JP2020084278A - Al−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記得られた溶湯を鋳造加工することによってビレットを得る鋳造工程と、
前記ビレットに均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理後のビレットに冷却処理を行った後に熱間押出加工を行って押出材を得る押出工程と、
前記熱間押出加工後に前記押出材の急冷を行う急冷行程と、
前記急冷工程を経た押出材に対し、引抜減面率が10%〜31%の範囲になるように引抜加工を行って引抜材を得る引抜工程と、
前記引抜材を加熱して時効処理を行う時効処理工程と、を含むことを特徴とするAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材の製造方法。
前記得られた溶湯を鋳造加工することによってビレットを得る鋳造工程と、
前記ビレットを480℃〜530℃の温度で2時間〜10時間保持する均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理後のビレットを150℃/時間以上の平均冷却速度で200℃以下まで冷却する冷却工程と、
前記冷却工程を経たビレットを500℃〜560℃にした状態で5m/分〜30m/分の押出速度で熱間押出加工を行って押出材を得る押出工程と、
前記得られた押出材の温度を500℃〜570℃にした状態から、前記熱間押出加工後から30秒以内に、100℃/秒以上の冷却速度で150℃以下まで急冷する急冷工程と、
前記急冷工程を経た押出材に対し、引抜減面率が10%〜31%の範囲になるように引抜加工を行って引抜材を得る引抜工程と、
前記引抜材を140℃〜180℃の温度で1時間〜24時間加熱する時効処理工程と、を含むことを特徴とするAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材の製造方法。
前記得られた溶湯を鋳造加工することによってビレットを得る鋳造工程と、
前記ビレットに均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理後のビレットに冷却処理を行った後に熱間押出加工を行って押出材を得る押出工程と、
前記押出材に溶体化処理を行う溶体化処理工程と、
前記溶体化処理を経た押出材に対し、引抜減面率が10%〜31%の範囲になるように引抜加工を行って引抜材を得る引抜工程と、
前記引抜材を加熱して時効処理を行う時効処理工程と、を含むことを特徴とするAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材の製造方法。
前記得られた溶湯を鋳造加工することによってビレットを得る鋳造工程と、
前記ビレットを480℃〜530℃の温度で2時間〜10時間保持する均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理後のビレットを150℃/時間以上の平均冷却速度で200℃以下まで冷却する冷却工程と、
前記冷却工程を経たビレットを500℃〜560℃にした状態で5m/分〜30m/分の押出速度で熱間押出加工を行って押出材を得る押出工程と、
前記押出材を溶体化温度500℃〜560℃で0.5時間〜4時間保持した後、該保持直後の30秒以内に100℃/秒以上の冷却速度で150℃以下まで急冷する溶体化処理工程と、
前記溶体化処理工程を経た押出材に対し、引抜減面率が10%〜31%の範囲になるように引抜加工を行って引抜材を得る引抜工程と、
前記引抜材を140℃〜180℃の温度で1時間〜24時間加熱する時効処理工程と、を含むことを特徴とするAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材の製造方法。
前記溶湯形成工程では、Si:0.95質量%〜1.25質量%、Mg:0.80質量%〜1.20質量%、Cu:0.30質量%〜0.50質量%、Mn:0.40質量%〜0.60質量%、Fe:0.15質量%〜0.30質量%、Cr:0.09質量%〜0.21質量%、B:0.0001質量%〜0.03質量%を含有し、Znの含有率が0.25質量%以下、Zrの含有率が0.05質量%以下、Tiの含有率が0.10質量%以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなる組成となるように溶解調製されたアルミニウム合金溶湯を得る。
次に、前記得られた溶湯を鋳造加工することによって鋳造材を得る(鋳造工程)。鋳造方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法を用いればよく、例えば、連続鋳造圧延法、ホットトップ鋳造法、フロート鋳造法、半連続鋳造法(DC鋳造法)等が挙げられる。この鋳造工程において、冷却速度の速い鋳造加工を行うことによって鋳塊(ビレット)中に形成される金属組織や晶出物の結晶粒径を小さくするのが好ましい。
