WO2014175228A1 - アルミニウム合金板とその製造方法 - Google Patents

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大輔 金田
小林　一徳
星野　晃三
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/047—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with magnesium as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to an aluminum alloy plate used by anodizing and a method for producing the same.
  • Aluminum molded products have been widely subjected to anodizing treatment for the purpose of improving corrosion resistance, wear resistance and decorativeness.
  • dilute sulfuric acid or oxalic acid is used as a treatment bath, and the surface of the aluminum plate is electrochemically oxidized by electrolysis using the aluminum plate as an anode.
  • sealing treatment a technique for improving the corrosion resistance by sealing holes
  • Al—Mg-based JIS 5000-based aluminum alloys are widely used as transportation equipment, machine parts, building materials, structural materials and the like because of their excellent strength and formability.
  • the aluminum alloy plate of this JIS 5000 series alloy is subjected to anodizing treatment for the purpose of imparting decorative properties and further improving corrosion resistance and weather resistance.
  • anodizing the aluminum alloy plate may cause the surface to change to a color tone peculiar to the alloy, so that there may be restrictions in designing the coloring of the product.
  • an anodizing treatment is applied to an aluminum alloy plate of a JIS 5000 series alloy, the color tone becomes yellowish, so the content of Cr that causes discoloration is reduced (Patent Document 1), or an intermetallic compound containing Cr Attempts have been made to reduce the content of slag (Patent Document 2).
  • the 5000 series aluminum alloy sheet is usually manufactured through steps such as homogenization heat treatment and hot rolling after manufacturing the ingot.
  • steps such as homogenization heat treatment and hot rolling after manufacturing the ingot.
  • the aluminum alloy plate thus obtained was cut to a predetermined size and then anodized, it was found that a dark streak pattern was generated in the vicinity of the center of the plate thickness of the cross section parallel to the plate surface. ing. Such streaks are not good-looking in terms of product appearance, and there has been a demand for elimination.
  • the subject is an aluminum alloy plate which suppressed generation
  • the present inventors have made a detailed study on the cause and countermeasures of this problem, and as for the streaks near the center of the plate thickness, peritectic elements in the molten metal accumulate near the center of the plate thickness during casting. We found out that the result was incorporated. Furthermore, after examining the relationship between the degree of peritectic element accumulation and the streak pattern, it was possible to determine the permissible peritectic element content level and establish a method for manufacturing such alloy sheets. Thus, the present invention has been completed.
  • the aluminum alloy sheet of the present invention contains Mg: 2.2 to 5.5 mass%, Cr: 0.08 to 0.35 mass%, Ti: 300 mass ppm or less, V: 200 mass ppm or less.
  • B 50 ppm by mass or less, Zr: 50 ppm by mass or less, Mo: 50 ppm by mass or less, the balance is made of Al and unavoidable impurities, and each of the Ti, V, B, Zr, and Mo is a plate.
  • the concentration of the thick surface layer portion is Cs (mass ppm) and the concentration of the central portion of the plate thickness is Cc (mass ppm)
  • the relational expression (1) is satisfied. 1 ⁇ Cc / Cs ⁇ 3 (1)
  • the method for producing an aluminum alloy plate according to the present invention contains Mg: 2.2 to 5.5 mass%, Cr: 0.08 to 0.35 mass%, Ti: 300 mass ppm or less, and V: 200 mass.
  • a heat treatment step and a hot rolling step In the casting step, the thickness of the ingot is regulated to 450 mm or less, and the ingot is formed at a casting speed of 35 mm / min or less.
  • the streak pattern generated near the center of the plate thickness when anodizing is performed is suppressed.
  • the manufacturing method of the aluminum alloy plate of this invention can manufacture the aluminum alloy plate by which the streak pattern which generate
  • Al alloy plate an aluminum alloy plate (hereinafter sometimes referred to as “Al alloy plate”) according to the present invention and a manufacturing method thereof will be described.
  • primary crystals are generated in the process of solidification during casting.
  • the primary crystal easily incorporates peritectic elements such as Ti, V, B, Zr, and Mo, and the concentration of these elements is higher than the average composition. Since the specific gravity of this primary crystal (solid) is heavier than that of the molten metal (liquid), it settles inside the molten metal and accumulates (segregates) at the center of the plate width at the deepest thickness of the ingot.
  • the molten metal is introduced from the upper part of the solidification pool and is sent downward while being solidified as an ingot (slab) while being cooled by the surrounding mold.
  • the temperature in the vicinity of the center of the solidified pool is higher than that in the periphery, and a temperature gradient is generated from the periphery toward the center. For this reason, an isothermal curve is generated in the inside of the solidified pool from the upper peripheral portion to the lower central portion, and along the curve, the molten metal is cooled and the crystallization of the primary crystal proceeds. Become.
  • the crystallized primary crystal moves from the upper peripheral portion to the lower central portion along the gradient toward the central portion of the isothermal curve.
  • an ingot (slab) containing a relatively large amount of peritectic elements is continuously produced near the center of the solidified pool.
