JPH1053846A - 成形性に優れた高強度光輝性アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プレス成形性及びヘラ絞り成形性に優れ、高
強度で、かつ光輝性を有するアルミニウム合金板の提
供。 【解決手段】 Ｍｇ：２．０〜３．４重量％、Ｃｕ：
０．０５〜０．１０重量％を含有し、残部Ａｌと不純物
とからなり、不純物としてのＭｎ、Ｃｒ、Ｚｎ及びＺｒ
の含有量が各々０．０１重量％以下、Ｓｉ及びＦｅの含
有量を合計で０．０５〜０．０９重量％以下に制限した
アルミニウム合金鋳塊を、１１０℃／時間以下の昇温速
度で４４０〜５４０℃の温度範囲に加熱し、該温度で１
〜２４時間保持して均質化処理した後、該温度又は僅か
に低い温度で熱間圧延を開始し、熱間圧延終了温度又は
熱間圧延終了後直ちに該熱延板の温度を２８０〜３８０
℃の温度範囲とし、次に該熱延板を２０％以上の圧延率
で冷間圧延し、該冷延板を３２０〜４００℃の温度に５
時間以内保持して最終焼鈍することを特徴とする自動車
ホイール用光輝性アルミニウム合金板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレス成形性及びヘラ
絞り成形性に優れ、高強度で、かつ光輝性を有するアル
ミニウム合金の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】アルミニウム合金は、軽量で、かつ耐食
性に優れることから、建材や容器類に広く用いられてい
るが、近年、省エネルギー化の要請などを受けて車両等
の部品や構造材としても用いられるようになってきてい
る。これらの用途向けには、強度等の機械的性質や加工
性のほか、外観を構成する部品などではファッション性
等の要請から表面の色や光沢等の性質も重要な要件とな
っている。例えば、このような用途として、自動車用ホ
イールがある。アルミニウム合金製自動車ホイールに
は、鋳造又は鍛造により一体成形される１ピースホイー
ルと、ディスクとリム部とを別々に成形した後、これら
を組み立てて一体とする２ピースホイール、又は、３ピ
ースホイールがあるが、これら２ピースホイール及び３
ピースホイールのリム部は、板材から絞り成形加工を行
って作製する。従って、自動車ホイール用アルミニウム
合金板には、このような高度な成形加工に適した加工性
と共に、走行中にホイールに加わる外力に十分耐え得る
強度が要求される。

【０００３】このようなことから、従来はこれらの機械
的特性と加工性を備えたアルミニウム合金として、ＪＩ
Ｓ ５０５２合金やＪＩＳ ５４５４合金が多く使用さ
れてきた。しかしながら、最近では多様なデザインへの
要求から、このような外観を構成する部品について、そ
の陽極酸化処理等の表面処理を行ったままの光沢のある
外観を活かして、ファッション性を高めることが行われ
ており、表面の優れた光輝性が要求されるようになって
いるが、上記のＪＩＳ ５０５２合金やＪＩＳ ５４５
４合金では、このような要求に対して十分に応えること
ができなかった。

【０００４】このため、このような要求に応えるべく、
例えば、特公平７−６０２２号公報には、自動車ホイー
ル用光輝性アルミニウム合金として、Ｍｇ：２．５〜
３．５％、Ｃｕ：０．１を越え０．５％以下を含有し、
さらに不純物としてのＦｅ、Ｓｉ、Ｍｎをそれぞれ０．
１０％以下に規制し、残部が不可避的不純物及びＡｌよ
りなることを特徴とする、化学研磨及び陽極酸化処理を
施して使用される光輝性ディスクホイール用アルミニウ
ム合金、及び、上記組成にＣｒ：０．０１〜０．３３
％、Ｚｒ：０．０１〜０．３０％の内の１種又は２種を
含有する光輝性ディスクホイール用アルミニウム合金が
記載されている。また、上記組成の鋳塊を温度範囲４５
０〜６００℃で時間範囲２４時間以内の保持を行った
後、所定の板厚まで熱間圧延することにより、成形性の
優れた高強度の自動車ホイール用光輝性アルミニウム合
金板を得ることが記載されている。

