JPH05112839A - 低温焼付硬化性に優れた成形加工用アルミニウム合金板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温(１４０〜１７０℃)焼付塗装処理におい
ても優れた焼付硬化性を有する成形加工用アルミニウム
合金板を得る。 【構成】 Ｍg:０.３〜１.５％、Ｓi:０.６〜２.０％及
びＣu:０.６〜１.５％を含有し、残部がＡl及び不純物
からなる組成を有し、低温(１７０℃以下)焼付時の焼付
硬化性に優れたＡl−Ｍg−Ｓi−Ｃu系アルミニウム合金
板である。この化学成分を有するアルミニウム合金鋳塊
に均質化処理、熱間圧延、冷間圧延を行い、所望の板厚
にした後、溶体化処理を施し、その後、３００℃／分以
上の冷却速度で７０〜１４０℃の温度に焼入れし、その
まま７０〜１４０℃の温度で０.５〜４８時間保持する
ことにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、低温焼付時の焼付硬化
性に優れたアルミニウム合金板及びその製造方法に係
り、より詳しくは、自動車用、家電用、機械部品用等パ
ネル材に用いられるアルミニウム合金板で、これらの製
造工程にある焼付塗装(ベーキング)などの短時間加熱に
より強度の向上が期待できるアルミニウム合金板及びそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
自動車用、家電用、機械用パネル材の軽量化を主体とし
て使用されているアルミニウム合金板は、プレスや曲げ
等の成形加工が行われ、溶接・接着での組立後、塗装工
程に供される。塗装工程においては、塗装皮膜に強度を
与えるため加熱処理(焼付塗装：ベーキング)が行われて
いる。アルミニウム合金板の特性としては、その際の加
熱温度を利用し強度を向上することができることであ
る。

【０００３】かかるアルミニウム合金板としては、プレ
スや曲げ等の成形加工では強度が低く、成形が容易で、
成形加工後は焼付塗装の加熱処理で強度が著しく向上す
る材料であることが理想とされ、主としてＡl−Ｍg−Ｓ
i系アルミニウム合金が使用されている。本出願人は先
に特開平１−１１１８５１号を提案した。

【０００４】しかし、従来、この種の用途に用いられて
いるＡl−Ｍg−Ｓi系アルミニウム合金及びその製造方
法では、成形性或いは形状凍結性の重視により、Ｔ４状
態での素材強度が極めて低く、更には焼付硬化後に強度
が向上したとしても十分な強度が得られず、軽度な外力
を加えただけで変形し、また、焼付硬化後の強度を重視
し強度を高くするとＴ４状態での強度を高くせざるを得
ず、成形性が劣り、これら相反する特性(成形性、焼付
硬化性)を同時に向上させることが極めて困難であっ
た。

【０００５】一方、自動車用パネル材においては、最近
の焼付塗装時の加熱条件は、省エネルギー化及び生産性
向上のため、加えて樹脂など高温で処理できない部品の
多様化が進み、更には塗料の著しい進歩により、低温化
している。例えば、従来は約２００℃であった加熱処理
が、近年、１４０〜１７０℃の低温で処理されるように
なっている。このため、従来のＡl−Ｍg−Ｓi系アルミ
ニウム合金板及びその製造方法では、最近の傾向である
このような低温処理で焼付硬化性を向上させることは困
難であった。

【０００６】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためにさなれたものであり、最近の低温(１４０〜１
７０℃)焼付塗装処理においても優れた焼付硬化性を有
するアルミニウム合金板を提供し、及びその製造方法を
提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決するため鋭意研究を重ねた結果、従来のＡl−Ｍg−
Ｓi系アルミニウム合金の強化機構は、次のような時効
硬化機構に基づくものであることが判明した。

【０００８】 Ｓ．Ｓ．(固溶体)→Ｇ．Ｐ．ゾーン→β′−Ｍg₂Ｓi (Ｔ４状態) (焼付塗装後)

【０００９】また、６００９で知られるＡl−Ｍg−Ｓi
系アルミニウム合金にＣuを添加すると、時効析出物
Ｓ′−ＣuＭgＡl₂が析出し、強度向上に寄与する。よっ
て、Ａl−Ｍg−Ｓi−Ｃu系にすることにより、これらの
相互作用で、時効後の強度が更に向上することを見い出
した。

【００１０】更に、Ａl−Ｍg−Ｓi系アルミニウム合金
の製造方法において焼付硬化性が低下する原因を調査し
た。その結果、従来のＡl−Ｍg−Ｓi系アルミニウム合
金に適用される溶体化→焼入れ処理は、溶体化処理後常
温まで水冷或いは空冷による冷却で焼入れされていた。
この製造法では、焼入れ直後では強度が低く成形性も良
好で、かつ、低温焼付でも焼付硬化性に優れるが、焼入
れ後数１０分〜数時間経過すると、この理想的特性が消
失してしまう。したがって、このような製造法は低温焼
付時の焼付硬化型合金の工業製品の製法としては不適当
であることが判明した。