  • the degree of segregation becomes more remarkable as the outer diameter of the coagulation pool is larger and the coagulation pool is deeper.
  • the ingot in which the peritectic elements are segregated at the center thus manufactured is then processed into an Al alloy sheet through processes such as homogenization heat treatment, hot rolling, cold rolling, and annealing.
  • the segregation of peritectic elements in the central part is not corrected in these subsequent processes, and Al alloys with a high concentration of peritectic elements existing in layers near the center of the plate thickness parallel to the plate surface.
  • a board is obtained.
  • a concentration ratio of peritectic elements exists in the cross section of the plate, so that it appears as a difference in color tone and a streak pattern appears.
  • the Al alloy plate according to the present invention contains Mg: 2.2 to 5.5 mass%, Cr: 0.08 to 0.35 mass%, Ti: 300 mass ppm or less, V: 200 mass ppm or less, B: 50 mass ppm or less, Zr: 50 mass ppm or less, Mo: 50 mass ppm or less, and the balance is composed of Al and inevitable impurities.
  • the alloy components contained in the Al alloy plate according to the present invention will be described below.
  • Mg 2.2 to 5.5% by mass
  • Mg has the effect of precipitating Mg 2 Si particles and improving the strength of the Al alloy plate.
  • the Mg content is less than 2.2% by mass, the Mg 2 Si particles are reduced and the crystal grains are coarsened, resulting in poor appearance of the Al alloy plate.
  • the Mg content exceeds 5.5% by mass, the strength becomes too high, and the press workability of the Al alloy plate is lowered.
  • the Mg content is preferably 3.5% by mass or less.
  • Cr 0.08 to 0.35 mass%
  • Cr is a peritectic element, but has little influence on the formation of streaks.
  • Cr produces an intermetallic compound and is effective in refining the crystal structure of the Al alloy plate.
  • the Cr content is preferably 0.14% by mass or more.
  • the Cr content exceeds 0.35% by mass, the amount of intermetallic compounds increases, and the press workability decreases.
  • Ti 300 mass ppm or less
  • Ti is a peritectic element and is greatly involved in the development of a streak pattern when anodized. Therefore, it is necessary to regulate Ti: 300 mass ppm or less.
  • Ti is 100 mass ppm or less.
  • V 200 mass ppm or less
  • V is a peritectic element and is greatly related to the development of a streak pattern when anodized. Therefore, it is necessary to regulate V: 200 mass ppm or less.
  • V is preferably 150 mass ppm or less.
  • B, Zr, and Mo are peritectic elements and tend to be taken into primary crystals in the casting process. Therefore, in order to further suppress the streak pattern generated near the center of the plate thickness when anodizing is performed, it is necessary that all of B, Zr, and Mo are 50 mass ppm or less. Preferably, any element is 30 mass ppm or less. Furthermore, the total content of peritectic elements of B, Zr, and Mo is preferably 100 mass ppm or less.
  • examples of peritectic elements other than the above Cr, Ti, V, B, Zr, and Mo include Ta, W, and Nb. However, these elements usually exist as inevitable impurities only at a content of several mass ppm level, and the influence on the streak pattern is minute and need not be considered.
  • the remainder of the Al alloy plate according to the present invention consists of Al and inevitable impurities.
  • Other unavoidable impurities include Fe, Si, Cu, Mn, Zn, and the like. These elements are eutectic elements different from the peritectic elements according to the stripe pattern of the present invention. Since these eutectic elements are not related to the streak pattern, they may be contained at a level that does not impair the effects of the present invention. Specifically, Fe: 0.35 mass% or less, Si: 0.30 mass% or less, Cu: 0.15 mass% or less, Mn: 0.70 mass% or less, Zn: 0.15 mass% or less If allowed.
  • the permissible concentration ratio of the peritectic element between the plate thickness surface layer portion and the plate thickness center portion will be described.
  • the plate thickness surface layer portion and the plate thickness center portion of Ti, V, B, Zr, and Mo are used.
  • the concentration of the peritectic element in the plate thickness surface layer portion and the plate thickness center portion can be measured by the following method.
  • the concentration of the plate thickness surface layer portion is measured by polishing an aluminum alloy plate from the outermost layer to a depth of 100 ⁇ m and conducting elemental analysis by glow discharge mass spectrometry (GD-MS).
  • the concentration at the center of the plate thickness is measured by polishing the aluminum alloy plate to the center of the plate thickness and conducting elemental analysis by glow discharge mass spectrometry (GD-MS).
  • quantitative analysis (mass ppm) of each metal element is performed at 3 mA, 1 kV, and an analysis area of 10 mm ⁇ as discharge conditions.
  • the ratio Cc / Cs of the above relational expression (1) can be obtained from the concentration of the obtained plate thickness surface layer portion and the concentration of the plate thickness center portion.
  • the method for producing an Al alloy plate according to the present invention contains Mg: 2.2 to 5.5 mass%, Cr: 0.08 to 0.35 mass%, Ti: 300 mass ppm or less, and V: 200 mass.
