JPH06272000A - 成形性および焼付硬化性に優れたアルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents
成形性および焼付硬化性に優れたアルミニウム合金板の製造方法Info
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Abstract
工用Al合金板として、成形性、焼付硬化性に優れ、か
つ室温での経時変化の少ない板の製造方法を提供する。 【構成】 Mg0.3〜1.5%、Si0.5〜2.5
%を必須とし、必要に応じてCu,Zn,Mn,Cr,
Zr,V,Fe,Tiを少量含有するAl合金鋳塊を均
質化処理、熱間圧延、冷間圧延した後、480℃以上で
溶体化処理して100℃/min 以上の冷却速度で150
〜300℃に冷却し、その温度で1〜600秒保持処理
して100℃/min 以上で140℃以下に冷却する(請
求項1)か、または前記と同じ溶体化処理後、100℃
以上の冷却速度で150℃以下に冷却して72時間以内
に改めて150〜300℃に600秒以内再加熱した
後、140℃以下に100℃/min 以上で冷却(請求項
2)し、その後72時間以内に最終熱処理として、50
×140℃×0.5〜50時間の安定化処理を行なう。
Description
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。
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。
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。
待したAl−Mg−Si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。
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。
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。
ついて、板の製造方法に検討を加えて、前述のような問
題を解決することが試みられており、その代表的な例と
して、特開平4−210456号公報で提案されている
方法がある。この提案の方法は、溶体化処理後の焼入れ
のための冷却過程中途において50〜130℃の温度域
で1〜48時間の保持を行ない、さらにその後改めて1
40〜180℃の範囲内の温度で3〜10分間の低温加
熱処理を行なうものである。
456号の提案の方法によれば、従来の一般的なAl−
Mg−Si系合金板製造方法と比較すれば、素材の高強
度化および塗装焼付後の高強度化についてある程度有効
と考えられるが、満足できる程度には至っていないのが
実情である。
図るべく、時効硬化性を強めれば、板の製造後、長期間
放置してから成形加工、塗装焼付に供した場合、成形加
工前の放置期間中に自然時効(室温時効)が進行して板
が硬化し、成形性が悪化してしまう問題がある。前述の
提案の方法ではその点について充分な考慮がなされてい
ないのが実情である。
熱処理を140〜180℃×3〜10分としており、こ
の場合バッチ式の焼鈍を適用しようとすれば保持時間が
短過ぎ、一方連続方式の焼鈍を適用しようとすれば逆に
保持時間が長過ぎ、いずれの場合も生産しにくいという
問題もある。
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てのある。
するべく本発明者等が実験・検討を重ねた結果、Al−
Mg−Si系合金についてそ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。
アルミニウム合金板の製造方法は、Mg0.3〜1.5
%、Si0.5〜2.5%を含有し、さらに必要に応じ
てCu0.03〜1.2%、Zn0.03〜1.5%、
Mn0.03〜0.4%、Cr0.03〜0.4%、Z
r0.03〜0.4%、V0.03〜0.4%、Fe
0.03〜0.5%、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、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
均質化処理を施した後、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、48
0℃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150〜300℃の範囲内の温度
まで冷却し、続いてその150〜300℃の範囲内の温
度で1〜600秒保持する熱処理を行なった後、100
℃/min 以上の冷却速度で140℃以下の温度まで冷却
し、その後72時間以内に、50〜140℃の範囲内の
温度で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。
ウム合金板の製造方法は、請求項1と同様な成分組成の
合金を素材とし、480℃以上の温度での溶体化処理ま
でを請求項1と同様なプロセスで行ない、溶体化処理後
100℃/min 以上の冷却速度で150℃以下の温度域
まで冷却し、続いて72時間以内に、150〜300℃
の範囲内の温度に加熱して保持なしもしくは600秒以
内の保持の熱処理を行なった後、100℃/min 以上の
冷却速度で140℃以下の温度まで冷却し、その後72
時間以内に、請求項1の発明と同様な安定化処理を行な
うものである。
成限定理由について説明する。
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、充分な強度が得られず、一
方1.5%を越えれば成形性が低下するから、Mg量は
0.3〜1.5%の範囲内とした。
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、結晶粒の微細化にも寄与する。Siが0.5%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0.5〜2.5%の範囲内とした。
i,Fe:これらは絶対的な必須元素ではないが、強度
