(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｓｉ：０．９〜１．３％、Ｍｇ：０．４〜０．６％、Ｍｎ：０．０５〜０．１５％、Ｔｉ０．０１〜０．１％を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなり、不純物としてのＦｅを０．２％以下、Ｃｕを０．１％以下に限定したアルミニウム合金の鋳塊を、５００℃以上の温度で６ｈ以上の時間均質化処理した後、４５０℃以下の温度に冷却して熱間圧延を開始し、該熱間圧延を２００〜３５０℃の温度範囲で終了して加工度７０％以上の冷間圧延を行い、該冷間圧延に引き続き５３０℃以上の温度に６０ｓ以内保持する溶体化処理および焼入れを施した後、室温に２４ｈ以上保持し、ついで２００〜２５０℃の温度範囲で６０ｓ以下の時間熱処理することにより、プレス加工後に１８０℃で１ｈの塗装焼付け処理を行った場合２００ＭＰａ以上の耐力を有し、耐糸錆性が優れていることを特徴とする自動車外板用アルミニウム合金板の製造方法。
【請求項２】
重量％で、Ｓｉ：０．９〜１．３％、Ｍｇ：０．４〜０．６％、Ｍｎ：０．０５〜０．１５％、Ｔｉ０．０１〜０．１％を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなり、不純物としてのＦｅを０．２％以下、Ｃｕを０．１％以下に限定したアルミニウム合金の鋳塊を、５００℃以上の温度で６ｈ以上の時間均質化処理した後、４５０℃以下の温度に冷却して熱間圧延を開始し、該熱間圧延を２００〜３５０℃の温度範囲で終了し、３５０〜４２０℃の温度範囲での中間焼鈍後、加工度７０％以上の冷間圧延を行い、該冷間圧延に引き続き５３０℃以上の温度に６０ｓ以内保持する溶体化処理および焼入れを施した後、室温に２４ｈ以上保持し、ついで２００〜２５０℃の温度範囲で６０ｓ以下の時間熱処理することにより、プレス加工後に１８０℃で１ｈの塗装焼付け処理を行った場合２００ＭＰａ以上の耐力を有し、耐糸錆性が優れていることを特徴とする自動車外板用アルミニウム合金板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車外板用アルミニウム合金板の製造方法、とくに、成形加工性に優れるとともに、塗装焼付け処理工程での硬化性が大きく、耐食性、製品面質も良好な自動車外板用アルミニウム合金板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の観点から自動車の軽量化が積極的に進められている。鉄鋼材料からアルミニウム材料に転換して軽量化を図る動きも活発で、自動車外板についても各種アルミニウム合金の開発が行われている。自動車外板用アルミニウム合金としては、我が国では５０００系のＡｌ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｃｕ合金（特開昭５３−１０３９１４  号公報、特開昭５８−１７１５４７  号公報）  、Ａｌ−Ｍｇ−Ｃｕ合金（特開平１−２１９１３９号公報）  の開発が進んでおり、一部実用化されているものもある。
【０００３】
一方、欧米では６００９合金、６１１１合金、６０１６合金など６０００系のＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金が提案されている。６０００系アルミニウム合金は、成形性は５０００系アルミニウム合金より幾分劣るものの自動車用外板用として十分な成形特性を備えるとともに、塗装焼付工程での加熱処理により高強度が得られるため、５０００系アルミニウム合金よりさらに薄肉化、軽量化が期待できるが、成形加工後の製品面質が５０００系合金に比べて劣るという難点がある。
【０００４】
