(57)【要約】  【課題】  ブレージングシート・スクラップを原料として利用し、塗装材用として必要な強度・曲げ加工性・耐食性を有する圧延材を低コストの製造方法で得る。  【解決手段】  ブレージングシート・スクラップを原料とする、Ｓｉ１．０〜３．２％、Ｍｎ０．１〜１．２％を含有し、Ｆｅ０．７％以下、Ｍｇ０．５％以下、Ｃｕ０．６％以下、Ｚｎ１．２％以下に規制したアルミニウム合金の鋳塊に、４５０〜５７０℃の範囲の温度で１〜２４時間の均質化処理を施し、次いで熱間圧延を４００℃以上の温度で開始し３５０℃以下で終了し、さらに６５％以上の圧延率で冷間圧延を施す。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレージングシート・スクラップを原料として製造されたアルミニウム合金圧延材であって、Ｓｉ１．０〜３．２％（ｍａｓｓ％、以下同じ）、Ｍｎ０．１〜１．２％を含有し、Ｆｅ０．７％以下、Ｍｇ０．５％以下、Ｃｕ０．６％以下、Ｚｎ１．２％以下に規制し、残部Ａｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする強度・曲げ加工性・耐食性に優れた塗装用アルミニウム合金圧延材。
【請求項２】
ブレージングシート・スクラップを原料とする、Ｓｉ１．０〜３．２％、Ｍｎ０．１〜１．２％を含有し、Ｆｅ０．７％以下、Ｍｇ０．５％以下、Ｃｕ０．６％以下、Ｚｎ１．２％以下に規制し、残部Ａｌおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合金の鋳塊に、４５０〜５７０℃の範囲内の温度で１〜２４時間の均質化処理を施し、次いで熱間圧延を４００℃以上の温度で開始し３５０℃以下で終了し、さらに６５％以上の圧延率で冷間圧延を施し、冷間圧延後の引張強さが２２０Ｎ／ｍｍ２以上であり、２２０℃以下で塗装焼付け処理を行った後の引張強さが２００Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする強度・曲げ加工性・耐食性に優れた塗装用アルミニウム合金圧延材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、塗装焼付け処理を施して使用される塗装用アルミニウム合金圧延材およびその製造方法、特にブレージングシートのスクラップを原料として低コストで製造される強度・曲げ加工性・耐食性に優れたＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ系の塗装用アルミニウム合金圧延材とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建築屋根材や内外装パネル材あるいは樹脂板と接着させた複合板の内外装パネル材等で塗装焼付け処理を施して使用される塗装用アルミニウム合金圧延材は、板厚０．１〜２．０ｍｍ程度のＡｌ−Ｍｇ系合金（ＪＩＳ５０５２）やＡｌ−Ｍｎ−（Ｍｇ）系合金（ＪＩＳ３００３、３００４、３００５）あるいは純Ａｌ系合金（ＪＩＳ１１００）等の１／４硬質〜硬質材が用いられる。その中でも量的に多いものはＪＩＳ５０５２−Ｈ３２やＨ３４である。これらの塗装にはアクリル樹脂やエポキシ樹脂やポリエステル樹脂等が用いられ、塗装焼付け処理はコイル状圧延板を巻き戻しながら１６０〜２２０℃の温度範囲で数秒以下保持（保持無しを含む）する条件で連続的に行なわれ、さらにレベリング後所定の寸法に切断され、必要に応じて曲げ等の加工が施される。一般に、これらの合金の原料としては、同じ合金系スクラップを一部用いる場合もあるが、殆どが新地金を用いるため、原料コストが高くならざるを得ないという問題がある。
【０００３】
