JPH04325646A - 焼付け硬化性に優れたアルミニウム合金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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は優れた焼付け硬化性を有
し、自動車外板、包装用板材、構造用部材などの強度が
要求され、しかも焼付け塗装を施される様な部材に適し
た成形用アルミニウム合金およびその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】従来、自動車外板には冷延鋼
板が主に用いられていた。しかしながら、最近になり自
動車車体の軽量化要求からアルミニウム合金板を使用す
ることが検討されている。自動車外板用材料としては、
プレス成形性に優れていること、強度が高いこと、耐食
性に優れることなどが求められている。このような要求
を満足する材料として５０５２合金、５１８２合金など
のＡｌ−Ｍｇ合金（５０００系合金）や、６００９合金
、６０６１合金などのＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金（６０００
系合金）が用いられていた。前記した６０００系合金は
プレス成形性が比較的良好であり、焼付け塗装後に高い
強度が得られるため、自動車外板材へ適用されている。 従来の焼付け温度は１８０℃で１時間程度であったが、
焼付け温度が低温・短時間化する傾向がある。このため
、これらの合金では十分な焼付け塗装後の強度が得られ
ない問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
について検討の結果、低温での焼付け硬化性に優れ、か
つ耐食性にも優れた成形用アルミニウム合金およびその
製造方法を開発したものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、Ｃｕ０．５〜
２．５ｗｔ％、Ｍｇ０．５〜３．０ｗｔ％、Ｓｉ０．５
〜３．０ｗｔ％、Ｍｎ０．１０〜０．４０ｗｔ％、Ｃｒ
０．２０〜１．０ｗｔ％を含み、残部Ａｌと不可避的不
純物からなる焼付け硬化性に優れたアルミニウム合金を
請求項１とし、Ｃｕ０．５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ０．５
〜３．０ｗｔ％、Ｓｉ０．５〜３．０ｗｔ％、Ｍｎ０．
１０〜０．４０ｗｔ％、Ｃｒ０．２０〜１．０ｗｔ％、
Ｚｒ０．００１〜０．５ｗｔ％を含み、残部Ａｌと不可
避的不純物からなる焼付け硬化性に優れたアルミニウム
合金を請求項２とし、Ｃｕ０．５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ
０．５〜３．０ｗｔ％、Ｓｉ０．５〜３．０ｗｔ％、Ｍ
ｎ０．１０〜０．４０ｗｔ％、Ｃｒ０．２０〜１．０ｗ
ｔ％を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミ
ニウム合金に４００℃以上の溶体化処理を施した後、３
℃／ｓｅｃ．以上の冷却速度で冷却をおこなうことを特
徴とする焼付け硬化性に優れたアルミニウム合金の製造
方法を請求項３とし、Ｃｕ０．５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ
０．５〜３．０ｗｔ％、Ｓｉ０．５〜３．０ｗｔ％、Ｍ
ｎ０．１０〜０．４０ｗｔ％、Ｃｒ０．２０〜１．０ｗ
ｔ％、Ｚｒ０．００１〜０．５ｗｔ％を含み、残部Ａｌ
と不可避的不純物からなるアルミニウム合金に４００℃
以上の溶体化処理を施した後、３℃／ｓｅｃ．以上の冷
却速度で冷却をおこなうことを特徴とする焼付け硬化性
に優れたアルミニウム合金の製造方法を請求項４とする
ものである。すなわち、本発明はＡｌの強度を向上させ
るために添加するＣｕを適正量とすることにより耐食性
を保持させ、Ｓｉ、Ｍｇを添加して成形性および焼付後
の強度を向上させ、さらにＭｎ、Ｃｒ、Ｚｒを適宜加え
て強度を向上させたものであり、また上記の効果を得る
ため上記合金について製造条件を見出したものである。

