅ０．５％以
下、Ｍｎ０．８％以下、Ｃｒ０．３％以下、Ｚｒ０．２
％以下、Ｖ０．２％以下のうちの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からなるアル
ミニウム合金の溶湯を鋳造し、得られた鋳塊を圧延した
後、その圧延板を４５０〜５９０℃の範囲内の温度で溶
体化処理して、５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で焼入れす
ることを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】先ずこの発明の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合
金板の成分限定理由について説明する。

【００１１】Ｍｇ：ＭｇはＳｉと共存することによりＭ
ｇ₂Ｓｉを生成し、強度向上に寄与する。Ｍｇ量が０．
１％未満では強度向上の効果が不充分であり、一方Ｍｇ
量が１．５％を越えれば加工硬化が著しくなって成形加
工性、特に伸びが低下し、自動車用ボディシート等の用
途に不適当となる。したがってＭｇ量は０．１〜１．５
％の範囲内とした。

【００１２】Ｓｉ：Ｓｉは強度と成形性の向上に必要な
元素であり、特にＭｇと共存することにより強度向上に
大きく寄与する。Ｓｉ量が０．３％未満では強度向上の
効果が不充分であり、一方Ｓｉ量が２．５％を越えれば
金属Ｓｉの粗大粒子が増加して成形性、特に曲げ性が劣
化する。したがってＳｉ量は０．３〜２．５％の範囲内
とした。なお特に強度を重視する場合は、Ｓｉ量は１．
５〜２．５％の範囲内とすることが好ましい。

【００１３】Ｚｎ，Ｃｕ：Ｚｎ，Ｃｕはいずれも燐酸亜
鉛処理性を向上させて、板表面に燐酸亜鉛皮膜が充分に
生成されるようにするとともに、燐酸亜鉛処理による燐
酸亜鉛粒子を均一微細化させる。その結果、燐酸亜鉛皮
膜の上に形成する塗膜の密着性を向上させ、糸錆性等の
塗装後の耐食性を良好にするに寄与する。Ｚｎ量が０．
５％未満では上記の効果が充分に得られず、一方Ｚｎ量
が２．５％を越えれば、合金板自体の耐食性が低下す
る。したがってＺｎ量は０．５〜２．５％の範囲内に限
定した。またＣｕ量が０．０５％未満では上記の効果が
充分に得られず、一方をＣｕを０．５％を越えて多量に
含有させれば合金板自体の耐食性を劣化させ、その結果
逆に糸錆性を低下させるから、Ｃｕは０．０５〜０．５
％とした。

【００１４】Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ：これらはい
ずれも結晶粒微細化に寄与して組織を安定化させるとと
もに、強度もしくは成形性の向上に寄与するから、これ
らのうちいずれか１種または２種以上を含有させる。但
し、Ｆｅが０．５％を越えれば成形性が低下するから、
Ｆｅは０．５％以下とする。またＭｎ０．８％、Ｃｒ
０．３％、Ｚｒ０．２％、Ｖ０．２％を越えれば、巨大
金属間化合物が生成されて成形性が低下するから、Ｍｎ
は０．８％以下、Ｃｒは０．３％以下、Ｚｒは０．２％
以下、Ｖは０．２％以下とした。

【００１５】以上の各元素のほかは、基本的にはＡｌお
よび不可避的不純物とすれば良い。

【００１６】なお通常のアルミニウム合金においては、
鋳塊の微細化のために、Ｔｉ、もしくはＴｉおよびＢを
微量添加することがあり、この発明のアルミニウム合金
板においてもＴｉ、もしくはＴｉおよびＢが含有されて
いてもよい。その場合、Ｔｉが０．１５％を越えれば初
晶ＴｉＡｌ₃が晶出して成形性を害するから、Ｔｉは
０．１５％以下とし、また、ＴｉとともにＢを添加する
場合、Ｂ量が５００ｐｐｍを越えればＴｉＢ₂の粗大粒
子が混入して成形性を害するから、Ｂは５００ｐｐｍ以
下にすることが好ましい。

