JPH0747808B2 - 成形性および焼付硬化性に優れたアルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車のボディシー
トや部品、各種機械器具、家電部品等の素材として、成
形加工および塗装焼付を施して使用されるアルミニウム
合金板の製造方法に関するものであり、特に成形性が良
好であるとともに、塗装焼付後の強度が高く、かつ室温
での経時変化が少ない成形加工用アルミニウム合金板の
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車のボディシートには、従来は主と
して冷延鋼板を使用することが多かったが、最近では車
体軽量化の観点から、アルミニウム合金圧延板を使用す
ることが進められている。自動車のボディシートはプレ
ス加工を施して使用するところから、成形加工性が優れ
ていること、また成形加工時におけるリューダースマー
クが発生しないことが要求され、また高強度を有するこ
とも必須であって、特に塗装焼付を施すことから、塗装
焼付後に高強度が得られることが要求される。

【０００３】従来このような自動車用ボディシート向け
のアルミニウム合金としては、時効性を有するＪＩＳ
６０００番系合金、すなわちＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が
主として使用されている。この時効性Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ
系合金では、塗装焼付前の成形加工時においては比較的
強度が低く、成形性が優れており、一方塗装焼付時の加
熱によって時効されて塗装焼付後の強度が高くなる利点
を有するほか、リューダースマークが発生しない等の利
点を有する。

【０００４】ところで塗装焼付時における時効効果を期
待したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金板の製造方法としては、鋳
塊を均質化熱処理した後、熱間圧延および冷間圧延を行
なって所定の板厚とし、かつ必要に応じて熱間圧延と冷
間圧延との間あるいは冷間圧延の中途において中間焼鈍
を行ない、冷間圧延後に溶体化処理を行なって焼入れる
のが通常である。しかしながらこのような従来の一般的
な製造方法では、最近の自動車用ボディシートに要求さ
れる特性を充分に満足させることは困難である。

【０００５】すなわち、最近ではコストの一層の低減の
ためにさらに薄肉化することが強く要求されており、そ
のため薄肉でも充分な強度が得られるように、一層の高
強度化が求められているが、この点で従来の一般的な製
造方法によって得られたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板では
不充分であった。

【０００６】また塗装焼付については、省エネルギおよ
び生産性の向上、さらには高温に曝されることが好まし
くない樹脂等の材料との併用などの点から、従来よりも
焼付温度を低温化し、また焼付時間も短時間化する傾向
が強まっている。そのため従来の一般的な製法により得
られたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板では、塗装焼付時の硬
化（焼付硬化）が不足し、塗装焼付後に充分な高強度が
得難くなる問題が生じていた。

【０００７】そこで最近ではＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金に
ついて、板の製造方法に検討を加えて、前述のような問
題を解決することが試みられており、その代表的な例と
して、特開平４−２１０４５６号公報で提案されている
方法がある。この提案の方法は、溶体化処理後の焼入れ
のための冷却過程中途において保持を行ない、さらにそ
の後改めて比較的低温、比較的長時間の最終熱処理を行
なうものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の特開平４−２１０
４５６号の提案の方法によれば、従来の一般的なＡｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系合金板製造方法と比較すれば、素材の高強
度化および塗装焼付後の高強度化についてある程度有効
と考えられるが、満足できる程度には至っていないのが
実情である。

【０００９】また塗装焼付時において大きな強度上昇を
図るべく、時効硬化性を強めれば、板の製造後、長期間
放置してから成形加工、塗装焼付に供した場合、成形加
工前の放置期間中に自然時効（室温時効）が進行して板
が硬化し、成形性が悪化してしまう問題がある。前述の
提案の方法ではその点について充分な考慮がなされてい
ないのが実情である。

【００１０】さらに前述の提案の方法では、最終熱処理
を１４０〜１８０℃×３〜１０分としており、この場合
バッチ式の焼鈍を適用しようとすれば保持時間が短過
ぎ、一方連続方式の焼鈍を適用しようとすれば逆に保持
時間が長過ぎ、いずれの場合も生産しにくいという問題
もある。