【０００５】しかしながら、これらの先行技術において
は、成形性に優れた高強度の自動車ホイール用光輝性ア
ルミニウム合金を目指すものであるが、なおその光輝性
は十分なものとはいえなかった。即ち、これら先行技術
におけるアルミニウム合金は強度の向上と再結晶粒の微
細化を目的として、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｒが添加されてお
り、これらの添加元素により少なからず光輝性が低下し
ている。特に、Ｃｒの添加量が０．１％を越えると、黄
色味を帯びた色調となり、純白色系の光輝性を求めるフ
ァッション性から好ましくないものとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解消すべく創出されたものであり、上記のような
光輝性を低下させる添加元素をできる限り減少させて、
純白色系の光輝性を発揮させ、構造材として求められる
強度及び成形性を向上する再結晶粒の微細化をこれら添
加元素によらずに達成することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、その目的を達
成するため、Ｍｇ：２．０〜３．４重量％、Ｃｕ：０．
０５〜０．１０重量％を含有し、残部Ａｌと不純物とか
らなり、不純物としてのＭｎ、Ｃｒ、Ｚｎ及びＺｒの含
有量が各々０．０１重量％以下、Ｓｉ及びＦｅの含有量
を合計で０．０５〜０．０９重量％以下に制限したアル
ミニウム合金鋳塊を、１１０℃／時間以下の昇温速度で
４４０〜５４０℃の温度範囲に加熱し、該温度で１〜２
４時間保持して均質化処理した後、該温度又はわずかに
低い温度で熱間圧延を開始し、熱間圧延終了温度又は熱
間圧延終了後直ちに該熱延板の温度を２８０〜３８０℃
の温度範囲とし、次に該熱延板を２０％以上の圧延率で
冷間圧延し、該冷延板を３２０〜４００℃の温度に５時
間以内保持して最終焼鈍することを特徴とする構造用光
輝性アルミニウム合金板の製造方法であり、また、その
高度の加工性、強度及び光輝性から、自動車ホイール用
光輝性アルミニウム合金板の製造方法とするものであ
る。

【０００８】

【作用】即ち、本発明は、前記の化学成分・組成を有す
るアルミニウム合金において、鋳造後の均質化処理を、
その保持温度範囲を４４０〜５４０℃に抑えると共に、
その昇温速度を１１０℃／時間以下に抑制することに第
１の特徴がある、アルミニウム合金の鋳造したままの鋳
塊は、合金元素が結晶粒界の特定の箇所に偏析してお
り、本発明の如くＭｇ含有量の多い合金の場合は、結晶
粒界の偏析箇所の融点がＡｌ−Ｍｇ合金の共晶融点（４
５０℃）に近い温度となる。従って、このような状態の
鋳塊を従来の均質化処理の如く、生産性や経済性の要求
から、例えば、１５０〜２００℃／時間の昇温速度で速
やかに均質化処理温度に加熱すると、炉内雰囲気温度は
均質化処理温度以上の６００〜６５０℃の温度にもな
り、このため、鋳塊の内部温度が均質化処理の設定温度
に達する間に、鋳塊外周部の温度は共晶温度を上回る温
度に加熱され、鋳塊表面近傍の偏析箇所では融解して結
晶粒界が脆化し、Ｍｇの固溶による強化作用が損なわれ
る。このようなことから、本発明は、かかる合金鋳塊の
熱伝達および熱伝導を考慮し、昇温温度を十分に遅くす
ることによって、即ち１１０℃／時間以下の昇温速度で
加熱することによって鋳塊外周部の温度が共晶点に達す
ることなく加熱でき、その間にＭｇを十分に拡散させ、
偏析箇所の存在による部分融解を防止し、Ｍｇの固溶に
よる強化作用を十分に発揮せしめたものである。

【０００９】また、第２の特徴としては、その後の熱間
圧延終了温度又は熱間圧延終了後直ちに該熱延板を２８
０〜３８０℃の温度範囲とすることである。このように
することによって、前工程と後工程と相俟つて、組織内
の粗大再結晶粒の成長を抑制・制御して、組織を微細化
し、強度及び加工性を向上する。この過程で熱延材をそ
の熱延時の儘に放置しておくと、再結晶過程が進行して
粗大結晶粒となり、その後の製品板材において強度、成
形性ともに劣化してしまう。更に、第３の特徴として、
該熱延板を２０％以上の圧延率で冷間圧延することによ
り、前記の工程と相俟つて最終焼鈍後のアルミニウム合
金板の組織を均一微細化し、強度及び成形性を向上させ
る。最終焼鈍においては、該冷延板を３２０〜４００℃
の温度に５時間以内保持して、冷間圧延でできた加工組
織を微細で均一な再結晶組織として成形性を向上させ
る。

