JPH08505904A - 改良された延性及び深絞り性を有するアルミニウム−ケイ素−マグネシウム系合金及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、シートまたはストリップの形態で使用される改良された延性及び深絞り性を有するアルミニウム−ケイ素−マグネシウム系アルミニウム合金及びその製造方法に関する。シートまたはストリップは特に深絞りに適しており特に自動車の車体用材として使用される。請求項に記載の合金は、０．１〜０．８重量％のマンガンと０．２５〜０．８重量％のマグネシウムと０．５〜１．３重量％のケイ素と０．９重量％以下の銅と０．５重量％以下の鉄と（各々が）０．５重量％以下及び（合計で）０．１５重量％以下のその他の元素とを含有し残りがアルミニウムから成る化学組成を有している。これらのシート及びストリップは、鋳造、特定の再加熱及び圧延条件下の熱間圧延、冷間圧延、時効硬化、成形、及び、塗装焼付けによって製造され、焼入れと時効硬化との間に任意に予備焼戻しを行う。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された延性及び深絞り性を有するアルミニウム−ケイ素−マグネシウム系合 金及びその製造方法 本発明は、シートまたはストリップの形態で使用される改良された延性及び深 絞り性を有するアルミニウム−ケイ素−マグネシウム系合金及びその製造方法に 関する。このようなシート及びストリップは特に深絞りに適しており特に自動車 の車体用材として使用される。 所与の機械的強度の場合、延性及び深絞り性は、ペイント塗装のような表面塗 装及びその焼付けを行う前に常温成形によって処理されるシートまたはストリッ プに必須の特性である。 この分野で使用されている従来の合金、例えばアルミニウム協会の表示による 合金６００９、６０１６、６１１１などは用途及び成形性の観点から十分な機械 的特性を有していない。 本発明の合金は、０．１〜０．８重量％のマンガン（Ｍｎ）と、０．２５〜０ ．８重量％のマグネシウム（Ｍｇ）と、０．５〜１．３重量％のケイ素（Ｓｉ） と、０．９重量％以下の銅（Ｃｕ）と、０．５重量％以下の鉄（Ｆｅ）と、（各 々が）０．５重量％以下及び（合計で）０．１５重量％以下のその他の元 素とを含有し、残りがアルミニウム（Ａｌ）から成る重量組成を有している。 好ましくは、本発明の合金は、０．１５〜０．６５重量％のＭｎと、０．３〜 ０．６重量％のＭｇと、０．７〜１．２重量％のＳｉと、０．１〜０．５重量％ のＣｕと、０．４重量％以下のＦｅとから構成され、残りがアルミニウムと不可 避不純物とから成る重量組成を有している。 より好ましくは、本発明の合金は、０．２５〜０．４５重量％のＭｎと、０． ３〜０．５重量％のＭｇと、０．８５〜１．１０重量％のＳｉと、０．１〜０． ３重量％のＣｕと、０．３重量％以下のＦｅとを含有し、残りがアルミニウムと 不可避不純物とから成る重量組成を有している。 マンガンの存在が機械的強度及び成形性に有利であることは知られている。マ ンガンが０．１重量％以上で存在するときその効果が明らかになる。しかしなが らマンガンが０．８重量％を超過すると、成形性に不都合な粗粒化合物（Ａｌ， Ｍｎ，Ｆｅ）が形成される。出願人はまた、高含量マンガンが顕微鏡的歪みを均 質化する傾向を有しており、これは歪みの良好な分布に有利であることを知見し た。 マグネシウムの値が０．２５重量％未満の場合、塗装焼 付け後の弾性限界が過度に小さい。０．８重量％を上回る値の場合、成形性が不 十分になり、また時効硬化が過度に早まる。ケイ素の含量が０．５重量％未満の 場合、機械的強度が余りにも小さい。ケイ素の含量が１．３重量％を上回る場合 、粗粒状の一次化合物が出現し成形性が損なわれる。 銅の含量が０．９重量％を上回る場合、（粒間）耐食性が十分でない。 鉄の含量が０.５重量％を上回る場合には、その結果として成形性に不都合な 粗粒析出が生じる。 製造方法は通常以下の処理工程を含む： −所与の組成の合金をインゴットまたはストリップの形態に鋳造、 −任意の均質化、 −再加熱及び熱間圧延、 −冷間圧延、 −溶体化、 −Ｔ４状態で常温成形、 −任意の表面塗装及び焼付け、例えばペイント塗装（これは合金の硬化を助ける ）。