JP3749687B2 - 曲げ加工用アルミニウム合金板及びパネル構造体 - Google Patents
曲げ加工用アルミニウム合金板及びパネル構造体 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲げ加工性（特にフラットヘム加工性）に優れたＡｌ−Ｍｇ系又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境に対する意識の高まりを背景に、燃費向上を目的として自動車の軽量化の要求が高まってきており、例えば、自動車のボディパネル材についても鋼板などの従来の鉄鋼材料に代わってアルミニウム合金材の適用が検討されてきている。
【０００３】
特に、自動車のフード、フェンダー、ドア、ルーフ、トランクリッドなどのパネル構造体に使用されるアウタパネル（外板）やインナパネル（内板）等のパネルには、前記アルミニウム合金材の中でも薄肉でありかつ高強度なＡｌパネル材、例えば、Ａｌ−Ｍｇ系合金板（ＪＩＳ５０００シリーズなど）やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板（ＪＩＳ６０００シリーズなど）などの使用が検討されている。
【０００４】
前記ＪＩＳ５０００系Ａｌ合金材は、基本的にはＭｇを強度向上やプレス成形性のための必須元素として含有する合金であり、特にプレス成形性に優れているためこれまでも自動車のパネル構造体のアウタパネルやインナパネルに主に用いられている。
【０００５】
また前記ＪＩＳ６０００系Ａｌ合金材は、基本的にはＳｉ及びＭｇを必須元素として含有する合金であり、特に優れた時効硬化能を有しているため、プレス成形や曲げ加工時には低耐力化によって成形性を確保するとともに、成形後には焼付塗装処理などの加熱によって人工時効硬化して耐力が向上し、必要な強度を確保できる利点がある。また、前記ＪＩＳ６０００系Ａｌ合金材は、Ｍｇなどの合金元素量が多いＪＩＳ５０００系Ａｌ合金材などに比べて、合金元素量が比較的少ない。このためＪＩＳ６０００系Ａｌ合金材は、そのスクラップをＡｌ合金溶解材（溶解原料）として再利用する際に、元のＪＩＳ６０００系Ａｌ合金鋳塊を得るのが容易であり、リサイクル性にも優れている。
【０００６】
一方、前記自動車のパネル構造体などは、Ａｌ合金板を用いて以下のように製造される。すなわちＡｌ合金板を張出成形や絞り成形などのプレス成形し、不要な部分をトリミングすることによって、アウタパネルやインナパネルを製造している。そしてアウタパネルの縁を折り曲げることによって(１８０度折り返すことによって)、インナパネルの縁と接合することによりパネル構造体を製造する。このような製造を行う場合、アウタパネルの縁はフラットヘミング(フラットヘム)加工と呼ばれる厳しい曲げ加工を行う必要があり、またインナパネルを製造する場合には深絞り成形などの厳しいプレス成形を行う場合がある。このようなパネル構造体に前記Ａｌ−Ｍｇ系合金やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を適用する場合、厳しい加工（フラットヘミング加工などの曲げ加工、張出加工、深絞り加工などのプレス加工）を行っても表面に割れ等の欠陥が発生しないことが特に重要である。
【０００７】
例えば、張出加工性や深絞加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板として、特開２００１−１３１６７０号公報には、Ｍｇ：０．１〜３．０％、Ｓｉ：０．１〜２．５％及び残部Ａｌを本質的成分としてなり、結晶粒界方位差が２０°以下の粒界頻度が２０％以下とされた（すなわち各結晶粒の方位を不揃いとした）アルミニウム合金板が開示されている。そしてこの公報には、「方位差の小さい粒界を挟んだ複数の結晶粒の集合体は一つの結晶粒と同じ働きをする。つまり、実際の結晶粒よりもサイズが大きい結晶粒としてふるまう。従って、方位差が小さい粒界の頻度が大きいと、粗大粒の割合が増加することと同等になり、プレス成形性の劣化をもたらす」と記載されている。
【０００８】
しかしフラットヘミング加工などの曲げ加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ系合金板やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板については現在のところ知られていない。特に、近年、フラットヘミング加工させる縁部の形状（デザイン）の複雑化に伴い、益々フラットヘミング加工が難しくなってきているが、このようなフラットヘミング加工に優れたＡｌ−Ｍｇ系合金板やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板については現在のところ知られていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち前記特開２００１−１４１６７０号公報によれば、各結晶の方位を不揃いとした方が、結晶粒の大きさを実質的に小さくすることができるため、加工性がよくなるといえる。ところが本件発明者らの検討によれば、前記特開２００１−１４１６７０号公報に記載のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金板を用いても、曲げ加工を行う場合にはさらなる加工性の向上が求められることが判明した。
【００１０】
なお単に曲げ加工性（特にフラットヘミング加工性）を高めることだけを目的とするのであれば、例えば、Ａｌ合金板の粒界析出物を規制したり、Ａｌ合金板の耐力自体を下げたりすることが考えられる。しかし、フラットヘミングの加工条件が厳しくなってきていることを考慮すると、粒界析出物の規制や耐力の低下などによっては必ずしも対応しきれない場合が生じる。さらには、フラットヘミング加工性を改善できても、他の要求特性が低下する場合がある。例えば、フラットヘミング加工性を改善するためにＡｌ合金板の耐力を下げた場合、プレス成形性が低下したり、低温での人工時効硬化能が低下して耐デント性が不足したりする。
【００１１】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、前記粒界析出物の規制や耐力の低下などを主たる解決手段としないでも、曲げ加工性（特に、フラットヘミング加工性）に優れたアルミニウム合金板を提供することにある。例えば、Ａｌ−Ｍｇ系合金板に関して云えば、耐力を高めるためのＭｇ量を抑制しないでも、曲げ加工性（特に、フラットヘミング加工性）に優れたアルミニウム合金板を提供することにある。またＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板に関して云えば、人工時効硬化能を維持させながら、曲げ加工性（特に、フラットヘミング加工性）に優れたアルミニウム合金板を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決するため、まずＡｌ−Ｍｇ系合金板やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を使用することとした。Ａｌ−Ｍｇ系合金板を使用するのは、Ｍｇによって高い耐力を有しているからであり、この耐力を維持しながらも曲げ加工性を高めることが望まれるからである。またＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を使用するのは、この合金板は溶体化処理後に適切な温度で放置すると、ＧＰゾーンと称されるＭｇ2Ｓｉ組織の集合体（クラスター）や、この集合体がさらに発達した中間相を生成して人工時効硬化する性質を有しているためであり、この人工時効硬化能を維持しながらも曲げ加工性を高めることが望まれるからである。そしてこれらＡｌ−Ｍｇ系合金板やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の曲げ加工性（特に、フラットヘミング加工性）を向上させるべく、種々検討を行った。
【００１３】
