JPH0730431B2

JPH0730431B2 - 成形加工用アルミニウム合金硬質板の製造方法

Info

Publication number: JPH0730431B2
Application number: JP5116588A
Authority: JP
Inventors: 和博深田; 伸二照田; 政文溝内
Original assignee: スカイアルミニウム株式会社
Priority date: 1988-03-04
Filing date: 1988-03-04
Publication date: 1995-04-05
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: JPH01225755A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は缶胴材等の成形加工の用途に使用される深絞
り性の優れたAl−Cu−Mg−Mn系アルミニウム合金硬質板
の製造方法に関し、特に塗装焼付け処理が施される用途
に適した強度が得られかつ方向性、成形性にも優れた成
形加工用アルミニウム合金硬質板の製造方法に関するも
のである。

従来の技術缶胴材として用いられるアルミニウム合金板について
は、より薄肉の板を利用することによる材料コスト低減
を期待して、最近ではより一層の薄肉化および高強度化
が進められている。この種の用途には従来から種々のア
ルミニウム合金硬質板が用いられているが、そのうちで
もJIS規格3004合金の硬質板（例えばH19材）は、強度を
上げるために高い圧延率で冷間圧延した場合でも比較的
良好な成形性を有することから、従来から缶胴材に広く
用いられている。この3004合金硬質板は、均質化処理
後、常法に従って熱間圧延し、次いで冷間圧延を施して
からあるいは冷間圧延を施さずに、中間焼鈍を行ない、
その後最終冷間圧延を施す工程で製造されることが多
い。このような従来の製造工程においては、中間焼鈍は
一般に箱型焼鈍炉を用いて300〜400℃で30分から３時間
程度の焼鈍を施すのが通常であり、また最終冷間圧延の
圧延率は70％以上とするのが通常である。一方、最近で
は連続焼鈍炉が普及しつつあり、連続焼鈍炉を用いた場
合は中間焼鈍において急速昇温、急速冷却が可能となる
ところから、これによる溶体化効果を利用して比較的最
終冷間圧延率が低くても高強度が得られるようにしたプ
ロセスも提案されている。

発明が解決すべき問題点前述のような二つのプロセスは、各々異なる問題点を有
している。すなわち、連続焼鈍プロセスの場合、合金成
分組成によっては、従来の箱型焼鈍炉を用いたバッチ焼
鈍における耳率低減策では成形加工に供せられる最終板
の耳率が極端に高くなって材料歩留りの低下や成形加工
上のトラブルを招くことがあり、そこで中間焼鈍に供さ
れるまでの過程で耳率低減のために特殊な工夫を要する
問題がある。

一方、箱型焼鈍炉を用いたプロセスでは、強度を高めよ
うとすれば最終冷間圧延での圧延率を高くせざるを得
ず、その場合耳率制御が困難となるとともに成形性もや
や悪化する問題がある。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、箱
型焼鈍炉のように昇温速度、冷却速度が遅い焼鈍炉を適
用しても連続焼鈍の場合のような溶体化効果が得られる
ようにし、これにより最終冷間圧延での圧延率を低目に
抑えつつ、強度、特に塗装焼付後の強度が高くしかも耳
率（方向性）、成形性に優れた硬質板を得ることができ
る方法を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段この発明においては、基本的には素材成分組成、特にF
e、Si量を適切に調整するとともに、中間焼鈍に供せら
れる圧延板の歪量を適切に調整することによって、前述
の問題点を解決した。

すなわちこの発明の成形加工用アルミニウム合金硬質板
の製造方法は、基本的にはMg0.8〜2.5％、Cu0.3〜1.0
％、Mn0.6〜1.8％、Si0.2〜1.0％、Fu0.2〜1.0％を含有
し、かつFe（％）/Si（％）比が3.0以下であり、残部が
Alおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合金鋳塊
を熱間圧延した後、圧延板の強度がその素材を95％冷間
圧延した場合の強度とＯ材処理した場合の強度との中間
点以下の強度となるように、冷間圧延を施すかまたは１
回以上の冷間圧延と１回以上の焼鈍とを繰返して施し、
しかる後、前記強度の圧延板に対して370℃以上の温度
で１時間以上の最終の中間焼鈍を施し、さらに圧延率60
％以下の最終冷間圧延を施すことを特徴とするものであ
る。

