JP2003105473A

JP2003105473A - 曲げ加工性と絞り成形性に優れたアルミニウム合金板およびその製造方法

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Publication number: JP2003105473A
Application number: JP2001301169A
Authority: JP
Inventors: Yasufumi Shimizu; 保史清水; Yoichiro Totsugi; 洋一郎戸次; Yasushi Oyama; 耕史大山; Katsumi Iijima; 克己飯島
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP4865174B2

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車ボディシート、自動車部品、機械部
品などに適した曲げ加工性に優れたアルミニウム合金板
を提供する。【解決手段】必須元素としてSi0.5 〜1.3mass%、Mg0.
25〜1.0mass%を含み、Mn0.03〜0.2mass%、Cr0.02〜0.2m
ass%のうちの１種または２種を含み、Fe0.3mass%以下、
Cu0.2mass%以下に規制したアルミニウム合金からなる時
効処理後のアルミニウム合金圧延板であって、前記時効
処理後の圧延板が下記(1) 式および(2) 式を満足する曲
げ加工性と絞り成形性に優れたアルミニウム合金板。（５２５０−１５．３Ｔ＋８．６Ｙ）／ｄ≧Ｗ………(1) （Ｔ² ／Ｙ）≧４３０………(2) 但しＴはアルミニウム合金板を圧延方向に引張ったとき
の引張強さ(MPa) の数値、Ｙはそのときの0.2%耐力(MP
a) の数値、ｄはアルミニウム合金板の圧延面における
平均結晶粒径 (μm)の数値、Ｗは無析出帯(PFZ) の平均
幅(nm)の数値である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車ボディシー
ト、自動車部品、機械部品などに適した曲げ加工性お
よび絞り成形性に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。

【０００２】

【従来の技術】自動車は、ボディシートなどのアルミ化
が進んでおり、アウター材にはベークハード性（塗装焼
付時の加熱で析出硬化する性質）に優れ、塗装焼付後に
高強度となる６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）アルミ
ニウム合金が多用され、インナー材には絞り成形性に優
れた５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）アルミニウム合金が使
用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アウター材は
インナー材とかしめて用いられるため曲げ加工性に優れ
ることが要求されるが、６０００系アルミニウム合金板
は曲げ加工性に劣り、特にベークハード性を高めるため
に高温で溶体化処理した材料は曲げ加工性が著しく劣る
という問題があった。一方、リサイクル性向上を目的に
インナー材も６０００系アルミニウム合金に統一する動
きがあり、それに応じて６０００系アルミニウム合金の
絞り成形性を向上させることが重要課題とされている。

【０００４】このような状況を踏まえ、本発明者等は６
０００系アルミニウム合金における曲げ加工性について
検討し、時効処理時に結晶粒界近傍に無析出帯（ＰＦ
Ｚ）が形成され、このＰＦＺは低強度のため曲げ加工時
に割れの起点になるが、その幅を狭くすれば無害化し得
ることを知見し、また絞り成形性は、引張強さおよび加
工硬化特性を高めることにより改善し得ることを知見
し、さらに検討を進めて本発明を完成させるに至った。
本発明の目的は、曲げ加工性および絞り成形性に優れた
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
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
必須元素としてＳｉ０．５〜１．３mass％、Ｍｇ０．２
５〜１．０mass％を含み、Ｍｎ０．０３〜０．２mass
％、Ｃｒ０．０２〜０．２mass％のうちの１種または２
種を含み、Ｆｅ０．３mass％以下、Ｃｕ０．２mass％以
下に規制したアルミニウム合金からなるアルミニウム合
金圧延板であって、下記（１）式および（２）式を満足
することを特徴とする曲げ加工性と絞り成形性に優れた
アルミニウム合金板である。（５２５０−１５．３Ｔ＋８．６Ｙ）／ｄ≧Ｗ………（１）（Ｔ² ／Ｙ）≧４３０………（２）但しＴはアルミニウム合金板を圧延方向に引張ったとき
の引張強さ（ＭＰａ）の数値、Ｙはそのときの０．２％
耐力（ＭＰａ）の数値、ｄはアルミニウム合金板の圧延
面における平均結晶粒径（μｍ）の数値、Ｗは無析出帯
（ＰＦＺ）の平均幅（ｎｍ）の数値である。