成形加工に伴って生じる代表的な欠陥として、ストレッチャーストレインマーク（以下ＳＳマークという）、オレンジピール（以下、肌荒れという）、リジングマークがある。ＳＳマークは、塑性加工時の降伏点伸びが大きい材料に生じ易く、とくに５０００系合金で問題となることが多い。肌荒れは材料の結晶粒径が粗大な場合に生じ易いことはよく知られている。リジングマークは、結晶粒径が肌荒れを起こさない程度に細かい場合であっても、その結晶学的方位の近い結晶粒が群れをなしているとその群れの境界で変形挙動が大きく異なることに起因して生じる表面の凹凸である。
【０００５】
ＳＳマークや肌荒れに対しては、それぞれレベラー矯正や結晶粒の微細化などの防止策が講じられているが、リジングマークは、自動車外板のように成形加工後より厳しい面質が要求される場合にのみ問題とされるため、その防止策についてはこれまで十分な検討がなされていなかった。６０００系アルミニウム合金板を自動車外板として成形加工する場合においてもリジングマークの発生がしばしば観察され問題となっている。また、６０００系アルミニウム合金材では、塗装焼付け後、腐食とくに糸状腐食（糸錆）を生じることがあり、その対策も必要である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、自動車外板用として５０００系合金よりさらに薄肉化、軽量化が期待できる６０００系アルミニウム合金に注目し、６０００系合金における上記の問題点を解消するために、化学成分および製造条件とプレス成形性、塗装焼付け硬化性、耐食性とくに耐糸錆性、および成形加工後の製品面質との関係について詳細に検討を重ねた結果としてなされたものであり、その目的は、成形加工性が優れるとともに、塗装焼付け後の硬化能が大きく、耐糸錆性、成形後の製品面質が優れた自動車外板用アルミニウム合金板の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【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による自動車外板用アルミニウム合金板の製造方法は、重量％で、Ｓｉ：０．９〜１．３％、Ｍｇ：０．４〜０．６％、Ｍｎ：０．０５〜０．１５％、Ｔｉ：０．０１〜０．１％を含み、残部Ａｌと不可避的不純物からなり、不純物としてのＦｅを０．２％以下、Ｃｕを０．１％以下に限定したアルミニウム合金の鋳塊を、５００℃以上の温度で６ｈ以上の時間溶体化処理した後、４５０℃以下の温度に冷却して熱間圧延を開始し、該熱間圧延を２００〜３５０℃の温度範囲で終了して７０％以上の冷間圧延を行い、該冷間圧延に引き続いて５３０℃以上の温度で６０ｓ以内の時間保持する溶体化処理、焼入れ処理を施した後、室温に２４ｈ以上保持し、ついで２００〜２５０℃の温度範囲で６０ｓ以内の時間熱処理することにより、プレス成形後に１８０℃で１ｈの塗装焼付け処理を行った場合２００ＭＰａ以上の耐力を有し、耐糸錆性に優れていることを第１の特徴とする。
【０００８】
また、上記の自動車外板用アルミニウム合金板の製造方法において、熱間圧延の終了後、３５０〜４２０℃の温度範囲で中間焼鈍を行い、ついで冷間圧延することを第２の特徴とする。
【０００９】
本発明は、６０００系アルミニウム合金において、プレス成形加工前の耐力を低く抑えて成形性およびプレス加工時にプレス型の形状が正確に現出できる特性、いわゆる形状凍結性を高め、プレス成形後の塗装焼付け硬化性を高めて耐デント性を向上させ、さらに耐食性、製品面質を良好とするためには、合金組成を特定し、均質化処理条件、熱間圧延条件、中間焼鈍条件、冷間加工度、溶体化処理条件、最終時効処理の組み合わせを厳密に管理することが必要であることを知見したことに基づいてなされたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の合金組成において、必須成分のＳｉは０．９〜１．３％、Ｍｇは０．４〜０．６％の範囲で含有させる。ＳｉとＭｇは共存してＭｇ２Ｓｉを形成して  合金の強度を高める。Ｓｉが０．９％未満では十分な成形性が得られない場合があり、１．３％を越えて含有すると、合金をプレス加工する場合加工時の耐力が高く、成形性および形状凍結性が劣化する。Ｍｇが０．４％未満では塗装焼付け時の加熱で十分な強度が得られず、０．６％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、成形性および形状凍結性が劣化し易い。