【００１１】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、良好な成形加工性を有すると同時に、焼付硬
化性が優れていて、塗装焼付時における強度上昇が高
く、しかも板製造後の室温での経時的な変化が少なく、
長期間放置した場合でも自然時効による硬化に起因する
成形性の低下が少ない成形加工用アルミニウム合金板の
製造方法を提供することを目的とするもてのある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するべく本発明者等が実験・検討を重ねた結果、Ａｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系合金についてその成分組成を適切に選択す
ると同時に、板製造プロセス中において、溶体化処理の
冷却過程で適切な保持を行なうとともに、その後比較的
高温、短時間の最終熱処理（最終焼鈍）を行なうことに
よって、前述の課題を解決し得ることを見出し、この発
明をなすに至った。

【００１３】具体的には、この発明の成形加工用アルミ
ニウム合金板の製造方法は、Ｍｇ０．３〜１．５％、Ｓ
ｉ０．５〜２．５％を含有し、さらに必要に応じてＣｕ
０．０３〜１．２％、Ｚｎ０．０３〜１．５％、Ｍｎ
０．０３〜０．４％、Ｃｒ０．０３〜０．４％、Ｚｒ
０．０３〜０．４％、Ｖ０．０３〜０．４％、Ｆｅ０．
０３〜０．５％、Ｔｉ０．００５〜０．２％のうちから
選ばれた１種また２種以上を含有し、残部がＡｌおよび
不可避的不純物よりなる合金を素材とし、鋳塊に均質化
処理を施した後、熱間圧延および冷間圧延を行なって所
要の板厚の圧延板とし、その圧延板に対し、４８０℃以
上の温度で溶体化処理を行なってから８０℃／min 以上
の冷却速度で５０〜１５０℃の範囲内の温度まで冷却
し、そのまま５０〜１５０℃の範囲内の温度で０．５〜
５０時間保持する保持処理を行ない、かつその保持処理
を、温度Ｔ（℃）、時間ｔ（hr）が次式 １００≦Ｔ＋２ｔ≦２００ を満たす条件で行ない、その後８０℃／min 以上の昇温
速度で１８０℃を越え２８０℃以下の範囲内の温度に０
〜１７０秒保持する最終熱処理を行なうことを特徴とす
るものである。

【００１４】

【作用】先ずこの発明の製造方法で用いる合金の成分組
成限定理由について説明する。

【００１５】Ｍｇ：Ｍｇはこの発明で対象としている系
の合金で基本となる合金元素であって、Ｓｉと共同して
強度向上に寄与する。Ｍｇ量が０．３％未満では塗装焼
付時に析出硬化によって強度向上に寄与するＭｇ₂ Ｓｉ
の生成量が少なくなるため、充分な強度が得られず、一
方１．５％を越えれば成形性が低下するから、Ｍｇ量は
０．３〜１．５％の範囲内とした。

【００１６】Ｓｉ：Ｓｉもこの発明の系の合金で基本と
なる合金元素であって、Ｍｇと共同して強度向上に寄与
する。またＳｉは、鋳造時に金属Ｓｉの晶出物として生
成され、その金属Ｓｉ粒子の周囲が加工によって変形さ
れて、溶体化処理の際に再結晶核の生成サイトとなるた
め、結晶粒の微細化にも寄与する。Ｓｉが０．５％未満
では上記の効果が充分に得られず、一方２．５％を越え
れば粗大Ｓｉが生じて合金の靭性低下を招く。したがっ
てＳｉは０．５〜２．５％の範囲内とした。