その結果、前記特開２００１−１３１６７０号公報の教示とは異なり、曲げ加工する場合には、結晶方位が揃っている方が加工性がよくなることを見出した。より詳細に説明すると、前記特開２００１−１３１６７０号公報が対象としている加工は、張り出し成形や深絞り成形などである。張り出し成形性においては、応力−歪み曲線において応力が最大となるまでの伸び（一様伸び）が重要であり、深絞り成形性においては、応力−歪み曲線において応力の最大値（引張強さ）が重要である。そして張り出し成形や深絞り成形では、結晶方位が不揃いである程、加工に際して粒界への転位の蓄積が増大するために加工硬化し易くなり、前記一様伸びや引張強さが向上する結果、加工性が向上するものと考えられる。すなわち特開２００１−１３１６７０号公報が記載している「結晶方位が不揃いであるほど実質的な結晶サイズが小さくなる」という現象は、応力−歪み曲線において応力が最大とならない範囲で歪みが加わる場合に見られることをつきとめた。
【００１４】
これに対して、曲げ加工（特にフラットヘミング加工などの厳しい曲げ加工）においては、応力−歪み曲線において応力が最大となる範囲を超えて歪みが加わる場合がある。このような強い歪みが加わる曲げ加工では、局部伸びが重要となってくる。そして局部伸びが重要となる加工においては、前記特開２００１−１３１６７０号公報の教示とは異なり、むしろ結晶方位が揃っている方が加工性がよくなることを突き止めた。
【００１５】
前記結晶の方位の統一性は、全ての結晶粒間の粒界の長さの合計に対する、方位差が２０°以下となる結晶粒間の粒界の長さの合計の割合（以下、小方位差粒界の頻度と称する場合がある）によって評価できるため、この小方位差粒界の頻度とフラットヘミング加工性との関係を図面に基づいて以下説明する。図１は、フラットヘミング加工性の劣るＡｌ合金板（後述の実験Ｎｏ．２７に相当）について、その表面の電子顕微鏡写真を画像解析した図［Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｄ Ｐａｔｔｅｒｎ（ＳＥＭ−ＥＢＳＰ）法による］であり、図２はフラットヘミング加工性が良好なＡｌ合金板（後述の実験Ｎｏ．２に相当）について、その表面の電子顕微鏡写真を画像解析した図（ＳＥＭ−ＥＢＳＰ法による）である。図１〜図２において、図中の太線は方位差が２０°以下となる粒界を示しており、細線は方位差が２０°超となる粒界を示している。そしてフラットヘミング加工性が劣る図１では、太線（方位差が２０°以下の粒界）の割合（小方位差粒界の頻度）が少ないのに対して、フラットヘミング加工性が優れる図２では太線の割合（小方位差粒界の頻度）が多くなっている。
【００１６】
小方位差の粒界頻度が大きい程（結晶の方位が揃っている程）、フラットヘミング加工性が優れるのは、以下の理由によるものと推定される。すなわちフラットヘミング加工のように大きな歪みが加えられる成形においては、粒界に転位が蓄積し易くなり、応力集中や歪み集中によって粒界に空隙が生じて割れの起点になり易いと考えられる。そして小方位差の粒界頻度を大きくすると（結晶の方位を揃えると）、粒界への転位の蓄積を防止できるため、応力集中等に帰因する割れの発生を抑制できるためと考えられる。
【００１７】
従って前記課題を達成することのできた本発明に係る曲げ加工用アルミニウム合金板は、Ａｌ−Ｍｇ系又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板であって、全ての結晶粒界の長さの合計に対する、方位差が２０°以下となる結晶間の粒界の長さの合計の割合（小方位差粒界の頻度）が、２０％を超える点に要旨を有するものである。前記Ａｌ合金板のうちＡｌ−Ｍｇ系合金板は、例えば、Ｍｇ：２〜７％（質量％を示す。以下、同じ）を含有している。また前記Ａｌ合金板のうちＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板は、例えば、Ｍｇ：０．１〜３％、及びＳｉ：０．１〜２．５％を含有している。また前記Ａｌ合金板（Ａｌ−Ｍｇ系合金板及びＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金板）は、残部がＡｌ及び不可避的不純物であってもよく、Ｆｅ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｚｒ：０．５％以下（０％を含まない）、及びＴｉ：０．２％以下（０％を含まない）から選択された少なくとも一種を含有していてもよく、Ｃｕ：１％以下（０％を含まない）及びＺｎ：１．５％以下（０％を含まない）から選択された少なくとも一種を含有していてもよい。
【００１８】
本発明のＡｌ合金板は、曲げ加工、特に折り曲げ加工（例えば、曲げ半径１ｍｍ以下、曲げ角度１５０°以上の曲げ加工）に用いるのに極めて有用である。
【００１９】
前記Ａｌ合金板（又はその成形体）を用いれば、パネル構造体、例えば、前記Ａｌ合金板（又はその成形体）を一対有しており、一方のＡｌ合金板（又はその成形体）の縁部が折り曲げられており、この折り曲げ部に他方のＡｌ合金板（又はその成形体）の縁部が挟み込まれていることを特徴とするパネル構造体を有利に製造できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の曲げ加工用アルミニウム合金板は、Ａｌ−Ｍｇ系合金板又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板である。
【００２１】
前記Ａｌ−Ｍｇ系合金板は、固溶強化によって強度や成形性を高めるためのＭｇを含有している点に特徴を有する合金板であり、特にプレス成形性に優れている。この様なＡｌ−Ｍｇ系合金板中のＭｇの割合は、Ｍｇは２％以上、好ましくは２．５％以上、さらに好ましくは３％以上（なお前記％は質量％を意味する。以下、同じ）である。なおＭｇの含有量が多すぎると熱間加工性が劣化し、製造が困難になることがあるため、Ｍｇの含有量は、例えば、７％以下、好ましくは６％以下、さらに好ましくは５．５％以下とするのが望ましい。
【００２２】
一方、前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板は、溶体化処理後に適切な温度に維持すると、ＧＰゾーンと称されるＭｇ2Ｓｉ組織の集合体（クラスター）や、この集合体がさらに発達した中間相を生成して人工時効硬化する点に重要な特徴を有している。このような合金板を用いると、アルミニウム合金板の耐力（時効硬化後の耐力）を高く維持することができ、有利である。なお好ましいＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板は、時効硬化性の他に、耐食性、溶接性、及び／又はリサイクル性などにも優れた鋼板が含まれる。
【００２３】
前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板中のＳｉ及びＭｇの割合は、Ｍｇは０．１％以上（好ましくは０．３％以上、さらに好ましくは０．４％以上）、３％以下（好ましくは２％以下、さらに好ましくは１．５％以下）であり、Ｓｉは０．１％以上（好ましくは０．３％以上、さらに好ましくは０．４％以上）、２．５％以下（好ましくは１．５％以下、さらに好ましくは１．２％以下）である。なおＳｉとＭｇとの質量比（Ｓｉ／Ｍｇ）は、例えば、１．０以上（好ましくは１．５以上）、１０以下（好ましくは６以下）程度であることが多い。
【００２４】
前記Ａｌ合金板（Ａｌ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板）は、必須添加元素（Ａｌ−Ｍｇ系合金板の場合は、Ｍｇ。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の場合は、Ｍｇ及びＳｉ）を含有し、残部はＡｌが本質的成分である限り（例えば、残部のうち８０質量％以上、好ましくは８５質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上がＡｌである限り）、他の元素は特に限定されない。すなわち残部はＡｌ及び不可避的不純物であってもよい。残部中のＡｌ純度が高いほど、本発明のＡｌ合金板の使用後のリサイクル性を高めることができる。また前記残部には、必要に応じて種々の他の元素、例えば、結晶粒の微細化元素（Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖなど）、鋳塊組織の微細化元素（Ｂなど）、時効硬化速度向上元素（Ｃｕ、Ｚｎなど）などが含まれていてもよい。これら他の元素は単独で含有していてもよく、２種以上組み合わせて含有していてもよい。好ましい他の元素は、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどである。以下、前記好ましい他の元素に関してより詳細に説明する。
【００２５】