【００１０】本発明者らは、前記の化学成分組成を有す
るアルミニウム合金の製造工程において、上記のように
鋳塊から板材に至る加工工程を制御することにより、強
度及び加工性を向上し得ることに着目して、光輝性を低
下させる添加元素を可能な限り減少させてその光輝性を
高め、かつその強度及び高度の加工性を確保することを
可能として本発明に至ったものである。

【００１１】本発明のプレス成形性及びヘラ絞り成形性
に優れた高強度光輝性アルミニウム合金の化学成分・組
成とその作用及びその組成限定理由は次のとおりであ
る。 Ｍｇ：２．０〜３．４重量％ ＭｇはＡｌに対する固溶度が高く、固溶強化作用及び加
工強化作用が大きい。但し、２．０重量％未満で自動車
ホイール用などの高い負荷を受ける構造材料として十分
な強度が得られず、一方、３．４重量％を超えると応力
腐食割れの原因となる。従って、Ｍｇ添加量は上記２．
０〜３．４重量％の範囲とする。 Ｃｕ：０．０５〜０．１０重量％ Ｃｕは、少量の添加により、化学研磨性を助長し、陽極
酸化処理後の光輝性を向上せしめる効果がある。しか
し、０．０５重量％未満の添加量では、その効果は乏し
く、一方、０．１０重量％を超えると、反って光輝性を
阻害するようになる。そこで、その添加量は上記０．０
５〜０．１０重量％の範囲とする。

【００１２】Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｚｒ：各々０．０１重
量％以下 Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｚｒの析出物は、一般に極めて微細
であるため微量であれば光輝性にほとんど影響を与えな
いが、０．０１重量％を超えて含有されていると、金属
組織に影響を及ぼし始めると同時に光輝性にも悪影響を
及ぼすようになる。そこで、これらの元素の含有率はで
きるだけ抑え、不必要な析出物の量を減らすことによっ
て光輝性を更に向上させるため、これらの元素の含有率
を各々０．０１重量％以下に限定する必要がある。

【００１３】Ｓｉ、Ｆｅ：合計で０．０５〜０．０９重
量％ ＳｉはＡｌに対する固溶度がほとんどなく、Ｍｇ₂ Ｓｉ
として晶出し、表面処理工程においてこれが溶解、脱落
してピットを形成するため、光輝性を損なう。従って、
Ｓｉの含有量は、できるだけ少なくすることが望ましい
が、冶金的にその除去は困難であり、リサイクル材など
からも由来するため、あまり含有量を低下させることは
経済的でない。一方、Ｆｅも同様であって、Ａｌ組織中
でＡｌ−Ｆｅ系の粗大な金属間化合物を生成してその光
輝性を落とす。また、その含有量を大きく低下させるこ
とも経済的でない。従って、これら２種の元素の含有量
は、光輝性に影響を及ぼさない範囲で、経済的に折り合
う必要があり、合計値として０．０５〜０．０９重量％
とする。

【００１４】次に、本発明の製造条件について説明す
る。 均質化処理：昇温速度１１０℃／時間以下で、温度範囲
４４０〜５４０℃まで加熱し、時間範囲１〜２４時間保
持する 均質化処理は、鋳造時に偏析したＭｇやＣｕを十分に固
溶させるものである。しかし、１１０℃／時間を超える
昇温速度で加熱を行うと雰囲気温度を６００〜６５０℃
に高く設定する必要があり、鋳塊内部が均質化処理条件
を満たす温度になるまでにその外周部がこれらの温度以
上に加熱され、そのため鋳塊表面近傍では偏析したＭｇ
が共晶融解を起こす危険がある。そのため、昇温速度は
１１０℃／時間以下に設定する必要がある。また、保持
温度が４４０℃未満であると、偏析したＭｇやＣｕの固
溶が不十分となり、一方５４０℃を超えると共晶融解を
起こす危険が生ずるので保持温度は４４０〜５４０℃に
限定する。更に、保持時間は、１時間以内であると固溶
が十分に行われず、また、２４時間を超えて保持しても
品質上大きな効果は期待できないから、経済的でない。

