WO2014003074A1 - ブロー成形用アルミニウム合金板およびその製造方法 - Google Patents

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工藤 智行
佐賀 誠
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Definitions

  • the present invention has good releasability, surface properties, and corrosion resistance for blow molding of aluminum alloy plates with small high-temperature strength, which is a major issue of distortion that occurs when the molded product is released from the mold. And it is related with the aluminum alloy plate for blow molding which can obtain high intensity
  • Blow molding is a molding method that utilizes the fact that aluminum exhibits extremely large ductility called superplasticity at high temperatures. Specifically, it is general to take a method of sandwiching an aluminum plate material with heated upper and lower molds, heating the aluminum plate material, and then pressurizing with a high-pressure gas to form the aluminum plate material into the shape of the molding die. Is. By using blow molding, it is possible not only to form complex shapes that are very difficult by cold press molding using the high temperature ductility of aluminum, but also to mold due to low deformation resistance at high temperature. Excellent transferability and suitable for processing parts with high design properties. In addition, since only one die is often required, the die cost is lower than that of cold press molding, and the die is often used for processing a small variety of parts.
  • an aluminum alloy for blow molding made of a 6000 series aluminum alloy has been developed.
  • the aluminum alloy for blow molding made of 6000 series aluminum alloy is excellent in corrosion resistance and weldability, and is excellent in recyclability because it has few additive alloy elements. Therefore, it is suitable not only for general parts but also by aging heat treatment after blow molding. Since a strength higher than that of a 5000 series aluminum alloy can be obtained, it is possible to reduce the thickness and weight of parts.
  • the 6000 series aluminum alloy has a lower deformation resistance at a higher temperature than the 5000 series aluminum alloy, and the molded product and the mold are strongly fixed after blow molding, so that the molded product is released from the mold. In this case, there is a production problem peculiar to a blow molding material made of a 6000 series aluminum alloy that the molded product may be deformed.
  • Patent Documents 1 to 3 there is no mention of deformation resistance and releasability at high temperatures, and it does not guarantee the shape accuracy of the blow molded product.
  • Patent Document 4 there is a method for preventing the material and the mold from adhering (adhering) after molding by applying a release agent, but the production amount of parts is As the amount increased, not only the amount of release agent used increased, but also a release agent coating and washing step was required, leading to an increase in cost.
  • Patent Document 5 there is also a method for improving the releasability without applying a release agent by applying a metal oxide sol or water glass to an aluminum alloy plate. .
  • the applied metal oxide sol and water glass may be peeled off by sliding with the mold during blow molding, which not only deteriorates the surface condition of the aluminum alloy material, but also peels off the metal oxide. Sol and water glass could be deposited on the mold.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has good release properties, surface properties, and corrosion resistance without causing deterioration of the surface properties of the material and deterioration of the mold after blow molding, and
  • An object of the present invention is to provide an aluminum alloy sheet for blow molding that can provide high strength after age hardening heat treatment and a method for producing the same.
  • the aluminum alloy plate for blow molding according to the first aspect of the present invention, An aluminum alloy plate for blow molding, 0.3 wt% or more and 1.8 wt% or less of Mg, 0.6 mass% or more and 1.6 mass% or less of Si; 0.2% by mass or more and 1.2% by mass or less of Mn, Including In at least one surface of the aluminum alloy plate for blow molding, The ratio of the region where the valley depth of the roughness curve is 0.3 ⁇ m or more is X, When the yield stress when the aluminum alloy plate for blow molding is deformed under a predetermined condition is Y, 0.10 ⁇ X and Y ⁇ ⁇ 8.0X + 10.8 are satisfied, It is characterized by that.
  • the other surface of the blow-molding aluminum alloy plate may satisfy the relational expression of 0 ⁇ X ⁇ 0.10.
  • the balance may be made of aluminum and inevitable impurities.
  • the method for producing an aluminum alloy plate for blow molding according to the second aspect of the present invention 0.3 mass% or more and 1.8 mass% or less of Mg, 0.6 mass% or more and 1.6 mass% or less of Si, and 0.2 mass% or more and 1.2 mass% or less of Mn are included. Homogenizing the aluminum alloy at a temperature of 500 ° C. or higher and lower than the melting point of the aluminum alloy; Hot rolling the homogenized aluminum alloy at a temperature of 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower; Cold rolling the hot-rolled aluminum alloy; including, It is characterized by that.
  • the step of cold rolling may include a step of intermediate annealing the aluminum alloy at a temperature of 500 ° C. or higher and lower than the melting point of the aluminum alloy.
  • the aluminum alloy may be cold rolled using two rolls having different surface properties.
  • the aluminum alloy is cold-rolled so that the relational expression of 0.10 ⁇ X is satisfied on one surface of the aluminum alloy and the relational expression of 0 ⁇ X ⁇ 0.10 is satisfied on the other surface of the aluminum alloy. May be.
  • the aluminum alloy plate for blow molding according to the third aspect of the present invention is Produced using the above-described method for producing an aluminum alloy plate for blow molding, It is characterized by that.
  • the material after blow molding, the material has good release properties, surface properties, and corrosion resistance without deteriorating the surface properties of the material or the mold, and high strength after age hardening heat treatment.
  • An aluminum alloy plate for blow molding obtained and a method for producing the same can be provided.
  • the present inventor considers that the high-temperature strength and surface properties of the 6000 series aluminum alloy plate are closely related to the release property, and adjusting the surface property of the blow-molded aluminum alloy plate by final cold rolling, Study was carried out. As a result, if there is a valley with a certain depth on the surface of the aluminum alloy plate for blow molding before blow molding, the valley remains after blow molding, and it is possible to avoid close contact with the mold, in addition As a result of intensive investigation, we have determined that an increase in high-temperature strength during blow molding reduces the proportion of the adhesive part between the surface of the aluminum alloy for blow molding and the mold and is effective in improving mold release properties. It was.
  • the high-temperature strength is further increased without greatly reducing the corrosion resistance so that it can be used for general parts without greatly changing the Mg content and the Si content that greatly affect the age hardening of the 6000 series aluminum alloy.
  • the present inventor grasps the relationship between surface properties, high-temperature strength and mold release properties by experiments (FIG. 1), and optimizes the surface properties to be adjusted by alloy components such as Mg, Si, Mn and final rolling.
  • the inventors have invented a blow-molding aluminum alloy plate suitable for general parts and having a mold release property, age-hardening property, and corrosion resistance, and a method for producing the same.
  • Mg and Si are indispensable components of the aluminum alloy plate for blow molding according to the embodiment of the present invention.
  • the aluminum alloy plate for blow molding according to the embodiment is necessary for obtaining a strength greater than that of a 5000 series aluminum alloy.
  • the Mg content in the aluminum alloy is less than 0.3% by mass and the Si content in the aluminum alloy is less than 0.6% by mass, the above effects are poor.
  • the Mg content in the aluminum alloy exceeds 1.8% by mass and the Si content in the aluminum alloy exceeds 1.6% by mass, it is difficult to ensure age hardening of the aluminum alloy for blow molding. Become.
  • the Mg content in the aluminum alloy is in the range of 0.3 mass% to 1.8 mass%, and the Si content in the aluminum alloy The rate is in the range of 0.6 mass% to 1.6 mass%.
  • Mn is effective for increasing the high temperature strength without impairing the corrosion resistance of the 6000 series aluminum alloy constituting the blow molding aluminum alloy according to the embodiment of the present invention.
  • the addition of Mn has the effect of suppressing abnormal grain growth in the aluminum alloy after blow molding.
  • the content of Mn in the aluminum alloy is less than 0.2% by mass, the effect of increasing the high temperature strength is poor.
  • Mn is added to the aluminum alloy in a large amount, the age hardening of the aluminum alloy is lowered.
  • the content of Mn in the aluminum alloy exceeds 1.2% by mass, the age hardening of the aluminum alloy plate for blow molding is obtained. It will be difficult to ensure. Therefore, the content rate of Mn in the aluminum alloy plate for blow molding which concerns on embodiment of this invention shall be in the range of 0.2 mass% or more and 1.2 mass% or less.
  • Cr has the same effect as Mn, it may be added to the aluminum alloy for blow molding as necessary.
  • the Cr content in the aluminum alloy is 0.05% by mass or more, the effect of increasing the high-temperature strength of the aluminum alloy plate for blow molding can be further obtained.
  • the content of Cr in the aluminum alloy is 0.3% by mass or less, the age hardening of the aluminum alloy plate for blow molding can be further secured. That is, the content of Cr in the aluminum alloy according to the embodiment of the present invention is appropriately selected within the range where the effects of the present invention are exhibited, and is not limited to the following, but is 0.05% by mass or more and 0.3%. It is more preferable that the content is not more than mass%.
  • Cu may be added to the aluminum alloy for blow molding as necessary in order to improve age hardening.
  • the content of Cu in the aluminum alloy is 0.1% by mass or more, the effect of increasing the strength of the aluminum alloy for blow molding can be sufficiently obtained.
