(57)【要約】本発明は、アルミニウム合金製の、自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネントの製造方法を目的とし、該製造方法は、０〜３．５ｍｍの厚みの、Ｓｉ：０．６０〜０．８５；Ｆｅ：０．０５〜０．２５；Ｃｕ：０．０５〜０．３０；Ｍｎ：０．０５〜０．３０；Ｍｇ：０．５０〜．００；Ｔｉ：０．０２〜０．１５；Ｖ：０．００〜０．１５、他の元素は各々０．０５未満で合計０．１５未満、残りはアルミニウム、なおＭｇ＜−２．６７×Ｓｉ＋２．８７の組成（重量％）の合金製の薄板またはバンドの製造、溶体化処理、および焼入れ、予備焼戻し、７２時間〜６か月間の時効、絞り加工、１８０〜４８０分の維持時間を伴うおよそ２０５℃の温度での焼戻し、または等価時間−温度での焼戻し、塗装、および１５０〜１９０℃の温度で１５〜３０分間の「塗装焼付焼戻し」すなわち「ベークハードニング」のステップを含む。本発明はまた、このような方法によって製造された、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネントも目的とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝突の際に不可逆的にエネルギーを吸収することを目的としたアルミニウム合金製の、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネントの製造方法であって、
−１〜３．５ｍｍの厚みの、以下の組成（重量％）の合金製の薄板またはバンドの製造：
Ｓｉ：０．６０〜０．８５；Ｆｅ：０．０５〜０．２５；Ｃｕ：０．０５〜０．３０；Ｍｎ：０．０５〜０．３０；Ｍｇ：０．５０〜１．００；Ｔｉ：０．０２〜０．１５；Ｖ：０．００〜０．１５、他の元素は各々０．０５未満で合計０．１５未満、残りはアルミニウム、なおＭｇ＜−２．６７×Ｓｉ＋２．８７、
−溶体化処理、焼入れ、および場合によっては行われる予備焼戻しの熱処理であって、予備焼戻しは、少なくとも６０℃の温度でのコイリングとそれに続く外気冷却によって典型的には得られる、５０〜１００℃の温度での少なくとも１２時間の処理である、熱処理、
−典型的には７２時間〜６か月間の周囲温度での時効、
−３次元部品を得るための、プレス絞り加工による成形、
−１８０〜４８０分の維持時間を伴う、およそ２０５℃の温度でのワークピースの焼戻し、または等価時間温度での焼戻し、
−塗装、および１５分〜３０分間の１５０〜１９０℃、好ましくは１７０〜１９０℃の温度での「塗装焼付焼戻し」すなわち「ベークハードニング」、
のステップを含む製造方法。
【請求項２】
２０５℃での焼戻しの維持時間が２４０〜４８０分、または等価時間−温度であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
薄板またはバンドのＳｉ含有量が、０．６０〜０．７５であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
薄板またはバンドのＦｅ含有量が、０．０５〜０．２０であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
薄板またはバンドのＣｕ含有量が、多くても０．２０、好ましくは０．０８〜０．１５であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
薄板またはバンドのＭｎ含有量が０．１０〜０．１５であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
薄板またはバンドのＭｇ含有量が、０．６０〜０．７０であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
薄板またはバンドのＴｉ含有量が、０．０３〜０．１０であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
薄板またはバンドのＶ含有量が、０．０５〜０．１０であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
絞り加工前の薄板またはバンドの製造が、
−スラブの鋳造、典型的には垂直式半連続鋳造、およびそのスカルピング、
−２〜１２時間、好ましくは４〜６時間の維持を伴う、５３０〜５７０℃の温度でのこのスラブの均質化、
−３．５〜１０ｍｍの厚みのバンドへのスラブの熱間圧延、
−最終厚みに至るまでの冷間圧延、
のステップを含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
ＮＦ  ＥＮ  ＩＳＯ  ６８９２？１規格に準じて決定されるその弾性限界が２６０ＭＰａ以上であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法によって製造された、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネント。
