(57)【要約】【課題】    曲げ加工性を向上させ、曲げ加工性と耐圧壊割れ特性とを両立させた、6000系アルミニウム合金押出中空形材をを提供することである。【解決手段】  Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出中空形材において、結晶粒の押出方向の長さL1と厚さ方向の長さL2とのアスペクト比L1/L2 が2 を超えるような繊維状組織とするとともに、押出方向に対して45度方向の伸びδ1 が、押出方向に対して平行方向の伸びδ2 と押出方向に対して直角方向の伸びδ3 よりも大きく、δ1 とδ2 との比δ1 / δ2 と、δ1 とδ3 との比δ1 / δ3 とが各々1.1 以上であるような異方性を有する組織としたこととする。【選択図】        図１
2005105317.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出中空形材において、結晶粒の押出方向の長さL1と厚さ方向の長さL2とのアスペクト比L1/L2 が5 を超えるような繊維状組織とするとともに、押出方向に対して45度方向の伸びδ1 が、押出方向に対して平行方向の伸びδ2 と押出方向に対して直角方向の伸びδ3 よりも大きく、δ1 とδ2 との比δ1 / δ2 と、δ1 とδ3 との比δ1 / δ3 とが各々1.1 以上であるような異方性を有する組織としたことを特徴とする、曲げ加工性と耐圧壊割れ性に優れたアルミニウム合金押出中空形材。
【請求項２】
前記押出中空形材の押出方向に対して45度方向の0.2%耐力が200MPa以上である請求項１に記載の曲げ加工性と耐圧壊割れ性に優れたアルミニウム合金押出中空形材。
【請求項３】
前記Al-Mg-Si系アルミニウム合金が、質量% にて、Mg:0.4〜1.0%、Si:0.4〜1.0%、Cu:0.001〜1.0%を含むとともに、Mn：0.05〜0.40% 、Cr0.05〜0.20% 、Zr：0.05〜0.20% の１種又は２種以上を含み、残部Alおよび不可避的不純物からなる請求項１また２に記載の曲げ加工性と耐圧壊割れ性に優れたアルミニウム合金押出中空形材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲げ加工性と耐圧壊割れ性に優れたAl-Mg-Si系 (以下、6000系とも言う) アルミニウム合金押出中空形材（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、船舶あるいは車両などの輸送機、家電製品、建築、構造物の部材や部品用として、6000系アルミニウム合金押出中空形材が使用されている。特に、輸送車両に対する構造材料は、単なる省エネルギー対策からの軽量化だけでなく、リサイクル性と循環性の必要性もあり、6000系アルミニウム合金材料の位置付けが大きくなってきている。
【０００３】
6000系アルミニウム合金は時効硬化能を有しており、比較的低温の人工時効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利点がある。また、Mg量などの合金量が多い他の5000系のアルミニウム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系アルミニウム合金合金材のスクラップを、アルミニウム合金溶解材 (溶解原料) として再利用する際に、元の6000系アルミニウム合金合金鋳塊が得やすく、リサイクル性と循環性にも優れている利点がある。
【０００４】
また、アルミニウム合金押出材は、素材であるビレットを一度の加工によって複雑な中空形材を成形することが可能であり、前記した各用途に対して、断面形状やデザイン性の自由度が大きいという長所を有する。
【０００５】
これらのアルミニウム合金押出中空形材は、適用される部材や製品形状に応じて、その長手方向に亙って曲げ加工が施されることが多い。
しかし、アルミニウム合金押出中空形材に曲げ加工を施した場合、湾曲部外側面に亀裂が発生したり、湾曲部外側面に凹みが生じたり、湾曲部内側面にシワが生じるなどの、加工不良が起きやすい。このような加工不良は、曲げ加工後の部材や製品に要求される、形状精度、強度、他の部材との接合性、美観などを大きく阻害する。
【０００６】
このため、従来から、主として、曲げ加工装置や曲げ加工方法の改良、あるいは押出中空形材の断面形状の工夫によって曲げ加工性の改善が図られている。しかし、曲げ加工装置や曲げ加工方法の改良には、曲げ加工性の改善限界がある。また、押出中空形材の断面形状の工夫も、前記断面形状やデザイン性の自由度の制約に繋がり、押出中空形材の長所を無くすことにつながる。
【０００７】
これに対して、曲げ加工の素材である、アルミニウム合金押出中空形材側で曲げ加工性が向上すれば、前記曲げ加工装置側や曲げ加工方法側の改良、あるいは押出中空形材の断面形状側の制約の負荷を大きく軽減できる。