なおここで、最終の中間焼鈍の温度域は、370℃以上400
℃未満の範囲内とすることが望ましい。また最終冷間圧
延後には、140〜160℃の温度域で２時間以上の時効処理
を行なうことが望ましい。

作用先ずこの発明の成形加工用アルミニウム合金硬質板の素
材成分の限定理由を説明する。ここで、以下の各合金成
分は、強度を高めるとともに耳率や成形性の制御を目的
として添加されるものである。

Mg: MgはCu、Siとの共存によりG.P.ゾーン→β′Mg₂Si→βM
g₂SiあるいはG.P.ゾーン→Ｓ′Al₂CuMg→SAl₂CuMgとい
った析出過程をたどり、その中間相の析出過程で強度向
上に寄与する。缶胴材の場合厚さ0.3mm程度に薄肉化し
ても、塗装焼付け処理後の耐力で27〜29kgf/mm²程度の
強度を有すれば缶底部の圧力容器としての目安である耐
圧強度は問題とならず、したがってそれ以上の強度向上
は図らずに強度は上述の値を目標として、むしろ成形歩
留りやツーリング性に影響する方向性や成形性の向上を
目標とすべきであり、Mgの成分限定も強度と成形性の調
和から定められる。

Mgが0.8％未満では60％以下の最終冷間圧延率で焼付け
処理後に耐力27kgf/mm²以上を得ることが困難であり、
一方60％を越える圧延率の最終冷間圧延を施した場合に
は方向性の制御が困難となる。そこでMg量の下限は0.8
％とした。一方Mgを2.5％以上添加した場合には加工硬
化によって再絞り性やしごき性が悪くなる。したがって
Mg量の上限は2.5％とした。

Cu: この発明の方法では塗装焼付け処理後の強度は焼付け処
理時の時効硬化を利用して得ており、この効果は、Al−
Cu−Mg系析出物の析出過程で生じる。この発明の特徴の
一つである昇温速度、冷却速度の遅い箱型焼鈍炉を用い
た中間焼鈍を適用してこの効果を得るためには、Cu量は
0.3％以上が必要であり、特に0.5％以上が望ましい。一
方Cuを1.0％を越えて添加した場合、時効による硬化は
容易に得られるものの、成形中に加工硬化し易くなって
成形性を損なう。したがってCu量の上限は1.0％とし
た。

Mn: Mnは強度向上に寄与するとともに成形性向上、特にしご
き加工性の向上に有効な元素である。特にこの発明で主
用途としている缶胴材では、しごき加工がなされること
からMnは重要となっている。通常アルミ材のしごき加工
においてはエマルジョンタイプの潤滑剤が用いられてい
るが、Mn系晶出物が少ない場合、同程度の強度を有して
いてもエマルジョンタイプの潤滑剤だけでは潤滑能が不
足し、ゴーリングと称させる擦疵や焼付きなどの外観不
良が発生する。そこで適切な大きさ、適切な量のMn系化
合物を晶出させることによって固体潤滑能を与えて、上
述の問題を解決することができる。連続鋳造を用いた冷
却速度の速い鋳造では、Mnを1.8％を越えて添加しても
問題なく鋳造できかつ晶出物サイズもその後の熱処理で
調整することが可能であるが、現在主流であるDC鋳造で
は、Mnを1.8％を越えて添加した場合、MnAl₆の初晶巨大
金属間化合物が発生し、逆に著しく成形性を損なってし
まう。そこでMn量の上限は1.8％とした。一方Mnが0.6％
未満ではMn化合物による上述の固体潤滑効果が得られ
ず、そこでMn量の下限は0.6％とした。