【請求項１２】
ＮＦ  ＥＮ  ＩＳＯ  ７４３８規格、およびＶＤＡ  ２３８−１００の手順、およびＶＤＡ  ２３９−２００の手順に準じて決定されるその「３点曲げ試験による曲げ角度」αノルムが少なくとも９０°であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法によって製造された、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネント。
【請求項１３】
ドア、ボンネット、後部扉、ルーフパネルのライナーもしくは補強部材、さらにはフレームサイドメンバー、バルクヘッド、ロードフロア、トンネル、およびフロントピラー、センターピラーそしてリヤピラー、ならびに衝撃吸収部材すなわち「クラッシュボックス」を特に含む群の中から選択されることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車構造のコンポーネントまたは部品の分野に関するものであり、該コンポーネントまたは部品は、衝突の際に不可逆的にエネルギーを吸収することを目的としたアルミニウム合金製薄板、より詳細には「アルミニウム協会」の呼称によるＡＡ６０００系の合金製の薄板の絞り加工によって特に製造され、また高い機械的強度と優れた「クラッシュ」挙動との間の卓越した妥協点を有するものであり、それらはとりわけ衝撃吸収部材すなわち「クラッシュボックス」、補強用部品、ライナー部品、または他のボディ構造部品のようなものである。
【０００２】
本発明はより具体的には、溶体化処理、焼入れ、および時効が行われた状態での絞り加工、それに続くワークピースの焼戻しによる硬化、およびそれに続く塗装焼付硬化すなわち「ベークハードニング」による、そのようなコンポーネントの製造に関する。
【背景技術】
【０００３】
序文において、以下で問題にされるアルミニウム合金は全て、相反する指示のないかぎり、「アルミニウム協会」がその定期刊行物「Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  Ｒｅｃｏｒｄ  Ｓｅｒｉｅｓ」の中で定義する呼称にしたがって示されている。
【０００４】
合金の化学組成に関して表示されているものは全て、合金の総重量に基づく重量百分率として表現されている。
【０００５】
１．４×Ｓｉと表現されている場合、重量パーセントで表示されたケイ素含有量を１．４倍するという意味である。
【０００６】
質別の定義は、欧州規格ＥＮ５１５中に記されている。
【０００７】
引張りにおける静的機械的特性、言い換えると破断強度Ｒm、従来の０．２％の伸びにおける弾性限界Ｒｐ0.2、および破断伸びＡ％は、ＮＦ  ＥＮ  ＩＳＯ  ６８９２？１規格に準じた引張り試験により決定される。
【０００８】
アルファノルムと呼ばれる曲げ角度は、ＮＦ  ＥＮ  ＩＳＯ  ７４３８規格、およびＶＤＡ  ２３８−１００の方法、およびＶＤＡ  ２３９−２００の方法に準じた３点曲げ試験により決定される。
【０００９】
アルミニウム合金は、車両の重量を削減して燃料消費および温室効果ガスの排出を減少させるために、自動車製造において増々使用されている。
【００１０】
アルミニウム合金製薄板は、特に「ホワイトボディ」の多くの部品を製造するために使用され、これらの中には、フロントフェンダ、ルーフまたはルーフパネル、ボンネットやトランクまたはドアの外板といった車体の外板部品（または車体の外部パネル）、および例えばドア、ボンネット、後部扉、ルーフパネルの補強部材またはライナー、さらにはフレームサイドメンバー、バルクヘッド、ロードフロア、トンネル、およびフロントピラー、センターピラーそしてリヤピラー、最後に衝撃吸収部材すなわち「クラッシュボックス」といった、ボディ構造のコンポーネントまたはライナー部品が見受けられる。
【００１１】
すでに多くの外板部品がアルミニウム合金製薄板で製造されているものの、複雑な幾何形状を有する構造の部品、またはライナー部品を鋼からアルミニウムへ転換することは、より困難であることが明らかである。一方ではアルミニウム合金の成形性が鋼に比べて劣るためであり、また他方では、機械的特性が、このタイプの部品のために使用されている鋼のそれに比べて一般に劣るためである。
【００１２】
実際、このタイプの応用は、時として対立する以下のような特性を全て必要とする。
−引き渡し状態、質別Ｔ４における、特に絞り加工の作業のための高い成形性、
−成形の際のスプリングバックを制御するために引き渡し状態で調整されている、薄板の弾性限界、
−スポット溶接、レーザ溶接、接着、クリンチング、またはリベット締めのような、自動車車体に用いられるさまざまな組立て方法における優れた挙動、
−部品の重量を最小限に抑えながら使用中に優れた機械的強度を得るための、電気泳動および塗装焼付後の高い機械的強度、
−ボディ構造部品へ応用するための、衝突時の優れたエネルギー吸収能力、
