TWI521067B

TWI521067B - Aluminum alloy sheet and manufacturing method thereof

Info

Publication number: TWI521067B
Application number: TW103115041A
Authority: TW
Inventors: Daisuke Kaneda; Kazunori Kobayashi; Kozo Hoshino
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2016-02-11
Also published as: WO2014175228A1; KR101758005B1; CN105008564B; JP2014214369A; JP5684849B2; CN105008564A; TW201510234A; KR20150126963A

Description

鋁合金板及其製造方法

本發明係有關一種進行陽極氧化處理時所使用的鋁合金板及其製造方法。

鋁成形品以提高耐腐蝕性、耐摩擦性及提高裝飾性為目的時，自古以來廣泛地進行陽極氧化處理。

鋁板之陽極氧化處理的典型處方，係使用稀硫酸或草酸等作為處理浴，以鋁板作為陽極，藉由電分解使鋁板表面予以電化學性氧化，生成氧化鋁之皮膜的方法。由於在處理後之鋁板表面上形成蜂窩狀之多孔質皮膜，一般而言使用藉由沸騰水或醋酸鎳等之高溫水溶液、加壓水蒸氣進行水和而β氧化鋁化，並使孔壁因水和膨脹而封閉孔(稱為封孔處理)，提高耐腐蝕性的方法。

另外，Al-Mg系之JIS5000系鋁合金，由於強度或成形性優異，被廣泛地使用於輸送機器、機器構件、建材、構造材等。其次，該JIS5000系合金之鋁合金板，具有裝飾性、且為更提高耐腐蝕性或耐候性時實施陽極氧化處理。

然而，由於使鋁合金板藉由陽極氧化處理，表面上合金特有的色調產生變化，就商品之著色設計而言必須予以控制。由於對JIS5000系合金之鋁合金板實施陽極氧化處理時，會導致帶有黃色之色調，故提案試行減少變色原因之Cr的含有量(專利文獻1)、減少含Cr之金屬間化合物的含有量(專利文獻2)。

〔習知技術文獻〕〔專利文獻〕

專利文獻1：日本專利特開平9-143602號公報

專利文獻2：日本特開2011-179094號公報

通常，5000系鋁合金板係於製造鑄塊後，經由均質化熱處理、熱間壓延等之步驟製造。

將該製得的鋁合金裁成指定大小後，實施陽極氧化處理時，判斷在截面之板厚中央附近產生與板表面平行的深色條紋。該條紋在商品外觀上不佳，以消除該條紋為宜。

本發明係有鑑於該情形者，其課題係提供一種於實施陽極氧化處理時，在板厚中央附近所產生的條紋經抑制之鋁合金板與其製造方法。

因此，本發明人仔細進行檢討有關該課題之原因與對策時，發現板厚中央附近之條紋係因製造時板厚中央附近之溶湯中的包晶系元素集聚的結果。此外，檢討有關包晶系元素之集聚程度與條紋的關係時，可確認為經容許的包晶系元素之含量水平，達成製造該合金板之方法，遂而完成本發明。

換言之，本發明之鋁合金板，其特徵為含有Mg：2.2~5.5質量%、Cr：0.08~0.35質量%，並規定Ti：300質量ppm以下、V：200質量ppm以下、B：50質量ppm以下、Zr：50質量ppm以下、Mo：50質量ppm以下，且殘餘部分為Al及無法避免的雜質所形成，有關Ti、V、B、Zr、Mo，係於板厚表層部之濃度為Cs(質量ppm)、板厚中央部之濃度為Cc(質量ppm)時，各自滿足關係式(1)。

1≦Cc/Cs≦3．．．(1)

為該構成時，於實施陽極氧化處理時，可有效地抑制在鋁合金板之板厚中央附近所產生的條紋。

本發明鋁合金板之製造方法，其係含有Mg：2.2~5.5質量%、Cr：0.08~0.35質量%，並規定Ti：300質量ppm以下、V：200質量ppm以下、B：50質量ppm以下、Zr：50質量ppm以下、Mo：50質量ppm以下，且殘餘部分為Al及無法避免的雜質所成的鋁合金板之製造方法，其特徵為具有鑄造步驟、均質化熱處理步驟及熱間壓延步驟，且於前述鑄造步驟中，將鑄塊之厚度規定為450mm以下，並35mm/min以下之鑄造速度進行造塊。