得られたビレットに対して均質化熱処理を行う。即ち、ビレットを480℃〜530℃の温度で2時間〜15時間保持する均質化熱処理を行うのがよい。480℃未満では、鋳塊ビレットの軟化が不十分となり、熱間押出加工時の圧力が著しく高くなって、外観品質が低下するし、生産性も低下する。一方、530℃を超えると、MnとCrの析出物が粗大化することで再結晶を抑制する効果が低下し、再結晶の発生により、押出材の靱性が低下するし、高強度も得られ難い。中でも、均質化熱処理の温度は、485℃〜525℃に設定するのが好ましい。
次に、前記均質化熱処理後のビレットを150℃/時間以上の平均冷却速度で200℃以下の温度まで冷却する。平均冷却速度は、大きい方がより好ましい。この冷却工程における冷却方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、ファン冷却、ミスト冷却などが挙げられる。このようにビレットを150℃/時間以上の平均冷却速度で強制冷却する理由は、均質化熱処理後の冷却過程で固溶元素の析出物が粗大に成長するのを抑制するためである。粗大成長を抑制することで、後の時効処理による強度向上を十分に実現できると共に、押出引抜材の靱性を十分に確保できる。
前記冷却工程を経たビレットを500℃〜560℃にした状態で5m/分〜30m/分の押出速度で熱間押出加工を行って押出材を得る。加熱温度が500℃未満では、鋳塊に添加されている元素がマトリックス中に溶けずに残留することで時効処理による強度向上を実現できない。一方、加熱温度が560℃を超えると、押出加工後の加工発熱により押出材に局所的に共晶融解(バーニング)が発生する恐れがある。従って、熱間押出加工時の加熱温度は500℃〜560℃に設定する。中でも、熱間押出加工時の加熱温度は510℃〜550℃に設定するのが好ましい。なお、ビレットの加熱時間は、特に限定されるものではないが、加熱装置が押出工程のオンライン上に設置されていることを考慮して、良好な生産性を確保できる時間に設定されるが、30分以内に設定されるのが好ましく、15分以内に設定されるのが特に好ましい。
前記熱間押出加工後から0.01秒〜30秒以内に前記押出材を急冷する。このとき、前記熱間押出加工後の押出材を500℃〜570℃の状態から100℃/秒以上の冷却速度で150℃以下まで急冷するのが好ましい。前記押出材の温度は、金型から排出された直後の押出材の温度を非接触温度計または接触温度計で計測する。この計測温度が500℃未満では、鋳塊に添加されている元素がマトリックス中に溶けずに残留することで時効処理による強度向上を実現できない。前記計測温度が570℃を超えている場合には、押出材に局所的に共晶融解(バーニング)が発生する恐れがある。中でも、前記熱間押出加工後の押出材の温度が510℃〜560℃になっているのが好ましい。また、前記熱間押出加工後から0.01秒〜15秒以内に前記押出材を急冷するのが好ましく、前記熱間押出加工後から0.01秒〜10秒以内に前記押出材を急冷するのが特に好ましい。
次に、前記急冷工程を経た押出材に引抜加工を行う。急冷工程を経た押出材の先端部を口付け加工する。口付け加工とは、押出材の先端部への絞り加工である。絞り加工後の先端を掴んでダイス穴を通して引っ張り、所望の寸法や形状に引抜加工を行う。再結晶を抑制するために、引抜加工は冷間加工で実施するのが好ましい。引抜ダイスには潤滑油を塗布して、表面の割れや焼き付き、ちぎれの発生を防止する。引抜工程では、引抜減面率(%)が重要なパラメーターとなる。
引抜減面率は、10〜31%の範囲に設定するのが好ましい。10%未満では高強度と耐衝撃特性が得られない恐れがある。引抜減面率が31%を超えると、引抜加工時にちぎれや割れ等が発生する恐れがある。より高強度及びより優れた耐衝撃特性を得る観点から、引抜減面率は、21〜31%の範囲に設定するのがより好ましい。引抜加工速度は、20m/分〜40m/分に設定するのが好ましい。20m/分未満では生産性が低下するので好ましくない。一方、引抜加工速度が40m/分を超えると、加工速度が速くなりすぎて、ちぎれや割れ等の不具合が発生する恐れがあるので好ましくない。中でも、引抜加工速度は、25m/分〜35m/分に設定するのがより好ましい。引抜加工時に塗布した潤滑油は、後工程での取り扱いを考慮すると、引抜加工後に灯油等で洗浄して落としておくのが好ましい。
次に、前記急冷工程を経た押出引抜材を140℃〜180℃の温度で1時間〜24時間加熱して時効処理を行う。時効処理温度が140℃未満では、析出物が微細になりすぎて時効硬化が十分になされず、高強度の押出引抜材が得られなくなる。一方、時効処理温度が180℃を超えると、過時効処理となって析出物が粗大化して、高強度の押出引抜材が得られなくなる。また、時効処理時間が1時間未満では、亜時効処理となって高強度の押出引抜材が得られなくなる。時効処理時間が24時間を超えると、過時効処理となって高強度の押出引抜材が得られなくなる。中でも、前記時効処理温度を150℃〜170℃に設定するのが好ましい。また、前記時効処理時間は、生産性を考慮すると1時間〜12時間に設定するのが好ましい。
