JPH0660366B2

JPH0660366B2 - 燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0660366B2
Application number: JP2138693A
Authority: JP
Inventors: 正次斎藤; 俊雄小松原; 守松尾; 陽允高田
Original assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Current assignee: Sky Aluminium Co Ltd
Priority date: 1990-05-29
Filing date: 1990-05-29
Publication date: 1994-08-10
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: JPH0432532A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は成形加工および塗装焼付けを施して使用され
る用途の成形加工用アルミニウム合金板、例えば自動車
のボディシートに使用されるアルミニウム合金板に関
し、特に塗装下地処理として燐酸亜鉛処理を施して用い
られるアルミニウム合金板に関するものである。

従来の技術従来、自動車のボディシートには主として冷延鋼板を使
用することが多かったが、最近では主として車体軽量化
の要求からアルミニウム合金圧延板を使用することが試
みられるようになっている。

自動車のボディシートは、プレス成形を施して使用され
ることから、成形加工性が優れていること、特に伸び、
張り出し性に優れておりかつ成形加工時におけるリュー
ダースマークの発生がないことが要求され、しかも高強
度を有することが必要であり、しかも一般に自動車のボ
ディシートは焼付け塗装を施すことから、焼付け塗装後
の強度が高いことが要求される。また塗装時の塗膜の密
着性が良好であること、さらに塗装後の耐食性が良好で
あることも必要である。

ところで高強度が必要とされる成形加工用の用途に使用
されるアルミニウム合金としては従来から種々のものが
あるが、その主要なものとしては、合金成分系によって
次のように大別される。

(イ) 非熱処理型Ａｌ−Ｍｇ合金である5052合金のＯ材
あるいは同じく5182合金のＯ材。

(ロ) 熱処理型Ａｌ−Ｃｕ合金である2036合金Ｔ４処理
材もしくはＴ６処理材。

(ハ) 熱処理型Ａｌ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃｕ合金Ｔ４処理
材。この系のアルミニウム合金としては、例えば特開昭
５２−１４１４０９号、特開昭５３−１０３９１４号、
あるいは特開昭５７−９８６４８号記載の合金などがあ
る。また「日経ニューマテリアル１９８６年４月７日
号」の６３〜７２頁、特に６４頁で紹介されているＡｌ
−４．５％Ｍｇ−0.38％Ｃｕ−1.46％Ｚｎ−0.18％Ｆｅ
−0.09％Ｓｉ合金もある。

(ニ) 熱処理型Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金である6009合金Ｔ
４処理材、6010合金Ｔ４処理材（例えば特開昭５９−３
９４９９号参照）。さらに特公昭６１−１５１４８号で
提案されているAC120合金Ｔ４処理材など。

発明が解決しようとする課題上記の(イ)〜(ニ)に示されるような従来の高強度成形加工
用アルミニウム合金は、いずれも自動者用のボディシー
トに要求される前述の特性を全て満足させることは困難
であった。さらに、自動車用ボディにアルミニウム合金
を用いる場合でも、一般にはアルミニウム合金板を鋼板
と併用してボディの組立て製造を行なうのが通常であ
り、その場合塗装焼付けの点から次のような問題があっ
た。

すなわち、鋼板とアルミニウム合金板とを併用して自動
車ボディの組立て製造を行なう場合、成形した鋼板から
なるボディパーツと成形したアルミニウム合金板からな
るボディパーツを組立てて抵抗溶接によりスポット溶接
し、ボディを作成した後、そのボディ全体に対して脱脂
処理を施してから燐酸亜鉛処理を施し、その後電着塗装
やスプレー塗装を行なうのが通常である。したがってこ
の場合、アルミニウム合金板からなるパーツにも、塗装
前に燐酸亜鉛処理が施されることになるが、前述のよう
な従来の高強度成形加工用アルミニウム合金はいずれも
燐酸亜鉛処理性が悪く、表面に燐酸亜鉛皮膜が充分に生
成されない問題がある。そしてこのように燐酸亜鉛皮膜
が充分に生成されないため、その上に形成する塗膜の密
着性が充分に得られず、塗装後の表面に糸錆が発生しや
すくなる問題がある。すなわち、従来の高強度成形加工
用アルミニウム合金を自動車用ボディシートに使用した
場合、燐酸亜鉛処理を考慮すれば、塗装後の塗膜の密着
性が充分に得られず、ひいては耐糸錆生に劣る問題があ
ったのである。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、良
好な成形加工性および高い強度を有すると同時に、燐酸
亜鉛処理性に優れ、塗膜の密着性が良好で耐糸錆性にも
優れた焼付塗装板が得られるようにした燐酸亜鉛処理用
アルミニウム合金板を提供することを目的とするもので
ある。