例えば米国特許第４，６１４，５ ５２号、第４，７８４，９２１号、第４，８４０，８５２号及び国際特許出願Ｗ Ｏ８７／０２７１２参照。 本出願人は、上記の処理工程において、一方では均質化段階を熱間圧延前の再 加熱に統合することによって削除し、他方では急速焼入れ段階を導入し、且つ焼 入れ後、時効硬化の前に予備焼戻し段階を導入することによって、処理工程を単 純化及び／または改良し得ることを知見した。 即ち、本発明方法は、鋳造、再加熱、熱間圧延及び任意の冷間圧延、溶体化及 び焼入れ、時効硬化、任意の表面塗装及びその焼付け、から成る処理を含んでお り、熱間圧延前の再加熱温度及び熱間圧延機の入口温度を４６０〜５２０℃にし たことを特徴とする。 １０℃／時〜１５０℃／時の速度で温度を上昇させかつ保持温度を４６０〜５ ２０℃の範囲に維持することによって、Ａｌ（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｓｉ型のマンガン含 有析出物の嵩密度が最大になる。析出物の粒度最大値は０．２μｍ未満であり、 粒度中央値は０．０７μｍ未満である。 上昇温度の保持時間は３０分〜２４時間である。 熱間圧延の終了時の温度は好ましくは４００℃未満、更には３５０℃未満であ る。 マンガンを含有する微粒析出物は最終段階まで残存する。本出願人は、このよ うな析出物の存在が常温成形性の改良の原因であると推測した。 溶体化は５２０〜５７０℃、特に５５０〜５７０℃で５分〜１時間継続するの が好ましい。焼入れの平均速度は好ましくは１００℃／秒以上である。 保持時間が短い場合には、連続炉を使用し得る。 典型的には、合金を室温で時効硬化させる。合金は約１５日間で定常硬度、即 ち成形に適した状態に到達する。 成形し任意に表面塗装した後の塗装焼付け中に合金が焼戻しによって硬化する （約１８０℃で３０分間）。しかしながら、従来の方法で均質化した合金の場合 には、焼入れ後に７０〜１５０℃で０．５〜５時間の予備焼戻しを行うと、（時 効硬化後の）加工硬化率（coefficient d'ecrouissage）ｎが顕著に向上し、（ 塗装焼付け後の）機械的強度特性が有意に向上することが判明した。 加工硬化率は、ｎ＝ｄ（Ｌｎσ）／ｄεで示すことができ、式中のσはＶｏｎ Ｍｉｓｅｓ応力を表し、εは引っ張り歪み５〜２０％の場合の等価Ｖｏｎ Ｍ ｉｓｅｓ歪みを表す（ε＝Ｌｎ（１／１_o））。 図１は、実施例２に記載の条件下で試験した予備焼戻しを伴う場合及び伴わな い場合の合金の時効硬化状態の加工硬化率ｎの変化を硬化状態の弾性限界の関数 として示すグラフである。 以下の実施例によって本発明がより十分に理解されよう。実施例１ 表Ｉに示す組成の合金を断面１．２５×０．６ｍ²のインゴットに加工し、表 面切削し、再加熱し（温度上昇速度４６℃／時、保持温度４８０℃）、入口温度 ４８０℃及び出口温度３１０℃で厚さ４ｍｍまで熱間圧延し、次いで厚さ１．２ ｍｍまで冷間圧延した。 表IIの条件下に連続炉で溶体化処理し、噴水焼入れし、次いで室温で１５日間 時効硬化した後でシートを試験した。 試験によって得られた（縦方向の）機械的強度及び二軸延伸中の破断歪みε_f を表IIIに示す。 二軸延伸試験では、直径２５０ｍｍの環状フランジによって保持された３００ ×３００×１．２ｍｍのシートを液圧によって変形させる。形成されたドームの 頂点の変形を測定する。 本発明の合金は従来技術によって得られた合金に比べて改良された成形性を有 することが判明した。また、本発明で特に追求する目的ではなかったが、硬化に 関しても若干の改良が得られたことが判明した。 マンガン含有析出物は粒度中央値０．０６μｍ及び粒度最大値０．１８μｍを 有していた。 実施例２ １．０８重量％のＳｉと、０．１０重量％のＦｅと、０．０５重量％のＣｕと 、０．３８重量％のＭｎと０．４０重量％のＭｇとを含有する重量組成の合金を 、１．２５×０．６ｍ²のプレートに鋳造し、５２０℃で３３時間均質化し、４ ９４〜３０４℃の温度で厚さ４ｍｍまで熱間圧延し、厚さ１．２ｍｍまで冷間圧 延し、空気炉内で３０分間で５６０℃に加熱しこの温度に５分間維持することに よって溶体化し、２０℃の水で水焼入れした。 