【００１７】Ｃｕ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔ
ｉ，Ｆｅ：これらは絶対的な必須元素ではないが、強度
向上や結晶粒微細化のために必要に応じて１種または２
種以上添加される。これらのうち、Ｃｕは強度向上に有
効な元素であるが、Ｃｕ量が０．０３％未満ではその効
果が充分に得られず、一方１．２％を越えれば耐食性が
低下するから、Ｃｕを添加する場合のＣｕ量は０．０３
〜１．２％の範囲内とした。またＺｎは合金の時効性の
向上を通じて強度向上に寄与する元素であり、その含有
量が０．０３％未満では上記の効果が不充分であり、一
方１．５％を越えれば成形性および耐食性が低下するか
ら、Ｚｎを添加する場合のＺｎ量は０．０３〜１．５％
の範囲内とした。さらにＭｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖはいずれ
も強度向上と結晶粒の微細化および組織の安定化に効果
がある元素であり、いずれも含有量が０．０３％未満で
は上記の効果が充分に得られず、一方それぞれ０．４％
を越えれば、上記の効果が飽和するばかりでなく、巨大
金属間化合物が生成されて成形性に悪影響を及ぼすおそ
れがあり、したがってＭｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖはいずれも
０．０３〜０．４％の範囲内とした。またＴｉも強度向
上と鋳塊組織の微細化に有効な元素であり、その含有量
が０．００５％未満では充分な効果が得られず、一方
０．２％を越えればＴｉ添加の効果が飽和するばかりで
なく、巨大晶出物が生じるおそれがあるから、Ｔｉは
０．００５〜０．２％の範囲内とした。そしてまたＦｅ
も強度向上と結晶粒微細化に有効な元素であり、その含
有量が０．０３％未満では充分な効果が得られず、一方
０．５％を越えれば成形性が低下するおそれがあり、し
たがってＦｅは０．０３〜０．５％の範囲内とした。な
お０．０３％未満のＦｅは、通常のアルミ地金を用いれ
ば不可避的に含有される。なおこれらのＣｕ，Ｚｎ，Ｍ
ｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｆｅの範囲は、積極的な添
加元素としてこれらの元素を含む場合について示したも
のであり、いずれもその下限値よりも少ない量を不純物
として含有していることは特に支障ない。

【００１８】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。但し、一般にＭｇを
含有する系の合金においては溶湯の酸化防止のために微
量のＢｅを添加することがあり、この発明の合金の場合
も０．０００１〜０．０１％程度のＢｅの添加は許容さ
れる。また一般に結晶粒微細化のために前述のＴｉと同
時にＢを添加することもあり、この発明の場合もＴｉと
ともに５００ppm 以下のＢを添加することは許容され
る。

【００１９】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。

【００２０】溶体化処理前までの工程すなわち所要の製
品板厚の圧延板とするまでの工程は、従来の一般的なＪ
ＩＳ ６０００番系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金と同様で
あれば良い。すなわち、ＤＣ鋳造法等によって鋳造した
後、常法に従って均質化処理（均熱処理）を施し、さら
に熱間圧延および冷間圧延を行なって所要の板厚とすれ
ば良く、また熱間圧延と冷間圧延との間、あるいは冷間
圧延の中途において必要に応じて中間焼鈍を行なっても
良い。

【００２１】溶体化処理は、Ｍｇ₂ Ｓｉ等をマトリック
スに固溶させ、これにより焼付硬化性を付与して塗装焼
付後の強度向上を図るために必要な工程であり、また再
結晶により結晶粒を微細化、安定化させて良好な成形性
を得るための工程でもある。溶体化処理温度が４８０℃
未満ではＭｇ₂ Ｓｉの固溶量が少なく、充分な焼付硬化
性が得られない。溶体化処理温度の上限は特に規定しな
いが、共晶融解の発生のおそれや再結晶粒粗大化等を考
慮して、通常は５８０℃以下とすることが望ましい。ま
た溶体化処理の時間も特に限定しないが、通常は１２０
分以内とする。

【００２２】溶体化処理後には、８０℃／min 以上の冷
却速度で５０〜１５０℃の範囲内の温度まで冷却（焼入
れ）し、そのままその範囲内の温度で０．５〜５０時間
保持する保持処理を行なう。ここで、溶体化処理後の冷
却速度が８０℃／min 未満では、冷却中にＭｇ₂ Ｓｉが
多量に析出してしまい、成形性が低下すると同時に、焼
付硬化性が低下して塗装焼付時の充分な強度向上が望め
なくなる。ここで、溶体化処理後の冷却に引続いての５
０〜１５０℃の温度域での保持処理は、その後の最終熱
処理とともに、板製造後の室温での自然時効による経時
変化を少なくすると同時に焼付硬化性を高めるために必
要な工程である。すなわち、このような５０〜１５０℃
の温度域での保持処理によって、焼入れ空孔を少なくす
ることができ、しかも室温で生成されるクラスターある
いはＧ．Ｐ．ゾーンより構造的に安定なクラスター、
Ｇ．Ｐ．ゾーンが生成されるため、室温での経時変化が
少なくなると同時に焼付硬化性が向上する。保持温度が
５０℃未満では、焼付硬化性が充分に向上せず、一方保
持温度が１５０℃を越える高温では、板製造後の室温で
の経時変化（自然時効による硬化）の進行が速くなり、
板製造後に長期間放置した場合に成形性が低下するとと
もに焼付硬化性が低下する。また保持時間が０．５時間
未満でも、板製造後の経時変化が速くなり、長期間放置
された場合に成形性と焼付硬化性が低下する。一方保持
時間が５０時間を越えれば、成形加工前の強度が高くな
って成形性が低下し、また生産性も阻害される。