前記押出工程と前記引抜工程の間に溶体化処理工程を設けてもよい。即ち、前記冷却工程を経たビレットを500℃〜560℃にした状態で5m/分〜30m/分の押出速度で熱間押出加工を行って押出材を得る押出工程と、前記押出材を溶体化温度500℃〜560℃で0.5時間〜4時間保持した後、該保持直後の30秒以内(好ましくは0.01秒〜30秒以内)に100℃/秒以上の冷却速度で150℃以下まで急冷する溶体化処理工程と、前記溶体化処理工程を経た押出材に対し、引抜減面率が10%〜31%の範囲になるように引抜加工を行って引抜材を得る引抜工程と、前記引抜材を140℃〜180℃の温度で1時間〜24時間加熱する時効処理工程と、を含む製法としてもよい。
Si:1.10質量%、Fe:0.20質量%、Cu:0.40質量%、Mn:0.50質量%、Mg:0.95質量%、Cr:0.15質量%、B:0.004質量%、Zn:0.03質量%、Zr:0.01質量%、Ti:0.02質量%を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を加熱してアルミニウム合金溶湯を得た後、該アルミニウム合金溶湯を用いてホットトップ鋳造法により直径156mm、長さ450mmの鋳塊ビレットを作製した。
外径15mmになるように引抜減面率22.1%で引抜加工を行った以外は、実施例1と同様にして、図1に示すAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材1を得た。
外径14.2mmになるように引抜減面率30.2%で引抜加工を行った以外は、実施例1と同様にして、図1に示すAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材1を得た。
前記アルミニウム合金溶湯として、表1に示すアルミニウム合金組成(表1に示す元素を表に記載の含有率で含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金)からなるアルミニウム合金溶湯を用いた以外は、実施例3と同様にして、図1に示すAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材1を得た。
Si:1.10質量%、Fe:0.20質量%、Cu:0.40質量%、Mn:0.50質量%、Mg:0.95質量%、Cr:0.21質量%、B:0.004質量%、Zn:0.03質量%、Zr:0.01質量%、Ti:0.02質量%を含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金を加熱してアルミニウム合金溶湯を得た後、該アルミニウム合金溶湯を用いてホットトップ鋳造法により直径156mm、長さ450mmの鋳塊ビレットを作製した。
次に、前記鋳塊ビレットに対して500℃で8時間の均質化熱処理を行った(均質化熱処理工程)。前記均質化熱処理工程を経た後の鋳塊ビレットを250℃/時間の鋳塊冷却速度で鋳塊が150℃以下の温度になるまで強制冷却を行った(冷却工程)。次に、前記冷却工程を経た鋳塊ビレットに、鋳塊加熱温度535℃、押出速度20m/分の条件で熱間押出加工を行うことによって、外径17mmの断面円形の棒状の押出材を得た(押出工程)。次いで、前記熱間押出加工直後の(熱間押出加工後から2秒以内の)押出材を530℃の温度で1時間加熱した後、400℃/秒の冷却速度で100℃以下の温度になるまで急冷した(溶体化処理工程)。前記急冷工程を経た押出材に対して外径16mmになるように30m/分の加工速度で引抜加工を行って引抜材を得た(引抜工程)。この際の引抜減面率は11.4%である。得られた引抜材を300mmの長さに切断した後、160℃で6時間加熱して時効処理を行った(時効処理工程)。こうして図1に示すAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材1を得た。
外径15mmになるように引抜減面率22.1%で引抜加工を行った以外は、実施例16と同様にして、図1に示すAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材1を得た。
外径14.2mmになるように引抜減面率30.2%で引抜加工を行った以外は、実施例16と同様にして、図1に示すAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材1を得た。
外径16.5mmになるように引抜減面率5.8%で引抜加工を行った以外は、実施例1と同様にして、Al−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材を得た。
前記アルミニウム合金溶湯として、表2に示すアルミニウム合金組成(表2に示す元素を表に記載の含有率で含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金)からなるアルミニウム合金溶湯を用い、外径13.7mmになるように引抜減面率35.1%で引抜加工を行った以外は、実施例1と同様にして、Al−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材を得た。
押出後に引抜加工を行うことなく180℃で6時間加熱して時効処理を行った以外は、比較例2と同様にして、Al−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材を得た。