  • the content rate of Cu in an aluminum alloy is 0.4 mass% or less, the corrosion resistance of the aluminum alloy for blow molding can be kept more favorable, and it can be used suitably as a material for general parts. That is, the Cu content in the aluminum alloy according to the embodiment of the present invention is appropriately selected within the range where the effects of the present invention are exhibited, and is not limited to the following, but is 0.1% by mass or more and 0.4% It is more preferable that the content is not more than mass%.
  • the balance of the aluminum alloy constituting the blow-molding aluminum alloy plate according to the embodiment of the present invention is made of aluminum and inevitable impurities such as Fe.
  • the content of each inevitable impurity is appropriately selected within a range that does not impair the effects of the present invention.
  • the 6000 series aluminum alloy plate constituting the aluminum alloy plate for blow molding according to the embodiment of the present invention is manufactured through, for example, a melt casting process, a homogenization process, a hot rolling process, and a cold rolling process.
  • melt casting process It is more preferable that the melt casting is performed by a general method such as a DC (Direct Hill) casting method, and the cooling rate is increased to increase the solid solution amount of Mn and Cr in the aluminum alloy.
  • DC Direct Hill
  • the aluminum alloy ingot obtained by melt casting is heated and homogenized.
  • the heating temperature is more preferably 500 ° C. or higher and lower than the melting point temperature (eg, about 580 ° C.) of the aluminum alloy according to the embodiment of the present invention.
  • the heating temperature By setting the heating temperature to 500 ° C. or higher, re-solution of Mn and Cr-based crystallized substances is promoted, and it becomes easier to secure a solid solution amount of Mn and Cr in the aluminum alloy.
  • dissolution of the aluminum alloy can be prevented.
  • the material temperature of the aluminum alloy during hot rolling is more preferably in the range of 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
  • the material temperature of the aluminum alloy during hot rolling is more preferably in the range of 200 ° C. or higher and 400 ° C. or lower.
  • the aluminum alloy for blow molding is cold-rolled until the final plate thickness is reached. More preferably, intermediate annealing is performed once or twice during the cold rolling. By performing the intermediate annealing, the Mn and Cr-based intermetallic compounds refined by cold rolling are more easily dissolved again. Further, the equiaxed flat grain structure is promoted, and the formability and surface properties of the blow-molding aluminum alloy can be further improved.
  • the intermediate annealing temperature to, for example, 500 ° C. or more, re-solution of Mn and Cr intermetallic compounds is further promoted, and the intermediate annealing temperature is set to, for example, an aluminum alloy for blow molding according to an embodiment of the present invention.
  • the final thickness of the aluminum alloy sheet after the cold rolling is appropriately selected within the range where the effects of the present invention are exhibited, and is not limited to the following, but for example, the final thickness in the range of 0.2 mmt to 3.0 mmt A plate thickness is preferably used, and a final plate thickness in the range of 0.8 mmt to 1.6 mmt is more preferably used.
  • the solution treatment can be performed by heating at the time of blow molding, for example, the final annealing is not performed and the cold rolling is performed. It is more preferable to use an aluminum alloy plate in the state. By doing so, the final annealing step can be omitted, and the manufacturing cost can be further reduced.
  • the aluminum alloy plate for blow molding according to the embodiment of the present invention can be obtained by the above-described steps.
  • the surface property of the aluminum alloy plate for blow molding is more preferably adjusted by adjusting the surface property of the final cold rolling roll.
  • adjustment of the surface property of the aluminum alloy sheet for blow molding by adjusting the surface property of the roll of cold rolling will be described.
  • the surface property of the material of the aluminum alloy plate for blow molding that contacts the mold during blow molding is perpendicular to the rolling direction of the aluminum alloy plate for blow molding.
  • the ratio of the region where the valley depth is 0.3 ⁇ m or more is X
  • the ratio is adjusted so as to satisfy the relational expression of 0.10 ⁇ X.
  • the valley depth refers to the depth of the material recess with respect to the average line in the roughness curve obtained by subtracting the long wavelength component (average line) from the measured cross-sectional curve in accordance with JISB0601: '01 (see FIG. 2).
  • the surface roughness is measured by, for example, a surface roughness measuring machine.
  • the recess of 0.3 ⁇ m or more exists on the surface of the aluminum alloy plate before blow molding, the recess remains even after blow molding, reducing the contact area between the mold and the aluminum alloy.
  • the mold release property of the aluminum alloy is improved.
  • X is 0.10 or more, adhesion between the mold and the aluminum alloy plate for blow molding can be suppressed, and good release property from the mold of the aluminum alloy plate for blow molding is ensured. can do.
  • X> 0.50 the release effect tends to be saturated, and by setting X ⁇ 0.50, the surface properties of the aluminum alloy plate for blow molding can be improved.
  • the high temperature strength of the aluminum alloy for blow molding has a correlation with the mold release property, and the yield stress at 530 ° C. and the strain rate of 10 ⁇ 2 / sec, which is a general blow molding condition for the 6000 series aluminum alloy, is Y (
  • the present inventors have found that when the relational expression of Y ⁇ ⁇ 8.0X + 10.8 is satisfied, the releasability from the mold of the aluminum alloy for blow molding is good. (Fig. 1). This indicates that the lower the high-temperature strength, the stronger the adhesion between the mold and the blow-molding aluminum alloy, so it is necessary to increase X, which is a numerical value representing the surface properties.
  • the yield stress is measured using, for example, a tensile tester.
  • the aluminum alloy plate for blow molding when the ratio of the region where the valley depth is 0.3 ⁇ m or more is X, the relational expression of 0.10 ⁇ X, Since both of the relational expressions of Y ⁇ ⁇ 8.0X + 10.8 are satisfied, the aluminum alloy plate for blow molding has good release properties, surface properties, corrosion resistance, and high strength after age hardening heat treatment. Is obtained.
  • This surface is made to correspond to the surface on the side in contact with the mold, and the surface on the side not in contact with the mold (the other surface) is made to correspond to the outside of the molded product touching the human eye.
  • the surface properties on both surfaces of the aluminum alloy for blow molding can be independently adjusted.
  • the surface property of the surface that contacts the mold satisfies the relational expression of 0.10 ⁇ X, and the surface that does not contact the mold (the other surface)
  • the surface property of the surface of the above satisfies the relational expression of 0 ⁇ X ⁇ 0.10, so that a better mold release property is ensured to obtain a high dimensional accuracy and a molded product having an extremely excellent surface appearance. Can be obtained.
  • the aluminum alloy plate for blow molding it is more possible to perform blow molding at a solution treatment temperature of 500 ° C. or more and a temperature lower than the melting point of the aluminum alloy plate for blow molding. preferable.
  • blow molding will serve as a solution treatment process, and it leads to reduction of a process.
  • the blow molding temperature is 530 ° C. or higher.
  • dissolution of the aluminum alloy plate for blow molding can be prevented by making blow molding temperature into the temperature below melting
  • the molding gas pressure in blow molding is within the range of 0.5 MPa or more and 5 MPa or less, for example, greater ductility can be obtained, and molding of an aluminum alloy for blow molding becomes easier.
  • the aluminum alloy is cooled at a cooling rate of 3 ° C./second or more, and an age hardening treatment is immediately performed at a temperature of 170 ° C. or higher and 230 ° C. or lower to obtain higher strength.
  • the molded product is cooled with a large fan or the like, and the molded product is immediately placed in an air furnace at a temperature of 170 ° C. or higher and 230 ° C. or lower, and the molding time is 2 minutes or longer.
  • the age hardening is evaluated by measuring the 0.2% proof stress after the age hardening using, for example, a tensile tester.
  • the 0.2% proof stress refers to the stress at which the permanent set becomes 0.2% when a load such as a tensile tester is removed.
  • an aluminum alloy for blow molding excellent in all of mold release property, age-hardening property, corrosion resistance and surface appearance can be obtained.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and applications are possible.
  • the embodiment in which the intermediate annealing is performed once or twice during the cold rolling has been described.
  • the intermediate annealing may not be performed or the intermediate annealing may be performed three times or more. Good.
  • the final annealing may be performed after the cold rolling process.
  • the method of cold-rolling an aluminum alloy is this Although it is selected as appropriate within the scope of the effects of the invention and is not limited to the following, the aluminum alloy may be cold-rolled using two rolls having the same surface properties, You may cold-roll an aluminum alloy using other methods, such as cold-rolling an aluminum alloy using more than two rolls, such as one roll.
  • relational expression of 0.10 ⁇ X is satisfied on one surface of the aluminum alloy and the relational expression of 0 ⁇ X ⁇ 0.10 is satisfied on the other surface of the aluminum alloy.
  • relational expression on one surface of the aluminum alloy and the relational expression on the other surface of the aluminum alloy are appropriately selected within the scope of the effects of the present invention, and are not limited to the following.
