(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミサッシスクラップを原料とし、Ｓｉ０．２〜０．６％（ｍａｓｓ％、以下同じ）、Ｆｅ０．３５％を越え１．０％以下、Ｍｇ０．２〜０．９％を含有し、かつＴｉ量が０．２％以下に規制され、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、調質度がＨ２ｎでありかつ２３０℃以下での塗装焼付け処理後の耐力が９５Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とする、塗装建材用アルミニウム合金圧延板調質材。
【請求項２】
アルミサッシスクラップを原料とし、かつＳｉ０．２〜０．６％、Ｆｅ０．３５％を越え１．０％以下、Ｍｇ０．２〜０．９％を含有し、Ｔｉ量が０．２％以下に規制され、残部が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ついて、４５０〜６３０℃の範囲内の温度で１〜２４時間の加熱処理を施し、次いで熱間圧延を４００℃以上の温度で開始し、熱間圧延終了後、３０〜７０％の圧延率で冷間圧延を施し、さらに２３０℃以上の温度で最終焼鈍を施して、調質度がＨ２ｎであってかつ２３０℃以下での塗装焼付け処理後の耐力が９５Ｎ／ｍｍ２以上の圧延板調質材を得ることを特徴とする、塗装建材用アルミニウム合金圧延板調質材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、塗装焼付け処理を施して使用される塗装建材用アルミニウム合金圧延板に関するものであり、特にアルミサッシのスクラップを原料とした、曲げ加工性および強度が優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の塗装建材用アルミニウム合金圧延板のＨ２ｎ調質材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に家庭用あるいはビル用の窓枠としては、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金（６０００番系合金）のうちでも、特にＪＩＳ６０６３合金からなる押出形材のアルミサッシが多用されている。このようなアルミサッシは、建て替えやリフォームなどの際に廃棄されて建築廃材となるが、その処分が産業上大きな問題となっている。最近では、資源の有効活用や地球環境保全などの観点から、建築廃材を再利用することが進められており、アルミサッシ廃材についてもアルミリサイクルとして新たなアルミ用途に再利用することが進められている。
【０００３】
一方、一般に６０００番系合金は、前述のようにアルミサッシ等の押出形材としては広く使用されているが、溶体化処理を施して自然時効あるいは人工時効を施して、いわゆるＴ４処理材あるいはＴ６処理材として用いるのが通常であり、この場合製造コストが比較的高くなり、また６０００番系合金のうちでも６０６３合金は６０６１合金等と比較して低強度であり、これらの理由から、圧延板としてはほとんど使用されていないのが実情である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
建築廃材としてのサッシスクラップには、一般にはサッシに付属する鉄製・ステンレス製の金具あるいはビス、さらには塗料などを含んでいることが多い。もちろん手間を掛けてこれらを取除いておくこともあるが、そのためには大きな手間とコストを要するため、通常はこれらの異物を含めてサッシ全体をシュレッダによって裁断してしまうことが多い。そこでこのような異物を含んだままのサッシスクラップをそのまま再利用することが望まれる。
【０００５】