【００１７】またこれらの合金には微量のＢｅが添加さ
れてもよい。特にＭｇを含有する合金を溶解する場合に
はＢｅは溶湯の酸化を抑制し、材料中への酸化物粒子な
どの不純物の混入を防止する。しかしながら、５００ｐ
ｐｍを越えてＢｅを添加させても上記の効果は飽和し、
経済的に無意味となるから、Ｂｅを添加する場合のＢｅ
量は５００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

【００１８】次に上述のような成分組成を有する燐酸亜
鉛処理用アルミニウム合金の製造方法、すなわち請求項
２の発明の方法について説明する。

【００１９】前述のような成分組成の合金の特性を充分
に発揮させるためには、基本的には、圧延後において４
５０〜５９０℃の範囲内の温度で溶体化処理し、それに
引続く焼入れとして、５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷
却することが必要である。この溶体化処理によって、最
終的に所定の強度および成形性を達成するに必要な量の
固溶Ｍｇ，Ｓｉを得ることができる。このときの処理温
度が４５０℃未満では溶体化が不充分であって、冷却後
の強度および塗装焼付け後の強度が充分に得られなくな
り、一方処理温度が５９０℃を越えれば共晶融解のおそ
れがあるから、溶体化処理温度は４５０〜５９０℃の範
囲内とする必要がある。また溶体化処理後の冷却速度が
５℃／ｓｅｃよりも遅ければ、充分な強度が得られない
ばかりでなく、耐粒界腐食性等の耐食性も劣化する。し
たがって溶体化処理後の冷却速度は５℃／ｓｅｃ以上と
する必要がある。

【００２０】さらに前述のような成分組成のアルミニウ
ム合金の特性をより充分に発揮させるためには、次のよ
うな条件、方法を適用することが望ましい。

【００２１】すなわち、先ず前記成分組成の合金溶湯を
常法にしたがって溶製し、矩形断面を有する鋳塊に半連
続鋳造（ＤＣ鋳造）する。このときの鋳造速度は特に限
定されないが、一般には２５ｍｍ／ｍｉｎ〜２５０ｍｍ
／ｍｉｎ程度の鋳造速度で鋳造すれば良い。得られた鋳
塊に対しては、熱間圧延に先立ち、４５０〜５９０℃で
１〜４８時間加熱する均質化処理を行なう。この均質化
処理は、鋳塊の不均一を解消し、成形性を向上させるこ
とを目的としており、加熱温度が４５０℃未満または加
熱時間が１時間未満では均質化の程度が不充分となり、
一方加熱温度が５９０℃を越えれば共晶融解が生じるお
それがあり、また加熱時間が４８時間を越えれば経済性
が低下する。この均質化処理の後には、常法に従って熱
間圧延を行なえば良い。熱間圧延のための加熱は、上記
の均質化処理と兼ねて行なっても、また独立して行なっ
ても良い。

【００２２】なお上述の半連続鋳造法に代えて、薄板連
続鋳造法（連続鋳造圧延法）を適用しても良い。この場
合は熱間圧延を省略して、直ちに冷間圧延を行なうこと
ができるが、冷間圧延に先き立ち、均質化を促進して成
形性を向上させる目的で、３００〜５９０℃×１〜４８
時間の予備加熱を行なうことが効果的である。

【００２３】上述のようにして得られた熱延板もしくは
連続鋳造薄板に対しては、常法に従って冷間圧延を行な
い、板厚０．５〜３ｍｍ程度の板とする。この冷間圧延
の中途、あるいは冷間圧延とその前の熱間圧延との間に
は、成形性の向上のために中間焼鈍を行なっても良い。
すなわち、熱間圧延時に粗大な結晶粒が発生した場合、
これをそのまま冷間圧延すれば成形加工時にリジングも
しくはフローラインと称する欠陥が発生し、成形品の外
観を損ねるおそれがあるが、中間焼鈍を行なって再結晶
させることによりその問題を解消することができる。こ
の中間焼鈍をバッチ式の焼鈍炉で行なう場合、中間焼鈍
条件は２５０〜４５０℃×１〜４８時間が適当である。
中間焼鈍温度が２５０℃未満では再結晶が生じず、一方
４５０℃を越えれば結晶粒の粗大化が起りやすくなる。
また中間焼鈍時間が１時間未満でも再結晶が不充分とな
り、一方４８時間を越える長時間の焼鈍は経済性を悪化
させるだけである。また中間焼鈍は連続焼鈍炉により行
なっても良く、この場合中間焼鈍温度は４００〜５８０
℃が適当であり、またその中間焼鈍温度における保持時
間は零もしくは５分以下で充分である。

