JPH0432531A - 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

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】 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。

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か試
みられるようになっている。

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
ディシートは焼付は塗装を施すことから、焼付は塗装後
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。

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。

（イ）　非熱処理型Ａｌ−Ｍｇ合金である５０５２合金
の０材あるいは同じ＜　５１８２合金のＯ材。

（ロ）　　熱処理型Ａｌ−Ｃｕ合金である２０３６合金
Ｔ合金理材もしくはＴ６処理材。

（ハ）　熱処理型Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃｕ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５３〜１０３９１４号、
あるいは特開昭５’ｌ−９８６４８号記載の合金などが
ある。また「日経ニューマテリアル　１９８６年４月７
日号」の６３〜７２頁、特に６４頁で紹介されているＡ
ｌ４．５％Ｍ　ｇ−０，３８％Ｃｕ−１，４６％Ｚｎ−
０，１８％Ｆｅ−０，０９％Ｓｉ合金もある。

に）　熱処理型Ａｌ−Ｍｇ−３ｔ合金である６００９合
金Ｔ合金理材、６０１０合金Ｔ合金理材（例えば特開昭
５’１ｌｋ３９４９９号参照）。さらに特公昭６１１５
１４８号で提案されているＡＣ１２０合金Ｔ４合金材な
ど。

発明が解決しようとする課題 上記の（イ）〜に）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、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。

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
成されない問題かある。

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か発生しゃすくなる問題かある。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。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、良
好な成形加工性および高い強度を有すると同時に、燐酸
亜鉛処理性に優れ、塗膜の密着性か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。

課題を解決するための手段 請求項１に３己載の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板
は、ＭｇＬ１〜１．５％、Ｓ　ｉ　　０．３〜２，５９
６゜Ｚｎ　　１３〜（１，５％を含有し、かッＦ　ｅ　
　０．５９６Ｊニー）下、Ｍｎ０．ｌ１％以下、Ｃｒ　
　θ３％以ド、Ｚ　ｒ　　０．２９ｏ以下、Ｖ（１，２
％以下のうちの１種または２種以上を含有し、さらにＣ
ｕが０．０５％未満に規制され、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。

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
板の製造方法は、前述のような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４５０〜５９００Ｃの範１ｍ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。

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。

Ｍｇ： ＭｇはＳｉと共存することによりＭ　ｇ　２　Ｓ　ｉを
生成し、強度向上に寄与する。Ｍｇ量が０１％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。

Ｓｉ Ｓｊは強度と成形性の向上に必要な元素であり、特にＭ
ｇと共存することにより強度向上に大きく寄与する。Ｓ
ｉ量が０３％未満ては強度向上の効果が不充分であり、
一方Ｓｉ量か２５％を越えれば金属Ｓ１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Ｓｌ
量は　０３〜２．５％の範囲内とした。

Ｚｎ Ｚｎは燐酸亜鉛処理性を向上させて、板表面に燐酸亜鉛
皮膜が充分に生成されるようにするとともに、燐酸亜鉛
処理による燐酸亜鉛粒子を均一微細化させる。その結果
、燐酸亜鉛皮膜の上に形成する塗膜の密着性を向上させ
、糸端性等の塗装後の耐食性を良好にするに寄与する。

Ｚｎ量が０３％未満では上記の効果が充分に得られず、
一方Ｚｎ量が０５％を越えれば、合金板自体の耐食性が
低下する。したがってＺｎ量は０３〜０５％の範囲内に
限定した。

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０５％を越えれば成形性か低下す
るから、Ｆｅは０５％以下とする。またＭｎ、０．８％
、Ｃｒ０．３％、Ｚｒ０．２％、７０．２％を越えれば
、巨大金属間化合物か生成されて成形性が低下するから
、Ｍ　ｎは０８％以下、Ｃｒは０．３％以下、Ｚｒは０
．２り６以下、■は０２％以下とした。

Ｃｕ　： Ｃｕは燐酸亜鉛処理性は向上させるものの、材料として
の耐食性、特に糸端性を低下させる。したがってＣｕは
積極添加元素ではないが、耐糸錆性向上のためにその含
有量を規制する必要かある。

特にＣｕ量が００５％以上となれば糸端性が低下するか
ら、Ｃｕ量は０．０５％未満に抑制する。

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。

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、Ｔ１１もしくはＴ１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
Ｔ１１もしくはＴ】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Ｔ　ｉ　Ａ
ｌ３が晶出して成形性を害するから、Ｔｉは０．１５％
以下とし、また、Ｔ１とともにＢを添加する場合、Ｂ量
が５００ｐｐｍを越えればＴ　ｉ　Ｂ　２の粗大粒子が
混入して成形性を害するから、Ｂは５００ｐｐ１１１以
下にすることが好ましい。