しかしながら異物を含んだサッシスクラップを、従来の一般的な製造方法に従って、溶解、鋳造、均熱、加熱、熱間押出しを行なって押出形材とした場合、新地金から製造した場合と比較して、異物混入による成分の変動、主にＦｅ量の増加に起因して、熱間押出性が悪くなって外観不良や寸法不良が多発したり、また陽極酸化処理後の色調に差が生じたりするおそれがある。したがって前述のような異物を含んだサッシスクラップをそのままアルミサッシ用などの用途の押出形材に再利用するには問題があった。
【０００６】
一方、前述のような異物を含んだサッシスクラップを、例えば塗装建材用の圧延板に再利用することも考えられるが、既に述べたように６０６３合金は従来は圧延板としてはほとんど使用されておらず、そのため６０６３合金を主体とするアルミサッシのスクラップを塗装建材用圧延板に再利用することについては従来は充分な検討がなされていなかったため、サッシスクラップ、特に前述のような異物を含むサッシスクラップを用いた場合に、塗装建材用圧延板として望まれる性能を満たし得るか否かについても明確ではなかったのが実情である。すなわち、一般に塗装建材用圧延板は、曲げ加工を施して使用されることが多く、そのため強度のみならず、曲げ性が良好なことが要求され、また塗装焼付け後の強度低下が大きければ変形や反りが発生するため、塗装焼付け後の強度低下が少ないことも要求される。しかしながら６０６３合金を主体としかつ異物を含むサッシスクラップを原料として圧延板を得た場合に、これらの要求を充分に満たし得るか否かは充分に検討されておらず、そのため６０６３合金を主体としかつ異物を含んだサッシスクラップを塗装建材用圧延板として使用することはためらわれていたのが実情である。
【０００７】
この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、金具やビス等の異物を含むアルミサッシスクラップを原料として利用し、塗装建材用として実用上支障のない程度の強度と曲げ加工性を有し、されに塗装焼付け処理後の強度の低下の小さい圧延板調質材を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述のような課題を解決するため、本発明者等が鋭意実験・検討を重ねた結果、従来押出形材としてアルミサッシに多用されていた６０６３合金よりもＦｅ量が多い成分組成であっても、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、塗装建材用圧延板として必要な性能が得られることが判明した。そしてこのことから、金具やビス等の異物を含むアルミサッシスクラップ、すなわちＦｅ量が６０６３合金よりも増量された原料を使用して、塗装建材用の圧延板として良好な特性のものが得られることを見出し、この発明をなすに至ったのである。
【０００９】
具体的には、請求項１の発明の塗装建材用アルミニウム合金圧延板調質材は、アルミサッシスクラップを原料とし、Ｓｉ０．２〜０．６％、Ｆｅ０．３５％を越え１．０％以下、Ｍｇ０．２〜０．９％を含有し、かつＴｉ量が０．２％以下に規制され、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、調質度がＨ２ｎでありかつ２３０℃以下での塗装焼付け処理後の耐力が９５Ｎ／ｍｍ２以上であることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項２の発明の塗装建材用アルミニウム合金圧延板調質材の製造方法は、アルミサッシスクラップを原料とし、かつＳｉ０．２〜０．６％、Ｆｅ０．３５％を越え１．０％以下、Ｍｇ０．２〜０．９％を含有し、Ｔｉ量が０．２％以下に規制され、残部が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ついて、４５０〜６３０℃の範囲内の温度で１〜２４時間の加熱処理を施し、次いで熱間圧延を４００℃以上の温度で開始し、熱間圧延終了後、３０〜７０％の圧延率で冷間圧延を施し、さらに２３０℃以上の温度で最終焼鈍を施して、調質度がＨ２ｎであってかつ２３０℃以下での塗装焼付け処理後の耐力が９５Ｎ／ｍｍ２以上の圧延板調質材を得ることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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。