押出後に530℃の温度で1時間加熱した後に水冷で急冷して溶体化処理を施し、引抜加工を行うことなく180℃で6時間加熱して時効処理を行った以外は、比較例1と同様にして、Al−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材を得た。
前記アルミニウム合金溶湯として、表2に示すアルミニウム合金組成(表2に示す元素を表に記載の含有率で含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金)からなるアルミニウム合金溶湯を用いた以外は、実施例3と同様にして、Al−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材を得た。
引抜途中から引抜終了までの間において引抜されている押出材にちぎれ等の引抜加工不良が発生したものを「×」と表記し、発生しなかったもの(即ち引抜加工性が良好であったもの)を「○」と表記した。なお、引抜加工性が「×」の評価であったものについては下記のその他の評価は行わないものとした(表4参照)。
JIS Z2241−2011に準拠して室温(25℃)で引張試験を行うことによって、押出引抜材(又は押出材)の引張強さ(MPa)および0.2%耐力(MPa)を測定した。即ち、押出引抜材(又は押出材)からJIS Z2201−1998に記載の方法によりJIS10号試験片を採取した。このJIS10号試験片の大きさは、平行部の外径12.5mm×平行部の長さ60mmとした。また、試験片において標点間距離を50mmに設定した。前記試験片についてインストロン型引張試験機を用いて引張試験を行った。引張試験速度は、2mm/分に設定し、耐力測定以降は10mm/分に設定した。JIS10号試験片のn数を3個として、その平均値を「引張強さ」、「0.2%耐力」とした(表3、4参照)。なお、表3、4において、0.2%耐力が380MPa以上であるものを「○」と表記し、0.2%耐力が375MPa以上380MPa未満であるものを「△」と表記し、0.2%耐力が375MPa未満であるものを「×」と表記した。
押出引抜材からJIS3号シャルピー衝撃試験片を採取し、JIS Z2242−2005の「金属材料のシャルピー衝撃試験方法」に準拠して25℃でシャルピー衝撃試験を実施して、シャルピー衝撃値を求めた。試験片のn数は3個とし、その平均値を「シャルピー衝撃値」とした。
押出引抜材(又は押出材)を長さ100mmに切断して評価用試験片とした。腐食減量の評価は、自動車部品外観腐食試験方法(JASO M610−92)に記載されているCCT試験で実施した。このCCT試験は、塩水噴霧(5%NaCl水溶液、35℃)×2時間、60℃で乾燥×4時間、湿潤(50℃、98%RH)×2時間の合計8時間を1サイクルとして、360サイクル(2880時間)で腐食試験を行うものである。360サイクルの腐食試験後に評価用試験片を取り出した後、この評価用試験片に対してリン酸クロム酸液で洗浄を行うことによって腐食生成物を取り除き、次いで腐食による質量減少量(腐食試験前の試験片の質量−腐食試験後の試験片の質量)を求めた。評価用試験片のn数を3個として平均値を算出した。CCT試験後で腐食減量(減少量)が0.80mg/cm2以下であったものを「○」と表記し、0.80mg/cm2を超えて0.90mg/cm2以下であったものを「△」と表記し、0.90mg/cm2を超えたものを「×」と表記した。
「引抜加工性」、「0.2%耐力」、「耐衝撃特性(シャルピー衝撃値)」、「耐食性」の4つの評価項目のうち、1項目以上に「×」の評価結果があったものを「不合格」とし、4つの評価項目全てにおいて「×」の評価結果が無かったものを「合格」とした。
Claims (5)
- Si:0.95質量%〜1.25質量%、Mg:0.80質量%〜1.20質量%、Cu:0.30質量%〜0.50質量%、Mn:0.40質量%〜0.60質量%、Fe:0.15質量%〜0.30質量%、Cr:0.09質量%〜0.21質量%、B:0.0001質量%〜0.03質量%を含有し、Znの含有率が0.25質量%以下、Zrの含有率が0.05質量%以下、Tiの含有率が0.10質量%以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金押出引抜材であって、該押出引抜材の0.2%耐力が380MPa以上であり、シャルピー衝撃値が25J/cm2以上であることを特徴とするAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材。
- Si:0.95質量%〜1.25質量%、Mg:0.80質量%〜1.20質量%、Cu:0.30質量%〜0.50質量%、Mn:0.40質量%〜0.60質量%、Fe:0.15質量%〜0.30質量%、Cr:0.09質量%〜0.21質量%、B:0.0001質量%〜0.03質量%を含有し、Znの含有率が0.25質量%以下、Zrの含有率が0.05質量%以下、Tiの含有率が0.10質量%以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程と、
前記得られた溶湯を鋳造加工することによってビレットを得る鋳造工程と、