  • a heat treatment step and a hot rolling step In the casting step, the thickness of the ingot is regulated to 450 mm or less, and the ingot is formed at a casting speed of 35 mm / min or less.
  • a casting step of casting an ingot having the above composition a step of subjecting the aluminum alloy ingot produced in the casting step to homogenization heat treatment, and a step of hot rolling the ingot subjected to the homogenization heat treatment, It can be manufactured through a process of cold rolling a hot-rolled aluminum alloy sheet, a step of annealing a cold-rolled aluminum alloy sheet, and the like. The process of cold rolling and the process of annealing are performed as needed. Steps other than those specifically described below can be carried out in accordance with conventional conventional methods.
  • the degree of segregation becomes more prominent because the gradient toward the center of the isothermal curve becomes steeper as the thickness of the ingot increases. Therefore, it is necessary to regulate the thickness of the ingot to 450 mm or less.
  • the thickness of the ingot is 400 mm or less, more preferably 300 mm or less.
  • the degree of segregation becomes more remarkable as the solidification pool is deeper, that is, as the casting speed is higher. Therefore, it is necessary to regulate the casting speed to 35 mm / min or less.
  • the casting speed is 30 mm / min or less, more preferably 20 mm / min or less.
  • the casting process it is necessary to regulate the thickness of the ingot to 450 mm or less and to ingot at a casting speed of 35 mm / min or less. Further, it is preferable that the casting is performed at a relatively high temperature of 700 to 720 ° C. because the amount of primary crystals generated is reduced.
  • the Al alloy plate according to the present invention can be used for various shapes and applications by performing various forming processes.
  • the molding process is not particularly limited, such as press molding, bending process, cutting process, punching process, cutting process, and the like.
  • the thickness of the Al alloy plate is not particularly limited, but can be a plate having a thickness of 1 to 50 mm.
  • the characteristics of the Al alloy sheet according to the present invention are greatly exhibited when an Al alloy sheet that has been subjected to an anodizing treatment is used.
  • anodizing treatment known methods and conditions conventionally performed can be applied.
  • the Al alloy plate according to the present invention can be used as transportation equipment, machine parts, building materials, structural materials, and the like. In particular, it is less likely to generate streak patterns near the center of the plate thickness when anodized, so it is suitable for applications where anodization is important and for applications that emphasize the appearance and decoration. It can be used.
  • Examples 1 to 10, Comparative Examples 1 to 10 After melting the aluminum alloy having the composition shown in Table 1, it was cast at a casting temperature of 700 ° C. and a casting speed of 30 mm / min to obtain a 400 mm thick ingot. After chamfering this ingot, it was cooled to room temperature after homogenizing heat treatment at 560 ° C. for 10 hours. Subsequently, after re-heating by holding at 400 ° C. for 2 hours, it was hot-rolled to a thickness of 6.7 mm. Furthermore, it cold-rolled to thickness 5mm, hold
  • each following item was evaluated. (Concentration of peritectic elements in the plate thickness surface layer and plate thickness center) Regarding Ti, V, B, Zr, and Mo, the concentration of each element in the plate thickness surface layer portion is Cs (mass ppm), and the concentration in the plate thickness center portion is Cc (mass ppm). The concentration of each element in the plate thickness surface layer portion and the plate thickness center portion was measured by the following method. Three test samples were collected from the central part of the width of the Al alloy plate and from the vicinity of the central part in the longitudinal direction.
  • the concentration of the plate thickness surface layer portion was measured by polishing an aluminum alloy plate from the outermost layer to a depth of 100 ⁇ m and conducting elemental analysis by glow discharge mass spectrometry (GD-MS).
  • the concentration at the center of the plate thickness was measured by polishing an aluminum alloy plate to the center of the plate thickness and performing elemental analysis by glow discharge mass spectrometry (GD-MS).
  • quantitative analysis (mass ppm) of each metal element was performed at 3 mA, 1 kV, and an analysis area of 10 mm ⁇ as discharge conditions. Each concentration was determined as an average value of three test samples.
  • Table 1 shows the compositions and evaluation results of the aluminum alloys used in the examples and comparative examples.
  • the content of each element constituting the aluminum alloy is shown by underlining the numerical values that deviate from the provisions of claim 1.
  • An element whose content is less than the measurement limit is indicated by “ ⁇ ”.
  • each of the aluminum alloy plates (Examples 1 to 10) manufactured using the aluminum alloy having the composition of the present invention under the conditions of the manufacturing method of the present invention has a cross-sectional appearance after the anodizing treatment. It was an excellent aluminum alloy plate.
  • Comparative Examples 1 and 2 the content of Mg or Cr exceeded the upper limit value, respectively, and the cross-sectional appearance was good, but cracks occurred during press working and the workability was poor. .
  • the Mg content is less than the lower limit. Due to the coarse crystal grains, the appearance of the Al alloy plate was poor.
  • Comparative Example 4 the Cr content is less than the lower limit, Zr does not satisfy the relational expression (1), and Cc / Cs exceeds 3. The appearance of the Al alloy plate was poor due to the poor cross-sectional appearance and coarse crystal grains.