  • the relational expression on one surface of the alloy may be X ⁇ 0.10, or the relational expression on the other surface of the aluminum alloy may be X> 0.10.
  • Example A First, aluminum alloys (alloy number 1 to alloy number 24) composed of the alloy composition, inevitable impurities, and aluminum shown in Table 1 were respectively melted and cast by the DC casting method. Next, each aluminum alloy ingot was homogenized at a temperature of 550 ° C. Subsequently, hot rolling was performed at a temperature of the ingot of 380 ° C., and the plate thickness was set to 3 mmt. Finally, after performing intermediate annealing at 550 ° C. once, cold rolling was performed until the plate thickness became 0.8 mmt, 1 mmt, and 1.6 mmt to obtain an aluminum alloy plate for blow molding (Table 2 and (See the plate thickness in Table 3). As shown in Tables 2 and 3, for Alloy No.
  • High-temperature blow molding was performed on each aluminum alloy rolled plate for blow molding using a mold.
  • a 300 mm square and 70 mm deep square tube mold is used, and the blow molding temperature can sufficiently form a solution of the 6000 series aluminum alloy constituting the aluminum alloy plate for blow molding used in this example.
  • the temperature was set to 530 ° C.
  • the aluminum alloy rolled sheet for blow molding was heated in a mold for 10 minutes and then blow molded using a high pressure gas of 2 MPa.
  • the molded product was released from the mold. After releasing from the mold, the molded product was cooled by fan air cooling, immediately put into an air furnace and heated to 180 ° C. to perform age hardening. After heating for 1 hour, the molded product is taken out from the air furnace, allowed to cool, and then a tensile test piece is taken from the center of the bottom surface of the molded product and subjected to a tensile test using a tensile tester. It was measured.
  • X is the ratio of the region where the valley depth is 0.3 ⁇ m or more in the cross section perpendicular to the rolling direction of the aluminum alloy plate for blow molding.
  • the valley depth refers to the depth of the material recess with respect to the average line in the roughness curve obtained by subtracting the long wavelength component (average line) from the measured cross-sectional curve in accordance with JISB0601: '01.
  • X L 1 / L, where L is the reference length of the average line and L 1 is the sum of the horizontal lengths of the portions where the valley depth is 0.3 ⁇ m or more.
  • Tensile test specimens were taken from the aluminum alloy plate for blow molding before molding, and L 1 and L of each tensile test specimen were measured using a surface roughness measuring machine.
  • the yield stress Y (MPa) of each tensile test piece was measured using a tensile tester under the conditions of 530 ° C. and a strain rate of 10 ⁇ 2 / sec.
  • the aluminum alloys for blow molding of Examples 1, 3 to 10, and 13 to 14 had good release properties and good age-hardening properties.
  • Examples 2, 13 and 14 regardless of whether the plate thickness is 0.8 mmt, 1 mmt, or 1.6 mmt, it similarly has good releasability and good age hardening. I understood.
  • the aluminum alloys for blow molding of Examples 2 and 11 to 12 had better release properties and good age hardenability.
  • the blow-molding aluminum alloy of Comparative Example 1 had sufficient age-hardening properties, but Y ⁇ 8.0X + 10.8, so the high-temperature strength was small and the releasability was not sufficient.
  • the blow molding aluminum alloys of Comparative Example 2, Comparative Example 3, Comparative Example 12 and Comparative Example 13 had sufficient age-hardening properties, but the Mn content was less than 0.2% by mass, so the high temperature strength was high. Was low and the releasability was not sufficient. Further, as shown in Comparative Examples 2, 12 and 13, the age-hardening property was sufficient when the plate thickness was 0.8 mmt, 1 mmt, or 1.6 mmt, but the Mn content was 0.
  • the aluminum alloy for blow molding of Comparative Example 4 had a sufficient release property, but the Mn content was more than 1.2% by mass, so that the age hardening was not sufficient.
  • the aluminum alloy for blow molding of Comparative Example 5 had a Mg content of less than 0.3% by mass, so that the blow moldability was not sufficient and the mold release property was not sufficient. Moreover, age-hardening property was not enough.
  • the aluminum alloy for blow molding of Comparative Example 6 had sufficient releasability, but the age content was not sufficient because the Mg content exceeded 1.8% by mass.
  • the aluminum alloy for blow molding of Comparative Example 7 had a Si content of less than 0.6% by mass, so that the mold release and age-hardening properties were not sufficient.
  • the aluminum alloy for blow molding of Comparative Example 8 had sufficient release properties, but the age content was not sufficient because the Si content was more than 1.6% by mass.
  • the aluminum alloy for blow molding of Comparative Example 9 had a Mg content of less than 0.3% by mass, a Si content of less than 0.6% by mass, and a Mn content of less than 0.2% by mass.
  • the high temperature strength was small, and a large deformation occurred during release. Moreover, age-hardening property was not enough.
  • the blow-molding aluminum alloys of Comparative Example 10 and Comparative Example 11 had sufficient age-hardening properties, but Y ⁇ 8.0X + 10.8, so the high-temperature strength was small and the releasability was not sufficient.
  • Example B For the aluminum alloys for blow molding with alloy numbers 1, 3, 5, 21, 22, and 24, the surface property X is adjusted by cold rolling using rolling rolls having different surface roughness in the cold rolling of the final step. Then, the relationship with the mold release property was investigated for each aluminum alloy for blow molding. Table 3 shows the numerical values of X, Y, releasability and strength after age hardening. Evaluation criteria are the same as in Example A above.
  • the aluminum alloys for blow molding in Examples 15 to 18 and 26 to 27 were all composed of an aluminum alloy with alloy number 1.
  • X in Example 15, Example 26, and Example 27 is 0.30
  • X in Example 16 is 0.45
  • X in Example 17 is 0.50
  • X in Example 18 is 0.55.
  • Table 3 it was found that the releasability becomes better as the value of X increases.
  • the age-hardening property was good.
  • the plate thickness is 0.8 mmt, 1 mmt, or 1.6 mmt. was also found to have good release properties and good age hardening.
  • the aluminum alloys for blow molding of Examples 19 to 22 were all composed of an aluminum alloy with alloy number 3.
  • X in Example 19 was 0.30
  • X in Example 20 was 0.45
  • X in Example 21 was 0.50
  • X in Example 22 was 0.55.
  • the blow-molding aluminum alloys of Examples 23 to 25 were all composed of an aluminum alloy with alloy number 24.
  • X in Example 23 was 0.45
  • X in Example 24 was 0.50
  • X in Example 25 was 0.55.
  • the high temperature strengths of the blow molding aluminum alloys of Examples 23 to 25 were almost the same, but it was found that the releasability was better because of the large value of X. In all of Examples 23 to 25, the age-hardening property was good.
  • the blow molding aluminum alloys of Comparative Examples 14 to 16 and 23 to 24 were all composed of an aluminum alloy of Alloy No. 22. Since the Mg content was less than 0.3% by mass, the Si content was less than 0.6% by mass, and the Mn content was less than 0.2% by mass, the high-temperature strength was small, and the value of X was set to 0.00. Even if it was 45, 0.50, 0.55, the releasability was not sufficient, and deformation occurred during the release. Moreover, age-hardening property was not enough.
  • Comparative Examples 15, 23 and 24 in which the value of X is 0.50, the high-temperature strength is small regardless of whether the plate thickness is 0.8 mmt, 1 mmt, or 1.6 mmt, It was found that even when the value of X was 0.50, the releasability was not sufficient, deformation occurred during the releasability, and age-hardening property was not sufficient.
  • the aluminum alloy for blow molding of Comparative Example 17 was composed of an aluminum alloy of Alloy No. 1
  • the aluminum alloy for blow molding of Comparative Example 18 was composed of an aluminum alloy of Alloy No. 21. All alloys had sufficient high-temperature strength, but both X values were less than 0.1.
  • the aluminum alloy for blow molding of Comparative Example 19 was composed of an aluminum alloy with alloy number 24. In the blow molding aluminum alloy of Comparative Example 19, since Y ⁇ 8.0X + 10.8, the high-temperature strength was small and the releasability was not sufficient.
  • the aluminum alloys for blow molding of Comparative Examples 20 to 22 were composed of an aluminum alloy of Alloy No. 5. Since the Mn content was less than 0.2% by mass and the high-temperature strength was small, the releasability was not sufficient and large deformation occurred in the molded product.
  • the Mn content is less than 0.2% by mass and the high-temperature strength is small regardless of whether the plate thickness is 0.8 mmt, 1 mmt, or 1.6 mmt. Therefore, it was found that the releasability was not sufficient and a large deformation occurred in the molded product.
  • Example C About the aluminum alloy of the alloy number 12, the influence of the homogenization process temperature, the heating temperature before hot rolling, and the intermediate annealing temperature was investigated.
  • Table 4 shows the numerical values of homogenization temperature, heating temperature before hot rolling, intermediate annealing temperature, X, Y, releasability, and strength after age hardening. The evaluation criteria are the same as in Example A and Example B described above.