−完成部品の腐食、特に粒間腐食、応力腐食、および糸状腐食に対する優れた耐性、
−製造廃棄物または再生利用車両の再生利用要件との両立性
−大量生産のための許容可能なコスト。
【００１３】
しかしながら、今やすでに、大部分がアルミニウム合金で構成されているホワイトボディを備えた大量生産の自動車が存在している。例えば、２０１４年型のＦｏｒｄ  Ｆ−１５０は、構造用合金ＡＡ６１１１で構成されている。この合金は、１９８０〜１９９０年代に「アルカン」グループによって開発された。二つの参考文献が、この開発研究について記述している。
−Ｐ．Ｅ．Ｆｏｒｔｉｎ他、「Ａｎ  ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  Ａｌ  ａｌｌｏｙ  ｆｏｒ  Ａｕｔｏ  ｂｏｄｙ  ｓｈｅｅｔ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＳＡＥ  ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９８４年３月、は以下の組成を記述している。
【００１４】
【表１】
2018534434.tif 000002
【００１５】
−Ｍ．Ｊ．Ｂｕｌｌ他、「Ａｌ  ｓｈｅｅｔ  ａｌｌｏｙｓ  ｆｏｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ａｎｄ  ｓｋｉｎ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、２５ｔｈ  ＩＳＡＴＡ  ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｐａｐｅｒ  ９２０６６９、１９９２年６月。
【００１６】
主要な特性は、たとえそれが最初は外板タイプに応用するためにへこみに耐えるように想定されているにせよ、依然として高い機械的強度である。「２８０ＭＰａの降伏強さが、２％の予備ひずみを与えて１７７℃で３０分おいた後に達成される」。
【００１７】
他方では、高い機械的特性を有するＡＡ６０００系の別の合金が、航空機または自動車に応用するために開発された。このように、その開発が「Ｐｅｃｈｉｎｅｙ」社における１９８０年代に遡るＡＡ６０５６タイプの合金は、機械的特性を最適化するためにせよ、粒間腐食に対する耐性を向上させるためにせよ、多くの研究論文および多くの刊行物の対象になった。ここでは、特許出願（国際公開第２００４／１１３５７９号）の対象になった、このタイプの合金の自動車応用を採用することにする。
【００１８】
ＡＡ６０１３タイプの合金もまた、多くの研究論文の対象になった。例えば「Ａｌｃｏａ」社では、２００２年に公開された米国特許出願公開第２００２／０３９６６４号明細書において、０．６〜１．１５％のＳｉ、０．６〜１％のＣｕ、０．８〜１．２％のＭｇ、０．５５〜０．８６％のＺｎ、０．１％未満のＭｎ、０．２〜０．３％のＣｒ、およびおよそ０．２％のＦｅを含み、質別Ｔ６で使用される合金が、粒間腐食に対する優れた耐性および３８０ＭＰａのＲｐ0.2を兼ね備える。
【００１９】
「Ａｌｅｒｉｓ」社では、２００３年に公開された国際公開第２００３／００６６９７号が、０．２％から０．４５％のＣｕを含有するＡＡ６０００系合金を対象としている。発明の目的は、Ｃｕレベルが低く、質別Ｔ６で３５５ＭＰａのＲｍにターゲットを定める、また粒間腐食に対する優れた耐性を有するＡＡ６０１３タイプの合金を提案することである。請求される組成は、０．８〜１．３％のＳｉ、０．２〜０．４５％のＣｕ、０．５〜１．１％のＭｎ、０．４５〜１．０％のＭｇである。
【００２０】
最後に、前述の例の大部分において、高い機械的特性（Ｒｐ0.2、Ｒｍ）の獲得が、少なくとも０．５％の銅を含む合金に頼ることによって達成されることに留意されたい。
【００２１】
例えば欧州特許出願公開第２５８１２１８号明細書中に記述されているような、自動車に応用するための７０００系合金製構造部品もまた知られている。
【００２２】
さらに前述の合金では、従来の絞り加工では製造できない特にドアライナーなどの複雑な幾何形状の部品をアルミニウム合金で製造するために、過去においてさまざまな解決法が企図され、かつ／または実施された。
−このタイプの部品を成形、特に「加圧下」タイプの成形によって製造することによって、絞り加工に関連する問題点を回避する。これは、２０００年の優先権を有するＮｏｔｈｅｌｆｅｒ  ＧｍｂＨの欧州特許第１３０５１７９号明細書が示している。
−絞り加工に対するより優れた適性を得るため、いわゆる「温間」絞り加工を実施する。これは、アルミニウム合金製ブランクを全体的または局所的に、いわゆる中間温度、つまり１５０〜３５０℃の温度で加熱して、同様に予め加熱できる金型を有するプレス下でその挙動を改善することにある。２００３年の優先権を有する出願人の欧州特許第１６０１４７８号明細書は、この解決法に基礎を置いている。