【００２４】冷間圧延により所要の板厚とした後には、
前述のような４５０〜５９０℃の範囲内での溶体化処理
を行なう。この溶体化処理は、量産性等を考慮すれば、
連続焼鈍炉によって行なうことが好ましい。この場合、
上記温度での保持時間は零でも良いが、通常は１０秒以
上が好ましい。連続焼鈍炉を用いた溶体化処理では、溶
体化処理に引続いて直ちに５℃／ｓｅｃ以上の冷却速度
での焼入れがなされるため、結晶粒が微細化されて成形
性が向上する。

【００２５】以上のように、所定の成分組成の合金を上
記の方法で製造することによって、強度および成形性が
優れかつ燐酸亜鉛処理性に優れたアルミニウム合金板を
得ることができる。

【００２６】

【実施例】

［実施例１］表１の試料番号１〜４に示すアルミニウム
合金を常法に従って溶製し、半連続鋳造法により鋳造し
た。鋳造サイズは５００×１２００×３００ｍｍであ
り、また鋳造速度は６５ｍｍ／ｍｉｎとした。得られた
鋳塊に対して５２０℃×１２時間の均質化処理を行なっ
た後、５００℃で熱間圧延を開始し、板厚５ｍｍの熱延
板とした。次いでその熱延板を厚さ１ｍｍまで冷間圧延
した。得られた冷延板に対し、５００℃で１５分間溶体
化処理を施した後、直ちに水焼入れにより冷却（冷却速
度１０²〜１０³℃／ｓｅｃ）した。

【００２７】焼入れ後の板を２週間放置して、機械的特
性および成形性を調べた。その結果を表２に示す。なお
表２において、エリクセン値は、ＪＩＳ−Ｂ法によるエ
リクセン試験の結果を示し、また球頭張り出し試験値
は、１００ｍｍφの球頭ポンチを用い、塩ビフィルムを
貼った状態での球頭張り出し試験の結果を示す。

【００２８】また同様に２週間放置した板について、成
形加工を想定して５％もしくは１０％の加工率の冷間圧
延を行なった状態での強度を調べ、さらにその冷間圧延
を行なった板および行なわなかった板について、焼付け
塗装を想定して１７５℃×１ｈｒの加熱を行なった後の
強度を調べた。それらの結果を表３に示す。

【００２９】さらに、上記と同様に２週間放置した板に
ついて、燐酸亜鉛処理性を調べるとともに、燐酸亜鉛処
理後に焼付塗装を行なって糸錆性を調べた。その結果を
表４に示す。なおここで燐酸亜鉛処理性および糸錆性は
次のようにして調べた。

【００３０】すなわち、先ず２％ケイ酸ソーダ系の脱脂
液中に４５℃×２分間浸漬して脱脂し、水洗の後、１５
％ＨＮＯ₃水溶液に室温中で１分間浸漬してデスマット
し、水洗後、市販のチタン含有表面調整液中に１分間浸
漬して、表面調整を行ない、次いで市販のフッ素含有燐
酸亜鉛系化成処理液に浸漬させることにより燐酸亜鉛処
理を行なって、１ｇ／ｍ²の燐酸亜鉛皮膜を生成させた
後、水洗し乾燥させた。そして表面の燐酸亜鉛皮膜の生
成状態（付着状態）を走査型電子顕微鏡で観察した。

