JP2678675B2 - 深絞り性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は強度、成形性に優れたAl−Mg系の成形加工
用アルミニウム合金板の製造方法に関し、特に各種陸運
車両、電気機械用部品等の材料に適した、深絞り性の優
れた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。

従来の技術 成形加工用のアルミニウム合金板としては従来からAl
−Mg系のJIS 5182合金Ｏ材や5052合金Ｏ材などが広く使
用されている。一方最近では主として軽量化の要請か
ら、自動車等の陸運車両部品や電気機械部品等として鋼
板に代えてアルミニウム合金板を使用する傾向が強まっ
ている。しかしながら従来のAl−Mg系合金板において
は、強度は鋼板とほぼ同等のものが得られているが、同
じ強度で比較すれば成形加工性、特に深絞り性は鋼板よ
りも劣るのが実情である。

ところで一般に引張試験によって与えられる幅方向歪
（ε_ｗ）と厚み方向歪（ε_ｔ）との比ｒ＝ε_w/ε_ｔの値
はランクフォード値（ｒ値）と称されており、鋼板の分
野においては、圧延方向に対し０゜方向のｒ値（r₀）、
45゜方向のｒ値（r₄₅）、90゜方向のｒ値（r₉₀）の平行
値 ＝（r₀＋２×r₄₅＋r₉₀）/4 が成形加工性、特に深絞り性の指標となることが知られ
ている。そして成形加工用鋼板を製造するにあたって
は、この値を高めて優れた深絞り性を有する鋼板を得
る技術が既に確立している。

しかしながらアルミニウム合金板における値は鋼板
と比較してかなり低く、しかも従来の技術ではアルミニ
ウム合金の場合には材料強度を変えずに値のみを制御
することは困難であり、そのため一般にアルミニウム合
金板の成形加工性に値は相関がないものとされてい
た。

発明が解決しようとする課題 前述のようにアルミニウム合金板の成形加工性、特に
深絞り性は同じ強度で比較すれば鋼板よりも劣り、その
ため高強度を有すると同時に成形加工性、特に深絞り性
が優れた成形加工用アルミニウム合金板を製造する方法
の確立が強く望まれている。一方、鋼板において成形加
工性、特に深絞り性の指標となっている値は、前述の
ように従来のアルミニウム合金板では低い値しか有して
おらず、そのは深絞り性に相関しないとされており、
そのため特に値の高いアルミニウム合金板を製造する
試みもなされていなかったのが実情である。

しかるに本発明者等が各種アルミニウムの合金のうち
でも特にAl−Mg系の成形加工用アルミニウム合金板の製
造条件について種々実験・検討を重ねたところ、値の
高いAl−Mg系アルミニウム合金板を製造することが可能
となるとともに、その値の高いAl−Mg系アルミウム合
金板が実際に優れた成形加工性、特に優れた深絞り性を
有することを見出し、この発明をなすに至ったのであ
る。

したがってこの発明は、陸運車両や電気機械部品等の
用途に使用されるAl−Mg系の成形加工用アルミニウム合
金板として、高強度を有するのみならず、従来よりも
値が高く、成形加工性、特に深絞り性が優れたアルミニ
ウム合金板を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明者等がAl−Mg系アルミニウム合金板の製造過程
について実験・検討を重ねた結果、中間焼鈍後、最終焼
鈍までの冷間圧延率が材料の値に大きく影響し、その
中間焼鈍後の冷間圧延率を40％以下とすることによって
値を0.75以上とすることができることを見出した。そ
してこのように値を0.75以上とすることによって、実
際に優れた深絞り性が得られることを見出した。

具体的には、この発明の成形加工用アルミニウム合金
板の製造方法は、必須合金成分としてMgを1.5〜6.0％含
有するAl−Mg系合金を中間板厚まで圧延した後、中間焼
鈍を行ない、その後に圧延率15〜40％の範囲内で冷間圧
延を行ない、さらに最終焼鈍を施して、次式で規定され
る圧延方向に対して０゜,45゜,90゜各方向のランクフォ
ード値r₀,r₄₅,r₉₀の平均値 ＝（r₀＋２×r₄₅＋r₉₀）/4 が0.75以上の最終板を得ることを特徴とするものであ
る。

