JPH04235247A - 燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板およびその製造方法 - Google Patents

燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板およびその製造方法

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JPH04235247A
JPH04235247A JP3013928A JP1392891A JPH04235247A JP H04235247 A JPH04235247 A JP H04235247A JP 3013928 A JP3013928 A JP 3013928A JP 1392891 A JP1392891 A JP 1392891A JP H04235247 A JPH04235247 A JP H04235247A
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aluminum alloy
zinc phosphate
alloy
phosphate treatment
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JP3013928A
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Toshiaki Kobayashi
敏明 小林
Masaji Saito
正次 斎藤
Mamoru Matsuo
守 松尾
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Original Assignee
Sky Aluminium Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は成形加工および塗装焼
付けを施して使用される用途の成形加工用アルミニウム
合金板、例えば自動車のボディシートに使用されるアル
ミニウム合金板に関し、特に塗装下地処理として燐酸亜
鉛処理を施して用いられるアルミニウム合金板に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車のボディシートには主とし
て冷延鋼板を使用することが多かったが、最近では主と
して車体軽量化の要求からアルミニウム合金圧延板を使
用することが試みられるようになっている。
【0003】自動車のボディシートは、プレス成形を施
して使用されることから、成形加工性が優れていること
、特に伸び、張り出し性に優れておりかつ成形加工時に
おけるリューダースマークの発生がないことが要求され
、しかも高強度を有することが必要であり、しかも一般
に自動車のボディシートは焼付け塗装を施すことから、
焼付け塗装後の強度が高いことが要求される。また塗装
時の塗膜の密着性が良好であること、さらに塗装後の耐
食性が良好であることも必要である。
【0004】ところで高強度が必要とされる成形加工用
の用途に使用されるアルミニウム合金としては従来から
種々のものがあるが、その主要なものとしては、合金成
分系によって次のように大別される。
【0005】(イ)  非熱処理型Al−Mg合金であ
る5052合金のO材あるいは同じく5182合金のO
材。
【0006】(ロ)  熱処理型Al−Cu合金である
2036合金T4処理材もしくはT6処理材。
【0007】(ハ)  熱処理型Al−Mg−Zn−C
u合金T4処理材。この系のアルミニウム合金としては
、例えば特開昭52−141409号、特開昭53−1
03914号、あるいは特開昭57−98648号記載
の合金などがある。また「日経ニューマテリアル  1
986年4月7日号」の63〜72頁、特に64頁で紹
介されているAl− 4.5%Mg−0.38%Cu−
1.46%Zn−0.18%Fe−0.09%Si合金
もある。
【0008】(ニ)  熱処理型Al−Mg−Si合金
である6009合金T4処理材、6010合金T4処理
材(例えば特開昭59−39499号参照)。さらに特
公昭61−15148号で提案されているAC120合
金T4処理材など。
