【手続補正書】
【提出日】平成17年7月12日(2005.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法および該製造方法により得られる輸送機器部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】  Ｓｉ:０．５〜１．５％（質量％、以下同じ）、Ｍｇ:０．２〜１．０％、Ｚｎ:０．０５％以上０．３％未満を含有し、不純物としてのＦｅを０．５％以下、Ｃｕを０．０１％以下に制限し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金の鋳塊をＤＣ鋳塊により造塊し、常法に従って熱間圧延、冷間圧延および溶体化処理を行い、１２０℃以下の温度域に焼入れを行った後、焼入れ後６０分以内に４０〜１２０℃の温度で５０時間以下の時間熱処理を施すことを特徴とする化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項２】  前記熱処理を施した後、さらに１８０〜２６０℃の温度で６０秒以下の時間熱処理することを特徴とする請求項１記載の化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項３】  Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｇ：０．２〜１．０％、Ｚｎ：０．０５％以上０．３％未満を含有し、不純物としてのＦｅを０．５％以下、Ｃｕを０．０１％以下に制限し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金の鋳塊をＤＣ鋳造により造塊し、常法に従って熱間圧延、冷間圧延および溶体化処理を行い、焼入れ後、１８０〜２６０℃の温度で６０秒以下の時間熱処理を施すことを特徴とする化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項４】  前記アルミニウム合金が、さらに、Ｍｎ：０．３％以下（０％を含まず、以下同じ）、Ｃｒ：０．３％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｚｒ：０．１５％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項５】  前記アルミニウム合金が、さらに、Ｔｉ：０．１％以下、Ｂ：５０ｐｐｍ以下の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項６】  請求項１〜５のいずれかに記載の方法で製造したアルミニウム合金板を、Ｆ−濃度３５０〜８００ｐｐｍを含む処理液中でリン酸亜鉛処理することを特徴とする化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項７】  請求項１〜５のいずれかに記載の方法で得られたアルミニウム合金板からなる輸送機器部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板、とくに自動車用部材など輸送機器用部材として好適に使用できるアルミニウム合金板、および該製造方法により得られる輸送機器部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車など輸送機器軽量化の観点から、各種のアルミニウム合金材の使用が試みられており、とくに、自動車用外板については、成形性、形状凍結性、耐デント性、耐食性や、プレス成形において肌荒れ、リジングマークなどが生じない製品面質が要求され、このような特性を満足させるため、Ａｌ−Ｍｇ系（５０００系）合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（６０００系）合金を中心として多くの自動車外板用アルミニウム合金の開発が行われており、このうち６０００系合金は上記の特性をバランス良く満足させることができる合金材として注目されている。
【０００３】
しかしながら、６０００系アルミニウム合金には、リン酸亜鉛処理性が劣るという問題点がある。通常、自動車車体の組立てにおいては、鋼板とアルミニウム合金板とを併用し、成形加工した鋼板とアルミニウム合金板からなる車体パーツをスポット溶接した後、全体をリン酸亜鉛処理による塗装下地処理を施し、塗装が行われる。この場合、アルミニウム合金材も鋼板と同様にリン酸亜鉛処理が施されるが、リン酸亜鉛処理性がわるいと塗膜の密着性が不十分となり易く、耐食性とくに耐糸錆性が劣る。
