JPH08199278A - プレス成形性および塗装焼付硬化性に優れたアルミニウム合金板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れたプレス成形性と塗装焼付硬化性を兼ね
備えたアルミニウム合金板を得る。 【構成】 重量％で、Ｍｇ：７．０〜１５．０％，か
つ、Ｃｕ：０．０５〜１．２％、Ａｇ：０．１０〜０．
８％，Ｍｎ：０．０５〜０．８％のうち１種あるいは２
種以上を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなること
を特徴とするプレス成形性および塗装焼付硬化性に優れ
たアルミニウム合金板。また、その製造方法として、前
記合金を鋳造、圧延後、４２０〜４８０℃の間の温度で
３０秒以上、２時間以内の溶体化処理を施し、その温度
から１５０℃までの温度範囲を２０℃／秒以上の速度で
冷却する。なお、前記合金には少量のＺｎ，Ｃｒ，Ｆ
ｅ，Ｓｉ，Ｚｒ，Ｖ，Ｔｉを特定元素として含有でき
る。 【効果】 クラッド板等を用いずに、単板でプレス成形
性と塗装焼付硬化性を兼ね備えたアルミニウム合金板が
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、プレス成形性および塗
装焼付硬化性に優れ、自動車ボディパネルをはじめ、車
両、電気機器、建築用等の材料に適したアルミニウム合
金板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車のボディシートなどの
材料には主として冷延鋼板が用いられることが多かっ
た。しかしながら、最近では車体軽量化の要求からアル
ミニウム合金板を使用することが検討され、一部使用さ
れている。自動車のボディシートは、プレス成形性に優
れるばかりでなく、耐食性、焼付塗装後の強度などにも
優れることが要求される。これまで自動車ボディシート
用アルミニウム合金としてはＪＩＳＡ５０５２，ＪＩＳ
Ａ５１８２，特開昭６２−２７５４４号公報，特公昭６
２−４２９８５号公報などの合金で代表されるＡｌ−Ｍ
ｇ系合金、ＡＡ２０３６などで代表されるＡｌ−Ｃｕ系
合金、およびＡＡ６００９，ＡＡ６０１０などで代表さ
れるＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金が用いられている。これら
のうち、Ａｌ−Ｃｕ系合金やＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金は
時効硬化性を有しているため、１７０〜２００℃での塗
装焼付によって高強度が得られ、耐デント性に優れてい
るが、成形性に劣るため、自動車ボディパネル用として
の適用には限界があった。

【０００３】一方、Ａｌ−Ｍｇ系合金は、Ｍｇ含有量の
増加とともに延性が向上する（例えば、軽金属学会編：
アルミニウムの組織と性質Ｐ２５６等）ことから、成形
性に優れた材料として、わが国では自動車ボディパネル
に多く用いられている。しかしながら、既存のＡｌ−Ｍ
ｇ系合金では、１７０〜２００℃での塗装焼付時に軟化
が起こり、耐デント性に劣るという欠点があった。この
ように、自動車のボディパネル用アルミニウム合金板に
は、成形性に優れるとともに、１７０〜２００℃での塗
装焼付によって十分な強度の得られることが求められて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような要求に対し
て、例えば、特開平１−２８７２４４号公報には、時効
硬化性を有するＡｌ−Ｃｕ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金を芯材と
し、成形性の良好な純Ａｌを皮材としたアルミニウム合
金合わせ板が提案されており、プレス成形性と塗装焼付
硬化性が両立されている。しかしながら、合わせ板で
は、製造コストが高くなるばかりでなく、端面で異種金
属接触腐食を起こす恐れがある。本発明は、単板で、プ
レス成形性に優れるとともに１７０〜２００℃での塗装
焼付によって高強度が得られ、かつ耐食性にも優れる自
動車のボディパネル用アルミニウム合金板を提供するこ
とを目的としたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
Ａｌ−Ｍｇ系合金において、Ｍｇ含有量を７％以上にす
ると時効硬化性が発現することに注目し、本系合金の時
効硬化に及ぼす合金成分、溶体化処理温度および時効温
度の影響について種々検討した結果、Ｍｇ量の成分範
囲、微量添加元素の種類および製造条件を特定すること
によって上記目的を達成できることを見い出し、本発明
をなすに至ったものである。