課題を解決するための手段請求項１に記載の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板
は、Ｍｇ０．１〜１．５％、Ｓｉ０．３〜２．５％、Ｚ
ｎ０．３％以上０．５％未満、Ｃｕ０．５％以下を含有
し、さらにＦｅ０．５％以下、Ｍｎ０．８％以下、Ｃｒ
０．３％以下、Ｚｒ０．２％以下、Ｖ０．２％以下のう
ちの１種または２種以上を含有し、残部がＡｌおよび不
可避的不純物からなることを特徴とするものである。

また請求項２に記載の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金
板は、Ｍｇ０．１〜１．５％、Ｓｉ０．３〜２．５％、
Ｚｎ０．３〜２．５％、Ｃｕ０．０５％未満を含有し、
さらにＦｅ０．５％以下、Ｍｎ０．８％以下、Ｃｒ０．
３％以下、Ｚｒ０．２％以下、Ｖ０．２％以下のうちの
１種または２種以上を含有し、残部がＡｌおよび不可避
的不純物からなることを特徴とするものである。

一方請求項３に記載の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金
板の製造方法は、Ｍｇ０．１〜１．５％、Ｓｉ０．３〜２．５％、Ｚｎ
０．３％以上０．５％未満、Ｃｕ０．５％以下を含有
し、さらにＦｅ０．５％以下、Ｍｎ０．８％以下、Ｃｒ
０．３％以下、Ｚｒ０．２％以下、Ｖ０．２％以下のう
ちの１種または２種以上を含有し、残部がＡｌおよび不
可避的不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を鋳造
し、得られた鋳塊を圧延した後、その圧延板を 450〜 5
90℃の範囲内の温度で溶体化処理して、 5℃／ sec以上
の冷却速度で焼入れすることを特徴とするものである。

さらに請求項４に記載の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合
金板の製造方法は、Ｍｇ０．１〜１．５％、Ｓｉ０．３
〜２．５％、Ｚｎ０．３〜２．５％、Ｃｕ0.05％未満を
含有し、さらにＦｅ０．５％以下、Ｍｎ０．８％以下、
Ｃｒ０．３％以下、Ｚｒ０．２％以下、Ｖ０．２％以下
のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＡｌおよ
び不可避的不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を鋳
造し、得られた鋳塊を圧延した後、その圧延板を 450〜
590℃の範囲内の温度で溶体化処理して、 5℃／ sec以
上の冷却速度で焼入れすることを特徴とするものであ
る。

作用先ずこの発明の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板の成
分限定理由について説明する。

Ｍｇ：ＭｇはＳｉと共存することによりＭｇ_２Ｓｉを生成し、
強度向上に寄与する。Ｍｇ量が０．１％未満では強度向
上の効果が不充分であり、一方Ｍｇ量が１．５％を越え
れば加工硬化が著しくなって成形加工性、特に伸びが低
下し、自動車用ボディシート等の用途に不適当となる。
したがってＭｇ量は０．１〜１．５％の範囲内とした。

Ｓｉ：Ｓｉは強度と成形性の向上に必要な元素であり、特にＭ
ｇと共存することにより強度向上に大きく寄与する。Ｓ
ｉ量が０．３％未満では強度向上の効果が不充分であ
り、一方Ｓｉ量が２．５％を越えれば金属Ｓｉの粗大粒
子が増加して成形性、特に曲げ性が劣化する。したがっ
てＳｉ量は０．３〜２．５％の範囲内とした。