【0009】(ホ)  Al−Mg合金にCuを添加し
、急速冷却によるT4処理を施したAl−Mg−Cu合
金。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記の(イ)〜(ホ)
に示されるような従来の高強度成形加工用アルミニウム
合金は、いずれも自動車用のボディシートに要求される
前述の特性を全て満足させることは困難であった。さら
に、自動車用ボディにアルミニウム合金を用いる場合で
も、一般にはアルミニウム合金板を鋼板と併用してボデ
ィの組立て製造を行なうのが通常であり、その場合塗装
焼付けの点から次のような問題があった。
【0011】すなわち、鋼板とアルミニウム合金板とを
併用して自動車ボディの組立て製造を行なう場合、成形
した鋼板からなるボディパーツと成形したアルミニウム
合金板からなるボディパーツを組立てて抵抗溶接により
スポット溶接し、ボディを作成した後、そのボディ全体
に対して脱脂処理を施してから燐酸亜鉛処理を施し、そ
の後電着塗装やスプレー塗装を行なうのが通常である。 したがってこの場合、アルミニウム合金板からなるパー
ツにも、塗装前に燐酸亜鉛処理が施されることになるが
、前述のような従来の高強度成形加工用アルミニウム合
金はいずれも燐酸亜鉛処理性が悪く、表面に燐酸亜鉛皮
膜が充分に生成されない問題がある。そしてこのように
燐酸亜鉛皮膜が充分に生成されないため、その上に形成
する塗膜の密着性が充分に得られず、塗装後の表面に糸
錆が発生しやすくなる問題がある。すなわち、従来の高
強度成形加工用アルミニウム合金を自動車用ボディシー
トに使用した場合、燐酸亜鉛処理を考慮すれば、塗装後
の塗膜の密着性が充分に得られず、ひいては耐糸錆性に
劣る問題があったのである。
【0012】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、従来から一部で自動車ボディシートに使用さ
れている6000番系のAl−Mg−Si系合金を改良
し、良好な成形加工性および高い強度、特に焼付塗装後
に高い強度を有すると同時に、燐酸亜鉛処理性に優れ、
塗膜の密着性が良好で耐糸錆性にも優れた焼付塗装板が
得られるようにした燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板
を提供することを目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の燐酸亜
鉛処理用アルミニウム合金板は、Mg 0.1〜 1.
5%、Si 0.3〜2.5 %、P 0.001〜0
.05%を含有し、かつFe 0.5%以下、Mn 0
.8%以下、Cr 0.3%以下、Zr 0.2%以下
、V 0.2%以下のうちの1種または2種以上を含有
し、残部がAlおよび不可避的不純物からなることを特
徴とするものである。
【0014】また請求項2に記載の燐酸亜鉛処理用アル
ミニウム合金板は、前述の各成分のほか、さらにCu0
.05〜 1.5%を含有することを特徴とするもので
ある。
【0015】また請求項3に記載の燐酸亜鉛処理用アル
ミニウム合金板の製造方法は、請求項1で規定している
成分組成のアルミニウム合金溶湯を鋳造し、得られた鋳
塊を圧延した後、その圧延板を 450〜 590℃の
範囲内の温度で溶体化処理して、 5℃/sec 以上
の冷却速度で焼入れすることを特徴とするものである。
【0016】さらに請求項4に記載の燐酸亜鉛処理用ア
ルミニウム合金板の製造方法は、請求項2で規定してい
る成分組成のアルミニウム合金について、請求項3と同
様なプロセスを適用して板を製造するものである。
【0017】
【作用】先ずこの発明の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合
金板の成分限定理由について説明する。
【0018】Mg:MgはSiと共存することによりM
g2 Siを生成し、強度向上に寄与する。Mg量が 
0.1%未満では強度向上の効果が不充分であり、一方
Mg量が1.5%を越えれば加工硬化が著しくなって成
形加工性、特に伸びが低下し、自動車用ボディシート等
の用途に不適当となる。したがってMg量は 0.1〜
 1.5%の範囲内とした。