また、塗装用圧延板として多用されているＪＩＳ５０５２合金のＨ３２およびＨ３４調質材は、熱間圧延→一次冷間圧延→中間焼鈍（再結晶）→二次冷間圧延（Ｈ３２材の冷間圧延率は約２０％、Ｈ３４材は約４０％）→安定化焼鈍の工程を経て製造されるが、最終工程で１６０〜２５０℃程度の温度で安定化焼鈍を行なっているため塗装焼付け後の引張強さの低下は小さいが、製造工程が長すぎて高コストとなってしまう欠点がある。
【０００４】
一方、塗装材とは異なるが、アルミニウム合金製熱交換器等にはブレージングシートが広く使用されており、このブレージングシートの心材にはＡｌ−Ｍｎ系合金のＪＩＳ３００３・３Ｎ０３・３Ｎ３３合金等が用いられ、一部Ａｌ−Ｚｎ系合金のＪＩＳ７０７２合金も用いられている。また、ろう材にはＡｌ−Ｓｉ系合金のＪＩＳ４３４３・４００４・４Ｎ４５合金等が用いられ、これが心材の片面または両面にクラッド（クラッド率５〜１５％程度）されている。従って、これらのブレージングシートのスクラップを溶融するとＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−（Ｃｕ）−（Ｚｎ）系合金となってしまい、これをブレージングシートの心材合金やろう材合金あるいは他の用途の展伸材合金に再利用することは組成的に難しく、安価にしか引き取って貰えない高濃度Ｓｉ含有アルミニウム合金鋳物の原料の一部として再利用される場合が多い。
【０００５】
ブレージングシートのスクラップを用いた建材用のアルミニウム合金展伸材も開示されている（特許文献１参照）が、このものにおいては、強度と曲げ加工性には優れているものの、Ｃｕ量が１．２〜３．５％と多すぎて耐食性の点で好ましくなく、また、製造の最終工程で、押出材においては例えば１８０℃×３ｈｒの時効処理、板材においては例えば５３０℃の溶体化処理が行われるため高コストとなってしまうという難点がある。
【特許文献１】特許第３４０８２１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、ブレージングシート・スクラップの再利用は合金組成的には限られているが、これを比較的多種の合金が用いられている塗装用合金として再利用し、省エネルギー・低コスト化することが提案されているが、これらスクラップの溶解後の成分系は前述の如くＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−（Ｃｕ）−（Ｚｎ）系合金となってしまうため、塗装用として必要な機械的性能を得ることが難しく、そのまま塗装用として使用することがためらわれていた。
【０００７】
ブレージングシート・スクラップの再利用における上記従来の問題点を解決するために、発明者らは種々の観点から試験・検討を重ねた結果、ブレージングシート・スクラップの溶解後の成分がＡｌ−Ｓｉ−Ｍｎ−（Ｃｕ）−（Ｚｎ）系合金であっても、適切なプロセス条件を適用して適切な調質材とすることによって、塗装用圧延材として必要な性能が得られることを見出した。
【０００８】
この発明は上記の知見に基いてなされたものであり、その目的は、低コストのブレージングシート・スクラップを原料として利用し、塗装用として必要とされる強度と曲げ加工性を有し、塗装焼付け後の耐食性が良好な塗装用アルミニウム合金圧延材およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための請求項１による強度・曲げ加工性・耐食性に優れた塗装用アルミニウム合金圧延材は、ブレージングシート・スクラップを原料として製造されたアルミニウム合金圧延材であって、Ｓｉ１．０〜３．２％、Ｍｎ０．１〜１．２％を含有し、Ｆｅ０．７％以下、Ｍｇ０．５％以下、Ｃｕ０．６％以下、Ｚｎ１．２％以下に規制し、残部Ａｌおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする。
【００１０】