なお特に強度を重視する場合は、Ｓｉ量は１．５％〜
２．５％の範囲内とすることが好ましい。

Ｚｎ，Ｃｕ：Ｚｎ，Ｃｕはいずれも燐酸亜鉛処理性を向上させて、板
表面に燐酸亜鉛皮膜が充分に生成されるようにするとと
もに、燐酸亜鉛処理による燐酸亜鉛粒子を均一微細化さ
せる。その結果、燐酸亜鉛皮膜の上に形成する塗膜の密
着性を向上させ、糸錆性等の塗装後の耐食性を良好にす
るに寄与する。Ｚｎ量が０．３％未満では上記の効果が
充分に得られないから、Ｚｎの下限は０．３％とした。
一方Ｚｎが増せば、燐酸亜鉛処理性を向上させる効果は
大きくなるが、過剰にＺｎが含有されれば合金板自体の
耐食性が低下する。特にＺｎ量が２．５％を越えれば、
合金板自体の耐食性が著しく低下するから、請求項２の
発明の場合、Ｚｎ量は０．３〜２．５％の範囲内に限定
した。また特に合金板自体の耐食性を重視する場合に
は、Ｚｎ量は０．５未満とすることが好ましく、そこで
請求項１の発明の場合、Ｚｎを０．３％以上０．５％未
満の範囲内とした。またＣｕも多量に含有されれば合金
板自体の耐食性を劣化させ、その結果逆に糸錆性を低下
させるから、過剰にＣｕを含有させることは避けなけれ
ばならない。請求項１の発明の場合、Ｃｕと同様に合金
板自体の耐食性に悪影響を及ぼすＺｎ量の上限を低目
（０．５％未満）に抑えているため、Ｃｕは０．５％ま
では許容され、したがって請求項１の発明のＣｕ量は
０．５％以下とした。一方請求項２の発明の場合、Ｚｎ
量の上限を比較的高目（２．５％）としていることか
ら、合金板自体の耐食性を確実に得るために、Ｃｕ量を
0.05％未満に限定した。

Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ：これらはいずれも結晶粒微細化に寄与して組織を安定化
させるとともに、強度もしくは成形性の向上に寄与する
から、これらのうちいずれか１種または２種以上を含有
させる。但し、Ｆｅが０．５％を越えれば成形性が低下
するから、Ｆｅは０．５％以下とする。またＭｎが０．
８％、Ｃｒ０．３％、Ｚｒ０．２％、Ｖ０．２％を越え
れば、巨大金属間化合物が生成されて成形性が低下する
から、Ｍｎは０．８％以下、Ｃｒは０．３％以下、Ｚｒ
は０．２％以下、Ｖは０．２％以下とした。

以上の各元素のほかは、基本的にはＡｌおよび不可避的
不純物とすれば良い。

なお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、もしくはＴｉおよびＢを微量添加する
ことがあり、この発明のアルミニウム合金板においても
Ｔｉ、もしくはＴｉおよびＢが含有されていてもよい。
その場合、Ｔｉが0.15％を越えれば初晶ＴｉＡｌ_３が晶
出して成形性を害するから、Ｔｉは0.15％以下とし、ま
た、ＴｉとともにＢを添加する場合、Ｂ量が 500ppmを
越えればＴｉＢ_２の粗大粒子が混入して成形性を害する
から、Ｂは 500ppm以下にすることが好ましい。

またこれらの合金には微量のＢｅが添加されてもよい。
特にＭｇを含有する合金を溶解する場合にはＢｅは溶湯
の酸化を抑制し、材料中への酸化物粒子などの不純物の
混入を防止する。しかしながら、 500ppmを越えてＢｅ
を添加させても上記の効果は飽和し、経済的に無意味と
なるから、Ｂｅを添加する場合のＢｅ量は 500ppm以下
とすることが好ましい。