【０００６】請求項２記載の発明は、必須元素としてＳ
ｉ０．５〜１．３mass％、Ｍｇ０．２５〜１．０mass％
を含み、Ｍｎ０．０３〜０．２mass％、Ｃｒ０．０２〜
０．２mass％のうちの１種または２種を含み、Ｆｅ０．
３mass％以下、Ｃｕ０．２mass％以下に規制したアルミ
ニウム合金圧延板を走行させ、これに溶体化処理を４８
０℃以上の温度で連続的に施し、次いで焼入処理を、４
５０℃から３５０℃の温度範囲を２０℃／秒以上の速度
で急冷し、かつ前記焼入処理における圧延板の温度勾配
が下記（３）式を満足するように施すことを特徴とする
曲げ加工性に優れたアルミニウム合金板の製造方法であ
る。１５００００（ｔ³ ／ｂ）≧Ｌ………（３）但しｔはアルミニウム合金板の厚さ（ｍｍ）の数値、ｂ
は幅（ｍｍ）の数値、Ｌは温度勾配（℃／ｍ）の数値
で、急冷開始直前の温度Ｐ（℃）と急冷開始位置から走
行方向に１ｍ離れた位置の温度Ｑ（℃）を１（ｍ）で除
した数値（〔Ｐ−Ｑ〕／１）である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明（請求項１、２記載発明）
のアルミニウム合金板において、ＭｇとＳｉはＭｇ₂ Ｓ
ｉ化合物として析出してアルミニウム合金板の強度向上
に寄与する。Ｓｉの含有量を０．５〜１．３mass％に規
定する理由は、０．５mass％未満ではその効果が十分に
得られず、１．３mass％を超えると粗大なＳｉ系化合物
が析出して曲げ加工性が低下するためである。ＳｉをＭ
ｇ₂ Ｓｉの化学量論的にバランスする組成から過剰に添
加するとベークハード性が向上する。またＭｇの含有量
を０．２５〜１．０mass％に規定する理由は、０．２５
mass％未満ではその効果が十分に得られず、１．０mass
％を超えるとＭｇ₂ Ｓｉ化合物が多量に析出して曲げ加
工性が低下するためである。

【０００８】本発明において、ＭｎまたはＣｒは結晶粒
を微細化して曲げ加工性を高める。ＭｎまたはＣｒの含
有量をそれぞれ０．０３〜０．２mass％、０．０２〜
０．２mass％に規定する理由は、下限値未満ではいずれ
もその効果が十分に得られず、上限値を超えるといずれ
も粗大化合物が析出して曲げ加工性が低下するためであ
る。

【０００９】本発明において、Ｆｅを０．３mass％以下
に規制する理由は、Ｆｅが０．３mass％を超えて含まれ
るとＦｅ系化合物が増加して曲げ加工性が低下するため
である。またＣｕを０．２mass％以下に規制する理由
は、Ｃｕが０．２mass％を超えて含まれるとＣｕ系化合
物が結晶粒界に析出して曲げ加工性が低下し、また粒界
が腐食し易くなり耐食性が低下するためである。

【００１０】本発明者等は曲げ加工性について検討し、
曲げ割れの起点となる無析出帯（ＰＦＺ）の幅を小さく
すること、その幅は引張強さ、耐力、結晶粒径が影響す
ることを知見し、この知見を基にさらに検討を進めて下
記（１）式を導き出した。Ｗ≦（５２５０−１５．３Ｔ＋８．６Ｙ）／ｄ ………（１）但しＴはアルミニウム合金板を圧延方向に引張ったとき
の引張強さ（ＭＰａ）の数値、Ｙはそのときの０．２％
耐力（ＭＰａ）の数値、ｄはアルミニウム合金板の圧延
面における平均結晶粒径（μｍ）の数値、Ｗは無析出帯
（ＰＦＺ）の平均幅（ｎｍ）の数値である。

【００１１】以下に前記（１）式の導出過程を詳しく説
明する。曲げ加工での割れは、曲げ歪みを付与したとき
のマトリックスの発生応力Ｕ（ＭＰａ）が粒界破壊強度
Ｇ（ＭＰａ）を上回ると発生する。Ｕは耐力Ｙと曲げ歪
みによる加工硬化の和であり、以下の式で表せることを
見いだした。Ｕ＝Ｙ＋２．３（Ｔ−Ｙ）、（但しＴは引張強さ、Ｙは
耐力）。即ち、高強度材ほど曲げ歪みを付与したときの
発生応力が大きくなり曲げ性は低下する。一方、ＧはＰ
ＦＺ幅Ｗ（ｎｍ）と粒径ｄ（μｍ）に依存し、Ｗおよび
ｄが小さいほどＧが上昇することが分かっている。つま
り、高強度材でもＷおよびｄを小さくしてＧを大きくす
ることにより曲げ性の低下を防ぐことができる。そこ
で、ＷとＵの関係を種々調査し、Ｗ≦（−０．１９Ｕ＋
１５０) ×３５／ｄの関係式が成り立つとき良好な曲げ
性が得られることを見いだした。この関係式に前記Ｕ＝
Ｙ＋２．３（Ｔ−Ｙ）を代入して（１）式を導き出し
た。

