(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｇ：３．０〜１０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金の芯材と、
前記芯材の片面又は両面にクラッドされており、厚さが１面につき全板厚の３〜３０％であり、Ｍｇ：０．４〜５．０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金の皮材と、
前記芯材と前記皮材との間に介在しており、５８０℃以下の固相線温度を有するアルミニウム合金のインサート材と、を備え、
前記インサート材の前記固相線温度以上の温度で加熱されて製造される、
ことを特徴とする成形加工用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項２】
前記芯材および前記皮材、あるいはそのどちらか一方が、Ｚｎ：０．０１〜２．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０３〜２．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０３〜０．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０３〜０．５ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．３０ｍａｓｓ％のうち１種又は２種以上を含有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の成形加工用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項３】
前記インサート材に含有されるＳｉ量をｘ  ｍａｓｓ％、Ｃｕ量をｙ  ｍａｓｓ％としたとき、以下の（１）〜（３）式を同時に満足する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形加工用アルミニウム合金クラッド材。
ｘ≧０  ・・・（１）
ｙ≧０  ・・・（２）
ｙ≧−１１．７ｘ＋２．８  ・・・（３）
【請求項４】
前記インサート材に含有されるＭｇ量が０．０５〜２．０ｍａｓｓ％であり、
該インサート材に含有されるＳｉ量をｘ  ｍａｓｓ％、Ｃｕ量をｙ  ｍａｓｓ％とした際に以下の（４）〜（６）式を同時に満足する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の成形加工用アルミニウム合金クラッド材。
ｘ≧０  ・・・（４）
ｙ≧０  ・・・（５）
ｙ≧−１０．０ｘ＋１．０  ・・・（６）
【請求項５】
前記インサート材の固相線温度は、前記芯材の固相線温度及び前記皮材の固相線温度よりも低い、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成形加工用アルミニウム合金クラッド材。
【請求項６】
前記芯材、前記インサート材及び前記皮材を高温熱処理にて接合する際のインサート材の厚さが１０μｍ以上である、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の成形加工用アルミニウム合金クラッド材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車ボディシート、ボディパネルのような各種自動車、船舶、航空機等の部材・部品、あるいは建築材料、構造材料、そのほか各種機械器具、家電製品やその部品等の素材として、成形加工を施して使用される成形加工用アルミニウム合金クラッド材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のボディシートとしては、主として冷延鋼板を使用することが多かったが、最近では車体軽量化等の観点からアルミニウム合金圧延板を使用することが多くなっている。ところで、自動車のボディシートはプレス加工を施して使用することから、高強度とともにプレス成形加工性が優れていることが要求される。現在このような自動車用ボディシート向けのアルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｍｇ系合金のほか、時効性を有するＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金もしくはＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金が主として使用されている。これらのうち高濃度のＭｇを含有するＡｌ−Ｍｇ系合金は高強度が得られ、かつ成形性、耐食性に優れているため、自動車ボディパネル用として広く使用されている。【０００３】