次に上述のような成分組成を有する燐酸亜鉛処理用アル
ミニウム合金の製造方法、すなわち請求項２の発明の方
法について説明する。

前述のような成分組成の合金の特性を充分に発揮させる
ためには、基本的には、圧延後において 450〜 590℃の
範囲内の温度で溶体化処理し、それに引続く焼入れとし
て、 5℃／ sec以上の冷却速度で冷却することが必要で
ある。この溶体化処理によって、最終的に所定の強度お
よび成形性を達成するに必要な量の固溶Ｍｇ，Ｓｉを得
ることができる。このときの処理温度が 450℃未満では
溶体化が不充分であって、冷却後の強度および塗装焼付
け後の強度が充分に得られなくなり、一方処理温度が 5
90℃を越えれば共晶融解のおそれがあるから、溶体化処
理温度は 450〜 590℃の範囲内とする必要がある。また
溶体化処理後の冷却速度が 5℃／ secよりも遅ければ、
充分な強度が得られないばかりでなく、耐粒界腐食性等
の耐食性も劣化する。したがって溶体化処理後の冷却速
度は 5℃／ sec以上とする必要がある。

さらに前述のような成分組成のアルミニウム合金の特性
をより充分に発揮させるためには、次のような条件、方
法を適用することが望ましい。

すなわち、先ず前記成分組成の合金溶湯を常法にしたが
って溶製し、矩形断面を有する鋳塊に半連続鋳造（ＤＣ
鋳造）する。このときの鋳造速度は特に限定されない
が、一般には25mm／min 〜 250mm／ min程度の鋳造速度
で鋳造すれば良い。得られた鋳塊に対しては、熱間圧延
に先立ち、 450〜 590℃で 1〜48時間加熱する均質化処
理を行なう。この均質化処理は、鋳塊の不均一を解消
し、成形性を向上させることを目的としており、加熱温
度が 450℃未満または加熱時間が 1時間未満では均質化
の程度が不充分となり、一方加熱温度が 590℃を越えれ
ば共晶融解が生じるおそれがあり、また加熱時間が48時
間を越えれば経済性が低下する。この均質化処理の後に
は、常法に従って熱間圧延を行なえば良い。熱間圧延の
ための加熱は、上記の均質化処理と兼ねて行なっても、
また独立して行なっても良い。

なお上述の半連続鋳造法に代えて、薄板連続鋳造法（連
続鋳造圧延法）を適用しても良い。この場合は熱間圧延
を省略して、直ちに冷間圧延を行なうことができるが、
冷間圧延に先き立ち、均質化を促進して成形性を向上さ
せる目的で、 300〜 590℃× 1〜48時間の予備加熱を行
なうことが効果的である。

上述のようにして得られた熱延板もしくは連続鋳造薄板
に対しては、常法に従って冷間圧延を行ない、板圧０．
５〜 3mm程度の板とする。この冷間圧延の中途、あるい
は冷間圧延とその前の熱間圧延との間には、成形性の向
上のために中間焼鈍を行なっても良い。すなわち、熱間
圧延時に粗大な結晶粒が発生した場合、これをそのまま
冷間圧延すれば成形加工時にリジングもしくはフローラ
インと称する欠陥が発生し、成形品の外観を損ねるおそ
れがあるが、中間焼鈍を行なって再結晶させることによ
りその問題を解消することができる。この中間焼鈍をバ
ッチ式の焼鈍炉で行なう場合、中間焼鈍条件は 250〜 4
50℃×１〜48時間が適当である。中間焼鈍温度が 250℃
未満では再結晶が生じず、一方 450℃を越えれば結晶粒
の粗大化が起りやすくなる。また中間焼鈍時間が 1時間
未満いも再結晶が不充分となり、一方48時間を越える長
時間の焼鈍は経済性を悪化させるだけである。また中間
焼鈍は連続焼鈍炉により行なっても良く、この場合中間
焼鈍温度は 400〜 580℃が適当であり、またその中間焼
鈍温度における保持時間は零もしくは 5分以下で充分で
ある。

