JPH07310136A - 成形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】 【目的】 自動車ボディシート、耐圧容器等の成形材と
して用いられる、アルミニウム合金板材の強度および成
形性を向上させたこと。 【構成】 必須成分としてＭｇ４．０〜１０．０ｗｔ％
と、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎのいずれか一種以上を合計０．０
１〜０．５ｗｔ％含み、不可避的不純物のＦｅ、Ｓｉの
量をそれぞれ０．２ｗｔ％以下、その他の不純物元素を
いずれも０．０５ｗｔ％以下とし、残部Ａｌおよびこれ
にＣｕ０．１〜０．５ｗｔ％含む組成を持ち、平均結晶
粒径が１０〜２５μｍである成形用アルミニウム合金板
およびこの合金を鋳造熱延した後、３０〜８０％冷延
し、３００〜５００℃で３０分以上保持する中間焼鈍を
行い、次いで所定の板厚まで２０％以上の冷間圧延を行
い、４５０〜５５０℃の温度に加熱し、直ちにまたは６
０秒以内保持し、１０℃／min.以上の速度で１００℃以
下まで冷却する焼鈍処理をおこなうことにより、平均結
晶粒径を１０〜２５μｍとする製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車ボディシート、耐
圧容器、包装容器等の成形用材に最適な、優れた強度、
延性を持ち、かつ成形後の外観も優れたアルミニウム合
金板およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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合金が多く用いられ
ていた。前記した５０００系合金は、スチールと比べる
と、延性が低く、成形時に割れ易い欠点があった。延性
を改造するために、様々な添加元素の検討や不純物の低
減等を行ってきたが、充分な延性向上効果が得られてい
なかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらを鑑
み、特に絞り成形に必要な材料の特性を詳細に検討した
結果、自動車ボディ材の成形に多用されている低粘度の
洗浄油を用い、材料を型に流入させるためのパンチ肩部
のひずみ速度が比較的低速の場合における最適な特性を
有するアルミニウム合金板と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、必須成分とし
てＭｇ４．０〜１０．０ｗｔ％と、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎの
いずれか一種以上を合計０．０１〜０．５ｗｔ％含み、
不可避的不純物のＦｅ、Ｓｉの量をそれぞれ０．２ｗｔ
％以下、その他の不純物元素をいずれも０．０５ｗｔ％
以下とし、残部Ａｌからなる組成を持ち、かつ平均結晶
粒径が１０〜２５μｍであることを特徴とする成形用ア
ルミニウム合金板を請求項１とし、必須成分としてＭｇ
４．０〜１０．０ｗｔ％、Ｃｕ０．１〜０．５ｗｔ％
と、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎのいずれか一種以上を合計０．０
１〜０．５ｗｔ％を含み、不可避的不純物Ｆｅ、Ｓｉの
量をそれぞれ０．２ｗｔ％以下、その他の不純物元素を
いずれも０．０５ｗｔ％以下とし、残部Ａｌからなる組
成を持ち、かつ平均結晶粒径が１０〜２５μｍであるこ
とを特徴とする成形用アルミニウム合金板を請求項２と
し、必須成分としてＭｇ４．０〜１０．０ｗｔ％と、Ｃ
ｒ、Ｚｒ、Ｍｎのいずれか一種以上を合計０．０１〜
０．５ｗｔ％含み、不可避的不純物のＦｅ、Ｓｉの量を
それぞれ０．２ｗｔ％以下、その他の不純物元素をいず
れも０．０５ｗｔ％以下とし、残部Ａｌからなるアルミ
ニウム合金を常法で鋳造・均質化処理・熱延した後、３
０〜８０％冷延し、３００〜５００℃で３０分以上保持
する中間焼鈍を行い、次いで所定の板厚まで２０％以上
の冷間圧延を行い、４５０〜５５０℃の温度に加熱し、
直ちにまたは６０秒以内保持し、１０℃／min 以上の速
度で１００℃以下まで冷却する焼鈍処理を行うことによ
り、平均結晶粒径を１０〜２５μｍとすることを特徴と
する成形用アルミニウム合金板の製造方法を請求項３と
し、必須成分としてＭｇ４．０〜１０．０ｗｔ％、Ｃｕ
０．１〜０．５ｗｔ％と、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎのいずれか
一種以上を合計０．０１〜０．５ｗｔ％を含み、不可避
的不純物Ｆｅ、Ｓｉの量をそれぞれ０．２ｗｔ％以下、
その他の不純物元素をいずれも０．０５ｗｔ％以下と
し、残部Ａｌからなるアルミニウム合金を常法で鋳造・
均質化処理・熱延した後、３０〜８０％冷延し、３００
〜５００℃で３０分以上保持する中間焼鈍を行い、次い
で所定の板厚まで２０％以上の冷間圧延を行い、４５０
〜５５０℃の温度に加熱し、直ちにまたは６０秒以内保
持し、１０℃／min 以上の速度で１００℃以下まで冷却
する焼鈍処理を行うことにより、平均結晶粒径を１０〜
２５μｍとすることを特徴とする成形用アルミニウム合
金板の製造方法を請求項４とするものである。