Ｍｇの添加量を増加することで強度と成形性が向上する一方で、Ｍｇは耐応力腐食割れ（ＳＣＣ）性、耐ストレッチャ・ストレイン（ＳＳ）マーク性に悪影響を及ぼす元素であるため、高濃度の添加によりＳＣＣ、ＳＳマークが発生し易くなる。これより、自動車用ボディシート材のようにプレス成形加工性、強度、耐食性、表面品質など要求される特性が多岐にわたる場合においては、単一合金からなる板では、全ての要求項目を達成することが困難となる場合がある。この様な問題を解決する手段としては、特許文献１に示されるようにそれぞれ異なる特性を有する板材をクラッドしたクラッド材の使用が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５３５５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アルミニウム合金クラッド材の工業的な生産法としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材を積層して熱間圧延を行うことによって界面を接合する（熱間圧延クラッド）技術が一般的であり、熱交換器などに使用されるブレージングシートの製造において現在広く用いられている。しかし、自動車用ボディシート向けＡｌ−Ｍｇ系合金において常法に従いクラッド圧延を行った場合、芯材と皮材の密着不良が起こりやすく、クラッド界面の剥離、クラッド率不良の発生、フクレと呼ばれる品質異常の発生、クラッド材の生産性の低下など、種々の問題の原因となるため量産的規模での実用化は困難である。【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高い量産性が得られるとともに、強度、成形性、耐ＳＣＣ性及び耐ＳＳマーク性に特に優れる成形加工用アルミニウム合金クラッド材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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の成形加工用アルミニウム合金クラッド材は、
Ｍｇ：３．０〜１０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金の芯材と、
前記芯材の片面又は両面にクラッドされており、厚さが１面につき全板厚の３〜３０％であり、Ｍｇ：０．４〜５．０ｍａｓｓ％を含有し、残部がＡｌおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金の皮材と、
前記芯材と前記皮材との間に介在しており、５８０℃以下の固相線温度を有するアルミニウム合金のインサート材と、を備え、
前記インサート材の前記固相線温度以上の温度で加熱されて製造される、
ことを特徴とする。
【０００８】
前記芯材および前記皮材、あるいはそのどちらか一方が、Ｚｎ：０．０１〜２．０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０３〜２．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０３〜１．０ｍａｓｓ％、Ｃｒ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｚｒ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｖ：０．０１〜０．４０ｍａｓｓ％、Ｆｅ：０．０３〜０．５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：０．０３〜０．５ｍａｓｓ％、Ｔｉ：０．００５〜０．３０ｍａｓｓ％のうち１種又は２種以上を含有する、
こととしてもよい。
【０００９】
前記インサート材に含有されるＳｉ量をｘ  ｍａｓｓ％、Ｃｕ量をｙ  ｍａｓｓ％としたとき、以下の（１）〜（３）式を同時に満足する、
こととしてもよい。
ｘ≧０  ・・・（１）
ｙ≧０  ・・・（２）
ｙ≧−１１．７ｘ＋２．８  ・・・（３）
【００１０】
前記インサート材に含有されるＭｇ量が０．０５〜２．０ｍａｓｓ％であり、
該インサート材に含有されるＳｉ量をｘ  ｍａｓｓ％、Ｃｕ量をｙ  ｍａｓｓ％とした際に以下の（４）〜（６）式を同時に満足する、
こととしてもよい。
ｘ≧０  ・・・（４）
ｙ≧０  ・・・（５）
ｙ≧−１０．０ｘ＋１．０  ・・・（６）
【００１１】
前記インサート材の固相線温度は、前記芯材の固相線温度及び前記皮材の固相線温度よりも低い、
こととしてもよい。【００１２】
前記芯材、前記インサート材及び前記皮材を高温熱処理にて接合する際のインサート材の厚さが１０μｍ以上である、
こととしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、Ａｌ−Ｍｇ系合金においてクラッド圧延での密着不良を効果的に防止できるため、高い量産性が得られるとともに、強度、成形性、耐ＳＣＣ性及び耐ＳＳマーク性に特に優れる成形加工用アルミニウム合金クラッド材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】インサート材の組成と温度との関係を示すＡｌ−Ｓｉ合金の状態図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、インサート材の液相の生成過程を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。
【００１６】
前述のような課題を解決するべく本発明者等が種々実験・検討を重ねた結果、圧延工程より前に、芯材と皮材とをインサート材を介して接合することによって、密着不良を防止可能であることを見出し、この発明をなすに至った。
【００１７】
この発明のアルミニウム合金クラッド材に用いられる芯材と皮材は、基本的にはＡｌ−Ｍｇ系合金であれば良く、その具体的な成分組成は要求される性能レベルに応じて適宜調整すれば良いが、強度、成形性、耐ＳＣＣ性、及び耐ＳＳマーク性を特に重視する場合においては、本実施形態のような成分組成の合金を素材とすることが好ましい。以下、素材合金の成分組成の限定理由について説明する。