  • the melting point of the aluminum alloy of Alloy No. 12 was approximately 580 ° C.
  • the homogenization treatment temperature in the production process was 500 ° C. or higher and less than the melting point of the aluminum alloy for blow molding of Alloy No. 12. It was found that the solid solution of Mn was further promoted, the high-temperature strength was further increased, and the releasability was improved. Moreover, age-hardening property was also favorable. The release property and age-hardening property of the aluminum alloy for blow molding of Example 31 were good. The mold release property and age-hardening property of the aluminum alloy for blow molding of Example 32 were good. In the blow molding aluminum alloy of Example 33, as shown in Table 4, since the heating temperature before hot rolling in the production process was 200 ° C. or more and 400 ° C.
  • the precipitation of Mn was further suppressed, and the high temperature strength was high. It was found that the releasability was better with a further increase. Moreover, age-hardening property was also favorable.
  • the release property and age-hardening property of the blow-molding aluminum alloy of Example 34 were good. In the aluminum alloy for blow molding of Example 35, as shown in Table 4, the intermediate annealing temperature in the production process was 500 ° C. or higher, and a temperature lower than the melting point of the aluminum alloy for blow molding of alloy number 12, It was found that the dissolution of Mn was promoted, the high-temperature strength was further increased, and the releasability was improved. Moreover, age-hardening property was also favorable.
  • An aluminum alloy plate for blow molding 0.3 wt% or more and 1.8 wt% or less of Mg, 0.6 mass% or more and 1.6 mass% or less of Si; 0.2% by mass or more and 1.2% by mass or less of Mn, Including In at least one surface of the aluminum alloy plate for blow molding, The ratio of the region where the valley depth of the cross-sectional roughness curve is 0.3 ⁇ m or more is X, When the yield stress when the aluminum alloy plate for blow molding is deformed under a predetermined condition is Y, 0.10 ⁇ X and Y ⁇ ⁇ 8.0X + 10.8 are satisfied, An aluminum alloy plate for blow molding characterized by the above.
  • the balance consists of aluminum and inevitable impurities,
  • the step of cold rolling includes a step of intermediate annealing the aluminum alloy at a temperature of 500 ° C. or higher and lower than the melting point of the aluminum alloy.
  • the manufacturing method of the aluminum alloy plate for blow molding of the additional statement 6 characterized by the above-mentioned.

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Abstract

 ブロー成形用アルミニウム合金板は、0.3質量%以上1.8質量%以下のMgと、0.6質量%以上1.6質量%以下のSiと、0.2質量%以上1.2質量%以下のMnと、を含み、ブロー成形用アルミニウム合金板の少なくとも一方の面において、粗さ曲線の谷深さが0.3μm以上である領域の割合をXとし、所定の条件下で、ブロー成形用アルミニウム合金板が変形されたときの降伏応力をYとしたとき、0.10≦X、および、Y≧-8.0X+10.8の関係式を満たす。

Description

ブロー成形用アルミニウム合金板およびその製造方法
 本発明は、成形品を金型から離型する際に生じる歪が大きな課題となる高温強度の小さいアルミニウム合金板のブロー成形に対して、良好な離型性、表面性状、耐食性を有し、かつ、時効硬化熱処理後に高強度を得ることが可能なブロー成形用アルミニウム合金板およびその製造方法に関する。
 近年、自動車の車体などの軽量化手段の一つとして、アルミニウム合金のボディパネルへの適用が進んでいる。しかし、一般的にアルミニウム合金は鋼板に比べて成形性が低いため、様々な加工法の検討が行われている。その一つに超塑性変形を利用したブロー成形が挙げられる。
 ブロー成形とは、特に、アルミニウムが高温で超塑性と呼ばれる著しく大きな延性を示すことを利用した成形方法である。具体的には、加熱された上下金型でアルミニウム板材を挟持し、アルミニウム板材を加熱した後、高圧のガスで加圧して、アルミニウム板材を成形金型の形状に成形する方法をとることが一般的である。ブロー成形を用いることによって、アルミニウムの大きな高温延性を利用して冷間プレス成形では非常に困難な複雑な形状の成形が可能となるだけでなく、高温での変形抵抗が小さいために金型への転写性に優れ、高い意匠性を有する部品の加工に適する。加えて、金型が片方だけでよいことが多いため、冷間プレス成形に比べて金型費が安価であり、少量多品種の部品の加工に用いられることが多い。
 特に、アルミニウム合金に関しては優れた超塑性特性を示す材料が積極的に開発されている。中でも2000系アルミニウム合金および7000系アルミニウム合金は高温で著しく大きな延性を示すことに加え、ブロー成形後の熱処理によって高い強度が得られるため、いくつかのブロー成形用合金が開発されている。しかし、2000系アルミニウム合金や7000系アルミニウム合金は耐食性、溶接性に劣り、また製造コストが高いため、航空機などの特殊部品への適用に限られている。その一方、Mgが多く固溶した5000系アルミニウム合金は高温で大きな延性を示すことはもちろん、中程度の強度と溶接性、耐食性に優れ、一般部品向けのブロー成形用材料として広く用いられている。特にその需要の大部分は自動車部品が占める。しかし、部品への軽量化の需要が増すにつれ、一般部品用途の、より高強度のブロー成形用材料が求められるようになってきた。
 そこで近年では特許文献1~特許文献3に述べられているように、6000系アルミニウム合金からなるブロー成形用アルミニウム合金が開発されている。6000系アルミニウム合金からなるブロー成形用アルミニウム合金は耐食性や溶接性に優れ、また添加合金元素が少ないためにリサイクル性に優れることから、一般部品用途として適するだけでなく、ブロー成形後の時効熱処理によって、5000系アルミニウム合金以上の高い強度が得られることから、部品の薄肉軽量化が可能となる。
 しかし、6000系アルミニウム合金は5000系アルミニウム合金に比べて高温での変形抵抗が低く、ブロー成形後に成形品と金型との固着が強くなることもあって、金型から成形品を離型する際に成形品に変形が生じることがあるという6000系アルミニウム合金からなるブロー成形用材料特有の生産上の課題があった。
 これに対し、特許文献1~特許文献3に記載のアルミニウム合金においては、高温での変形抵抗や離型性が言及されておらず、ブロー成形品の形状精度を保証するものではない。また、特許文献4に記載されているように、離型剤を塗布することによって、成形後に材料と金型とが凝着(固着)することを防止する方法があるが、部品の生産量が増すにつれて離型剤の使用量が増すだけでなく、離型剤の塗布、洗浄工程が必要となり、コスト上昇に繋がっていた。これに対し、特許文献5に記載されているように、金属酸化物のゾルや水ガラスをアルミニウム合金板に塗布して離型剤を塗布せずに、離型性の向上を目指す方法もある。しかし、塗布された金属酸化物のゾルや水ガラスはブロー成形中に金型との摺動によって剥離することもあり、アルミニウム合金材料の表面の状態が悪化するだけでなく、剥離した金属酸化物のゾルや水ガラスが金型に堆積する可能性があった。また、アルミニウム板材の通常の圧延工程に加えて、金属酸化物のゾルや水ガラスをアルミニウム合金板に塗布するという新たな工程の導入が必要となるという課題があった。上述のように、従来の6000系アルミニウム合金からなるブロー成形用材料を用いて、形状および精度に優れた成形品を安定して生産することは困難であった。
