JPH06190571A

JPH06190571A - Ｂｈ性および加工性に優れた複合金属板の製造方法

Info

Publication number: JPH06190571A
Application number: JP34286392A
Authority: JP
Inventors: Teruki Hayashida; 輝樹林田; Masahiko Oda; 昌彦織田; Takashi Yoshimura; 尚吉村; Tadao Kiriyama; 忠夫切山
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1992-12-22
Publication date: 1994-07-12

Abstract

(57)【要約】【目的】良好な加工性を有し、鋼板に比べて軽く、さ
らに焼き付け塗装により硬化し強度が上昇するような特
性を持った鉄とアルミニウムからなる複合金属板の製造
方法を提供する。【構成】両面が鉄、中心がＡｌからなる３層の複合金
属板を製造するに際して、鉄層はＣ：０．０１〜０．０
５５％、Ｓｉ：０．１％以下、Ｍｎ：０．０４〜０．５
％、Ｐ：０．１％以下、ｓｏｌＡｌ：０．００２〜０．
１％、Ｎ：０．００６％以下、残部鉄および不可避的不
純物とし、Ａｌ層は９９％以上のＡｌを含有する純Ａｌ
或はＡｌ合金とし、鉄層を６７０℃以上９００℃以下に
加熱すると共にＡｌ層を５５０℃以下として鉄層の板厚
減少率を５％以下になるように外力を加え、その後２０
０〜４００℃に冷却し、この温度範囲で１２０〜３６０
秒保持後常温まで冷却することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は従来薄鋼板が適用されて
いた用途に対し、軽量化した複合金属板を提供するもの
であって、深絞り等の加工を行う用途に適する。特にプ
レス成形後において塗料の焼き付けのため例えば１７０
℃といった温度に置かれたとき硬化し、プレス加工性と
強度との両立性をさらに向上させた複合金属板の製法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の外板等の構造材料としての軽量
化は大きな課題となっており、その手段は種々指向され
ている。軽量化手段の一つに、従来鋼板を使用していた
部分にアルミニウムを使用する方法がある。しかし、ア
ルミニウムによる軽量化および強度は理論的には可能で
あるが、アルミニウムはそれ自体では剛性が小さいため
鋼に比べてかなり厚くしなくてはならない。このため軽
量化効果が減少し、コストの面でも不利になる。さら
に、アルミニウムやアルミニウム合金は加工性が鋼板に
比べて大幅に劣る。以上のようなことからアルミニウム
は限られた用途にしか使用できないのが現状である。

【０００３】これらを解決するために両面が鉄層、中心
がアルミニウム層で構成される３層の複合板で鉄層が加
工後の焼き付け硬化性（以後ＢＨと称する）を有する薄
板が有望と考えられる。アルミニウムと鉄とを複合化し
た板材はその製造が技術的に困難なため実用例は少な
い。爆着法で作るアルミニウム厚５mm、鋼板厚１５mmの
厚板の実用例はあるが薄板に関する実用例はない。

【０００４】また、アルミニウムと鉄とを複合化した薄
板を製造する方法では重ね圧延法といわれるものが知ら
れている。例えば、特開昭６３−１５７７７４号公報に
開示されているようにアルミニウム素材を３５０〜５５
０℃程度に加熱し、鉄素材と温間で圧延し接合する方
法、特公昭５６−５２６７９号公報に開示されるように
鉄素材の表面にあらかじめアルミニウムメッキを施しこ
れを５００℃程度に加熱しアルミニウム素材と温間で圧
延し接合する方法等がある。しかし、これらの方法で製
造された複合金属板は加工性が不充分であり、プレス成
形した後の焼き付け塗装による硬化もほとんどないとい
う問題がある。

【０００５】一方、焼き付け塗装による硬化性を持った
鋼板単体についてはこれまでにも検討され、例えば特開
平２−１９７５４９号公報、特開昭６３−２４７３３８
号公報に開示されるように鋼中のＣ，Ｔｉ或はＮｂ量を
特定の範囲とし特定の条件で焼鈍することでこれが得ら
れることが見出されている。しかし、これらの方法で製
造した鋼板は総炭素量が少ないため焼き付け硬化量その
ものはあまり高いものは得られず、特開平２−１９７５
４９号公報に開示されているように３kgf/mm²程度であ
るのが現状である。

