(57)【要約】【課題】    実際のプレス成形時の成形性と密接に相関する穴広げ性の評価に基づく、成形性に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。【解決手段】    0.2%耐力が120MPa以上の6000系アルミニウム合金板であって、このアルミニウム合金板を、板厚に対するダイスとポンチとのクリアランスの比率である、クリアランス/ 板厚、を変えて打ち抜き穴広げ加工した際の、アルミニウム合金板の穴広げ率が、前記クリアランス比率が10〜25% の範囲で45% 以上の極大値を示すことである。【選択図】      図１
2006291338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
0.2%耐力が120MPa以上の6000系アルミニウム合金板であって、このアルミニウム合金板を、板厚に対するダイスとポンチとのクリアランスの比率である、クリアランス/ 板厚、を変えて打ち抜き穴広げ加工した際の、アルミニウム合金板の穴広げ率が、前記クリアランス比率が10〜25% の範囲で、45% 以上の極大値を示すことを特徴とするに成形性に優れたアルミニウム合金板。
【請求項２】
前記6000系アルミニウム合金板が、質量% で、Mg:0.2〜2.0%、Si:0.3〜2.0%、Mn:0.01 〜0.65% 、Cu:0.001〜1.0%を含有し、かつSi/Mg が質量比で1 以上であり、残部Alおよび不可避的不純物からなる請求項１に記載の成形性に優れたアルミニウム合金板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成形性に優れた6000系アルミニウム合金板（以下、アルミニウムを単にAlとも言う）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車、船舶、航空機あるいは車両などの輸送機、機械、電気製品、建築、構造物、光学機器、器物の部材や部品用として、成形性や焼付硬化性に優れたAl合金材が使用されている。
【０００３】
特に、自動車などの輸送機の車体分野では、近年、排気ガス等による地球環境問題に対して、軽量化による燃費の向上が追求されている。このため、自動車の車体に対し、従来から使用されている鋼材に代わって、圧延板や押出形材など、より軽量なAl合金材適用が増加しつつある。
【０００４】
この内、自動車のフード、フェンダー、ドア、ルーフ、トランクリッドなどのパネル構造体の、アウタパネル (外板) やインナパネル (内板) 等のパネルには、Al-Mg-Si系のAA乃至JIS 6000系 (以下、単に6000系と言う) のAl合金板の使用が検討されている。
【０００５】
6000系Al合金板は、基本的には、Si、Mgを必須として含み、優れた時効硬化能を有しているため、プレス成形や曲げ加工時には低耐力化により成形性を確保するとともに、成形後のパネルの塗装焼付処理などの、比較的低温の人工時効 (硬化) 処理時の加熱により時効硬化して耐力が向上し、必要な強度を確保できるBH性 (ベークハード性、人工時効硬化能、塗装焼付硬化性) がある。
【０００６】
また、6000系Al合金板は、Mg量などの合金量が多い、他の5000系のAl合金などに比して、合金元素量が比較的少ない。このため、これら6000系Al合金板のスクラップを、Al合金溶解材 (溶解原料) として再利用する際に、元の6000系Al合金鋳塊が得やすく、リサイクル性にも優れている。
【０００７】
一方、前記自動車パネル構造体の用途分野では、Al合金板を張出や絞りあるいはトリム等のプレス成形してパネル化する。近年、Al合金板の自動車パネルへの採用に伴い、形状がより複雑な、成形が難しいパネルへの適用も多くなってきている。例えば、プレス成形されるパネル形状は、張出高さや張出面積などが大型化し、しかも形状が伸びフランジ変形を伴うような湾曲部位を有するなど複雑化する傾向にある。このため、プレス成形時の割れ、肌荒れなどの成形不良がより生じ易い。
【０００８】
