JPH08176764A - 成形加工用アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】自動車のボディシート等に使用される成形加工
用Ａｌ合金板として、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Ａｌ合金板の製造方法を
提供する。 【構成】Ｍｇ，Ｓｉ，Ｂｅ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｃｄ，
Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ，Ｆｅ，ＴｉおよびＣｕを
特定し、残部実質的にＡｌよりなる合金の鋳塊を均質化
処理、熱間圧延、冷間圧延した後、４８０℃以上で溶体
化処理を施して、１００℃／ｍｉｎ以上で５０〜８０℃
の温度域に冷却し、その温度域で５秒以上でかつ合金の
耐力が１００Ｎ／ｍｍ² 以下になるような範囲内の時間
保持し、続いて８０℃を越え１５０℃以下にて０．５〜
５０時間安定化処理を施す。

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硬化を期
待したＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系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。また従来のＡｌ−Ｍｇ−
Ｓｉ系合金板では、塗装焼付後に高強度を得るために焼
付硬化性を高めようとすれば、板製造後に室温に放置し
た場合に自然時効により硬化が生じやすくなり、そのた
め成形性が阻害され勝ちであるという問題もある。

【０００７】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、特に低温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
るものである。

【０００８】

【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、溶体化処理後に適切な
熱処理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。

【０００９】具体的には、この発明のアルミニウム合金
板の製造方法は、Ｍｇ０．３〜１．５％、Ｓｉ０．３〜
２．５％を含有し、かつＢｅ０．０１％を越え０．５％
以下、Ａｇ０．００５〜０．５％、Ｓｎ０．００５〜
０．５％、Ｉｎ０．００５〜０．５％、Ｃｄ０．００５
〜０．５％のうちから選ばれた１種または２種以上を含
有し、さらにＺｎ０．０３〜２．５％、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
種または２種以上を含有し、しかもＣｕが０．３％以下
に規制され、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、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１００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で５０〜８０℃の温
度域まで冷却して、この温度域内で５秒以上の保持を行
ない、かつその保持時間の上限を、合金の耐力
（σ_0.2 ）が１００Ｎ／ｍｍ² 以下になるように規制
し、続いて８０℃を越え１５０℃以下の範囲内の温度に
加熱して、この温度範囲で０．５〜５０時間保持する安
定化処理を行なうことを特徴とするものである。

【００１０】

【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。

【００１１】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、充分な強度向上が得られ
ず、一方１．５％を越えれば成形性が低下するから、Ｍ
ｇ量は０．３〜１．５％の範囲内とした。

【００１２】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、再結晶組織の微細化にも寄与する。Ｓｉが０．３％
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０．３〜２．５％の範囲内とした。

【００１３】Ｂｅ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｃｄ：これら
は、時効性を促進して焼付硬化性の向上に寄与する元素
であり、いずれか１種または２種以上が添加される。Ｂ
ｅの添加量が０．０１％以下、またＡｇ，Ｓｎ，Ｉｎ，
Ｃｄの添加量がそれぞれ０．００５％未満では、焼付硬
化性の向上効果が充分に得られず、一方それぞれ０．５
％を越えればその効果が飽和するばかりでなく、成形性
に悪影響を及ぼす。したがってＢｅは０．０１％を越え
０．５％以下、Ａｇ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｃｄはいずれも０．
００５〜０．５％の範囲内とした。なおＢｅは上記の範
囲内でも０．０３％〜０．５％が望ましい。またこれら
の元素のうち２種以上を同時に添加する場合には、成形
性の点から、その合計量は０．５％以下に抑えることが
望ましい。

【００１４】Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｆ
ｅ：これらは強度向上や結晶粒微細化のために１種また
は２種以上添加される。これらのうち、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２．５％を越えれば成形性が低下するから、Ｚ
ｎを添加する場合のＺｎ量は０．０３〜２．５％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０．０
３〜０．４％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Ｆ
ｅは０．０３〜０．５％の範囲内とした。なおこれらの
Ｚｎ，Ｍｎ，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。特
に、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のが通常である。

【００１５】Ｃｕ：Ｃｕはこの発明の系の合金で必須な
元素ではないが、０．３％を越えれば合金の耐糸錆性が
劣化するため、Ｃｕの含有量は０．３％以下に規制す
る。

【００１６】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。なお一般のアルミニ
ウム合金においては、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Ｔ
ｉとともに５００ｐｐｍ以下のＢを添加することは許容
される。