【０００６】従って、このような鋼板とアルミニウムを
複合化できたとしても高い焼き付け硬化量を有する複合
金属板は期待できない。このように、充分な加工性およ
び焼き付け硬化性を持つ鉄とアルミニウムの複合金属板
の製造方法についてはこれまで知られていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなことから本
発明は良好な加工性を有し、さらにＢＨによる軽量化を
行うために４kgf/mm²以上のＢＨ量を持つ鉄とアルミニ
ウムの複合金属板の製造方法を提供しようとするもので
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために、鋼板およびアルミニウムの組成、状態
等を検討した結果、良好な加工性と焼き付け硬化性を持
つ鉄とアルミニウムの複合金属板の製造方法を見出し
た。

【０００９】その要旨は、両表面が鉄、中心がアルミニ
ウムからなる３層の複合金属板を製造するに際して、鉄
層は化学成分が重量比でＣ：０．０１〜０．０５５％、
Ｓｉ：０．１％以下、Ｍｎ：０．０４〜０．５％、Ｐ：
０．１％以下、ｓｏｌＡｌ：０．００２〜０．１％、
Ｎ：０．００６％以下、残部鉄および不可避的不純物と
し、アルミニウム層は化学成分が重量比で９９％以上の
Ａｌを含有する純アルミニウム或はアルミニウム合金と
し、鉄層を６７０℃以上９００℃以下に加熱すると共に
アルミニウム層を５５０℃以下とし、いずれの層もこれ
らの温度範囲にあるときに重ね合わせて直ちに両表面か
ら外力を加え、この際外力による鉄層の板厚減少率を５
％以下になるようにし、その後２００〜４００℃に冷却
し、この温度範囲で１２０〜３６０秒保持した後常温ま
で冷却することを特徴とする焼き付け硬化性および加工
性に優れた複合金属板の製造方法である。また、この複
合金属板を構成するアルミニウム層は上記成分にかわり
６％以下のＭｇ、２％以下のＭｎの少なくとも一方を含
有するアルミニウム合金であることも特徴とする。ま
た、さらに上記成分に加えて０．５％以下のＳｉ、０．
５％以下のＣｒ、０．５％以下のＺｎの１または２以上
を含有することも特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明においては鉄素材およびアルミニウム素
材はいずれも冷間圧延ままの素材或は焼鈍後の素材のい
ずれを用いても良い。その理由は、本発明で適用される
鉄素材の加熱によって鉄素材が再結晶し冷間圧延でも充
分な加工性を持つ鋼板となるからである。また、冷間圧
延後のアルミニウム素材であっても本発明の製造法によ
り軟質化され、加工に充分耐えられるアルミニウム板と
なる。

【００１１】以下、本発明について詳細に説明する。鉄
素材中のＣ含有量は多いほど平均ｒ値、延性は劣化し、
降伏強度が上昇し加工性は低下する。従って、Ｃ量は少
ない方がプレス加工性は良くなるためＣは０．０５５％
以下とするのが良い。しかし、Ｃを０．０１０％より低
くするためには脱炭コストが高くなるという問題があ
る。従ってＣ量を０．０１０〜０．０５５％に限定し
た。

【００１２】Ｓｉは微量では問題はないが、含有量が多
くなると加工性を低下させる。従って０．１％以下でな
ければならない。

【００１３】Ｍｎは鋼中に不可避的含有物として存在す
るＳによる熱間脆性を防止するために必要な成分である
が、０．０４％未満ではＦｅＳが生成しその効果がな
い。また、０．５％を超えると加工性が劣化する。従っ
てＭｎ量を０．０４〜０．５％に限定した。

【００１４】Ｐは多量含有すると粒界に偏析して脆化さ
せ加工性低下の原因となる。従ってＰ量を０．１％以下
に限定した。

【００１５】Ａｌは鋼中の酸素量をコントロールするの
に必要な元素でありＴｉの添加前に脱酸材として添加す
る。鋼中の酸可溶性Ａｌとして０．００２％未満では脱
酸が充分に行われず、Ｔｉの歩留り低下が著しい。しか
し、０．１％を超えると介在物が増加し鋼板の加工性が
低下する。従って、Ａｌ量を０．００２〜０．１％に限
定した。