Ｆｅ：Ｆｅは、スクラップ材に多量に含まれる元素であり、低コスト化のためにはＦｅを含有させるのが望ましい。このＦｅは、Ｆｅ系晶析出物［例えば、α−ＡｌＦｅＳｉ、β−ＡｌＦｅＳｉ、Ａｌ6Ｆｅ、Ａｌ6（Ｆｅ，Ｍｎ）、Ａｌ12（Ｆｅ，Ｍｎ）3Ｃｕ12、Ａｌ7Ｃｕ2Ｆｅなど］を形成して結晶粒を微細化できるため、曲げ加工性を高めることができる。Ｆｅを添加する場合、その含有量（Ａｌ合金板中の含有量。以下、同じ）の下限は特に限定されず、０％とならない限りは０％に極めて近い値であってもよいが、好ましくは０．０５％以上、さらに好ましくは０．１％以上である。なおＦｅ含有量が大きすぎると、粗大な晶出物が形成され、曲げ加工性が却って劣化する。従ってＦｅ含有量は、例えば、１．５％以下、好ましくは０．６％以下、さらに好ましくは０．４％以下である。
【００２６】
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ：これらの元素は、結晶粒の微細化に有用であり、曲げ加工性を向上できる。ただし含有量が大きすぎると、粗大な化合物を形成し、破壊の起点となり、曲げ加工性が却って劣化する。前記各元素を含有させる場合、その含有量は、例えば、以下のとおりである。
【００２７】
Ｍｎ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．０２％以上（好ましくは０．０６％以上）、１％以下（好ましくは０．５％以下）程度
Ｃｒ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．０１％以上（好ましくは０．０５％以上）、０．５％以下（好ましくは０．３％以下、さらに好ましくは０．２％以下）程度
Ｚｒ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．０１％以上（好ましくは０．０５％以上）、０．５％以下（好ましくは０．３％以下、さらに好ましくは０．２％以下）程度
Ｔｉ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．０１％以上（好ましくは０．０２％以上）、０．２％以下（好ましくは０．１％以下、さらに好ましくは０．０５％以下）程度。
【００２８】
Ｃｕ、Ｚｎ：これらの元素は、時効硬化速度を向上させるのに有用である。ただし含有量が大きすぎると、粗大な化合物を形成して曲げ加工性が劣化する。またＣｕ含有量が大きすぎると耐食性も劣化する。前記各元素を含有させる場合、その含有量は、例えば、以下のとおりである。
【００２９】
Ｃｕ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．１％以上（好ましくは０．２％以上）、１％以下（好ましくは０．６％以下）程度
Ｚｎ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．１％以上（好ましくは０．２％以上）、１．５％以下（好ましくは１．０％以下、さらに好ましくは０．６％以下）程度。
【００３０】
そして本発明のＡｌ合金板（Ａｌ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板）は、各結晶の方位が揃っている点に、すなわち２０°以下の小方位差粒界の頻度が大きい点に特徴を有している。各結晶の方位を揃えると、大きな歪みが加えられる成形を行っても、粒界への転位の蓄積を防止でき、応力集中等に帰因する割れの発生を抑制できるためか、加工性を高めることができる。
【００３１】
本発明では前記小方位差粒界の頻度（全ての結晶粒間の粒界の長さの合計に対する、方位差が２０°以下となる結晶粒間の粒界の長さの合計の割合）は、２０％を超えており、好ましくは２５％以上、さらに好ましくは３０％以上、特に３５％以上である。なお小方位差粒界の頻度は理論的には１００％であってもよいが、１００％とするのは技術的に困難な場合があるため、通常、９０％以下である。
【００３２】
前記小方位差粒界の頻度は、電子顕微鏡写真を画像解析することによって求めることができる。図３は画像解析図の一例を示す部分拡大図であり、この図面に基づいて粒界頻度の測定方法を説明する。前記画像解析においては、先ず粒界を決定することが必要である。そこで２次元観察した結晶組織において結晶の方位を測定し、方位差が５°以上となる結晶間の境界を粒界とする。すなわち方位差が５°未満の結晶同士は、実質的に一つの結晶であるとみなし、本測定において一つの結晶粒とは５°以上の方位差を有する粒界で囲まれた組織を意味する。そして２次元で観察された組織において、粒界３重点（３つの粒界が結合する点）Ｘと粒界３重点Ｘとを結ぶ境界線（粒界）を、一つの特定の方位差を有する粒界と見なす。
【００３３】
また前記２次元観察（画像解析）は板の平面方向（視野：１ｍｍ×１ｍｍ以上）に対して行うものとし、板の表面から厚み方向に向かって板の中心まで約０．２５ｍｍ間隔で観察する。また各箇所において、１視野以上の観察を行い、それぞれの観察に対して画像解析をする。そして全ての画像における小方位差粒界の頻度の測定値を平均することによって、Ａｌ合金板の粒界頻度を求める。なお視野の広さ及び視野の個数は、多いほど正確性が高まるが、少なくとも前記広さ及び個数で行うものとする。
【００３４】
前記粒界頻度の測定に際しては、通常、ＳＥＭ−ＥＢＳＰ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）法を利用するが、同等の結果が得られる限り必要に応じて他の測定方法、例えば、透過電子顕微鏡での電子線回折法を用いて結晶粒の方位差を求めてもよく、化学腐食によるエッチピット法、ＳＥＭ−ＥＣＰ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ Ｐａｔｔｅｒｎ）法などを利用してもよい。
【００３５】
本発明のＡｌ合金板において、平均結晶粒径は特に限定されないが、例えば、４５μｍ未満、好ましくは３５μｍ未満、さらに好ましくは３０μｍ未満である。平均結晶粒径が小さいほど、Ａｌ合金板の曲げ加工性を高めることができる。
【００３６】
本発明のＡｌ合金板の厚みは、例えば、０．５〜１．５ｍｍ程度、好ましくは０．７〜１．０ｍｍ程度である。
【００３７】
本発明のＡｌ合金板は、従来のＪＩＳ５０００系及びＪＩＳ６０００系Ａｌ合金板の製造プロセス［鋳造、均質化熱処理、熱間圧延、荒鈍（組織調製の為の焼鈍。中間焼鈍と称される場合もある）、冷間圧延からなる製造プロセス、又は前記各ステップのうち一つ以上のステップを省略した製造プロセス。なおさらに最終ステップとして溶体化処理を行ってもよい］を適宜改善することによって製造できる。すなわち得られる組織は、化学組成や各行程の設定条件に応じて異なるため、一連の工程として総合的に条件を選択して目的とする組織を得ればよい。
【００３８】
従来の製造プロセスを適宜改善する場合、小方位差粒界の頻度と製造条件との間、また結晶粒径と製造条件との間には下記の関係があるため、この関係を参考にして製造条件を設定すればよい。
【００３９】
１）熱間圧延条件との関係：熱間圧延（特に熱間圧延中の仕上げ圧延）の圧下率を小さくするほうが小方位差粒界の頻度を大きくできる
２）冷間圧延との関係：▲１▼荒鈍を行う場合には、圧下率が小さいほうが小方位差粒界の頻度を大きくできる。一方、荒鈍を行わない場合には、圧下率が大きいほうが小方位差粒界の頻度を大きくできる。
【００４０】
さらに本発明では、前記従来の製造プロセスにおいて新たなステップを追加するのが望ましい。新たなステップを追加すればより簡便に小方位差粒界の頻度を大きくでき、また結晶粒径を小さくできる。例えば、前記冷間圧延を第１冷間圧延及び仕上冷間圧延の２つに区切り、途中に焼鈍（以下、冷延間焼鈍と称する）を追加するのが望ましく、また前記冷間圧延（若しくは仕上冷間圧延）の後に最終焼鈍を追加するのが望ましい。これら冷延間焼鈍や最終焼鈍は、いずれか一方のみを追加してもよく、両方を追加してもよい。
【００４１】
冷延間焼鈍及び／又は最終焼鈍を追加する場合、小方位差粒界の頻度と製造条件との間、また結晶粒径と製造条件との間には下記の関係があるため、この関係を参考にして製造条件を設定することができる。
【００４２】
１）熱間圧延条件との関係：冷延間焼鈍を追加する場合、熱間圧延条件は小方位差粒界の頻度に大きな影響を及ぼさないため、任意に設定できる。
【００４３】
２）第１冷間圧延との関係：第１冷間圧延の圧下率が大きいほど、小方位差粒界の頻度を大きくでき、また結晶粒径を小さくできる。第１冷間圧延の圧下率は、他の圧延の役割をも考慮して適宜設定できるが、前記粒界頻度や結晶粒径を重視する場合、例えば、７０％以上、好ましくは８０％以上の範囲に設定するのが望ましい。