−ＡＡ５０００系合金の絞り加工に対する適性を、その組成を介して修正する。すなわち、マグネシウム含有量を５％を超えるように増大させることが特に提案された。ただし、これは、耐腐食性に関しては影響がないわけではない。
−より優れた成形性のために、Ｍｇ含有量が５％を超えるＡＡ５０００系合金製のコアと、より優れた耐腐食性を有する合金製のメッキ薄板とで構成された複合薄板を使用する。ただしこの場合、穴あけされたゾーンあるいはより一般的にはコアが露出しているゾーンにおいて、特に組立て時に、薄板の縁部での耐腐食性が不十分であることが判明する場合がある。
−最後に、非対称の圧延を行なって、より有利な結晶学的組織を作り出すこともまた提案された。これは、三菱アルミニウム（株）の特開２００３？３０５５０３号公報が示している。ただし、このタイプの非対称圧延の工業化は困難であり、特定の圧延機を必要とし、得られる薄板の表面外観に対し不利な影響を及ぼす可能性があり、また多大な追加費用を発生させる場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】国際公開第２００４／１１３５７９号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０３９６６４号明細書
【特許文献３】国際公開第２００３／００６６９７号
【特許文献４】欧州特許出願公開第２５８１２１８号明細書
【特許文献５】欧州特許第１３０５１７９号明細書
【特許文献６】欧州特許第１６０１４７８号明細書
【特許文献７】特開２００３？３０５５０３号公報
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】Ｐ．Ｅ．Ｆｏｒｔｉｎ他、「Ａｎ  ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ  Ａｌ  ａｌｌｏｙ  ｆｏｒ  Ａｕｔｏ  ｂｏｄｙ  ｓｈｅｅｔ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＳＡＥ  ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ、１９８４年３月
【非特許文献２】Ｍ．Ｊ．Ｂｕｌｌ他、「Ａｌ  ｓｈｅｅｔ  ａｌｌｏｙｓ  ｆｏｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ  ａｎｄ  ｓｋｉｎ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、２５ｔｈ  ＩＳＡＴＡ  ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，ｐａｐｅｒ  ９２０６６９、１９９２年６月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
自動車車体のコンポーネントのためのアルミニウム合金製薄板の使用、および大量生産が増々発展していることを考えると、絶えず軽量化を高めるような方法で他の特性を損ねることなく厚みを減らすことを可能にする、さらなる改善に対する要求が常に存在している。
【００２６】
当然のことながら、この発展は、弾性限界が一層高められた合金の使用を経るものであり、質別Ｔ４、即ち溶体化処理および焼入れ後に成形され、予備焼戻しと塗料およびニスの焼付の作業の際にしっかりと硬化する、さらに耐性の高いＡＡ６０００系の合金を使用することにある解決法は、その限界に達している。この解決法は、質別Ｔ４からさらに硬さが増し、したがって深刻な成形問題を提起する合金に帰着する。
【００２７】
本発明は、高い機械的強度と質別Ｔ４での成形性との間の卓越した妥協点ならびに完成したコンポーネントのリベット締めおよび「クラッシュ」に対する優れた挙動を、周囲温度での時効後の質別Ｔ４での成形、それに続く成形されたワークピースの焼戻しによる硬化、およびそれに続く塗装焼付すなわち「ベークハードニング」によって、そのようなコンポーネントの製造方法を提案することにより得ることを目的とする。
【００２８】
これらのコンポーネントはさらに、腐食に対する非常に優れた耐性、およびスポット溶接やレーザ溶接、接着、クリンチング、またはリベット締めのようなさまざまな組立て方法における優れた挙動を示さなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明は、成形、とりわけ絞り加工される「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体のアルミニウム合金製コンポーネントの製造方法を目的とするものであり、以下のステップを含む。
−１〜３．５ｍｍの厚みの、以下の組成（重量％）の合金製の薄板またはバンドの製造：
Ｓｉ：０．６０〜０．８５；Ｆｅ：０．０５〜０．２５；Ｃｕ：０．０５〜０．３０；Ｍｎ：０．０５〜０．３０；Ｍｇ：０．５０〜１．００；Ｔｉ：０．０２〜０．１５；Ｖ：０．００〜０．１５、他の元素は各々０．０５未満で合計０．１５未満、残りはアルミニウム、なおＭｇ＜−２．６７×Ｓｉ＋２．８７、