【0019】Si:Siは強度と成形性の向上に必要な
元素であり、特にMgと共存することにより強度向上に
大きく寄与する。Si量が 0.3%未満では強度向上
の効果が不充分であり、一方Si量が 2.5%を越え
れば金属Siの粗大粒子が増加して成形性、特に曲げ性
が劣化する。したがってSi量は 0.3〜 2.5%
の範囲内とした。
【0020】P:Pはアルミニウムマトリックス中にA
lPとして微細かつ均一に分散し、このAlPが燐酸亜
鉛処理時における燐酸亜鉛の結晶化析出の核として機能
して、燐酸亜鉛皮膜を均一に生成させるに寄与し、ひい
ては塗膜密着性を向上させて、耐糸錆性等の耐食性の改
善に大きく寄与する。Pが 0.001%未満では上述
の効果が充分に得られず、一方0.05%を越えればそ
の効果が飽和し、またこれを越える多量のPを安定して
添加することは困難となり、したがってPは 0.00
1〜0.05%の範囲内とした。
【0021】Fe,Mn,Cr,Zr,V:これらはい
ずれも結晶粒微細化に寄与して組織を安定化させるとと
もに、強度もしくは成形性の向上に寄与するから、これ
らのうちいずれか1種または2種以上を含有させる。但
し、Feが 0.5%を越えれば成形性が低下するから
、Feは 0.5%以下とする。またMn 0.8%、
Cr 0.3%、Zr 0.2%、V 0.2%を越え
れば、巨大金属間化合物が生成されて成形性が低下する
から、Mnは 0.8%以下、Crは 0.3%以下、
Zrは 0.2%以下、Vは0.2%以下とした。なお
Mnが0.05%未満、Crが0.02%未満、Zrが
0.03%未満、Vが0.03%未満では、それらの添
加効果が充分に得られないから、Mnは0.05%以上
、Crは0.02%以上、Zrは0.03%以上、Vは
0.03%以上とすることが好ましい。
【0022】Cu:Cuは強度向上に寄与する元素であ
り、そこで請求項2の発明の合金板ではCuを添加する
。Cu量が0.05%未満ではCu添加の効果が得られ
ず、 1.5%を越えれば耐食性および成形性が低下す
る。 そこでCu量は0.05〜 1.5%の範囲内とした。
【0023】以上の各元素のほかは、基本的にはAlお
よび不可避的不純物とすれば良い。
【0024】なお通常のアルミニウム合金においては、
鋳塊の微細化のために、Ti、もしくはTiおよびBを
微量添加することがあり、この発明のアルミニウム合金
板においてもTi、もしくはTiおよびBが含有されて
いてもよい。その場合、Tiが0.15%を越えれば初
晶TiAl3 が晶出して成形性を害するから、Tiは
0.15%以下とし、また、TiとともにBを添加する
場合、B量が500ppmを越えればTiB2 の粗大
粒子が混入して成形性を害するから、Bは500ppm
以下にすることが好ましい。
【0025】またこれらの合金には微量のBeが添加さ
れてもよい。特にMgを含有する合金を溶解する場合に
はBeは溶湯の酸化を抑制し、材料中への酸化物粒子な
どの不純物の混入を防止する。しかしながら、500p
pmを越えてBeを添加させても上記の効果は飽和し、
経済的に無意味となるから、Beを添加する場合のBe
量は500ppm以下とすることが好ましい。このほか
、Znはこの発明の効果に特に大きな影響は与えないが
、全面腐食性を改善する効果を有するから、 2.5%
以下の範囲内で含有されていても良い。Zn量が 2.
5%を越えればベア材料の耐食性が低下する。
【0026】次に上述のような成分組成を有する燐酸亜
鉛処理用アルミニウム合金板の製造方法、すなわち請求
項3、請求項4の発明の方法について説明する。
【0027】前述のような成分組成の合金の特性を充分
に発揮させるためには、基本的には、圧延後において 
450〜 590℃の範囲内の温度で溶体化処理し、そ
れに引続く焼入れとして、 5℃/sec 以上の冷却
速度で冷却することが必要である。この溶体化処理によ
って、最終的に所定の強度および成形性を達成するに必
要な量の固溶Mg,Siを得ることができる。このとき
の処理温度が 450℃未満では溶体化が不充分であっ
て、冷却後の強度および塗装焼付け後の強度が充分に得
られなくなり、一方処理温度が 590℃を越えれば共
晶融解のおそれがあるから、溶体化処理温度は 450