【００１６】Ｎは鋼中に固溶すると加工性を著しく低下
させるためＴｉによりＴｉＮとして固定されなければな
らない。また、生成したＴｉＮの量も極力少ない方が良
い。従って、Ｎ量は０．００６０％以下とする。

【００１７】上記成分以外はＦｅおよび不可避的不純物
よりなるものである。上記成分の鉄素材は通常の熱延、
冷延工程によって製造されたもので良い。また、冷延ま
まの鋼板でも焼鈍を行った鋼板のいずれでも良い。

【００１８】次に、アルミニウム素材の条件について述
べる。アルミニウム素材の材質については純アルミニウ
ム、アルミニウム合金のいずれでも良い。アルミニウム
合金の種類については限定するものではないが、６％以
下のＭｇ、２％以下のＭｎの少なくとも一方を含有する
アルミニウム合金が特に好ましい。これらの合金成分は
焼鈍状態でのアルミニウムの強度を上昇させ、しかも絞
り加工等の加工性もあまり損なわない。Ｍｇの量が６％
を超えたり、Ｍｎの量が２％を超えると硬化が著しく、
加工性を害するので、これら成分の範囲は上記が適当で
ある。

【００１９】また、さらに上記成分とあわせて０．５％
以下のＳｉ、０．５％以下のＣｒ、０．５％以下のＺｎ
の１または２を含有させると加工性を良好に保ちながら
さらに強度を上げることができる。しかし、Ｓｉ，Ｃ
ｒ，Ｚｎの量は上記範囲を超えて添加すると硬度が上が
り過ぎ加工性を害するので上記範囲を限度とする。上記
成分のアルミニウム素材は、冷延ままの素材でも焼鈍を
行った素材のいずれでも良い。

【００２０】次に、素材の加熱温度について述べる。冷
延ままの鉄素材は本発明の加熱範囲である６７０〜９０
０℃に加熱された場合、再結晶し、充分な加工性の板と
なる。６７０℃未満の温度では鉄板の再結晶が充分に行
われず深絞り性が向上しないこと、および接合時にアル
ミニウム原子と鉄原子の拡散が起こりにくいため接合強
度が弱いこと等のため好ましくない。９００℃を超える
温度に加熱すると鉄の組織は一旦γ相となるため深絞り
性が低下し好ましくない。なお、すでに焼鈍が完了した
鉄素材でも本発明範囲内に加熱することで加熱前の素材
の場合と同等以上の加工性を持った板となる。

【００２１】一方、純アルミニウムまたはアルミニウム
合金（以下アルミニウム層という）は外力を加えて鉄層
と接合するときに鉄層の板厚減少率を５％以下にするた
めにある程度柔らかくなければならない。従って、冷間
圧延ままのアルミニウム素材のように硬化している場合
は、必要に応じて接合前に５５０℃以下に加熱して軟化
させる処理を行わなければならない。しかし、アルミニ
ウム層を５５０℃を超える温度に加熱した場合、アルミ
ニウム自体の温度に加えて接合時に鉄層からの熱が加え
られるため鉄層との接合界面に脆い合金層が形成され、
接合強度が低下する。従って、アルミニウム層の加熱温
度は５５０℃以下とする。接合前にアルミニウム層がす
でに充分軟化しており接合時に鉄板の板厚減少率を５％
以下にできる場合はアルミニウム層を加熱する必要はな
い。

【００２２】鉄層とアルミニウム層を上記温度範囲に加
熱した後、この温度範囲内にあるときにそれぞれの金属
を重ね合わせて直ちに外力を加える必要がある。上記温
度範囲からはずれた温度で重ね合わせた場合は充分な接
合強度が得られない。

【００２３】次に、外力により鉄層とアルミニウム層を
接合する場合に必要な鋼板の板厚減少率について述べ
る。鉄層は上記加熱により接合前に再結晶し良好な加工
性が得られているため、接合時に多く加工されると加工
硬化による材料低下を起こし好ましくない。