藉由該製造方法時，可製得該板厚表層部與板厚中央部之Ti、V、B、Zr、Mo之濃度分布不均勻情形較少的鋁合金板。

本發明之鋁合金板，可抑制實施陽極氧化處理時在板厚中央附近所產生的條紋。而且，本發明之鋁合金板之製造方法，可製造於實施陽極氧化處理時板厚中央附近所產生的條紋經抑制之鋁合金板。

〔為實施發明之形態〕

於下述中，說明有關本發明之鋁合金板(以下記載為「Al合金板」)及其製造方法之實施形態。

〔在板厚中央附近所產生的條紋〕

本發明人等再三深入檢討研究有關對Al合金板實施陽極氧化處理時，在板厚中央附近產生條紋的原因，結果推測係因下述之機構而產生條紋。

本發明之Al合金，於鑄造時進行凝固過程中，產生初晶(α-Al結晶)。此時，初晶容易混入Ti、V、B、Zr、Mo等之包晶系元素，此等元素之濃度亦較平均組成更高。該初晶(固體)之比重，由於比重較溶湯(液體)更重，在溶湯內部沉澱，且在鑄塊中最深的板厚、集聚(偏存)於板寬之中央部。

於鑄造步驟中，溶湯自凝固浴之上方投入，且在周圍的鑄模冷卻，被硬化成鑄塊(溶渣)，並送至下方。此時，由於溶湯自連接於鑄模之周圍冷卻，與周圍相比時，凝固浴之中央附近的溫度變高，自周圍朝向中央產生溫度分布。因此，凝固浴之內部自上方周邊部朝向下方之中央部，產生等溫曲線，沿著該曲線，溶湯被冷卻，初晶變得不易進行晶析。然而，被晶析的初晶沿著該等溫曲線朝向中心部分布，不易自上方之周邊部移動至下方之中心部。藉由產生該現象，不易連續製造在凝固浴之中心附近含有較為多量的包晶系元素之鑄塊(溶渣)。

而且，該偏存的程度係於凝固浴之外徑愈大時，或凝固浴愈深時，愈為顯著。

該製造的在中心部偏存有包晶系元素之鑄塊，不易再經由繼後的均質化熱處理、熱間壓延、冷間壓延、鍛燒等之步驟，加工成Al合金板。然而，中心部之包晶系元素之偏存，不需以此等之繼後步驟修正，高濃度之包晶系元素以在板厚中央附近、與板表面呈平行層狀存在的狀態，製得Al合金板。對該Al合金板實施陽極氧化處理時，由於在板截面上存在包晶系元素之濃度比，色調呈現不同的程度，故呈現條紋狀態。

為減少該偏存現象時，減低包晶系元素之含量為有效，就結晶粒微細化而言，大多數添加Ti、B，故不易發現藉由減少Ti、B之對策。因此，本發明人等就是否有習知陽極氧化處理後之條紋而言，重複檢討有關Ti、V、 B、Zr、Mo等之包晶系元素的容許量與在板厚表面部與板厚中央部之間所容許的濃度比，可得下述說明的結果。

〔合金組成〕

首先，說明有關本發明之Al合金板之合金組成。

本發明之Al合金板，係含有Mg：2.2~5.5質量%、Cr：0.08~0.35質量%，並規定Ti：300質量ppm以下、V：200質量ppm以下、B：50質量ppm以下、Zr：50質量ppm以下、Mo：50質量ppm以下，且殘餘部分為Al及無法避免的雜質所構成。

有關本發明之Al合金板中所含的合金成分，如下述說明。

(Mg：2.2~5.5質量%)

Mg係具有析出Mg₂Si粒子，並提高Al合金板之強度的效果。Mg之含量未達2.2質量%時，由於Mg₂Si粒子變少且結晶粒變粗，產生Al合金板之外觀不佳。另外，Mg之含量超過5.5質量%時，強度變得過高，Al合金板之壓製加工性降低。為更抑制壓製加工性降低時，以Mg含量為3.5質量%以下較佳。

(Cr：0.08~0.35質量%)

Cr為包晶系元素，惟對條紋之形成而言沒有影響。另外，Cr會生成金屬間化合物，具有Al合金板之結晶組織微細化的效果。Cr之含量未達0.08質量%時，由於金屬間化合物生成且結晶粒變粗時，會產生Al合金板之外觀不佳的情形。為更有效地呈現此等效果時，以Cr含量為0.14質量%以上較佳。另外，Cr之含量超過0.35質量%時，金屬間化合物變多，壓製加工性降低。