【０００４】
リン酸亜鉛処理性を改善して塗膜の密着性を上げ、耐糸錆性を向上させた６０００系アルミニウム合金として、Ｍｇ:0.1〜1.5 ％、Ｓｉ:0.3〜2.5 ％、Ｚｎ:0.3％以上0.5 ％未満、Ｃｕ:0.5％以下を含有し、さらに、Ｆｅ:0.5％以下、Ｍｎ:0.8％以下、Ｃｒ:0.3％以下、Ｚｒ:0.2％以下、Ｖ:0.2％以下の１種または２種以上を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金が提案されている（特開平６−６０３６６号公報）が、このアルミニウム合金においても厳しい腐食環境下での耐糸錆性は必ずしも十分ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、輸送機器とくに自動車用アルミニウム合金における上記従来の問題点を解消した６０００系アルミニウム合金を得るために、自動車用アルミニウム合金として提案されている従来の６０００系アルミニウム合金の諸特性を再検討するとともに、自動車外板として要求される上記の特性と成分組成との関係についてさらに見直し、検討を行った結果としてなされたものであり、その目的は、リン酸亜鉛処理による化成処理性に優れ、耐食性とくに耐糸錆性が良好であり、塗装焼付け処理による強度向上および耐デント性の改善も可能であり、自動車用など輸送機器用として適した化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法ならびに輸送機器部材を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の請求項１による化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法は、Ｓｉ:０．５〜１．５％、Ｍｇ:０．２〜１．０％、Ｚｎ:０．０５％以上０．３％未満を含有し、不純物としてのＦｅを０．５％以下、Ｃｕを０．０１％以下に制限し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金の鋳塊をＤＣ鋳塊により造塊し、常法に従って熱間圧延、冷間圧延および溶体化処理を行い、１２０℃以下の温度域に焼入れを行った後、焼入れ後６０分以内に４０〜１２０℃の温度で５０時間以下の時間熱処理を施すことを特徴とする。
【０００７】
請求項２による化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法は、請求項１において、前記熱処理を施した後、さらに１８０〜２６０℃の温度で６０秒以下の時間熱処理することを特徴とする。
【０００８】
請求項３による化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法は、Ｓｉ：０．５〜１．５％、Ｍｇ：０．２〜１．０％、Ｚｎ：０．０５％以上０．３％未満を含有し、不純物としてのＦｅを０．５％以下、Ｃｕを０．０１％以下に制限し、残部Ａｌおよび不純物からなるアルミニウム合金の鋳塊をＤＣ鋳造により造塊し、常法に従って熱間圧延、冷間圧延および溶体化処理を行い、焼入れ後、１８０〜２６０℃の温度で６０秒以下の時間熱処理を施すことを特徴とする。
【０００９】
請求項４による化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記アルミニウム合金が、さらに、Ｍｎ：０．３％以下、Ｃｒ：０．３％以下、Ｖ：０．２％以下、Ｚｒ：０．１５％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする。
【００１０】
請求項５による化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記アルミニウム合金が、さらに、Ｔｉ：０．１％以下、Ｂ：５０ｐｐｍ以下の１種または２種を含有することを特徴とする。
【００１１】
請求項６による化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法は、請求項１〜５のいずれかに記載の方法で製造したアルミニウム合金板を、Ｆ−濃度３５０〜８００ｐｐｍを含む処理液中でリン酸亜鉛処理することを特徴とする。
【００１２】
請求項７による輸送機器部材は、請求項１〜５のいずれかに記載の方法で得られる化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金板からなることを特徴とする。