作用 先ずこの発明で用いるアルミニウム合金の成分組成に
ついて説明する。

この発明ではAl−Mg系合金、すなわち実用合金として
は所謂5000番系の合金を対象とする。Al−Mg系合金は、
Mgの固溶による固溶強化を材料強化の基本手段とする合
金であり、そのほか補助的にCu等の添加による析出強
化、Mn,Cr,Zr,V等の添加による結晶粒微細変が考慮され
たものも含む。

具体的には、必須成分としてMgを1.5〜６％含有し、
そのほか必要に応じてMn0.05〜1.0％、Cr0.03〜0.3％、
Zr0.03〜0.3％、V0.03〜0.3％のうち１種または２種以
上を含有し、さらに必要に応じてCu0.05〜2.0％を含有
するものとする。

これらの必須成分および必要に応じて添加される成分
の限定理由を次に説明する。

Mg: Mgはこの発明で対象とする系のアルミニウム合金にお
いて基本となる合金成分であって、強度および成形性に
寄与する元素である。Mgが1.5％未満では強度が不充分
となって自動車ボデイシート等として不適当となり、一
方Mgが6.0％を超えれば鋳造が困難となるから、1.5〜6.
0％の範囲内とした。

Mn,Cr,Zr,V: これらの元素はいずれも再結晶粒を微細化させて組織
を均一化するとともに強度を向上させるに有効な元素で
あり、この発明で対象とする合金でも必要に応じて添加
される。Mn0.05％未満、Cr0.03％未満、Zr0.03％未満、
V0.03％未満では上述の効果が得られず、一方Mnが1.0％
を超えれば成形性が低下し、またCr,Zr,Vがそれぞれ0.3
％を越えれば粗大な金属間化合物が生じてしまう。した
がってMnは0.05〜1.0％、Cr,Zr,Vはそれぞれ0.03〜0.3
％の範囲内で添加することが好ましい。なおこれらの元
素はいずれか１種を単独で添加しても、２種以上を複合
添加しても良い。

Cu: Cuは析出強化によって強度を向上させるに有効である
とともに、リューダースマークの発生を紡糸するに有効
な元素であり、したがってこの発明で対象とする合金に
おいても必要に応じて添加される。ここでCuが0.05％未
満では上記の効果が得られず、一方Cuが2.0％を越えれ
ば耐食性が低下してしまうから、Cuは0.05〜2.0％の範
囲内とすることが好ましい。

上記の各元素のほか、通常のアルミニウム合金には不
可避的不純物としてFe,Siが含有される。Fe,Siはこの発
明においても特に重要な元素ではないが、それぞれ0.5
％を越えて含有されれば、晶出物量が増大して成形性を
劣化させるから、いずれも0.5％以下とすることが好ま
しい。

さらに上記各元素のほか、鋳塊結晶粒微細化のために
Ti、もしくはTiおよびＢを添加しても良い。但し初晶Ti
Al₃粒子の晶出を防止するためには、Tiは0.15％以下と
することが好ましく、またTiB₂粒子の生成を防止するた
めにはＢは0.01％以下とすることが好ましい。

また一般にAl−Mg系合金においては鋳造時の溶湯酸化
防止や圧延性改善のために微量のBeを添加することがあ
るが、この発明で用いるAl−Mg系合金についてもBeを50
ppm程度以下添加しても支障ない。