【０００６】すなわち、本発明は、（１）重量％で、Ｍ
ｇ：７．０〜１５．０％を含有し、かつ、Ｃｕ：０．０
５〜１．２％ Ａｇ：０．０５〜０．８％ Ｍｎ：０．０５〜０．８％のうち１種あるいは２種以上
を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなることを特徴
とするプレス成形性および塗装焼付硬化性に優れたアル
ミニウム合金板。

【０００７】（２）上記（１）記載のアルミニウム合金
において、さらに、Ｚｎ：０．０５〜０．６％ Ｃｒ：０．０３〜０．５％ Ｆｅ：０．０５〜０．５％ Ｓｉ：０．０５〜０．５％ Ｚｒ：０．０３〜０．３％ Ｖ ：０．０３〜０．３％ Ｔｉ：０．００５〜０．３％のうちの１種以上を含有す
るプレス成形性および塗装焼付硬化性に優れたアルミニ
ウム合金板。

【０００８】（３）上記（１）あるいは（２）記載のア
ルミニウム合金を鋳造し、所定の厚さまで圧延した後、
４２０〜４８０℃の間の温度で３０秒以上、２時間以内
の溶体化処理を施し、その温度から１５０℃までの温度
範囲を２０℃／秒以上の速度で冷却することを特徴とす
るプレス成形性および塗装焼付硬化性に優れたアルミニ
ウム合金板の製造方法にある。

【０００９】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。まず、成分組
成の限定理由を述べる。Ｍｇは本発明でのプレス成形性
および塗装焼付硬化性に寄与する必須の基本成分である
が、含有量が７．０％未満では塗装焼付時に時効硬化性
を現出させて強度を向上させることができず、１５．０
％を越えると、溶体化処理によってもＡｌ中に固溶でき
なくなる。また、Ｍｇ量が増すほど均一伸び、ｎ値が向
上し、プレス成形性は向上する。したがって、Ｍｇの含
有量は７．０〜１５．０％とした。好ましくは、９．０
〜１２．０％が良い。しかしながら、Ｍｇのみでは時効
硬化速度が小さいため、１７０〜２００℃で３０分程度
の塗装焼付条件では十分な強度が得られない。そのた
め、時効硬化を促進、助長させる効果のある元素を同時
に添加させる必要がある。

【００１０】Ｃｕ，Ａｇ，Ｍｎは上記の時効硬化の促
進、助長効果を有しているため、１種あるいは２種以上
を添加するが、いずれも、０．０５％未満では上記の効
果は得られないため、０．０５％以上添加される。Ｃｕ
は１．２％を越えると成形性や耐食性が低下する。ま
た、Ａｇは高価である上に、０．８％を越えると上記の
効果は飽和する。さらに、Ｍｎは上記効果とともに結晶
粒微細化の効果も有しているが、０．８％を越えると成
形性を低下させる。したがって、Ｃｕ，Ａｇ，Ｍｎの含
有量は、それぞれ、０．０５〜１．２％，０．０５〜
０．８％，０．０５〜０．８％とした。好ましくは、そ
れぞれ、０．１〜０．５％，０．２〜０．５％，０．１
〜０．５％が良い。

【００１１】本発明のアルミニウム合金板は、上記の必
須成分以外に、必要に応じてＺｎ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｓｉ，
Ｚｒ，ＶあるいはＴｉのうち１種以上を含有する。Ｚｎ
は強度向上に有効な元素であるが、含有量が０．０５％
未満ではその効果は小さく、０．６％を越えると成形加
工性、耐食性および溶接性が低下する。したがって、Ｚ
ｎの含有量は０．０５〜０．６％とした。Ｃｒ，Ｚｒお
よびＶはいずれも結晶粒を微細化、安定化するとともに
強度を向上させる効果を有する元素であり、必要に応じ
て１種以上を添加する。この場合、いずれの元素も０．
０３％未満では上記の効果は得られず、一方、Ｃｒが
０．５％、ＺｒおよびＶが０．３％をそれぞれ越えると
上記の効果は飽和する上に、成形性を低下させる。よっ
て、Ｃｒの含有量は０．０３〜０．５％、ＺｒおよびＶ
の含有量はそれぞれ０．０３〜０．３％とする。

