JP2017061709A - 耐リジング性及びヘム曲げ性に優れたアルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents
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本発明に係るアルミニウム合金板の成分組成は、Al−Mg−Si系合金又はAl−Mg−Si−Cu系合金からなるものであれば良く、その具体的な成分組成は特に限定されるものではないが、通常は、Mg:0.20〜1.50mass%(以下、単に「%」と記す)、Si:0.30〜2.00%を含有し、Mn:0.03〜0.60%、Cr:0.01〜0.40%、Zr:0.01〜0.40%、Fe:0.03〜1.00%、Ti:0.05〜0.30%及びZn:0.03〜2.50%から選択される1種又は2種以上を含有し、Cu:1.50%以下に規制され、残部Al及び不可避的不純物からなるものが好適に用いられる。
Mgは、本発明で対象とするAl−Mg−Si系合金又はAl−Mg−Si−Cu系合金の基本となる合金元素であって、Siと共に強度向上に寄与する。Mg含有量は、0.20〜1.50%とするのが好ましい。Mg含有量が0.20%未満では、塗装焼付時における析出硬化によって強度向上に寄与するG.P.ゾーンの生成量が少なくなるため、十分な強度向上の効果が得られない。一方、Mg含有量が1.50%を超えると、粗大なMg−Si系の金属間化合物が生成され、プレス成形性、主に曲げ加工性が低下する。特に最終板の曲げ加工性をより良好にするためには、Mg含有量は0.30〜0.90%とするのがより好ましい。
Siも、本発明で対象とするAl−Mg−Si系合金又はAl−Mg−Si−Cu系合金の基本となる合金元素であって、Mgと共に強度向上に寄与する。また、Siは、鋳造時に金属Si粒子の晶出物として生成される。この金属Si粒子の周囲が、冷間圧延時に付与される加工によって変形されて溶体化処理時に再結晶核の生成サイトとなるため、再結晶組織の微細化にも寄与する。Si含有量は、0.30〜2.00%とするのが好ましい。Si含有量が0.30%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Si含有量が2.00%を超えると、粗大なSi粒子や粗大なMg−Si系金属間化合物が生成して、プレス成形性、特に曲げ加工性の低下を招く。また、プレス成形性と曲げ加工性とのより良好なバランスを得るためには、Si含有量は0.50〜1.30%とするのがより好ましい。
これらの元素は、強度向上、結晶粒微細化、時効性(焼付硬化性)の向上及び/又は表面処理性の向上に有効であり、これらいずれかの1種又は2種以上を含有するのが好ましい。これらのうちMn、Cr、Zrは、上記の強度向上と結晶粒組織の微細化及び安定化に効果を発揮する。Mn含有量が0.03%未満、Crの含有量が0.01%未満、Zrの含有量が0.01%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Mnの含有量が0.60%を超え、Cr、Zrの含有量がそれぞれ0.40%を超えると、上記効果が飽和するだけでなく多数の金属間化合物が生成され、成形性、特にヘム曲げ性が低下する虞がある。従って、Mn含有量を0.03〜0.60%とし、Cr、Zrの含有量をそれぞれ0.01〜0.40%とするのが好ましい。また、Mn含有量を0.03〜0.40%とし、Cr、Zrの含有量をそれぞれ0.01〜0.30%とするのがより好ましい。
Tiは、鋳塊組織の微細化の効果を発揮する。Ti含有量は、0.005〜0.300%とするのが好ましい。Ti含有量が0.005%未満では、上記効果が十分に得られない。一方、Ti含有量が0.300%を超えると、Ti添加の効果が飽和するだけでなく粗大な晶出物が生じる虞がある。なお、Ti含有量は、0.005〜0.200%とするのがより好ましい。また、Tiと同時に500ppm以下のBを添加することによって、鋳塊組織の微細化と安定化の効果が一層顕著となる。
