JPH07252613A - 極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｇ系合金板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極低温において優れた成形加工性を示すＡｌ
−Ｍｇ系合金板を提供する。 【構成】 Ｍｇ：１．０〜６．０重量％を含有し、残部
Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ系合金を、
連続鋳造後鋳片温度を熱間圧延温度以上に保持して熱間
圧延し、その後冷間圧延によって所定の板厚としたもの
であり、且つ不溶性化合物粒の最大長さが２μｍ以下で
あると共に、その体積分率を１．５％以下に抑制したも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＡｌやＡｌ合金の新し
い成形加工方法として注目されている極低温成形加工法
を適用するに際し、優れた成形加工性を有するＡｌ−Ｍ
ｇ系合金板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌやＡｌ合金は、家庭用品を始めとし
て、自動車，航空機，鉄道車両，船舶，建築等の様々な
分野での部品材料として広範囲に使用されている。Ａｌ
やＡｌ合金は、金属材料として優れた性質を有している
ものの、通常のプレス成形を適用するには、その成形性
に限界があり、従ってプレス成形によって複雑な形状に
成形を行うことは困難であるという欠点があった。こう
したことから、プレス成形性の優れたＡｌ合金材料の開
発と共に、成形加工技術の改良も盛んに進められてい
る。

【０００３】本出願人は、かねてより成形加工技術の研
究を進めており、その研究の一環として、極低温成形加
工法を開発した。この極低温成形加工方法は、ＡｌやＡ
ｌ合金が極低温において引張強度および伸び等に優れた
機械的性質を示すという、新し知見が得られたことによ
り開発された加工方法であり、その技術的意義が認めら
れたので先に出願している（特願平２−４１６２７９
号）。即ち、上記極低温成形加工法は、ＡｌやＡｌ合金
板にプレス潤滑油を塗布した後、液体窒素中に浸漬し、
極低温においてプレス成形加工を行うものであり、従来
において成形が不可能であった複雑な形状の部品の成形
ができるようになった。これは、−４０℃以下の極低温
に冷却されると潤滑油が劣化して、潤滑性が損なわれる
とされてきたのが、実際には潤滑油が極低温下ではワッ
クス状となり、潤滑性は逆に向上することを知見したこ
とによるものである。

【０００４】しかしながら、上記極低温加工法に使用す
るＡｌ合金材料として、従来のものをそのまま使用した
のでは、複雑な形状への成形ができるとはいっても未だ
充分とはいえず、極低温成形加工に適したＡｌ合金材料
の開発が望まれていた。即ち、極低温において成形加工
を行なうと、粒界破壊が発生して、却って加工性が著し
く低下する場合があるという問題があった。

【０００５】ところで成形用Ａｌ合金板の製法として
は、半連続鋳造法等によって製造した鋳塊に面削処理や
均質化熱処理を施した後、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍等
を順次行なう方法が従来から一般的に採用されており、
この様な工程を経て製造される従来の成形用Ａｌ合金板
は成形性が良好であると共に、ある程度の強度も備えて
おり、需要者の要求を一応満足していた。ところが近年
における需要者の要求は一段と厳しくなってきており、
軽量化を増進するために更に高い強度を求める傾向があ
るばかりでなく、成形性においても一層の向上が望まれ
ており、更には生産性向上によるコストダウンの要求も
次第に高まってきている。

【０００６】こうした要望に沿う比較的新しいＡｌ合金
板製造技術として、連続鋳造後直ちに圧延工程に送って
熱間圧延および冷間圧延を行なう手法（以下、連鋳・直
送圧延法ということがある）を採用し、面削や均質化熱
処理を省略する方法が検討されている（例えば、特開昭
５５−２７４９７号、特公昭６２−５４１８２号等）。
この方法によれば、面削や均質化熱処理の省略によるコ
ストダウンが図れると共に、鋳造工程で過飽和に固溶し
た固溶元素は均質化熱処理時に析出するということも起
こらなくなるために、固溶強化による高強度化もこ増進
されるという利点を得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこうした状況
の下になされたものであって、その目的は、極低温にお
いて優れた成形加工性を示すＡｌ合金板を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明の低温成形加工用Ａｌ合金板とは、Ｍｇ：１．０〜
６．０重量％を含有し、残部Ａｌおよび不可避不純物か
らなるＡｌ−Ｍｇ系合金を、連続鋳造後鋳片温度を熱間
圧延温度以上に保持して熱間圧延し、その後冷間圧延に
よって所定の板厚としたものであり、且つ不溶性化合物
粒の最大長さが２μｍ以下であると共に、その体積分率
を１．５％以下に抑制したものである点に要旨を有する
ものである。