【００４４】
３）冷延間焼鈍との関係：冷延間焼鈍の焼鈍温度が低いほど、小方位差粒界の頻度を大きくでき、また結晶粒径を小さくできる。冷延間焼鈍の温度は、他の焼鈍の役割をも考慮して適宜設定できるが、前記粒界頻度や結晶粒径を重視する場合、例えば、１５０〜２５０℃程度、好ましくは２００〜２３５℃程度の範囲に設定するのが望ましい。
【００４５】
４）仕上冷間圧延との関係：仕上冷間圧延の圧下率が小さいほど、小方位差粒界の頻度を大きくできる。仕上冷間圧延の圧下率は、他の圧延の役割をも考慮して適宜設定できるが、前記粒界頻度を重視する場合、例えば、５〜３５％程度、好ましくは１０〜２５％程度の範囲に設定するのが望ましい。
【００４６】
５）最終焼鈍との関係：最終焼鈍の昇温速度が遅いほど、また焼鈍温度が高いほど、小方位差粒界の頻度を大きくできる。小方位差粒界の頻度を大きくすることを重視する場合、前記昇温速度は、例えば、１００℃／ｈｒ以下、好ましくは５０℃／ｈｒ以下とするのが望ましい。また焼鈍温度は、他の焼鈍の役割をも考慮して適宜設定できるが、小方位差粒界の頻度を大きくすることを重視する場合、例えば、３５０℃以上、好ましくは４００℃以上の範囲に設定するのが望ましい。
【００４７】
上記のようにして得られた本発明のＡｌ合金板は、曲げ加工性、特に折り曲げ加工性（フラットヘミング加工性など）に優れている。前記折り曲げ加工とは、例えば、内側の曲げ半径が１ｍｍ以下、好ましくは０．８ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下程度であり、曲げ角度が１５０°以上（通常１８０°以下）、好ましくは１７０°以上（通常１８０°以下）、さらに好ましくは１８０°程度の曲げ加工のことをいう。本発明のＡｌ合金板を使用すれば、曲げ加工性に優れているため、厳しい曲げ加工（フラットヘミング加工などの折り曲げ加工）を行っても曲げ部の割れや肌荒れを低減できる。
【００４８】
なお本発明のＡｌ合金板は、曲げ加工の他、必要に応じて成形（プレス成形など）してもよい。
【００４９】
曲げ加工を施したＡｌ合金板（特にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板）は、必要に応じて溶体化処理した後、人工時効硬化させる。人工時効硬化の方法は特に限定されないが、塗装後の焼き付け処理（ベーキング処理）による加熱を利用するのが簡便である。
【００５０】
本発明によれば、Ａｌ合金板としてＡｌ−Ｍｇ系合金板を使用した場合、Ｍｇ量を特に抑制しないで耐力を特に低下させないでも、激しい曲げ加工に対する曲げ部の割れや肌荒れを抑制できる。またＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を使用した場合、人工時効硬化によって耐力を高めることができ、しかも厳しい曲げを行なっても曲げ部の割れや肌荒れを抑制できる。このため本発明のＡｌ合金板は、パネル構造体、例えば、自動車のフード、フェンダー、ドア、ルーフ、トランクリッドなどに有利に使用できる。前記パネル構造体は、アルミニウム合金板（又はその成形体）を一対有しており、一方のアルミニウム合金板（又はその成形体）の縁部が折り曲げられており、この折り曲げ部に他方のアルミニウム合金板（又はその成形体）の縁部が挟み込まれている点に特徴を有している。
【００５１】
なお人工時効硬化後の耐力は、例えば、１７０ＭＰａ以上、好ましくは２００ＭＰａ以上、さらに好ましくは２２０ＭＰａ以上である。
【００５２】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００５３】
実験例
下記表１に示すアルミニウム合金（表１中の数値は質量％を示す。なお残部はＡｌ及び不可避的不純物である）をＤＣ鋳造或いは薄板連鋳で造塊し、得られた鋳塊を熱延開始温度４８０℃、熱延終了温度２９０℃、熱延時におけるトータルの圧下率９５％で熱間圧延し、その後、表２及び表３に示す条件で荒鈍、第１冷間圧延、冷延間焼鈍、仕上冷間圧延、最終焼鈍、溶体化処理を施した。得られた合金板（１ｍｍ厚）を常温で２ヶ月間時効処理することによってアルミニウム合金板（Ｔ４材）を製造した。
【００５４】
前記アルミニウム合金板（Ｔ４材）について、板の表面、表面から厚み１／４の部分、板の厚み方向の中心部の３面（表面と平行な面）について、ＳＥＭ−ＥＢＳＰ法を用いて結晶の方位を測定し、結晶間の方位差が５°以上となる境界を粒界として設定して結晶粒径を求めると共に、結晶粒間の方位差が２０°以下となる粒界の割合（粒界頻度）を求め、各測定について得られたそれらの値を平均した。
【００５５】
前記アルミニウム合金板（Ｔ４材）から長さ１８０ｍｍ×幅３０ｍｍの曲げ加工試験片を採取し、フラットヘミング加工性を評価した。前記フラットヘミング加工では、１０％の歪みを予め加えた後、角度１８０°の曲げ（内側曲げ半径Ｒ＝約０．２５ｍｍ）を行った。フラットヘミング加工性は、曲げの縁曲部の割れ発生程度を目視で確認し、下記基準に基づいて評価した。なお０〜２段階が合格であり、３〜５段階は不合格である。
【００５６】
０：肌荒れ、及び微小な割れがない
１：肌荒れが僅かに発生している
２：肌荒れが発生しているものの微小なものを含めた割れはない
３：微小な割れが発生
４：大きな割れが発生
５：大きな割れが複数或いは多数発生
また前記アルミニウム合金板（Ｔ４材）のうち、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（合金Ｎｏ．１〜１９）を使用した例については、合金板からＪＩＳ５号引張試験片を切り出し、５％の歪みをあらかじめ与えた後、１７０℃×２０分の人工時効効果処理を行い、耐力を評価した。
【００５７】
結果を表２〜３に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
【表３】
【００６１】
表２〜３から明らかなように、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（合金Ｎｏ．１〜１９）を用いれば、人工時効硬化後の耐力に優れている。しかも前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のうち、小方位差粒界の頻度が大きい実験例では、フラットヘミング加工性にも優れている。またＡｌ−Ｍｇ系合金（合金Ｎｏ．２０）を用いる場合、Ｍｇ含有量を抑制していないにも拘わらず、小方位差粒界の頻度を大きくすることによってフラットヘミング加工性が高くなっている。
【００６２】
【発明の効果】
本発明のＡｌ合金板は、小方位差粒界の頻度が大きくなっているため、曲げ加工（特にフラットヘミング加工などの折り曲げ加工）を行っても、曲げ部に割れが発生せず、曲げ加工性を向上できる。しかもＡｌ合金板としてＡｌ−Ｍｇ系合金を使用する場合、Ｍｇ含有量を抑制して耐力を低下させるなどの手段をとらないでも、曲げ加工性を向上できる。またＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を使用する場合にも、人工時効によって高い耐力を発揮させながら、曲げ加工性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はフラットヘミング加工性に劣るＡｌ合金板の電子顕微鏡写真の画像解析結果の一例を示す概略図である。
【図２】図２はフラットヘミング加工性に優れるＡｌ合金板の電子顕微鏡写真の画像解析結果の一例を示す概略図である。
【図３】図３はＡｌ合金板の電子顕微鏡写真の画像解析結果を概念的に示した図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲げ加工性（特にフラットヘム加工性）に優れたＡｌ−Ｍｇ系又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境に対する意識の高まりを背景に、燃費向上を目的として自動車の軽量化の要求が高まってきており、例えば、自動車のボディパネル材についても鋼板などの従来の鉄鋼材料に代わってアルミニウム合金材の適用が検討されてきている。
【０００３】