【０００８】
これまで、曲げ加工の素材であるAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出中空形材の曲げ加工性を改善するについては、主として、低強度化や、アルミニウム押出形材の長手方向あるいは押出形材のロッド間などの機械的性質のバラツキを極力小さくすることで対応してきた。
【０００９】
例えば、6063などの6000系アルミニウム合金ビレットを均質化処理し、これを押出加工し、冷却後、時効処理を施してアルミニウム合金押出形材を製造するにあたって、押出後に冷却された押出材から少なくとも１以上のサンプルを取得し、このサンプルを先行して時効処理すると共に機械的特性を評価し、これに基づき、その機械的特性が0.2%耐力が120 〜140 MPa 、伸びが１２% 以上となるように時効処理条件を設定することが提案されている。そして、このような方法により、曲げ加工に最適な0.2%耐力及び伸びを有し、曲げ加工精度や耐力値のバラツキが小さく、押し通しなどの曲げ加工においても座屈を生じないアルミニウム押出形材を得ようとしている (特許文献１参照) 。
【００１０】
また、その金属組織を粒状の結晶粒からなる組織 (等軸粒組織) とすることで曲げ加工性を向上させることも提案されている。より具体的には、その平均結晶粒径が100 μm 以下で、かつ結晶粒のアスペクト比、即ちアルミニウム合金押出形材を構成する結晶粒の押出方向の長さと厚さ方向の長さの比が２以下の結晶粒のような等軸粒組織として曲げ加工性を向上させる (特許文献２参照) 。
更に、押出中空形材の軸 (長手) 方向の圧壊特性 (以下、縦圧壊とも言う) や押出中空形材の断面方向の圧壊特性 (以下、横圧壊とも言う) を優れたものとするために、金属組織を上記等軸粒組織ではなく、押出方向に伸長した繊維状組織とすることも知られている (特許文献３参照) 。
【特許文献１】特開2001−316788号公報(2-3頁)
【特許文献２】特開2002−241880号公報(2-3頁)
【特許文献３】特開2003−183757号公報(2-3頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ただ、これら従来のように、アルミニウム合金押出中空形材の機械的性質のバラツキを極力小さくしても、元々のアルミニウム合金押出中空形材の曲げ加工性の限界自体を押し上げる訳ではない。謂わば、元々曲げ加工しにくい中空形材の中で、更に曲げ加工が著しく劣る中空形材を無くすに過ぎない。
【００１２】
しかも、前記特許文献１は、曲げ加工時のスプリングバックなどを防止するために、0.2%耐力を120 〜140 MPa と規定しているように、結局は曲げ加工性向上の常套手段である低耐力化をしているにすぎない。したがって、0.2%耐力が例えば200MPa以上の高強度のアルミニウム合金押出中空形材には適用できない。言い換えると、構造材料としての前記高強度化や、これによる薄肉化、軽量化を犠牲にしている。
【００１３】
また、自動車のフレーム構造材（衝撃吸収部材= 衝突エネルギー吸収部材）としての適用を考えた場合、強度が200MPaに満たないと、エネルギー吸収特性が低下する。
【００１４】
更に、前記金属組織を等軸粒組織とした場合には耐圧壊割れ特性は低い。したがって、比較的加圧力が低いU 字曲げなどでの曲げ加工は可能であるにしても、加圧力がかかり、耐圧壊割れ性が問題となる曲げ加工における曲げ加工性は低い。これらの加工方法としては、例えば、引張曲げや圧縮曲げ、伸ばされる力が働く回転引き曲げなどがある。更に、耐圧壊割れ特性が低いために、衝撃吸収部材として、押出形材の軸方向に用いられるにしても、押出形材の断面方向に用いられるにしても、いずれの使用方向のエネルギー吸収特性も劣ることなる。即ち、前記金属組織を等軸粒組織とした場合には、曲げ加工性と耐圧壊割れ特性とを両立させられないか、両者とも低下する。
【００１５】
更に、押出形材の金属組織を上記等軸粒組織ではなく、押出方向に伸長した繊維状組織としても、必ずしも、曲げ加工性が向上できる訳では無い。
このため、0.2%耐力が200MPa以上の高強度のアルミニウム合金押出中空形材について、素材側からの曲げ加工性を改良することや、曲げ加工性と耐圧壊割れ特性とを両立させることは、かなり難しい技術課題であり、これまで実質的には無かった、あるいは、あったとしても、上記した通り大きな限界があったと言える。