【００１２】ＦｅおよびＳｉは本来不可避的不純物であ
るが、上記のＣｒ，Ｚｒ，Ｖ等と同様の効果を有してお
り、必要に応じていずれか一方あるいは双方を添加す
る。この場合、０．０５％未満では上記の効果は得られ
ず、０．５％超では上記の効果は飽和する上に、Ａｌ−
Ｆｅ−Ｓｉ系の金属間化合物を生成し、成形性を低下さ
せる。よって、ＦｅおよびＳｉの含有量は０．０５〜
０．５％とする。Ｔｉは一般に鋳塊の結晶粒微細化のた
め、単独あるいは微量のＢと組み合わせて添加する。こ
の場合、Ｔｉの含有量が０．００５％未満では上記の効
果は得られず、０．３％を越えるとその効果は飽和す
る。したがって、Ｔｉの含有量は０．００５〜０．３％
とする。Ｂの添加量は０．０００５〜０．０３％が有利
である。

【００１３】次に、製造方法について説明する。溶体化
処理前までの製造工程、すなわち、所定の厚さの圧延板
とするまでの工程は、従来の一般的なアルミニウム合金
板の製造方法で良い。例えば、ＤＣ鋳造法で鋳塊を製造
した後、熱延圧延、冷間圧延によって所定の厚さとする
方法、連続鋳造法で薄スラブを製造した後、熱間圧延、
冷間圧延で所定の厚さにする方法等が利用できる。

【００１４】上記工程後の溶体化処理の温度について
は、４２０℃以下の温度では時効硬化に寄与するＭｇ原
子がＡｌ中に十分固溶せず、プレス成形性を低下させる
とともに、塗装焼付硬化性が低下して、十分な強度が得
られない。一方、４８０℃を越えると部分溶解が生じ
る。そのため、溶体化処理温度は４２０〜４８０℃の範
囲とした。溶体化処理時間が３０秒以下ではＭｇの固溶
がまだ十分に起こらず、２時間を越えると結晶粒が粗大
化し、プレス成形の際に肌荒れを起こすため、溶体化処
理時間は３０秒以上、２時間以内とした。溶体化処理
後、１５０℃までの温度範囲の冷却速度を２０℃／秒未
満にすると、冷却中にβ相が析出して、プレス成形性を
低下させるとともに、塗装焼付時に析出するＭｇの量が
減少して焼付硬化性が低下する。そのため、溶体化処理
温度から１５０℃までの冷却速度は２０℃／秒以上とし
た。

【００１５】

【実施例】次に、本発明を実施例で説明する。 実施例１ 表１に示す化学成分を有する各合金を常法により、溶
解、鋳造し、面削、均質化処理後、熱間圧延および冷間
圧延によって板厚１ｍｍの冷延板を作製した。得られた
アルミニウム合金板に４５０℃で３０分の溶体化処理を
施し、その温度から０℃の氷水中に焼入れた。得られた
各アルミニウム合金板について、ＪＩＳに規定された試
験方法に準拠して、引張試験、１８０°曲げ試験、エリ
クセン試験を行い、成形加工性を評価した。曲げでは、
最小半径０〜０．５ｔを良好と判定した。エリクセン値
は、９．５ｍｍ以上を良好とした。また、１７５℃で３
０分の塗装焼付処理を行い、焼付前後の耐力を測定して
塗装焼付硬化性の評価を行った。焼付硬化性は８０Ｎ／
ｍｍ² 以上あれば良好と判断される。さらに、７０ｍｍ
×１５０ｍｍの試験片をフッ化物添加りん酸塩処理浴で
りん酸塩皮膜を形成させ、カチオン電着塗装２０μｍ、
中塗り、上塗り塗装を施して総合塗膜厚８０μｍとした
後、アルミニウム素地に達するナイフカットを付け、塩
水噴霧（５％ＮａＣｌ，３５℃）１日、湿潤（８５％相
対湿度，４０℃）５日、室内放置１日から構成されるサ
イクル環境に８週間暴露した後のナイフカットからの糸
錆最大長さを測定して耐食性の評価を行った。