Fe: Fe、SiはMnの晶出や析出を促進し、アルミマトリックス
中の固溶量やMn系不溶性化合物の分散状態を制御するた
めに必要な元素である。箱型焼鈍炉による中間焼鈍を適
用して最適な方向性や再結晶粒度を得るためには、昇温
速度が遅い熱履歴に応じた固溶状態、不溶性化合物の分
散状態、および加工歪が中間焼鈍前に必要となるが、こ
の状態を得る必要条件はMn添加量に応じたFe、Siの添加
である。Feが0.2％未満では適正な分散状態を得ること
が困難であり、一方Feが1.0％を越えればMn添加と併せ
て、初晶巨大化合物が発生し、成形性を著しく損なうこ
ととなる。そこでFe添加量は下限を0.2％、上限を1.0％
とした。

Si: Mg₂Si系の析出過程でも時効硬化が期待できることは良
く知られているが、この発明の方法におけるSiの添加
は、強度向上よりもむしろ方向性の制御にある。Feは再
結晶粒を細かくするためには積極的に添加して良い元素
であるが、アルミマトリックス中にFeが固溶されている
場合、45゜耳が発生しやすくなるから、アルミマトリッ
クス中にはFeは固溶させない方が良い。

SiはFeの析出を促進し、結果的にアルミマトリックス中
のFe固溶量を減らし、箱型焼鈍プロセスの場合に方向性
を良好にさせる。したがってSiはFe量に応じて添加する
ことが必要であり、箱型焼鈍炉を中間焼鈍に用いた場合
に上述の効果を得るためにはFe（％）/Si（％）の比が
3.0以下となるように添加することが必要であり、特にF
e（％）/Si（％）の比が1.8以下となるように定めるこ
とが望ましい。そしてSiが0.2％未満では最適Fe/Si比を
得ることが困難であり、一方Siが1.0％を越えればFeを
析出させる効果が飽和してしまい、無意味となる。した
がってSi量は0.2〜1.0％の範囲内とした。

以上の各成分の残部は、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
結晶粒微細化のためにTi、あるいはTiおよびＢを微量添
加することがあり、この発明の場合も微量のTi、あるい
はTiおよびＢを添加しても良い。但しTiを添加する場
合、0.01％未満ではその効果が得られず、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0.0
1〜0.15％の範囲内とすることが好ましい。またTiとと
もにＢを添加する場合、Ｂが1ppm未満ではその効果が得
られず、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１〜500ppmの範囲内とすること
が好ましい。

次にこの発明の方法における製造プロセスについて説明
する。

先ず前述のような成分組成を有するアルミニウム合金鋳
塊を常法に従ってDT鋳造法によって鋳造する。次いでそ
の鋳塊に対して、均質化処理としての加熱を施した後熱
間圧延前の予備加熱を施すか、または均質化処理を兼ね
た熱間圧延前予備加熱を施し、引続き常法に従って熱間
圧延を行なう。その後、冷間圧延を施してから中間焼鈍
を行なうか、または１回以上の冷間圧延と１回以上の焼
鈍を繰返してから最終の中間焼鈍を行なう。この過程に
おいては、最終の中間焼鈍に供される圧延板の強度が、
その素材を95％冷間圧延した場合の強度S₉₅と同じ素材
をＯ材処理（完全軟質化処理）した場合の強度S₀との中
間点の強度、すなわち（S₉₅＋S₀）/2以下の強度となる
ように、冷間圧延条件、もしくは冷間圧延と熱処理の条
件を調整する。このように最終の中間焼鈍に供される圧
延板の強度を定めた理由を次に説明する。