【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、曲げ加工性を向上させ、曲げ加工性と耐圧壊割れ特性とを両立させた、6000系アルミニウム合金押出中空形材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Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出中空形材の要旨は、押出中空形材を、結晶粒の押出方向の長さL1と厚さ方向の長さL2とのアスペクト比L1/L2 が5 を超えるような繊維状組織とするとともに、押出方向に対して45度方向の伸びδ1 が、押出方向に対して平行方向の伸びδ2 と押出方向に対して直角方向の伸びδ3 よりも大きく、δ1 とδ2 との比δ1 / δ2 と、δ1 とδ3 との比δ1 / δ3 とが各々1.1 以上であるような異方性を有する組織としたことである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明者らの知見によれば、Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出中空形材（以下単に押出材とも言う）を、これまでの等方性を有する組織ではなく、特に押出方向に対して45度方向の伸びδ1 が他の方向の伸びよりも大きい異方性を持った組織とすることにより、曲げ加工性、更には、形材断面方向および形材軸 (長手) 方向の圧壊性（変形性）が向上する。
【００１９】
通常、押出材の組織は、押出後の冷却条件や調質 (熱処理) 条件によって、繊維状 (ファイバー状) と言われる結晶粒が押出方向に長く伸長した組織か、結晶粒の押出方向の長さと厚さ方向の長さの比が２以下の等軸粒組織となる。しかし、いずれの場合でも、機械的な性質としては、通常では、押出材の押出方向に対して、平行方向、直角方向、45度方向のいずれの方向も大きく違うことは無い、謂わば等方性なり均一性を有する素材となる。このため、押出材の伸びや耐力などの機械的性質を言う場合、押出材の押出方向に対して、平行方向または直角方向のいずれかの機械的性質で代表するのが常であった。
【００２０】
ただ、通常の等方性を有する押出材の場合にも、上記した製造条件によっては、若干の異方性が生じることが避けられない。即ち、押出方向に対して45度方向の伸びδ1 が、押出方向に対して平行方向の伸びδ2 と押出方向に対して直角方向の伸びδ3 などに比して、低くなる場合なども生じる。これも一応異方性を持った組織と言えるが、このような異方性組織の場合には、曲げ加工性や形材断面方向の圧壊性（変形性）が逆に著しく低下する。
【００２１】
これに対して、本発明のように、押出方向に対して45度方向の伸びδ1 が、前記他の方向の伸びよりも大きくなるような異方性を有する組織とした場合、理由は定かでは無いが、上記等方性を有する組織や、伸びδ1 が前記他の方向の伸びよりも小さくなるような異方性を有する組織に対して、曲げ加工性や形材断面方向および軸方向の圧壊性（変形性）が向上する。
【００２２】
しかも、この効果は、押出材の0.2%耐力が200MPa以上であるような高強度の場合に特に発揮される。したがって、従来のように押出材を低強度化して曲げ加工性や断面方向の圧壊性を向上させる必要が無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
(押出中空形材) 
本発明で言うAl-Mg-Si系アルミニウム合金押出中空形材とは、Al-Mg-Si系アルミニウム合金を押出加工後に通常の調質処理を施した形材を言う。通常の調質処理とは、人工時効処理、溶体化および焼き入れ処理や、これら熱処理の組み合わせなどを言う。
【００２４】
また、中空形材の断面形状は構造材料用途の形状に応じて、矩形、略矩形、円形 (管) 、略円形などの形状が適宜選択できる。更に、通常の押出 (長手) に均一な断面を有する場合の他に、不均一な断面部分を有する場合も含む。
【００２５】
(押出中空形材) 
本発明押出中空形材の異方性組織の要件につき、以下に説明する。
図1 に斜視図で示す、押出中空形材1 の引張試験片の採取方向で、本発明押出中空形材の異方性組織の要件につき説明する。押出中空形材1 において、矢印で示す押出方向A に対して、45度方向に向いた採取試験片X1の引張試験の伸び値が、本発明で言う押出方向に対して45度方向の伸びδ1 である。また、押出方向A に対して平行方向(L方向) に向いた採取試験片X2の引張試験の伸び値が、押出方向に対して平行方向の伸びδ2 である。また、押出方向に対して直角方向(LT 方向) に向いた採取試験片X3の引張試験の伸び値が、押出方向に対して直角方向の伸びδ3 である。なお、図1 では、各方向の採取試験片を平行に各々2 個採取して、この2 個の伸び値の平均をもって、採取試験片の伸び値としている。これは、採取試験片の、機械的性質測定における、引張強度、0.2%耐力でも同様である。
【００２６】
本発明では、この押出方向に対して45度方向の伸びδ1 が、押出方向に対して平行方向の伸びδ2 と押出方向に対して直角方向の伸びδ3 よりも大きく、δ1 とδ2 との比δ1 / δ2 と、δ1 とδ3 との比δ1 / δ3 とが各々1.1 以上であるものとする。