Cuは、強度向上と成形性向上のために添加してもよい。Cu含有量が1.50%を超えると、耐食性(耐粒界腐食性、耐糸錆性)が低下することから、Cu含有量は1.50%以下に規制するのが好ましい。また、より耐食性の改善を図りたい場合はCu含有量を1.00%以下に規制するのが好ましく、特に耐食性を重視する場合は、Cu含有量は0.05%以下に規制することが好ましい。
本発明に係るアルミニウム合金板において、耐リジング性とヘム曲げ性を確実かつ安定して向上させるためには、合金の成分組成を前述のように調整するのに加えて、最終板であるアルミニウム合金板の結晶粒径と結晶方位を制御することが極めて重要である。
リジングマーク発生に特に強い影響を与えるバンド状組織は、アルミニウム合金板の板厚方向の中央付近の領域に存在し、この領域の結晶粒径を適切なサイズまで大きく再結晶させることでバンド状組織の分解を促し、リジングマークの発生を防止する。ここで、板厚方向の中央付近の領域(以下、「中央付近領域」)とは、アルミニウム合金板の厚さをtとして、板厚(t/2)を中心として厚さ方向に沿った±(t/8)の範囲の領域をいうものとする。
次に、結晶粒径及び結晶方位の具体的な測定方法について説明する。
まず、d1については、アルミニウム合金板の中央付近領域内の任意のL−LT面まで苛性エッチングで減厚した後に、機械研磨、バフ研磨、電解研磨を行なって測定面とする。次に、d2については、アルミニウム合金板の任意のL−ST面に対し、機械研磨、バフ研磨、電解研磨を行なって測定面とする。更に、Cについては、アルミニウム合金板表面に対し機械研磨、バフ研磨、電解研磨を行なって測定面とする。
本発明に係るアルミニウム合金板の製造方法では、最終板の成形加工用アルミニウム合金板の組織として、前述のような組織を得るために、その製造過程中の熱間圧延、冷間圧延、ひずみ抜き焼鈍及び溶体化処理を特定の条件で実施する必要がある。
まず、本発明に係る製造方法における各製造工程を実施する必要性について説明する。上述の本発明で規定するd1、d2及びCを得るためには、様々な製造方法が考えられる。しかしながら、低コスト化の観点からすると、現在自動車ボディシート材の製造方法として一般的に用いられている工程、すなわち、鋳造、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延、中間焼鈍、冷間圧延、溶体化処理の順序による工程と同等の工程数で実施する必要がある。
次に、本発明で規定する上記d1、d2及びCを有するアルミニウム合金板を得るための代表的、かつ最適な製造方法について説明する。このような製造方法は、溶製したアルミニウム合金溶湯を鋳造し、任意的に均質化処理を施し、次いで、熱間圧延、冷間圧延、ひずみ抜き焼鈍、溶体化処理をこの順序で行う。
前述の成分組成のアルミニウム合金を常法に従って溶製し、連続鋳造法(CC鋳造法)や半連続鋳造法(DC鋳造法)等の通常の鋳造法を適宜選択して鋳造する。
鋳造工程で得られる鋳塊に対して、必要に応じて均質化処理を行なってもよい。均質化処理条件は特に限定されるものではないが、480〜590℃の温度で0.5〜24時間の加熱処理を施すのが好ましい。
均質化処理を行った後の鋳塊、或いは、行なわない場合には鋳造後の鋳塊に、従来の一般的な方法に従って熱間圧延を施せばよい。熱間圧延開始までの過程においては、必要に応じて以下のいずれかの処理方法を適用することができる。すなわち、均質化処理を行なった場合には、均質化処理後の冷却過程で常温又は常温近くまで冷却した後、改めて熱間圧延の開始温度まで加熱して保持し、この温度で熱間圧延を開始する方法、又は、均質化処理後の冷却過程で熱間圧延の開始温度まで加熱又は冷却して保持し、この温度で熱間圧延を開始する方法、或いは、均質化処理を行なわない場合には、鋳造工程後に常温又は常温近くまで冷却した後、改めて熱間圧延の開始温度まで加熱して保持し、この温度で熱間圧延を開始する方法である。