【００１６】耐食性（耐糸錆性）の評価は、◎優（最大
糸錆長さ０．５ｍｍ以下）、○良（最大糸錆長さ０．５
〜１．０ｍｍ）、△やや不良（最大糸錆長さ１．０〜
１．５ｍｍ）、×不良（最大糸錆長さ１．５ｍｍ以上）
で表した。それらの結果を表２に示す。表２から明らか
なように、本発明によるアルミニウム合金板は、比較材
のアルミニウム合金板に比較して、成形加工性および耐
食性に優れ、かつ、塗装焼付硬化性も大きく、８０ＭＰ
ａ以上の焼付硬化量を示すことがわかる。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】実施例２ 表１に示す合金のうち合金Ｎｏ．１５を常法により、溶
解、鋳造し、面削、均質化処理後、熱間圧延および冷間
圧延によって板厚１ｍｍの冷延板とした。このアルミニ
ウム合金板に３５０〜５００℃の各温度で、１０秒〜３
時間の溶体化処理を施し、その温度から０℃の氷水中に
焼入れた。得られた各アルミニウム合金板について、実
施例１の場合と同様にして、成形加工性、耐食性および
塗装焼付硬化性を評価した。表３にその結果を示す。表
３から明らかなように、溶体化温度が４２０℃未満およ
び溶体化時間が３０秒未満の比較材では成形性、塗装焼
付硬化性ともに４２０℃以上、３０秒以上の溶体化処理
材に比べて劣っていることがわかる。また、溶体化温度
が５００℃の比較材では部分溶解が起こって試験片が採
取できず、４５０℃×３時間の溶体化処理材では成形時
の肌荒れが激しかった。このように、本発明の範囲であ
る４２０〜４８０℃で３０秒〜２時間の溶体化処理にお
いて優れた成形性と塗装焼付硬化性が両立されることが
わかる。

【００２０】

【表３】

【００２１】実施例３ 表１に示す合金のうち合金Ｎｏ．１５を常法により、溶
解、鋳造し、面削、均質化処理後、熱間圧延および冷間
圧延によって板厚１ｍｍの冷延板とした。このアルミニ
ウム合金板に４５０℃で３０分の溶体化処理を施し、そ
の温度から１５０℃までの平均冷却速度を１℃／秒から
１００℃／秒の間で変化させて冷却した。得られた各ア
ルミニウム合金板について、実施例１の場合と同様にし
て、成形加工性、耐食性および塗装焼付硬化性を評価し
た。その結果を表４に示す。表４から明らかなように、
溶体化処理温度から１５０℃までの温度範囲を本発明の
条件である１０℃／秒以上の冷却速度で冷却した場合に
は、優れた成形性と塗装焼付硬化性が得られているが、
比較材である１０℃／秒以下で冷却した場合には、十分
な成形性と塗装焼付硬化性が得られないことがわかる。

【００２２】

【表４】

【００２３】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明によるアル
ミニウム合金板は耐食性に優れるとともに高成形性およ
び高塗装焼付硬化性をともに具備することから、自動車
のボディパネルをはじめ、電気機器、建築用等の成形加
工用アルミニウム合金板として広く使用できるものであ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｍｇ：７．０〜１５．０％を含有し、 かつ、Ｃｕ：０．０５〜１．２％ Ａｇ：０．０５〜０．８％ Ｍｎ：０．０５〜０．８％のうち１種あるいは２種以上
   を含有し、残部がＡｌおよび不純物からなることを特徴
   とするプレス成形性および塗装焼付硬化性に優れたアル
   ミニウム合金板。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアルミニウム合金におい
   て、さらに、 Ｚｎ：０．０５〜０．６％ Ｃｒ：０．０３〜０．５％ Ｆｅ：０．０５〜０．５％ Ｓｉ：０．０５〜０．５％ Ｚｒ：０．０３〜０．３％ Ｖ ：０．０３〜０．３％ Ｔｉ：０．００５〜０．３％のうちの１種以上を含有す
   るプレス成形性および塗装焼付硬化性に優れたアルミニ
   ウム合金板。
3. 【請求項３】 請求項１あるいは２記載のアルミニウム
   合金を鋳造し、所定の厚さまで圧延した後、４２０〜４
   ８０℃の間の温度で３０秒以上、２時間以内の溶体化処
   理を施し、その温度から１５０℃までの温度範囲を２０
   ℃／秒以上の速度で冷却することを特徴とするプレス成
   形性および塗装焼付硬化性に優れたアルミニウム合金板
   の製造方法。