【００１５】熱間圧延：熱間圧延の圧延終了温度又は熱
間圧延終了後直ちに該熱延板の温度を、２８０〜３８０
℃の温度範囲とする 熱間圧延後、圧延材をその高温のまま放置しておくと、
粗大再結晶粒が成長し、製品板をホイールに成形すると
き肌荒れを生じて、外観を損なうばかりでなく、割れを
生じ、著しく成形性を阻害する。そこで、これを防止す
るために、熱間圧延の最終パスを行っている圧延機の出
口側で、圧延後直ちに板を冷却する。この時、冷却後の
板の温度が、３８０℃を超えていると粗大再結晶粒の成
長の防止に十分な効果が得られず、一方、２８０℃に満
たない温度まで冷却しても、その効果は飽和しており、
工業上意味をなさない。従って、熱間圧延の最終パスの
圧延機の出口側で行う板の冷却による熱間圧延の終了温
度は、２８０〜３８０℃に限定する。

【００１６】冷間圧延：２０％以上の圧延率で冷間圧延
する 前記の熱間圧延板に、冷間圧延で冷間加工を加えること
により、最終焼鈍後の製品板の組織をさらに微細均一な
組織とし、材料に強度を与え、成形性を向上させる効果
がある。しかしながら、冷間加工率が２０％より少ない
とこの効果は少なく、十分な強度と成形性が得られな
い。従って、冷間圧延の圧延率は、２０％以上に限定す
る。

【００１７】最終焼鈍：３２０〜４００℃の温度に５時
間以内保持する 最終焼鈍では、冷間圧延でできた加工組織を、微細で均
一な再結晶組織とし、材料を軟質化すると共に成形性を
向上させる効果がある。しかし、３２０℃に満たない温
度で焼鈍してもその効果は少なく、一方、４００℃を超
える温度で焼鈍すると、粗大な再結晶粒を生じて加工性
を低下する。従って、最終焼鈍温度は、３２０〜４００
℃に限定する。また、５時間以上保持して焼鈍しても、
やはり粗大な再結晶粒を生じてしまうため、焼鈍時間と
して５時間を上限とする。なお、通常の焼鈍時間は、１
時間程度でよいが、下限については、板厚や加工条件に
よって異なるため一概にいえず、これらの条件により適
宜設定すればよい。

【００１８】なお、一般に自動車ホイール用アルミニウ
ム合金板は、円盤の形状でユーザーに納入されるが、円
盤の形状に切断する工程において、切断部のみに更に冷
間加工が加わることとなる。このため、最終焼鈍後にこ
の切断工程を行うと、この周縁部分のみ更に強度が増し
て強度分布が不均一な素材となり、成形性を阻害する。
このような素材を加工すると、ホイールに成形中にこの
切断部より割れを生じることとなるので、この強度の不
均一をできるだけ小さくするため、この切断加工は、最
終焼鈍の前にすることが好ましい。

【００１９】

【実施例】次に、本発明を実施例によって説明する。表
１に示す化学成分・組成を有する、厚さ５００ｍｍの鋳
塊を半連続鋳造により製造し、各鋳塊の上下面のみ、そ
れぞれ片面１０ｍｍづつ面削した後、１００℃／時間の
昇温速度で５００℃まで加熱し、更に、表２に示す条件
で自動車ホイール用アルミニウム合金板を製造した。

【００２０】

【００２１】

【００２２】各条件により製造されたアルミニウム合金
板に対して、引張り試験を行い、機械的性能を調査する
と共に、金属顕微鏡により平均結晶粒径の測定を行っ
た。更に、１８インチホイールのリム用にヘラ絞り成形
し、成形性の評価を行った後、このリムに、バフ研磨、
化学研磨、陽極酸化処理を行い、光輝性の評価を行っ
た。これらの評価結果を表３にまとめて示す。なお、成
形性は、肌荒れ以外の多くの要因で変化するため、実際
の成形作業の難易により、３段階評価した。また、光輝
性についても多分にファッション性の観点より主観的に
評価されるものであり、一般に行われるような、Ｌ^* 値
や反射率といった、客観的な物理量で評価することが困
難であるため、目視評価を３段階で表した。