(Ti：300質量ppm以下)

Ti為包晶系元素，與實施陽極氧化處理時之條紋呈現大有關係。因此，必須規定為Ti：300質量ppm以下。較佳者為Ti：100質量ppm以下。

(V：200質量ppm以下)

V為包晶系元素，與實施陽極氧化處理時之條紋呈現大有關係。因此，必須規定為V：200質量ppm以下。較佳者為150質量ppm以下。

(B：50質量ppm以下、Zr：50質量ppm以下、Mo：50質量ppm以下)

B、Zr、Mo為包晶系元素，於鑄造步驟中會有混入初晶中的傾向。因此，為更進一步抑制實施陽極氧化處理時在板厚中央附近產生條紋時，B、Zr、Mo必須皆為50質量ppm以下。較佳者為30質量ppm以下。另外，B、Zr、Mo之包晶系元素的含量，以合計為100質量ppm以下較佳。

而且，上述之Cr、Ti、V、B、Zr、Mo以外之包晶系元素，為Ta、W、Nb等。然而，通常此等元素作為無法避免的雜質，僅以數質量ppm水平之含量存在，對條紋之影響微小，不需列入考慮。

(殘餘部分：Al及無法避免的雜質)

本發明之Al合金板之成分，係除前述以外，殘餘部分為由Al及無法避免的雜質所成者。其他無法避免的雜質，考慮為Fe、Si、Cu、Mn、Zn等。此等之元素，係與本發明條紋之包晶系元素不同的共晶系元素。由於此等之共晶系元素與條紋無關，亦可在不會妨礙本發明效果之水平內含有。具體而言，只要是Fe：0.35質量%以下、Si：0.30質量%以下、Cu：0.15質量%以下、Mn：0.70質量%以下、Zn：0.15質量%以下即可，為被容許的範圍。

〔板厚表層部與板厚中央部之濃度比的關係式〕

其次，說明有關在包晶系元素之板厚與板厚中央部之間可容許的濃度比。對Al合金板實施陽極氧化處理時，為抑制在板厚中央附近產生條紋時，有關Ti、V、B、Zr、Mo之板厚表層部與板厚中央部之間可容許的濃度比，必須如下所述。

換言之，有關Ti、V、B、Zr、Mo，係以板厚表層部之濃度為Cs(質量ppm)、板厚中央部之濃度為Cc(質量ppm)時，必須滿足關係式(1)。

1≦Cc/Cs≦3．．．(1)

較佳者為1≦Cc/Cs≦2。

為抑制Ti、V、B、Zr、Mo之板厚表層部與板厚中央部之間的濃度比時，於下述製造方法之鑄造步驟中採用特定的條件係有效。

包晶系元素之板厚表層部與板厚中央部之濃度，可以下述方法測定。

板厚表層部之濃度，係藉由使鋁合金板自最表層研磨至100μm深度為止，以電暈放電質量分析法(GD-MS)進行元素分析予以測定。板厚中央部之濃度，係藉由使鋁合金板研磨至板厚中央為止，以電暈放電質量分析法(GD-MS)進行元素分析予以測定。於各分析中，係以3mA、1kV、分析面積10mm作為放電條件，進行各金屬元素之定量分析(質量ppm)。

自所得的各元素之板厚表層部之濃度與板厚中央部之濃度，可求得上述關係式(1)之比Cc/Cs。

〔有關製造方法〕

本發明之Al合金板之製造方法，其係含有Mg：2.2~5.5質量%、Cr：0.08~0.35質量%，並規定Ti：300質量ppm以下、V：200質量ppm以下、B：50質量ppm以下、Zr：50質量ppm以下、Mo：50質量ppm以下，且殘餘部分為Al及無法避免的雜質所成的鋁合金板之製造方法，其特徵為具有鑄造步驟、均質化熱處理步驟及熱間壓延步驟，且於前述鑄造步驟中，使鑄塊之厚度規定為450mm以下，並以35mm/min以下之鑄造速度造塊。