【００１１】
Ｍｎの添加は、結晶粒を微細化し成形加工時の肌荒れを防止するのに役立つ。好ましい含有範囲は０．０５〜０．１５％であり、０．０５％未満ではその効果が小さく、０．１５％を越えて添加すると、粗大な金属間化合物が増加するため、成形性が低下する。Ｔｉも組織の微細化に効果があり、０．０１〜０．１％の範囲で添加するのが好ましい。０．０１％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増加するため、成形性がわるくなる。
【００１２】
本願発明のアルミニウム合金においては、不純物としてのＣｕを０．１％以下、Ｆｅを０．２％以下に限定するのが好ましい。Ｃｕが０．１％を越えると、耐食性が低下し、とくに糸状の腐食（糸錆）が生じ易くなる。Ｆｅが０．２％を越えて含有されると、成形性がわるくなる。前記の各元素の他、鋳塊の結晶粒微細化のために、Ｂを０．０１％以下添加してもよい。
【００１３】
本発明のアルミニウム合金板の製造条件について説明すると、半連続鋳造により前記の合金組成からなるアルミニウム合金の鋳塊を製造し、鋳塊を５００℃以上、合金の溶融点未満の温度範囲で６ｈ以上の時間均質化処理する。均質化処理温度が５００℃より低いと、鋳塊偏析の除去、合金組織の均質化が十分でなく、また強度に寄与するＭｇ２Ｓｉ成分の固溶が不十分となり、成形性が劣る場合が  ある。均質化処理後、均質化処理温度から４５０℃以下の温度まで冷却し、熱間圧延を開始する。均質化処理後鋳塊を室温まで冷却し熱間圧延温度に加熱した場合は、加熱時にＭｇ２Ｓｉの粗大析出物が生成して溶体化処理での固溶が困難と  なり成形性低下の原因となる。
【００１４】
熱間圧延は好ましくは３５０〜４５０℃の温度範囲で開始し、２００〜３５０℃の温度範囲で終了する。熱間圧延の開始温度が４５０℃を越えると、熱間圧延時の組織が大きく成長して冷間圧延および溶体化処理後の合金板に結晶学的方位の近いものが群れをなし易いため、プレス加工後の板材表面にリジングマークが生じ易い。開始温度が３５０℃より低いと材料の変形抵抗が大きく、熱間圧延を３５０℃を越える温度で終了すると、圧延後に２次再結晶が起こり易く組織が粗大化してリジングマーク発生の原因となる。終了温度が２００℃未満では、水溶性圧延油のステンが残り易く板材の表面品質を低下させる。
【００１５】
熱間圧延終了後、冷間圧延を行う。熱間圧延終了後、冷間圧延前に３５０〜４２０℃の温度範囲で中間焼鈍を行ってもよく、中間焼鈍を行うことにより、熱間圧延組織が分解され一層良好な成形性が得られる。中間焼鈍を省略した場合にも、実用上問題のない特性を得ることが可能であり、中間焼鈍を行うか行わないかは、製造板材の用途、得るべき特性などに応じて決定される。
【００１６】
ついで、加工度７０％以上の冷間圧延を行って所定の板厚とした後、溶体化処理および焼入れ処理を施す。溶体化処理直前に行われる冷間圧延の加工度が７０％未満では、溶体化処理後の結晶粒が粗大になり易く肌荒れが生じる場合がある。また熱間圧延組織の分解が十分に行われず、リジングマークが生じ易くなり成形性を低下させる原因となる。
【００１７】
溶体化処理は、５３０℃以上の温度、好ましくは５３０〜５８０℃に加熱し、６０ｓ以内の時間保持することにより行われる。加熱温度が５３０℃より低いと、析出物の固溶が不十分となり所定の強度、成形性が得られない。所定の強度、成形性が得られるとしてもきわめて長時間の熱処理が必要となり工業的に好ましくない。保持時間は６０ｓ以内が好ましく、保持時間が６０ｓを越えると生産性が低下し工業的に好ましくない。昇温速度はとくに規定しないが、２℃／ｓ以上が好ましい。焼入れ処理における冷却速度もとくに規定しないが、５℃／ｓ以上の冷却速度で１００℃以下の温度に冷却し焼入れを行うのが好ましい。冷却速度が５℃／ｓ未満では結晶粒界に粗大な化合物が析出して延性が低下する傾向がある。