【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。Ｍｇは固溶することにより、強度を増
大させると共に、加工硬化性を増やすことによって延性
を増大させ、成形性の向上に寄与する。特に、転位との
固着作用が低ひずみ速度で増大することによって低速成
形での強度を著しく増大させる働きがある。その添加量
を４．０〜１０．０ｗｔ％と限定したのは、４．０ｗｔ
％未満ではその効果が小さく、１０．０ｗｔ％を越える
と耐ＳＳＣ性を悪化させると共に、熱間加工性を悪化さ
せ、製造が困難となるためである。

【０００６】Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎはソーキング、熱延、中
間焼鈍時に微細な分散粒子として析出し、結晶粒を微細
化させ、後述のように低ひずみ速度での強度向上に寄与
する。これらの添加量を合計０．０１〜０．５ｗｔ％と
したのは、０．０１ｗｔ％未満では結晶粒の微細化効果
が十分でなく、０．５ｗｔ％を越えると延性の低下が著
しいためである。

【０００７】Ｃｕは焼付け塗装時にＧＰゾーン、θ’、
Ｓ相などを析出し強度を向上させるので、焼付け塗装後
の強度を確保したい場合に添加する。その添加量を０．
１〜０．５ｗｔ％と限定したのは、０．１ｗｔ％未満で
は強度向上が小さく、０．５ｗｔ％を越えると耐食性が
低下するためである。

【０００８】Ｆｅ、Ｓｉ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、その化合物が成形時のクラックの起点となるた
め、延性を低下させる。そのため、両者のいずれかが
０．２ｗｔ％を越えると延性が低下する。したがってそ
の含有量を両者とも０．２％以下と限定する。Ｔｉ、Ｎ
ｉ、Ｚｎ等のその他の不純物元素はいずれも延性を低下
させるため、０．０５％以下に限定する。

【０００９】次に本発明において平均結晶粒径を限定し
た理由を述べる。５０００系合金では、結晶粒が微細な
場合、結晶粒間の拘束力が大きく、強度は大きくなるも
のの、強い剪断帯が発生し、くびれが生じるため、結果
として伸びが低下する現象が知られている。この効果は
Ｍｇ原子との固着作用の大きい低ひずみ速度域で、かつ
すべり面が限定される一軸引張で顕著となる。したがっ
て、通常の引張試験において伸びが著しく低下するた
め、従来肌荒れにならない程度まで結晶粒を大きくして
使用する場合が多かった。一方、自動車ボディパネル等
の実部品の成形においては、通常低粘度の洗浄油を使用
しているため、材料を型に流入させるための強度が伸び
以上に重要であることを見出した。さらに、実型での成
形における伸びは主に剪断帯が発生しにくい二軸領域で
成形される場合が多く、また、パンチ面での摺動による
ひずみの均一性が重要で、必ずしも通常の引張試験の伸
びと対応しないことを見出した。

【００１０】すなわち、このような実部品での成形に対
しては引張試験での伸びは小さくても、材料流入、およ
びパンチ面での摺動によるひずみの均一性に有利な高強
度材の方が良好な成形性を示すことが判明した。そこ
で、強度を増大させるために結晶粒度を１０〜２５μｍ
に限定する。１０μｍ未満では剪断帯による延性低下の
効果が強度向上効果より大きく、成形性が悪化する。ま
た２５μｍを越えると強度向上による成形性向上効果が
十分に得られない。このような特徴を持つアルミニウム
合金板は、特に潤滑油粘度を１００cSt 以下の場合に顕
著な成形性改善効果をもっており、その粘度が１００cS
t を越えると、従来の結晶粒が大きく、延性に優れた材
料の方が良好な成形性を示す場合もあるため、１００cS
t 以下の低粘度油を使用する成形への適用が望ましい。