【００１８】
《芯材の合金組成》
まず芯材の成分組成の限定理由について説明するが、芯材としては成形性が優れ、かつ高強度であることが要求される。そのためには高Ｍｇ濃度のＡｌ−Ｍｇ系合金を芯材として使用する。
【００１９】
Ｍｇ：
Ｍｇはこの発明で対象としている系の合金で基本となる合金元素であって、強度、伸び、深絞り性の向上に寄与する添加元素である。Ｍｇの添加量が３．０ｍａｓｓ％未満では、強度、伸び及び成形性が不充分となり、一方、１０ｍａｓｓ％を越えれば溶解時の酸化、圧延性の低下など製造性が著しく低下する。したがって、Ｍｇの含有量は３．０ｍａｓｓ％〜１０ｍａｓｓ％とする。なお、強度、及び成形性を特に重視する場合において、Ｍｇ含有量の下限は、より好ましくは５．５ｍａｓｓ％である。
【００２０】
また、目的に応じて以下の元素を１種または２種以上添加しても良い。
Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｔｉ：
【００２１】
Ｚｎ及びＣｕは、いずれも強度向上に有効な元素であり、いずれか一方あるいは双方が必要に応じて添加される。Ｚｎの含有量が０．０１ｍａｓｓ％以上、Ｃｕの含有量が０．０３ｍａｓｓ％以上であることによって、その効果を十分に得ることができ、２．０ｍａｓｓ％以下であることによって、耐食性の低下が抑制されつつ、成形性の低下も抑制される。よって、Ｚｎの含有量は、好ましくは０．０１ｍａｓｓ％〜２．０ｍａｓｓ％の範囲内であり、Ｃｕの含有量は、好ましくは０．０３ｍａｓｓ％〜２．０ｍａｓｓ％の範囲内である。
【００２２】
Ｍｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖは、強度向上と結晶粒の微細化及び組織の安定化に効果がある元素である。Ｍｎの含有量が０．０３ｍａｓｓ％以上、もしくはＣｒ、Ｚｒ、Ｖの含有量がそれぞれ０．０１ｍａｓｓ％以上であることによって、上記の効果を充分に得ることができる。また、Ｍｎの含有量が１．０ｍａｓｓ％以下、あるいはＣｒ、Ｚｒ、Ｖの含有量がそれぞれ０．４０ｍａｓｓ％以下であることによって、上記の効果が維持されつつ、多数の金属間化合物の生成による成形性への悪影響のおそれが抑制される。したがってＭｎは好ましくは０．０３ｍａｓｓ％〜１．０ｍａｓｓ％の範囲内とし、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｖはそれぞれ好ましくは０．０１ｍａｓｓ％〜０．４０ｍａｓｓ％の範囲内である。
【００２３】
Ｆｅ及びＳｉも上記のＭｎ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｖ等と同様に強度向上と結晶粒微細化に有効な元素である。それぞれ、含有量が０．０３ｍａｓｓ％以上であることによって充分な効果を得ることができ、また、０．５ｍａｓｓ％以下であることによって、多数の金属間化合物の生成が抑制され、プレス成形性が低下するおそれが抑制される。したがってＦｅ及びＳｉ量は、好ましくは、０．０３ｍａｓｓ％〜０．５ｍａｓｓ％の範囲内である。
【００２４】
Ｔｉは、鋳塊組織の微細化のために添加する元素である。その含有量が０．００５ｍａｓｓ％以上であることによって充分な効果を得ることができ、また、０．３０ｍａｓｓ％以下であることによって、Ｔｉ添加の効果が維持されつつ、粗大な晶出物が生じるおそれが抑制される。したがって、Ｔｉ量は、好ましくは、０．００５ｍａｓｓ％〜０．３ｍａｓｓ％の範囲内である。なお、Ｔｉと同時にＢを添加することもあり、ＢをＴｉとともに添加することによって、鋳塊組織の微細化と安定化の効果が一層顕著となるが、この発明の場合も、Ｔｉとともに５００ｐｐｍ以下のＢを添加することは許容される。
【００２５】
以上の各元素のほかは、基本的にはＡｌ及び不可避的不純物とすれば良い。
【００２６】
また、Ｍｇを含有する合金については、鋳造時の溶湯酸化防止のためＢｅを添加することも一般的であり、この発明の場合も５００ｐｐｍ以下のＢｅであれば添加して差し支えない。
【００２７】
《皮材の合金組成》
次に、皮材の成分組成の限定理由について以下に述べる。皮材は耐ＳＣＣ性及び耐ＳＳマーク性を向上させるものであり、かつ自動車のボディシート材として最低限の表面硬さを有していることが要求される。
【００２８】
Ｍｇ：
Ｍｇは、この発明で対象としている系の合金で基本となる合金元素であって、強度、伸び、深絞り性の向上に寄与する添加元素である。Ｍｇの添加量が５．０ｍａｓｓ％を超えると耐ＳＣＣ性、耐ＳＳマーク性が極度に低下し、一方０．４０ｍａｓｓ％未満では表面硬さが不十分となる。したがって、Ｍｇの含有量は０．４０ｍａｓｓ％〜５．０ｍａｓｓ％とする。なお、表面硬さを特に重視する場合においては、Ｍｇ含有量の下限を０．８０ｍａｓｓ％とするのがより好ましく、特に耐ＳＣＣ性及び耐ＳＳマーク性を重視する場合には、Ｍｇ含有量の上限を３．５ｍａｓｓ％とするのがより一層好ましい。また、耐ＳＳマーク性をさらに重視する場合においてはＭｇ含有量の上限を２．５ｍａｓｓ％以下とするのがより好ましい。
【００２９】
Ｍｇを除くその他の元素の成分組成範囲は、前述した芯材と同様である。
【００３０】
ここで、皮材のＭｇ含有量は上述した合金組成範囲内においても、基本的には組み合わせる芯材のＭｇ含有量より少なくすることがより好ましい。皮材のＭｇ含有量を芯材のＭｇ含有量よりも少なくすることによって、耐ＳＣＣ性、耐ＳＳマーク性の向上効果をより一層得られるからである。
【００３１】