【０００５】

【作用】本発明において、合金組成を限定したのは、以
下の理由による。Ｃｕは溶体化処理時にはマトリックス
中に固溶している。この状態で焼付け塗装加熱を施すと
ＧＰゾーン、θ′、Ｓ相などの析出により強度が向上す
る。その添加量を０．５〜２．５ｗｔ％と限定したのは
、０．５ｗｔ％未満ではその効果が小さく、２．５ｗｔ
％を越えると耐食性の低下、焼き入れ感受性が敏感にな
るなどの問題が生じる。Ｓｉは焼付け塗装時にＭｇと共
にＭｇ２　Ｓｉを析出させ強度を向上させる。その添加
量を０．５〜３．０ｗｔ％と限定したのは、０．５ｗｔ
％未満ではその効果が小さく、３．０ｗｔ％を越えると
溶体化処理後の成形性が低下するためである。Ｍｇは溶
体化処理後にはマトリックス中に固溶しており、成形性
の向上に寄与する。また、焼付け塗装時にＳｉと共にＭ
ｇ２　Ｓｉを析出させ強度を向上させる。その添加量を
０．５〜３．０ｗｔ％と限定したのは、０．５ｗｔ％未
満ではその効果が小さく、３．０ｗｔ％を越えると溶体
化処理後の強度が高くなりすぎるなどにより成形性が低
下するためである。以上のようにＳｉ、Ｍｇは焼付け塗
装時にＭｇ２　Ｓｉとして析出し、強度を向上させる。 この両元素の存在比が異なるとその焼付け硬化性も異な
り、Ｓｉ、Ｍｇの重量比がＳｉ＞０．６Ｍｇ（ｗｔ％）
とＭｇ２　Ｓｉ量に対し過剰Ｓｉであれば、より優れた
焼付け硬化性が得られる。なお、焼付け塗装時の時効挙
動をコントロールするためにＡｇ、Ｃｄ、Ｚｎなどを添
加しても本発明の効果を損なうことはない。Ｍｎはマト
リックス中に固溶し材料強度を向上させる。その添加量
を０．１０〜０．４０ｗｔ％と限定したのは、０．１０
ｗｔ％未満ではその効果が小さく、０．４０ｗｔ％を越
えると鋳造時に巨大化合物を形成することにより成形性
が低下するためである。Ｃｒは結晶粒の微細化、マトリ
ックスの強度向上に有効である。その添加量を０．２０
〜１．０ｗｔ％と限定したのは、０．２０ｗｔ％未満で
は強度向上効果が小さく、１．０ｗｔ％を越えると成形
性が低下するためである。Ｚｒはマトリックスの強度向
上に有効である。その添加量を０．００１〜０．５ｗｔ
％と限定したのは、０．００１ｗｔ％未満では強度向上
効果が小さく、０．５ｗｔ％を越えると成形性が低下す
るためである。Ｆｅは通常Ａｌの不純物として含まれる
ものである。しかし、ＦｅはＳｉと化合物を作りやすく
、０．２５ｗｔ％を越えて含まれると焼付け塗装時の強
度向上を阻害する。なお、鋳造組織の微細化材として通
常添加されるＴｉ、Ｂなどは０．１ｗｔ％以下の添加で
あれば、特に本発明の効果を損なうことはない。また、
結晶粒コントロール、マトリックス強度向上のために添
加するＮｉ、Ｖなどは０．３ｗｔ％以下であれば特に本
発明の効果を損なうことはない。次に、製造方法の条件
について説明する。溶体化処理はＣｕ、Ｓｉ、Ｍｇ等の
時効析出に有効な添加元素を一旦マトリックス中に固溶
させる。この後に焼付け塗装加熱を施すと、前記したＧ
Ｐゾーンや微細なＭｇ２　Ｓｉなどが析出し強度を向上
させることとなる。溶体化処理温度を４００℃以上とし
たのは、４００℃未満では添加元素を十分に固溶させる
ことができず、焼付け塗装加熱時の強度向上が小さい。 なお保持時間は特に規定されないが、４００℃以上とな
る時間が３秒以上であることが好ましい。

【０００６】

【実施例】以下に本発明の一実施例について説明する。 〔実施例１〕表１に示す組成のＡｌ合金を常法により溶
解、ＤＣ鋳造により鋳塊を得た。この鋳塊に均質化処理
を施した後、熱間圧延、冷間圧延により厚さ１ｍｍの板
材とした。この板材に５２０℃×１０ｓｅｃ．の加熱後
１５℃／ｓｅｃ．の冷却速度による溶体化処理を施した
。このように製造された板材について、引張試験、エリ
クセン張出試験、限界深絞り（ＬＤＲ）試験をおこなっ
た。また、焼付け塗装処理をシミュレートした１５０℃
×３０ｍｉｎ．、６０ｍｉｎ．、１８０℃×３０ｍｉｎ
．、６０ｍｉｎ．、２００℃×３０ｍｉｎ．、６０ｍｉ
ｎ．の加熱を施した後にも引張試験をおこなった。結果
を表２および表３に示す。引張試験はＪＩＳ５号引張試
験片により、引張強さ、耐力、伸びを測定した。エリク
セン張出試験はＪＩＳ　　Ｚ　　２２４７Ａ法により張
出し高さを測定した。限界深絞り（ＬＤＲ）試験はφ３
３ｍｍのポンチで潤滑油を塗布したブランクの深絞りを
おこない、破断しない最大ブランク径をポンチ径で除し
た値を求めた。

【０００７】

【表１】

【０００８】

【表２】

【０００９】

【表３】

【００１０】表２および表３より明らかなように、本発
明合金（Ｎｏ．Ａ〜Ｉ）に比べ、本発明合金の組成を外
れる比較合金（Ｎｏ．Ｊ〜Ｓ）は、溶体化処理後の成形
性、（低温・短時間の）焼付け塗装処理後の強度の何れ
か一つ以上が劣っている。