  • Comparative Examples 5 to 8 the contents of Ti, B, V, and Mo exceed the upper limit values, respectively, Ti, B, V, and Mo do not satisfy the relational expression (1), and Cc / Cs is It is more than 3. All were inferior in cross-sectional appearance.
  • the alloy composition satisfies the provisions of claim 1, but in the casting process, an Al alloy plate was manufactured with an ingot thickness of 500 mm.
  • relational expression (1) was not satisfied, Cc / Cs exceeded 3, and the cross-sectional appearance was poor.
  • Comparative Example 10 the alloy composition satisfies the stipulations of claim 1, but in the casting process, an Al alloy plate was manufactured at a casting speed of 50 mm / min.
  • relational expression (1) was not satisfied, Cc / Cs exceeded 3, and the cross-sectional appearance was poor.
  • the present invention is useful as an aluminum alloy plate widely used in transportation equipment, machine parts, building materials, structural materials, and the like.

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Abstract

　本発明は、Ｍｇ：２．２～５．５質量％、Ｃｒ：０．０８～０．３５質量％を含有し、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以下に規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏのそれぞれについて、板厚表層部の濃度をＣｓ（質量ｐｐｍ）、板厚中央部の濃度をＣｃ（質量ｐｐｍ）としたときに、関係式（１）を満足するアルミニウム合金板とその製造方法を提供する。　１≦Ｃｃ／Ｃｓ≦３・・・（１）

Description

アルミニウム合金板とその製造方法
　本発明は、陽極酸化処理を行って使用されるアルミニウム合金板とその製造方法に関する。
　アルミニウム成形品は、耐食性、耐摩耗性の向上および装飾性向上を目的として、陽極酸化処理が従来から広く行なわれてきている。
　アルミニウム板の陽極酸化処理の代表的な処方としては、希硫酸やシュウ酸などを処理浴に用いて、アルミニウム板を陽極として電気分解することにより、アルミニウム板の表面を電気化学的に酸化させ、酸化アルミニウムの皮膜を生成させる方法がある。処理後のアルミニウム板表面には、蜂の巣状の多孔質皮膜が形成されるため、沸騰水または酢酸ニッケルなどの高温水溶液、加圧水蒸気により水和することでβアルミナ化し、孔壁を水和膨張させて孔を封じて（封孔処理という）、耐食性を向上させる技法が一般的に用いられている。
　一方、Ａｌ－Ｍｇ系のＪＩＳ５０００系アルミニウム合金は、強度や成形性に優れていることから、輸送機器、機械部品、建材、構造材等として広く使用されている。そして、このＪＩＳ５０００系合金のアルミニウム合金板には、装飾性を付与したり、さらなる耐食性や耐候性の向上を狙って陽極酸化処理が施されている。
　しかし、アルミニウム合金板を陽極酸化処理することによって、表面が合金特有の色調に変化することがあるため、商品の着色デザインを行う上で制約が生じることがある。ＪＩＳ５０００系合金のアルミニウム合金板に陽極酸化処理を施すと黄色味を帯びた色調となることから、変色の原因となるＣｒの含有量を減少させたり（特許文献１）、Ｃｒ含有の金属間化合物の含有量を減少させる試みが提案されている（特許文献２）。
日本国特開平９－１４３６０２号公報 日本国特開２０１１－１７９０９４号公報
　５０００系アルミニウム合金板は、通常、鋳塊の製造後、均質化熱処理、熱間圧延等の工程を経て製造される。
　ところが、こうして得られたアルミニウム合金板を所定の寸法に切断後、陽極酸化処理を施したところ、断面の板厚の中央付近に板表面と平行に濃色の筋模様が発生することが判明している。こうした筋模様は、商品外観上見栄えの良いものではなく、解消を図るべきとの要望が存在していた。
　本発明は、このような状況に鑑みなされたものであり、その課題は、陽極酸化処理を施したときに板厚中央付近に筋模様が発生することを抑制したアルミニウム合金板とその製造方法を提供することである。