−溶体化処理、焼入れ、および場合によっては行われる予備焼戻しの熱処理であって、予備焼戻しは、少なくとも６０℃の温度でのコイリングとそれに続く外気冷却によって典型的には得られる、通常５０〜１００℃の温度での少なくとも１２時間の処理である、熱処理、
−典型的には７２時間〜６か月間の周囲温度での時効、
−３次元部品を得るための、特にプレス絞り加工による成形、
−１８０〜４８０分の、好ましくは２４０〜４８０分の維持時間を伴う、およそ２０５℃の温度でのワークピースの焼戻し、または等価時間温度での焼戻し、
−塗装、および１５分〜３０分間の１５０〜１９０℃、好ましくは１７０〜１９０℃の温度での「塗装焼付焼戻し」すなわち「ベークハードニング」。
【００３０】
３次元部品とは、前記部品の横断面がある方向に沿ってずっと一定であるという方向がひとつもない部品を意味する。
【００３１】
有利な形態によると、上記の方法によって得られるコンポーネントは、時効、焼戻し、および塗装焼付硬化の後、ＮＦ  ＥＮ  ＩＳＯ  ６８９２？１規格に準じて決定される少なくとも２６０ＭＰａの弾性限界Ｒｐ0.2、および／またはＮＦ  ＥＮ  ＩＳＯ  ７４３８規格、およびＶＤＡ  ２３８−１００の方法、およびＶＤＡ  ２３９−２００の方法に準じて測定される少なくとも９０°、好ましくは少なくとも１００°の「３点曲げ試験による曲げ角度」αノルムを有する。
【００３２】
本発明はまた、最後に、特にドア、ボンネット、後部扉、ルーフパネルのライナーもしくは補強部材、さらにはフレームサイドメンバー、バルクヘッド、ロードフロア、フロアトンネルおよびフロントピラー（または前方窓柱）、センターピラー（または中央窓柱）そしてリヤピラー（または後方窓柱）、ならびに衝撃吸収部材すなわち「クラッシュボックス」のような、「ホワイトボディ」とも呼ばれる自動車ボディ構造または車体の絞り加工されたコンポーネントも含む。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】厚みｔの薄板Ｔの曲げを行うための、半径ｒのパンチＢ、二つのローラＲで構成される「３点曲げ試験」用装置を示している。
【図２】「３点曲げ」試験後の薄板Ｔを、内角βおよび試験の測定結果である外角αとともに示している。
【図３】引張機械的特性を示しており、各ヒストグラム群は左から右にかけてＭＰａ表示でのＲｐ0.2、％表示でのＡ８０、ＭＰａ表示でのＲｍを示しており、これらが同じく左から右にかけて焼戻し処理後の本発明による薄板（Ｒｅｖｅｎｕ）、焼戻し＋塗装焼付後の薄板（Ｒｅｖｅｎｕ＋ＰＢ）、および２％の引張り予備ひずみが与えられた焼戻しおよび塗装焼付が行われた薄板（２％＋Ｒｅｖｅｎｕ＋ＰＢ）について示している。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明は、完成したコンポーネントの非常に満足のゆくリベット締めに対する適性およびクラッシュに対する挙動を保証しながら、溶体化処理、焼入れ、および周囲温度での時効後の絞り加工に対する卓越した適性と、典型的にそれぞれ２０５℃および１８０℃で４時間および２０分間の焼戻しされた状態ならびに塗装焼付硬化後に十分な機械的強度とを有する薄板を得ることが、適合した組成および製造方法により完全に可能であるという出願人によって成された検証に基礎を置く。
【００３５】
この最終の冶金学的状態において達成される機械的特性は、弾性限界Ｒｐ0.2≧２６０ＭＰａ、破断強度Ｒm≧２９０ＭＰａ、破断Ａ80≧伸び１０％、ならびに割れのない曲げ角度αノルム≧９０°、好ましくは≧１００°である。
【００３６】
本発明による合金の組成は、以下の通りである（重量％）。
Ｓｉ：０．６０〜０．８５；Ｆｅ：０．０５〜０．２５；Ｃｕ：０．０５〜０．３０；Ｍｎ：０．０５〜０．３０；Ｍｇ：０．５０〜１．００；Ｔｉ：０．０２〜０．１５；Ｖ：０．００〜０．１５、他の元素は各々０．０５未満で合計０．１５未満、残りはアルミニウム、なおＭｇ＜−２．６７×Ｓｉ＋２．８７。
【００３７】
このタイプの合金を構成する元素に課せられた濃度範囲は、以下の理由によって説明される。
【００３８】
Ｓｉ：ケイ素は、マグネシウムとともに、アルミニウム−マグネシウム−ケイ素系（ＡＡ６０００系）の合金の主成分であり、この合金の時効硬化に貢献するＭｇ2ＳｉまたはＭｇ5Ｓｉ6金属間化合物を形成する。含有量０．６０％〜０．８５％のケイ素の存在は、含有量０．５０％〜１．００％のマグネシウムの存在と組み合わされ、Ｍｇ＜−２．６７×Ｓｉ＋２．８７の条件で、優れた耐腐食性および周囲温度での絞り加工による満足のゆく成形を保証しながら、求められる機械的特性を達成するために必要なＳｉ／Ｍｇ比率を得ることを可能にする。実際には、本発明によるケイ素およびマグネシウムの含有量に対してもしＭｇが−２．６７×Ｓｉ＋２．８７を超えるならば、合金は通常溶体化処理することができないであろうし、このことは実際に求められている妥協点の妨げとなるであろう。
