JP3993155B2 - 強度と曲げ加工性に優れた樹脂塗装建材用アルミニウム合金熱延板の製造方法 - Google Patents
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Description
この発明は、高強度かつ曲げ加工性に優れた樹脂塗装建材用アルミニウム合金熱延板の製造方法に関し、特に弗素樹脂のような高温焼付を施す樹脂塗装建材用アルミニウム合金 熱延板の製造方法に関する。
樹脂塗装建材は、最近、弗素樹脂のような高温焼付塗料を用い、かつ、９０°曲げ以上の１００〜１８０゜の厳しい曲げ加工の施工デザインとなるケースがある。そして、通常、曲げ加工を必要とする板厚は１．２〜３．０ｍｍで、３．０ｍｍを超えて６．０ｍｍまでは曲げ加工をしないで施工される。
この様な用途用のアルミニウム合金板として、例えば特許文献１が挙げられる。
特許第３２７４８０８号公報
この様な用途用のアルミニウム合金板として、例えば特許文献１が挙げられる。
しかしながら、特許文献１記載の発明は、強度と１３５°曲げ加工では優れた効果があるものの、１３５°曲げ以上の曲げ加工、例えば１８０°の曲げ加工では割れが発生する恐れがある。
また製造工程（鋳造→均熱・加熱→熱間圧延→一次冷間圧延→中間焼鈍→二次冷間圧延→最終焼鈍）が長すぎて高エネルギー・高コストとなってしまう。
また製造工程（鋳造→均熱・加熱→熱間圧延→一次冷間圧延→中間焼鈍→二次冷間圧延→最終焼鈍）が長すぎて高エネルギー・高コストとなってしまう。
この発明は上記の従来技術の欠点を解消し、高温焼付塗装によっても強度（引張強さ１３５Ｎ／ｍｍ２以上）を損なうことなく曲げ加工性を向上したアルミニウム合金圧延板を省エネルギー・低コストで製造し得る方法を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するためにアルミニウム合金板の成分組成と鋳造後の製造条件を鋭意検討した結果、本発明を完成したものである。
すなわち本発明は、Ｍｎ：０．８〜１．５％（重量％、以下同じ）、Ｆｅ：０．１０〜０．７％を含み、さらに、Ｓｉ：０．０５〜０．６％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、Ｍｇ：０．０５〜０．３％、Ｚｎ：０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．２％、Ｖ：０．０５〜０．２％の一種以上を含み残部不可避不純物およびＡｌとからなるＡｌ合金鋳塊を、４５０℃以上５００℃未満の温度範囲で均熱処理し、熱間圧延を４３０〜４９０℃の範囲内の温度で開始し、３００〜３５０℃の範囲内の温度で終了させる層状結晶粒の熱間圧延板であって、引張強さが１３５Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする強度と曲げ加工性に優れた樹脂塗装建材用アルミニウム合金熱延板の製造方法を要旨としている。
すなわち本発明は、Ｍｎ：０．８〜１．５％（重量％、以下同じ）、Ｆｅ：０．１０〜０．７％を含み、さらに、Ｓｉ：０．０５〜０．６％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、Ｍｇ：０．０５〜０．３％、Ｚｎ：０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．２％、Ｖ：０．０５〜０．２％の一種以上を含み残部不可避不純物およびＡｌとからなるＡｌ合金鋳塊を、４５０℃以上５００℃未満の温度範囲で均熱処理し、熱間圧延を４３０〜４９０℃の範囲内の温度で開始し、３００〜３５０℃の範囲内の温度で終了させる層状結晶粒の熱間圧延板であって、引張強さが１３５Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする強度と曲げ加工性に優れた樹脂塗装建材用アルミニウム合金熱延板の製造方法を要旨としている。
本発明の方法は省エネルギー・低コストの製造方法で、この製造方法で得られたアルミニウム合金熱延板は、特に曲げ加工性に優れ、樹脂焼付塗装後は強度低下もなく高強度を有していることから、特に曲げ加工の厳しい１３５〜１８０゜曲げ加工を要求される樹脂焼付塗装建材として好適である。