例如，可經由鑄造具有前述組成之鑄塊的鑄造步驟、對以鑄造步驟所製作的鋁合金鑄塊實施均質化熱處理之步驟、使實施均質化熱處理之鑄塊進行熱間壓延的步驟、使經熱間壓延的鋁合金壓延板進行冷間壓延的步驟及使經冷間壓延的鋁合金壓延板進行燒結的步驟等製造。視其所需，可進行冷間壓延的步驟或鍛燒的步驟。

有關下述特別記載以外之步驟，可以習知的常法進行。

(鑄造步驟)

本發明之Al合金板之製造方法，為抑制包晶系元素偏存時，必須以特定條件進行鑄造。

如前所述，偏存的程度由於鑄塊之厚度愈大，等溫曲線朝向中心部之分布愈為陡峭時，更加顯著。因此，鑄塊之厚度必須規定為450mm以下。較佳者係鑄塊之厚度為400mm以下，更佳者為300mm以下。

而且，偏存的程度於凝固浴愈深時(即鑄造速度愈快時)，更加顯著。因此，鑄造速度必須規定為35mm/min以下。較佳的鑄造速度為30mm/min以下，更佳者為20mm/min以下。

因此，於製造步驟中，鑄塊之厚度規定為450mm以下，且必須在鑄造速度為35mm/min以下造塊。

而且，在鑄造溫度為700~720℃之較高溫度下造塊時，由於初晶產生量變少，故較佳。

此外，偏存程度由於凝固浴愈深時愈為顯著，考慮使鑄造時使用的凝固浴之深度較淺的方法。該方法可藉由使模具薄且鑄造速度慢而進行，惟為提高生產性時會有逆向效果，以往無法採用該方法。

〔鋁合金板〕

本發明之Al合金板，係藉由實施各種成形加工，可使用於各種形狀、用途。成形加工為壓製成形、彎曲加工、切割加工、穿孔加工、切削加工等，沒有特別的限制。Al合金板之板厚，沒有特別的限制，可為厚度1~50mm之板。

本發明之Al合金板，作為實施陽極氧化處理之Al合金板時，可大為發揮其特徵。陽極氧化處理之方法，可使用習知進行的方法‧條件。

如上述說明，本發明之Al合金板可使用作為輸送機器、機械構件、建材、構造材等。特別是由於實施陽極氧化處理時，在板厚中央附近產生條紋的情形少，於實施陽極氧化處理之用途時，可適合使用於重視外觀之用途或裝飾用之用途。

於下述中，比較本發明之實施例與比較例，具體地說明。而且，本發明不受此等實施例所限制。

〔實施例〕 (實施例1~10、比較例1~10)

溶製表1所示之組成的鋁合金後，在鑄造溫度700℃、以鑄造速度30mm/min進行鑄造，製得400mm厚度之鑄塊。對該鑄塊實施面削後，在560℃下進行均質化熱處理10小時後，冷卻至室溫。然後，在400℃下保持2hr，進行再加熱後，熱間壓延至厚度6.7mm為止。另外，實施冷間壓延至厚度5mm為止，在200℃之溫度下保持3小時，最後實施鍛燒處理。除比較例9中鑄塊之厚度為500mm，且比較例10中鑄塊速度為50mm/min以外，與上述相同地進行。

有關所製作的鋁合金板，評估有關下述之各項目。

(在板厚表層部與板厚中央部之包晶系元素的濃度)

有關Ti、V、B、Zr、Mo，係以各元素之板厚表層部之濃度為Cs(質量ppm)，以板厚中央部之濃度為Cc(質量ppm)。

各元素之板厚表層部與板厚中央部之濃度，係以下述方法進行測定。

在Al合金板之板寬的中央部，自長度之中央部附近採取3個供試用試料。

板厚表層部之濃度，係使鋁合金板自表層研磨至 100μm深度為止，藉由以電暈放電質量分析法(GD-MS)進行元素分析測定。板厚中央部之濃度，係使鋁合金板研磨至板厚中央為止，藉由以電暈放電質量分析法(GD-MS)進行元素分析測定。於各分析中，以放電條件為3mA、1kV，分析面積10mm進行各金屬元素之定量分析(質量ppm)。各濃度係求取3個供試用試料之平均值。

(板厚表層部與板厚中央部之濃度比)