【００２４】図１は、表１に示す組成、板厚の鉄層を、
同じく表１に示す組成、板厚のアルミニウム層の両面に
接合する際に、図４に示す通電加熱圧接設備で鉄層を８
５０℃に加熱し、一方でアルミニウム層の加熱温度を５
５０℃以下の範囲で変えてアルミニウムの硬さを変えた
後、鉄層に接触する２本のロールにより外力を加えるこ
とにより鉄層の板厚減少率を変化させ接合し、放冷して
得られた複合鋼板の平均ｒ値、伸びにおよぼす鉄層の板
厚減少率を示したものである。図１から明らかなよう
に、鉄層の板厚減少率が５％を超えると複合板の平均ｒ
値、伸びが大幅に低下する。この傾向は本発明範囲内の
他の組成の鋼板およびアルミニウム板によっても確認さ
れた。以上のことから、接合の際は鉄層の板厚減少率は
５％以下でなければならない。

【００２５】

【表１】

【００２６】なお、図３に示される通電加熱設備は素材
の鉄層１，３とアルミニウム層２とにそれぞれ通電ロー
ル１１，１２，１３を設け、この通電と加圧を兼ねた２
本のロール４の間に連続的に送りこんで複合板５を製造
するものである。電源は低周波の交流電源、直流電源い
ずれも使用できる。電源２１の電流は鉄層１の通電ロー
ル１１から鉄層１とアルミニウム層２を通り、これの通
電ロール１２に至る。同様に電源２２の電流はアルミニ
ウム層２と鉄層３との直列回路を流れる。上記２つの電
源２１，２２の位相を適当に合わせておけばアルミニウ
ム層２の電流は２つの電源からの電流の和になる。この
場合、鉄層の方がアルミニウム層より電気抵抗が高いた
め鉄層とアルミニウム層が同程度の厚みであれば鉄層の
方が発熱は大きく高温になる。もし、鉄層の加熱温度が
目標の温度に達しない場合は、補助加熱用の設けられた
通電ロール１４，１５にそれぞれ補助加熱用電源２３，
２４から通電を行うことによって補助加熱を行う。

【００２７】板同士の接合は上記条件により瞬間的に行
われるが接合後４００℃を超える温度で保定すると複合
鋼板の鉄とアルミニウムの界面に脆い合金層が形成され
接合強度および加工性が低下するため、複合鋼板は速や
かに冷却しなければならない。冷却速度は放冷で得られ
る速度であれば良いが、冷却時間をさらに短縮するため
にはガスまたは液体による強制冷却でも良い。

【００２８】複合鋼板の加工性を良好にし、さらに４kg
f/mm²以上の高いＢＨ性を持たせるためには、接合後の
複合鋼板を４００℃以下２００℃以上の温度に冷却する
必要がある。さらに、この温度範囲に冷却された複合鋼
板はこの温度範囲で１２０秒以上３６０秒以下の保持を
行う必要がある。２００℃より低い温度で保定すると固
溶Ｃの残留量が多いため加工性が低下する。上記温度範
囲で３６０秒より長時間保定すると複合鋼板の鉄とアル
ミニウムの界面に脆い合金層が形成され加工性が低下
し、さらにＢＨ量も低下する。また、１２０秒より短い
時間の保定では固溶Ｃの残留量が多いため加工性が低下
する。

【００２９】図２は、表１に示す組成、板厚の鉄層を、
同じく表１に示す組成、板厚のアルミニウム層の両面に
接合する際に、図４に示す通電加熱圧接設備で鉄層を８
５０℃に加熱し、一方でアルミニウム層の加熱温度を５
５０℃以下の範囲で変えてアルミニウムの硬さを変えた
後、鉄層に接触する２本のロールにより外力を加え、鉄
層の板厚減少率を２％として接合した後、種々の温度ま
で１００℃／ｓで冷却しその温度で１５０秒間保定した
場合の複合鋼板の時効後の伸びにおよぼす保定温度の影
響を示したものである。図２から明らかなように、複合
鋼板の保定温度が２００〜４００℃の範囲で良好な伸び
が得られることがわかる。

【００３０】図３は、上記と同様の条件で接合された複
合鋼板を接合後３５０℃まで１００℃／ｓで冷却しその
温度で種々の時間保定した場合の複合鋼板の時効後の伸
び、焼き付け硬化量におよぼす保定時間の影響を示した
ものである。図３から明らかなように、複合鋼板の保定
時間が１２０〜３６０秒の範囲で良好な伸びと焼き付け
硬化量が得られることがわかる。この傾向が見られるの
は保定温度が２００〜４００℃の場合であって、この温
度範囲より外れた温度で保定した場合は時効後の伸び、
焼き付け硬化量のいずれか一方または両方において良好
な値が得られなかった。