特開2006-37139号公報 特開2008-62255号公報 特開2006-265723号公報 特開平11-158485号公報 特開2007-61842号公報
 本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、ブロー成形後に材料の表面性状の悪化や金型の悪化を招くことなく、良好な離型性、表面性状、および、耐食性を有し、かつ、時効硬化熱処理後に高い強度が得られるブロー成形用アルミニウム合金板およびその製造方法を提供することを目的とする。
 本発明の第1の観点に係るブロー成形用アルミニウム合金板は、
 ブロー成形用アルミニウム合金板であって、
 0.3質量%以上1.8質量%以下のMgと、
 0.6質量%以上1.6質量%以下のSiと、
 0.2質量%以上1.2質量%以下のMnと、
を含み、
 前記ブロー成形用アルミニウム合金板の少なくとも一方の面において、
 粗さ曲線の谷深さが0.3μm以上である領域の割合をXとし、
 所定の条件下で、前記ブロー成形用アルミニウム合金板が変形されるときの降伏応力をYとしたとき、
 0.10≦X、および、Y≧-8.0X+10.8の関係式を満たす、
 ことを特徴とする。
 0.05質量%以上0.3質量%以下のCrをさらに含有してもよい。
 0.1質量%以上0.4質量%以下のCuをさらに含有してもよい。
 前記ブロー成形用アルミニウム合金板の一方の面において0.10≦Xの関係式を満たし、
 前記ブロー成形用アルミニウム合金板のもう一方の面において0≦X≦0.10の関係式を満たしてもよい。
 残部が、アルミニウムおよび不可避不純物からなってもよい。
 本発明の第2の観点に係るブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法は、
 0.3質量%以上1.8質量%以下のMgと、0.6質量%以上1.6質量%以下のSiと、0.2質量%以上1.2質量%以下のMnと、を含むアルミニウム合金を、500℃以上、かつ、該アルミニウム合金の融点未満の温度で均質化処理する工程と、
 均質化処理された該アルミニウム合金を、200℃以上400℃以下の温度で熱間圧延する工程と、
 熱間圧延された該アルミニウム合金を冷間圧延する工程と、
を含む、
 ことを特徴とする。
 前記冷間圧延する工程が、該アルミニウム合金を、500℃以上、かつ、該アルミニウム合金の融点未満の温度で中間焼鈍する工程を含んでもよい。
 前記冷間圧延する工程において、異なる表面性状を有する2つのロールを用いて該アルミニウム合金を冷間圧延してもよい。
 前記冷間圧延する工程において、異なる表面性状を有する2つのロールを用いることによって、
 該アルミニウム合金の一方の面において0.10≦Xの関係式を満たし、該アルミニウム合金のもう一方の面において0≦X≦0.10の関係式を満たすように該アルミニウム合金を冷間圧延してもよい。
 本発明の第3の観点に係るブロー成形用アルミニウム合金板は、
 上記のブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法を用いて製造された、
 ことを特徴とする。
 本発明によれば、ブロー成形後に材料の表面性状の悪化や金型の悪化を招くことなく、良好な離型性、表面性状、および、耐食性を有し、かつ、時効硬化熱処理後に高い強度が得られるブロー成形用アルミニウム合金板およびその製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係るアルミニウム合金の表面性状、高温強度、離型性の関係を示す図である。 本発明の実施形態に係るアルミニウム合金の表面性状を説明する図である。
 本発明者は、6000系アルミニウム合金板の高温強度および表面性状が離型性と密接に関係すると考え、最終冷間圧延によってブロー成形用アルミニウム合金板の表面性状を調節して、種々の実験ならびに検討を行った。その結果、ブロー成形前のブロー成形用アルミニウム合金板の表面に一定深さの谷があった場合、ブロー成形後もその谷は残存し、金型との密着を回避することができること、加えて、ブロー成形時の高温強度の増加がブロー成形用アルミニウム合金の表面と金型との間の密着部分の割合を減少させ、離型性の向上に有効となることを、鋭意検討の末、突き止めた。さらに、6000系アルミニウム合金の時効硬化性に大きく影響するMgの含有率およびSiの含有率を大きく変えず、かつ、一般部品向けとして使用できるように、耐食性を大きく損なうことなく、高温強度をさらに上昇させるためには、MnおよびCrの添加、および、その固溶が有効であることを突き止めた。そこで、本発明者は、表面性状、高温強度と離型性の関係を実験によって把握し(図1)、Mg、Si、Mnなどの合金成分および最終圧延によって調節する表面性状を最適化することによって、離型性、時効硬化性、耐食性を兼備した、一般部品に適するブロー成形用アルミニウム合金板およびその製造方法を発明するに至った。
 以下、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板について詳細に説明する。
 はじめに、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板の合金成分およびその含有率について説明する。
 MgおよびSiは本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板の必須の成分であり、ブロー成形のために必要な超塑性成形性の確保、および、成形後の時効硬化処理によって、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板が5000系アルミニウム合金以上の大きな強度を得るために必要である。アルミニウム合金中のMgの含有率が0.3質量%未満、アルミニウム合金中のSiの含有率が0.6質量%未満の場合、上述の効果に乏しい。また、アルミニウム合金中のMgの含有率が1.8質量%超過、アルミニウム合金中のSiの含有率が1.6質量%超過の場合、ブロー成形用アルミニウム合金の時効硬化性の確保が困難となる。そのため、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板においては、アルミニウム合金中のMgの含有率を0.3質量%以上1.8質量%以下の範囲とし、アルミニウム合金中のSiの含有率を0.6質量%以上1.6質量%以下の範囲とする。
 Mnは、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金を構成する6000系アルミニウム合金の耐食性を損なうことなく高温強度を増加させるために有効である。また、Mnを添加することによって、ブロー成形後のアルミニウム合金における異常粒成長を抑制する効果を有する。アルミニウム合金中のMnの含有率が0.2質量%未満の場合、高温強度増加の効果は乏しい。一方で、Mnをアルミニウム合金に多量に添加するとアルミニウム合金の時効硬化性が低下し、アルミニウム合金中のMnの含有率が1.2質量%を超えると、ブロー成形用アルミニウム合金板の時効硬化性の確保が困難となる。したがって、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板中のMnの含有率を0.2質量%以上1.2質量%以下の範囲内とする。
 CrもMnと同様の効果があるため、必要に応じてブロー成形用アルミニウム合金に添加してもよい。アルミニウム合金中のCrの含有率が0.05質量%以上であることによって、ブロー成形用アルミニウム合金板の高温強度増加の効果を一層得ることができる。また、アルミニウム合金中のCrの含有率が0.3質量%以下であることによって、ブロー成形用アルミニウム合金板の時効硬化性を一層確保することができる。すなわち、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金中のCrの含有率は、本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、0.05質量%以上0.3質量%以下であることが、より好ましい。
 Cuは時効硬化性を向上させるため、必要に応じてブロー成形用アルミニウム合金に添加してもよい。アルミニウム合金中のCuの含有率が0.1質量%以上であることによって、ブロー成形用アルミニウム合金の強度上昇効果を十分に得ることができる。また、アルミニウム合金中のCuの含有率が0.4質量%以下であることによって、ブロー成形用アルミニウム合金の耐食性をより良好に保つことができ、一般部品用材料として好適に用いることができる。すなわち、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金中のCuの含有率は、本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、0.1質量%以上0.4質量%以下であることが、より好ましい。
 また、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板を構成するアルミニウム合金の残部は、アルミニウムと、Fe等の不可避不純物とからなる。不可避不純物のそれぞれの含有量は、本発明の効果を損なわない範囲で適宜選択される。
 以下、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法に関して説明する。本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板を構成する6000系アルミニウム合金板は、たとえば、溶解鋳造工程、均質化処理工程、熱間圧延工程、冷間圧延工程の各工程を経て製造される。
(溶解鋳造工程)
 溶解鋳造は、たとえばDC(Direct Chill)鋳造法などの一般的な方法によって行われ、冷却速度を大きくして、MnおよびCrのアルミニウム合金中への固溶量を増加させることがより好ましい。