次にこの発明の製造方法におけるプロセスについて説
明する。

成形加工用のAl−Mg系アルミニウム合金板の一般的な
製造方法としては、鋳塊に均質化処理を施した後、熱間
圧延を行ない、得られた熱延板に対して冷間圧延を施し
て最終板厚とし、さらにその最終板厚の冷延板に対し最
終焼鈍を施すのが通常であり、また熱間圧延後の冷間圧
延前、あるいは冷間圧延の中途において中間焼鈍を行な
うのが一般的である。この発明の方法でも全体的なプロ
セス自体は上記と同様であれば良いが、この発明の方法
では中間焼鈍後の中間板厚の板に対して最終板厚まで冷
間圧延するに際し、冷間圧延率を15〜40％の範囲内とし
て、最終焼鈍後の値が0.75以上の板を得るのが特徴で
ある。

以下さらに各プロセスの条件について説明する。

先ずアルミニウム合金鋳塊の製造方法としては、常法
にしたがって半連続鋳造法（DC鋳造法）を適用すれば良
い。

鋳塊に対する均質化処理は、成形性向上および再結晶
粒の安定化のために必要な工程であり、450〜570℃の範
囲内の温度で0.5時間以上24時間以下加熱することが望
ましい。均質化処理温度が450℃未満では上記の効果が
不充分であり、一方570℃を越えれば共晶融解が生じる
おそれがある。また均質化処理時間が0.5時間未満では
上記の効果が不充分であり、一方24時間を越えても経済
性が低下するだけである。

均質化処理後には、情報にしたがって熱間圧延を行な
い、その後直ちに中間焼鈍を施すか、または冷間圧延を
行なってから中間焼鈍を施す。この中間焼鈍は成形性を
向上させるために必要な工程であり、この発明の方法で
は特に値の向上に有効である。中間焼鈍条件として
は、バッチ炉を用いる場合には、250〜450℃の範囲内の
温度で0.5〜24時間とすることが適当である。バッチ炉
による中間焼鈍温度が250℃未満では中間焼鈍の効果が
充分に得られず、一方450℃を越えれば再結晶粒が粗大
化し、成形性が低下するおそれがある。またバッチ炉に
よる中間焼鈍時間が0.5時間未満では中間焼鈍の効果が
充分に得られず、一方24時間を越えれば成形性を損なう
だけである。また中間焼鈍を連続焼鈍によって行なう場
合の条件は、350〜580℃の範囲内の温度で保持なしまた
は５分以下の保持とすることが適当である。この場合中
間焼鈍温度が350℃未満では充分な中間焼鈍の効果が得
られず、一方580℃を越えれば再結晶粒が粗大化し、成
形性の低下を招くおそれがあり、また５分を越える保持
でも再結晶粒が粗大化し、成形性の低下を招くおそれが
ある。

中間焼鈍後の最終冷間圧延における圧延率はこの発明
の方法において極めて重要である。本発明者等の研究の
結果、中間焼鈍後、最終焼鈍までの冷間圧延率が材料の
値に大きな影響を与え、かつその値が成形性、特に
深絞り性に大きな影響を与えることが見出された。すな
わちアルミニウム合金においては、再結晶集合組織は
（100）集合組織（キューブ方位）が発達しやすいこと
が知られているが、この（100）集合組織は、成形性、
特に深絞り性を著しく阻害するため、成形加工の用途で
は嫌われている。しかるに中間焼鈍後、40％以下の圧延
率で冷間圧延を行ない、その後最終焼鈍を施すことによ
って、成形性を阻害する（100）集合組織の形成を純ア
ルミニウム粉末と比較した逆極点積分強度比で３以下に
抑えて、値を0.75以上とすることができ、これによっ
て成形性、特に深絞り性を飛躍的に向上させ得ることを
見出したのである。

ここで、中間焼鈍後の冷間圧延率が40％を越えれば、
値が低くなり、成形加工性、特に深絞り性が低下す
る。一方中間焼鈍後の冷間圧延率が15％未満では、最終
焼鈍時に再結晶しないか、または再結晶しても再結晶粒
が不安定となって再結晶粒が粗大化し、成形性が低下
し、値も低くなる。したがって中間焼鈍後、最終焼鈍
前の冷間圧延率は15〜40％の範囲内とする必要がある。