【００１２】次に、本発明者等は、絞り成形性について
検討し、絞り成形性は、引張強さ（Ｔ）を、降伏比〔Ｙ
／Ｔ〕で補正したパラメータＴ〔Ｔ／Ｙ〕が大きいほど
向上することを知見し、この知見を基に検討を進めて下
記（２）式を導き出した。（Ｔ² ／Ｙ）≧４３０………（２）但しＴはアルミニウム合金板を圧延方向に引張ったとき
の引張強さ（ＭＰａ）の数値、Ｙはそのときの０．２％
耐力（ＭＰａ）の数値。

【００１３】請求項２記載発明は、溶体化処理および焼
入処理の各条件を規定して、曲げ加工性、絞り成形性お
よび形状性（フラットネス）に優れたアルミニウム合金
板を製造する方法である。

【００１４】請求項２記載発明で、溶体化処理温度を４
８０℃以上に規定する理由は、４８０℃未満ではＭｇ、
Ｓｉが十分に固溶されず、良好なベークハード性が得ら
れないためである。また焼入処理を４５０℃〜３５０℃
の温度範囲を２０℃／秒以上の速度で急冷して行う理由
は、前記温度範囲を前記速度で急冷すれば、Ｍｇ、Ｓｉ
の析出および過剰空孔の消滅が抑えられて十分なベーク
ハード性が得られ、ＰＦＺの幅が十分狭くなって良好な
曲げ加工性が得られ、また２０℃／秒以上の急冷を前記
温度範囲に限れば、形状性の悪化も防げるためである。
前記２０℃／秒以上の冷却速度は水冷またはミストスプ
レー冷却などにより実現可能である。

【００１５】請求項２記載発明で、焼入処理時の板材の
温度勾配Ｌを下記（３）式を満足するように小さく規定
する理由は、下記（３）式を外れると材料が熱収縮する
際に変形して形状性（フラットネス）が悪化するためで
ある。１５００００×（ｔ³ ／ｂ）≧Ｌ………（３）但しｔはアルミニウム合金板の厚さ（ｍｍ）の数値、ｂ
は幅（ｍｍ）の数値、Ｌは温度勾配（℃／ｍ）の数値
で、急冷開始直前の温度Ｐ（℃）と急冷開始位置から走
行方向に１ｍ離れた位置の温度Ｑ（℃）を１（ｍ）で除
した数値（〔Ｐ−Ｑ〕／１）である。

【００１６】前記急冷と小温度勾配とを両立させる方法
としては、（１）溶体化処理温度から４５０℃付近まで
を徐冷しそこから急冷する方法がある。この方法は４５
０℃付近から急冷するので、規定温度範囲の冷却速度を
上げ易く温度勾配は小さく抑えられる。また（２）高速
通板すれば、急冷しても温度勾配を低く抑えることがで
きる。

【００１７】

【実施例】以下に本発明を実施例により詳細に説明す
る。（実施例１）表１に示す本発明規定組成のアルミニウム
合金（Ｎｏ．ａ〜ｉ）を常法により厚さ５００ｍｍのイ
ンゴットに溶解鋳造し、このインゴットを５４０℃で６
時間均質化処理し、次いで圧延開始温度５００℃、圧延
終了温度４２０℃で厚さ２５ｍｍに熱間粗圧延し、引続
きタンデム式熱間圧延機により厚さ２．５ｍｍに仕上圧
延し、次いで冷間圧延して厚さ１ｍｍ、板幅１５００ｍ
ｍのアルミニウム合金素板とし、この素板に５４０℃で
溶体化処理を施し、次いで種々条件で焼入処理を施して
アルミニウム合金板を製造した。

【００１８】（比較例１）実施例１において、表１に示
す本発明規定組成外のアルミニウム合金（Ｎｏ．ｊ〜
ｑ）を用いた他は、実施例１と同じ方法によりアルミニ
ウム合金板を製造した。