【００１７】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。

【００１８】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、常法により均質化処理を施し、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。

【００１９】上述のようにして所要の製品板厚とした
後、４８０℃以上の温度で溶体化処理を行なう。この溶
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。

【００２０】溶体化処理後には、１００℃／ｍｉｎ以上
の冷却速度で、５０〜８０℃の温度域まで冷却（焼入
れ）する。ここで、溶体化処理後の冷却速度が１００℃
／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。

【００２１】前述のようにして４８０℃以上の温度での
溶体化処理の後、１００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で５
０〜８０℃の温度域内で冷却（焼入）し、その５０〜８
０℃の温度域内で時間Ｔだけ保持する。この保持時間Ｔ
は下限（Ｔ_min ）を５秒とし、上限（Ｔ_max ）は合金の
耐力が１００Ｎ／ｍｍ² 以下になるように調整する。そ
してこのように５０〜８０℃の温度域での５秒〜Ｔ_max
の保持の後、改めて８０℃を越え１５０℃以下の範囲内
の温度に加熱して、この温度範囲内で０．５〜５０時間
保持する安定化処理を行なう。

【００２２】上述のように溶体化処理後に５０〜８０℃
まで冷却して５秒〜Ｔ_max の保持を行なう理由は次の通
りである。すなわち、溶体化処理後、特に１００℃／ｍ
ｉｎ以上の冷却速度で５０℃未満の室温に冷却した場合
には、Ｇ．Ｐ．Ｉゾーンが生成される。このＧ．Ｐ．Ｉ
ゾーンは強度に寄与するＧ．Ｐ．ゾーンに移行しにくい
ため、塗装焼付硬化性に不利となる。一方、溶体化処理
後に８０℃を越える温度まで冷却してそのまま保持した
場合には、Ｇ．Ｐ．ＩＩゾーンが生成され、塗装焼付硬
化性に対しては有利となるが、粒界析出が生じやすくな
り、また安定化処理後の室温時効による経時変化が大き
く、成形性に悪影響を与える。したがって成形性と塗装
焼付硬化性とのバランスの観点から、溶体化処理後には
５０〜８０℃の温度域内に焼入する必要がある。すなわ
ち、溶体化処理後には、５０〜８０℃の温度域内に冷却
することによって、成形性と塗装焼付硬化性との両者を
満たすことができるのである。

【００２３】溶体化処理後に５０〜８０℃の温度域内に
冷却した後のその温度域での保持時間Ｔが５秒以下で
は、上述の効果、特に室温時効の抑制の効果が得られな
い。一方、５０〜８０℃の温度域内での保持時間Ｔが長
時間にわたれば、安定なＧ．Ｐ．ＩＩゾーンの比率が低
くなってしまい、その後の塗装焼付硬化性が低下してし
まう。このように長時間保持した場合の保持時間Ｔの影
響は、合金成分や溶体化温度などによって変わるから、
保持時間Ｔの上限は一律に定めることはできないが、合
金の耐力を指標として定めることができる。すなわち、
５０〜８０℃での保持時間が長くなるに従ってその温度
域での時効の進行によってＧ．Ｐ．ゾーンの生成量が多
くなり、合金の耐力も高くなるから、その保持時の耐力
を指標として保持時間Ｔの上限Ｔ_max を定めることがで
き、本発明者等の実験によれば、耐力が１００Ｎ／ｍｍ
² 以下の範囲内となるように保持時間Ｔの上限Ｔ_max を
規制することが有効であることが判明した。なおこの耐
力は、溶体化処理後、１００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度
で５０〜８０℃の温度域に冷却し、その温度域で保持し
た状態での耐力を意味する。したがって実際の操業にあ
たっては、この耐力が１００Ｎ／ｍｍ² 以下となるよう
な保持時間Ｔの上限Ｔ_max の具体値を、合金成分や溶体
化処理温度などの実際の具体的条件に応じて予備実験を
行なうことなどにより求めておけば良い。