冷間圧延により所要の板厚とした後には、前述のような
450〜 590℃の範囲内での溶体化処理を行なう。この溶
体化処理は、量産性等を考慮すれば、連続焼鈍炉によっ
て行なうことが好ましい。この場合、上記温度での保持
時間は零でも良いが、通常は10秒以上が好ましい。連続
焼鈍炉を用いた溶体化処理では、溶体化処理に引続いて
直ちに 5℃／ sec以上の冷却速度での焼入れがなされる
ため、結晶粒が微細化されて成形性が向上する。

以上のように、所定の成分組成の合金を上記の方法で製
造することによって、強度および成形性が優れかつ燐酸
亜鉛処理性に優れたアルミニウム合金板を得ることがで
きる。

実施例［実施例１］第１表の試料番号１〜６に示すアルミニウム合金を常法
に従って溶製し、半連続鋳造法により鋳造した。鋳造サ
イズは 500×1200× 300mmであり、また鋳造速度は65mm
／ minとした。得られた鋳塊に対して 520℃／12時間の
均質化処理を行なった後、 500℃で熱間圧延を開始し、
板厚 5mmの熱延板とした。次いでその熱延板を厚さ 1mm
まで冷間圧延した。得られた冷延板に対し、 500℃で15
分間溶体化処理を施した後、直ちに水焼入れにより冷却
（冷却速度10²〜10³℃／ sec）した。

焼入れ後の板を２週間放置して、機械的特性および成形
性を調べた。その結果を第２表に示す。なお第２表にお
いて、エリクセン値は、JIS-B法によるエリクセン試験
の結果を示し、また球頭張り出し試験値は、 100mmφの
球頭ポンチを用い、塩ビフィルムを貼った状態での球頭
貼り出し試験の結果を示す。

また同様に２週間放置した板について、成形加工を想定
して 5％もしくは10％加工率の冷間圧延を行なった状態
での強度を調べ、さらにその冷間圧延を行なった板およ
び行なわなかった板について、焼付け塗装を想定して 1
75℃× 1hrの加熱を行なった後の強度を調べた。それら
の結果を第３表に示す。

さらに、上記と同様に２週間放置した板について、燐酸
亜鉛処理性を調べるとともに、燐酸亜鉛処理後に焼付塗
装を行なって糸錆性を調べた。その結果を第４表に示
す。なおここで燐酸亜鉛処理性および糸錆性は次のよう
にして調べた。

すなわち、先ず 2％ケイ酸ソーダ系の脱脂液中に45℃×
2分間浸漬して脱脂し、水洗の後、15％ＨＮＯ_３水溶液
に室温中で 1分間浸漬してデスマットし、水洗後、市販
のチタン含有表面調整液中に 1分間浸漬して、表面調整
を行ない、次いで市販のフッ素含有燐酸亜鉛系化成処理
液浸漬させることにより燐酸亜鉛処理を行なって、１ｇ
／ｍ²の燐酸亜鉛皮膜を生成させた後、水洗し乾燥させ
た。そして表面の燐酸亜鉛皮膜の生成状態（付着状態）
を走査型電子顕微鏡で観察した。

またこのようにして燐酸亜鉛皮膜を生成させた後、電着
塗装、中塗り、上塗りを施し、得られた塗装板の表面の
塗膜に×印の疵を人工的につけた後、JIS Z2371に準拠
した塩水噴霧試験を24時間実施し、しかる後40℃で80〜
85％の湿度に、 250時間ソークする湿潤試験を行ない、
発生した糸錆の長さを調べて糸錆性を評価した。

なお第２表〜第４表に結果を示す試験については、いず
れも参考のため市販の亜鉛めっき鋼板（試料番号７）に
ついても行なった。

第２表、第３表に示すように、実施例１によるこの発明
の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板は、機械的性質、
焼付け硬化性、成形性は比較合金と同等のレベルにある
が、燐酸亜鉛処理性、糸錆性は第４表に示すように亜鉛
メッキ鋼板に匹敵する優れた性能を有していることが明
らかである。