請求項２による強度・曲げ加工性・耐食性に優れた塗装用アルミニウム合金圧延材の製造方法は、ブレージングシート・スクラップを原料とする、Ｓｉ１．０〜３．２％、Ｍｎ０．１〜１．２％を含有し、Ｆｅ０．７％以下、Ｍｇ０．５％以下、Ｃｕ０．６％以下、Ｚｎ１．２％以下に規制し、残部Ａｌおよび不可避的不純物よりなるアルミニウム合金の鋳塊に、４５０〜５７０℃の範囲内の温度で１〜２４時間の均質化処理を施し、次いで熱間圧延を４００℃以上の温度で開始し３５０℃以下で終了し、さらに６５％以上の圧延率で冷間圧延を施し、冷間圧延後の引張強さが２２０Ｎ／ｍｍ２以上であり、２２０℃以下で塗装焼付け処理を行った後の引張強さが２００Ｎ／ｍｍ２以上あることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、原料に低コストのブレージングシート・スクラップを原料として用い、中間焼鈍や二次冷間圧延や最終焼鈍工程を省略して冷間圧延したままの状態で使用するという、省エネルギー・低コストの製造プロセスを採用しても、十分な強度と曲げ加工性を有し、耐食性にも優れた塗装用アルミニウム合金圧延材を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
先ずこの発明における成分組成の限定理由について説明する。
本発明は、原料としてブレージングシート・スクラップを使用して低コストを実現することを特徴とするものであるが、成分調整に適切な合金組成のスクラップが足りない場合等には微量の新地金や新母合金を配合してよい。
【００１３】
Ｓｉ：
Ｓｉはブレージングシート・スクラップのろう材に含有される元素であり、建材としての強度を確保するためにも必要な元素である。１．０％未満では強度不足となり、一方３．２％を超えるとＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物のサイズが大きくなって曲げ加工性が劣化する。Ｓｉの好ましい含有量は１．０〜３．２％の範囲とする。
【００１４】
Ｍｎ：
Ｍｎはブレージングシート・スクラップの心材に含有される元素であり、塗装材としての強度を確保するためにも必要な元素である。０．１％未満では強度不足となり、一方１．２％を超えるとＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物のサイズが大きくなって曲げ加工性が劣化する。Ｍｎの好ましい含有量は０．１〜１．２％の範囲とする。
【００１５】
Ｆｅ：
Ｆｅはブレージングシート・スクラップの心材とろう材に含有される不純物元素であり、多すぎるとＡｌ−Ｆｅ−Ｍｎ系金属間化合物のサイズが大きくなって曲げ加工性が劣化する。Ｆｅの含有量は０．７％以下に規制するのが好ましい。
【００１６】
Ｍｇ：
Ｍｇはブレージングシート・スクラップのろう材の一部の合金に含有される元素であり、多すぎると加工硬化性が高まって曲げ性が劣化する。Ｍｇの含有量は０．５％以下に規制するのが好ましい。
【００１７】
Ｃｕ：
Ｃｕはブレージングシート・スクラップの心材の一部の合金に含有される元素であり、多すぎると糸状腐食が発生し耐食性が劣化する。Ｃｕの含有量は０．６％以下に規制するのが好ましい。
【００１８】
Ｚｎ：
Ｚｎはブレージングシート・スクラップの心材やろう材の一部の合金および犠牲陽極材としての皮材合金に含有される元素であり、多すぎると孔食が発生し耐食性が劣化する。Ｚｎの含有量は１．２％以下に規制するのが好ましい。
【００１９】
上記以外のＣｒ、Ｔｉ、Ｂなどの不純物元素は各０．１５％以下であれば、特に塗装用アルミニウム合金圧延材の性能を損なうことはない。
【００２０】
次にこの発明の塗装用アルミニウム合金圧延材の製造方法について説明する。
この発明の塗装用アルミニウム合金圧延材の製造方法上の特徴は、中間焼鈍や二次冷間圧延や最終焼鈍工程を省略することにあり、冷間圧延したままの状態で使用する省エネルギー・低コストに徹した圧延材を提供するものであり、塗装焼付け処理時の熱を利用して軟化させ、塗装焼付け処理後の曲げ加工性の向上を狙ったものである。