〜 590℃の範囲内とする必要がある。また溶体化処
理後の冷却速度が5℃/sec よりも遅ければ、充分
な強度が得られないばかりでなく、耐粒界腐食性等の耐
食性も劣化する。したがって溶体化処理後の冷却速度は
5℃/sec 以上とする必要がある。
【0028】さらに前述のような成分組成のアルミニウ
ム合金の特性をより充分に発揮させるためには、次のよ
うな条件、方法を適用することが望ましい。
【0029】すなわち、先ず前記成分組成の合金溶湯を
溶製する。ここで、この発明のアルミニウム合金板の合
金成分元素のうち特にPの添加については、合金溶湯の
溶製時に赤燐を直接添加しても良く、あるいはフラック
スによって添加しても良い。またCuを含む合金組成の
場合には、Cu−Pの母合金を用いても良い。
【0030】上述のようにPを添加した前記成分組成の
合金溶湯を、常法にしたがって矩形断面を有する鋳塊に
半連続鋳造(DC鋳造)する。このときの鋳造速度は特
に限定されないが、一般には25mm/min 〜 2
50mm/min 程度の鋳造速度で鋳造すれば良い。 得られた鋳塊に対しては、熱間圧延に先立ち、 450
〜 590℃で1〜48時間加熱する均質化処理を行な
う。この均質化処理は、鋳塊の不均一を解消し、成形性
を向上させることを目的としており、加熱温度が 45
0℃未満または加熱時間が1時間未満では均質化の程度
が不充分となり、一方加熱温度が 590℃を越えれば
共晶融解が生じるおそれがあり、また加熱時間が48時
間を越えれば経済性が低下する。この均質化処理の後に
は、常法に従って熱間圧延を行なえば良い。熱間圧延の
ための加熱は、上記の均質化処理と兼ねて行なっても、
また独立して行なっても良い。
【0031】なお上述の半連続鋳造法に代え、一対のロ
ール間に連続して合金溶湯を供給して薄板を直接鋳造す
る薄板連続鋳造法(連続鋳造圧延法)を適用しても良い
。この場合は、熱間圧延を省略して直ちに冷間圧延を行
なうことができるが、冷間圧延に先き立ち、均質化を促
進して成形性を向上させる目的で、 300〜 590
℃×1〜48時間の予備加熱を行なうことが効果的であ
る。
【0032】上述のようにして得られた熱延板もしくは
連続鋳造薄板に対しては、常法に従って冷間圧延を行な
い、板厚 0.5〜 3mm程度の板とする。この冷間
圧延の中途、あるいは冷間圧延とその前の熱間圧延との
間には、成形性の向上のために中間焼鈍を行なっても良
い。すなわち、熱間圧延時に粗大な結晶粒が発生した場
合、これをそのまま冷間圧延すれば成形加工時にリジン
グもしくはフローラインと称する欠陥が発生し、成形品
の外観を損ねるおそれがあるが、中間焼鈍を行なって再
結晶させることによりその問題を解消することができる
。この中間焼鈍をバッチ式の焼鈍炉で行なう場合、中間
焼鈍条件は 250〜 450℃×1〜48時間が適当
である。中間焼鈍温度が 250℃未満では再結晶が生
じず、一方 450℃を越えれば結晶粒の粗大化が起り
やすくなる。また中間焼鈍時間が1時間未満でも再結晶
が不充分となり、一方48時間を越える長時間の焼鈍は
経済性を悪化させるだけである。また中間焼鈍は、コイ
ルを連続的に巻戻しながら加熱する連続焼鈍炉により行
なっても良く、この場合中間焼鈍温度は 400〜 5
80℃が適当であり、またその中間焼鈍温度における保
持時間は零もしくは5分以下で充分である。
【0033】冷間圧延により所要の板厚とした後には、
前述のような 450〜 590℃の範囲内での溶体化
処理を行なう。この溶体化処理は、量産性等を考慮すれ
ば、連続焼鈍炉によって行なうことが好ましい。この場
合、上記温度での保持時間は零でも良いが、通常は10
秒以上が好ましい。連続焼鈍炉を用いた溶体化処理では
、溶体化処理に引続いて直ちに 5℃/sec 以上の
冷却速度での焼入れがなされるため、結晶粒が微細化さ
れて成形性が向上する。
【0034】以上のように、所定の成分組成の合金を上
記の方法で製造することによって、強度および成形性が
優れかつ燐酸亜鉛処理性に優れたアルミニウム合金板を
得ることができる。
【0035】
【実施例】[実施例1]表1の試料番号1〜6に示すア
ルミニウム合金を常法に従って溶製し、半連続鋳造法に
より鋳造した。鋳造サイズは 500×1200× 3