　そこで、本発明者らは、この課題の原因と対策について子細に検討を進めたところ、板厚中央付近の筋模様は、鋳造時に板厚中央付近に溶湯中の包晶系元素が集積して取り込まれた結果であることを見出した。さらに、包晶系元素の集積の程度と筋模様との関係を検討したところ、許容し得る包晶系元素の含有量のレベルを確定することができ、そうした合金板を製造する方法を確立するに至り、本発明を完成したものである。
　すなわち、本発明のアルミニウム合金板は、Ｍｇ：２．２～５．５質量％、Ｃｒ：０．０８～０．３５質量％を含有し、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以下に規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、前記Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏのそれぞれについて、板厚表層部の濃度をＣｓ（質量ｐｐｍ）、板厚中央部の濃度をＣｃ（質量ｐｐｍ）としたときに、関係式（１）を満足することを特徴とする。
　１≦Ｃｃ／Ｃｓ≦３ ・・・ （１）
　このような構成によると、陽極酸化処理を施したときに、アルミニウム合金板の板厚中央付近に発生する筋模様を効果的に抑制することができる。
　本発明に係るアルミニウム合金板の製造方法は、Ｍｇ：２．２～５．５質量％、Ｃｒ：０．０８～０．３５質量％を含有し、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以下に規制し、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板の製造方法であって、鋳造工程、均質化熱処理工程および熱間圧延工程を有し、前記鋳造工程において、鋳塊の厚さを４５０ｍｍ以下に規制し、鋳造速度を３５ｍｍ／ｍｉｎ以下で造塊することを特徴とする。 
　このような製造方法によると、上記のような板厚表層部と板厚中央部におけるＴｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏの濃度分布のばらつきが比較的少ないアルミニウム合金板を得ることができる。
　本発明のアルミニウム合金板は、陽極酸化処理を施したときに板厚中央付近に発生する筋模様が抑制される。また、本発明のアルミニウム合金板の製造方法は、陽極酸化処理を施したときに、板厚中央付近に発生する筋模様が抑制されたアルミニウム合金板を製造することができる。
　以下、本発明に係るアルミニウム合金板（以下、「Ａｌ合金板」と記載することもある。）とその製造方法の実施形態について説明する。
〔板厚中央付近に発生する筋模様〕
　本発明者らは、Ａｌ合金板に対して陽極酸化処理を施したときに板厚中央付近に筋模様が発生する原因について検討を進めた結果、以下のようなメカニズムによって筋模様が発生するものと推定した。
　本発明に係るＡｌ合金は、鋳造時の凝固が進む過程において、初晶（αＡｌ結晶）が発生する。このとき、初晶は、Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏなどの包晶系元素を取り込み易く、これらの元素の濃度は平均組成よりも高くなる。この初晶（固体）の比重は、溶湯（液体）よりも比重が重いので、溶湯の内部で沈降し、鋳塊の一番深い板厚で、板幅の中央部に集積（偏析）する。
　鋳造工程においては、溶湯は凝固プールの上部から投入され、周囲の鋳型で冷却されつつ、鋳塊（スラブ）として固化されながら、下方へ送られていく。このとき溶湯は鋳型に接した周囲から冷却されるため、周囲に比べて凝固プールの中央付近は温度が高くなっており、周囲から中央に向かって温度勾配が生じている。このため、凝固プールの内部は、上方の周辺部から下方の中央部に向かって、等温曲線が生じ、その曲線に沿って、溶湯は冷却され、初晶の晶出が進行していくこととなる。しかし、晶出した初晶は、この等温曲線の中心部へ向かう勾配に沿って、上方の周辺部から下方の中心部へと移動していく。こうした現象が生じることによって、凝固プールの中心付近に包晶系元素を比較的多量に含有する鋳塊（スラブ）が連続して製造されていくこととなる。
　また、この偏析の程度は、凝固プールの外径が大きいほど、また凝固プールが深いほど、より顕著になる。
　こうして製造された中心部に包晶系元素が偏析した鋳塊は、その後、均質化熱処理、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍等の工程を経てＡｌ合金板に加工されていく。しかし、中心部の包晶系元素の偏析はこれらの後工程で修正されることはなく、高濃度の包晶系元素が板厚中央付近に板表面と平行に層状に存在した状態でＡｌ合金板が得られる。このＡｌ合金板に対して陽極酸化処理を施すと、板断面には、包晶系元素の濃度比が存在しているため、色調の違いとして現れて、筋模様が発現することとなる。
　この偏析の低減のためには、包晶系元素の含有量の低減が有効であるが、結晶粒微細化の観点から、Ｔｉ、Ｂの添加が常用され、Ｔｉ、Ｂを低減することによる対策は困難であった。そこで、本発明者らは、従来顧みられなかった陽極酸化処理後の筋模様の発現の有無という観点から、Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏなどの包晶系元素の許容し得る含有量と板厚表層部と板厚中央部との間での許容し得る濃度比について検討を重ね、以下に説明する結果を得ることができた。
〔合金組成〕
　まず、本発明に係るＡｌ合金板の合金組成について説明する。