【００２７】
これに対して、等方性組織とは、これらδ1 、δ2 、δ3 とが概ね等しいか、あるいはδ1 が、逆にδ2 やδ3 よりも小さくなるような組織である。このような、押出方向に対して45度方向の伸びδ1 が、前記δ2 やδ3 と概ね等しいか、または、逆に小さいような、等方性を有する組織であれば、曲げ加工性や形材断面方向の圧壊性（変形性）が低下する。
【００２８】
そして、このδ1 とδ2 との比δ1 / δ2 と、δ1 とδ3 との比δ1 / δ3 とが各々1.1 未満であれば、δ1 が、前記δ2 やδ3 と等しい等方性を有する組織と大差なくなり、形材の曲げ加工性や形材断面方向の圧壊性（変形性）が低下する。
【００２９】
なお、δ1 、δ2 、δ3 自体や、δ1 / δ2 とδ1 / δ3 とは高い乃至大きいほど良く、形材の曲げ加工性や形材断面方向の圧壊性効果発揮からの上限はない。ただ、形材の必要強度(0.2% 耐力) や、6000系Al合金板の化学成分組成と製造工程の冶金的な条件からδ自体の向上は制約されている。また、この同じ制約によって、前記δ1 / δ2 とδ1 / δ3 とも、高くなし得る数値には自ずと冶金的な限界がある。
【００３０】
(曲げ加工性) 
本発明の異方性を有する押出中空形材は、図1 に矢印B で示す方向に (図1 の三次元的な意味で上下方向に) 曲げ加工される場合に、曲げ加工性が向上する。この場合、曲げ加工される中空形材1 の形材面の内、形材面1aが曲げ内側および形材面1bが曲げ外側となる。この矢印B で示す方向に、長手方向に亙って曲げ加工された場合に、前記δ1 がδ2 やδ3 よりも大きいと、曲げ内側となる形材面1aに圧縮力負荷によるシワや、曲げ外側となる形材面1bに引張力負荷による割れが発生することなく、曲げ加工することげできる。
【００３１】
(耐圧壊性) 
更に、この曲げ加工性と相関するのが中空形材1 の断面方向の耐圧壊性である。今、図1 に矢印C で示す方向から形材面1aの正面に衝突荷重が負荷された場合、この衝突荷重の吸収性能が向上する。即ち、形材面1aの正面に、矢印C で示す大きな衝突荷重が負荷された場合に、中空形材1 の前記δ1 がδ2 やδ3 よりも大きいと、衝突荷重初期段階では、上記曲げ加工と同様に、曲げ内側となる形材面1aに圧縮力負荷によるシワや、曲げ外側となる形材面1bに引張力負荷による割れが発生しにくい。したがって、衝突荷重初期段階では、上記曲げ加工と同様に、中空形材1 は、矢印B で示す方向に長手方向に亙って曲げられ衝突荷重を吸収する。
【００３２】
衝突荷重が大きい場合には、この中空形材1 の長手方向に亙る曲げ変形でも衝突荷重を吸収できず、中空形材1 の断面方向の変形が始まる。ただ、この場合でも、中空形材1 の前記δ1 がδ2 やδ3 よりも大きいと、縦壁( フランジ) としての形材面1a、1bおよび横壁 (ウエブ) としての形材面1c、1dあるいは縦壁と横壁との結合部である角部 (四隅部) 、が各々圧壊( 損壊) せずに、形材断面方向 (矢印C の方向) に変形して、更に衝突荷重を吸収する。したがって、形材断面方向の衝突荷重吸収特性（変形性）が向上する。このため、形材断面方向の衝突荷重吸収特性が要求される、自動車材におけるバンパ、ドアビームなどの用途に好適である。
【００３３】
なお、この中空形材1 の前記δ1 がδ2 やδ3 よりも大きい異方性は、中空形材1 の軸 (長手) 方向の圧壊特性にも同様に寄与する。即ち、中空形材1 が軸 (長手) 方向 (図1 のA 方向) に衝突荷重を受けた際に、中空形材1 が圧壊せずに、軸 (長手) 方向に蛇腹状に変形して衝突荷重を吸収するような圧壊特性にも寄与する。中空形材1 の前記δ1 がδ2 やδ3 よりも大きいと、中空形材1 が軸 (長手) 方向に衝突荷重を受けた際に、前記縦壁としての形材面1a、1bおよび横壁としての形材面1c、1d、あるいは縦壁と横壁との結合部である角部 (四隅部) 、が各々圧壊 (損壊) せずに、形材軸方向に変形して、衝突荷重を吸収する。したがって、形材軸方向の衝突荷重吸収特性（変形性）が向上する。このため、形材軸方向の衝突荷重吸収特性が要求される、自動車材におけるサイドメンバ、バンパステイ、サイドフレームなどの用途に好適である。
【００３４】
(繊維状組織) 
本発明のような前記δ1 がδ2 やδ3 よりも大きい異方性組織を得るためには、結晶粒のアスペクト比 (結晶粒の押出方向の長さL1と厚さ方向の長さL2とのアスペクト比L1/L2)が２を超えるような繊維状結晶粒 (伸長粒) 組織とすることが前提となる。微細な繊維状組織が形成されるほど、本発明の異方性組織ができやすくなる。また、強度及び耐圧壊割れ性も向上する。
【００３５】