次に、皮材の板厚を限定した理由について説明する。この皮材の全板厚に対する割合（クラッド率）は片面について３〜３０％とし、必要に応じて片面、あるいは両面にクラッドする。この範囲の下限未満のクラッド率では皮材が有する耐ＳＣＣ性及び耐ＳＳマーク性が十分に発揮されず、上限を超えると強度、成形性などに代表される芯材が発揮すべき性能が大きく劣化する。なお、特に耐ＳＳマーク性を重視する場合はクラッド率の下限を１０％とすることが、より好ましい。
【００３２】
次に、この発明のアルミニウム合金クラッド材に用いられるアルミニウム合金インサート材について説明する。
【００３３】
そもそも、Ａｌ−Ｍｇ系合金を、芯材と皮材に使用したクラッド材を圧延において作製する場合においては、合金表面に存在する酸化皮膜の影響、または芯材と皮材の圧延抵抗の違いにより、圧延中に芯材と皮材が剥離しやすく、量産的規模での実用化が妨げられている。本発明では、クラッド圧延での密着不良を解消することを目的として、アルミニウム合金インサート材を芯材と皮材との間に挿入している。高温加熱を施すことで、このインサート材の内部に生じるわずかな液相を利用する接合方法により、芯材とインサート材、皮材とインサート材をそれぞれ金属的に接合させ、圧延中の界面剥離を防止している。結果として、界面剥離を起こすことなく圧延が終了するため、接合界面に密着不良がなく、強固に結合したクラッド材を量産的規模で確実かつ安定して得ることができる。なお、このインサート材の挿入は、上述した様なクラッド圧延が困難な合金種の密着不良の解消の他に、クラッド技術が確立している合金種においても密着不良の防止に役立つため、生産性の向上あるいは従来手法では困難であったクラッド率の達成に効果がある。
【００３４】
ここで、アルミニウム合金インサート材に求められる役割は密着不良の改善であるが、Ａｌ−Ｍｇ系合金を芯材と皮材の素材として使用する場合において、圧延中の接合界面剥離を防止するためには、高温熱処理によりインサート材と芯材、皮材をそれぞれ接合させる際のインサート材の板厚を１０μｍ以上とすることが好ましい。この厚さを１０μｍ以上とすることによって、良好な接合が得られる液相量を確保することができ、圧延中の界面剥離を抑制することができる。また、インサート材の厚さを、より好ましくは５０μｍ以上、さらに好ましくは１００μｍ以上とすることで、より確実に接合界面剥離を防止することが可能となる。なお、ここで示した接合界面剥離を防止する目的において、好ましいインサート材の板厚は、芯材および皮材の板厚により変化するものではなく、またインサート材の板厚上限は特に制限されるものではない。一方では、インサート材の存在が、プレス成形加工性、強度、耐食性、表面品質など、その他の特性には影響を及ぼさないことが望ましい。この点に関して本発明者らが実験を重ねたところ、インサート材の全板厚に対する割合を片面について１．０％以下とするのが、より一層好適であることが見出された。この板厚範囲内においては、インサート材の材料特性が、芯材あるいは皮材の効果を阻害することはない。また、この目的においてはインサート材の割合の下限値は特に制限されるものではない。以上より、インサート材の板厚の上下限値は上述したそれぞれ別の目的により決定されており、下限値は高温加熱処理時の好ましい板厚、上限値は全板厚に対する好ましい割合を、それぞれ満たす様に設定するのが、より好適である。
【００３５】
以下では液相の生成と接合のメカニズムについてより詳細に説明する。
【００３６】
図１に代表的な２元系共晶合金であるＡｌ−Ｓｉ合金の状態図を模式的に示す。インサート材の組成がＳｉ濃度ｃ１である場合において、加熱すると共晶温度（固相線温度）Ｔｅを超えた付近の温度Ｔ１で液相の生成が始まる。共晶温度Ｔｅ以下では、図２（ａ）に示すように、結晶粒界で区分されるマトリクス中に晶析出物が分布している。ここで液相の生成が始まると、図２（ｂ）に示すように、析出物が多く、あるいは粒界偏析により固溶元素濃度が高い結晶粒界が溶融して液相となる。次いで、図２（ｃ）に示すように、アルミニウム合金のマトリクス中に分散する主添加元素成分であるＳｉの晶析出物粒子や金属間化合物の周辺が球状に溶融して液相となる。更に図２（ｄ）に示すように、マトリクス中に生成したこの球状の液相は、界面エネルギーにより時間の経過や温度上昇と共にマトリクスに再固溶し、固相内拡散によって結晶粒界や表面に移動する。
【００３７】
次いで、図１に示すように温度がＴ２に上昇すると、状態図より液相量は増加する。図１に示すように、インサート材のＳｉ濃度がｃ２の場合には、固相線温度Ｔｓ２を超えた付近でｃ１と同様に液相の生成が始まり、温度がＴ３に上昇すると、状態図より液相量は増加する。前述のように、接合においてインサート材の表面に生成した液相は、芯材あるいは皮材との隙間を埋め、次に、接合界面付近にある液相が芯材あるいは皮材へと移動していき、それに伴い接合界面に接しているインサート材の固相α相の結晶粒が芯材あるいは皮材の内部に向かって成長していくことで金属接合がなされる。このように、本発明に係る接合方法は、インサート材内部の部分的な溶融により生成される液相を利用するものである。
【００３８】
また、本発明の接合においてインサート材の板厚が前述した範囲内である場合には、示差熱分析（Differential Thermal Analysis（ＤＴＡ））による吸熱ピークから判断される固相線温度以上であれば良好な接合が得られる。ただし、より確実に接着不良を防止したい場合においては、好ましくは液相の質量比を５％以上、より好ましくは１０％以上とすれば良い。また、インサート材が完全に溶解しても本発明においては何ら支障はないが、その必要はない。