これに対し、6000系Al合金板のこれら成形性などの諸要求特性の向上のために、従来より、成分や組織、あるいは製造方法を精緻にコントロールして、種々の方策が採られている。
【０００９】
ここで、これらAl合金板の成形性の内、伸びフランジ性を評価する方法として、穴広げ試験 (伸びフランジ性試験、バーリング試験) が公知である。この方法は、試験片に穴を打ち抜いた後に、ポンチを用いて、バリをダイス面の上面側として、前記打抜き穴に対するバーリング（穴広げ）を行うものである。そして、穴広げ率λ(%）を求め、このλの値が高いものほど、伸びフランジ性が高いと評価する。
【００１０】
これを用いて、成形用の1070、1050、1100などの1000系、3003、3004などの3000系、5052、5182などの5000系のAl合金板の、限界絞り比 (純粋深絞り、球頭深絞り) やエルクセン値とともに、穴広げ率λを求めたものが知られている。これによれば、H 材の硬質材よりも、O 材の方が限界絞り比やエルクセン値とともに、穴広げ率λが高く、成形性に優れる (非特許文献１参照）。
【００１１】
また、Al合金板の穴広げ性自体を規定したものとして、Mgを2 〜8%を含む5000系Al合金板について、前記穴の打ち抜き断面における、せん断面の面積を規定した、高穴広げ性のAl合金板が提案されている (特許文献１参照）。
【非特許文献１】アルミニウム技術便覧  1985年6 月16日発行: 軽金属出版株式会社、第786 頁、表1.10
【特許文献１】特開2003-301232 号公報 (請求項、第1 〜4 頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、本発明で対象とする6000系Al合金板についての穴広げ性の評価は、これまであまり例がない。これは、前記した自動車パネル構造体の用途分野への6000系Al合金板の適用が最近であることもあって、実際の6000系Al合金板のプレス成形時における成形性と、6000系Al合金板の穴広げ性による成形性評価との関連が、未だ確定していないことにもよる。
【００１３】
一方、6000系Al合金板には、その優れた時効硬化能ゆえに、Al合金板の製造後、前記各用途に成形されるまでの間に、室温( 常温) 時効硬化が生じやすく、常温安定性に欠けるという大きな問題がある。このような室温時効が生じた場合、製造直後には、6000系Al合金板が成形性を満足したとしても、一定時間の経過後に、実際の用途に成形される際に、成形性が低下して要求を満足しない、という自体も生じる。
【００１４】
したがって、実際の6000系Al合金板のプレス成形時における成形性と密接に相関するプレス成形性の評価が予めできれば、6000系Al合金板の成形性向上のための、前記した成分や組織あるいは製造方法のコントロールが、よりやりやすくなる。また、室温時効が生じた6000系Al合金板のプレス成形性を評価でき、成形が可能か否か、それとも回復処理などの素材成形性向上処理が必要か否か、などを見極めることができる。
【００１５】
また、このプレス成形性の評価方法に沿った、プレス成形性に優れた6000系Al合金板ができれば、成形する側においても、成形形状などの設計変更や、工程や時間などの効率化を犠牲にして成形加工条件を緩和する、等の手段を採らずに、成形することができる。
【００１６】
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、実際のプレス成形時の成形性と密接に相関する穴広げ性の評価に基づく、成形性に優れたアルミニウム合金板を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的を達成するために、本発明の成形性に優れたアルミニウム合金板の要旨は、0.2%耐力が120MPa以上の6000系アルミニウム合金板であって、このアルミニウム合金板を、板厚に対するダイスとポンチとのクリアランスの比率である、クリアランス/ 板厚、を変えて打ち抜き穴広げ加工した際の、アルミニウム合金板の穴広げ率が、前記クリアランス比率が10〜25% の範囲で、45% 以上の極大値を示すことである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明者らは、6000系Al合金板を、クリアランスを変えて打ち抜き穴広げ加工した際に、上記一定のクリアランス比率の範囲で、穴広げ率が45% 以上の極大値を示す6000系Al合金板が、優れたプレス成形性を示すことを知見した。