有關Ti、V、B、Zr、Mo，係自上述測定所得的板厚表層部之濃度Cs(質量ppm)，板厚中央部之濃度Cc(質量ppm)，計算各元素之Cc/Cs的數值。

(截面外觀) (1)供試用試料之準備

在Al合金板之板寬的中央部，自長度之中央部附近採取3個供試用試料。試料之切斷，係使用切刀裁成150mm見方，然後，直至切刀截面消失為止，使板截面之4面以研磨(milling)進行鏡面加工。

(2)陽極氧化處理前之前處理

以有機溶劑進行脫脂洗淨後，在60℃、5%苛性鈉水溶液中浸漬1分鐘，並進行水洗後，在20℃、30%硝酸水溶液中浸漬1分鐘，進行中和。

(3)陽極氧化處理

以電流密度2A/dm²、處理時間15min，在浴溫20℃、200g/l之硫酸浴中浸漬後，進行水洗。

(4)封孔處理

在醋酸鎳水溶液中、90℃下浸漬20分鐘後，進行水洗、乾燥。

(5)截面外觀之評估方法

以目視確認上述陽極氧化處理後之板截面部是否有條紋現象，沒有條紋、可得良好外觀時為○，有條紋者為×。

實施例、比較例中使用的鋁合金之組成、評估結果如表1所示。而且，於表1中構成鋁合金之各元素的含量，為請求項1規定外之數值時，以附加下線表示。而且，含量未達測定臨界值之元素以「-」表示。

由表1可知，使用本發明組成之鋁合金，以本發明之製造方法之條件所製造的鋁合金板(實施例1~10)，皆為陽極氧化處理後之截面外觀優異的鋁合金板。

另外，比較例1、2係各為Mg或Cr之含量超過上限值者，截面外觀雖佳，於壓製加工時產生破裂且加工性不佳。

比較例3係Mg之含量未達下限值者。係結晶粒變粗之起因，且Al合金板之外觀不佳。

比較例4係Cr之含量未達下限值者，有關Zr係無法滿足關係式(1)、且Cc/Cs超過3。截面外觀不佳、或結晶粒變粗之起因，Al合金板之外觀亦不佳。

比較例5~8係Ti、B、V、Mo之含量各超過上限值者，有關Ti、B、V、Mo係各無法滿足關係式(1)，且Cc/Cs超過3。截面外觀皆不佳。

比較例9係合金組成滿足請求項1之規定者，惟於鑄造步驟時進行鑄造鑄塊之厚度為500mm之Al合金板。有關Ti係無法滿足關係式(1)，且Cc/Cs超過3者，截面外觀亦不佳。

比較例10之合金組成雖滿足請求項1之規定，於鑄造步驟時進行製造鑄造速度為50mm/min之Al合金板。有關Ti係無法滿足關係式(1)，且超過Cc/Cs超過3，截面外觀不佳。

此外，參照特定的實施形態詳細地說明本發明，在沒有脫離本發明之精神與範圍，該業者可做各種變更或修正。

本申請書係依照2013年4月26日申請的日本專利申請(特願2013-094711)為基準者，其內容皆參照採用該專利申請。

〔產業上之利用價值〕

本發明係廣泛地使用作為輸送機器、機械構件、建材、構造材等之鋁合金板時極為有用。

Claims

一種鋁合金板，其特徵為含有Mg：2.2~5.5質量%、Cr：0.08~0.35質量%，並規定Ti：300質量ppm以下、V：200質量ppm以下、B：50質量ppm以下、Zr：50質量ppm以下、Mo：50質量ppm以下，且殘餘部分為Al及無法避免的雜質所形成，前述Ti、V、B、Zr、Mo，係於板厚表層部之濃度為Cs(質量ppm)、板厚中央部之濃度為Cc(質量ppm)時，各自滿足關係式(1)1≦Cc/Cs≦3．．．(1)。
如請求項1之鋁合金板，其中Ti含量之下限值為9質量ppm、B含量之下限值為2質量ppm。
一種鋁合金板之製造方法，其係含有Mg：2.2~5.5質量%、Cr：0.08~0.35質量%，並規定Ti：300質量ppm以下、V：200質量ppm以下、B：50質量ppm以下、Zr：50質量ppm以下、Mo：50質量ppm以下，且殘餘部分為Al及無法避免的雜質所成的鋁合金板之製造方法，其特徵為具有鑄造步驟、均質化熱處理步驟及熱間壓延步驟，且於前述鑄造步驟中，將鑄塊之厚度規定為450mm以下，並以35mm/min以下之鑄造速度進行造塊。