向上や結晶粒微細化のために必要に応じて1種または2
種以上添加される。これらのうち、Cuは強度向上に有
効な元素であるが、Cu量が0.03%未満ではその効
果が充分に得られず、一方1.2%を越えれば耐食性が
低下するから、Cuを添加する場合のCu量は0.03
〜1.2%の範囲内とした。また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1.5%を越えれば成形性および耐食性が低下するか
ら、Znを添加する場合のZn量は0.03〜1.5%
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
0.03〜0.4%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Feは0.03〜0.5%の範囲内とした。な
お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。なおこれらのCu,Zn,M
n,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。
よび不可避的不純物とすれば良い。但し、一般にMgを
含有する系の合金においては溶湯の酸化防止のために微
量のBeを添加することがあり、この発明の合金の場合
も0.0001〜0.01%程度のBeの添加は許容さ
れる。また一般に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Tiと
ともに500ppm 以下のBを添加することは許容され
る。
について説明する。
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、常法に従って均質化処理(均熱処理)を施し、さら
に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。
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。 溶体化処理後
には、100℃/min 以上の冷却速度で、請求項1の発
明方法の場合は150〜300℃の範囲内の温度まで、
請求項2の発明の方法場合は150℃以下の温度域まで
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。
ロセスは、請求項1の発明の方法と請求項2の発明の方
法とで異なる。
図1に示すように、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150〜300
℃の範囲内の温度に冷却し、続いてその150〜300
℃の範囲内の温度で1〜600秒保持する熱処理(以下
この熱処理を便宜上、保持処理と記す)を行ない、その
後100℃/min 以上の冷却速度で140℃以下の温度
まで冷却する。
に示すように、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150℃以下の温
度まで冷却し、続いて72時間以内に改めて150〜3
00℃の範囲内の温度に加熱して保持なしもしくは60
0秒以内で保持する熱処理(以下この熱処理を便宜上、
再加熱処理と記す)を施し、その後100℃/min 以上
の冷却速度で140℃以下の温度まで冷却する。
る保持処理あるいは請求項2の発明の方法における再加
熱処理は、その後の安定化処理とともに、板製造後の自
然時効による経時変化を少なくすると同時に焼付硬化性
を良好にするために必要な処理である。すなわち、保持
処理もしくは再加熱処理によって安定なクラスターが形
成されやすくなり、そのため板製造後の室温での経時変
化が少なくなるとともに、塗装焼付でのG.P.ゾーン
が細かくなり、焼付硬化性が向上する。
持処理もしくは請求項2の発明の方法における再加熱処
理の温度が150℃より低ければ上述の効果が得られ
ず、一方300℃を越えればクラスターの安定性が低下
し、逆に板製造後の室温での経時変化が生じやすくなる
とともに、焼付硬化性が低下する。また請求項1の発明
の方法における保持処理の時間が1秒未満では上述の効
果が充分に得られず、一方600秒を越えれば時効によ
って成形性が低下してしまう。一方請求項2の発明の方
法における再加熱処理は、150〜300℃の範囲内の
温度に到達すれば保持なしで直ちに冷却しても前述の効
果が得られるが、600秒を越えれば前記同様に時効に
よって成形性が低下してしまう。さらに上記の保持処理
もしくは再加熱処理後の140℃以下の温度への冷却速
度が100℃/min 未満では、冷却中に時効によって成
形性が低下してしまう。
体化処理後150℃以下の温度に冷却してから再加熱処
理を行なうまでの時間は72時間以内とする必要があ
り、この時間(放置時間)が72時間を越えれば、自然
時効により成形加工前の素材の強度が高くなり、成形性
が低下してしまう。
を行なって100℃/min 以上の冷却速度で140℃以
下に冷却した後には、請求項1の発明の方法、請求項2
の発明の方法のいずれの場合も、72時間以内に安定化
処理を行なう。このような安定化処理までの時間(放置
時間)が72時間を越えれば、自然時効により成形加工
前の素材の強度が高くなり、成形性が低下してしまう。
性を向上させ、板製造後の経時変化を抑制して、良好な
成形加工性を確保するとともに充分な焼付硬化性を得る
ために必要な工程であり、この安定化処理は、50〜1
40℃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50℃未満では上
記の効果が充分に得られず、一方140℃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。また安定化処理における50〜140℃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。
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後の冷
却(焼入れ)過程で特定の条件での保持処理を行なう
(請求項1の発明の方法)か、または溶体化処理後の冷