【００２４】上述のような５０〜８０℃の温度域での保
持の後には、室温まで冷却することなく、改めて８０℃
を越え１５０℃以下の範囲内の温度、好ましくは９０〜
１２０℃の範囲内の温度に加熱して安定化処理を行な
う。この安定化処理は、最終的にＧ．Ｐ．ＩＩゾーンの
安定性を向上させ、板製造後の経時変化を抑制して、充
分な焼付硬化性を確保するとともに良好な成形加工性を
得るために必要な工程であり、この安定化処理は、８０
℃を越え１５０℃以下の範囲内の温度に０．５〜５０時
間保持の条件とする必要がある。安定化処理の温度が８
０℃以下では上記の効果が充分に得られず、一方１５０
℃を越えれば高温時効によって素材強度が高くなり、成
形性が低下してしまう。また安定化処理における８０℃
を越え１５０℃以下の範囲内の温度での保持時間が０．
５時間未満では、その後の室温での経時変化が速くなっ
て成形性と焼付硬化性が悪くなり、一方５０時間を越え
れば、時効によって素材強度が高くなり、成形性が低下
してしまうとともに、生産性も阻害される。

【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、４８０℃以上の温度での溶体化処理、およ
び５０〜８０℃の温度域への冷却（焼入れ）とその温度
域での適切な保持の後に改めて８０℃を越え１５０℃以
下の条件で安定化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合金記号
Ａ１〜Ａ３の合金、および本発明成分組成範囲外の合金
記号Ｂ１，Ｂ２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５３０℃×５
ｈの均質化処理を施してから、熱間圧延を開始し、続い
て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、５３０℃×１０ｓｅｃの溶体化処理
を行なってから、１００℃／ｍｉｎ以上の冷却速度で種
々の温度まで焼入れして、その焼入温度で保持し、さら
に８０℃を越え１５０℃以下の温度で安定化処理を行な
った。詳細な条件を表２中に示す。

【００２７】以上のように安定化処理を行なって得られ
た板を、さらに室温に１日もしくは５０日放置した各板
について、それぞれ１７０℃×３０分の加熱の塗装焼付
処理を施し、かつその焼付前の機械的特性および成形性
と、焼付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１〜３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およびエリクセン値が
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
５０日室温（０〜４０℃）に放置した場合においても、
伸びおよびエリクセン値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４〜６は、合金の成分
組成はこの発明で規定す範囲内であるが、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
して製造番号４（合金記号Ａ１）は、溶体化処理後室温
（２５℃）まで冷却したものであるが、この場合には同
じ合金（合金記号Ａ１）を用いた本発明例（製造番号
１）と比較して、焼付硬化性が劣った。また製造番号５
（合金記号Ａ２）は、溶体化処理−冷却後５２℃での保
持時間が長過ぎたため、保持時の合金の耐力が１００Ｎ
／ｍｍ² を越え、この場合には同じ合金（合金記号Ａ
２）を用いた本発明例（製造番号２）と比較して焼付硬
化性が劣った。また製造番号６（合金記号Ａ３）は、焼
入温度が高過ぎたため、本発明例（製造番号３）と比較
して成形性が劣り、また製造後の室温時効による経時変
化が大きく、５０日経過後は充分な焼付硬化性が得られ
なかった。

【００３３】一方製造番号７，８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、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
（０〜４０℃）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変化も少ない、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）、Ｓｉ０．３〜２．５％を含有し、かつＢｅ０．０
   １％を越え０．５％以下、Ａｇ０．００５〜０．５％、
   Ｓｎ０．００５〜０．５％、Ｉｎ０．００５〜０．５
   ％、Ｃｄ０．００５〜０．５％のうちから選ばれた１種
   または２種以上を含有し、さらにＺｎ０．０３〜２．５
   ％、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種または２種以上を含有し、しかも
   Ｃｕが０．３％以下に規制され、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、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１００℃／ｍｉｎ以上の冷却速
   度で５０〜８０℃の温度域まで冷却して、この温度域内
   で５秒以上の保持を行ない、かつその保持時間の上限
   を、合金の耐力（σ_0.2 ）が１００Ｎ／ｍｍ² 以下にな
   るように規制し、続いて８０℃を越え１５０℃以下の範
   囲内の温度に加熱して、この温度範囲で０．５〜５０時
   間保持する安定化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
   れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法。