【００１９】実施例１および比較例１で製造した各々の
アルミニウム合金板について、（１）形状性、また製造
後１０日間室温に放置したのちの、（２）機械的性質、
（３）曲げ加工性、（４）絞り成形性を調べた。結果を
表２、３に示す。表２、３には（５）ＰＦＺの最大幅Ｗ
および（６）結晶粒径ｂを併記した。（１）〜（６）の
測定方法などを以下に記す。（１）形状性（フラットネス）溶体化処理後に連続焼鈍炉から製出されるアルミニウム
合金板を目視観察し、表面が平坦で実用上問題ないもの
は形状性が良好（○）、表面が平坦でなく実用が困難と
思われるものは不良（×）と判定した。（２）機械的性質（引張強さＴ、０．２％耐力Ｙ）各々のアルミニウム合金板からＪＩＳ５号試験片を切り
出しインストロン型引張試験機を用いて測定した。引張
速度は１０ｍｍ／分とした。（３）曲げ加工性各々のアルミニウム合金板から所定形状の試験片を切り
出し、この試験片について１８０°の密着曲げを行い、
割れおよび肌荒れが全く生じないものは極めて良好
（◎）、肌荒れが生じたが軽微で実用上差し支えないも
のは曲げ加工性が良好（○）、肌荒れが明確に生じたも
のまたは割れが生じたものは不良（×）と判定した。（４）絞り成形性各々のアルミニウム合金板から直径８．５ｍｍφのブラ
ンクを切り出し、しわ押さえ力３０００ｋｇｆで円筒絞
り試験を行い、破断に至るまでのポンチの押込み深さが
８．５ｍｍ以上のものは絞り成形性が良好（○）、８．
５ｍｍ未満のものは不良（×）と判定した。（５）ＰＦＺ幅ＷＴ６処理した試験片の粒界近傍を、ビームの入射方向を
（１００）面に合わせて透過電子顕微鏡写真を１０万倍
で２視野撮影し、１視野あたり５箇所のＰＦＺ幅を測定
し、合計１０箇所の平均値をＰＦＺ幅Ｗとした。（６）結晶粒径ｂ各々のアルミニウム合金板の表面を研磨し、エッチング
して組織観察し、ＪＩＳＨ０５０１（切断法）に準
じて測定した。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】表２、３から明らかなように、本発明例の
Ｎｏ．１〜９は、いずれも形状性、機械的性質、曲げ加
工性、絞り成形性の全てが良好であり、総合的にみて優
れる評価を得た。これに対し、比較例のＮｏ．１１、１
３はそれぞれＭｇ、Ｓｉが少なかったためいずれも機械
的性質が低下し、また引張強さが低かったため（２）式
が満足されず絞り成形性が劣った。Ｎｏ．１０、１２、
１４〜１７は、それぞれＭｇ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｃｕが多かったため、いずれも曲げ加工性が低下
し、Ｎｏ．１７は耐食性も低下し、総合評価はいずれも
劣った。

【００２４】（実施例２）表１に示す本発明規定組成の
アルミニウム合金（Ｎｏ．ａ）を用い、実施例１と同じ
方法によりアルミニウム合金素板を製造し、この素板に
５４０℃で溶体化処理し、次いで焼入処理を冷却速度お
よび温度勾配を本発明規定条件内で施してアルミニウム
合金板を製造した。アルミニウム合金素板の厚さおよび
幅は種々に変化させた。

【００２５】（比較例２）実施例２において、焼入処理
での温度勾配を本発明規定条件外（（３）式を外れる条
件）で変化させた他は、実施例２と同じ方法によりアル
ミニウム合金板を製造した。

【００２６】実施例２および比較例２で製造した各々の
アルミニウム合金板について（１）形状性、（２）機械
的性質、（３）曲げ加工性、（４）絞り成形性、（５）
ＰＦＺ幅Ｗ、（６）結晶粒径ｂを実施例１の場合と同じ
方法により調べた。結果を表４、５に示す。

【００２７】

【表４】

【００２８】

【表５】

【００２９】表４、５から明らかなように、本発明例の
Ｎｏ．２１〜２４は、いずれも形状性、機械的性質、曲
げ加工性、絞り成形性の全てが良好であり、総合的にみ
て優れる評価を得た。これに対し、比較例のＮｏ．２５
〜２８はいずれも形状性が劣った。これは焼入処理時の
温度勾配が大きく（３）式を満足しなかったためで、総
合評価はいずれも劣るものとなった。

【００３０】（実施例３）表１に示す本発明規定組成の
アルミニウム合金（Ｎｏ．ａ）を用い、実施例１と同じ
方法により厚さ１．０ｍｍ、幅１５００ｍｍのアルミニ
ウム合金素板を製造し、この素板に本発明規定条件内で
溶体化処理および焼入処理を施してアルミニウム合金板
を製造した。