焼入れの１０分後に、いくつかの試験片は１００℃で２時間の予備焼戻しによ って処理し、残りの試験片は比較の ために処理しなかった。 焼入れの１４日後に引張り試験を実施した。塗装焼付け条件を模倣するために いくつかの試験片は１８０℃で３０分間の焼戻し後に試験した。 得られた結果を以下の表IV及び図１のグラフに示す。 時効硬化状態（Ｔ４）の加工硬化率ｎ及び塗装焼付け後の機械的特性に対して 予備焼戻しが好ましい効果を与えたことが判明した。 実施例３ 焼入れ処理の際の冷却速度を種々に変更する以外は実施例２と同様に処理した 。 得られた結果を表Ｖに示す。 高速の焼入れは、硬化状態における高い機械的特性を得るために極めて有利で あり、またＴ４状態の分布伸びも増加することが判明した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＲ，ＣＡ，ＣＺ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＮＯ，ＲＵ，ＵＳ， (72)発明者 シグリ，クリストフ フランス国、38000・グルノーブル、ド ウ・テル・リユ・フリエ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．０．１〜０．８重量％のマンガンと０．２５〜０．８重量％のマグネシウム と０．５〜１．３重量％のケイ素と０．９重量％以下の銅と０．５重量％以下の 鉄と（各々が）０．５重量％以下及び（合計で）０．１５重量％以下のその他の 元素とを含有し残りがアルミニウムから成ることを特徴とする深絞りに適したス トリップ及びシート用アルミニウム合金。 ２．０．１５〜０．６５重量％のマンガンと０．３〜０．６重量％のマグネシウ ムと０．７〜１．２重量％のケイ素と０．１〜０．５重量％の銅と０．４重量％ 以下の鉄とを含有することを特徴とする請求項１に記載の合金。 ３．０．２５〜０．４５重量％のマンガンと０．３〜０．５重量％のマグネシウ ムと０．８５〜１．１０重量％のケイ素と０．１〜０．３重量％の銅と０．３重 量％以下の鉄とを含有することを特徴とする請求項２に記載の合金。 ４．Ａｌ（Ｍｎ，Ｆｅ）Ｓｉ型のマンガン含有析出物を含んでおり、前記析出物 が０．０７μｍよりも小さい粒度中央値を有しておりかつ０．２０μｍよりも小 さい粒度最大値を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に 記載の合金。 ５．請求項１から４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金シートまたはスト リップの製造方法であって、再加熱及び熱間圧延（及び任意の冷間圧延）と、溶 体化及び焼入れと、室温での時効硬化とを含み、再加熱温度及び熱間圧延開始温 度が４６０〜５００℃であることを特徴とする方法。 ６．温度維持時間が３０分間〜４８時間であることを特徴とする請求項５に記載 の方法。 ７．温度上昇速度が１０℃／時〜１５０℃／時であることを特徴とする請求項５ または６に記載の方法。 ８．熱間圧延終了温度が４００℃未満、好ましくは３５０℃未満であることを特 徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。 ９．溶体化処理を５２０〜５７０℃で５分〜１時間行うことを特徴とする請求項 ５から８のいずれか一項に記載の方法。 １０．室温での時効硬化を少なくとも１５日間行うことを特徴とする請求項５か ら９のいずれか一項に記載の方法。 １１．インゴットの均質化または再加熱と、熱間圧延（及び任意の冷間圧延）と 、溶体化及び焼入れと、時効硬化と、成形と、塗装焼付け処理とを少なくとも含 む請求項１から ４のいずれか一項に記載のアルミニウム合金シートまたはストリップの製造方法 であって、焼入れと時効硬化との間に予備焼戻しを行うことを特徴とする方法。 １２．予備焼戻しを７０〜１５０℃の範囲の温度で０．５〜５時間行うことを特 徴とする請求項１１に記載の方法。 １３．焼入れの際の平均冷却速度が１００℃／秒を上回る値であることを特徴と する請求項１１または１２に記載のアルミニウム合金シートまたはストリップの 製造方法。