特に、自動車のフード、フェンダー、ドア、ルーフ、トランクリッドなどのパネル構造体に使用されるアウタパネル（外板）やインナパネル（内板）等のパネルには、前記アルミニウム合金材の中でも薄肉でありかつ高強度なＡｌパネル材、例えば、Ａｌ−Ｍｇ系合金板（ＪＩＳ５０００シリーズなど）やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板（ＪＩＳ６０００シリーズなど）などの使用が検討されている。
【０００４】
前記ＪＩＳ５０００系Ａｌ合金材は、基本的にはＭｇを強度向上やプレス成形性のための必須元素として含有する合金であり、特にプレス成形性に優れているためこれまでも自動車のパネル構造体のアウタパネルやインナパネルに主に用いられている。
【０００５】
また前記ＪＩＳ６０００系Ａｌ合金材は、基本的にはＳｉ及びＭｇを必須元素として含有する合金であり、特に優れた時効硬化能を有しているため、プレス成形や曲げ加工時には低耐力化によって成形性を確保するとともに、成形後には焼付塗装処理などの加熱によって人工時効硬化して耐力が向上し、必要な強度を確保できる利点がある。また、前記ＪＩＳ６０００系Ａｌ合金材は、Ｍｇなどの合金元素量が多いＪＩＳ５０００系Ａｌ合金材などに比べて、合金元素量が比較的少ない。このためＪＩＳ６０００系Ａｌ合金材は、そのスクラップをＡｌ合金溶解材（溶解原料）として再利用する際に、元のＪＩＳ６０００系Ａｌ合金鋳塊を得るのが容易であり、リサイクル性にも優れている。
【０００６】
一方、前記自動車のパネル構造体などは、Ａｌ合金板を用いて以下のように製造される。すなわちＡｌ合金板を張出成形や絞り成形などのプレス成形し、不要な部分をトリミングすることによって、アウタパネルやインナパネルを製造している。そしてアウタパネルの縁を折り曲げることによって(１８０度折り返すことによって)、インナパネルの縁と接合することによりパネル構造体を製造する。このような製造を行う場合、アウタパネルの縁はフラットヘミング(フラットヘム)加工と呼ばれる厳しい曲げ加工を行う必要があり、またインナパネルを製造する場合には深絞り成形などの厳しいプレス成形を行う場合がある。このようなパネル構造体に前記Ａｌ−Ｍｇ系合金やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を適用する場合、厳しい加工（フラットヘミング加工などの曲げ加工、張出加工、深絞り加工などのプレス加工）を行っても表面に割れ等の欠陥が発生しないことが特に重要である。
【０００７】
例えば、張出加工性や深絞加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板として、特開２００１−１３１６７０号公報には、Ｍｇ：０．１〜３．０％、Ｓｉ：０．１〜２．５％及び残部Ａｌを本質的成分としてなり、結晶粒界方位差が２０°以下の粒界頻度が２０％以下とされた（すなわち各結晶粒の方位を不揃いとした）アルミニウム合金板が開示されている。そしてこの公報には、「方位差の小さい粒界を挟んだ複数の結晶粒の集合体は一つの結晶粒と同じ働きをする。つまり、実際の結晶粒よりもサイズが大きい結晶粒としてふるまう。従って、方位差が小さい粒界の頻度が大きいと、粗大粒の割合が増加することと同等になり、プレス成形性の劣化をもたらす」と記載されている。
【０００８】
しかしフラットヘミング加工などの曲げ加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ系合金板やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板については現在のところ知られていない。特に、近年、フラットヘミング加工させる縁部の形状（デザイン）の複雑化に伴い、益々フラットヘミング加工が難しくなってきているが、このようなフラットヘミング加工に優れたＡｌ−Ｍｇ系合金板やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板については現在のところ知られていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち前記特開２００１−１４１６７０号公報によれば、各結晶の方位を不揃いとした方が、結晶粒の大きさを実質的に小さくすることができるため、加工性がよくなるといえる。ところが本件発明者らの検討によれば、前記特開２００１−１４１６７０号公報に記載のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金板を用いても、曲げ加工を行う場合にはさらなる加工性の向上が求められることが判明した。
【００１０】
なお単に曲げ加工性（特にフラットヘミング加工性）を高めることだけを目的とするのであれば、例えば、Ａｌ合金板の粒界析出物を規制したり、Ａｌ合金板の耐力自体を下げたりすることが考えられる。しかし、フラットヘミングの加工条件が厳しくなってきていることを考慮すると、粒界析出物の規制や耐力の低下などによっては必ずしも対応しきれない場合が生じる。さらには、フラットヘミング加工性を改善できても、他の要求特性が低下する場合がある。例えば、フラットヘミング加工性を改善するためにＡｌ合金板の耐力を下げた場合、プレス成形性が低下したり、低温での人工時効硬化能が低下して耐デント性が不足したりする。
【００１１】
本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、前記粒界析出物の規制や耐力の低下などを主たる解決手段としないでも、曲げ加工性（特に、フラットヘミング加工性）に優れたアルミニウム合金板を提供することにある。例えば、Ａｌ−Ｍｇ系合金板に関して云えば、耐力を高めるためのＭｇ量を抑制しないでも、曲げ加工性（特に、フラットヘミング加工性）に優れたアルミニウム合金板を提供することにある。またＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板に関して云えば、人工時効硬化能を維持させながら、曲げ加工性（特に、フラットヘミング加工性）に優れたアルミニウム合金板を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決するため、まずＡｌ−Ｍｇ系合金板やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を使用することとした。Ａｌ−Ｍｇ系合金板を使用するのは、Ｍｇによって高い耐力を有しているからであり、この耐力を維持しながらも曲げ加工性を高めることが望まれるからである。またＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を使用するのは、この合金板は溶体化処理後に適切な温度で放置すると、ＧＰゾーンと称されるＭｇ2Ｓｉ組織の集合体（クラスター）や、この集合体がさらに発達した中間相を生成して人工時効硬化する性質を有しているためであり、この人工時効硬化能を維持しながらも曲げ加工性を高めることが望まれるからである。そしてこれらＡｌ−Ｍｇ系合金板やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の曲げ加工性（特に、フラットヘミング加工性）を向上させるべく、種々検討を行った。
【００１３】
その結果、前記特開２００１−１３１６７０号公報の教示とは異なり、曲げ加工する場合には、結晶方位が揃っている方が加工性がよくなることを見出した。より詳細に説明すると、前記特開２００１−１３１６７０号公報が対象としている加工は、張り出し成形や深絞り成形などである。張り出し成形性においては、応力−歪み曲線において応力が最大となるまでの伸び（一様伸び）が重要であり、深絞り成形性においては、応力−歪み曲線において応力の最大値（引張強さ）が重要である。そして張り出し成形や深絞り成形では、結晶方位が不揃いである程、加工に際して粒界への転位の蓄積が増大するために加工硬化し易くなり、前記一様伸びや引張強さが向上する結果、加工性が向上するものと考えられる。すなわち特開２００１−１３１６７０号公報が記載している「結晶方位が不揃いであるほど実質的な結晶サイズが小さくなる」という現象は、応力−歪み曲線において応力が最大とならない範囲で歪みが加わる場合に見られることをつきとめた。
【００１４】
これに対して、曲げ加工（特にフラットヘミング加工などの厳しい曲げ加工）においては、応力−歪み曲線において応力が最大となる範囲を超えて歪みが加わる場合がある。このような強い歪みが加わる曲げ加工では、局部伸びが重要となってくる。そして局部伸びが重要となる加工においては、前記特開２００１−１３１６７０号公報の教示とは異なり、むしろ結晶方位が揃っている方が加工性がよくなることを突き止めた。