但し、繊維状組織であっても、機械的な性質として、等方性組織 (押出方向に対して平行方向、直角方向、45度方向のいずれも機械的性質がほぼ等しい組織) や、前記δ1 がδ2 やδ3 よりも小さい異方性を持った組織の場合、曲げ加工性や形材断面方向の圧壊性（変形性）が、本発明異方性組織に対して劣る。
【００３６】
また、前記アスペクト比が２以下の等軸粒組織では、本発明のような前記δ1 がδ2 やδ3 よりも大きい異方性組織は得られず、前記した従来技術のように、曲げ加工性と耐圧壊割れ特性とを両立させられないか、両者とも低下することとなる。
【００３７】
この繊維状組織は押出中空形材の断面を構成する壁全体に形成されているのが望ましい。一般的に、押出中空形材表面には、等軸粒状の再結晶層が形成されやすいが、その場合でも、繊維状組織は、中空形材を構成する壁の断面厚さ (肉厚) の70% 以上の厚さで形成されていることが望ましい。言い換えると、表面再結晶層は全体の肉厚の30% 未満のできるだけ薄い厚さとする必要がある。更に、形成される等軸粒状の再結晶層の、少なくとも押出中空形材表面部（外表面から500 μｍまでの部分）の再結晶粒の平均粒径が500 μｍ以下の微細であることが望ましい。
【００３８】
例えば、押出中空形材が1 〜5mm の薄肉になるほど、再結晶層の悪影響が大きい。これは、再結晶層の結晶粒が繊維状組織に比べて結晶粒径が大きいことと、再結晶層の結晶粒界に析出する析出物が多い場合には、表面再結晶粒の粒界に歪みが集中して割れが発生しやすくなるためである。
【００３９】
このような繊維状組織を得るには、後述する通り、Mn、Cr、Zrなどの遷移元素を含有させることが好ましい。これらの遷移元素を含有しない場合、押出直後の水冷などによる直接焼入れの際に、冷却速度が比較的低い場合には、上記繊維状組織を得にくくなる。この繊維状組織とは、押出による繊維状組織が押出工程以降の熱処理工程の間においても再結晶せずに残った状態の組織のことである。したがって、押出工程以降の調質処理において、例えば溶体化および焼入れ処理を行なった場合、この繊維状組織が損なわれ、繊維状組織と前記等軸粒組織とが混在する組織か、前記等軸粒に近い組織となる。このような組織では、本発明の結晶粒のアスペクト比が２を超えるような繊維状組織が得られず、更に、本発明のような前記δ1 がδ2 やδ3 よりも大きい異方性組織も得られない。したがって、曲げ加工性と耐圧壊割れ特性とを両立させられないか、両者とも低下することとなる。
【００４０】
以下に、このような本発明組織を得るための、Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出中空形材の好ましい成分組成や製造条件を説明する。但し、このような条件で製造された中空形材が、全て、確実に、前記伸びの異方性を有する組織となる保障は無い。成分組成が違えば、製造条件が同じでも、得られる組織が異なる。また、製造条件が違えば、成分組成が同じでも、得られる組織が異なる。更に、前記した特許文献1 ならずとも、アルミニウム押出形材では、薄肉化されるほど、実際の製造条件の振れ (揺れ) やバラツキが影響しやすく、長手方向あるいは押出形材のロッド間などの組織のバラツキが大きい。したがって、前記した化学成分組成と製造条件とをその都度十分に考慮して選択し、確実に本発明異方性組織を得る条件 (成分組成と製造条件) を確認する必要がある。
【００４１】
(アルミニウム合金組成) 
本発明では、繊維状組織あるいは押出方向に対して45度方向の0.2%耐力が200MPa以上の高強度や高い伸び異方性などの本発明組織や、更に、上記構造材料としての要求特性を満足させるための、Al-Mg-Si系アルミニウム合金押出中空形材の好ましい成分組成を以下に説明する。
【００４２】
この観点から、Al-Mg-Si系アルミニウム合金組成は、質量% にて、Mg:0.4〜1.0%、Si:0.4〜1.0%、Cu:0.001〜1.0%を含むとともに、Mn：0.05〜0.40% 、Cr0.05〜0.20% 、Zr：0.05〜0.20% の１種又は２種以上を含み、残部Alおよび不可避的不純物からなることが好ましい。なお、本発明での化学成分組成の% 表示は、全て質量% の意味である。
【００４３】
(Mg:0.4 〜1.0%) 
MgとSiとは結合してMg2Si を形成し、合金強度を向上させる。前記衝撃吸収部材など、必要な構造材料として0.2%耐力で200MPa以上の強度を得るためには、Mgは0.4%以上含有されることが必要である。しかし、1.0%を越えて添加されると、焼入れ感受性が鋭くなり、押出加工後の水冷などで、焼入れ速度が低くなると焼きが入らず、0.2%耐力で200MPa以上の強度が出なくなる。従って、Mg含有量の範囲は0.4 〜1.0%とすることが好ましい。
【００４４】
(Si:0.4 〜1.0%) 