熱間圧延工程に続いて、圧延板に冷間圧延を施して最終板厚(製品板厚)の冷間圧延板とする。冷間圧延工程での圧下率は60.0%以上とし、好ましくは75.0%以上とする。圧下率が60.0%未満の場合は、圧延中に形成される圧延集合組織が十分に発達せず、溶体化処理時に形成するCube方位密度が不十分となる。圧下率が90%を超えると冷間圧延自体が困難となるため、圧下率の上限値は90%とする。ここで、熱間圧延に続いて冷間圧延と中間焼鈍とを実施することも可能である。しかしながら、その場合には製造工程が増加するために高コスト化することに加え、中間焼鈍時に、熱間圧延中及び冷間圧延中に形成された圧延集合組織が再結晶により低下してしまう。その結果、溶体化処理時に十分なCube方位密度を得ることが更に困難となるため、本発明においては中間焼鈍を実施しないものとする。
上記の冷間圧延板に対して、ひずみ抜き焼鈍を行う。ひずみ抜き焼鈍の方法としては、バッチ式炉と連続焼鈍炉が挙げられる。ひずみ抜き焼鈍時のひずみエネルギーの低下量は焼鈍の加熱処理温度と時間に依存するため、適切なひずみエネルギー量となるように条件を設定しなければならない。
ひずみ抜き焼鈍に続いては、圧延板に溶体化処理を施す。溶体化処理における材料到達温度は480〜590℃以下で行う。材料到達温度が480℃未満では、再結晶しない場合がある。一方、材料到達温度が590℃を超えると、板が溶融してしまい安定した製造が困難となる場合がある。保持時間は特に限定されるものではないが、生産性の観点から0秒〜5分とするのが好ましく、0秒〜1分とするのがより好ましい。溶体化処理後の冷却については、保持温度から150℃以下の温度域までの冷却速度を100℃/分以上とするのが好ましく、これにより十分な成形性と焼付硬化性を得ることができる。なお、この冷却速度は300℃/分以上とするのがより好ましい。また、冷却速度の上限値は冷却装置や冷却方法に依存するが、本発明では生産性と操作性の観点から10000℃/分とする。
本発明においては、良好な焼付け硬化性を得るために、溶体化処理後直ちに予備時効処理を行うのが好ましい。但し、この予備時効処理は、結晶粒径に対しては本質的な影響は与えるものではなく、従って本発明においては予備時効処理を行なわなくてもよい。
Claims (4)
- Mg及びSiを含有するアルミニウム合金からなり厚さtを有するアルミニウム合金板であって、板厚(t/2)を中心として厚さ方向に沿った±(t/8)の範囲のL−LT面における結晶粒径が45〜100μmであり、板全体においてL−ST面の結晶粒径が80μm以下であり、板表面における結晶方位のCube方位面積率が10%以上であることを特徴とする耐リジング性及びヘム曲げ性に優れたアルミニウム合金板。
- 前記アルミニウム合金が、Mg:0.20〜1.50mass%、Si:0.30〜2.00mass%を含有し、Mn:0.03〜0.60mass%、Cr:0.01〜0.40mass%、Zr:0.01〜0.40mass%、Fe:0.03〜1.00mass%、Ti:0.005〜0.300mass%及びZn:0.03〜2.50mass%から選択される1種又は2種以上を更に含有し、Cu:1.50mass%以下に規制され、残部Al及び不可避的不純物からなる、請求項1に記載の耐リジング性及びヘム曲げ性に優れたアルミニウム合金板。
- 請求項1又は2に記載のアルミニウム合金板の製造方法において、前記アルミニウム合金を鋳造する鋳造工程と、鋳塊を熱間圧延する熱間圧延工程と、中間焼鈍を施さずに熱間圧延板を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延板のひずみ抜き焼鈍工程と、焼鈍した圧延板を溶体化処理する溶体化処理工程とを備え、前記熱間圧延工程において、熱間圧延開始温度を300〜450℃とし、熱間圧延終了温度を200〜350℃とし、前記冷間圧延工程において、圧下率を60.0%以上として最終板厚の冷間圧延板とし、前記ひずみ抜き焼鈍工程において、冷間圧延板を到達温度200〜350℃で加熱処理することを特徴とする耐リジング性及びヘム曲げ性に優れたアルミニウム合金板の製造方法。
- 前記鋳造工程と熱間圧延工程の間に、鋳塊を均質化処理する均質化処理工程を更に備える請求項3に記載の耐リジング性及びヘム曲げ性に優れたアルミニウム合金板の製造方法。
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