この発明の方法においては、箱型焼鈍のような昇温速
度、冷却速度の遅い焼鈍で中間焼鈍を行なっても連続焼
鈍の場合のような溶体化効果が得られることを狙ってい
るが、その目的を達成するために箱型焼鈍での中間焼鈍
条件や中間焼鈍に供される圧延板の条件等について詳細
な実験・検討を重ねた結果、次のような事実が判明し
た。すなわち、先ず370℃未満の温度で最終の中間焼鈍
を行なった場合には、たとえ保持時間を長くしても焼鈍
過程で発生するAl−Cu−Mg系の粗大な安定相は再固溶せ
ず、そのため強度向上はおろかむしろ強度低下を招いて
しまう。このAl−Cu−Mg系の析出は平衡状態で起こるの
ではなく、箱型焼鈍のような徐速焼鈍特有の回復過程で
発生し、したがって最終の中間焼鈍に供せられる圧延板
の加工歪量に影響されることが判明した。このことは、
箱型焼鈍による最終の中間焼鈍で溶体化効果を得るため
には最終の中間焼鈍に供される圧延板の加工歪量を制限
する必要があることを意味する。一方、Mgを含有したア
ルミニウム合金圧延板を400℃以上の高温で箱型焼鈍炉
により焼鈍した場合、不活性ガス雰囲気中で焼鈍しても
圧延油中の酸素の影響やコイル中の酸素の影響によって
酸化が進み、その後の冷間圧延工程では酸化層のために
表面品質を維持しつつ圧延することが困難となり、生産
性や歩留りも悪くなるので好ましくない。そこで極力低
い中間焼鈍温度でしかもAl−Cu−Mg系の粗大析出物を発
生させずに溶体化効果が得られる最終の中間焼鈍前の加
工歪の最大量を検討した結果、その組成の合金圧延板の
最大強度に近い95％冷間圧延した板の強度とＯ材処理し
た強度との中間点以下の強度となるように制御すれば良
いことを見出したのである。

但し、上述のように最終の中間焼鈍に供せられる圧延板
の強度を制御しても、370℃未満、１時間未満の中間焼
鈍では、Al−Cu−Mg系の粗大析出物の発生は避けられ
ず、さして強度向上は期待できない。したがって最終の
中間焼鈍条件は、基本的には370℃以上の温度で１時間
以上と規定した。また前述のような最終の中間焼鈍時の
酸化の問題も合せて考慮すれば、実操業上は370℃以上4
00℃未満の温度域で１時間以上の中間焼鈍とすることが
望ましい。

このような最終の中間焼鈍を施して得られた焼鈍板は、
引続く最終冷間圧延の圧延率を60％以下としても、成形
後の塗装焼付け処理で耐力27〜29kgf/mm²の強度が得ら
れ、しかも方向性は従来の3004合金のH19材で同程度の
強度を得た場合よりも優れている。60％を越える圧延率
で最終冷間圧延を行なった場合は、強度の点では塗装焼
付け処理時に29kgf/mm²以上の強度が容易に得られる
が、成形性の点で従来の3004合金H19材より悪くなって
しまう。そこで最終冷間圧延の圧延率は60％以下とし
た。

以上のようなプロセスを経て得られたアルミニウム合金
圧延板は方向性、成形性に優れ、しかも従来の3004合金
H19材等の如く塗装焼付け処理で軟化することなくむし
ろ強度が向上し、缶材として優れた強度を有する成形品
を得ることができる。

なお最終冷間圧延後には、成形前に140〜160℃の温度で
２時間以上の時効処理を行なっても良く、この場合には
塗装焼付け処理後の強度がさらに向上する。

なおまた、熱間圧延後、最終の中間焼鈍に至るまでの間
で１回以上の冷間圧延と１回以上の焼鈍を繰返して行な
う場合における、最終の中間焼鈍より前の焼鈍の条件
は、要は最終の中間焼鈍に供せられる圧延板の強度が前
述のような値となるように冷間圧延条件に対応して定め
れば良く、特にその条件は限定しないが、通常は300〜4
00℃程度で30分〜３時間程度熱処理すれば良い。

実施例［実施例１］第１表に示すようなこの発明で規定している成分組成範
囲内の符号Ａ〜Ｆの合金と、比較成分としてのJIS3004
合金組成である符号Ｇ〜Ｊの各合金を常法に従ってDC鋳
造し、得られた鋳塊を常法に従って熱間圧延し、その後
第２表中に示すようにこの発明の条件範囲内のプロセス
と従来のプロセスで処理して、最終板厚0.32mmの圧延板
を得た。なお第２表中において、符号Ａは最終の中間焼
鈍温度がこの発明の下限値である370℃未満の比較例、
符号Ｄは最終の中間焼鈍に供せられる圧延板の強度がこ
の発明で規定している上限を越えている比較例、符号Ｅ
は最終の中間焼鈍温度と最終の中間焼鈍に供せられる圧
延板の強度がともにこの発明の範囲を外れている比較例
である。また符号Ｇ〜Ｊはいずれも合金の成分組成自体
がこの発明の範囲を外れており、そのうち符号Ｇ、符号
Ｉは最終の中間焼鈍条件もこの発明の範囲を外れている
従来例である。