【０００９】

【作用】本発明者らは、極低温成形加工法を適用するに
際し、最適なＡｌ合金圧延板を得る条件について様々な
角度から検討した。その結果、含有成分および成分割合
を厳密に調整したＡｌ−Ｍｇ系合金（以下、単にＡｌ合
金と呼ぶことがある）を用い、前記した連鋳・直送圧延
法を適用して製造したものであり、且つ不溶性化合物粒
の最大長さおよび体積分率を適切に調整する様にすれ
ば、極低温において優れた成形加工性を示すＡｌ合金板
が得られることを見出し、本発明を完成した。まず本発
明で用いるＡｌ合金の成分範囲限定理由は下記の通りで
ある。

【００１０】Ｍｇ：１．０〜６．０重量％ Ｍｇは、強度および圧延を向上させるのに有効な元素で
ある。Ｍｇの含有量が１．０重量％未満では上記効果が
十分に発揮されず、極低温成形加工性が悪くなる。一
方、Ｍｇが６．０重量％を超えると、連続鋳造が困難に
なる。即ち、本発明のＡｌ合金は、連続鋳造によってＭ
ｇを強制固溶するので、従来よりもＭｇの添加量を低減
しても、強度と延性を損なうことなく、且つ粒界破壊の
原因となるＭｇの粒界偏析を低減させることができるこ
とを見出したのである。尚Ｍｇのより好ましい含有量は
２．０〜５．０重量％であり、更に好ましくは３．０〜
４．０重量％の範囲である。

【００１１】本発明で用いるＡｌ合金は、Ｍｇを基本成
分とし、残部Ａｌおよび不可避不純物よりなるものであ
るが、必要によってＣｒ，Ｚｒ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ等の
元素を所定量含有させても良い。これらの元素を含有さ
せるときの成分範囲限定理由は下記の通りである。

【００１２】Ｃｒ：０．３重量％以下，Ｚｒ：０．３重
量％以下およびＭｎ：０．５重量％以下よりなる群から
選ばれる１種以上の元素（いずれも０重量％を含まな
い） これらの元素は結晶粒を微細化して粒界破壊を阻止し、
極低温成形加工性を向上させるのに有効な元素である。
しかしながら含有量が過剰になると、Ａｌ−Ｃｒ系，Ａ
ｌ−Ｚｒ系，Ａｌ−Ｍｎ系の化合物が多量に生成し、成
形時の破壊の起点となり、極低温成形加工性を低下させ
る。こうしたことからＣｒおよびＺｎの含有量は０．３
重量％以下、Ｍｎの含有量は０．５重量％以下とする必
要がある。

【００１３】Ｃｕ：１．５重量％以下および／またはＺ
ｎ：２．５重量％以下（いずれも０重量％を含まない） これらの元素は、いずれも強度向上に有効である。また
Ｃｕは、延性の向上にもに寄与する。一方、Ｚｎは、耐
応力腐食割れ性を向上させるのにも有効である。しかし
ながらＣｕの含有量が１．５重量％を超えるとＡｌ−Ｃ
ｕ−Ｍｇ系の粗大化合物が不可避に生成し、極低温成形
加工性を極端に劣化させる。またＺｎの含有量が２．５
重量％を超えると極低温において粒界破壊を起こし易く
なる。

【００１４】本発明のＡｌ合金板は、前記連続鋳造・直
送圧延法によって製造されることを基本的に想定したも
のであるが、この様に連続鋳造を実施することによっ
て、不溶性化合物である晶出物を微細化し、プレス成形
性を向上させるという効果が発揮される。また連続鋳造
によれば、Ｍｇや、必要によって添加されるＣｕを過飽
和に固溶させることができ、強度、延性および焼付け硬
化性等を向上させるという効果も発揮される。但し、上
記の様な効果は、連続鋳造により移動帯板として直ちに
熱間圧延するような前記連鋳・直送圧延法を適用した場
合だけに限らず、連続鋳造された鋳片を、最終的に熱間
圧延温度以上となるように（一旦熱間圧延温度未満にな
る場合も含む）調整して熱間圧延しても発揮されるもの
であり、要するに「連続鋳造後鋳片温度を熱間圧延温度
以上に保持して」熱間圧延されればよい。

【００１５】尚本発明のＡｌ合金板を製造する際に適用
する連続鋳造法については、特に限定されるものではな
く、下記（１）〜（４）等に示す様な方法のいずれをも
採用できる。 （１）固定式の水冷連鋳鋳型から板状に成形されて出て
くる連鋳片を、冷却水で直接水冷固化し、連続的に鋳造
する水冷式連続鋳造法。 （２）回転する一対の水冷ロール間に、溶湯を供給して
ロール間で冷却固化し、連続的に板に鋳造する双ロール
鋳造法。 （３）可動式の２つのベルト状の冷却部材の間に、溶湯
を供給してベルト間で冷却固化し、連続的に板に鋳造す
るベルト式連続鋳造法。 （４）可動式の２つのブロック状の冷却部材の間に、溶
湯を供給してブロック間で冷却固化し、連続的に板に鋳
造するブロック式連続鋳造法。