一方、Si含有量が0.4%より少ないと必要な強度が得られず、1.0%を越えると焼入れ感受性が鋭くなり、押出加工直後の水冷による直接焼入れなどで、焼入れ速度が低くなると焼きが入らず、上記必要な強度が出なくなる。従って、Si含有量の範囲は0.4 〜1.0%とすることが好ましい。
【００４５】
また、好ましくは、MgとSiとを、SiとMgとの質量比Si/Mg で1 を越える、Si過剰型の組成とする。このSi過剰型の組成とした方が、より高強度化が図れるとともに、本発明の繊維状組織や異方性組織ができやすくなる。
【００４６】
(Mn 、Cr、Zr) 
Mn、Cr、Zrなどの遷移元素は、押出材に繊維状組織を形成して、本発明異方性組織をできやすくする。また、強度を高め、前記衝撃吸収部材としての耐圧壊割れ性も向上させる作用がある。また、本発明異方性組織ができやすくなる。したがって、これらの中から１種又は２種以上を、Mn：0.05〜0.40% 、Cr0.05〜0.20% 、Zr：0.05〜0.20% の範囲で含有する。これらの遷移元素の含有量が下限未満ではこの効果がなく、製造条件によっても、繊維状組織の形成や本発明異方性組織を作ることが困難となる。また、これらの遷移元素の含有量が上限を越えた場合、溶解、鋳造時に粗大な金属間化合物や晶析出物を生成しやすく、破壊の起点となり易いため、Al合金板の機械的性質を低下させる原因となる。
【００４７】
(Cu:0.001 〜1.0%) 
Cuは比較的低温短時間の人工時効処理の条件で、アルミニウム合金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、強度を高めるる効果がある。Cu含有量が0.001%未満ではこの効果がない。一方、1.0%を越えると、耐応力腐食割れ性や溶接性を著しく劣化させる。したがって、Cu含有量の範囲は0.001 〜1.0%である。
【００４８】
以下に、必要により選択的に含有させる元素あるいは不純物だが含有効果もある元素について説明する。
(Ti 、B)
Ti、B は、Ti:0.1% 、B:300ppmを各々越えて含有すると、粗大な晶出物を形成する。但し、Ti、B には微量の含有で、鋳塊の結晶粒を微細化させる効果がある。したがって、Ti:0.1% 以下、B:300ppm以下までの含有は許容する。
【００４９】
(Fe)
溶解原料から混入して、不純物として含まれるFeは、Al7Cu2Fe、Al12(Fe,Mn)3Cu2 、(Fe,Mn)Al6などの晶出物を生成する。これらの晶出物は再結晶粒の核となり、Feが0.08% 以上含まれた場合に、結晶粒の粗大化を阻止して、結晶粒を50μm 以下の微細粒とする役割を果たす。しかし、一方で、これらの晶出物は、破壊靱性および疲労特性、更には、前記加工条件が厳しくなったフラットヘム加工性およびプレス成形性を著しく劣化させる。これらの劣化特性は、Feの含有量が0.50% を越えると顕著になる。このため、含有させる場合のFeの含有量は、0.08〜0.50% とすることが好ましい。
【００５０】
上記合金元素以外の、Zn、Ni、V など、その他の合金元素は、基本的には不純物元素である。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系合金やその他のアルミニウム合金スクラップ材、低純度アルミニウム地金などを溶解原料として使用して、上記本発明アルミニウム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、目的とする効果を阻害しない範囲で、これら他の合金元素が含有されることを許容する。
【００５１】
（製造方法）
次に、好ましい製造方法や製造条件について以下に説明する。
本発明のアルミニウム合金押出中空形材は、上記組成のアルミニウム合金の鋳造ビレットを、均質化熱処理を施した後、そのままか、または一旦冷却した後再加熱して熱間押出を行う。この際、均質化熱処理を施すことなく、直接加熱して熱間押出を行っても良い。
【００５２】
均質化熱処理は、400 〜530 ℃の範囲から選択し、1 〜20時間行うのが好ましい。均質化処理温度が530 ℃を越えると、前記Mn、Cr、Zrなどの遷移元素による分散粒子が粗大化して、微細な繊維状組織化や本発明異方性組織化を促進する分散粒子自体の数が不足する。一方、均質化熱処理温度が400 ℃未満と低過ぎると、粗大な晶出物が残存し、押出中空形材を高強度化することが難しくなる。
【００５３】
熱間押出も400 〜520 ℃、好ましくは400 ℃以上、500 ℃未満の温度範囲で行うのが好ましい。押出温度が400 ℃未満では、マトリックス中のMgおよびSiの固溶量が少なく、上記直接焼入れや人工時効処理で十分な強度が得られない。一方、押出温度が520 ℃を越えると、より厳しくは500 ℃以上では、前記Mn、Cr、Zrなどの遷移元素による分散粒子が粗大化して、微細な繊維状組織化や本発明異方性組織化を促進する分散粒子自体の数が不足しやすく、これらの組織が得られない可能性が高くなる。また、人工時効処理によってもMg2Si 析出物量が減少する可能性が高い。