【００３１】（比較例３）実施例３において、焼入処理
での冷却速度を本発明規定条件外で変化させた他は、実
施例３と同じ方法によりアルミニウム合金板を製造し
た。

【００３２】実施例３および比較例３で製造した各々の
アルミニウム合金板について（１）形状性、（２）機械
的性質、（３）曲げ加工性、（４）絞り成形性、（５）
ＰＦＺ幅Ｗ、（６）結晶粒径ｂを実施例１の場合と同じ
方法により調べた。結果を表６、７に示す。

【００３３】

【表６】

【００３４】

【表７】

【００３５】表６、７から明らかなように、本発明例の
Ｎｏ．３１〜３５は、いずれも形状性、機械的性質、曲
げ加工性、絞り成形性の全てが良好であり、総合的にみ
て優れる評価を得た。これに対し、比較例のＮｏ．３６
〜４０は、いずれも曲げ加工性が劣った。これはＰＦＺ
の幅Ｗが大きく（１）式を満足しなかったためで、総合
評価はいずれも劣るものとなった。

【００３６】本発明例のＮｏ．１〜９、２１〜２４、３
１〜３５からＪＩＳ５号試験片を切り出し、これに２％
のストレッチを付与したのち、１７０℃で２０分間（塗
装焼付相当条件）加熱し、前記加熱前後の０．２％耐力
（ＭＰａ）をインストロン型引張試験機を用いて測定
し、両者の差（ΔＹ）を求めた。その結果、ΔＹはいず
れも９０ＭＰａ以上ありベークハード性に優れることが
確認された。

【００３７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のアルミ
ニウム合金板は、形状性、機械的性質、曲げ加工性、絞
り加工性、ベークハード性などに優れ、自動車ボディシ
ートのアウター材やインナー材などに好適であり、この
アルミニウム合金板はアルミニウム合金素板に所定条件
で溶体化処理および焼入処理を施すことにより容易に製
造することができる。依って、工業上顕著な効果を奏す
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２２Ｆ 1/00 ６８２Ｃ２２Ｆ 1/00 ６８２６８３６８３６８４６８４Ｃ６８５６８５６９１６９１Ｂ６９１Ｃ６９１Ｚ６９２６９２Ａ６９２Ｂ６９４６９４Ａ６９４Ｂ (72)発明者飯島克己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

【特許請求の範囲】

【請求項１】必須元素としてＳｉ０．５〜１．３mass
％、Ｍｇ０．２５〜１．０mass％を含み、Ｍｎ０．０３
〜０．２mass％、Ｃｒ０．０２〜０．２mass％のうちの
１種または２種を含み、Ｆｅ０．３mass％以下、Ｃｕ
０．２mass％以下に規制したアルミニウム合金からなる
アルミニウム合金圧延板であって、下記（１）式および
（２）式を満足することを特徴とする曲げ加工性と絞り
成形性に優れたアルミニウム合金板。（５２５０−１５．３Ｔ＋８．６Ｙ）／ｄ≧Ｗ………（１）（Ｔ² ／Ｙ）≧４３０………（２）但しＴはアルミニウム合金板を圧延方向に引張ったとき
の引張強さ（ＭＰａ）の数値、Ｙはそのときの０．２％
耐力（ＭＰａ）の数値、ｄはアルミニウム合金板の圧延
面における平均結晶粒径（μｍ）の数値、Ｗは無析出帯
（ＰＦＺ）の平均幅（ｎｍ）の数値である。
【請求項２】必須元素としてＳｉ０．５〜１．３mass
％、Ｍｇ０．２５〜１．０mass％を含み、Ｍｎ０．０３
〜０．２mass％、Ｃｒ０．０２〜０．２mass％のうちの
１種または２種を含み、Ｆｅ０．３mass％以下、Ｃｕ
０．２mass％以下に規制したアルミニウム合金圧延板を
走行させ、これに溶体化処理を４８０℃以上の温度で連
続的に施し、次いで焼入処理を、４５０℃から３５０℃
の温度範囲を２０℃／秒以上の速度で急冷し、かつ前記
焼入処理における圧延板の温度勾配が下記（３）式を満
足するように施すことを特徴とする曲げ加工性に優れた
アルミニウム合金板の製造方法。１５００００（ｔ³ ／ｂ）≧Ｌ………（３）但しｔはアルミニウム合金板の厚さ（ｍｍ）の数値、ｂ
は幅（ｍｍ）の数値、Ｌは温度勾配（℃／ｍ）の数値
で、急冷開始直前の温度Ｐ（℃）と急冷開始位置から走
行方向に１ｍ離れた位置の温度Ｑ（℃）を１（ｍ）で除
した数値（〔Ｐ−Ｑ〕／１）である。