【００１２】
Ｓｉ：
Ｓｉは、６０６３合金を主体とする６０００番系合金からなるアルミサッシのスクラップに必然的に含有される元素であり、また建材として必要な強度を確保するために必須の元素でもある。Ｓｉ量が０．２％未満では建材用として充分な強度が得られず、一方０．６％を越えれば建材用圧延板として重要な曲げ加工性が低下してしまう。そこでＳｉ量は０．２〜０．６％の範囲内とした。
【００１３】
Ｆｅ：
Ｆｅは通常のアルミニウム合金において不可避的に含まれる元素であって、６０６３合金を主体とするアルミサッシスクラップにも必然的に含有される元素であり、またサッシに付属する金具ビス類を含むスクラップを用いた場合にこれらの異物から多量に混入される元素であるが、この発明の場合、特に建材として強度を向上させるために寄与する元素である。建材として必要な強度を確保するためには、Ｆｅ量は０．３５％を越えている必要があるが、Ｆｅ量が１．０％を越えれば、塗装建材用圧延板調質材の製造プロセスの最終工程である調質焼鈍において軟化が早まり、逆に強度不足となるおそれがある。そこでＦｅ量は、０．３５％を越え１．０％以下と規定した。
【００１４】
Ｍｇ：
Ｍｇも６０６３合金を主体とする６０００番系合金からなるアルミサッシのスクラップに必然的に含有される元素であるが、この発明の場合、固溶による強度向上と曲げ加工性確保のために必要な元素である。Ｍｇ量が０．２％未満では建材として必要な強度を確保することが困難となり、一方０．９％を越えて多量に含有されれば、Ｍｇ２Ｓｉなどの金属間化合物を形成して建材用圧延板に必要な曲げ加工性を低下させる。そこでＭｇ量は０．２〜０．９％の範囲内とした。
【００１５】
Ｔｉ：
Ｔｉは一般のアルミニウム合金において鋳塊結晶粒微細化のために添加されることが多い元素であるため、アルミサッシのスクラップにも含有されることが多く、また塗料を含むスクラップでは塗料から混入することが多い元素である。Ｔｉ量が０．２％を越えれば粗大な金属間化合物を生成して建材として必要な曲げ加工性を損なうから、Ｔｉ量はその上限を０．２％以下に規制することとした。また鋳塊結晶粒微細化のためにＴｉとともに少量のＢを添加することもあり、したがってサッシスクラップ中にもＴｉとともに少量のＢが含有されることがあるが、Ｂ量が０．０４％を越えればＴｉと同様に粗大な金属間化合物を生成して曲げ加工性を低下させるから、Ｔｉとともに含まれるＢの量は０．０４％以下に規制することが望ましい。
【００１６】
以上の各成分のほかは、Ａｌおよび不可避的不純物とすれば良い。不純物としては、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉなどが代表的であるが、これらはそれぞれ０．１５％程度以下であれば、塗装建材用アルミニウム合金圧延板調質材の性能を特に損なうことはない。
【００１７】
さらにこの発明の塗装建材用圧延板は、Ｈ２ｎ調質材、すなわち冷間圧延による加工硬化後に最終焼鈍（調質焼鈍）によって適度に軟化させた状態の調質材とする。すなわち、冷間圧延による加工硬化したままの材料（Ｈ１ｎ材）では、塗装焼付け処理後の強度低下が大きいため、強度不足を招いたり、板の捩れや変形が発生して矯正しきれない等、種々の問題があり、これらの点からは、塗装用建材としてはＯ材（完全焼鈍材）またはＨ２ｎ材が望まれるが、Ｏ材はそもそも建材として強度が不足する。そこでこの発明では、冷間圧延後の調質焼鈍によってＨ２ｎ材とすることにしたのである。
【００１８】
またこの発明では、最終的に得られる調質材の特性値として、２３０℃以下での塗装焼付け処理後の耐力を９５Ｎ／ｍｍ２以上と規定している。その理由は次の通りである。
【００１９】