【００２１】
先ず前記のようなブレージングシート・スクラップを溶解し、常法に従ってＤＣ鋳造などによって鋳造する。
【００２２】
得られた鋳塊を均質化処理したのち熱間圧延を施し、さらに冷間圧延を施して０．１〜２．０ｍｍ程度の製品板厚とする。
【００２３】
均質化処理は４５０〜５７０℃の範囲内の温度で１〜２４時間保持の条件とするのが好ましい。均質化処理温度が４５０℃未満では均質化が不足して曲げ加工性が悪く、一方５７０℃を超えれば溶解する恐れがある。また保持時間が１時間未満では均質化が不足し、また２４時間を越える保持は均質化が飽和して経済的に無駄である。
【００２４】
上記のように均質化した後、直ちに熱間圧延を開始する。この場合、熱間圧延開始温度は４００℃以上とするのが好ましい。熱間圧延開始温度が４００℃未満では熱間加工性が悪く、熱間圧延中に割れが生じる恐れがある。なお、熱間圧延は均質化処理後の鋳塊を一旦室温まで下げてから４００℃以上に加熱して開始してもよい。
【００２５】
また、熱間圧延の終了温度は３５０℃以下とするのが好ましい。熱間圧延終了温度が３５０℃を超えると部分再結晶や完全再結晶が起こり、冷間圧延材の強度が不足する恐れがある。
【００２６】
熱間圧延後に施す冷間圧延は圧延率が６５％以上で行なうのが望ましい。冷間圧延率が６５％未満では加工硬化が不充分で強度不足を生じる恐れがある。
【００２７】
また本発明においては、冷間圧延のまま（以下、冷間圧延材）の引張強さは２２０Ｎ／mｍ２以上、２２０℃以下の塗装焼付け処理を行った後の引張強さは２００Ｎ／ｍｍ２以上に規定される。その理由は次の通りである。
【００２８】
すなわち、前記のように、多用されている塗装用圧延材はＪＩＳ３００５合金のＨ２４調質材などであることから、当該材料以上を目標とすると塗装焼付け処理後の引張強さは２００Ｎ／ｍｍ２以上となる。実験によると冷間圧延率が大きいほど塗装焼付け処理による引張強さの低下代は大きく、冷間圧延率約６５％の場合の低下代は約２０Ｎ／ｍｍ２、冷間圧延率約９０％の場合の低下代は約３５Ｎ／ｍｍ２である。冷間圧延率は６５％程度の場合が多いことから、本発明では便宜上、塗装焼付け処理後の引張強さの目標２００Ｎ／ｍｍ２に塗装焼付け処理による冷間圧延率６５％の場合の引張強さの低下代２０Ｎ／ｍｍ２をプラスした２２０Ｎ／ｍｍ２以上に規定した。
【００２９】
なお、塗装焼付け処理された塗装材の曲げ加工性は、板厚の２倍の内側曲げ半径で１８０°曲げ加工した時に、塗膜にも素地にも割れが生じないこと、また耐食性は引っかききず付き試験片を用いた中性塩水噴霧試験１０００時間で糸状腐食や孔食が生じないこと、が塗装材に要求される一般的な特性であるので本発明もこの特性を目標とした。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。なお、これらの実施例は本発明の一実施態様を示すものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３１】
実施例、比較例
表１の合金番号１〜１２に示す合金は、種々のブレージングシート・スクラップの配合比を変えて溶解し、それぞれ、ＤＣ鋳造法にて厚さ４５０ｍｍ×幅１１００ｍｍ×長さ３０００ｍｍの鋳塊に鋳造したものである。
【００３２】
【表１】
2005163175.tif 000002
【００３３】
得られた鋳塊に対し、表２の製造工程番号Ａ〜Ｅの条件を組み合わせて、表３に示す試料番号１Ａ〜１２Ａの冷間圧延材（幅１０００mmのコイル状）とした後、これらの冷間圧延材を以下に示す工程で連続的に塗装焼付け処理して塗装材とした。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