【００３９】
ここで、上記より当然ではあるが、インサート材を挿入しても、インサート材の固相線温度以上に加熱せずに金属接合を形成させない場合においては、密着不良のないクラッド材を得ることが困難となる。本発明者らが実験を重ねたところ、密着不良のない良好な接合を得るためには、インサート材を挿入し、かつインサート材の固相線温度以上に加熱することが必須であることが見出された。
【００４０】
芯材、あるいは皮材として使用されるＡｌ−Ｍｇ系合金は５８０℃を超えた温度では性能劣化を伴う共晶融解が起こるおそれがあるため、圧延に先がけて行われる高温加熱処理は、通常５８０℃以下で行われる。よって、アルミニウム合金インサート材の固相線温度は５８０℃以下である必要がある。わずかな液相が生成すれば良いので、高温加熱の保持時間は５ｍｉｎ以上、４８時間以内とすれば良い。さらに、省エネルギーの観点では高温加熱処理の温度は低いほど良いため、インサート材の固相線温度を好ましくは５６０℃以下とする。また芯材、あるいは皮材の組成によっては、固相線温度が５８０℃以下になる場合も考えられるので、クラッド材の性能劣化を回避するためには、高温加熱処理を芯材あるいは皮材の固相線温度以下で行うのが好ましい。一方で、接着不良を防止するためには前述したようにインサート材の固相線温度以上で高温加熱する必要があるので、インサート材の固相線温度は芯材と皮材それぞれの固相線温度よりも低いことが、より好ましい。
【００４１】
《インサート材の合金組成》
この発明のアルミニウム合金クラッド材に用いられるアルミニウム合金インサート材は、固相線温度が５８０℃以下であれば良く、その具体的な成分組成は特に制約されるものではないが、生産性などを考慮するとＡｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ系、あるいはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金の使用が好適である。
【００４２】
ここで、Ｃｕ、Ｓｉはともにアルミニウムに添加することで固相線温度を大きく下げる効果を持つ元素である。Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ系、あるいはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金をインサート材として用いた際に、密着不良が無い性能良好なクラッド材が得られる組成範囲を本発明者らが調査したところ、Ｓｉ量をｘ、Ｃｕ量をｙとした際に以下の（１）〜（３）式を同時に満足することが、より一層好ましいことが判明した。
【００４３】
ｘ≧０  ・・・（１）
ｙ≧０  ・・・（２）
ｙ≧−１１．７ｘ＋２．８  ・・・（３）
【００４４】
Ｃｕ、Ｓｉの上限については、本発明で必要とされるインサート材の機能を発揮する上では特に制約されるものではないが、鋳造性、圧延性などの生産性を考慮した場合、Ｃｕは１０ｍａｓｓ％以下、Ｓｉは１５ｍａｓｓ％以下とすることが、より好ましい。
【００４５】
また、固相線温度を大きく下げる効果がある元素としては、その他にもＭｇが挙げられる。本発明においては、必要に応じて前述したＡｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ系、あるいはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金にＭｇを添加しても良い。Ｍｇの含有量が０．０５ｍａｓｓ％以上であることによって、固相線温度を低下させる効果を十分に得ることができ、２．０ｍａｓｓ％以下であることによって、高温加熱中におけるインサート材の極表面への厚い酸化皮膜の形成による接合の阻害が抑制されるため、Ｍｇ量は好ましくは０．０５ｍａｓｓ％〜２．０ｍａｓｓ％の範囲内である。なお、前述したＡｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ系、あるいはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系合金がここで規定した下限値未満のＭｇ量を含んでも、インサート材の機能を損なうことはない。
【００４６】
本発明者らは、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、あるいはＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｍｇ系合金をインサート材として用いた際に、密着不良が無いクラッド材が得られる組成範囲を同様に調査したところ、Ｓｉ量をｘ、Ｃｕ量をｙとした際に以下の（４）〜（６）式を同時に満足することが、より一層好ましいことを見出した。
【００４７】
ｘ≧０  ・・・（４）
ｙ≧０  ・・・（５）
ｙ≧−１０．０ｘ＋１．０  ・・・（６）
【００４８】
ここで、上述したＣｕ、Ｓｉ、Ｍｇ以外の元素、例えばＦｅ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｎｉ、Ｓｃなどはインサート材の機能を阻害しない範囲で１種又は２種以上を含有する事は許容される。より具体的には、Ｆｅ、Ｍｎは３．０ｍａｓｓ％以下、Ｓｎ、Ｚｎは１０．０ｍａｓｓ％以下、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｂ、Ｎｉ、Ｓｃは１．０ｍａｓｓ％以下の範囲内で、鋳造性、圧延性の向上などの目的に応じて添加しても良い。また、同様に不可避的不純物の含有も許容される。