【００１９】
この理由は定かではないが、上記一定のクリアランス比率の範囲で、穴広げ率が45% 以上の極大値を示す6000系Al合金板は、伸びフランジ性に優れるために、実際のプレス成形性が優れるものと推考される。
【００２０】
前記した通り、穴広げ率λ自体は、従来からも伸びフランジ性の評価となって、限界絞り比やエルクセン値とともに、プレス成形性の指針となる。また、限界絞り比やエルクセン値などと相関する穴広げ率λが高い方がプレス成形性に優れる傾向があることも公知である。
【００２１】
しかし、6000系Al合金板について、単に、穴広げ率λの値の大小だけでは、実際のプレス成形性と必ずしも良く対応しないこと、穴広げ加工におけるダイスとポンチとのクリアランスとの関係で穴広げ率λの値を見た場合に、始めて、実際のプレス成形性と良く対応することも事実である。
【００２２】
この理由も定かではないが、打ち抜き穴広げ加工した際には、クリアランスによって、6000系Al合金板の伸びフランジ性が大きく影響される。そして、室温時効などによって伸びフランジ性が低下し、実際のプレス成形性が低下した6000系Al合金板ほど、このクリアランスによる影響をより大きく受ける。このため、穴広げ率λの値が全体的に低下して、穴広げ率が45% 以上の極大値を示すピーク値が出にくくなるものと推考される。
【００２３】
本発明によれば、実際の6000系Al合金板のプレス成形時における成形性と密接に相関するプレス成形性の評価が予めでき、6000系Al合金板の成形性向上のための、前記した成分や組織あるいは製造方法のコントロールが、よりやりやすくなる。
【００２４】
また、室温時効が生じた6000系Al合金板のプレス成形性を評価でき、成形が可能か否か、それとも回復処理などの素材成形性向上処理が必要か否か、などを見極めることができる。
【００２５】
更に、本発明によれば、プレス成形性に優れた6000系Al合金板ができるため、成形する側においても、成形形状などの設計変更や、工程や時間などの効率化を犠牲にして成形加工条件を緩和する等の手段を採らずに、成形することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明6000系Al合金板の実施態様につき具体的に説明する。
【００２７】
(穴広げ率) 
本発明で言う穴広げ率λ(%）自体は、前記した従来からの穴広げ試験と同じ方法により求める。即ち、6000系Al合金板の試験片に、所定径の穴を打ち抜いた後に、ポンチを用いて、バリをダイス面の上面側として、前記打抜き穴に対するバーリング（穴広げ）を行う。そして、前記打抜き穴の縁に破断 (割れ) が発生した段階でポンチを止め、破断時の穴内径（ｄs ）と、バーリング前の初期穴径（ｄ0 ）から、下記式によって穴広げ率λ(%）を求める。
λ＝〔（ｄs −ｄ0 ）／ｄ0 〕×１００（％）
【００２８】
但し、本発明は、この穴広げ率λ(%）を、従来のように、一定の(1条件の) クリアランス条件で求めるのではない。本発明では、6000系Al合金板の板厚に対するダイスとポンチとのクリアランスの比率= クリアランス/ 板厚を、種々変えて打ち抜き穴広げ加工した際の、アルミニウム合金板の穴広げ率λ(%）を順次求める。
【００２９】
そして、これら穴広げ率λ(%）と上記クリアランス比率との関係から、上記クリアランス比率が10〜25% の範囲で、穴広げ率λが45% 以上の極大値を示す6000系Al合金板を、プレス成形性が良い本発明範囲内の6000系Al合金板であると評価する。
【００３０】
また、穴広げ率λが、上記クリアランス比率が10〜25% の範囲で極大値を示しても、45% 未満であれば、プレス成形性が低くなる。また、穴広げ率λの極大値が45% 以上であっても、極大値を示す、上記クリアランス比率が、10〜25% の範囲から外れた場合、やはりプレス成形性が低くなる。