【００３１】またこのようにして燐酸亜鉛皮膜を生成さ
せた後、電着塗装、中塗り、上塗りを施し、得られた塗
装板の表面の塗膜に×印の疵を人工的につけた後、ＪＩ
ＳＺ２３７１に準拠した塩水噴霧試験を２４時間実施
し、しかる後４０℃で８０〜８５％の湿度に２５０時間
ソークする湿潤試験を行ない、発生した糸錆の長さを調
べて糸錆性を評価した。

【００３２】なお表２〜表４に結果を示す試験について
は、いずれも参考のため市販の亜鉛めっき鋼板（試料番
号５）についても行なった。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】表２、表３に示すように、実施例１による
この発明の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板は、機械
的性質、焼付け硬化性、成形性は比較合金と同等のレベ
ルにあるが、燐酸亜鉛処理性、糸錆性は表４に示すよう
に亜鉛メッキ鋼板に匹敵する優れた性能を有しているこ
とが明らかである。

【００３８】［実施例２］表５の試料番号６に示す本発
明成分組成範囲内のアルミニウム合金について、実施例
１と同様に鋳造、圧延し、板厚１ｍｍの冷延板を得た。
この冷延板に対し、連続焼鈍炉を用い、約３０℃／ｓｅ
ｃの昇温速度で５４０℃に加熱してその温度で１０ｓｅ
ｃ保持した後、約３０℃／ｓｅｃの冷却速度で強制冷却
する溶体化処理−焼入れを施した。焼入れ後の板につい
て、実施例１と同様に各種の試験を行なった。その結果
を、実施例１についての表２〜表４に対応して表６〜表
８に示す。

【００３９】

【表５】

【００４０】

【表６】

【００４１】

【表７】

【００４２】

【表８】

【００４３】表６〜表８に示すように、実施例２による
本発明アルミニウム合金板においても、良好な機械的性
質、焼付け硬化性、成形性を有すると同時に、優れた燐
酸亜鉛処理性、糸錆性を有していることが明らかであ
る。

【００４４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明の燐酸亜鉛処理用
アルミニウム合金板は、強度、特に焼付塗装後の強度と
成形加工性が良好であるばかりでなく、燐酸亜鉛処理性
に優れており、そのため燐酸亜鉛処理後に施される塗膜
の密着性が優れるとともに、塗装後の耐食性、特に糸錆
性に優れており、したがって燐酸亜鉛処理が施されて用
いられる自動車用ボディシートに最適である。

【００４５】また請求項２に記載の発明の製造方法によ
れば、上述のような優れた性能を有する燐酸亜鉛処理用
アルミニウム合金板を実際に量産的規模で容易に製造す
ることができる。

【００４６】なおこの発明のアルミニウム合金板は、自
動車用ボディシートに最適であるが、その他の燐酸亜鉛
処理が施されて用いる用途にも使用し得ることは勿論で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田陽允東京都中央区日本橋室町４丁目３番18号スカイアルミニウム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｇ０．１〜１．５％（重量％、以下同
じ）、Ｓｉ０．３〜２．５％、Ｚｎ０．５〜２．５％、
Ｃｕ０．０５〜０．５％を含有し、さらにＦｅ０．５％
以下、Ｍｎ０．８％以下、Ｃｒ０．３％以下、Ｚｒ０．
２％以下、Ｖ０．２％以下のうちの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からなるこ
とを特徴とする燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板。
【請求項２】Ｍｇ０．１〜１．５％、Ｓｉ０．３〜
２．５％、Ｚｎ０．５〜２．５％、Ｃｕ０．０５〜０．
５％を含有し、さらにＦｅ０．５％以下、Ｍｎ０．８％
以下、Ｃｒ０．３％以下、Ｚｒ０．２％以下、Ｖ０．２
％以下のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＡ
ｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金の溶
湯を鋳造し、得られた鋳塊を圧延した後、その圧延板を
４５０〜５９０℃の範囲内の温度で溶体化処理して、５
℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で焼入れすることを特徴とす
る燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板の製造方法。