(均質化処理工程)
 溶解鋳造によって得られたアルミニウム合金の鋳塊を加熱して、均質化処理を行う。均質化処理においては、加熱温度を、500℃以上、かつ、本発明の実施形態に係るアルミニウム合金の融点温度(たとえば、約580℃)未満とすることがより好ましい。加熱温度を500℃以上とすることによって、Mn、Cr系晶出物の再固溶が促進され、Mn、Crのアルミニウム合金中の固溶量の確保がより容易となる。加熱温度を本発明の実施形態に係るアルミニウム合金の融点温度未満とすることによって、アルミニウム合金の溶解を防ぐことができる。
(熱間圧延工程)
 均質化処理を施した後、アルミニウム合金に対して熱間圧延を行う。熱間圧延中のアルミニウム合金の材料温度は200℃以上400℃以下の範囲内とすることがより好ましい。熱間圧延中のアルミニウム合金の材料温度を400℃以下とすることによって、Mn、Crの析出を最小限に抑え、固溶量を確保することができるだけでなく、熱延組織の微細化にも有効であり、ブロー成形用アルミニウム合金の成形性および表面性状の向上に寄与する。また、材料温度を200℃以上とすることによって、ブロー成形用アルミニウム合金材料の変形抵抗が下がり、圧延を一層容易に行うことができる。
(中間焼鈍工程および冷間圧延工程)
 ついで、ブロー成形用アルミニウム合金に対して、最終板厚となるまで冷間圧延を行う。冷間圧延の途中で一度もしくは二度の中間焼鈍を行うことが、より好ましい。中間焼鈍を行うことによって、冷間圧延で微細化されたMn、Cr系金属間化合物が、より再固溶されやすくなる。また、偏平した結晶粒組織の等軸化が促進され、ブロー成形用アルミニウム合金の成形性および表面性状を、より向上させることができる。中間焼鈍温度を、たとえば、500℃以上とすることによって、Mn、Cr系金属間化合物の再固溶が一層促進され、中間焼鈍温度を、たとえば、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金の融点温度未満とすることによって、アルミニウム合金の溶解を一層抑制することができる。冷間圧延後のアルミニウム合金板の最終板厚は、本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、0.2mmt以上3.0mmt以下の範囲の最終板厚が好適に用いられ、0.8mmt以上1.6mmt以下の範囲の最終板厚が、より好適に用いられる。
 本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板においては、ブロー成形時の加熱によって溶体化処理を施すことが可能であるため、たとえば、最終焼鈍を行わず、冷間圧延を施したままの状態でアルミニウム合金板を用いることが、より好ましい。こうすることによって、最終焼鈍工程を省略することが可能となり、製造コストのさらなる低減を実現することができる。
 上述の工程によって、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板を得ることができる。
 本発明の実施形態において、ブロー成形用アルミニウム合金板の表面性状は、最終の冷間圧延のロールの表面性状を調整することで調節することがより好ましい。以下、冷間圧延のロールの表面性状を調整することによるブロー成形用アルミニウム合金板の表面性状の調節について説明する。
 本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板において、ブロー成形の際に金型と接触するブロー成形用アルミニウム合金板の材料の表面性状は、ブロー成形用アルミニウム合金板の圧延方向に直角な断面において、谷深さが0.3μm以上である領域の割合をXとしたとき、0.10≦Xの関係式を満たすように調節される。ここで、谷深さとは、JISB0601:‘01に従い、測定した断面曲線から長波長成分(平均線)を差し引いた粗さ曲線において、平均線に対する材料凹部の深さを指す(図2参照)。表面粗さは、たとえば、表面粗さ測定機等によって測定される。基準平均線長さをLとして、谷深さが0.3μm以上である部分の水平方向の長さの総和をLとしたとき、X=L/Lとする。図2において、谷深さが0.3μm以上である部分の長さは、楕円で囲まれた点線部分の長さであり(L1a、L1b、L1c、L1d、L1e、L1f、L1g、L1h)、L=L1a+L1b+L1c+L1d+L1e+L1f+L1g+L1hである。ブロー成形前のアルミニウム合金板の表面に0.3μm以上の凹部が存在することによって、ブロー成形後も凹部は残存し、金型とアルミニウム合金との間の接触面積を減少させるため、ブロー成形用アルミニウム合金の離型性が向上する。Xが0.10以上であることによって、金型とブロー成形用アルミニウム合金板との間の固着を抑制することができ、ブロー成形用アルミニウム合金板の金型からの良好な離型性を確保することができる。なお、X>0.50では離型性効果が飽和する傾向があり、X≦0.50とすることでブロー成形用アルミニウム合金板の表面性状をより良好とすることができる。なお、本実施形態においては、一般的に粗さの大きい圧延方向に直角な断面におけるXを用いる形態について説明したが、その他の方向の断面においてもXが上記条件を満たす場合には同様の効果が得られるため、その他の方向の断面においてXが上述の条件(Xが0.10以上)を満たす場合も、本発明の範疇に入るものとする。
 また、ブロー成形用アルミニウム合金の高温強度も離型性と相関があり、6000系アルミニウム合金の一般的なブロー成形条件である530℃、ひずみ速度10-2/秒のときの降伏応力をY(MPa)とした場合にY≧-8.0X+10.8の関係式を満たすときに、ブロー成形用アルミニウム合金の金型からの離型性が良好となることを、本発明者は、実験の結果、突き止めている(図1)。これは高温強度が小さいほど、金型とブロー成形用アルミニウム合金との間の密着が強くなるため、表面性状を表す数値であるXを大きくする必要があることを示している。降伏応力は、たとえば引張試験機等を用いて測定される。
 上述したように、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板においては、谷深さが0.3μm以上である領域の割合をXとしたとき、0.10≦Xの関係式と、Y≧-8.0X+10.8の関係式の両方が満たされるため、良好な離型性、表面性状、および、耐食性を有し、かつ、時効硬化熱処理後に高い強度を有するブロー成形用アルミニウム合金板が得られる。
 なお、金型からの離型性を向上させるためには、ブロー成形用アルミニウム合金の両方の面のXを0.10以上に調節する必要はなく、ブロー成形の際に金型と接触するどちらか一方の表面のXのみを0.10以上に調節すればよい。製品によっては人目に触れる成形品の外側の表面粗度を可能な限り小さくして外観を向上させる場合もあるため、金型からの離型性を保ちつつ、表面性状(粗さ)を好適に調節することがある。こういった場合、ブロー成形用アルミニウム合金の一方の面の表面性状ともう一方の面の表面性状とを独立に調節することが好ましく、離型性が良好となるように表面性状を調節した一方の面を金型と接触する側の表面に対応させ、金型と接触しない側の表面(もう一方の面)を人目に触れる成形品の外側に対応させる。たとえば、異なる表面性状を持った上下2種類のロールを用いた冷間圧延を最終圧延として行うことによって、ブロー成形用アルミニウム合金の両面の表面性状をそれぞれ独立に調節することができる。このとき、ブロー成形用アルミニウム合金の面のうち、金型と接触する面(一方の面)の表面性状が0.10≦Xの関係式を満たし、金型と接触しない側の面(もう一方の面)の表面性状が0≦X≦0.10の関係式を満たすことにより、一層良好な離型性が確保されることによって高い寸法精度を得つつ、極めて優れた表面外観を有する成形品を得ることができる。
 また、本発明の実施形態に係るブロー成形用アルミニウム合金板においては、溶体化処理温度である500℃以上、かつ、ブロー成形用アルミニウム合金板の融点未満の温度でブロー成形を行うことが、より好ましい。こうすることによって、ブロー成形が溶体化処理工程を兼ねることになり、工程の削減に繋がる。ブロー成形温度を500℃以上とすることによって、MgおよびSiを十分に固溶させることができ、時効硬化による十分な強度増加を得ることができる。より一層好ましくは、ブロー成形温度を530℃以上とする。また、ブロー成形温度を、ブロー成形用アルミニウム合金板の融点未満の温度とすることによって、ブロー成形用アルミニウム合金板の溶解を防ぐことができる。
 ブロー成形における成形ガス圧を、たとえば、0.5MPa以上5MPa以下の範囲内とすることによって、より大きな延性が得られ、ブロー成形用アルミニウム合金の成形がより容易となる。ブロー成形後は、たとえば、3℃/秒以上の冷却速度でアルミニウム合金を冷却し、ただちに170℃以上230℃以下の温度で時効硬化処理を行うことによって、より大きな強度が得られる。たとえば、自動車用部品の製造工程においては、ブロー成形後に大型ファンなどで成形品を冷却し、成形品をただちに170℃以上230℃以下の温度の空気炉に入れ、成形時間に合わせて2分間以上の加熱を行うことが、より好ましい。こうすることによって、その後、室温で放置したとしても、塗装焼付工程において大きな強度が得られる。本発明の実施形態において、時効硬化性の評価は、たとえば、引張試験機等を用いて、時効硬化処理後の0.2%耐力を測定することによって行われる。なお、0.2%耐力とは、引張試験機などの負荷を取り除いた時の永久ひずみが0.2%になる応力を指す。
 上述のように、本発明の実施形態によって、離型性、時効硬化性、耐食性および表面外観のいずれにも優れたブロー成形用アルミニウム合金を得ることができる。
 なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。たとえば、上記実施の形態においては、冷間圧延の途中で一度もしくは二度の中間焼鈍を行う形態について説明したが、中間焼鈍を行わなくてもよいし、三度以上の中間焼鈍を行ってもよい。
 また、上記実施の形態においては、最終焼鈍を行わず、冷間圧延を施したままの状態でアルミニウム合金板を用いる形態について説明したが、冷間圧延工程後に最終焼鈍を行ってもよい。
 また、上記実施の形態においては、冷間圧延工程において、異なる表面性状を有する2つのロールを用いることによってアルミニウム合金を冷間圧延する形態について説明したが、アルミニウム合金を冷間圧延する方法は本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、同一の表面性状を有する2つのロールを用いてアルミニウム合金を冷間圧延してもよいし、4つのロールや6つのロール等、2つを超える数のロールを用いてアルミニウム合金を冷間圧延する等、他の方法を用いてアルミニウム合金を冷間圧延してもよい。