【００１１】そこで、本発明者は、溶体化処理→焼入れ
において、焼入れ直後だけでなく、焼入れ後数日経過し
ても１４０〜１７０℃の焼付温度条件でも優れた焼付硬
化性を得ることができる製造方法を見い出すべく研究し
た結果、Ａl−Ｍg−Ｓi系での化学成分を調整し、更に
Ｃuを添加することとし、更には溶体化処理後の熱処理
条件をコントロールすることにより、特開平１−１１１
８５１号で示した焼付硬化温度より低い温度(１４０〜
１７０℃)で焼付硬化性が著しく向上することを見い出
し、ここに本発明をなしたものである。

【００１２】すなわち、本発明は、Ｍg:０.３〜１.５
％、Ｓi:０.６〜２.０％及びＣu:０.６〜１.５％を含有
し、残部がＡl及び不純物からなる組成を有することを
特徴とする低温(１７０℃以下)焼付硬化性に優れた成形
加工用Ａl−Ｍg−Ｓi−Ｃu系アルミニウム合金板を要旨
とするものである。

【００１３】また、その好ましい製造方法は、上記化学
成分を有するアルミニウム合金鋳塊に均質化処理、熱間
圧延、冷間圧延を行い、所望の板厚にした後、溶体化処
理を施し、その後、３００℃／分以上の冷却速度で７０
〜１４０℃の温度に焼入れし、そのまま７０〜１４０℃
の温度で０.５〜４８時間保持することを特徴とするも
のである。

【００１４】以下に本発明を更に詳述する。

【００１５】

【作用】まず、本発明における化学成分の限定理由につ
いて説明する。

【００１６】Ｍg：Ｍgはそれ自体の固溶体強化と、Ｓi
と共同して強度を付与する元素で、時効析出物β′−Ｍ
g₂Ｓiを析出し、更に添加元素であるＣuと結合した場
合、時効析出物Ｓ′−ＣuＭgＡl₂の析出により、その析
出硬化によって強度を付与する元素である。しかし、
０.３％未満では十分な強度(以下、強度とは、素材及び
１５０℃の焼付塗装後の強度をいう)を得ることができ
ず、また、１.５％を超えると、鋳造時に平衡相Ｍg₂Ｓi
が晶出物として成長し、伸びの低下が見られ、靭性及び
成形性の劣化が起こる。したがって、Ｍg含有量は０.３
〜１.５％の範囲とする。

【００１７】Ｓi：ＳiはＭgと共同して主として時効析
出物β′−Ｍg₂Ｓiの析出による析出硬化で強度を付与
する元素である。しかし、０.５％未満では焼付などの
熱処理を施した後の強度が低く、焼付硬化性が低下する
等、十分な強度が得られない。また、２.０％を超える
と伸びが低下し、靭性及び成形性が劣化する。したがっ
て、Ｓi含有量は０.５〜２.０％の範囲とする。

【００１８】Ｃu：Ｃuは時効析出物Ｓ′−ＣuＭgＡl₂に
より強度を付与する元素である。本発明では、ＭgはＳi
だけでなくＣuとも結合し、複合析出硬化作用をもたら
し、強度の向上及び低温焼付で焼付硬化性を向上させ
る。しかし、０.６％未満では低温焼付時に十分な強度
が得られず、また、１.５％を超えて添加すると成形性
の急激な劣化が見られる。よって、Ｃu含有量は０.６〜
１.５％の範囲とする。より好ましくは０.９〜１.５％
である。

【００１９】なお、本発明におけるＡl−Ｍg−Ｓi−Ｃu
系アルミニウム金は、上述のＭg、Ｓi及びＣuを必須成
分とすれば、その効果は十分得られるが、他の元素を、
本発明の効果を損なわない限度で、必要に応じて添加
し、或いは不純物として含有させることができる。

【００２０】例えば、Ｃr、Ｚr、Ｍnは、添加量が多い
と粗大な金属間化合物が成長するため、伸びを大きく低
下させ、成形性の劣化が著しいので、それぞれ０.２％
以下で許容できる。また、Ｆeは、元来、不純物として
アルミ地金に含有されているが、０.３％より多く含有
すると伸びを大きく低下させ、成形性の劣化が著しいの
で、０.３％以下に抑制するのが望ましい。Ｔiは、鋳塊
の結晶粒を微細化し、成形性の向上に付与する元素であ
るが、０.１％を超えると粗大な晶出物を生成し、成形
性の劣化が著しいので、０.１％以下で許容できる。

【００２１】次に本発明の製造条件について説明する。

【００２２】上記Ａl−Ｍg−Ｓi−Ｃu系アルミニウム合
金は、常法により、溶解→鋳造→均質化処理→熱間圧延
→冷間圧延等を行い、次いで溶体化処理が施される。こ
れらの各工程の条件は特に制限はされない。