【００２３】さらに上記の保持処理における条件は、温
度Ｔ（℃）と時間ｔ（hr）との関係が、 １００≦Ｔ＋２ｔ≦２００ の関係を満たす必要がある。この関係式は、概念的に言
えば、保持温度が５０〜１５０℃の範囲内であっても、
低温側では長時間保持する必要があり、高温側では短時
間保持する必要があることを意味する。このような関係
式を満たさない場合には、Ｍｇ₂ Ｓｉの析出量を一定の
範囲内に制御することが難しく、そのため成形性が不安
定となる。

【００２４】以上のような溶体化処理後の冷却に引続い
ての保持処理の後、改めて高温短時間の最終熱処理を行
なう。この最終熱処理は、前述の５０〜１５０℃×０．
５〜５０時間の長時間保持による保持処理によって生成
されたクラスターあるいはＧ．Ｐ．ゾーンのうちの不安
定なものを再固溶させると同時に、残存するものはさら
にその安定性を向上させ、これによって、その後の室温
での経時変化（自然時効による硬化）を防止し、良好な
成形加工性を確保すると同時に、優れた焼付硬化性を確
保して、塗装焼付後の確実な強度向上を図るために必要
な工程であり、その条件としては、１８０℃を越え２８
０℃以下の範囲内の温度で０〜１７０秒保持する必要が
ある。この最終熱処理の温度が１８０℃以下では、焼付
硬化性を向上させる効果が充分に得られず、一方２８０
℃を越えれば、材料の室温での経時変化が速くなって、
板製造後に長時間放置した場合に良好な成形性、焼付硬
化性が得られなくなる。またこの最終熱処理における１
８０℃超２８０℃以下の範囲内での保持時間が１７０秒
を越えれば、材料の強度が高くなり過ぎて、成形性が低
下してしまう。

【００２５】以上のようにこの発明の製造方法では、合
金の成分組成を適切に調整するとともに、製造プロセス
中において特に４８０℃以上の温度での溶体化処理後の
冷却（焼入れ）に引続いて５０〜１５０℃の範囲内の温
度での０．５〜５０時間の保持処理を、温度と時間とが
特定の関係を満たすように定めて施し、さらにその後１
８０℃を越え２８０℃以上の比較的高温で１７０秒以下
の短時間の最終熱処理を施すことにより、板製造後の室
温での経時変化、すなわち室温での自然時効の進行を阻
止することが可能となり、その結果、板製造後に長期間
放置されてから成形加工、塗装焼付を施す場合でも、良
好な成形性、優れた焼付硬化性を充分に確保することが
可能となったのである。

【００２６】

【実施例】表１に示す本発明成分組成範囲内のＡ１〜Ａ
６の合金、および本発明成分範囲外のＢ１〜Ｂ３の合金
について、それぞれ常法に従ってＤＣ鋳造法により鋳造
し、得られた鋳塊に５４０℃×１０hrの均質化処理を施
してから、常法に従って熱間圧延および冷間圧延を行な
って厚さ１mmの圧延板とした。次いで各圧延板に対し、
表２中に示すような条件で溶体化処理、冷却、保持処
理、最終熱処理を行なった。

【００２７】最終熱処理後に室温に放置して１日目およ
び６０日目の各板について、それぞれ１７５℃×３０分
の加熱の塗装焼付処理を施し、かつその焼付前後の機械
的特性を調べた。その結果を表３に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】製造番号１〜６は、いずれも合金の成分組
成がこの発明で規定する範囲内でかつ製造条件もこの発
明で規定する条件を満たしたものであるが、これらの場
合は、いずれも塗装焼付前の伸びが充分に高くて成形性
が優れ、かつ焼付硬化性が高くて塗装焼付時に大きな強
度上昇が生じており、特に板製造後６０日室温に放置し
た場合においても、伸びの低下が少なくて成形性が低下
せず、かつ充分な焼付硬化性を示した。