　本発明に係るＡｌ合金板は、Ｍｇ：２．２～５．５質量％、Ｃｒ：０．０８～０．３５質量％を含有し、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以下に規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物から構成される。
　本発明に係るＡｌ合金板に含まれる合金成分について以下説明する。
（Ｍｇ：２．２～５．５質量％）
　Ｍｇは、Ｍｇ２Ｓｉ粒子を析出させて、Ａｌ合金板の強度を向上させる効果がある。Ｍｇの含有量が２．２質量％未満の場合、Ｍｇ２Ｓｉ粒子が少なくなり、結晶粒が粗くなるために、Ａｌ合金板の外観不良が生じる。一方、Ｍｇの含有量が５．５質量％を超える場合、強度が高くなり過ぎて、Ａｌ合金板のプレス加工性が低下する。プレス加工性の低下をより抑えるためには、Ｍｇ含有量を３．５質量％以下にすることが好ましい。
（Ｃｒ：０．０８～０．３５質量％）
　Ｃｒは、包晶系元素ではあるが、筋模様の形成に対しては影響がわずかなものである。一方、Ｃｒは、金属間化合物を生成させて、Ａｌ合金板の結晶組織の微細化に効果がある。Ｃｒの含有量が０．０８質量％未満の場合、金属間化合物の生成が少なくなり、結晶粒が粗くなるために、Ａｌ合金板の外観不良が生じる。これらの効果をより発現するには、Ｃｒ含有量を０．１４質量％以上にすることが好ましい。一方、Ｃｒの含有量が０．３５質量％を超える場合、金属間化合物が多くなり、プレス加工性が低下する。
（Ｔｉ：３００質量ｐｐｍ以下）
　Ｔｉは、包晶系元素であり、陽極酸化処理を施したときの筋模様の発現に大きく関わっている。そのため、Ｔｉ：３００質量ｐｐｍ以下に規制することが必要である。好ましくはＴｉ：１００質量ｐｐｍ以下である。
（Ｖ：２００質量ｐｐｍ以下） 
　Ｖは、包晶系元素であり、陽極酸化処理を施したときの筋模様の発現に大きく関わっている。そのため、Ｖ：２００質量ｐｐｍ以下に規制することが必要である。好ましくはＶ：１５０質量ｐｐｍ以下である。
（Ｂ：５０質量ｐｐｍ以下、Ｚｒ：５０質量ｐｐｍ以下、Ｍｏ：５０質量ｐｐｍ以下）
　Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏは包晶系元素であり、鋳造工程において初晶の中に取り込まれる傾向がある。そのため、陽極酸化処理を施したときに板厚中央付近に発生する筋模様をより一層抑制するためには、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏはいずれも５０質量ｐｐｍ以下であることが必要である。好ましくは、いずれの元素も３０質量ｐｐｍ以下である。さらに、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏの包晶系元素の含有量の合計は、１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
　尚、上記のＣｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏ以外の包晶系元素として、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ等がある。しかし、これらの元素は通常、不可避的不純物として、数質量ｐｐｍレベルの含有量でしか存在せず、筋模様への影響は微小であり、考慮する必要はない。
（残部：Ａｌおよび不可避的不純物）
　本発明に係るＡｌ合金板の成分は、前記の他、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるものである。その他の不可避的不純物としては、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｚｎ等が考えられる。これらの元素は、本発明の筋模様に係る包晶系元素とは異なる共晶系元素である。これらの共晶系元素は筋模様には係わらないものであるため、本発明の効果を害さないレベルで含有していてもよい。具体的には、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％以下であれば許容される。
〔板厚表層部と板厚中央部の濃度比の関係式〕
　次に、包晶系元素の板厚表層部と板厚中央部との間での許容し得る濃度比について説明する。Ａｌ合金板に陽極酸化処理を施したときに、板厚中央付近に筋模様が発生することを抑制するためには、Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏの板厚表層部と板厚中央部との間での許容し得る濃度比について、以下のことが必要である。
　即ち、Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏのそれぞれについて、板厚表層部の濃度をＣｓ（質量ｐｐｍ）、板厚中央部の濃度をＣｃ（質量ｐｐｍ）としたときに、関係式（１）を満足することが必要である。
　１≦Ｃｃ／Ｃｓ≦３ ・・・ （１）
　好ましくは、１≦Ｃｃ／Ｃｓ≦２である。
　Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏの板厚表層部と板厚中央部との間での濃度比を制御するためには、後記する製造方法の鋳造工程において、特定の条件を採用することが有効である。
　包晶系元素の板厚表層部と板厚中央部における濃度は、以下の方法で測定することができる。