【００１８】
溶体化処理、焼入れ処理に続いて最終熱処理を行う。最終熱処理は、塗装焼付硬化性を向上させるために行うものであり、焼入れ処理された材料を、室温に２４ｈ以上放置した後、２００〜２５０℃の温度に６０ｓ以内の時間保持する。加熱温度が２００℃未満では塗装焼付硬化性の向上効果が十分でなく、２５０℃を越える温度または６０ｓを越える時間では成形性、塗装焼付硬化性が低下する場合がある。
【００１９】
本発明においては、強度、成形性および耐食性を与えるための材料組成を選択し、特定条件の鋳塊均質化処理、熱間圧延、中間焼鈍、冷間圧延、溶体化処理と焼入れ処理および最終熱処理を組み合わせることにより、成形性良好で形状凍結性に優れ、成形加工後の塗装焼付け工程での硬化性を向上させ、耐力を高めて優れた耐デント性を与え、肌荒れの生じない微細な結晶粒とし且つ結晶学的方位をランダムにして、成形加工後の製品面質を優れたものとし、自動車外板用として好適なＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金板材が得られる。
【００２０】
【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
表１に示す組成のアルミニウム合金の鋳塊を半連続鋳造により製造し、得られた鋳塊を表面切削後、５３０  ℃で１２ｈ  均質化処理し、４２０  ℃まで降温して熱間圧延を開始し、終了温度２８０  ℃で、板厚４ｍｍ  まで圧延した。ついで、バッチ炉中において３８０  ℃で４ｈの中間焼鈍を行い、冷間圧延して厚さ１ｍｍ  の板材とした。この板材について、５４０  ℃の温度に３０ｓ  間保持する溶体化処理を施し、焼入れ処理後、室温に１週間放置し、続いて２２０  ℃で１５ｓ  の熱処理を行った。
【００２１】
得られたアルミニウム合金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い、プレス加工のシミュレーションとして２％の引張変形を行って変形後の表面状況（  製品面質）  を観察した。また、引張変形後の板材に対して、市販のリン酸亜鉛処理液を用いて塗装下地処理した後、市販の自動車用塗料を使用して塗装を行い、１８０  ℃で１ｈ塗装焼付け処理する。塗装した試験材に、カッターナイフで板材の表面に達するクロスカットを施し、３５℃の５  ％ＮａＣｌ溶液に２４ｈ  浸漬し、ついで相対湿度８０％のキャビネット中に５０℃の温度で１０００ｈ  放置した後、クロスカット部に生じる糸状腐食の最大長さを測定した。
【００２２】
これらの試験結果を表２に示す。表２にみられるように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１、Ｎｏ２  はいずれも、エリクセン値が高く成形性に優れ、成形加工、塗装焼付硬化性が大きく、２００ＭＰａ以上の優れた耐力を示している。成形加工後の製品面質も良好で、肌荒れやリジングマークなどは全く認められず、糸錆の発生も観察されなかった。
【００２３】
【表１】
0003590685.tif 000002
【００２４】
【表２】
0003590685.tif 000003
【００２５】
比較例１
表３に示す組成のアルミニウム合金の鋳塊を半連続鋳造により製造し、得られた鋳塊を表面切削後、実施例１と同じ工程で処理して試験材を作製し、試験材について、実施例１と同一の条件で、引張試験、エリクセン試験、２％の引張変形後の表面状態の観察、１８０  ℃で１ｈ熱処理後の引張性能の測定、塗装後の耐食性評価を行った。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。
【００２６】
【表３】
0003590685.tif 000004
【００２７】
【表４】