【００３１】
図1 に、前記クリアランス比率 (横軸) とAl合金板の穴広げ率 (縦軸) との関係を示す。図1 において、黒い菱形のプロットで示す発明例3 と黒い四角のプロットで示す発明例4 とは、各々後述する実施例表2 における、0.2%耐力が120MPa以上の6000系Al合金板の発明例である。この図1 から分かる通り、発明例3 は本発明の上記10〜25% の範囲内である約19% のクリアランス比率で、穴広げ率λが約50% の極大値を示している。これに対して、発明例4 は下限近くである約12.5% のクリアランス比率で、穴広げ率λが下限近くの約46% の極大値を示している。このため、後述する実施例の通り、発明例3 の方が発明例4 よりもプレス成形性に優れている。
【００３２】
(Al 合金板の耐力) 
本発明6000系Al合金板の0.2%耐力は少なくとも120MPa以上とする。0.2%耐力が120MPa未満であれば、前記した自動車パネル用途などに対して、後で人工時効硬化させて0.2%耐力を向上させるにしても、自動車パネルとしての必要な強度が不足してしまう。また、却って、プレス成形性も低下する。
【００３３】
(化学成分組成) 
次に、本発明が対象とする6000系Al合金板の好ましい化学成分組成について説明する。前記した自動車パネル材などとしては、優れた成形性以外に、BH性、強度、溶接性、耐食性などの諸特性が要求される。このような要求を満足するために、Al合金板の組成は、質量% で、Mg:0.2〜2.0%、Si:0.3〜2.0%、Mn:0.01 〜0.65% 、Cu:0.001〜1.0%を含有し、かつSi/Mg が質量比で1 以上であり、残部Alおよび不可避的不純物からなる6000系Al合金板が好ましい。
【００３４】
なお、その他の元素は、AA乃至JIS 規格などに沿った各不純物レベル程度の含有量 (許容量) とする。その他の合金元素とは、具体的には、Fe:1.0% 以下、Mn:1.0% 以下、Cr:0.3% 以下、Zr:0.3% 以下、V:0.3%以下、Ti:%以下、Ag:0.2% 以下、Zn:1.0% 以下、である。
【００３５】
上記合金元素以外のその他の合金元素やガス成分は不純物である。しかし、リサイクルの観点から、溶解材として、高純度Al地金だけではなく、6000系合金やその他のAl合金スクラップ材、低純度Al地金などを溶解原料として使用して、本発明Al合金組成を溶製する場合には、これら他の合金元素は必然的に含まれることとなる。したがって、本発明では、目的とする本発明効果を阻害しない範囲で、これら不純物元素が含有されることを許容する。
【００３６】
上記6000系Al合金組成における、各元素の好ましい含有範囲と意義について以下に説明する。
【００３７】
Si:0.3〜2.0%
Siは、固溶強化と、成形後の塗装焼き付け処理などの、比較的低温短時間での人工時効処理時に、Mgとともに化合物相 (β")を形成して、時効硬化能を発揮し、板としての必要強度を得るための必須の元素である。したがって、プレス成形性など、パネルとしての必要諸特性を兼備させるための最重要元素である。Si量が0.3%未満では、前記時効硬化能、更には、各用途に要求される、プレス成形性などの諸特性を兼備することができない。一方、Siが2.0%を越えて含有されると、プレス成形性や曲げ加工性が著しく阻害される。更に、溶接性を著しく阻害する。したがって、Siは0.3 〜2.0%の範囲とする。
【００３８】
Mg:0.2〜2.0%
Mgは、固溶強化と、塗装焼き付け処理などの前記人工時効処理時に、Siとともに化合物相を形成して、時効硬化能を発揮し、前記パネルとしての必要強度を得るための必須の元素である。Mgの0.2%未満の含有では、絶対量が不足するため、人工時効処理時に前記化合物相を形成できず、時効硬化能を発揮できない。このため、板として必要な前記必要強度が得られない。一方、Mgが2.0%を越えて含有されると、プレス成形性や曲げ加工性等の成形性が著しく阻害される。したがって、Mgの含有量は、0.2 〜2.0%の範囲とする。