【００１１】
本発明における合金成分の意義およびその限定理由について説明する。
（１）必須成分
Ｓｉは、ＭｇとともにＭｇ2 Ｓｉを形成して、強度を高め、塗装焼付けによる強度向上効果（ＢＨ性）を与える。Ｓｉの好ましい含有範囲は0.5 〜1.5 ％であり、0.5 ％未満では塗装焼付け時のＢＨ性が十分に得られず、1.5 ％を越えて含有すると耐力が高くなって、プレス成形性、形状凍結性（プレス成形時にプレス型の形状が正確に出ること）が劣り、塗装後の耐食性も低下する。Ｓｉのさらに好ましい含有量は、0.8 〜1.3 ％の範囲である。
【００１２】
Ｍｇは、ＳｉとともにＭｇ2 Ｓｉを形成して、強度を高め、塗装焼付けによるＢＨ性を与えるために機能する。好ましい含有範囲は0.2 〜1.0 ％であり、0.2 ％未満では塗装焼付け時のＢＨ性が十分に得られず、1.0 ％を越えると溶体化処理後または最終熱処理後の耐力が高くなり成形性、形状凍結性が低下する。Ｍｇのさらに好ましい含有範囲は0.3 〜0.7 ％である。
【００１３】
Ｚｎは、リン酸亜鉛処理性を改善し、糸錆の防止に役立つ元素である。また、ＢＨ性の向上にも寄与する。Ｚｎの好ましい含有量は0.05％以上0.3 ％未満の範囲であり、0.05％未満ではその効果が小さく、0.3 ％以上含有すると材料の耐食性が低下し、耐糸錆性が劣化する。また、室温時効により耐力が上昇するため、塗装焼付け時の耐力上昇量が低下し、成形性、形状凍結性もわるくなる。Ｚｎのさらに好ましい含有範囲は0.1 〜0.25％である。
【００１４】
（選択成分）
Ｍｎ、Ｃｒは、結晶粒を微細化し、成形加工時の肌荒れを防止するために有効に機能する。Ｍｎ、Ｃｒの好ましい含有量は、ともに0.3 ％以下（０％を含まない）、さらに好ましくは0.02〜0.3 ％の範囲である。0.02％未満ではその効果が小さく、0.3 ％を越えて含有すると粗大な金属間化合物が生成し易くなり、成形性が低下する。
【００１５】
Ｖ、Ｚｒも、結晶粒を微細化し、成形加工時の肌荒れを防止するために有効に機能する。ＶおよびＺｒの好ましい含有量は、それぞれ0.2 ％以下および0.15％以下（ともに０％を含まない）、さらに好ましくは、それぞれ0.02〜0.2 ％および0.02〜0.15％の範囲である。0.02％未満ではその効果が小さく、それぞれ0.2 ％および0.15％を越えて含有すると粗大な金属間化合物が生成し易くなり、成形性が低下する。
【００１６】
Ｔｉは、鋳塊組織を微細化し、成形性を向上させる。Ｔｉの好ましい含有量は0.1 ％以下（０％を含まない）、さらに好ましくは0.005 〜0.1 ％の範囲であり、0.005 ％未満ではその効果が小さく、0.1 ％を越えると、粗大な金属間化合物が生じ成形性が低下し易くなる。
【００１７】
Ｂは、鋳塊組織を微細化し、成形性を向上させる。Ｂの好ましい含有量は50ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含まない）、さらに好ましくは1 〜50ｐｐｍの範囲であり、1 ｐｐｍ未満ではその効果が小さく、50ｐｐｍを越えると、粗大な金属間化合物が生じ成形性が低下し易くなる。
【００１８】
（不純物の制限）
Ｃｕは、耐食性を劣化させる元素であるから０．０１％以下に制限する。Ｆｅは、成形性を低下させる元素であるから０．５ ％以下、好ましは０．３％以下に制限する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の化成処理性に優れた成形加工用アルミニウム合金は、通常のＤＣ鋳造により造塊し、常法に従って均質化処理、熱間圧延、冷間圧延を行い、ついで、溶体化処理、焼入れを実施した後、熱処理を施すことにより製造される。
【００２０】
好ましい製造条件について説明すると、鋳塊の均質化処理は、５００℃以上の温度で行うのが好ましく、５００℃未満の温度で均質化処理した場合には、鋳塊偏析の除去や組織の均質化が十分でなく、また強度向上に寄与するＭｇ2 Ｓｉ成分の固溶が不十分となって成形性を低下させることがある。
【００２１】
冷間圧延は、３０％以上の加工度で行うことが望ましい。加工度が３０％未満では、続いて行われる溶体化処理後の結晶粒が粗大となり、肌荒れが生じ易くなる。熱間圧延組織の分解も不十分となり易く、成形性の点で好ましくない。
【００２２】