【００１５】
前記結晶の方位の統一性は、全ての結晶粒間の粒界の長さの合計に対する、方位差が２０°以下となる結晶粒間の粒界の長さの合計の割合（以下、小方位差粒界の頻度と称する場合がある）によって評価できるため、この小方位差粒界の頻度とフラットヘミング加工性との関係を図面に基づいて以下説明する。図１は、フラットヘミング加工性の劣るＡｌ合金板（後述の実験Ｎｏ．２７に相当）について、その表面の電子顕微鏡写真を画像解析した図［Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｄ Ｐａｔｔｅｒｎ（ＳＥＭ−ＥＢＳＰ）法による］であり、図２はフラットヘミング加工性が良好なＡｌ合金板（後述の実験Ｎｏ．２に相当）について、その表面の電子顕微鏡写真を画像解析した図（ＳＥＭ−ＥＢＳＰ法による）である。図１〜図２において、図中の太線は方位差が２０°以下となる粒界を示しており、細線は方位差が２０°超となる粒界を示している。そしてフラットヘミング加工性が劣る図１では、太線（方位差が２０°以下の粒界）の割合（小方位差粒界の頻度）が少ないのに対して、フラットヘミング加工性が優れる図２では太線の割合（小方位差粒界の頻度）が多くなっている。
【００１６】
小方位差の粒界頻度が大きい程（結晶の方位が揃っている程）、フラットヘミング加工性が優れるのは、以下の理由によるものと推定される。すなわちフラットヘミング加工のように大きな歪みが加えられる成形においては、粒界に転位が蓄積し易くなり、応力集中や歪み集中によって粒界に空隙が生じて割れの起点になり易いと考えられる。そして小方位差の粒界頻度を大きくすると（結晶の方位を揃えると）、粒界への転位の蓄積を防止できるため、応力集中等に帰因する割れの発生を抑制できるためと考えられる。
【００１７】
従って前記課題を達成することのできた本発明に係る曲げ加工用アルミニウム合金板は、Ａｌ−Ｍｇ系又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板であって、全ての結晶粒界の長さの合計に対する、方位差が２０°以下となる結晶間の粒界の長さの合計の割合（小方位差粒界の頻度）が、２０％を超える点に要旨を有するものである。前記Ａｌ合金板のうちＡｌ−Ｍｇ系合金板は、例えば、Ｍｇ：２〜７％（質量％を示す。以下、同じ）を含有している。また前記Ａｌ合金板のうちＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板は、例えば、Ｍｇ：０．１〜３％、及びＳｉ：０．１〜２．５％を含有している。また前記Ａｌ合金板（Ａｌ−Ｍｇ系合金板及びＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金板）は、残部がＡｌ及び不可避的不純物であってもよく、Ｆｅ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｚｒ：０．５％以下（０％を含まない）、及びＴｉ：０．２％以下（０％を含まない）から選択された少なくとも一種を含有していてもよく、Ｃｕ：１％以下（０％を含まない）及びＺｎ：１．５％以下（０％を含まない）から選択された少なくとも一種を含有していてもよい。
【００１８】
本発明のＡｌ合金板は、曲げ加工、特に折り曲げ加工（例えば、曲げ半径１ｍｍ以下、曲げ角度１５０°以上の曲げ加工）に用いるのに極めて有用である。
【００１９】
前記Ａｌ合金板（又はその成形体）を用いれば、パネル構造体、例えば、前記Ａｌ合金板（又はその成形体）を一対有しており、一方のＡｌ合金板（又はその成形体）の縁部が折り曲げられており、この折り曲げ部に他方のＡｌ合金板（又はその成形体）の縁部が挟み込まれていることを特徴とするパネル構造体を有利に製造できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の曲げ加工用アルミニウム合金板は、Ａｌ−Ｍｇ系合金板又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板である。
【００２１】
前記Ａｌ−Ｍｇ系合金板は、固溶強化によって強度や成形性を高めるためのＭｇを含有している点に特徴を有する合金板であり、特にプレス成形性に優れている。この様なＡｌ−Ｍｇ系合金板中のＭｇの割合は、Ｍｇは２％以上、好ましくは２．５％以上、さらに好ましくは３％以上（なお前記％は質量％を意味する。以下、同じ）である。なおＭｇの含有量が多すぎると熱間加工性が劣化し、製造が困難になることがあるため、Ｍｇの含有量は、例えば、７％以下、好ましくは６％以下、さらに好ましくは５．５％以下とするのが望ましい。
【００２２】
一方、前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板は、溶体化処理後に適切な温度に維持すると、ＧＰゾーンと称されるＭｇ2Ｓｉ組織の集合体（クラスター）や、この集合体がさらに発達した中間相を生成して人工時効硬化する点に重要な特徴を有している。このような合金板を用いると、アルミニウム合金板の耐力（時効硬化後の耐力）を高く維持することができ、有利である。なお好ましいＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板は、時効硬化性の他に、耐食性、溶接性、及び／又はリサイクル性などにも優れた鋼板が含まれる。
【００２３】
前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板中のＳｉ及びＭｇの割合は、Ｍｇは０．１％以上（好ましくは０．３％以上、さらに好ましくは０．４％以上）、３％以下（好ましくは２％以下、さらに好ましくは１．５％以下）であり、Ｓｉは０．１％以上（好ましくは０．３％以上、さらに好ましくは０．４％以上）、２．５％以下（好ましくは１．５％以下、さらに好ましくは１．２％以下）である。なおＳｉとＭｇとの質量比（Ｓｉ／Ｍｇ）は、例えば、１．０以上（好ましくは１．５以上）、１０以下（好ましくは６以下）程度であることが多い。
【００２４】
前記Ａｌ合金板（Ａｌ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板）は、必須添加元素（Ａｌ−Ｍｇ系合金板の場合は、Ｍｇ。Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板の場合は、Ｍｇ及びＳｉ）を含有し、残部はＡｌが本質的成分である限り（例えば、残部のうち８０質量％以上、好ましくは８５質量％以上、さらに好ましくは９０質量％以上がＡｌである限り）、他の元素は特に限定されない。すなわち残部はＡｌ及び不可避的不純物であってもよい。残部中のＡｌ純度が高いほど、本発明のＡｌ合金板の使用後のリサイクル性を高めることができる。また前記残部には、必要に応じて種々の他の元素、例えば、結晶粒の微細化元素（Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖなど）、鋳塊組織の微細化元素（Ｂなど）、時効硬化速度向上元素（Ｃｕ、Ｚｎなど）などが含まれていてもよい。これら他の元素は単独で含有していてもよく、２種以上組み合わせて含有していてもよい。好ましい他の元素は、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｚｎなどである。以下、前記好ましい他の元素に関してより詳細に説明する。
【００２５】
Ｆｅ：Ｆｅは、スクラップ材に多量に含まれる元素であり、低コスト化のためにはＦｅを含有させるのが望ましい。このＦｅは、Ｆｅ系晶析出物［例えば、α−ＡｌＦｅＳｉ、β−ＡｌＦｅＳｉ、Ａｌ6Ｆｅ、Ａｌ6（Ｆｅ，Ｍｎ）、Ａｌ12（Ｆｅ，Ｍｎ）3Ｃｕ12、Ａｌ7Ｃｕ2Ｆｅなど］を形成して結晶粒を微細化できるため、曲げ加工性を高めることができる。Ｆｅを添加する場合、その含有量（Ａｌ合金板中の含有量。以下、同じ）の下限は特に限定されず、０％とならない限りは０％に極めて近い値であってもよいが、好ましくは０．０５％以上、さらに好ましくは０．１％以上である。なおＦｅ含有量が大きすぎると、粗大な晶出物が形成され、曲げ加工性が却って劣化する。従ってＦｅ含有量は、例えば、１．５％以下、好ましくは０．６％以下、さらに好ましくは０．４％以下である。
【００２６】
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ：これらの元素は、結晶粒の微細化に有用であり、曲げ加工性を向上できる。ただし含有量が大きすぎると、粗大な化合物を形成し、破壊の起点となり、曲げ加工性が却って劣化する。前記各元素を含有させる場合、その含有量は、例えば、以下のとおりである。