　板厚表層部の濃度は、アルミニウム合金板を最表層から１００μｍ深さまで研磨して、グロー放電質量分析法(ＧＤ－ＭＳ)にて元素分析を行うことによって測定する。板厚中央部の濃度は、アルミニウム合金板を板厚中央まで研磨して、グロー放電質量分析法(ＧＤ－ＭＳ)にて元素分析を行うことによって測定する。それぞれの分析においては、放電条件として、３ｍＡ、１ｋＶ、分析面積１０ｍｍφにて各金属元素の定量分析（質量ｐｐｍ）を行う。
　得られた各元素の板厚表層部の濃度と、板厚中央部の濃度から、上記の関係式（１）の比Ｃｃ／Ｃｓを求めることができる。
〔製造方法について〕
　本発明に係るＡｌ合金板の製造方法は、Ｍｇ：２．２～５．５質量％、Ｃｒ：０．０８～０．３５質量％を含有し、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以下に規制し、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板の製造方法であって、鋳造工程、均質化熱処理工程および熱間圧延工程を有し、前記鋳造工程において、鋳塊の厚さを４５０ｍｍ以下に規制し、鋳造速度を３５ｍｍ／ｍｉｎ以下で造塊することを特徴としている。 
　例えば、前記組成を有する鋳塊を鋳造する鋳造工程と、鋳造工程で作製されたアルミニウム合金鋳塊に均質化熱処理を施す工程と、均質化熱処理を施された鋳塊を熱間圧延する工程と、熱間圧延されたアルミニウム合金圧延板を冷間圧延する工程と、冷間圧延されたアルミニウム合金圧延板を焼鈍する工程等を経て製造することができる。冷間圧延する工程や焼鈍する工程は必要に応じて行われる。
　下記に特に記載した以外の工程については、従来の公知の常法に則って行うことができる。
（鋳造工程）
　本発明に係るＡｌ合金板の製造方法では、包晶系元素の偏析を抑制するためには、鋳造を特定の条件で行うことが必要となる。
　前記したように、偏析の程度は、鋳塊の厚さが大きいほど等温曲線の中心部へ向かう勾配は急となるため、より顕著になる。そのため、鋳塊の厚さを４５０ｍｍ以下に規制することが必要である。好ましくは、鋳塊の厚さは４００ｍｍ以下、更に好ましくは、３００ｍｍ以下である。
　また、偏析の程度は、凝固プールが深いほど、即ち鋳造速度が速いほど、より顕著になる。そのため、鋳造速度を３５ｍｍ／ｍｉｎ以下に規制することが必要である。好ましくは、鋳造速度は３０ｍｍ／ｍｉｎ以下、更に好ましくは、２０ｍｍ／ｍｉｎ以下である。　　　
　従って、鋳造工程において、鋳塊の厚さを４５０ｍｍ以下に規制し、鋳造速度を３５ｍｍ／ｍｉｎ以下で造塊することが必要である。
　また、鋳造温度は、７００～７２０℃の比較的高い温度で造塊する方が、初晶の発生量が少なくなるため好ましい。
　尚、偏析の程度は、凝固プールが深いほどより顕著になることから、鋳造に使用する凝固プールの深さを浅くする方法が考えられる。この方法は、鋳型を薄くし、鋳造速度を遅くすることによって可能となるが、生産性向上を図ることとは逆行するため、従来は、こうした方法が採用することは困難であった。
〔アルミニウム合金板〕
　本発明に係るＡｌ合金板は、各種成形加工を施すことによって、種々の形状、用途に使用することができる。成形加工としては、プレス成形、曲げ加工、切り出し加工、打ち抜き加工、切削加工等、特に制限されるわけではない。Ａｌ合金板の板厚も特に制限されないが、１～５０ｍｍ厚の板とすることができる。
　本発明に係るＡｌ合金板は、陽極酸化処理が施されているＡｌ合金板としたときにその特徴が大いに発揮されるものである。陽極酸化処理の方法としては、従来から行われている公知の方法・条件を適用することができる。
　以上説明してきたように、本発明に係るＡｌ合金板は、輸送機器、機械部品、建材、構造材等として使用することができる。特に、陽極酸化処理を施したときに板厚中央付近に筋模様が発生することが少ないため、陽極酸化処理を施す用途であって、外観を重視するような用途や装飾用の用途向けに好ましく使用することができるものである。
　以下に、本発明の実施例を、比較例と対比して具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１～１０、比較例１～１０）
　表１に示す組成のアルミニウム合金を溶製後、鋳造温度７００℃で、鋳造速度３０ｍｍ／ｍｉｎにて鋳造し、４００ｍｍ厚の鋳塊を得た。この鋳塊に面削を施した後に、５６０℃にて１０時間の均質化熱処理後、室温まで冷却した。次いで、４００℃にて２ｈｒ保持して再加熱した後、厚さ６．７ｍｍまで熱間圧延した。さらに、厚さ５ｍｍまで冷間圧延を施し、２００℃の温度に３時間保持して、最終焼鈍を施した。尚、比較例９は、鋳塊の厚さを５００ｍｍとし、比較例１０は、鋳造速度を５０ｍｍ／ｍｉｎとした以外は、上記と同様に行った。
　作製したアルミニウム合金板について、以下の各項目について評価した。
（板厚表層部と板厚中央部における包晶系元素の濃度）
　Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏについて、各元素の板厚表層部における濃度をＣｓ（質量ｐｐｍ）、板厚中央部における濃度をＣｃ（質量ｐｐｍ）とする。
　各元素の板厚表層部と板厚中央部における濃度は、以下の方法で測定した。
　Ａｌ合金板の板幅の中央部であって、長手の中央部付近から供試用試料を３枚採取した。
　板厚表層部の濃度は、アルミニウム合金板を最表層から１００μｍ深さまで研磨してグロー放電質量分析法(ＧＤ－ＭＳ)にて元素分析を行うことによって測定した。板厚中央部の濃度は、アルミニウム合金板を板厚中央まで研磨して、グロー放電質量分析法(ＧＤ－ＭＳ)にて元素分析を行うことによって測定した。それぞれの分析においては、放電条件として、３ｍＡ、１ｋＶ、分析面積１０ｍｍφにて各金属元素の定量分析（質量ｐｐｍ）を行った。各濃度は、３枚の供試用試料の平均値として求めた。