まず、本発明における化学成分の限定理由を説明する。
Ｍｎ：Ｍｎは強度を向上する元素であり、０．８％未満ではその効果が小さく、１．５％を超えると向上しすぎて曲げ加工性が低下する。従って、Ｍｎ量は０．８〜１．５％の範囲とする。
Ｍｎ：Ｍｎは強度を向上する元素であり、０．８％未満ではその効果が小さく、１．５％を超えると向上しすぎて曲げ加工性が低下する。従って、Ｍｎ量は０．８〜１．５％の範囲とする。
Ｆｅ：Ｆｅは強度に寄与するが、鋳造時にＭｎと化合してＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系晶出化合物となり曲げ加工性を阻害する元素である、０．１０％未満では必要強度が得られず、０．７％を超えると曲げ加工性を著しく阻害する。従って、Ｆｅ量は０．１０〜０．７％の範囲とする。
Ｓｉ：Ｓｉは強度を付与する元素であるが、０．０５％未満では効果が無く、０．６％を超えると強度の向上が飽和して、それ以上添加しても無駄である。従って、Ｓｉ量は０．０５〜０．６％の範囲とする。
Ｃｕ：Ｃｕは強度を付与する元素であるが、０．０５％未満では効果が無く、０．５％を超えると耐食性が劣化するので好ましくない。従って、Ｃｕ量は０．０５〜０．５％の範囲とする。
Ｍｇ：Ｍｇは固溶して強度を向上する元素であり、０．０５％未満ではその効果が小さく、０．３％を超えると向上しすぎて曲げ加工性が低下する。従って、Ｍｇ量は０．０５〜０．３％の範囲とする。
Ｚｎ：Ｚｎは強度を付与する元素であるが、０．０５％未満では効果が無く、０．５％を超えると耐食性が劣化するので好ましくない。従って、Ｚｎ量は０．０３〜０．５％の範囲とする。
Ｃｒ：Ｃｒは強度向上に寄与する元素であるが、０．０５％未満では効果が無く、０．３％を超えると巨大化合物が生成され曲げ加工性が低下する。従って、Ｃｒ量は０．０５〜０．３％の範囲とする。
Ｚｒ，Ｖ：ＺｒおよびＶは強度を付与する元素であるが、０．０５％未満ではその効果が無く、０．２％を超えると巨大化合物が生成され曲げ加工性が低下するので好ましくない。従って、Ｚｒ量およびＶ量は０．０５〜０．２％の範囲とする。
上記元素以外は不純物あるいは任意添加元素である。以下に任意添加元素を添加する場合の添加範囲を説明する。
Ｔｉ，Ｂ：通常のアルミニウム合金においては、鋳塊の微細化のために、Ｔｉ単独もしくはＴｉとＢを複合添加することが行なわれている。本発明においてもＴｉ単独もしくはＴｉとＢを複合添加しても良い。その場合、Ｔｉ量は０．００５％未満では効果が無く、０．１５％を超えると初晶ＴｉＡｌ3が晶出して曲げ加工性が阻害されるので、Ｔｉ量は０．００５〜０．１５％の範囲とする。また、ＴｉとともにＢを添加する場合のＢ量は、１ｐｐｍ未満では効果が無く、５００ｐｐｍを超えるとＴｉＢ2が生成して曲げ加工性が阻害されるので、Ｂ量は１〜５００ｐｐｍとする。
Ｂｅ：Ｂｅは、溶湯酸化の防止のために添加する場合があるが、本発明においても添加しても良い。その場合のＢｅ量は、１ｐｐｍ未満では効果が無く、５００ｐｐｍを超えると効果が飽和して、それ以上添加することは無駄である。従って、Ｂｅ量は１〜５００ｐｐｍの範囲とする。
また、アルミニウム地金に起因するＮａ、Ｃａ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｎｉ等の不純物は各々単独で２００ｐｐｍ未満に抑えることが好ましい。
次に、アルミニウム合金圧延板の製造方法について工程順に説明する。
［鋳造］鋳造法は特に限定されず、常法によって鋳塊を作ればよいが、ＤＣ鋳造法（半連続鋳造法）が望ましい。
［鋳造］鋳造法は特に限定されず、常法によって鋳塊を作ればよいが、ＤＣ鋳造法（半連続鋳造法）が望ましい。
［均熱処理］均熱処理は４５０℃以上５００℃未満の比較的低温で行い、再結晶温度を適度に高めて、熱間圧延終了板の終了温度による軟化を適度に抑制するために行う。
均熱温度が４５０℃未満では微細なＡｌ−Ｍｎ系析出物の数が不足して再結晶温度が高まりすぎて熱間圧延終了板は高強度となって曲げ加工性が低下しやすく、５００℃以上ではＡｌ−Ｍｎ系析出物が粗大となって再結晶温度が低下して熱間圧延終了板は低強度になりやすい。従って、均熱温度は４５０℃以上５００℃未満の範囲とする。また、保持時間は温度にもよるが１〜２４ｈｒとすれば本発明の目的は達成する。