【００２７】
Ｍｎ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．０２％以上（好ましくは０．０６％以上）、１％以下（好ましくは０．５％以下）程度
Ｃｒ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．０１％以上（好ましくは０．０５％以上）、０．５％以下（好ましくは０．３％以下、さらに好ましくは０．２％以下）程度
Ｚｒ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．０１％以上（好ましくは０．０５％以上）、０．５％以下（好ましくは０．３％以下、さらに好ましくは０．２％以下）程度
Ｔｉ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．０１％以上（好ましくは０．０２％以上）、０．２％以下（好ましくは０．１％以下、さらに好ましくは０．０５％以下）程度。
【００２８】
Ｃｕ、Ｚｎ：これらの元素は、時効硬化速度を向上させるのに有用である。ただし含有量が大きすぎると、粗大な化合物を形成して曲げ加工性が劣化する。またＣｕ含有量が大きすぎると耐食性も劣化する。前記各元素を含有させる場合、その含有量は、例えば、以下のとおりである。
【００２９】
Ｃｕ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．１％以上（好ましくは０．２％以上）、１％以下（好ましくは０．６％以下）程度
Ｚｎ：０％とならない限りは０％に極めて近い含有量であってもよいが、例えば、０．１％以上（好ましくは０．２％以上）、１．５％以下（好ましくは１．０％以下、さらに好ましくは０．６％以下）程度。
【００３０】
そして本発明のＡｌ合金板（Ａｌ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板）は、各結晶の方位が揃っている点に、すなわち２０°以下の小方位差粒界の頻度が大きい点に特徴を有している。各結晶の方位を揃えると、大きな歪みが加えられる成形を行っても、粒界への転位の蓄積を防止でき、応力集中等に帰因する割れの発生を抑制できるためか、加工性を高めることができる。
【００３１】
本発明では前記小方位差粒界の頻度（全ての結晶粒間の粒界の長さの合計に対する、方位差が２０°以下となる結晶粒間の粒界の長さの合計の割合）は、２０％を超えており、好ましくは２５％以上、さらに好ましくは３０％以上、特に３５％以上である。なお小方位差粒界の頻度は理論的には１００％であってもよいが、１００％とするのは技術的に困難な場合があるため、通常、９０％以下である。
【００３２】
前記小方位差粒界の頻度は、電子顕微鏡写真を画像解析することによって求めることができる。図３は画像解析図の一例を示す部分拡大図であり、この図面に基づいて粒界頻度の測定方法を説明する。前記画像解析においては、先ず粒界を決定することが必要である。そこで２次元観察した結晶組織において結晶の方位を測定し、方位差が５°以上となる結晶間の境界を粒界とする。すなわち方位差が５°未満の結晶同士は、実質的に一つの結晶であるとみなし、本測定において一つの結晶粒とは５°以上の方位差を有する粒界で囲まれた組織を意味する。そして２次元で観察された組織において、粒界３重点（３つの粒界が結合する点）Ｘと粒界３重点Ｘとを結ぶ境界線（粒界）を、一つの特定の方位差を有する粒界と見なす。
【００３３】
また前記２次元観察（画像解析）は板の平面方向（視野：１ｍｍ×１ｍｍ以上）に対して行うものとし、板の表面から厚み方向に向かって板の中心まで約０．２５ｍｍ間隔で観察する。また各箇所において、１視野以上の観察を行い、それぞれの観察に対して画像解析をする。そして全ての画像における小方位差粒界の頻度の測定値を平均することによって、Ａｌ合金板の粒界頻度を求める。なお視野の広さ及び視野の個数は、多いほど正確性が高まるが、少なくとも前記広さ及び個数で行うものとする。
【００３４】
前記粒界頻度の測定に際しては、通常、ＳＥＭ−ＥＢＳＰ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）法を利用するが、同等の結果が得られる限り必要に応じて他の測定方法、例えば、透過電子顕微鏡での電子線回折法を用いて結晶粒の方位差を求めてもよく、化学腐食によるエッチピット法、ＳＥＭ−ＥＣＰ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌｉｎｇ Ｐａｔｔｅｒｎ）法などを利用してもよい。
【００３５】
本発明のＡｌ合金板において、平均結晶粒径は特に限定されないが、例えば、４５μｍ未満、好ましくは３５μｍ未満、さらに好ましくは３０μｍ未満である。平均結晶粒径が小さいほど、Ａｌ合金板の曲げ加工性を高めることができる。
【００３６】
本発明のＡｌ合金板の厚みは、例えば、０．５〜１．５ｍｍ程度、好ましくは０．７〜１．０ｍｍ程度である。
【００３７】
本発明のＡｌ合金板は、従来のＪＩＳ５０００系及びＪＩＳ６０００系Ａｌ合金板の製造プロセス［鋳造、均質化熱処理、熱間圧延、荒鈍（組織調製の為の焼鈍。中間焼鈍と称される場合もある）、冷間圧延からなる製造プロセス、又は前記各ステップのうち一つ以上のステップを省略した製造プロセス。なおさらに最終ステップとして溶体化処理を行ってもよい］を適宜改善することによって製造できる。すなわち得られる組織は、化学組成や各行程の設定条件に応じて異なるため、一連の工程として総合的に条件を選択して目的とする組織を得ればよい。
【００３８】
従来の製造プロセスを適宜改善する場合、小方位差粒界の頻度と製造条件との間、また結晶粒径と製造条件との間には下記の関係があるため、この関係を参考にして製造条件を設定すればよい。
【００３９】
１）熱間圧延条件との関係：熱間圧延（特に熱間圧延中の仕上げ圧延）の圧下率を小さくするほうが小方位差粒界の頻度を大きくできる
２）冷間圧延との関係：▲１▼荒鈍を行う場合には、圧下率が小さいほうが小方位差粒界の頻度を大きくできる。一方、荒鈍を行わない場合には、圧下率が大きいほうが小方位差粒界の頻度を大きくできる。
【００４０】
さらに本発明では、前記従来の製造プロセスにおいて新たなステップを追加するのが望ましい。新たなステップを追加すればより簡便に小方位差粒界の頻度を大きくでき、また結晶粒径を小さくできる。例えば、前記冷間圧延を第１冷間圧延及び仕上冷間圧延の２つに区切り、途中に焼鈍（以下、冷延間焼鈍と称する）を追加するのが望ましく、また前記冷間圧延（若しくは仕上冷間圧延）の後に最終焼鈍を追加するのが望ましい。これら冷延間焼鈍や最終焼鈍は、いずれか一方のみを追加してもよく、両方を追加してもよい。
【００４１】
冷延間焼鈍及び／又は最終焼鈍を追加する場合、小方位差粒界の頻度と製造条件との間、また結晶粒径と製造条件との間には下記の関係があるため、この関係を参考にして製造条件を設定することができる。
【００４２】
１）熱間圧延条件との関係：冷延間焼鈍を追加する場合、熱間圧延条件は小方位差粒界の頻度に大きな影響を及ぼさないため、任意に設定できる。
【００４３】
２）第１冷間圧延との関係：第１冷間圧延の圧下率が大きいほど、小方位差粒界の頻度を大きくでき、また結晶粒径を小さくできる。第１冷間圧延の圧下率は、他の圧延の役割をも考慮して適宜設定できるが、前記粒界頻度や結晶粒径を重視する場合、例えば、７０％以上、好ましくは８０％以上の範囲に設定するのが望ましい。
【００４４】
３）冷延間焼鈍との関係：冷延間焼鈍の焼鈍温度が低いほど、小方位差粒界の頻度を大きくでき、また結晶粒径を小さくできる。冷延間焼鈍の温度は、他の焼鈍の役割をも考慮して適宜設定できるが、前記粒界頻度や結晶粒径を重視する場合、例えば、１５０〜２５０℃程度、好ましくは２００〜２３５℃程度の範囲に設定するのが望ましい。
【００４５】
４）仕上冷間圧延との関係：仕上冷間圧延の圧下率が小さいほど、小方位差粒界の頻度を大きくできる。仕上冷間圧延の圧下率は、他の圧延の役割をも考慮して適宜設定できるが、前記粒界頻度を重視する場合、例えば、５〜３５％程度、好ましくは１０〜２５％程度の範囲に設定するのが望ましい。
【００４６】