【００３２】これに対し製造番号７〜９は、合金の成分
組成はこの発明で規定する範囲内であるが、製造条件が
この発明で規定する条件を満たさなかったものである。
そして特に製造番号７（合金記号Ａ２）は、最終熱処理
の温度がこの発明で規定する下限温度より低く、かつ最
終熱処理の時間がこの発明で規定する時間より長かった
ものであるが、この場合には同じ合金（Ａ２）を用いた
本発明例（製造番号２）と比較して、焼付前の耐力が高
く、伸びが低いため、成形性が劣っていた。また製造番
号８（合金記号Ａ３）は、溶体化処理−冷却後の保持処
理における保持時間が短過ぎたものであるが、この場合
には同じ合金（Ａ３）を用いた本発明例（製造番号３）
と比較して、板製造後の室温での経時変化が速く、これ
に伴なって焼付後の強度も低下した。さらに製造番号９
（合金記号Ａ４）は、溶体化処理−冷却後の保持処理に
おける保持時間が長過ぎ、かつ保持温度Ｔ（℃）と保持
時間ｔ（hr）の値がこの発明で規定する範囲を越えたも
のであり、この場合には同じ合金（Ａ４）を用いた本発
明例（製造番号４）と比較して、焼付前の耐力が高過ぎ
て、伸びが低く、成形性が劣っていた。

【００３３】一方製造番号１０〜１２はいずれも成分組
成がこの発明で規定する範囲を外れた合金について、こ
の発明で規定する範囲内の条件のプロセスを適用したも
のであるが、この場合にはいずれも素材強度が低いばか
りでなく、焼付硬化性も低く、塗装焼付後の強度も充分
に得られなかった。

【００３４】

【発明の効果】この発明の成形加工用アルミニウム合金
板の製造方法によれば、成形性が優れるとともに素材強
度が高いばかりでなく、焼付硬化性が優れていて、塗装
焼付後の強度が著しく高く、しかも室温での経時変化が
少なくて、板製造後に室温で長期間放置した場合にも成
形性の低下が少ないとともに焼付硬化性の低下も少な
い、安定な成形加工用アルミニウム合金板を得ることが
でき、したがって自動車用ボディシート、家電部品、各
種機械器具部品、そのほか成形加工および塗装焼付を施
して用いる用途のアルミニウム合金板の製造に最適であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｇ０．３〜１．５％（重量％、以下同
   じ）、Ｓｉ０．５〜２．５％を含有し、さらに必要に応
   じてＣｕ０．０３〜１．２％、Ｚｎ０．０３〜１．５
   ％、Ｍｎ０．０３〜０．４％、Ｃｒ０．０３〜０．４
   ％、Ｚｒ０．０３〜０．４％、Ｖ０．０３〜０．４％、
   Ｆｅ０．０３〜０．５％、Ｔｉ０．００５〜０．２％の
   うちから選ばれた１種また２種以上を含有し、残部がＡ
   ｌおよび不可避的不純物よりなる合金を素材とし、鋳塊
   に均質化処理を施した後、熱間圧延および冷間圧延を行
   なって所要の板厚の圧延板とし、その圧延板に対し、４
   ８０℃以上の温度で溶体化処理を行なってから８０℃／
   min 以上の冷却速度で５０〜１５０℃の範囲内の温度ま
   で冷却し、そのまま５０〜１５０℃の範囲内の温度で
   ０．５〜５０時間保持する保持処理を行ない、かつその
   保持処理を、温度Ｔ（℃）、時間ｔ（hr）が次式 １００≦Ｔ＋２ｔ≦２００ を満たす条件で行ない、その後８０℃／min 以上の昇温
   速度で１８０℃を越え２８０℃以下の範囲内の温度に０
   〜１７０秒保持する最終熱処理を行なうことを特徴とす
   る、室温での経時変化が少なくかつ成形性および焼付硬
   化性に優れたアルミニウム合金板の製造方法。