【００４９】
以下にこの発明の成形加工用アルミニウム合金クラッド材板の製造方法について説明する。
【００５０】
本発明におけるアルミ合金クラッド材を構成する、芯材、皮材、インサート材は、それぞれを常法に従い製造すれば良い。例えば、まず前述のような成分組成のアルミニウム合金を常法に従って溶製し、連続鋳造法、半連続鋳造法（ＤＣ鋳造法）等の通常の鋳造法を適宜選択して鋳造する。所定の板厚にするために減厚が必要な場合には、必要に応じて均質化処理を施した後、熱間圧延あるいは冷間圧延、またあるいはその両方を施せば良い。その他にも、機械切削、あるいは圧延と機械切削の組み合わせなどにより所定の板厚としても良い。
【００５１】
続いて、所定の板厚とした芯材、皮材、インサート材を、芯材と皮材の間にインサート材が入るように積層する。皮材とインサート材は必要に応じて片面、あるいは両面に積層すれば良い。なお、接合界面の酸化皮膜除去を目的として、必要に応じて接合部にフラックスを塗布しても良いが、本発明においてはフラックスを塗布しなくても圧延中での接合界面の剥離を十分に防止できる。また必要に応じ、積層後の芯材、皮材、インサート材を溶接により固定しても良い。溶接は常法に従って実施すれば良く、例えばＭＩＧ溶接機により電流１０〜４００Ａ、電圧１０〜４０Ｖ、溶接速度１０〜２００ｃｍ／ｍｉｎの条件にて溶接することが好ましい。またさらに、芯材、皮材、インサート材の固定を鉄バンド等の固定器具による固定しても何ら問題はない。積層後は、前述したようにインサート材の液相を利用した接合を行うための高温加熱を施すが、芯材および皮材を構成するＡｌ−Ｍｇ系合金において、通常行われている均質化処理と兼ねて行うのが効率的である。
【００５２】
高温加熱処理を行う場合の温度は少なくともインサート材の固相線温度以上とし、前述したようにインサート材の固相線温度に応じて５８０℃以下、好ましくは５６０℃以下で行うのが良い。また、保持時間は５ｍｉｎ以上、４８ｈ以内とすれば良い。保持時間が５ｍｉｎ以上であることによって良好な接合を得ることができ、保持時間が４８時間以下であることによって上記効果を維持しつつ、経済的に加熱処理を行うことができる。なお、高温加熱処理は大気炉の様な酸化性雰囲気中で十分に実施可能であるが、より確実に界面剥離を防止するためには酸素等の酸化性ガスを含まない非酸化性雰囲気中で実施することがより好ましい。非酸化性雰囲気には真空、不活性雰囲気および還元性雰囲気があり、不活性雰囲気とは、例えば窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン等の不活性ガスで満たされた雰囲気を指し、また、還元性雰囲気とは、水素、一酸化炭素、アンモニア等の還元性ガスが存在する雰囲気を指す。また、加熱処理にて十分な均質化処理効果をもたせるためには温度下限を４５０℃以上とすれば良い。均質化処理に続いては、通常の条件に従った熱間圧延、冷間圧延を施し所定の板厚のクラッド材とする、なお中間焼鈍は必要に応じて行っても良い。
【００５３】
Ａｌ−Ｍｇ系合金の場合は、再結晶熱処理としては回復・再結晶を主目的とした焼鈍を行なう。この場合の焼鈍の加熱温度は、好ましくは、３１０〜５８０℃の範囲内とする。焼鈍温度が３１０℃以上であることによって再結晶が充分となり、５８０℃以下であることによって局部的な融解の発生を抑制することができる。また、この焼鈍をバッチ炉で行う場合は、３１０〜４５０℃で０．５〜２４ｈ保持の条件が好ましい。一方、この焼鈍を連続焼鈍装置（ＣＡＬ）で行う場合には、４００〜５８０℃で保持なし又は５ｍｉｎ以下の保持の条件が好ましい。なお、インサート材の固相線温度と液相線温度の中間温度をＴＣとすると、Ｔｃ未満の温度域までの加熱とすることによって、インサート層の激しい溶解が起こらず、材料特性の劣化を抑制することができるため、上記範囲内においても、より好ましくは、材料到達温度はＴＣ未満とするのがよい。また、必要に応じて中間焼鈍を施す際の材料到達温度の上限も、５８０℃以下、かつＴＣ未満とすることが、より望ましい。
【００５４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。
【実施例】
【００５５】
以下にこの発明の実施例を比較例とともに記す。なお以下の実施例は、この発明の効果を説明するためのものであり、実施例記載のプロセス及び条件がこの発明の技術的範囲を制限するものではない。【００５６】
まず、表１に示す成分組成であり芯材あるいは皮材の素材として使用する合金符号Ｂ〜Ｏと比較例として使用する合金符号Ａ、Ｐ、Ｑ、そして表２、３に示す成分組成でありインサート材の素材として使用する合金符号３〜５、７〜２９、３２〜５７、またインサート材の比較例である合金符号１、２、６、３０〜３１を、それぞれ常法に従って溶製し、ＤＣ鋳造法によりスラブに鋳造した。なお、表１においては、本発明の範囲から外れる成分組成の合金について、表中に「比較例」と表示している。表２〜３においては、本発明の範囲から外れる固相線温度を有するインサート材について、表中に「比較例」と表示している。【００５７】
【表１】
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【００５８】
【表２】
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【００５９】