【００３９】
Cu:0.001〜1.0%
Cu は、6000系Al合金において、時効硬化速度を向上させるのに有用である。即ち、塗装焼き付け工程などの人工時効 (硬化) 処理の条件で、Al合金材組織の結晶粒内へのGPゾーンなどの化合物相の析出を促進させる効果がある。また、人工時効処理状態で固溶したCuなどは成形性を向上させる効果もある。Cuの含有量が0.001%未満では、これらの効果が不足する。但し、Cu含有量が1.0%を超えて大きすぎると、粗大な化合物を形成して成形性が劣化する可能性が高い。また、自動車アウタパネルとして必要な、耐糸錆性などの耐食性も劣化する可能性が高い。したがって、Cu含有量の上限は1.0%以下とすることが好ましい。
【００４０】
Mn:0.01 〜0.65% 
Mnは、結晶粒の微細化に有用であり、成形性を向上できる。Mnは均質化熱処理時に分散粒子 (分散相) を生成し、これらの分散粒子には再結晶後の粒界移動を妨げる効果がある。但し、各々含有量が大きすぎると、粗大な化合物を形成し、破壊の起点となり、成形性が却って劣化する。したがって、Mnは0.01〜0.65% の範囲で含有させることが好ましい。
【００４１】
(平均結晶粒径) 
なお、これらの規定に加えて、更に、Al合金板の平均結晶粒径を50μm 以下の微細化させることが好ましい。結晶粒径をこの範囲に細かく乃至小さくすることによって、曲げ加工性やプレス成形性が確保乃至向上される。結晶粒径が50μm を越えて粗大化した場合、曲げ加工性やプレス成形性が著しく低下し、成形時の割れや肌荒れなどの不良が生じ易い。
【００４２】
なお、ここで言う結晶粒径とは板の長手(L) 方向の結晶粒の最大径である。この結晶粒径は、Al合金板を0.05〜0.1mm 機械研磨した後電解エッチングした表面を、光学顕微鏡を用いて観察し、前記L 方向に、ラインインターセプト法で測定する。1 測定ライン長さは0.95mmとし、1 視野当たり各3 本で合計5 視野を観察することにより、全測定ライン長さを0.95×15mmとする。
【００４３】
(製造方法) 
6000系Al合金板の製造は常法で可能である。Al合金の溶解、鋳造工程では、本発明成分規格範囲内に溶解調整されたAl合金溶湯を、連続鋳造圧延法、半連続鋳造法（DC鋳造法）等の通常の溶解鋳造法を適宜選択して鋳造する。次いで、常法により、このAl合金鋳塊に均質化熱処理を施した後、熱間圧延して、コイル状、板状などの熱延板とするか、更に、必要に応じて中間焼鈍を行なって冷間圧延を行い、コイル状、板状などの冷延板に加工する。
【００４４】
これら熱延板や冷延板など、加工後のAl合金板は、調質処理として、必須に溶体化および焼入れ処理で調質されて製品板とされる。なお、用途や必要特性に応じて、更に人工時効硬化処理や安定化処理などの調質処理を付加して行い、製品板とすることも勿論可能である。
【実施例】
【００４５】
次に、本発明の実施例を説明する。表1 のA 、B 各組成の6000系Al合金板であって、製造後2 日〜4 カ月間室温時効させた、種々の強度とした6000系Al合金板を、板厚に対するダイスとポンチとのクリアランスの比率= クリアランス/ 板厚を種々変えて穴広げ加工 (試験) した。そして、穴広げ率λ(%）の極大値と、穴広げ率λ(%）が極大値となる際の板厚に対するダイスとポンチとのクリアランスの比率= クリアランス/ 板厚を求めた。穴広げ率λ(%）の算出は、前記した条件により求めた。なお、穴広げ加工条件は、ポンチ: Φ50、肩R4.5、ダイス: Φ60、肩R12.5 、シワ押さえ力:10tonf 、潤滑油:R303P (ポンチ側塗油) 、加工速度:10 〜15mm/minとした。
【００４６】
これらのAl合金板の引張試験特性も調査した。この引張試験特性は、Al合金板の圧延方向に平行な(L方向の) 耐力を、0.2%耐力(MPa) として測定した。なお、引張試験はJIS Z 2201にしたがって行うとともに、試験片形状はJIS 5 号試験片で行った。また、クロスヘッド速度は5mm/分で、試験片が破断するまで一定の速度で行った。これらの結果を表2 に示す。なお、Al合金板の平均結晶粒径は、発明例、比較例とも50μm 以下であった。