【００３９】
ケイ素についての最も有利な含有量の幅は、０．６０〜０．７５％である。
【００４０】
Ｍｇ：通常、ＡＡ６０００系合金の機械的特性のレベルは、マグネシウム含有量とともに高まる。マグネシウムは、Ｍｇ2ＳｉまたはＭｇ5Ｓｉ6金属間化合物を形成するためにケイ素と組み合わされ、機械的特性の向上に貢献する。０．５０％という最小含有量が、必要な機械的特性のレベルを得るために、また硬化析出物を十分に形成するために必要とされる。１．００％を超えると、得られるＳｉ／Ｍｇ比率は、求められている特性の妥協点に対して不利となる。
【００４１】
マグネシウムについての最も有利な含有量の幅は、０．６０〜０．７０％である。
【００４２】
Ｆｅ：鉄は通常、好ましくない不純物と考えられる。鉄を含む金属間化合物の存在は、一般に成形性の低下に結びつけられる。驚くべきことに、本発明者らは、０．０５％を超える含有量、より良くは０．１０％を超える含有量が、特にネッキング後の変形の際の破断を遅延させることによって延性および成形性を改善することを確認した。本発明者らはこの仮説に縛られてはいないが、この驚くべき効果が、マンガンが存在する時の固溶体でのマンガンの溶解度の著しい減少、および／または成形中の良好な「加工性」を保証する金属間粒子の密度が高い形成に特に由来しているかもしれないと考えている。この含有量において、鉄はまた、結晶粒のサイズの調整に貢献することもできる。含有量が０．２５％を超えると過度の金属間粒子が作り出され、延性および耐腐食性に対し不利な影響がもたらされる。
【００４３】
最も有利な含有量の幅は、０．０５〜０．２０％である。
【００４４】
Ｍｎ：その含有量は０．３０％に制限される。０．０５％を超えるマンガンの添加は、固溶体の効果により機械的特性を増大させるが、０．３０％を超えると、ひずみ速度に対する感応性、したがって延性を極めて大幅に減少させると考えられている。
【００４５】
マンガンについての有利な幅は、０．１０〜０．１５％である。
【００４６】
Ｃｕ：ＡＡ６０００系の合金において、銅は、析出硬化に寄与することにより有効な硬化要素となる。０．０５％という最小含有量で、その存在は、より高い機械的特性を得ることを可能にする。検討される合金において、０．３０％を超える銅は、粒間腐食に対する耐性に対し負の影響をもたらす。好ましくは、銅の含有量は多くても０．２０％である。
【００４７】
銅についての最も有利な含有量の幅は、０．０８〜０．１５％である。
【００４８】
ＶおよびＴｉ：これらの元素はそれぞれ、Ｔｉについては最小含有量０．０２％で、必要な機械的特性のレベルに導く固溶体硬化に有利に働くことができ、またこれらの元素はそれぞれ、さらに、使用中の延性および耐腐食性に対する有利な効果を有する。ただし、ＴｉについてもＶについても、最大含有量０．１５％が要求されるが、これは請求される特性の全体に対し不利な影響をもたらす、垂直式鋳造の際の主要な相の生成条件を回避するためである。最も有利な含有量の幅は、Ｔｉについては０．０３％〜０．１０％、Ｖについては０．０５〜０．１０％である。
【００４９】
その他の元素は典型的には不純物であり、それらの含有量は０．０５％未満に保たれる。残りはアルミニウムである。不純物の中で、例えばＣｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＺｒおよびＰｂを挙げることができる。特定の不純物は好ましくは、さらに低い含有量に保たれる。このように、ＮｉおよびＺｒの含有量は有利には０．０３％未満に保たれ、またＰｂの含有量は有利には０．０２％未満に保たれる。
【００５０】
本発明による薄板の製造方法は典型的には、スラブの鋳込み、このスラブのスカルピング、それに続く、５３０〜５７０℃の温度に至るまで少なくとも３０℃／時間の温度上昇速度を伴う、２〜１２時間、好ましくは４〜６時間の維持を有利には伴うその均質化、それに続く、周囲温度に至るまでのまたは熱間圧延の始まりの温度に至るまでの冷却を含む。
【００５１】
続いて、均質化の後に周囲温度に至るまで冷却した場合は再加熱後に、３．５〜１０ｍｍの厚みのバンドへのスラブの熱間圧延、典型的には１〜３．５ｍｍの最終厚みに至るまでの冷間圧延、局所融解またはバーニングを回避しながら合金のソルバス温度を超える温度、すなわち５４０〜５７０℃で１０秒〜３０分間の圧延されたバンドの溶体化処理、３０℃／秒超の速度、より良くは少なくとも１００℃／秒の速度での焼入れが行われる。
【００５２】
続いて、場合によっては予備焼戻し、すなわち典型的には少なくとも６０℃の温度でのコイリングとそれに続く外気での冷却によって得られる、５０〜１００℃温度で少なくとも１２時間の処理が行われ、次に周囲温度での７２時間〜６か月間の時効が行われる。
【００５３】
このように、本発明による薄板は、絞り加工に対する非常に優れた適性を有している。