【００３１】鉄層とアルミニウム層の接合を行う場合、
上記条件さえ満足できれば、接合方式は特に限定される
ものではなく、図３のような２本のロール間で外力を加
える方式でも良く、プレスのような方式でも良い。接合
用素材の加熱方法も通電加熱、誘導加熱、加熱炉による
加熱等どのような方式でも良い。

【００３２】

【実施例】以下に本発明の実施例を比較例と共に示す。
表２に示すような組成の板厚０．４mmの鋼板および板厚
０．６mmのアルミニウム板を使用し、図３に示す通電加
熱設備により両表面が鉄、中心がアルミニウムの３層に
なるように重ね合わせると同時に図３に示すように鉄層
に接触する２本のロールによる外力を加え、鉄層とアル
ミニウム層を連続的に接合した。鋼板部分の加熱温度、
圧延率、複合鋼板の冷却後の保定温度、保定時間等を表
３に示す。試料番号（１）〜（１４）は組成、鋼板部分
の加熱、圧延率、複合鋼板の保定温度、時間のいずれも
本発明範囲内のものであり、試料（１５）〜（２６）は
いずれか一つ以上が本発明範囲から外れたものである。
接合後、得られた複合金属板の材質を表４に示す。表４
からわかるように本発明範囲内で製造された複合板は優
れた焼き付け硬化性および加工性を示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】

【００３５】

【表４】

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法で製
造される鉄とアルミニウムの複合板は優れた焼き付け硬
化性および加工性を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】複合鋼板のｒ値および伸びにおよぼす鉄層の圧
延率の影響を示す図。

【図２】複合鋼板の時効後の伸びにおよぼす鉄とアルミ
ニウムの接合後の冷却保定温度の影響を示す図。

【図３】複合鋼板の焼き付け硬化量、伸びにおよぼす複
合鋼板の冷却後の保定時間の影響を示す図。

【図４】複合板の製造に使用した装置の一例を示す図。

【符号の説明】

１，３鉄層２アルミニウム層４ロール５複合板１１，１２，１３通電ロール１４，１５補助用通電ロール２１，２２電源２３，２４補助加熱用電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２３Ｃ 30/00 Ｂ (72)発明者切山忠夫兵庫県姫路市広畑区富士町１番地新日本製鐵株式会社広畑製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両表面が鉄、中心がアルミニウムからな
る３層の複合金属板を製造するに際して、鉄層は化学成
分が重量比でＣ：０．０１〜０．０５５％、Ｓｉ：０．
１％以下、Ｍｎ：０．０４〜０．５％、Ｐ：０．１％以
下、ｓｏｌＡｌ：０．００２〜０．１％、Ｎ：０．００
６％以下、残部鉄および不可避的不純物とし、アルミニ
ウム層は化学成分が重量比で９９％以上のＡｌを含有す
る純アルミニウム或はアルミニウム合金とし、鉄層を６
７０℃以上９００℃以下に加熱すると共にアルミニウム
層を５５０℃以下とし、いずれの層もこれらの温度範囲
にあるときに重ね合わせて直ちに両表面から外力を加
え、この際外力による鉄層の板厚減少率を５％以下にな
るようにし、その後２００〜４００℃に冷却し、この温
度範囲で１２０〜３６０秒保持した後常温まで冷却する
ことを特徴とする焼き付け硬化性および加工性に優れた
複合金属板の製造方法。
【請求項２】アルミニウム層はＡｌ以外に重量比で６
％以下のＭｇ、２％以下のＭｎの少なくとも一方を含有
するアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１
記載の焼き付け硬化性および加工性に優れた複合金属板
の製造方法。
【請求項３】アルミニウム層はさらに０．５％以下の
Ｓｉ、０．５％以下のＣｒ、０．５％以下のＺｎの１ま
たは２以上を含有することを特徴とする請求項２記載の
焼き付け硬化性および加工性に優れた複合金属板の製造
方法。