【００４７】
これら試験材のAl合金板の製造条件は以下の通りである。表1 に示すA 、B 各組成の400mm 厚の鋳塊を、DC鋳造法により溶製後、550 ℃で均質化熱処理を施し、終了温度300 ℃で厚さ5mmtまで熱間圧延した。この熱間圧延板を、バッチ式の熱処理設備で400 ℃×4hr の中間焼鈍を施した後に、80% の冷延率で冷間圧延し、厚さ1.0mm の冷延板を得た。そして、この冷延板を、連続式の熱処理設備で、450 〜550 ℃で溶体化処理を行った後に室温まで焼入れ、この焼入れ後30分以内に、70℃×1 時間の予備時効処理を行った。
【００４８】
この際、表2 に示す通り、上記予備時効処理を行わないもの、あるいは、上記予備時効処理を行っても、板製造後の室温時効期間が異なるものを試験材として準備した。そして、これらのAl合金板が、自動車パネルとしてプレス成形加工されることを模擬して、比較的大きなブランクにより成形試験した。
【００４９】
より具体的には、張出成形試験を行い、成形性を評価した。これらの結果も表2 に示す。張出成形試験の条件は、前記室温時効後の供試板から一辺が1000mmの正方形の供試板 (ブランク) を複数枚切り出して、メカプレスにより、ビード付き金型を用いて張出成形した。成形品の形状は、中央部に一辺が500mm で、高さが50mmと高い角筒状の張出部と、この張出部の四周囲に平坦なフランジ部を有したハット型のものとした。
【００５０】
また、成形試験の、しわ押さえ力は490kN 、潤滑油は一般防錆油、成形速度は20mm/ 分の同じ条件で3 回行った。評価は、前記角部割れと、前記フランジ (端部) 割れについて別々に行い、3 回ともハット型成形品の角部割れが発生していない例を〇、1 回でも角部割れが生じたものを×として評価した。
【００５１】
更に、この張出成形の際に、割れにかかわり無く、発生した「しわ」の最大高さ(mm)を測定し、3 回の成形の際の前記しわ高さの平均が1.0mm 以下のものを○、1.0mm を越え2.0mm 以下のものを△、2.0mm を越えるものを×と評価した。
【００５２】
表2 に示す通り、0.2%耐力が120MPa以上であって、Al合金板の穴広げ率が、前記クリアランス比率が10〜25% の範囲で45% 以上の極大値を示す発明例2 〜4 、発明例7 〜8 は、実際のプレス成形を模擬したプレス成形性に優れている。
【００５３】
これに対して、Al合金板の穴広げ率が、前記クリアランス比率が10〜25% の範囲で45% 以上の極大値を示しても、0.2%耐力が120MPa未満である比較例1 、6 は、プレス成形性が劣っている。
【００５４】
また、0.2%耐力が120MPa以上であっても、室温時効硬化などによって、Al合金板の穴広げ率が、前記クリアランス比率が10〜25% の範囲で45% 以上の極大値を示さない比較例5 、10は、実際のプレス成形を模擬したプレス成形性が劣っている。
【００５５】
更に、前記図1 でも示した通り、下限近くのクリアランス比率で、穴広げ率λが下限近くの極大値を示している発明例4 は、他の発明例2 、3 、7 、8 、9 に比して、プレス成形性が劣る。
【００５６】
したがって、これらの結果から、本発明規定の耐力や穴広げ率の臨界的な意義も分かる。
【００５７】
【表１】
2006291338.tif 000003
【００５８】
【表２】
2006291338.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、実際のプレス成形時の成形性と密接に相関する穴広げ性の評価に基づく、成形性に優れたアルミニウム合金板を提供できる。この結果、プレス成形される部材用途に、Al合金材の適用を拡大できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】Al合金板の穴広げ加工時のクリアランス比率と穴広げ率との関係を示す説明図である。
【図１】
2006291338.tif 000005