00mmであり、また鋳造速度は65mm/min と
した。得られた鋳塊に対して 520℃×12時間の均
質化処理を行なった後、 500℃で熱間圧延を開始し
、板厚 5mmの熱延板とした。次いでその熱延板を厚
さ 1mmまで冷間圧延した。得られた冷延板に対し、
 500℃で15分間溶体化処理を施した後、直ちに水
焼入れにより冷却(冷却速度102 〜103 ℃/s
ec)した。
【0036】焼入れ後の板を2週間放置して、機械的特
性および成形性を調べた。その結果を表2に示す。なお
表2において、エリクセン値は、JIS−B法によるエ
リクセン試験の結果を示し、また球頭張り出し試験値は
、 100mmφの球頭ポンチを用い、塩ビフィルムを
貼った状態での球頭張り出し試験の結果を示す。
【0037】また同様に2週間放置した板について、成
形加工を想定して 5%もしくは10%の加工率の冷間
圧延を行なった状態での強度を調べ、さらにその冷間圧
延を行なった板および行なわなかった板について、焼付
け塗装を想定して 175℃×1hrの加熱を行なった
後の強度を調べた。それらの結果を表3に示す。
【0038】さらに、上記と同様に2週間放置した板に
ついて、燐酸亜鉛処理性を調べるとともに、燐酸亜鉛処
理後に焼付塗装を行なって耐糸錆性を調べた。その結果
を表4に示す。なおここで燐酸亜鉛処理性および耐糸錆
性は次のようにして調べた。
【0039】すなわち、先ず 2%ケイ酸ソーダ系の脱
脂液中に45℃×2分間浸漬して脱脂し、水洗の後、1
5%HNO3 水溶液に室温中で1分間浸漬してデスマ
ットし、水洗後、市販のチタン含有表面調整液中に1分
間浸漬して、表面調整を行ない、次いで市販のフッ素含
有燐酸亜鉛系化成処理液に浸漬させることにより燐酸亜
鉛処理を行なって、 1g/m2の燐酸亜鉛皮膜を生成
させた後、水洗し乾燥させた。そして表面の燐酸亜鉛皮
膜の生成状態(付着状態)を走査型電子顕微鏡で観察し
た。
【0040】またこのようにして燐酸亜鉛皮膜を生成さ
せた後、電着塗装、中塗り、上塗りを施し、得られた塗
装板の表面の塗膜に×印の疵を人工的につけた後、JI
SZ2371に準拠した塩水噴霧試験を24時間実施し
、しかる後40℃で80〜85%の湿度に250時間ソ
ークする湿潤試験を行ない、発生した糸錆の長さを調べ
て耐糸錆性を評価した。
【0041】なお表3、表4に結果を示す試験について
は、いずれも参考のため市販の亜鉛めっき鋼板(試料番
号7)についても行なった。
【0042】
【表1】
【0043】
【表2】
【0044】
【表3】
【0045】
【表4】
【0046】表2、表3に示すように、実施例1による
この発明の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板は、機械
的性質、焼付け硬化性、成形性は比較合金と同等のレベ
ルにあるが、燐酸亜鉛処理性、耐糸錆性は表4に示すよ
うに亜鉛メッキ鋼板に匹敵する優れた性能を有している
ことが明らかである。
【0047】[実施例2]表5の試料番号8,9に示す
本発明成分組成範囲内のアルミニウム合金について、実
施例1と同様に鋳造、圧延し、板厚 1mmの冷延板を
得た。この冷延板に対し、連続焼鈍炉を用い、約30℃
/sec の昇温速度で 540℃に加熱してその温度
で10sec 保持した後、約30℃/sec の冷却
速度で強制冷却する溶体化処理−焼入れを施した。焼入
れ後の板について、実施例1と同様に各種の試験を行な
った。その結果を、実施例1についての表2〜表4に対
応して表6〜表8に示す。
【0048】
【表5】
【0049】
【表6】
【0050】
【表7】
【0051】
【表8】
【0052】表6〜表8に示すように、実施例2による
本発明アルミニウム合金板においても、良好な機械的性
質、焼付け硬化性、成形性を有すると同時に、優れた燐
酸亜鉛処理性、耐糸錆性を有していることが明らかであ
る。
【0053】
【発明の効果】請求項1、請求項2に記載の発明の燐酸
亜鉛処理用アルミニウム合金板は、強度、特に焼付塗装
後の強度と成形加工性が良好であるばかりでなく、燐酸
亜鉛処理性に優れており、そのため燐酸亜鉛処理後に施
される塗膜の密着性が優れるとともに、塗装後の耐食性