【００５４】
薄板は、その後以下の工程を受ける。
−３次元部品を得るための、特にプレス絞り加工による成形、
−１８０〜４８０分の、好ましくは２４０〜４８０分の維持時間を伴う、およそ２０５℃の温度での熱処理、または、時間−温度がｔｅｑ−Ｔｅｑに相当する、下記方程式に従う焼戻し。
【００５５】
【数１】
2018534434.tif 000003
【００５６】
上記式において、Ｑはほぼ８２９１５Ｊに相当し、Ｔは時間ｔとともに変化するケルビンで表示される瞬間温度であり、またＴeqは２０５℃（４７８Ｋ）という基準温度であり、またｔｅｑは等価時間である。
【００５７】
焼戻しは好ましくは、６０〜６４０分の維持時間を伴って、１６０℃〜２２０℃、好ましくは２００℃〜２１０℃の温度で実施され、２０５℃という基準温度Ｔeqに対する等価時間は、１８０〜４８０分、好ましくは２４０〜４８０分に含まれる。
−塗装、および１５０〜１９０℃、好ましくは１７０〜１９０℃の温度で１５〜３０分間の「塗装焼付焼戻し」すなわち「ベークハードニング」。
【００５８】
このように製造されたコンポーネントは、成形、ワークピースの最適化された焼戻し、組立ておよび塗装焼付後、高い機械的特性、非常に優れたクラッシュ挙動、および優れた耐腐食性を使用中に有する。
【００５９】
本発明は、その詳細において以下の実施例を用いてより良く理解されるものであるが、これらの実施例は限定的意味を有するわけではない。
【実施例】
【００６０】
序文
表１は、試験の際に使用される合金の理論上の化学組成（重量％）を要約したものである。その他の元素の含有量は、０.０５未満であった。
【００６１】
【表２】
2018534434.tif 000004
【００６２】
これらの異なる合金の圧延用スラブは、垂直式半連続鋳造によって得られた。スカルピングの後、これらの異なるスラブは、均質化熱処理および／または再加熱処理を受けたが、その温度は表２の中に記されている。
【００６３】
組成１、２、７および８のスラブは、３０℃／時間の速度で５３０℃までの温度上昇とこの温度でのおよそ３時間の維持からなる、５３０℃での均質化処理を受けた。この均質化のステップの直後に熱間圧延のステップが続く。
【００６４】
組成３、３１および９のスラブは、３０℃／時間の速度で５４０℃に至るまでの温度上昇とこの温度でのおよそ５時間の維持からなる５４０℃での均質化処理を受けたものであり、その直後に熱間圧延が続く。
【００６５】
組成４、５および６のスラブは、５７０℃への温度上昇とこの温度での少なくとも２時間の維持からなる均質化を受けたものであり、その直後に熱間圧延が続く。
【００６６】
組成１０のスラブは、３０℃／時間の速度で５５０℃までの温度上昇とこの温度でのおよそ４時間の維持からなる５５０℃での均質化処理を受けた。この均質化のステップの直後に熱間圧延のステップが続く。
【００６７】
後続する熱間圧延ステップは、可逆圧延機上で、場合によっては続いて４ケージ付きタンデム熱間圧延機上で、３．５〜１０ｍｍの厚みになるまで行われる。試験されたケースの熱間圧延の出口での厚みは、表２の中に記されている。
【００６８】
熱間圧延ステップに続いて、２．０〜２．５ｍｍの厚みの薄板を得ることが可能になる冷間圧延ステップが行われる。試験されたケースの冷間圧延の出口での厚みは、下記の表２の中に記されている。
【００６９】
圧延ステップに続いて、溶体化処理および焼入れの熱処理ステップが行われる。溶体化処理は、バーニングを回避しながら合金のソルバスの温度を超える温度で行われる。溶体化処理した薄板はその後、少なくとも３０℃／秒の速度で焼入れされる。
【００７０】
ケース２、４、５および６を除いた全てのケースについて、このステップは、およそ１分以内で溶体化処理温度に至るまでの金属の温度上昇とその直後の焼入れにより、連続炉で行われる。
【００７１】
ケース２、４、５および６について溶体化処理は、熱い炉内への挿入、２０分以内での溶体化処理温度の達成、およびこの温度での３０分間の維持を伴って、空気炉で行われる。
【００７２】
この溶体化処理ステップに続いて、８５℃の水の中への浸漬による焼入れが行われる。
【００７３】
焼入れに続いて、塗装焼付の際の硬化性能を改善することを目的とした予備焼戻しの熱処理が行われる。
【００７４】
ケース２、４、５および６を除いた全てのケースについて、このステップは、少なくとも６０℃の温度でのコイリングとそれに続く外気での冷却によって実施される。
【００７５】
ケース２、４、５および６について、予備焼戻しは、薄板を８５℃の水の中へ８時間浸漬および維持することによって得られる。全てのケースにおいて、気温での少なくとも７２時間の時効がその後に実施された。
【００７６】
【表３】
2018534434.tif 000005
【００７７】
溶体化処理、焼入れ、予備焼戻し、および周囲温度での少なくとも７２時間の時効のステップに続いて、表３において記述されているような、焼戻しと呼ばれる熱処理が行われる。
【００７８】