５）最終焼鈍との関係：最終焼鈍の昇温速度が遅いほど、また焼鈍温度が高いほど、小方位差粒界の頻度を大きくできる。小方位差粒界の頻度を大きくすることを重視する場合、前記昇温速度は、例えば、１００℃／ｈｒ以下、好ましくは５０℃／ｈｒ以下とするのが望ましい。また焼鈍温度は、他の焼鈍の役割をも考慮して適宜設定できるが、小方位差粒界の頻度を大きくすることを重視する場合、例えば、３５０℃以上、好ましくは４００℃以上の範囲に設定するのが望ましい。
【００４７】
上記のようにして得られた本発明のＡｌ合金板は、曲げ加工性、特に折り曲げ加工性（フラットヘミング加工性など）に優れている。前記折り曲げ加工とは、例えば、内側の曲げ半径が１ｍｍ以下、好ましくは０．８ｍｍ以下、さらに好ましくは０．５ｍｍ以下程度であり、曲げ角度が１５０°以上（通常１８０°以下）、好ましくは１７０°以上（通常１８０°以下）、さらに好ましくは１８０°程度の曲げ加工のことをいう。本発明のＡｌ合金板を使用すれば、曲げ加工性に優れているため、厳しい曲げ加工（フラットヘミング加工などの折り曲げ加工）を行っても曲げ部の割れや肌荒れを低減できる。
【００４８】
なお本発明のＡｌ合金板は、曲げ加工の他、必要に応じて成形（プレス成形など）してもよい。
【００４９】
曲げ加工を施したＡｌ合金板（特にＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板）は、必要に応じて溶体化処理した後、人工時効硬化させる。人工時効硬化の方法は特に限定されないが、塗装後の焼き付け処理（ベーキング処理）による加熱を利用するのが簡便である。
【００５０】
本発明によれば、Ａｌ合金板としてＡｌ−Ｍｇ系合金板を使用した場合、Ｍｇ量を特に抑制しないで耐力を特に低下させないでも、激しい曲げ加工に対する曲げ部の割れや肌荒れを抑制できる。またＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を使用した場合、人工時効硬化によって耐力を高めることができ、しかも厳しい曲げを行なっても曲げ部の割れや肌荒れを抑制できる。このため本発明のＡｌ合金板は、パネル構造体、例えば、自動車のフード、フェンダー、ドア、ルーフ、トランクリッドなどに有利に使用できる。前記パネル構造体は、アルミニウム合金板（又はその成形体）を一対有しており、一方のアルミニウム合金板（又はその成形体）の縁部が折り曲げられており、この折り曲げ部に他方のアルミニウム合金板（又はその成形体）の縁部が挟み込まれている点に特徴を有している。
【００５１】
なお人工時効硬化後の耐力は、例えば、１７０ＭＰａ以上、好ましくは２００ＭＰａ以上、さらに好ましくは２２０ＭＰａ以上である。
【００５２】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００５３】
実験例
下記表１に示すアルミニウム合金（表１中の数値は質量％を示す。なお残部はＡｌ及び不可避的不純物である）をＤＣ鋳造或いは薄板連鋳で造塊し、得られた鋳塊を熱延開始温度４８０℃、熱延終了温度２９０℃、熱延時におけるトータルの圧下率９５％で熱間圧延し、その後、表２及び表３に示す条件で荒鈍、第１冷間圧延、冷延間焼鈍、仕上冷間圧延、最終焼鈍、溶体化処理を施した。得られた合金板（１ｍｍ厚）を常温で２ヶ月間時効処理することによってアルミニウム合金板（Ｔ４材）を製造した。
【００５４】
前記アルミニウム合金板（Ｔ４材）について、板の表面、表面から厚み１／４の部分、板の厚み方向の中心部の３面（表面と平行な面）について、ＳＥＭ−ＥＢＳＰ法を用いて結晶の方位を測定し、結晶間の方位差が５°以上となる境界を粒界として設定して結晶粒径を求めると共に、結晶粒間の方位差が２０°以下となる粒界の割合（粒界頻度）を求め、各測定について得られたそれらの値を平均した。
【００５５】
前記アルミニウム合金板（Ｔ４材）から長さ１８０ｍｍ×幅３０ｍｍの曲げ加工試験片を採取し、フラットヘミング加工性を評価した。前記フラットヘミング加工では、１０％の歪みを予め加えた後、角度１８０°の曲げ（内側曲げ半径Ｒ＝約０．２５ｍｍ）を行った。フラットヘミング加工性は、曲げの縁曲部の割れ発生程度を目視で確認し、下記基準に基づいて評価した。なお０〜２段階が合格であり、３〜５段階は不合格である。
【００５６】
０：肌荒れ、及び微小な割れがない
１：肌荒れが僅かに発生している
２：肌荒れが発生しているものの微小なものを含めた割れはない
３：微小な割れが発生
４：大きな割れが発生
５：大きな割れが複数或いは多数発生
また前記アルミニウム合金板（Ｔ４材）のうち、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（合金Ｎｏ．１〜１９）を使用した例については、合金板からＪＩＳ５号引張試験片を切り出し、５％の歪みをあらかじめ与えた後、１７０℃×２０分の人工時効効果処理を行い、耐力を評価した。
【００５７】
結果を表２〜３に示す。
【００５８】
【表１】
【表２】
【表３】
表２〜３から明らかなように、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（合金Ｎｏ．１〜１９）を用いれば、人工時効硬化後の耐力に優れている。しかも前記Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のうち、小方位差粒界の頻度が大きい実験例では、フラットヘミング加工性にも優れている。またＡｌ−Ｍｇ系合金（合金Ｎｏ．２０）を用いる場合、Ｍｇ含有量を抑制していないにも拘わらず、小方位差粒界の頻度を大きくすることによってフラットヘミング加工性が高くなっている。
【００６２】
【発明の効果】
本発明のＡｌ合金板は、小方位差粒界の頻度が大きくなっているため、曲げ加工（特にフラットヘミング加工などの折り曲げ加工）を行っても、曲げ部に割れが発生せず、曲げ加工性を向上できる。しかもＡｌ合金板としてＡｌ−Ｍｇ系合金を使用する場合、Ｍｇ含有量を抑制して耐力を低下させるなどの手段をとらないでも、曲げ加工性を向上できる。またＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板を使用する場合にも、人工時効によって高い耐力を発揮させながら、曲げ加工性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はフラットヘミング加工性に劣るＡｌ合金板の電子顕微鏡写真の画像解析結果の一例を示す概略図である。
【図２】図２はフラットヘミング加工性に優れるＡｌ合金板の電子顕微鏡写真の画像解析結果の一例を示す概略図である。
【図３】図３はＡｌ合金板の電子顕微鏡写真の画像解析結果を概念的に示した図である。
Claims (8)
- Ａｌ−Ｍｇ系又はＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板であって、平均結晶粒径が３５μｍ未満であり、方位差が２０°以下となる結晶粒間の粒界長さの合計が、全ての結晶粒間の粒界長さの合計に対して、２０％を超えることを特徴とする曲げ加工用アルミニウム合金板。
- 曲げ半径１ｍｍ以下、曲げ角度１５０°以上の曲げ加工に用いる請求項１記載のアルミニウム合金板。
- Ｍｇ：２〜７％（質量％を示す。以下、同じ）を含有するＡｌ−Ｍｇ系合金板である請求項１又は２に記載のアルミニウム合金板。
- Ｍｇ：０．１〜３％、及びＳｉ：０．１〜２．５％を含有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板である請求項１又は２に記載のアルミニウム合金板。
- さらにＦｅ：１．５％以下（０％を含まない）、Ｍｎ：１％以下（０％を含まない）、Ｃｒ：０．５％以下（０％を含まない）、Ｚｒ：０．５％以下（０％を含まない）、及びＴｉ：０．２％以下（０％を含まない）から選択された少なくとも一種を含有する請求項３又は４に記載のアルミニウム合金板。
- さらにＣｕ：１％以下（０％を含まない）及びＺｎ：１．５％以下（０％を含まない）から選択された少なくとも一種を含有する請求項３〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金板。
- 残部がＡｌ及び不可避的不純物である請求項３〜６のいずれかに記載のアルミニウム合金板。
- 請求項１〜７のいずれかに記載されたアルミニウム合金板又はその成形体を一対有しており、一方のアルミニウム合金板又はその成形体の縁部が折り曲げられており、この折り曲げ部に他方のアルミニウム合金板又はその成形体の縁部が挟み込まれていることを特徴とするパネル構造体。
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