0003590685.tif 000005
【００２８】
表４に示されるように、試験材Ｎｏ．３はＳｉの含有量が多いため、成形時の耐力が高く成形性が劣る。試験材Ｎｏ．４はＭｇ量が多いため成形性が劣る。試験材Ｎｏ．５および試験材Ｎｏ．６は、それぞれＭｎおよびＴｉ量が多いため、成形性が劣っている。試験材Ｎｏ．７および試験材Ｎｏ．８は、それぞれＳｉおよびＭｇの含有量が少ないため、塗装焼付け後の耐力が低く耐デント性が劣る。試験材Ｎｏ．９はＭｎの含有量が低く、結晶粒微細化が十分でないため、成形加工で肌荒れが生じた。試験材Ｎｏ．１０  はＴｉ量が少なく、また試験材Ｎｏ．１１  はＦｅの含有量が多過ぎるため、いずれも成形性が不十分である。試験材Ｎｏ．１２  はＣｕ量が限定範囲を越えているため、耐糸錆性が劣っている。
【００２９】
実施例２
Ｓｉ１．２  ｗｔ％、Ｍｇ０．４ｗｔ  ％、Ｍｎ０．０５ｗｔ％、Ｔｉ０．０２ｗｔ％を含有し、Ｆｅ０．１ｗｔ  ％、Ｃｕ０．０２ｗｔ％を含み、残部Ａｌからなるアルミニウム合金の鋳塊を半連続鋳造により製造し、得られた鋳塊を表面切削後、５３０  ℃で１０ｈ  の均質化処理を行い、４２０  ℃まで降温して、４２０  ℃で熱間圧延を開始し、２６０  ℃で熱間圧延を終了した。ついで４１０  ℃で１ｈの中間焼鈍を行い、または中間焼鈍を行うことなく、加工度７５％の冷間圧延を施し、続いて５４０  ℃の温度に２０ｓ  間保持する溶体化処理、焼入れ後室温に１  週間放置し、２２０  ℃で１５ｓ  の最終熱処理を行い、厚さ１ｍｍ  の板材を得た。
【００３０】
得られた板材を試験材として、実施例１と同様、引張試験およびエリクセン試験を行い、プレス加工のシミュレーションとして２％の引張変形を行って製品面質を観察した。また、引張変形後、塗装焼付処理に相当する１８０  ℃で１ｈの熱処理を行い、引張性能を測定した。さらに、引張変形後、実施例１と同様に塗装処理し、実施例１と同一の条件で耐食性を評価した。結果を表５に示す。表５に示すように、本発明に従う試験材Ｎｏ．１３  （中間焼鈍有り）、試験材Ｎｏ．１４  （中間焼鈍無し）は、硬化性が高く、２００ＭＰａ以上の優れた耐力をそなえており、塗装後の耐食性試験においても糸錆の発生は全く認められず、優れた耐食性を示した。
【００３１】
【表５】
0003590685.tif 000006
【００３２】
比較例２
実施例２と同一組成のアルミニウム合金鋳塊を半連続鋳造により製造し、得られた鋳塊を表面切削後、表６に示す製造工程に従って処理し、厚さ１ｍｍ  の板材とした。これらの板材について、実施例２と同様の試験を行った。試験結果を表７に示す。なお、表６において、本発明の条件を外れたものには下線を付した。
【００３３】
【表６】
0003590685.tif 000007
【００３４】
【表７】
0003590685.tif 000008
【００３５】
表７に示されるように、試験材Ａ  は、均質化処理温度が低過ぎてＭｇ２  Ｓｉ成分の固溶が不十分となり、塗装焼付硬化性が小さく、２００ＭＰａ以上の耐力が得られない。試験材Ｂ  は、熱間圧延の開始温度が高過ぎるため、熱間圧延時の組織成長が大きく、成形加工後リジングマークが生じた。試験材Ｃ  は溶体化処理前の冷間圧延加工度が小さいため、熱間圧延組織の分解が十分に行われず、成形性が劣っている。試験材Ｄ  は溶体化処理温度が低いため、成形性が劣り、また析出物の固溶が不十分となり、塗装焼付け後十分な強度が得られない。試験材Ｅ  は最終熱処理の温度が低いため、塗装焼付硬化性が十分でなく２００ＭＰａ以上の耐力が得られていない。試験材Ｆ  は最終熱処理の温度が高過ぎるため成形性がわるい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、成形性に優れ、塗装焼付硬化性が大きく、塗装焼付け後２００ＭＰａ以上の高い耐力が確保でき、成形加工後の製品面質が良好で且つ耐食性にも優れた自動車外板用アルミニウム合金板が得られる。