、特に耐糸錆性に優れており、したがって燐酸亜鉛処理
が施されて用いられる自動車用ボディシートに最適であ
る。
【0054】また請求項3、請求項4に記載の発明の製
造方法によれば、上述のような優れた性能を有する燐酸
亜鉛処理用アルミニウム合金板を実際に量産的規模で容
易に製造することができる。
【0055】なおこの発明のアルミニウム合金板は、自
動車用ボディシートに最適であるが、その他の燐酸亜鉛
処理が施されて用いる用途にも使用し得ることは勿論で
ある。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  Mg 0.1〜 1.5%(重量%、
    以下同じ)、Si 0.3〜2.5 %、P 0.00
    1〜0.05%を含有し、かつFe 0.5%以下、M
    n 0.8%以下、Cr 0.3%以下、Zr 0.2
    %以下、V 0.2%以下のうちの1種または2種以上
    を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物からなるこ
    とを特徴とする燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板。
  2. 【請求項2】  Mg 0.1〜 1.5%、Si 0
    .3〜2.5 %、Cu0.05〜 1.5%、P 0
    .001〜0.05%を含有し、かつFe 0.5%以
    下、Mn 0.8%以下、Cr 0.3%以下、Zr 
    0.2%以下、V 0.2%以下のうちの1種または2
    種以上を含有し、残部がAlおよび不可避的不純物から
    なることを特徴とする燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金
    板。
  3. 【請求項3】  Mg 0.1〜 1.5%、Si 0
    .3〜2.5 %、P 0.001〜0.05%を含有
    し、かつFe 0.5%以下、Mn 0.8%以下、C
    r 0.3%以下、Zr 0.2%以下、V 0.2%
    以下のうちの1種または2種以上を含有し、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の溶湯
    を鋳造し、得られた鋳塊を圧延した後、その圧延板を 
    450〜 590℃の範囲内の温度で溶体化処理して、
     5℃/sec 以上の冷却速度で焼入れすることを特
    徴とする燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板の製造方法
  4. 【請求項4】  Mg 0.1〜 1.5%、Si 0
    .3〜2.5 %、Cu0.05〜 1.5%、P 0
    .001〜0.05%を含有し、かつFe 0.5%以
    下、Mn 0.8%以下、Cr 0.3%以下、Zr 
    0.2%以下、V 0.2%以下のうちの1種または2
    種以上を含有し、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の溶湯を鋳造し、得られた鋳塊を
    圧延した後、その圧延板を 450〜 590℃の範囲
    内の温度で溶体化処理して、 5℃/sec以上の冷却
    速度で焼入れすることを特徴とする燐酸亜鉛処理用アル
    ミニウム合金板の製造方法。
JP3013928A 1991-01-11 1991-01-11 燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板およびその製造方法 Withdrawn JPH04235247A (ja)

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JP3013928A Withdrawn JPH04235247A (ja) 1991-01-11 1991-01-11 燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板およびその製造方法

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