【００５４】
また、熱間押出の押出比は、前記伸びの異方性を有する組織とするために、90%(押出比で10以上) を越えるできるだけ高い値とする。この押出比が低いと、前記上記繊維状組織と、伸びの異方性を有する組織が得られない可能性が高い。
【００５５】
この熱間押出直後に、オンラインにて、押出時の高温から水冷あるいは空冷により焼入れる、直接焼入れを行なうことが好ましい。但し、空冷や放冷などで、冷却速度が比較的遅くなった場合、上記繊維状組織を得にくくなる。
【００５６】
押出および上記直接焼入れされたアルミニウム合金中空形材について、160 〜230 ℃×1 〜10時間程度の人工時効処理などの調質処理を行う。なお、溶体化および焼入れ処理は、前記した通り、繊維状組織が得られなくなるので、しない方が好ましい。
【実施例１】
【００５７】
次に、本発明の実施例を説明する。押出製造条件を種々変えて、図１に示すような矩形断面の押出中空形材1 を得た上で、これら押出中空形材1 の組織の伸びの異方性を変えて、圧壊特性 (縦、横) と曲げ加工性を評価した。
【００５８】
即ち、組織の伸びの異方性に影響する、成分、均質化熱処理温度、押出温度、押出比、押出後のオンラインでの直接焼き入れ速度を種々変え、押出中空形材1 の組織として、繊維状組織、等軸状組織など、および、これら組織の結晶粒のアスペクト比、を各々変化させ、伸びの異方性を制御、変化させた。
【００５９】
具体的には、ＤＣ鋳造により、表１に示す各6000系成分組成のアルミニウム合金ビレットを溶製し、表２に示す各温度で、共通して4hr の均質化熱処理を行った。続いて、表２に示す各押出温度押出加工を行い、押出直後にオンラインで各々水冷による直接焼入れを行った。ついで、これらの押出材に対し、共通して190 ℃×3 時間の時効処理を施し、各々供試材とした。各例とも共通して、押出速度は5m/ 分、押出比は61、直接焼入れの際の冷却速度は350 ℃/ 秒と、本発明の繊維状組織ならびに異方性組織が得やすい条件とした。
【００６０】
供試材は、各例とも共通して図1 に示す矩形断面の押出中空形材1 であり、長辺が100mm 、短辺が70mm、肉厚が1.5mm であった。
【００６１】
供試材より試験片を採取し、200 倍の光学顕微鏡により組織観察し、視野内の複数の結晶粒の押出方向の長さL1と厚さ方向の長さL2とのアスペクト比L1/L2 を算出して、平均的なアスペクト比を求めた。また、押出方向に対して平行方向に長く伸長する繊維状組織か、結晶粒の押出方向の長さL1と厚さ方向の長さL2との差が顕著では無い等軸状組織かを判別した。これらの結果を表3 に示す。なお、発明例、比較例とも、結晶粒の厚さ方向の長さL2は20μm 以下の微細結晶粒であり、押出材表面の再結晶層の粒径は50μm 以下、厚みは300 μm 以下であった。
【００６２】
供試材より、ＪＩＳ５号試験片を採取し、ＪＩＳＺ２２４１に準拠して引張試験を行った。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。ただ、本発明の場合、各例の供試材の押出方向に対して45度方向の引張強さ (σB :MPa )、耐力 (σ0.2:MPa ) を測定した。また、伸び（%)は、図1 で前記した通り、矢印で示す押出方向A に対して、45度方向の伸びδ1 、押出方向A に対して平行方向(L方向) の伸びδ2 、押出方向A に対して直角方向の伸びδ3 を各々測定した。そして、45度方向の伸びの異方性を見るため、δ1 / δ2 、δ1 / δ3 を求めた。これらの結果を表3 に示す。
【００６３】
長さ200 mmの供試材を用い、アムスラー試験機にて図２に示すように軸方向に静的圧縮荷重を加え、これを100mm まで圧縮して縦圧壊特性を評価した。縦圧壊特性評価は、圧縮による軸方向の蛇腹状変形部の割れの有無によって行った。この割れ性の評価は目視にて行い、圧縮変形後のサンプルの蛇腹状変形部に、開口割れや微小な割れを含めて割れが全く発生していないものを縦圧壊特性に優れるとして○、微小な割れの発生したものを△、開口割れの発生したものを縦圧壊特性が劣るとして×と、各々評価した。なお、開口割れとは、図1 において閉断面である中空形材1 のいずれかの壁が開口を形成するように割れた場合を意味する。
【００６４】
同じく長さ200 mmの供試材を用い、図3 に示すように、供試材の長辺側1a、1bが上下になるように横向きに置いて静的圧縮荷重を加え、これを20 mm まで圧縮して横圧壊特性を評価した。横圧壊特性評価は、圧縮による幅方向の形材面 (壁)1d 、1cの外側へ屈曲する変形に際しての、形材面1d、1c屈曲部や、各形材面結合部での割れの有無によって行った。この割れ性の評価は目視にて行った。圧縮後のサンプルに、前記割れが全く発生していないものを横圧壊特性が優れるとして○、微小な前記割れが発生したものを△、大きな前記割れが発生したものを圧壊特性が劣るとして×と各々評価した。