却の後に改めて特定の条件での再加熱処理を施し(請求
項2の発明の方法)、その後72時間以内に特定の条件
の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。
6の合金、および本発明成分範囲外のB1〜B3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℃×10hrの均質化処理を施
してから、常法に従って熱間圧延および冷間圧延を行な
って厚さ1mmの圧延板とした。次いで各圧延板に対し、
540℃×10sec の溶体化処理を行なってから、10
0℃/min 以上の冷却速度で冷却し、請求項1の発明の
方法にしたがって冷却途中で保持処理を行なうか、また
は請求項2の発明の方法にしたがって150℃以下に冷
却してから再加熱処理を行ない、さらに安定化処理を行
なった。詳細な条件を表2中に示す。なお表2におい
て、製造番号1〜3および10はいずれも請求項1の発
明の方法にしたがって冷却途中で保持処理を行なった
例、また製造番号4〜6および11,12はいずれも請
求項2の発明の方法にしたがって再加熱処理を行なった
例を示す。一方製造番号7,9は、請求項1の発明の方
法に対する比較例、製造番号8は請求項2の発明の方法
に対する比較例である。なおまた、保持処理もしくは再
加熱処理後の冷却は、いずれも100℃/min 以上の冷
却速度で室温まで行ない、また安定化処理までの放置も
室温とした。
られた板を、さらに室温に1日もしくは60日放置した
各板について、それぞれ175℃×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。
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
60日室温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。
組成はこの発明で規定する範囲内であるが、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。
そして特に製造番号7(合金記号A2)は、最終の安定
化処理の時間がこの発明で規定する時間より短かったも
のであるが、この場合には同じ合金(A2)を用いた本
発明例(製造番号2)と比較して、焼付硬化性が劣り、
特に60日放置後の成形性、焼付硬化性が劣っていた。
また製造番号8(合金記号A3)は、溶体化処理−冷却
後の再加熱処理における温度が高過ぎ、かつ再加熱処理
後の放置時間が長過ぎたものであるが、この場合には同
じ合金(A3)を用いた本発明例(製造番号3)と比較
して、素材強度が高過ぎて成形性に劣り、特に60日放
置後において成形性が劣るとともに焼付硬化性も充分で
はなかった。さらに製造番号9(合金記号A4)は、溶
体化処理後冷却途中での保持処理における保持温度が低
過ぎるとともに保持時間が長過ぎたものであり、この場
合には同じ合金(A4)を用いた本発明例(製造番号
4)と比較して、充分な焼付硬化性が得られなかった。
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。
板の製造方法によれば、成形性が優れるとともに素材強
度が高いばかりでなく、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低下も少な
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板の製造に最適であ
る。
プロセスを説明するための線図である。
プロセスを説明するための線図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 Mg0.3〜1.5%(重量%、以下同
じ)、Si0.5〜2.5%を含有し、さらに必要に応
じてCu0.03〜1.2%、Zn0.03〜1.5
%、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、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
塊に均質化処理を施した後、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150〜300℃の範囲内の
温度まで冷却し、続いてその150〜300℃の範囲内
の温度で1〜600秒保持する熱処理を行なった後、1
00℃/min 以上の冷却速度で140℃以下の温度まで
冷却し、その後72時間以内に、50〜140℃の範囲
内の温度で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アルミニウム合金板の製
造方法。 - 【請求項2】 Mg0.3〜1.5%、Si0.5〜
2.5%を含有し、さらに必要に応じてCu0.03〜
1.2%、Zn0.03〜1.5%、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、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、鋳塊に均質化処理を施
した後、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150℃以下の温度域まで冷却し、続いて72時
間以内に、150〜300℃の範囲内の温度に加熱して
保持なしもしくは600秒以内の保持の熱処理を行なっ
た後、100℃/min 以上の冷却速度で140℃以下の
温度まで冷却し、その後72時間以内に、50〜140
℃の範囲内の温度で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アルミニウム合
金板の製造方法。
Priority Applications (1)
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JPH06272000A true JPH06272000A (ja) | 1994-09-27 |
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