塗装方法は、脱脂処理液・化成処理液・塗料の選択により種々あるが、本実施例では次の一般的な方法を採用した。すなわち、コイルを巻き戻しながらの脱脂処理（硫酸系）→水洗→化成処理（リン酸クロメート）→両面にエポキシ樹脂５μｍの下塗り塗装→焼付け処理（２００℃、保持なし、昇温および冷却速度は約１０℃／秒）→さらに片面のみポリエステル樹脂１５μｍの上塗り塗装（実際に使用する前）→焼付け処理（２１０℃、保持なし、昇温および冷却速度は約１０℃／秒）→レベリング→所定の寸法に切断、の工程で行なった。
【００３６】
各冷間圧延材及び塗装材について、ＪＩＳ５号引張試験片にて圧延方向に平行方向の引張強さを求めた。この場合の塗装材の引張強さは、硫酸にて塗料を剥がしてから測定した。
【００３７】
また各塗装板について、圧延方向に対し直角方向（曲げ性の劣る方向）に切出したＪＩＳ３号曲げ試験片にて１８０°曲げ試験を実施した。１８０°曲げ試験は、板厚の２倍の内側曲げ半径にてエポキシ樹脂（厚さ５μｍ）＋ポリエステル樹脂（厚さ１５μｍ）の面が外側になるような条件で行ない、曲げ加工性の評価は、１０倍のルーペで観察し、塗膜にも素地にも割れが発生しないものは合格（○）、割れが発生したものは不合格（×）とした。
【００３８】
さらに各塗装材の耐食性の評価は、ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１  塩水噴霧試験方法に準拠し、試験片の調製はエポキシ樹脂（厚さ５μｍ）＋ポリエステル樹脂（厚さ１５μｍ）の面に素地まで達する深さの引っかききず（カッタナイフにてクロスカット）を入れ、中性塩水噴霧試験を１０００時間行ない、糸状腐食や孔食が発生しないものは合格（○）、糸状腐食や孔食が発生したものは不合格（×）とした。それぞれの結果を表３に併せて示す。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
表３において、試料番号１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａの冷間圧延板および塗装材は、いずれも成分組成および製造工程の両者がこの発明で規定する条件を満たす発明例であり、これら冷間圧延材の引張強さは２２０Ｎ／ｍｍ２以上、塗装焼付け処理後の引張強さはＪＩＳ３００５−Ｈ２４並み以上の２００Ｎ／ｍｍ２以上の高強度を有し、しかも曲げ加工性と耐食性にも優れた材料であることが認められた。
【００４１】
一方、試料番号１Ｄ、１Ｅの冷間圧延材および塗装材は、この発明で規定する成分組成条件を満たした合金であるが、製造工程条件がこの発明で規定する条件から外れた比較例である。１Ｄは熱間圧延油の噴射量を少なくしたため冷却不足となり熱間圧延終了温度が高まって再結晶が発生し冷間圧延材および塗装材の引張強さが低下した。また１Ｅは冷間圧延率が不足したため冷間圧延材および塗装材の引張強さが低下した。
【００４２】
試料番号６Ａ〜１３Ａの冷間圧延材および塗装材は、この発明で規定する製造工程条件は満たしているが、成分組成条件を満たさない比較例である。６ＡはＳｉ量が多すぎたためＡｌ−Ｓｉ系金属間化合物のサイズが、８ＡはＭｎ量が多すぎたためＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物のサイズが、１０ＡはＦｅ量が多すぎたためＡｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系金属間化合物のサイズがそれぞれ大きくなり、いずれも曲げ加工性は劣化している。また１１ＡはＭｇ量が多すぎたため加工硬化性が高まり曲げ加工性は劣化した。７ＡはＳｉ量が、９ＡはＭｎ量がそれぞれ少なすぎたため、いずれも冷間圧延材および塗装材の引張強さが低下した。また、１２ＡはＣｕ量が多すぎたため塩水噴霧試験で糸状腐食が発生し、１３ＡはＺｎ量が多すぎたため孔食が発生し、両者とも耐食性が劣化している。