均熱温度が４５０℃未満では微細なＡｌ−Ｍｎ系析出物の数が不足して再結晶温度が高まりすぎて熱間圧延終了板は高強度となって曲げ加工性が低下しやすく、５００℃以上ではＡｌ−Ｍｎ系析出物が粗大となって再結晶温度が低下して熱間圧延終了板は低強度になりやすい。従って、均熱温度は４５０℃以上５００℃未満の範囲とする。また、保持時間は温度にもよるが１〜２４ｈｒとすれば本発明の目的は達成する。
［加熱処理および熱間圧延］熱間圧延終了段階の終了までの３パスは１パス当たり４５〜６５％の圧延率で行い、熱間圧延終了温度を３００〜３５０℃の範囲内に抑え易くするために熱間圧延開始温度は４３０〜４９０℃の範囲内とする。熱間圧延のための加熱はこの熱間圧延条件を満たすように行う。ただし、加熱処理は、均熱処理後の鋳塊が４３０〜４９０℃の範囲内に徐冷されるのを待って熱間圧延を行う場合は省略してもよい。
［熱間圧延終了温度］熱間圧延終了温度は、弗素樹脂焼付塗装条件（２４０〜２８０℃×２０ｍｉｎ）以上の条件と規定する。こうすることにより弗素樹脂焼付塗装後の強度低下や変形は起こらない。熱間圧延終了温度が３００℃未満では高強度になりすぎて曲げ加工性が低下しやすく、３５０℃を超えると全面または部分的再結晶を起こして強度低下を招き好ましくないので熱間圧延終了温度は３００〜３５０℃の範囲内とする。さらに、熱間圧延終了板は最終パスの出側でコイル状に巻き上げてから冷却するが、２４０℃（弗素樹脂焼付塗装温度の下限）までは３０℃／ｈｒ以下の徐冷とすることが好ましい。
また、室温まで冷却後、ローラーレベラー、ストレッチャー等で歪矯正を行なうが、この場合、樹脂焼付塗装前の強度が若干向上し、樹脂焼付塗装後は低下するが歪矯正前の強度以下になることはなく、本発明の効果を妨げない。
表１の合金Ａ〜Ｇについて、常法に従ってＤＣ鋳造法（半連続鋳造法）により鋳造し、厚さ４５０ｍｍ×幅１２００ｍｍ×長さ３０００ｍｍ）の鋳塊を得た。
得られた鋳塊に対し、表２の製造番号１〜１０に示す条件で均熱後熱間圧延を施して（終了までの３パスは１パス当り４５〜６５％の圧延率）厚さ３．０ｍｍとし（ただし、製造番号２は６．０ｍｍ、製造番号３は１．５ｍｍ）、２４０℃までの徐冷は３０℃／ｈｒ以下で行った。
そして、各熱延板について強度と曲げ加工性と導電率と結晶粒の形状を調べた。強度は引張試験で引張強さを測定し、曲げ加工性は１８０°曲げ（内側曲げ半径０ｍｍR）試験にて割れの有無を調べた。また、結晶粒の形状は圧延表面の結晶粒を２５〜５０倍の顕微鏡で観察し、アスペクト比（結晶粒の最大長さ÷結晶粒の最小長さ）の平均が５．０以上を層状とし、５．０未満を粒状とした。その結果を表２中に併せて示す。
そして、各熱延板について強度と曲げ加工性と導電率と結晶粒の形状を調べた。強度は引張試験で引張強さを測定し、曲げ加工性は１８０°曲げ（内側曲げ半径０ｍｍR）試験にて割れの有無を調べた。また、結晶粒の形状は圧延表面の結晶粒を２５〜５０倍の顕微鏡で観察し、アスペクト比（結晶粒の最大長さ÷結晶粒の最小長さ）の平均が５．０以上を層状とし、５．０未満を粒状とした。その結果を表２中に併せて示す。
以下、個々の結果について説明する。
製造番号１〜３の材料は、いずれも成分組成および製造プロセスの両者が本発明で規定する条件を満たす発明例であり、表２に示すように結晶粒は層状で、引張強さは１３５Ｎ／ｍｍ２以上の高強度を示し、曲げ加工性は１８０°曲げ試験でも割れが発生しない、強度と曲げ加工性に優れた材料となっていることが明らかである。
製造番号１〜３の材料は、いずれも成分組成および製造プロセスの両者が本発明で規定する条件を満たす発明例であり、表２に示すように結晶粒は層状で、引張強さは１３５Ｎ／ｍｍ２以上の高強度を示し、曲げ加工性は１８０°曲げ試験でも割れが発生しない、強度と曲げ加工性に優れた材料となっていることが明らかである。
一方、製造番号４〜６の材料は、本発明で規定する成分組成条件は満たすが、製造プロセス条件の一部を満たさない比較例である。
製造番号４は均熱温度が本発明の規定する温度範囲よりも高すぎたため、Ａｌ-Ｍｎ系析出物が粗大となり、熱間圧延条件は規定範囲であっても、結晶粒は粒状となり、曲げ加工性は良好であるが引張強さは１３５Ｎ／ｍｍ２以下の低強度となってしまった。