【００１１】次に本発明の製造方法について説明する。
先ず上記組成のアルミニウム合金を常法で鋳造・均質化
処理・熱延するが、均質化処理は、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｓｉ等
の鋳造時に形成された化合物をマトリックス中に固溶さ
せ、減少させたり、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎ等の析出物を析出
させ、最終の結晶粒を微細化させる効果があるが、前者
は高温・長時間が必要で、後者は比較的低温・短時間の
方がより微細に析出するため望ましい。本発明方法で
は、後述の中間焼鈍で十分な析出が得られるため、均一
化処理時にはあえて微細に析出させる必要は無く、特に
条件は限定しないが、延性確保のためには４８０℃以上
の均質化処理が望ましい。熱間圧延は後述の中間焼鈍で
十分な析出が得られるため、特に条件の限定は必要な
い。

【００１２】次いで、３０〜８０％冷延し、３００〜５
００℃で３０分以上保持する中間焼鈍を行うが、これは
Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎ系の析出物を均一、微細に析出させる
ためで、焼鈍前の圧下率が３０％未満では析出の均一性
が確保できない。また焼鈍温度が３００℃未満の場合、
十分な量の析出が望めず、５００℃を越えると析出物が
粗大化し、結晶粒微細化効果が小さくなる。さらに、保
持時間が３０分未満ではやはり十分な析出量が得られ
ず、結晶粒の微細化効果が不十分となる。冷延率が８０
％を越えると、マクロ的な剪断帯が冷延過程で発生し易
く、外観上の不具合となる。したがって３０〜８０％冷
延し、３００〜５００℃で３０分以上保持する必要があ
る。

【００１３】次いで所定の板厚まで２０％以上の冷間圧
延を行い、４５０〜５５０℃の温度に加熱し、直ちにま
たは６０秒以内保持し、１０℃／min 以上の速度で１０
０℃以下まで冷却する焼鈍処理を行うが、焼鈍前の冷延
率が２０％未満の場合、再結晶の核発生が少なく、微細
析出物の存在下でも２５μｍ以下の結晶粒系を得ること
ができない。焼鈍温度を４５０〜５５０℃としたのは、
十分な溶体化効果があり、かつ結晶粒が粗大化しないた
めであり、４５０℃未満の場合、結晶粒度が１０μｍ未
満となり、延性低下が過大となり、５５０℃を越えると
十分な微細析出量下においても結晶粒が２５μｍを越え
ることによって強度が低下するためである。保持時間を
６０秒以内としたのは、６０秒を越えると結晶粒が粗大
化するためである。

【００１４】次に、１０℃／min.以上の冷却速度で１０
０℃以下まで冷却するのは、固溶元素の析出を防ぐため
であり、この条件からはずれると、析出により固溶元素
量が減り、延性が低下するとともに、Ｍｇ原子による転
位の固着が生じ、ストレッチャーストレインマークが発
生し易くなる。焼鈍後は必要に応じて、テンションレベ
ラー、スキンパス等による強制処理、表面洗浄、エッチ
ング、防錆油塗布等をおこなっても良い。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の一実施例について説明する。
表１に示す組成のＡｌ合金を常法により溶解・鋳造後、
表２に示す製造条件で製造し、厚さ１mmの板材とした。
この板材について、引張試験をおこない、引張強さ、耐
力、伸びを求めるとともに、成形試験として、ブランク
φ８６mm、絞り比２．１５の円筒絞り成形をしわ抑え力
３０００kgf 、低粘度（１０cSt ）の潤滑条件の下で行
った。なお、この成形試験条件により、得られる破断高
さとしては、２１mm以上が必要である。これらの結果を
表３に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】