【００２３】

【００２４】表２、３より次のことが明らかである。供
試体Ｎｏ．２と６とは、熱間圧延の最終パス後の冷却を
行っておらず、熱間圧延終了温度が本発明の範囲外であ
るため、粗大な再結晶粒組織となり、絞り加工において
強い肌荒れを生じている。供試体Ｎｏ．３と７とは、冷
間圧延率が本発明の範囲より小さかったため、やはり粗
大な再結晶粒組織となり、絞り加工において強い肌荒れ
を生じている。供試体Ｎｏ．４は、最終焼鈍温度が、本
発明の範囲より低く、十分に軟化されておらず、よい加
工性が得られなかった。逆に、供試体Ｎｏ．８は、最終
焼鈍温度が本発明の範囲より高く、また、供試体Ｎｏ．
９は、最終焼鈍時間が本発明の範囲よりも長かったた
め、いずれも粗大な再結晶粒を生成してしまい肌荒れを
生じている。更に、表１より、合金Ｃは、ＣｕとＣｒの
含有率が本発明の範囲より多く、従って、合金Ｃを使用
して製造された供試体Ｎｏ．１０は、表３に示したよう
に黄色味を帯びた光沢となり、ユーザー評価に合格する
ことができなかった。また、供試体Ｎｏ．１３は、切断
を最終焼鈍の後で行ったため、加工中サークルの外周部
に割れを生じている。これに対して、供試体Ｎｏ．１と
５は、すべての条件が本発明の範囲にあり、合金Ｎｏ．
Ｄ及びＥに示したＪＩＳ ５０５２、及びＪＩＳ ５４
５４に相当する強度と良好な成形性を有し、かつ、これ
らでは達成できない良好な光輝性を得ることができた。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、光輝性を低下させる添加元素を可能な限り減少させ
て、ファッション性を満足する純白色系の光輝性を付与
すると共に優れたアルミニウム合金板を自動車ホイール
用等の高度の加工性及び強度を有する構造材として優れ
たアルミニウム合金板を提供することができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｍｇ：２．０〜３．４重量％、Ｃｕ：
   ０．０５〜０．１０重量％を含有し、残部Ａｌと不純物
   とからなり、不純物としてのＭｎ、Ｃｒ、Ｚｎ及びＺｒ
   の含有量が各々０．０１重量％以下、Ｓｉ及びＦｅの含
   有量を合計で０．０５〜０．０９重量％以下に制限した
   アルミニウム合金鋳塊を、１１０℃／時間以下の昇温速
   度で４４０〜５４０℃の温度範囲に加熱し、該温度で１
   〜２４時間保持して均質化処理した後、該温度又は僅か
   に低い温度で熱間圧延を開始し、熱間圧延終了温度又は
   熱間圧延終了後直ちに該熱延板の温度を２８０〜３８０
   ℃の温度範囲とし、次に該熱延板を２０％以上の圧延率
   で冷間圧延し、該冷延板を３２０〜４００℃の温度に５
   時間以内保持して最終焼鈍することを特徴とする構造用
   光輝性アルミニウム合金板の製造方法。
2. 【請求項２】 Ｍｇ：２．０〜３．４重量％、Ｃｕ：
   ０．０５〜０．１０重量％を含有し、残部Ａｌと不純物
   とからなり、不純物としてのＭｎ、Ｃｒ、Ｚｎ及びＺｒ
   の含有量が各々０．０１重量％以下、Ｓｉ及びＦｅの含
   有量を合計で０．０５〜０．０９重量％以下に制限した
   アルミニウム合金鋳塊を、１１０℃／時間以下の昇温速
   度で４４０〜５４０℃の温度範囲に加熱し、該温度で１
   〜２４時間保持して均質化処理した後、該温度又は僅か
   に低い温度で熱間圧延を開始し、熱間圧延終了温度又は
   熱間圧延終了後直ちに該熱延板の温度を２８０〜３８０
   ℃の温度範囲とし、次に該熱延板を２０％以上の圧延率
   で冷間圧延し、該冷延板を３２０〜４００℃の温度に５
   時間以内保持して最終焼鈍することを特徴とする自動車
   ホイール用光輝性アルミニウム合金板の製造方法。