溶体化処理は、５００℃以上の温度で行うのが好ましい。５００℃未満の温度で溶体化処理を行った場合には、析出物の固溶が不十分となって十分な強度、成形性が得られない場合があり、所望の強度、成形性を得るために、長時間の処理が必要となり工業上好ましくない。保持時間は６０秒以下が望ましく、６０秒を越えると生産性の点で好ましくない。
【００２３】
溶体化処理後、焼入れを行う。焼入れ時の冷却速度はとくに規定しないが、好ましくは５℃／秒以上とする。焼入れ後の熱処理における第１の実施態様は、合金材を１２０℃以下の温度域に焼入れを行った後、焼入れ後、６０分以内に、４０〜１２０℃で５０時間以下の時間熱処理（第１段階の熱処理）を行うことにより塗装焼付け硬化性を向上させるものである。４０℃未満の温度では塗装焼付け硬化性（ＢＨ性）の向上効果が十分でなく、１２０℃を越える温度または５０時間を越える時間では、成形性やＢＨ性が低下することがある。
【００２４】
第２の実施態様は、上記の第１段階の熱処理後、さらに１８０〜２６０℃の温度域で６０秒以下の時間保持する第２段階の熱処理を行う。また、第３の実施態様においては、第１段階の熱処理を行うことなしに、焼入れ後、直接第２段階の熱処理を施す。
【００２５】
上記の工程により製造されたアルミニウム合金板については、自動車用鋼板に一般的に使用されているリン酸亜鉛処理液（処理液中のＦ- 濃度：３５０ｐｐｍ程度）を適用してリン酸亜鉛処理を行うことにより優れた化成処理性が得られるが、さらに優れた化成処理性と塗装工程での塗膜密着性を得るためには、Ｆ- 濃度が３５０〜８００ｐｐｍのリン酸亜鉛処理液を用いてリン酸亜鉛処理を行うのが好ましい。Ｆ- 濃度が８００ｐｐｍを越えると、リン酸亜鉛皮膜が不均一となり密着性が低下し易くなる。
【００２６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
実施例１
ＤＣ鋳造により、表１に示す組成を有するアルミニウム合金を造塊し、鋳塊の鋳肌部を表面切削した。ついで、５５０℃で８時間の均質化処理を行い、４２０℃の温度まで降温して熱間圧延を開始し、厚さ４．５ｍｍまで圧延した。熱間圧延の終了温度は２８０℃であった。つぎに、冷間圧延を行って、厚さ１ｍｍの板材とした後、５６０℃で２０秒の溶体化処理を行い、２０℃の水中に焼入れし、焼入れ後１０分以内に、１００℃の温度で４時間の熱処理を施した。
【００２７】
得られた板材を試験材として、引張試験およびエリクセン試験を行った。また、ＪＩＳ  Ｚ２３７１による塩水噴霧試験を３か月行い、試験前後の重量変化かから耐食性を評価した。つぎに、プレス加工のシュミレートとして２％の塑性変形を行った後、リン酸亜鉛処理（処理液：ｐＨ２．５〜３．５、Ｆ- 濃度５００ｐｐｍ）を施し、通常の自動車用部材の塗装工程に従って電着塗装、中塗り、上塗りによる塗装を行い、１７０℃で２０分焼付け処理した。
【００２８】
塗装後の試験材について、引張試験を行うとともに、試験材にアルミニウム合金の素地まで達するクロスカットを施し、ＪＩＳ  Ｚ２３７１による塩水噴霧試験を２４時間実施した後、５０℃で９５％の湿潤雰囲気において２０００時間放置し、クロスカット部より発生した最大糸錆長さを測定した。これらの試験結果を表２に示す、なお、リン酸亜鉛皮膜量は処理前後の重量変化から求めた。
【００２９】
表２にみられるように、本発明に従う試験材はいずれも、成形加工性に優れ、エリクセン試験において１０ｍｍを越える成形高さを示した。塗装焼付け処理後のＢＨ性も優れている。リン酸亜鉛処理においても十分な皮膜の生成が認められた。最大糸錆長さも２ｍｍ未満で優れた耐糸錆性を示し、素材の耐食性も優れている。
【００３０】
【表１】
2000034534.tif 000001
【００３１】
【表２】
2000034534.tif 000002
【００３２】
比較例１
ＤＣ鋳造により、表３に示す組成を有するアルミニウム合金を造塊し、鋳塊の鋳肌部を表面切削した。ついで、５５０℃で８時間の均質化処理を行い、以下、実施例１と同じ条件で熱間圧延、冷間圧延を行って厚さ１ｍｍの板材とした後、実施例１と同様、５６０℃で２０秒の溶体化処理を行い、２０℃の水中に焼入れし、焼入れ後１０分以内に、１００℃の温度で４時間の熱処理を施した。
【００３３】
得られた板材を試験材として、実施例１と同じ方法で、素材の特性、素材の耐食性、塗装後の特性を評価した。結果を表４に示す。なお、表３において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。表４に示すように、試験材Ｎｏ．８はＺｎ含有量が多いため、塗装後の耐糸錆性、素材の耐食性が劣る。試験材Ｎｏ．９はＺｎ量が多過ぎるため、耐糸錆性、素材の耐食性が劣るとともに成形性がわるい。