【表３】
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【００６０】
次に、クラッド率、高温熱処理時のインサート材の厚さ、インサート材の板厚の割合が表４〜８に示す割合になるように、芯材には機械切削、皮材には熱間圧延、インサート材には熱間圧延と冷間圧延を施した後、表４〜８に示す組み合わせに従って、芯材、皮材、そしてインサート材をインサート材が芯材と皮材の間になるよう積層した。なお、クラッド圧延を実施した製造符号Ｉ−１〜Ｉ−１０４、Ｉ−１０７〜Ｉ−１１９、ＩＩ−１〜ＩＩ−５１、ＩＩＩ−１〜ＩＩＩ−３０、およびＩＶ−１〜ＩＶ−３７の内、製造符号Ｉ−４、Ｉ−５、Ｉ−４８、Ｉ−７４、Ｉ−１０２、ＩＩ−４４〜ＩＩ−５１については皮材とインサート材とを芯材の両面側に積層し（両面クラッド）、それ以外については片面側のみに積層した（片面クラッド）。また、表４〜８中のクラッド率およびインサート材の板厚の割合は両面クラッド材、片面クラッド材ともに片面についての値を示している。【００６１】
【表４】
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【００６２】
【表５】
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【００６３】
【表６】
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【００６４】
【表７】
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【００６５】
【表８】
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【００６６】
続いてインサート材の液相を利用した接合を行うために表４〜８に示す温度で高温加熱処理を２時間行った。なお、製造符号Ｉ−６、Ｉ−７５については、非酸化性雰囲気である窒素雰囲気中、Ｉ−７、Ｉ−７６については同じく非酸化性雰囲気である真空中、それ以外については酸化性雰囲気である大気中で高温熱処理を実施した。高温加熱処理後、熱間圧延を施し厚さ３．０ｍｍの板としたが、非酸化性雰囲気中で高温熱処理を実施した製造符号Ｉ−６、Ｉ−７、Ｉ−７５、Ｉ−７６については１パスでの最大圧延率を５５％とし、それ以外については１パスでの最大圧延率は４０％とした。熱間圧延板に対して、空気炉を使用して３７０℃、２時間の条件で中間焼鈍を行った後、厚さ１．０ｍｍまで冷間圧延を行った。【００６７】
得られた冷間圧延板に、硝石炉にて５２０℃、２０秒の再結晶熱処理を施した後、室温付近までファンにて強制空冷し、アルミニウム合金クラッド材を作製した。なお、表５において製造符号Ｉ−１０５、Ｉ−１０６は単一合金の供試材であり、製造符号Ｉ−１０５〜Ｉ−１０８ではインサート材を使用しなかった。【００６８】
以上のようにして得られた各板材について、圧延方向と平行な方向にＪＩＳ５号試験片を切り出し、引張試験により０．２％耐力と成形性の指標の一つである伸びを評価した。この結果を表４〜６に示す。表５において、使用していない材料及び評価していない項目については表中で「−」と表示している。なお、０．２％耐力と伸びの欄に数値が記載されていない製造符号Ｉ−１０６〜Ｉ−１０８、Ｉ−１１２〜Ｉ−１１８は、圧延途中の割れあるいはクラッド界面の剥離、または中間焼鈍後にフクレが多数発生し、材料評価に至らなかった。なお、製造符号Ｉ−１１９については参考例として後述する。【００６９】
また、前述のようにして得られた各板材についてビッカース硬さ試験を行った。ビッカース硬さ試験はＪＩＳ  Ｚ２２４４に基づいて行ない、試験力は０．０１Ｋｇｆ、硬さ測定位置は皮材側表面の圧延面とした。この結果を表７に示す。【００７０】
さらに、以下の手順によりＳＣＣ試験を行なった。ＳＣＣ試験の前には予め増感処理として、３０％の冷間加工を施した後、１２０℃×１週間焼鈍する処理を行なった。増感処理後、ＪＩＳ  Ｈ８７１１に準拠して２Ａ号試験片（長さ１００ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、圧延方向に対して９０°方向から採取）を採取し、それぞれの試験片の一方の表面に３点曲げにより負荷応力を付加し、そのまま塩水噴霧槽内に載置してＳＣＣ試験を行った。なお、負荷応力は２５ｋｇｆ／ｍｍ２とし、また、片面クラッド材については皮材側表面が曲げの外側となるよう試験を行った。その結果を表８に示す。耐ＳＣＣ性は、自動車用ボディシート材として広く使用されているＡＡ５１８２合金相当である合金符号番号Ｊと比較（表８では（対Ｊ）と表示）することで評価した。比較材よりも短い時間で割れが発生した場合に×印を、同等あるいはより長時間まで割れが発生しない場合に○印を、特に長時間まで割れが発生しないあるいは割れが発生しない場合に◎印を付した。【００７１】
そしてまた、以下の手順により耐ＳＳマーク性の評価も行った。前述のようにして得られた各板材から圧延方向と平行な方向にＪＩＳ５号試験片を切り出し、室温にて２０％の引張変形（ストレッチ）を与えた後、ＳＳマークを視認しやすくするために皮材側表面をエメリー紙（＃１０００）で軽く磨いてから目視にて観察を行った。なお耐ＳＳマーク性は、自動車用ボディシート材として広く使用されているＡＡ５１８２合金相当である合金符号番号Ｊ、あるいは同じく自動車用ボディシート材として使用されるＡＡ５０５２合金相当である合金符号番号Ｇと比較（表８ではそれぞれ（対Ｊ）、（対Ｇ）と表示）することで評価した。なお、先にも述べたようにＭｇは耐ＳＣＣ及び耐ＳＳマーク性に悪影響を及ぼす元素であるためＪ合金に比べＭｇ含有量が少ないＧ合金との比較はより厳しい条件での評価となっている。比較材よりもＳＳマークの本数が特に多い場合に×印を、やや多い場合に△印を、同等あるいはやや少ない場合に○印を、特に少ないあるいはＳＳマークが視認されない場合に◎印を付した。【００７２】