【００２３】溶体化処理後は、従来は単に常温まで水冷
或いは空冷等で冷却し焼入れが行われていたが、本発明
では、焼入れ−保持の新規プロセスを採用し、以下に示
すように、焼入温度、焼入時の冷却速度並びに焼入温度
での保持時間をコントロールするものである。

【００２４】焼入温度（すなわち、焼入終了温度)が７
０℃未満では、１５０℃程度の非常に低い温度での焼付
で焼付硬化性が殆どなく、更に常温に放置する時間の経
過と共に消失する。一方、焼入温度が１４０℃を超える
と、Ｍg₂Ｓiの析出により、Ｔ４での強度が上がりす
ぎ、成形性を劣化させると共に、焼付硬化性が認められ
なくなる。したがって、焼入温度は７０〜１４０℃の範
囲とする。

【００２５】この焼入温度(７０〜１４０℃)に焼入れる
ときの冷却速度は、３００℃／min未満では焼入後の強
度が低く、しかも低温(１５０℃)での焼付硬化性が著し
く劣るので好ましくない。したがって、３００℃／min
以上の冷却速度とする。

【００２６】次に、焼入保持時間については、７０℃と
いう低温焼入れの場合、短時間保持では本発明の目的と
する低温での焼付硬化性の向上は認められず、また、１
４０℃の高温で長時間保持をするとＭg₂Ｓiが析出し、
Ｔ４での強度が上がりすぎ、焼付硬化性が認められな
い。また、焼入温度が７０℃未満のとき、４８時間を超
えて長時間保持すると、低温焼付硬化性は消失し、１３
０℃を超える温度で０.５時間未満の短時間保持を行っ
ても焼付硬化性は認められない。したがって、焼入条件
は、温度：７０〜１４０℃、保持時間：０.５〜４８時
間とする。なお、同様の組成の場合は、成形性及び焼付
硬化性の点で、比較的低い温度で比較的長い時間保持す
る条件(８０〜１００℃×２〜２４hr)が好ましい。

【００２７】次に本発明の実施例を示す。

【００２８】

【実施例】

【表１】 に示す化学成分を有するアルミニウム合金を常法により
溶解→鋳造し、得られた５０mm厚鋳塊に５４０℃×４hr
の均質化処理を施した後、５０〜２５０℃間で板厚５mm
まで熱間圧延を行った。その後、常温にて冷間圧延を施
し、板厚１mmとし、実験に供した。

【００２９】この冷延板を５３０℃の溶体化温度に加熱
して２０秒間保持し、次いで

【表２】 に示す焼入条件、すなわち、５３０℃から常温まで冷却
する時の平均冷却速度を５０〜８００℃／minの範囲で
変化させ、その後、その焼入温度のままで０.５〜６０
時間の範囲で保持した後、常温まで冷却した。なお、ア
ルミニウム合金と焼入条件との組合せは

【表３】 及び

【表４】 に示す通りである。

【００３０】得られた材料について、焼入れ１０日後の
機械的性質を調べると共に、１５０℃と１７０℃で２０
分ベーキングした時の機械的性質(焼付硬化性)を調べ
た。それらの結果を表３、表４に併記する。

【００３１】表３、表４より明らかなように、本発明合
金は、焼入条件に拘らず１５０℃いう低温で焼付硬化性
(Δσ₀.₂)が非常に大きいことがわかる。特に、Ａ〜Ｅ
の焼入条件を採用すると更に焼付硬化性が大きくなる。

【００３２】一方、本発明範囲外の化学成分のものは、
本発明の範囲内の焼入条件を採用しても、１５０℃での
焼付硬化性が小さく、焼入条件を本発明範囲外のものを
採用すると１５０℃での焼付硬化性は全く認められな
い。以上のことから、本発明合金に対し、本発明範囲内
の焼入条件(本発明法)を適用することにより、低温(１
４０〜１７０℃)での焼付硬化性が大きいことがわか
る。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
低温(１４０〜１７０℃)焼付塗装処理においても優れた
焼付硬化性を有する成形加工用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】 重量％で(以下、同じ)、Ｍg:０.３〜１.
   ５％、Ｓi:０.６〜２.０％及びＣu:０.６〜１.５％を含
   有し、残部がＡl及び不純物からなる組成を有すること
   を特徴とする低温(１７０℃以下)焼付硬化性に優れた成
   形加工用Ａl−Ｍg−Ｓi−Ｃu系アルミニウム合金板。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の化学成分を有するアル
   ミニウム合金鋳塊に均質化処理、熱間圧延、冷間圧延を
   行い、所望の板厚にした後、溶体化処理を施し、その
   後、３００℃／分以上の冷却速度で７０〜１４０℃の温
   度に焼入れし、そのまま７０〜１４０℃の温度で０.５
   〜４８時間保持することを特徴とする低温(１７０℃以
   下)焼付硬化性に優れた成形加工用Ａl−Ｍg−Ｓi−Ｃu
   系アルミニウム合金板の製造方法。