製造番号５は本発明の規定する均熱条件は満たすが熱間圧延開始温度が規定範囲を下回ったため、終了温度が３００℃未満の低温となってしまい、高強度であるが曲げ加工性は低下してしまった。
製造番号６は本発明の規定する均熱温度範囲よりも低すぎたため熱間圧延開始温度と終了温度が規定範囲を下回ってしまい、高強度であるが曲げ加工性は低下してしまった。
製造番号４は均熱温度が本発明の規定する温度範囲よりも高すぎたため、Ａｌ-Ｍｎ系析出物が粗大となり、熱間圧延条件は規定範囲であっても、結晶粒は粒状となり、曲げ加工性は良好であるが引張強さは１３５Ｎ／ｍｍ２以下の低強度となってしまった。
製造番号５は本発明の規定する均熱条件は満たすが熱間圧延開始温度が規定範囲を下回ったため、終了温度が３００℃未満の低温となってしまい、高強度であるが曲げ加工性は低下してしまった。
製造番号６は本発明の規定する均熱温度範囲よりも低すぎたため熱間圧延開始温度と終了温度が規定範囲を下回ってしまい、高強度であるが曲げ加工性は低下してしまった。
また、製造番号７〜１０は本発明で規定する製造プロセス条件は満たすが、成分組成条件を満たさない比較例である。
製造番号７はＭｎ量が本発明で規定する成分範囲よりも低い合金Ｄを用い、製造番号８はＭｎ量が本発明で規定する成分範囲よりも高い合金Ｅを用いたもので、前者はＭｎ量が少ないため曲げ加工性は良好であるが引張強さは１３５Ｎ／ｍｍ２以下の低強度となり、後者はＭｎ量が多いため高強度になりすぎて曲げ加工性が低下してしまった。
製造番号９はＦｅ量とＳｉ量が本発明で規定する成分範囲よりも低い合金Ｆを用い、製造番号１０はＦｅ量が本発明で規定する成分範囲よりも高い合金Ｇを用いたもので、前者はＦｅ量とＳｉ量が少ないため曲げ加工性は良好であるが引張強さは１３５Ｎ／ｍｍ２以下の低強度となり、後者はＦｅ量が多いため高強度になってしまったことと、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系晶出化合物のサイズが大となったことで曲げ加工性は低下した。
製造番号７はＭｎ量が本発明で規定する成分範囲よりも低い合金Ｄを用い、製造番号８はＭｎ量が本発明で規定する成分範囲よりも高い合金Ｅを用いたもので、前者はＭｎ量が少ないため曲げ加工性は良好であるが引張強さは１３５Ｎ／ｍｍ２以下の低強度となり、後者はＭｎ量が多いため高強度になりすぎて曲げ加工性が低下してしまった。
製造番号９はＦｅ量とＳｉ量が本発明で規定する成分範囲よりも低い合金Ｆを用い、製造番号１０はＦｅ量が本発明で規定する成分範囲よりも高い合金Ｇを用いたもので、前者はＦｅ量とＳｉ量が少ないため曲げ加工性は良好であるが引張強さは１３５Ｎ／ｍｍ２以下の低強度となり、後者はＦｅ量が多いため高強度になってしまったことと、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系晶出化合物のサイズが大となったことで曲げ加工性は低下した。
本発明によるアルミニウム合金圧延板を特に高温の焼付塗装が必要な弗素等の樹脂塗装建材（カーテンウォールや内外装建材等）に使用することによって、高強度を要する厳しい曲げ加工の施工デザインが可能となる。
Claims (1)
- Ｍｎ：０．８〜１．５％（ｍａｓｓ％、以下同じ）、Ｆｅ：０．１０〜０．７％を含み、さらに、Ｓｉ：０．０５〜０．６％、Ｃｕ：０．０５〜０．５％、Ｍｇ：０．０５〜０．３％、Ｚｎ：０．０５〜０．５％、Ｃｒ：０．０５〜０．３％、Ｚｒ：０．０５〜０．２％、Ｖ：０．０５〜０．２％の一種以上を含み残部不可避不純物およびＡｌとからなるＡｌ合金鋳塊を、４５０℃以上５００℃未満の温度範囲で均熱処理し、熱間圧延を４３０〜４９０℃の範囲内の温度で開始し、３００〜３５０℃の範囲内の温度で終了させる層状結晶粒の熱延板であって、引張強さが１３５Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする強度と曲げ加工性に優れた樹脂塗装建材用アルミニウム合金熱延板の製造方法。
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