以上のようにして得られた各板について、焼付け処理前
後の機械的性質（引張強さTS、降伏強さYS、伸びEL）、
方向性、再絞り性、しごき加工性を調べた結果を第３表
に示す。なおここで焼付け処理は、200℃×20分の加熱
によって行なった。また第３表中において、再絞り性お
よびしごき加工性の評価は、符号Ｇの従来例（従来組
成、従来プロセス）を基準とし、これを良（○印）とし
て、やや良を△印、不良を×印、従来例よりも優れてい
るものを◎印とした。また方向性は、ブランク径58mm
φ、ポンチ径32mmφ、クリアランス34％の条件にて、し
ごきを入れずに素材の特徴が出やすい絞りを行なって、
深絞り後の耳率で評価した。

第３表に示すように、この発明の条件に従って製造した
アルミニウム合金圧延板（本発明例）では、従来例もし
くは比較例により得られた圧延板と比較して、方向性は
従来例による圧延板と同等以上であり、かつ再絞り性、
しごき加工性に優れ、しかも焼付け処理後の強度も優れ
ていることが明らかである。

［実施例２］第１表、第２表に示す符号Ｃの成分組成、プロセスによ
って得られた最終圧延板に対して、さらに150℃×２時
間の時効処理を施した。時効処理後の板について、実施
例１と同様に焼付け処理前後の機械的性質、方向性、再
絞り性、しごき加工性を調べたところ、焼付け処理前の
TSは32.8kgf/mm²、YSは29.0kgf/mm²、ELは6.0％、焼付
け処理後のTSは32.6kgf/mm²、YSは29.0kgf/mm²、ELは6.
2％であった。また方向性は耳率3.2％で、再絞り性は
◎、しごき性は○であった。したがって最終冷間圧延後
に時効処理を施すことによって、さらに強度向上が図れ
ることが明らかである。

発明の効果前述の実施例からも明らかなように、この発明の方法に
よれば、強度向上のためにCu、Mgを添加しかつ方向性お
よび成形性の向上のためにSi、Fe、Mnを添加した系の成
形加工用硬質アルミニウム合金圧延板について、従来の
箱型焼鈍炉による中間焼鈍プロセスを適用しても強度、
方向性、成形性を高めながら製造することが可能とな
り、したがって新たに連続焼鈍炉の如き溶体化効果に優
れた設備を導入することなく、缶胴材等について近年要
請の強まっている高強度薄肉化を達成することが可能と
なった。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Mg0.8〜2.5％（重量％、以下同じ）、Cu0.
3〜1.0％、Mn0.6〜1.8％、Si0.2〜1.0％、Fe0.2〜1.0％
を含有し、かつFe（％）/Si（％）比が3.0以下であり、
残部がAlおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合
金鋳塊を熱間圧延した後、圧延板の強度がその素材を95
％冷間圧延した場合の強度とＯ材処理した場合の強度と
の中間点以下の強度となるように、冷間圧延を施すかま
たは１回以上の冷間圧延と１回以上の焼鈍とを繰返して
施し、しかる後、前記強度の圧延板に対して370℃以上
の温度で１時間以上の最終の中間焼鈍を施し、さらに圧
延率60％以下の最終冷間圧延を施すことを特徴とする成
形加工用アルミニウム合金硬質板の製造方法。
【請求項２】前記最終の中間焼鈍を、370℃以上400未満
の温度域で行なう請求項１記載の成形加工用アルミニウ
ム合金硬質板の製造方法。
【請求項３】前記最終冷間圧延の後、140〜160℃のの温
度域で２時間以上の時効処理を行なう請求項１記載の成
形加工用アルミニウム合金硬質板の製造方法。