またこれらの合金には微量のＢｅか添加されてもよい。

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との不純物の
混入を防止する。しかしながら、　５００ｐｐ＋ｎを越
えてＢｅを添加させても−に記の効果は飽和し、経済的
に無意味となるから、Ｂｅを添加する場合のＢｅ量は５
００ｐｐ＋ｎ以下とすることが好ましい。

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
ミニウム合金の製造方法、すなわち請求項２の発明の方
法について説明する。

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Ｍ
ｇ、Ｓｉを得ることができる。このときの処理温度が４
５０　ｏＣ未満て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は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℃／　ｓｅｅ以上と
する必要がある。

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。

すなわち、先ず前記成分組成の合金溶湯を常法にしたが
って溶製し、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か
、一般には２５　＋ｎ＋ｎ　／　ｍｉｎ〜２５０Ｍ　／
　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４５０℃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。

なお上述の半連続鋳造法に代えて、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〜ｂ 果的である。

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．
５〜３正程度の板とする。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
れかあるか、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℃Ｘ　　ｌＸ４８時間か適当で
ある。中間焼鈍温度が２５０℃未満ては再結晶か生じず
、一方４５０℃を越えれば結晶粒の粗大化か起りやすく
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
を悪化させるたけである。

また中間焼鈍は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４００〜５８０℃か適当てあり、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。

冷間圧延により所要の板厚とした後には、前述のような
　４５０〜５９００Ｃ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か、通常
は１０秒以上か好ましい。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かなされるため、結晶粒が微細
化されて成形性が向上する。

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。

実　　施　　例 ［実施例１］ 第１表の試料番号１〜５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　５００Ｘ　１２００Ｘ　　３００＋ｎｍてあり
、また鋳造速度は６５　ｍｍ　／　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５ｍｌ
１１の熱延板とした。次いでその熱延板を厚さ　１ｍｍ
まて冷間圧延した。得られた冷延板に対し、５［ｉ’ｌ
：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℃／５ｅｅ）した。

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。その結果を第２表に示す。

なお第２表において、エリクセン値は、Ｉｔｓ−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、　Ｉ（ｌ［１ｍφ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
。

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、焼付は塗装を想定し
て１７５℃Ｘ　　Ｉｈｒの加熱を行なった後の強度を調
べた。それらの結果を第３表に示す。

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
装を行なって糸端性を調べた。その結果を第４表に示す
。なおここで燐酸亜鉛処理性および糸端性は次のように
して調べた。

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、１５％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、次いて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、Ｉ　ｇ　／　ｒｄ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。

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Ｘ印の疵を人工的につけた後、ＪＩＳ　Ｚ２３７
＋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、発生した糸端の長さを調べて糸端性を
評価した。

なお第２表〜第４表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６）に
ついても行なった。

第２表、第３表に示すように、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、
焼付は硬化性、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、糸端性は第４表に示すように亜鉛
メツ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。

［実施例２］ 第５表の試料番号７．８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！閣の冷延板を得た。

この冷延板に対し、連続焼鈍炉を用い、約り０℃／式の
昇温速度で５４０℃に加熱してその温度で１Ｏｓｅｃ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についての第２表〜第４表に対応
して第６表〜第８表に示す。

第　　　８　　　表 第６表〜第８表に示すように、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
は硬化性、成形性を有すると同時に、優れた燐酸亜鉛処
理性、糸端性を有していることが明らかである。

発明の効果 請求項１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、特に糸端性に優れており
、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。

また請求項２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。

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。

出願人　　スカイアルミニウム株式会社代理人　　弁理
士　　豊　１）武　久

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｍｇ０．１〜１．５％（重量％、以下同じ）、Ｓ
   ｉ０．３〜２．５％、Ｚｎ０．３〜０．５％を含有し、
   かつＦｅ０．５％以下、Ｍｎ０．８％以下、Ｃｒ０．３
   ％以下、Ｚｒ０．２％以下、Ｖ０．２％以下のうちの１
   種または２種以上を含有し、さらにＣｕが０．０５％未
   満に規制され、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. （２）Ｍｇ０．１〜１．５％、Ｓｉ０．３〜２．５％、
   Ｚｎ０．３〜０．５％を含有し、かつＦｅ０．５％以下
   、Ｍｎ０．８％以下、Ｃｒ０．３％以下、Ｚｒ０．２％
   以下、Ｖ０．２％以下のうちの１種または２種以上を含
   有し、さらにＣｕが０．０５％未満に規制され、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。