またさらに、表４〜６には圧延性も記載した。なお、それぞれの記号の意味は以下の通りである。◎：圧延性良好、○：圧延性ほぼ良好、△：若干エッジ割れあり、×：わに口割れ、××：圧延中にクラッド界面剥離、あるいは中間焼鈍後にフクレ多数発生。【００７３】
また、表４〜８中にはインサート材の固相線温度に関する記述があるが、固相線温度は、示差熱分析（ＤＴＡ）より求めた。【００７４】
固相線温度を求める場合は、前述した各板材から切り出した試験片を５℃／ｍｉｎで４５０℃から７００℃まで昇温加熱した際に生じる吸熱ピークのうち、ピーク高さが（基準物質との温度差を示す熱電対の起電力：μＶで）５μＶ以上である大きな吸熱ピークの開始点を固相線温度とした。なお、対象となる吸熱ピークが複数ある場合においては、最も低温側にある吸熱ピークの開始点を固相線温度とすれば良い。また開始点は、対象となる吸熱ピークより低温側の直線部を高温側まで延長した直線を引いた際に、吸熱ピークにより曲線へと変わり始め、前記直線から外れる点とした。【００７５】
ここで、表４〜５は「芯材・皮材・インサート材の合金組成、高温加熱処理条件」が「強度、伸び、クラッド界面の接着性及び圧延性」に及ぼす影響を主に検討した結果であり、表６は「芯材・皮材・インサート材の板厚（あるいはそれらの割合）」が「強度、伸び、クラッド界面の接着性及び圧延性」に及ぼす影響を主に検討した結果である。同様に表７は「皮材の合金組成、芯材・皮材・インサート材の板厚（あるいはそれらの割合）」が「表面硬さ」に及ぼす影響を主に検討した結果であり、表８は「皮材の合金組成、芯材・皮材・インサート材の板厚（あるいはそれらの割合）」が「耐ＳＣＣ性、耐ＳＳマーク性」に及ぼす影響を主に検討した結果である。【００７６】
表４〜８の結果より明らかなように、本発明材（製造符号Ｉ−１〜Ｉ−１０４、ＩＩ−１〜ＩＩ−５０、ＩＩＩ−１〜ＩＩＩ−２７、ＩＶ−１〜ＩＶ−３４）は優れた特性を示しており、比較例のクラッド板材、あるいは単一合金からなる板材と比較して、強度、成形性の指標である伸び、表面硬さ、耐ＳＣＣ性及び耐ＳＳマーク性に優れていることがわかった。【００７７】
一方、芯材の組成が本発明で規定する下限からはずれた製造符号Ｉ−１０９〜Ｉ−１１１のクラッド板材、あるいは製造符号Ｉ−１０５の単一合金板材は、本発明例に比べ強度と伸びが劣化していることがわかった。また、芯材のＭｇ含有量が本発明で規定する上限からはずれた製造符号Ｉ−１０６は、圧延中に発生した割れのため、圧延を完了できなかった。【００７８】
さらに、常法に従い芯材と皮材のみを積層し熱間圧延クラッドを試みた製造符号Ｉ−１０７、Ｉ−１０８、インサート材の固相線温度未満で高温加熱を行った製造符号Ｉ−１１２、Ｉ−１１３、インサート材の固相線温度が本発明の規定をはずれた製造符号Ｉ−１１４〜Ｉ−１１８では密着不良が発生した。【００７９】
さらにまた、全板厚に対する皮材の割合が規定した範囲を上回る製造符号ＩＩ−５１では、同一の芯材と皮材の組み合わせからなる本発明材（例えばＩＩ−５０）に比べ、強度と伸びの低下がみられ、一方、全板厚に対する皮材の割合が規定した範囲を下回る製造符号ＩＶ−３７では、同一の芯材と皮材の組み合わせからなる本発明材（例えば製造符号ＩＶ−１０）に比べ耐ＳＣＣ性及び耐ＳＳマーク性の低下がみられた。【００８０】
そして、皮材の組成が本発明で規定した上限からはずれた製造符号ＩＶ−３５、ＩＶ−３６では、本発明材（例えば製造符号ＩＶ−１６、ＩＶ−３３）に比べ耐ＳＣＣ性及び耐ＳＳマーク性の劣化がみられた。【００８１】
そしてまた、皮材の組成が本発明で規定した下限からはずれた製造符号ＩＩＩ−２８〜３０では、本発明材に比べ表面硬さの低下がみられた。【００８２】
本発明材の製造符号Ｉ−６、Ｉ−７、Ｉ−７５、Ｉ−７６は、非酸化性雰囲気中での高温加熱処理の効果を検証するためのものであり、高温熱処理を酸化性雰囲気（大気中）で実施した他の製造符号の本発明材よりも、１パスの圧延率をより一層大きくすることが可能であった。【００８３】
なお、製造符号Ｉ−１１９では本発明に用いた、インサート材の液相を利用してインサート材と芯材、あるいはインサート材と皮材を接合する技術を検証するために、インサート材よりはるかに融点が高い純アルミニウムと組み合わせ、高温熱処理を施したものだが、本発明材と同様に高温加熱後に良好な接合が確認された。なお、製造符号Ｉ−１１９については、圧延性以外の項目については評価を実施しなかった。【００８４】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年１１月２日に出願された日本国特許出願第２０１１−２４１４４５号に基づく。本明細書中にその明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
【図１】
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【図２】
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