【００１１】〔実施例２〕表１に示すＮｏ．Ｂの組成の
Ａｌ合金を実施例１同様に鋳造、熱間圧延、冷間圧延を
へて厚さ１ｍｍの板材を得た。この板材に表４に示す溶
体化処理（加熱、冷却）を施した。このように製造され
た板材について、引張試験、エリクセン張出試験、限界
深絞り（ＬＤＲ）試験をおこなった。また、焼付け塗装
処理をシミュレートした１５０℃×３０ｍｉｎ．、６０
ｍｉｎ．、１８０℃×３０ｍｉｎ．、６０ｍｉｎ．、２
００℃×３０ｍｉｎ．、６０ｍｉｎ．の加熱を施した後
にも引張試験をおこなった。結果を表５に示す。

【００１２】

【表４】

【００１３】

【表５】

【００１４】表５より明らかなように、本発明例（Ｎｏ
．１〜４）に比べ、本発明方法を外れる比較例（Ｎｏ．
５、６）は、溶体化処理後の成形性、（低温・短時間の
）焼付け塗装処理後の強度の何れか一つ以上が劣ってい
る。

【００１５】〔実施例３〕実施例１により溶体化処理を
おこなった後、１８０℃×６０ｍｉｎ．の焼付け塗装シ
ミュレート加熱をおこなった。この加熱後板を片面およ
び端部をシールし、塩水噴霧試験、温水浸漬試験、およ
び複合サイクル試験により耐食性評価をおこなった。ま
た、通常の自動車用鋼板も同様に試験を実施し、耐食性
の比較をおこなった。塩水噴霧試験はＪＩＳ　　Ｚ　　
２３７１に準拠し、５％−ＮａＣｌ溶液（３５℃）によ
り９０日間おこなった。温水浸漬試験は４０℃の純水中
に６週間浸漬した。複合サイクル試験は５％−ＮａＣｌ
溶液（３５℃）噴霧：２４時間→湿潤雰囲気（４０℃、
８５％）放置：１２０時間→室温放置：２４時間を１サ
イクルとし、１２サイクル（８４日間）おこなった。試
験終了後、それぞれの腐食試験による腐食減量、および
最大孔食深さの測定をおこない評価した。結果を表６に
示す。

【００１６】

【表６】

【００１７】表６より明らかなように、本発明合金（Ｎ
ｏ．Ａ〜Ｉ）に比べ、本発明合金の組成を外れる比較合
金（Ｎｏ．Ｊ〜Ｓ）、および比較鋼板（Ｎｏ．Ｔ）は、
耐食性に劣る。

【００１８】

【発明の効果】このように本発明によれば、焼付け塗装
処理後の強度および耐食性に優れた、成形用アルミニウ
ム合金を得ることができるもので、工業上顕著な効果を
奏するものである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　Ｃｕ０．５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ０．
   ５〜３．０ｗｔ％、Ｓｉ０．５〜３．０ｗｔ％、Ｍｎ０
   ．１０〜０．４０ｗｔ％、Ｃｒ０．２０〜１．０ｗｔ％
   を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなる焼付け硬化
   性に優れたアルミニウム合金。
2. 【請求項２】　　Ｃｕ０．５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ０．
   ５〜３．０ｗｔ％、Ｓｉ０．５〜３．０ｗｔ％、Ｍｎ０
   ．１０〜０．４０ｗｔ％、Ｃｒ０．２０〜１．０ｗｔ％
   、Ｚｒ０．００１〜０．５ｗｔ％を含み、残部Ａｌと不
   可避的不純物からなる焼付け硬化性に優れたアルミニウ
   ム合金。
3. 【請求項３】　　Ｃｕ０．５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ０．
   ５〜３．０ｗｔ％、Ｓｉ０．５〜３．０ｗｔ％、Ｍｎ０
   ．１０〜０．４０ｗｔ％、Ｃｒ０．２０〜１．０ｗｔ％
   を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなるアルミニウ
   ム合金に４００℃以上の溶体化処理を施した後、３℃／
   ｓｅｃ．以上の冷却速度で冷却をおこなうことを特徴と
   する焼付け硬化性に優れたアルミニウム合金の製造方法
   。
4. 【請求項４】　　Ｃｕ０．５〜２．５ｗｔ％、Ｍｇ０．
   ５〜３．０ｗｔ％、Ｓｉ０．５〜３．０ｗｔ％、Ｍｎ０
   ．１０〜０．４０ｗｔ％、Ｃｒ０．２０〜１．０ｗｔ％
   、Ｚｒ０．００１〜０．５ｗｔ％を含み、残部Ａｌと不
   可避的不純物からなるアルミニウム合金に４００℃以上
   の溶体化処理を施した後、３℃／ｓｅｃ．以上の冷却速
   度で冷却をおこなうことを特徴とする焼付け硬化性に優
   れたアルミニウム合金の製造方法。