最終焼鈍も、結晶粒を微細かつ安定化させて成形性を
向上させるための再結晶処理として重要である。最終焼
鈍をバッチ炉によって行なう場合、その条件は250〜450
℃の範囲内の温度で0.5〜24時間とすることが望まし
い。この場合、焼鈍温度が250℃未満では再結晶しない
ため成形性が低下し、一方450℃を越えれば再結晶粒が
粗大化し、肌荒れが発生して外観不良が生じるととも
に、成形性も低下する。さらにこの場合焼鈍時間が0.5
時間未満では最終焼鈍の効果が充分に得られず、一方24
時間を越えれば経済性を損なう。また最終焼鈍を連続焼
鈍によって行なう場合、最終焼鈍条件は350〜580℃の範
囲内の温度で保持なしまたは５分以下の保持とすること
が望ましい。この場合、焼鈍温度が350℃未満では再結
晶しないため成形性が低下し、一方580℃を越えれば再
結晶粒が粗大化して肌荒れが発生し、外観不良を招くと
ともに、成形性の低下を招く。さらに保持時間が５分を
越えた場合も再結晶粒が粗大化して肌荒れが発生し、外
観不良を招くとともに成形性の低下を招く。なお最終焼
鈍における再結晶粒粗大化防止の目安としては、再結晶
粒径を150μｍ未満に抑えることが適当である。

以上のようにして得られた最終焼鈍後のアルミニウム
合金板は、値が0.75以上となり、成形性、特に深絞り
性が著しく優れたものとなる。

実 施 例 第１表に示す成分組成のアルミニウム合金を常法にし
たがって溶製し、通常のDC鋳造法により鋳造して400mm
×1000mm×3000mmの鋳塊とした。その鋳塊に対し500℃
×10時間の均質化処理を施した後、板厚4mmとなるまで
熱間圧延し、次いで１次冷間圧延を施して第２表中に示
すような中間板厚まで圧延した後、同じく第２表中に示
す条件で中間焼鈍を施し、さらに1mm厚まで最終冷間圧
延を施した後、第２表中に示す条件で最終焼鈍を施し
た。なお第２表中の中間焼鈍および最終焼鈍におけるソ
ルトバスによる焼鈍は、連続焼鈍に相当する焼鈍として
行なったものである。

以上のようにして得られた最終焼鈍後の板について、
各種機械的性質および各種成形性と、逆極点積分強度比
を調べた結果を第３表に示す。なおここで逆極点積分強
度比は、Ｘ線回折によって純アルミニウム粉末からなる
標準試料の（200）積分強度に対する試料の（200）積分
強度の比を調べた値を示す。また各機械的性質はいずれ
も圧延方向と平行な方向（Ｌ方向）の引張試験による値
を示す。

第３表に示すように、この発明の方法により得られた
アルミニウム合金板は、いずれも値が0.75以上となっ
ていて、成形性、特に深絞り性が従来法によるものと比
較して著しく優れており、また強度は従来法による場合
とほとんど遜色ないことが明らかである。

発明の効果 以上の実施例からも明らかなように、この発明の方法
によれば、Al−Mg系アルミニウム合金からなる成形加工
用アルミニウム合金板を製造するにあたって、高強度を
損なうことなく値を制御して、成形性、特に深絞り性
が従来よりも飛躍的に優れたアルミニウム合金板を得る
ことができ、したがって自動車車体などの陸運車両や電
気機械用部品などの成形加工の用途に供されるアルミニ
ウム合金板の製造に適用して極めて有益である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】必須合金成分としてMgを1.5〜6.0％含有す
   るAl−Mg系合金を中間板厚まで圧延した後、中間焼鈍を
   行ない、その後に圧延率15〜40％の範囲内で冷間圧延を
   行ない、さらに最終焼鈍を施して、次式で規定される圧
   延方向に対して０゜,45゜,90゜各方向のランクフォード
   値r₀,r₄₅,r₉₀の平均値 ＝（r₀＋２×r₄₅＋r₉₀）/4 が0.75以上の最終板を得ることを特徴とする深絞り性に
   優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法。