 また、上記実施の形態においては、アルミニウム合金の一方の面において0.10≦Xの関係式を満たし、アルミニウム合金のもう一方の面において0≦X≦0.10の関係式を満たす形態について説明したが、アルミニウム合金の一方の面における関係式およびアルミニウム合金のもう一方の面における関係式は、本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、アルミニウム合金の一方の面における関係式がX<0.10であってもよいし、アルミニウム合金のもう一方の面における関係式がX>0.10であってもよい。
 以下に本発明の実施例を比較例とともに記す。なお以下の実施例は、本発明の効果を説明するためのものであり、実施例記載のプロセス及び条件が、本発明の技術的範囲を制限するものではない。
(実施例A)
 はじめに、表1に示す合金組成、不可避不純物、アルミニウムからなるアルミニウム合金(合金番号1~合金番号24)をそれぞれ溶解し、DC鋳造法によって鋳造した。次に、それぞれのアルミニウム合金の鋳塊を550℃の温度で均質化処理した。ついで、鋳塊の温度を380℃にして熱間圧延を行い、板厚を3mmtとした。最後に、550℃の中間焼鈍を1回行った後、板厚が0.8mmt、1mmt、1.6mmtとなるまで冷間圧延を行って、ブロー成形用のアルミニウム合金板とした(表2および表3の板厚を参照)。表2および表3に示すように、合金番号1、合金番号2、合金番号4、合金番号5、合金番号22、合金番号24については、板厚が0.8mmt、1mmt、1.6mmtのアルミニウム合金板をそれぞれ作製し、合金番号3、合金番号6~21、合金番号23については、板厚が1mmtのアルミニウム合金板のみを作製した。なお、最終工程の冷間圧延において、異なる表面粗度の圧延ロールを用いて冷間圧延を行い、ブロー成形用のアルミニウム合金圧延板の両方の面の表面性状(X)を調節した。上述の製造工程によって、合金番号1~合金番号24のブロー成形用アルミニウム合金板がそれぞれ製造された。表1において、「-」は、その成分が含有されていないか、検出下限以下のわずかな数値しか含有されていなかったことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 
 それぞれのブロー成形用のアルミニウム合金圧延板に対して、金型を用いて高温ブロー成形を行った。300mm角、深さ70mmの角筒形状の金型を用い、ブロー成形温度は本実施例に用いられたブロー成形用アルミニウム合金板を構成する6000系アルミニウム合金の溶体化を十分に行うことができる温度である530℃とした。ブロー成形用アルミニウム合金圧延板を金型の中で10分間加熱した後、2MPaの高圧ガスを用いてブロー成形を行った。
 ブロー成形が完了した後、金型から成形品を離型した。金型から離型した後、成形品をファン空冷によって冷却し、直ちに空気炉に入れて180℃に加熱して時効硬化処理を行った。1時間加熱した後、成形品を空気炉から取り出し、放冷した後、成形品の底面中心から引張試験片を採取して、引張試験機を用いて引張試験を行い、0.2%耐力を測定した。
 表1に示す合金番号1~合金番号24の成分を含有するブロー成形用アルミニウム合金板について、両方の面の表面性状を表すXを0.15に統一したときの離型性と時効硬化後の強度を評価した結果を表2に示す。
 本実施例においては、ブロー成形用アルミニウム合金板の圧延方向に直角な断面において、谷深さが0.3μm以上である領域の割合をXとした。本実施例において、谷深さとは、JISB0601:‘01に従い、測定した断面曲線から長波長成分(平均線)を差し引いた粗さ曲線において、平均線に対する材料凹部の深さを指す。平均線の基準長さをL、谷深さが0.3μm以上である部分の水平方向の長さの総和をLとしたとき、X=L/Lとした。成形前のブロー成形用アルミニウム合金板より引張試験片を採取し、表面粗さ測定機を用いて、それぞれの引張試験片のLおよびLが測定された。また、高温強度を評価するために、引張試験機を用いて、530℃、ひずみ速度10-2/秒の条件下でのそれぞれの引張試験片の降伏応力Y(MPa)を測定した。
 成形品を金型から離型した際、容易に離型できた場合を◎、金型との固着が多少あったが成形品に大きな変形が生じなかった場合を○、高温変形抵抗が小さく、金型との固着が強かったために成形品に大きな変形が生じてしまった場合を×として離型性を評価した。
 また、5000系アルミニウム合金以上の強度である250MPa以上の0.2%耐力がある場合を十分な時効硬化性があるとして○、250MPa未満の0.2%耐力の場合を×として評価した。
 離型性の評価、0.2%耐力の評価のいずれにも×がない場合、総合評価を○とした。離型性の評価または0.2%耐力の評価の少なくともいずれか一方の評価が×の場合、総合評価を×とした。
 実施例1、3~10、13~14のブロー成形用アルミニウム合金は、良好な離型性および良好な時効硬化性を有していた。また、実施例2、13および14に示されるように、板厚が0.8mmt、1mmt、1.6mmtのいずれであっても、同様に良好な離型性および良好な時効硬化性を有することがわかった。
 実施例2、11~12のブロー成形用アルミニウム合金は、より良好な離型性および良好な時効硬化性を有していた。
 一方、比較例1のブロー成形用アルミニウム合金は、時効硬化性は十分であったが、Y<-8.0X+10.8であったため、高温強度が小さく、離型性が十分ではなかった。
 比較例2、比較例3、比較例12および比較例13のブロー成形用アルミニウム合金は、時効硬化性は十分であったが、Mnの含有率が0.2質量%未満であったために高温強度が低く、離型性が十分ではなかった。また、比較例2、12および13に示されるように、板厚が0.8mmt、1mmt、1.6mmtのいずれであっても、時効硬化性は十分であったが、Mnの含有率が0.2質量%未満であったために高温強度が低く、離型性が十分ではないことがわかった。
 比較例4のブロー成形用アルミニウム合金は、離型性は十分であったが、Mnの含有率が1.2質量%超過であったために時効硬化性が十分ではなかった。
 比較例5のブロー成形用アルミニウム合金は、Mgの含有率が0.3質量%未満であったため、ブロー成形性が十分ではなく、離型性が十分ではなかった。また、時効硬化性も十分ではなかった。
 比較例6のブロー成形用アルミニウム合金は、離型性は十分であったが、Mgの含有率が1.8質量%超過であったため、時効硬化性が十分ではなかった。
 比較例7のブロー成形用アルミニウム合金は、Siの含有率が0.6質量%未満であったため、離型性および時効硬化性が十分ではなかった。
 比較例8のブロー成形用アルミニウム合金は、離型性は十分であったが、Siの含有率が1.6質量%超過であったため、時効硬化性が十分ではなかった。
 比較例9のブロー成形用アルミニウム合金は、Mgの含有率が0.3質量%未満、Siの含有率が0.6質量%未満、Mnの含有率が0.2質量%未満であったため、高温強度が小さく、離型の際に大きな変形が生じた。また、時効硬化性も十分ではなかった。
 比較例10および比較例11のブロー成形用アルミニウム合金は、時効硬化性は十分だったが、Y<-8.0X+10.8であったため、高温強度が小さく、離型性が十分ではなかった。
(実施例B)
 合金番号1、3、5、21、22、24のブロー成形用アルミニウム合金について、最終工程の冷間圧延において異なる表面粗度の圧延ロールを用いて冷間圧延を行うことによって表面性状Xを調整して、それぞれのブロー成形用アルミニウム合金について離型性との関係を調査した。表3に、X、Y、離型性および時効硬化処理後の強度の数値を示す。評価基準は上述の実施例Aと同様である。
 実施例15~18、26~27のブロー成形用アルミニウム合金は、いずれも合金番号1のアルミニウム合金によって構成された。実施例15、実施例26および実施例27におけるXは0.30であり、実施例16におけるXは0.45であり、実施例17におけるXは0.50であり、実施例18におけるXは0.55であった。表3に示すように、Xの値が大きくなるにつれ、離型性がより良好になることがわかった。また、実施例15~18のいずれにおいても、時効硬化性が良好であった。また、Xの値がいずれも0.30である実施例15、実施例26および実施例27の実験結果に示されるように、板厚が0.8mmt、1mmt、1.6mmtのいずれであっても、同様に良好な離型性および良好な時効硬化性を有することがわかった。
 実施例19~22のブロー成形用アルミニウム合金は、いずれも合金番号3のアルミニウム合金によって構成された。実施例19におけるXは0.30であり、実施例20におけるXは0.45であり、実施例21におけるXは0.50であり、実施例22におけるXは0.55であった。実施例19~22のブロー成形用アルミニウム合金の高温強度はほぼ同等ではあるが、表3に示すように、Xの値が大きくなるにつれて離型性がより良好になることがわかった。また、実施例19~22のいずれにおいても、時効硬化性が良好であった。
 実施例23~25のブロー成形用アルミニウム合金は、いずれも合金番号24のアルミニウム合金によって構成された。実施例23におけるXは0.45であり、実施例24におけるXは0.50であり、実施例25におけるXは0.55であった。実施例23~25のブロー成形用アルミニウム合金の高温強度はほぼ同等ではあるが、Xの値が大きいため離型性がより良好であることがわかった。また、実施例23~25のいずれにおいても、時効硬化性が良好であった。
 一方、比較例14~16、23~24のブロー成形用アルミニウム合金は、いずれも合金番号22のアルミニウム合金によって構成された。Mgの含有率が0.3質量%未満、Siの含有率が0.6質量%未満、Mnの含有率が0.2質量%未満であったため高温強度が小さく、Xの値をそれぞれ0.45、0.50、0.55としても離型性は十分ではなく、離型の際に変形が生じた。また、時効硬化性も十分ではなかった。また、Xの値がいずれも0.50である比較例15、23および24に示されるように、板厚が0.8mmt、1mmt、1.6mmtのいずれであっても、高温強度が小さく、Xの値を0.50としても離型性は十分ではなく離型の際に変形が生じ、また、時効硬化性も十分ではないことがわかった。