【００１６】ところで本発明における不溶性化合物と
は、ＦｅやＳｉ等の不純物を含有する化合物であって、
処理温度を高くしても合金中に固溶せずに粒状に晶出す
る化合物をいうが、本発明においては、この不溶性化合
物粒の最大長さが２μｍ以下であると共に、その体積分
率を１．５％以下に抑制することが必要である。即ち、
本発明のＡｌ合金板においては、不溶性化合物粒の最大
長さが２μｍを超えたり、その体積分率が１．５％を超
えると、成形性が劣化して本発明の目的が達成されな
い。尚上記不溶性化合物粒の最大長さは、成形性の観点
から１．５μｍ以下が望ましく、１．０μｍ以下である
ことがより好ましい。また不溶性化合物の体積分率は
１．０％以下であることが好ましい。

【００１７】上記不溶性化合物粒の最大長さとは、例え
ば球状や円盤状の結晶であれば最大直径を与える様な切
断面を形成した時の最大直径であり、また略立方体や略
直方体の結晶であれば最も長い対角線の長さを指し、不
特定な形状の結晶であれば最も離れた表面上の２点間の
長さを言う。尚上記不溶性化合物粒の最大長さを測定す
るにあたっては、電子顕微鏡を用い顕微鏡視野で算出す
ればよい。

【００１８】上記不溶性化合物は、前述したように連続
鋳造を適用することによってその大きさを小さく且つ低
減できるが、上記の要件を満足させるためには、その原
因となるＦｅやＳｉ等の不純物をできるだけ低減するこ
とが好ましい。こうした観点から、ＦｅおよびＳｉは、
合計で０．６重量％以下（実質的に０重量％を含む）に
抑えるのが好ましい。即ち、連続鋳造を適用しても、Ｆ
ｅやＳｉ等が合計で０．６重量％を超えると、不溶性化
合物粒の最大長さが２μｍを超えたり、その体積分率が
１．５％を超える場合がある。

【００１９】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、本発明は下記実施例によって限定されるもの
ではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することは
いずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００２０】

【実施例】表１に示す化学成分組成のＡｌ−Ｍｇ系合金
を、薄板連続鋳造法によって作成し、２０ｍｍの移動帯
板を得た。但し、表１中のＮｏ．１５のものは、通常の
方法で製造したＪＩＳ ５１８２合金である。これらの
移動帯板を、鋳造後、直ちに熱間圧延して５ｍｍの板材
とした。このときの熱間圧延の開始温度は４５０℃、お
よび終了温度は３５０℃とした。その後、冷間圧延で厚
さ２ｍｍとし、５３０℃で３０秒間の急速加熱焼鈍を施
し、更に冷間圧延で厚さ１ｍｍとした。その後５３０℃
で３０秒間の急速過熱焼鈍を施し、各種Ａｌ−Ｍｇ系合
金板を得た。

【００２１】

【表１】

【００２２】得られたれら各種Ａｌ−Ｍｇ系合金板板材
に潤滑油を塗布した後、液体窒素に浸漬し、直ちにエリ
クセン試験を行なうと共に、走査型電子顕微鏡で不溶性
化合物粒を観察し、画像解析でその最大長さと体積分率
を測定した。これらの結果を、表２に示すが、本発明で
規定する要件を満足する本発明材（Ｎo.１〜６）は比較
材（Ｎo.７〜１４）および従来材（Ｎo.１５）に比べて
優れた極低温成形性を示していることがわかる。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、極
低温成形加工性に優れたＡｌ−Ｍｇ系合金板が実現でき
た。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｇ：１．０〜６．０重量％を含有し、
   残部Ａｌおよび不可避不純物からなるＡｌ−Ｍｇ系合金
   を、連続鋳造後鋳片温度を熱間圧延温度以上に保持して
   熱間圧延し、その後冷間圧延によって所定の板厚とした
   ものであり、且つ不溶性化合物粒の最大長さが２μｍ以
   下であると共に、その体積分率を１．５％以下に抑制し
   たものであることを特徴とする極低温成形加工用Ａｌ−
   Ｍｇ系合金板。
2. 【請求項２】 更に、Ｃｒ：０．３重量％以下（０重量
   ％を含まない），Ｚｒ：０．３重量％以下（０重量％を
   含まない）およびＭｎ：０．５重量％以下（０重量％を
   含まない）よりなる群から選ばれる１種以上を含有する
   ものである請求項１に記載の極低温成形加工用Ａｌ−Ｍ
   ｇ系合金板。
3. 【請求項３】 更に、Ｃｕ：１．５重量％以下（０重量
   ％を含まない）および／またはＺｎ：２．５重量％以下
   （０重量％を含まない）を含有するものである請求項１
   または２に記載の極低温成形加工用Ａｌ−Ｍｇ系合金
   板。
4. 【請求項４】 不可避不純物として含まれるＦｅおよび
   Ｓｉを、合計で０．６重量％以下（０重量％を含む）に
   抑えたものである請求項１〜３のいずれかに記載の極低
   温成形加工用Ａｌ−Ｍｇ系合金板。