［実施例２］第５表の試料番号８〜１０に示す本発明成分組成範囲内
のアルミニウム合金について、実施例１と同様に鋳造、
圧延し、板厚 1mmの冷延板を得た。この冷延板に対し、
連続焼鈍炉を用い、約30℃／ secの昇温速度で 540℃に
加熱してその温度で10sec 保持した後、約30℃／ secの
冷却速度で強制冷却する溶体化処理−焼入れを施した。
焼入れ後の板について、実施例１と同様に各種の試験を
行なった。その結果を、実施例１についての第２表〜第
４表に対応して第６表〜第８表に示す。

第６表〜第８表に示すように、実施例２による本発明ア
ルミニウム合金板においても、良好な機械的性質、焼付
け硬化性、成形性を有すると同時に、優れた燐酸亜鉛処
理性、糸錆性を有していることが明らかである。

発明の効果この発明の燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金板は、強
度、特に焼付塗装後の強度と成形加工性が良好であるば
かりでなく、燐酸亜鉛処理性に優れており、そのため燐
酸亜鉛処理後に施される塗膜の密着性が優れるととも
に、塗装後の耐食性、特に糸錆性に優れており、したが
って燐酸亜鉛処理が施されて用いられる自動車用ボディ
シートに最適である。

またこの発明の製造方法によれば、上述のような優れた
性能を有する燐酸亜鉛処理用アウミニウム合金板を実際
に量産的規模で容易に製造することができる。

なおこの発明のアルミニウム合金板は、自動車用ボディ
シートに最適であるが、その他の燐酸亜鉛処理が施され
て用いる用途にも使用し得ることは勿論である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高田陽允東京都中央区日本橋室町４丁目３番18号スカイアルミニウム株式会社内 (56)参考文献特開平３−6348（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｍｇ０．１〜１．５％（重量％、以下同
じ）、Ｓｉ０．３〜２．５％、Ｚｎ０．３％以上０．
５％未満、Ｃｕ０．５％以下を含有し、さらにＦｅ０．
５％以下、Ｍｎ０．８％以下、Ｃｒ０．３％以下、Ｚｒ
０．２％以下、Ｖ０．２％以下のうちの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からな
ることを特徴とする燐酸亜鉛処理用アルミニウム合金
板。
【請求項２】Ｍｇ０．１〜１．５％、Ｓｉ０．３〜２．
５％、Ｚｎ０．３〜２．５％、Ｃｕ０．０５％未満を含
有し、さらにＦｅ０．５％以下、Ｍｎ０．８％以下、Ｃ
ｒ０．３％以下、Ｚｒ０．２％以下、Ｖ０．２％以下の
うちの１種または２種以上を含有し、残部がＡｌおよび
不可避的不純物からなることを特徴とする燐酸亜鉛処理
用アルミニウム合金板。
【請求項３】Ｍｇ０．１〜１．５％、Ｓｉ０．３〜２．
５％、Ｚｎ０．３％以上０．５％未満、Ｃｕ０．５％以
下を含有し、さらにＦｅ０．５％以下、Ｍｎ０．８％以
下、Ｃｒ０．３％以下、Ｚｒ０．２％以下、Ｖ０．２％
以下のうちの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からなるアルミニウム合金の溶湯
を鋳造し、得られた鋳塊を圧延した後、その圧延板を 4
50〜 590℃の範囲内の温度で溶体化処理して、５℃／ s
ec以上の冷却速度で焼入れすることを特徴とする燐酸亜
鉛処理用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項４】Ｍｇ０．１〜１．５％、Ｓｉ０．３〜２．
５％、Ｚｎ０．３〜２．５％、Ｃｕ0.05％未満を含有
し、さらにＦｅ０．５％以下、Ｍｎ０．８％以下、Ｃｒ
０．３％以下、Ｚｒ０．２％以下、Ｖ０．２％以下のう
ちの１種または２種以上を含有し、残部がＡｌおよび不
可避的不純物からなるアルミニウム合金の溶湯を鋳造
し、得られた鋳塊を圧延した後、その圧延板を 450〜 5
90℃の範囲内の温度で溶体化処理して、 5℃／ sec以上
の冷却速度で焼入れすることを特徴とする燐酸亜鉛処理
用アルミニウム合金板の製造方法。