【表２】

【００１８】

【表３】

【００１９】表１〜表３より明らかなように、本発明に
係る組成のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，はいずれも結晶粒度が１５
〜２２μｍを示し、引張強さ、耐力に優れ、成形試験の
破断高さも２１mm以上で成形性が良好なことを示してい
る。これに対し、比較例ＥのＣｒ＋Ｍｎ＋Ｚｒ＝０．５
６と多いものおよびＣｒ、Ｍｎ、Ｚｒの添加がないＦや
Ｍｇ量の少ないＧは、いずれも結晶粒度が、著しく小さ
いか、または大き過ぎ、引張強さ、耐力、破断高さが劣
る。また比較例Ｂは、組成は本発明の範囲であるが、製
造条件が本発明の範囲を外れるため、いずれも上記の特
性が悪い。

【００２０】

【発明の効果】以上に説明したように、強度、成形性に
優れ、特に低粘度潤滑油を使用する際に高い成形性を示
し、実操業で多用される防錆油、洗浄油を使用する成形
に適しており、工業上顕著な効果を奏するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戸次 洋一郎 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 林 稔 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (72)発明者 東海林 了 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 必須成分としてＭｇ４．０〜１０．０ｗ
   ｔ％と、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎのいずれか一種以上を合計
   ０．０１〜０．５ｗｔ％含み、不可避的不純物のＦｅ、
   Ｓｉの量をそれぞれ０．２ｗｔ％以下、その他の不純物
   元素をいずれも０．０５ｗｔ％以下とし、残部Ａｌから
   なる組成を持ち、かつ平均結晶粒径が１０〜２５μｍで
   あることを特徴とする成形用アルミニウム合金板。
2. 【請求項２】 必須成分としてＭｇ４．０〜１０．０ｗ
   ｔ％、Ｃｕ０．１〜０．５ｗｔ％と、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎ
   のいずれか一種以上を合計０．０１〜０．５ｗｔ％を含
   み、不可避的不純物Ｆｅ、Ｓｉの量をそれぞれ０．２ｗ
   ｔ％以下、その他の不純物元素をいずれも０．０５ｗｔ
   ％以下とし、残部Ａｌからなる組成を持ち、かつ平均結
   晶粒径が１０〜２５μｍであることを特徴とする成形用
   アルミニウム合金板。
3. 【請求項３】 必須成分としてＭｇ４．０〜１０．０ｗ
   ｔ％と、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎのいずれか一種以上を合計
   ０．０１〜０．５ｗｔ％含み、不可避的不純物のＦｅ、
   Ｓｉの量をそれぞれ０．２ｗｔ％以下、その他の不純物
   元素をいずれも０．０５ｗｔ％以下とし、残部Ａｌから
   なるアルミニウム合金を常法で鋳造・均質化処理・熱延
   した後、３０〜８０％冷延し、３００〜５００℃で３０
   分以上保持する中間焼鈍を行い、次いで所定の板厚まで
   ２０％以上の冷間圧延を行い、４５０〜５５０℃の温度
   に加熱し、直ちにまたは６０秒以内保持し、１０℃／mi
   n以上の速度で１００℃以下まで冷却する焼鈍処理をお
   こなうことにより、平均結晶粒径を１０〜２５μｍとす
   ることを特徴とする成形用アルミニウム合金板の製造方
   法。
4. 【請求項４】 必須成分としてＭｇ４．０〜１０．０ｗ
   ｔ％、Ｃｕ０．１〜０．５ｗｔ％と、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｍｎ
   のいずれか一種以上を合計０．０１〜０．５ｗｔ％を含
   み、不可避的不純物Ｆｅ、Ｓｉの量をそれぞれ０．２ｗ
   ｔ％以下、その他の不純物元素をいずれも０．０５ｗｔ
   ％以下とし、残部ＡｌからなるＡｌ合金を常法で鋳造・
   均質化処理・熱延した後、３０〜８０％冷延し、３００
   〜５００℃で３０分以上保持する中間焼鈍を行い、次い
   で所定の板厚まで２０％以上の冷間圧延を行い、４５０
   〜５５０℃の温度に加熱し、直ちにまたは６０秒以内保
   持し、１０℃／min 以上の速度で１００℃以下まで冷却
   する焼鈍処理をおこなうことにより、平均結晶粒径を１
   ０〜２５μｍとすることを特徴とする成形用アルミニウ
   ム合金板の製造方法。