（板厚表層部と板厚中央部の濃度比）
　Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏについて、上記測定で得られた板厚表層部の濃度Ｃｓ（質量ｐｐｍ）、板厚中央部の濃度Ｃｃ（質量ｐｐｍ）から、各元素毎に、Ｃｃ／Ｃｓの数値を算出した。
（断面外観）
（１）供試用試料の準備 
　Ａｌ合金板の板幅の中央部であって、長手の中央部付近から供試用試料を３枚採取した。試料の切断は、シャーを用いて、１５０ｍｍ角に切断し、その後、シャー切断面が消える程度まで、板断面の４面をミーリングにて鏡面加工した。
（２）陽極酸化処理前の前処理 
　有機溶剤にて脱脂洗浄した後、６０℃、５％苛性ソーダ水溶液に１分間浸漬し、水洗後に、２０℃、３０％硝酸水溶液に１分間浸漬して中和した。
（３）陽極酸化処理 
　浴温度２０℃、２００ｇ／ｌの硫酸浴に電流密度２Ａ／ｄｍ２、処理時間１５ｍｉｎにて浸漬させた後、水洗した。
（４）封孔処理
　酢酸ニッケル水溶液に、９０℃で２０分浸漬後、水洗し、乾燥した。
（５）断面外観の評価方法 
　上記陽極酸化処理後の板断面部を筋模様の有無を目視にて確認し、筋模様がなく、良好な外観が得られた場合を○、筋模様が認められた場合を×とした。 
　実施例、比較例に用いたアルミニウム合金の組成、評価結果を表１に示す。尚、表１において、アルミニウム合金を構成する各元素の含有量が、請求項１の規定から外れる数値には下線を引いて示した。また、含有量が測定限界未満の元素は「－」と表示している。 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１から分かるように、本発明の組成のアルミニウム合金を用いて、本発明の製造方法の条件で製造されたアルミニウム合金板（実施例１～１０）はいずれも、陽極酸化処理後の断面外観に優れたアルミニウム合金板であった。
　一方、比較例１、２は、それぞれＭｇまたはＣｒの含有量が上限値を超えるものであり、断面外観は良好であったものの、プレス加工時に割れが生じて、加工性に劣るものであった。
　比較例３は、Ｍｇの含有量が下限値未満のものである。結晶粒が粗いことに起因して、Ａｌ合金板の外観において不良なものであった。
　比較例４は、Ｃｒの含有量が下限値未満のものであり、Ｚｒについて関係式（１）を満足せず、Ｃｃ／Ｃｓが３を超えるものである。断面外観に劣り、また結晶粒が粗いことに起因して、Ａｌ合金板の外観においても不良なものであった。
　比較例５～８は、それぞれＴｉ、Ｂ、Ｖ、Ｍｏの含有量が上限値を超えるものであり、それぞれＴｉ、Ｂ、Ｖ、Ｍｏについて関係式（１）を満足せず、Ｃｃ／Ｃｓが３を超えるものである。いずれも断面外観に劣るものであった。
　比較例９は、合金組成は請求項１の規定を満足しているものであるが、鋳造工程において、鋳塊の厚さを５００ｍｍとしてＡｌ合金板の製造を行ったものである。Ｔｉについて関係式（１）を満足せず、Ｃｃ／Ｃｓが３を超えるものであり、断面外観に劣るものであった。
　比較例１０は、合金組成は請求項１の規定を満足しているものであるが、鋳造工程において、鋳造速度を５０ｍｍ／ｍｉｎとしてＡｌ合金板の製造を行ったものである。Ｔｉについて関係式（１）を満足せず、Ｃｃ／Ｃｓが３を超えるものであり、断面外観に劣るものであった。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、２０１３年４月２６日出願の日本特許出願（特願２０１３－０９４７１１）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明は、輸送機器、機械部品、建材、構造材等に広く使用されているアルミニウム合金板として有用である。

Claims (3)

  1. 　Ｍｇ：２．２～５．５質量％、Ｃｒ：０．０８～０．３５質量％を含有し、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以下に規制し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、
    　前記Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｏのそれぞれについて、板厚表層部の濃度をＣｓ（質量ｐｐｍ）、板厚中央部の濃度をＣｃ（質量ｐｐｍ）としたときに、関係式（１）を満足することを特徴とするアルミニウム合金板。
    　１≦Ｃｃ／Ｃｓ≦３ ・・・ （１）
  2. 　Ｔｉ含有量の下限が９質量ｐｐｍ、Ｂ含有量の下限が２質量ｐｐｍであることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金板。
  3. 　Ｍｇ：２．２～５．５質量％、Ｃｒ：０．０８～０．３５質量％を含有し、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以下に規制し、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板の製造方法であって、
    　鋳造工程、均質化熱処理工程および熱間圧延工程を有し、
    　前記鋳造工程において、鋳塊の厚さを４５０ｍｍ以下に規制し、鋳造速度を３５ｍｍ／ｍｉｎ以下で造塊することを特徴とするアルミニウム合金板の製造方法。
     
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