【００３４】
試験材Ｎｏ．１０はＺｎ量が少ないため、リン酸亜鉛処理性が劣っている。試験材Ｎｏ．１１はＳｉ含有量が多いため成形性が劣る。試験材Ｎｏ．１２はＣｕ量が多いため、塗装後の耐糸錆性および素材の耐食性が良くない。試験材Ｎｏ．１３はＭｇ含有量が少ないため、機械的性質が劣る。
【００３５】
【表３】
2000034534.tif 000003
【００３６】
【表４】
2000034534.tif 000004
【００３７】
実施例２、比較例２
実施例１の試験材Ｎｏ．１（板素材）のリン酸亜鉛処理において、リン酸亜鉛処理液中のＦ- 濃度を表５に示すように変えて処理した後、実施例１と同じ方法でリン酸亜鉛皮膜量を測定し、また、実施例１と同様にして、塗装、焼付け処理を行い、実施例１と同じ方法で耐糸錆性を評価した。結果を表５に示す。
【００３８】
【表５】
2000034534.tif 000005
【００３９】
表５に示すように、Ｆ- 濃度が３５０ｐｐｍおよび５００ｐｐｍのリン酸亜鉛処理液中で化成処理を行った試験材Ｎｏ．１４、１５は、Ｆ- 濃度が３００ｐｐｍのリン酸亜鉛処理液中で化成処理した試験材Ｎｏ．１７に比べて、塗装下地として十分なリン酸亜鉛皮膜が確実に生成して、塗装後優れた耐糸錆性を示した。試験材Ｎｏ．１６はＦ- 濃度が低いため、リン酸亜鉛皮膜量が少なく耐糸錆性もやや劣っている。試験材Ｎｏ．１８は、リン酸亜鉛処理液中のＦ- 濃度が高過ぎるため、リン酸亜鉛皮膜が不均一で剥離し易く、耐糸錆性がやや良くない。
【００４０】
実施例３
実施例１の試験材Ｎｏ．１およびＮｏ．５の鋳塊を、５４０℃で１２時間均質化処理して、４６０℃の温度で熱間圧延を開始し、熱間圧延終了温度を２５０℃として厚さ４．０ｍｍまで圧延した。ついで冷間圧延を行い、厚さ１ｍｍの板材とした後、５６０℃で２０秒の溶体化処理を行い、表６に示す条件で焼入れを行い、さらに熱処理を施した。
【００４１】
得られた板材を試験材として、引張試験を行い耐力を測定した。また、プレス加工のシュミレートとして２％の引張変形を行った後、実施例１と同じ方法で塗装処理を行い、１７０℃で２０分の条件で焼付け処理を行い、耐力を測定した。測定結果を表６に示す。表６にみられるように、本発明に従う試験材はいずれも、塗装後の耐力が高く、優れたＢＨ性を示した。
【００４２】
塗装前の板材（素材）について、処理液中のＦ- 濃度を４００ｐｐｍとして、リン酸亜鉛処理を行い、処理前後の重量変化からリン酸亜鉛皮膜量を測定した  ところ、試験材（鋳塊）Ｎｏ．１による試験材は０．６〜０．７ｇ／ｍ2 、試験材（鋳塊）Ｎｏ．５による試験材は０．８〜０．９ｇ／ｍ2 であり、いずれも良好な結果を示した。
【００４３】
また、ＪＩＳ  Ｚ２３７１に従って塩水噴霧試験を３か月行い、試験前後における重量変化から耐食性を評価したところ、重量減少が、試験材（鋳塊）Ｎｏ．１による試験材では１．８〜２．６ｇ／ｍ2 （評価◎に相当）、試験材（鋳塊）Ｎｏ．５による試験材では３．７〜４．２ｇ／ｍ2 （評価○に相当）であり、いずれも良好な結果を示した。
【００４４】
【表６】
2000034534.tif 000006
【００４５】
比較例３
実施例１の試験材Ｎｏ．１およびＮｏ．５の鋳塊を、実施例３と同じ条件により、均質化処理、熱間圧延、冷間圧延し、厚さ１ｍｍの板材とした後、５６０℃で２０秒の溶体化処理を行い、表６に示す条件で焼入れを行い、さらに熱処理を施した。
【００４６】
得られた板材を試験材として、実施例３と同じ方法により、塗装処理を行い、塗装後の耐力を測定し、素材の耐力と比較した。結果を表７に示す。なお、表７において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。表７に示すように、本発明の条件を外れた処理を行った試験材はいずれも塗装、焼付け後の耐力が低く、ＢＨ性が十分でない。
【００４７】
【表７】
2000034534.tif 000007
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、リン酸亜鉛処理による化成処理性に優れ、耐食性とくに耐糸錆性が良好であり、ＢＨ性に優れた成形加工用アルミニウム合金板の製造方法ならびに輸送機器部材が提供される。本発明によるアルミニウム合金板は、自動車用フード、フェンダー、トランクリッド、ルーフ、ドアなどの部材としてとくに好適に使用される。