前記ビレットに均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理後のビレットに冷却処理を行った後に熱間押出加工を行って押出材を得る押出工程と、
前記熱間押出加工後に前記押出材の急冷を行う急冷行程と、
前記急冷工程を経た押出材に対し、引抜減面率が10%〜31%の範囲になるように引抜加工を行って引抜材を得る引抜工程と、
前記引抜材を加熱して時効処理を行う時効処理工程と、を含むことを特徴とするAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材の製造方法。 - Si:0.95質量%〜1.25質量%、Mg:0.80質量%〜1.20質量%、Cu:0.30質量%〜0.50質量%、Mn:0.40質量%〜0.60質量%、Fe:0.15質量%〜0.30質量%、Cr:0.09質量%〜0.21質量%、B:0.0001質量%〜0.03質量%を含有し、Znの含有率が0.25質量%以下、Zrの含有率が0.05質量%以下、Tiの含有率が0.10質量%以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程と、
前記得られた溶湯を鋳造加工することによってビレットを得る鋳造工程と、
前記ビレットを480℃〜530℃の温度で2時間〜10時間保持する均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理後のビレットを150℃/時間以上の平均冷却速度で200℃以下まで冷却する冷却工程と、
前記冷却工程を経たビレットを500℃〜560℃にした状態で5m/分〜30m/分の押出速度で熱間押出加工を行って押出材を得る押出工程と、
前記得られた押出材の温度を500℃〜570℃にした状態から、前記熱間押出加工後から30秒以内に、100℃/秒以上の冷却速度で150℃以下まで急冷する急冷工程と、
前記急冷工程を経た押出材に対し、引抜減面率が10%〜31%の範囲になるように引抜加工を行って引抜材を得る引抜工程と、
前記引抜材を140℃〜180℃の温度で1時間〜24時間加熱する時効処理工程と、を含むことを特徴とするAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材の製造方法。 - Si:0.95質量%〜1.25質量%、Mg:0.80質量%〜1.20質量%、Cu:0.30質量%〜0.50質量%、Mn:0.40質量%〜0.60質量%、Fe:0.15質量%〜0.30質量%、Cr:0.09質量%〜0.21質量%、B:0.0001質量%〜0.03質量%を含有し、Znの含有率が0.25質量%以下、Zrの含有率が0.05質量%以下、Tiの含有率が0.10質量%以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程と、
前記得られた溶湯を鋳造加工することによってビレットを得る鋳造工程と、
前記ビレットに均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理後のビレットに冷却処理を行った後に熱間押出加工を行って押出材を得る押出工程と、
前記押出材に溶体化処理を行う溶体化処理工程と、
前記溶体化処理を経た押出材に対し、引抜減面率が10%〜31%の範囲になるように引抜加工を行って引抜材を得る引抜工程と、
前記引抜材を加熱して時効処理を行う時効処理工程と、を含むことを特徴とするAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材の製造方法。 - Si:0.95質量%〜1.25質量%、Mg:0.80質量%〜1.20質量%、Cu:0.30質量%〜0.50質量%、Mn:0.40質量%〜0.60質量%、Fe:0.15質量%〜0.30質量%、Cr:0.09質量%〜0.21質量%、B:0.0001質量%〜0.03質量%を含有し、Znの含有率が0.25質量%以下、Zrの含有率が0.05質量%以下、Tiの含有率が0.10質量%以下であり、残部がAl及び不可避不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を得る溶湯形成工程と、
前記得られた溶湯を鋳造加工することによってビレットを得る鋳造工程と、
前記ビレットを480℃〜530℃の温度で2時間〜10時間保持する均質化熱処理を行う均質化熱処理工程と、
前記均質化熱処理後のビレットを150℃/時間以上の平均冷却速度で200℃以下まで冷却する冷却工程と、
前記冷却工程を経たビレットを500℃〜560℃にした状態で5m/分〜30m/分の押出速度で熱間押出加工を行って押出材を得る押出工程と、
前記押出材を溶体化温度500℃〜560℃で0.5時間〜4時間保持した後、該保持直後の30秒以内に100℃/秒以上の冷却速度で150℃以下まで急冷する溶体化処理工程と、
前記溶体化処理工程を経た押出材に対し、引抜減面率が10%〜31%の範囲になるように引抜加工を行って引抜材を得る引抜工程と、
前記引抜材を140℃〜180℃の温度で1時間〜24時間加熱する時効処理工程と、を含むことを特徴とするAl−Mg−Si系アルミニウム合金押出引抜材の製造方法。
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