焼戻しの後、試験されたケースの全てが、熱い炉内への挿入および１８５℃で２０分間の維持を伴う、空気炉での塗装焼付の熱処理シミュレーションを受ける。
【００７９】
【表４】
2018534434.tif 000006
【００８０】
引張り試験
薄板について広く用いられている幾何形状を有する、ＮＦ  ＥＮ  ＩＳＯ  ６８９２？１規格のアネックスＢの表Ｂ．１の試験片２のタイプに対応するノンプロポーショナルな試験片を用いて、周囲温度での引張り試験を前記規格にしたがって実施した。これらの試験片は、特に２０ｍｍの幅と１２０ｍｍの較正された長さを有する。
【００８１】
前段落に記述された条件にしたがって製造されるような薄板で測定された、０．２％での従来の弾性限界Ｒｐ0.2に関するこれらの引張り試験の結果は、以下の表４中に記されている。
【００８２】
プロトコルは、質別Ｔ４で成形され次いで塗装焼付硬化を受ける部品について、時効と塗装焼付との間に、２％に調整された引張り予備ひずみを実現して、絞り加工による成形をシミュレートすることを推奨している。本発明による時効後の焼戻し処理の場合において、この予備ひずみは、図３で示されるように、最終コンポーネントの引張り特性に対する有意な効果を有しない。
【００８３】
したがって、最終冶金学的状態の薄板の引張り特性が、絞り加工された完成したコンポーネントの引張り特性との有意な違いを有してはいないと考えることができる。
【００８４】
クラッシュ挙動の評価
クラッシュ挙動は、ＮＦ  ＥＮ  ＩＳＯ  ７４３８規格、およびＶＤＡ  ２３８−１００の方法、およびＶＤＡ  ２３９−２００の方法に準じた「３点曲げ試験」により評価されることができる。曲げ装置は、図１で示される通りである。
【００８５】
厳密な意味での「３点曲げ」は、半径ｒ＝０．４ｍｍのパンチＢを使用することによって行われ、薄板は二つのローラＲによって支えられ、曲げ軸は圧延方向に平行である。ローラは３０ｍｍの直径を有し、またローラの軸間距離は３０＋２ｔ  ｍｍに等しく、ｔは試験される薄板Ｔの厚みである。
【００８６】
試験の始めにおいて、パンチは、３０ニュートンの予備力で薄板と接触させられる。ひとたび接触が確立された時点で、パンチ変位は指標をゼロとされる。
【００８７】
このとき試験は、薄板の「三点曲げ」を行なうようにパンチを移動させることからなる。
【００８８】
試験は、薄板の微小割れ発生により少なくとも３０ニュートンのパンチの力が低下した場合か、またはパンチが許容最大行程に相当する１４．２ｍｍ移動した場合に、停止する。
【００８９】
したがって、試験の終りに、薄板の試験片は、図２に示されているように折り曲げられた状態になる。
【００９０】
このとき、使用中の延性は、曲げ角度αの測定によって評価される。角度αが大きければ大きいほど、クラッシュまたは曲げに対する薄板の適性はより優れたものとなる。試験されたケースの性能を比較することができるように、薄板のさまざまな厚みについて測定された角度の全てが、ＶＤＡ  ２３９−２００規格の中に記述されているような以下の式にしたがってαノルム値に置き直される。
【００９１】
【数２】
2018534434.tif 000007
【００９２】
なお、
αnorm：標準化された角度、
αm：測定された角度、
ｔref：基準厚み、
ｔm：測定された厚み、
を表す。
【００９３】
「序文」の段落で記述されている条件にしたがって製造された薄板についてのこれらの曲げ試験の結果は、表３と同じ順序にしたがって以下の表４に記されている。基準厚みｔrefは、２．０ｍｍであった。
【００９４】
プロトコルは、質別Ｔ４で成形され次いで塗装焼付硬化を受ける部品について、時効と塗装焼付との間に、１０％に調整された引張り予備ひずみを実現して、絞り加工による成形をシミュレートすることを推奨している。本発明による時効後の焼戻し処理の場合において、この予備ひずみは、最終コンポーネントの特性に対してさほど有意な効果を有しない。
【００９５】
したがって、最終冶金学的状態の薄板の曲げ挙動が、絞り加工された完成したコンポーネントの曲げ挙動との有意な違いを有してはいないと考えることができる。
【００９６】
【表５】
2018534434.tif 000008
【００９７】
ここで、太字で示されている本発明による組成および焼戻しだけが、求められている妥協点、すなわち弾性限界Ｒｐ0.2≧２６０ＭＰａ、ならびに割れのない曲げ角度αノルム≧９０°に達することを可能にすることが明らかに示されている。
【符号の説明】
【００９８】
Ｂ  パンチ
ｒ  半径
Ｒ  ローラ
ｔ  厚み
Ｔ  薄板
α  外角
β  内角
【図１】
2018534434.tif 000009
【図２】
2018534434.tif 000010
【図３】
2018534434.tif 000011
【国際調査報告】
2018534434.tif 000012
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