 比較例17のブロー成形用アルミニウム合金は合金番号1のアルミニウム合金によって構成され、比較例18のブロー成形用アルミニウム合金は合金番号21のアルミニウム合金によって構成された。いずれの合金も高温強度は十分だったが、Xの値がともに0.1未満であった。そのため、ブロー成形用アルミニウム合金と金型との間の固着が強く、離型性が十分ではなく、離型の際に変形が生じた。
 比較例19のブロー成形用アルミニウム合金は合金番号24のアルミニウム合金によって構成された。比較例19のブロー成形用アルミニウム合金においては、Y<-8.0X+10.8であったため、高温強度が小さく、離型性が十分ではなかった。
 比較例20~22のブロー成形用アルミニウム合金は合金番号5のアルミニウム合金によって構成された。Mnの含有率が0.2質量%未満であり、高温強度が小さかったため離型性が十分ではなく、成形品に大きな変形が生じた。また、比較例20~22に示されるように、板厚が0.8mmt、1mmt、1.6mmtのいずれであっても、Mnの含有率が0.2質量%未満であり、高温強度が小さかったため離型性が十分ではなく、成形品に大きな変形が生じることがわかった。
(実施例C)
 合金番号12のアルミニウム合金について、均質化処理温度、熱間圧延前加熱温度、中間焼鈍温度の影響を調査した。表4に、均質化処理温度、熱間圧延前加熱温度、中間焼鈍温度、X、Y、離型性および時効硬化処理後の強度の数値を示す。評価基準は上述の実施例Aおよび実施例Bと同様である。合金番号12のアルミニウム合金の融点はおよそ580℃であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 
 実施例30のブロー成形用アルミニウム合金においては、表4に示すように、製造工程における均質化処理温度が500℃以上、かつ、合金番号12のブロー成形用アルミニウム合金の融点未満の温度であったため、Mnの固溶がより促進され、高温強度がより増加して、離型性がより良好となることがわかった。また、時効硬化性も良好であった。
 実施例31のブロー成形用アルミニウム合金の離型性および時効硬化性は良好であった。
 実施例32のブロー成形用アルミニウム合金の離型性および時効硬化性は良好であった。
 実施例33のブロー成形用アルミニウム合金においては、表4に示すように、製造工程における熱間圧延前加熱温度が200℃以上400℃以下であったため、Mnの析出が一層抑制され、高温強度がより増加して、離型性がより良好となることがわかった。また、時効硬化性も良好であった。
 実施例34のブロー成形用アルミニウム合金の離型性および時効硬化性は良好であった。
 実施例35のブロー成形用アルミニウム合金においては、表4に示すように、製造工程における中間焼鈍温度が500℃以上、かつ、合金番号12のブロー成形用アルミニウム合金の融点未満の温度であったため、Mnの固溶を促し、高温強度がより増加して、離型性がより良好となることがわかった。また、時効硬化性も良好であった。
(付記1)
 ブロー成形用アルミニウム合金板であって、
 0.3質量%以上1.8質量%以下のMgと、
 0.6質量%以上1.6質量%以下のSiと、
 0.2質量%以上1.2質量%以下のMnと、
を含み、
 前記ブロー成形用アルミニウム合金板の少なくとも一方の面において、
 断面粗さ曲線の谷深さが0.3μm以上である領域の割合をXとし、
 所定の条件下で、前記ブロー成形用アルミニウム合金板が変形されるときの降伏応力をYとしたとき、
 0.10≦X、および、Y≧-8.0X+10.8の関係式を満たす、
 ことを特徴とするブロー成形用アルミニウム合金板。
(付記2)
 0.05質量%以上0.3質量%以下のCrをさらに含有する、
 ことを特徴とする付記1に記載のブロー成形用アルミニウム合金板。
(付記3)
 0.1質量%以上0.4質量%以下のCuをさらに含有する、
 ことを特徴とする付記1または2に記載のブロー成形用アルミニウム合金板。
(付記4)
 前記ブロー成形用アルミニウム合金板の一方の面において0.10≦Xの関係式を満たし、
 前記ブロー成形用アルミニウム合金板のもう一方の面において0≦X≦0.10の関係式を満たす、
 ことを特徴とする付記1乃至3のいずれか1つに記載のブロー成形用アルミニウム合金板。
(付記5)
 残部が、アルミニウムおよび不可避不純物からなる、
 ことを特徴とする付記1乃至4のいずれか1つに記載のブロー成形用アルミニウム合金板。
(付記6)
 0.3質量%以上1.8質量%以下のMgと、0.6質量%以上1.6質量%以下のSiと、0.2質量%以上1.2質量%以下のMnと、を含むアルミニウム合金を、500℃以上、かつ、該アルミニウム合金の融点未満の温度で均質化処理する工程と、
 均質化処理された該アルミニウム合金を、200℃以上400℃以下の温度で熱間圧延する工程と、
 熱間圧延された該アルミニウム合金を冷間圧延する工程と、
を含む、
 ことを特徴とするブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法。
(付記7)
 前記冷間圧延する工程が、該アルミニウム合金を、500℃以上、かつ、該アルミニウム合金の融点未満の温度で中間焼鈍する工程を含む、
 ことを特徴とする付記6に記載のブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法。
(付記8)
 前記冷間圧延する工程において、異なる表面性状を有する2つのロールを用いて該アルミニウム合金を冷間圧延する、
 ことを特徴とする付記6または7に記載のブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法。
(付記9)
 前記冷間圧延する工程において、異なる表面性状を有する2つのロールを用いることによって、
 該アルミニウム合金の一方の面において0.10≦Xの関係式を満たし、該アルミニウム合金のもう一方の面において0≦X≦0.10の関係式を満たすように該アルミニウム合金を冷間圧延する、
 ことを特徴とする付記8に記載のブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法。
(付記10)
 付記6乃至9のいずれか1つに記載のブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法を用いて製造された、
 ことを特徴とするブロー成形用アルミニウム合金板。
(関連出願の相互参照)
 本出願は、2012年6月27日に出願された日本国特許出願第2012-144382号に基づく。本明細書中にその明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

Claims (10)

  1.  ブロー成形用アルミニウム合金板であって、
     0.3質量%以上1.8質量%以下のMgと、
     0.6質量%以上1.6質量%以下のSiと、
     0.2質量%以上1.2質量%以下のMnと、
    を含み、
     前記ブロー成形用アルミニウム合金板の少なくとも一方の面において、
     粗さ曲線の谷深さが0.3μm以上である領域の割合をXとし、
     所定の条件下で、前記ブロー成形用アルミニウム合金板が変形されるときの降伏応力をYとしたとき、
     0.10≦X、および、Y≧-8.0X+10.8の関係式を満たす、
     ことを特徴とするブロー成形用アルミニウム合金板。
  2.  0.05質量%以上0.3質量%以下のCrをさらに含有する、
     ことを特徴とする請求項1に記載のブロー成形用アルミニウム合金板。
  3.  0.1質量%以上0.4質量%以下のCuをさらに含有する、
     ことを特徴とする請求項1または2に記載のブロー成形用アルミニウム合金板。
  4.  前記ブロー成形用アルミニウム合金板の一方の面において0.10≦Xの関係式を満たし、
     前記ブロー成形用アルミニウム合金板のもう一方の面において0≦X≦0.10の関係式を満たす、
     ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のブロー成形用アルミニウム合金板。
  5.  残部が、アルミニウムおよび不可避不純物からなる、
     ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のブロー成形用アルミニウム合金板。
  6.  0.3質量%以上1.8質量%以下のMgと、0.6質量%以上1.6質量%以下のSiと、0.2質量%以上1.2質量%以下のMnと、を含むアルミニウム合金を、500℃以上、かつ、該アルミニウム合金の融点未満の温度で均質化処理する工程と、
     均質化処理された該アルミニウム合金を、200℃以上400℃以下の温度で熱間圧延する工程と、
     熱間圧延された該アルミニウム合金を冷間圧延する工程と、
    を含む、
     ことを特徴とするブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法。
  7.  前記冷間圧延する工程が、該アルミニウム合金を、500℃以上、かつ、該アルミニウム合金の融点未満の温度で中間焼鈍する工程を含む、
     ことを特徴とする請求項6に記載のブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法。
  8.  前記冷間圧延する工程において、異なる表面性状を有する2つのロールを用いて該アルミニウム合金を冷間圧延する、
     ことを特徴とする請求項6または7に記載のブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法。
  9.  前記冷間圧延する工程において、異なる表面性状を有する2つのロールを用いることによって、
     該アルミニウム合金の一方の面において0.10≦Xの関係式を満たし、該アルミニウム合金のもう一方の面において0≦X≦0.10の関係式を満たすように該アルミニウム合金を冷間圧延する、
     ことを特徴とする請求項8に記載のブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法。
  10.  請求項6乃至9のいずれか1項に記載のブロー成形用アルミニウム合金板の製造方法を用いて製造された、
     ことを特徴とするブロー成形用アルミニウム合金板。
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