【００６５】
長さ2000 mm の供試材を用い、図4 に示すドローベンダーによる曲げ加工試験を行なった。曲げ内側半径Ｒは300mm とした。曲げ加工の際の、機械的なクリアランスは0.1mm とした。曲げ加工後のサンプルの曲げ外側となる図1 の形材面1aの割れや、曲げ内側となる形材面1b面のしわの発生状況を目視にて評価した。曲げ加工後のサンプルに、割れやしわの発生していないものを曲げ加工性が優れるとして○、微小な割れやしわのの発生したものを△、開口割れの発生したものを曲げ加工性が劣るとして×と、各々評価した。
【００６６】
表1 〜3 に示す通り、本発明例は、アルミニウム合金押出中空形材が、本発明範囲内の成分組成を有し、均質化熱処理温度や押出温度が好ましい条件範囲内で製造されている。この結果、結晶粒の押出方向の長さL1と厚さ方向の長さL2とのアスペクト比L1/L2 が10を越える( ＞10) 繊維状組織が得られるとともに、押出方向に対して45度方向の伸びδ1 が、押出方向に対して平行方向の伸びδ2 と押出方向に対して直角方向の伸びδ3 よりも大きく、δ1 とδ2 との比δ1 / δ2 と、δ1 とδ3 との比δ1 / δ3 とが各々1.1 以上であるような異方性を有する組織となっている。このため、曲げ加工性と、縦、横の耐圧壊割れ性に優れている。しかも、この効果が押出材の0.2%耐力が200MPa以上であるような高強度の場合に特に発揮されている。
【００６７】
これに対して、比較例8 、9 は、アルミニウム合金押出中空形材が、本発明範囲内の成分組成を有しているにもかかわらず、均質化熱処理温度か押出温度が好ましい条件範囲から外れた高い条件で製造されている。この結果、繊維状組織が得られず、アスペク比が小さい等軸状組織しか得られていない。この結果、発明例のような異方性を有さず、伸びδ1 が前記他の方向の伸びよりも小さくなるような異方性を有する組織しか得られていない。このため、曲げ加工性と、縦、横の耐圧壊割れ性が劣っている。
【００６８】
また、比較例10は、アルミニウム合金押出中空形材が、本発明範囲外の成分組成であり、更に押出温度が好ましい条件範囲から外れた高い条件で製造されている。比較例11〜13は、アルミニウム合金押出中空形材が、本発明範囲外の成分組成であり、製造条件は均質化熱処理温度や押出温度が好ましい条件範囲内で製造されている。この結果、繊維状組織が得られず、アスペク比が小さい等軸状組織しか得られていない。この結果、発明例のような異方性を有さず、やはり、伸びδ1 が前記他の方向の伸びよりも小さくなるような異方性を有する組織しか得られていない。このため、曲げ加工性と、縦、横の耐圧壊割れ性が劣っている。
【００６９】
したがって、これら実施例の結果から、本発明の成分組成、組織の要件の臨界的な意義が裏付けられる。
【００７０】
【表１】
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【００７１】
【表２】
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【００７２】
【表３】
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【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上説明したように、本発明によれば、曲げ加工性を向上させ、曲げ加工性と耐圧壊割れ特性とを両立させた、6000系アルミニウム合金押出中空形材を提供できる。したがって、サイドメンバー、サイドフレーム、バンパ補強材、バンパステイ、ドアビームなどの、曲げ加工性と耐圧壊割れ特性とが要求される自動車用フレーム材などへのアルミニウム合金の用途の拡大を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明アルミニウム合金押出中空形材を示す斜視図である。
【図２】実施例における縦圧壊試験を説明する図 (変形前と変形後) である。
【図３】実施例における横圧壊試験を説明する図( 変形前と変形後) である。
【図４】実施例における曲げ加工試験を説明する図である。
【符号の説明】
【００７５】
1：アルミニウム合金中空形材、A:押出方向、B:曲げ方向、
X1:45度方向の引張試験片、 X2:平行方向の引張試験片、
X3 直角方向の引張試験片、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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