すなわち、建材用圧延板としては９５Ｎ／ｍｍ２以上の強度が必要であるが、一般に塗装用建材に用いられているアクリル樹脂系あるいはエポキシ樹脂系の塗料の焼付け処理は、１６０〜２３０℃の範囲内の温度で数秒〜３０分程度の保持によって行なっており、この場合塗装焼付け処理前の段階で９５Ｎ／ｍｍ２以上の強度を有していても、塗装焼付け処理時の軟化によって塗装焼付け処理後の耐力が９５Ｎ／ｍｍ２より低い値に低下することがあり、その場合建材として熱歪による捩れや変形が生じ、パネル等としての平坦度が悪くなるおそれがある。そこで圧延板調質材として、２３０℃以下での塗装焼付け処理後の耐力が９５Ｎ／ｍｍ２以上であることを条件とした。
【００２０】
なお塗装建材用圧延板の曲げ加工性としては、９０°曲げによって割れが生じないことが望まれる。すなわち塗装建材用アルミニウム合金圧延板としては、外装用と内装用とがあり、外装用の場合は耐食性に厳しいため、一般には正方形や長方形の所定の寸法に切断してから４辺を９０°曲げ加工し、それに対して１枚ごとに塗装焼付け処理を行なった後、溶接やネジ止めによってつなぎ合わせて施工される。一方内装用の場合は耐食性はあまり問題とならないことから、コイル状圧延板の状態で連続塗装焼付け処理を行なった後、切断して９０°曲げ加工等の曲げ加工が施されてから施工される。いずれの場合も９０°曲げ加工によって割れが発生すれば、見栄えが悪くなるばかりでなく、強度設計上も問題となるから、９０°曲げ加工によって割れが発生しないことが望まれる。そしてこのように９０°曲げ加工で割れが発生しない程度の良好な曲げ加工性は、後述するようなプロセス条件を適用して製造することによって達成することができる。
【００２１】
なおまた、この発明の建材用アルミニウム合金圧延板調質材の厚みは特に限定されるものではないが、通常は１〜５ｍｍ程度である。そして特に曲げ加工が施される用途では３ｍｍ程度以下が通常であり、３ｍｍを越えるものは曲げ加工を施さない用途に使用されることが多い。
【００２２】
次にこの発明の塗装建材用アルミニウム合金圧延板調質材の製造方法について説明する。
【００２３】
まず前述のようなサッシ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。得られた鋳塊を加熱して熱間圧延を施し、さらに冷間圧延を施して１〜５ｍｍ程度の製品板厚とし、その後最終焼鈍としての調質焼鈍を施してＨ２ｎ材とする。
【００２４】
ここで、熱間圧延前の加熱は４５０〜６３０℃の範囲内の温度で１〜２４時間保持の条件とする。熱間圧延前の加熱温度が４５０℃未満では、加熱が不足し、一方６３０℃を越えれば溶解するおそれがある。また加熱時間が１時間未満では均一加熱が困難となり、また２４時間を越える加熱は経済的に無駄である。
【００２５】
上述のように加熱した後、直ちに熱間圧延を開始するが、その熱間圧延開始温度は４００℃以上とする。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発生したりするおそれがある。
【００２６】
熱間圧延後に施す冷間圧延は、圧延率が３０〜７０％の範囲内で行う。冷間圧延率が３０％未満では、加工硬化が不充分で強度不足を生じるおそれがあり、一方７０％を越える冷間圧延率では、冷間歪が過剰に導入されて、最終焼鈍で軟化が早くなり、最終板の強度が不足してしまうおそれがある。
【００２７】
冷間圧延後にはＨ２ｎ材とするための調質焼鈍（最終焼鈍）を２３０℃以上で行なう。すなわち、既に述べたように塗装焼付け処理は２３０℃以下（通常は１６０℃程度以上）で行なうのが通常であり、この塗装焼付け処理による耐力低下を小さく抑えるため、最終焼鈍は２３０℃以上の温度で行なう。
【００２８】
なおこの最終焼鈍は、箱型焼鈍炉を用いたバッチ焼鈍あるいは連続焼鈍炉を用いた連続焼鈍のいずれでも良い。平均加熱速度および平均冷却速度が数℃／ｈｒ〜数１０℃／ｈｒのバッチ焼鈍の場合、２３０〜２６０℃の範囲内の温度で１〜１０時間保持の条件とすることが望ましい。一方平均加熱速度および平均冷却速度が数℃／ｓｅｃ〜数１０℃／ｓｅｃの連続焼鈍の場合は、到達温度３００〜３３０℃で保持なしもしくは３分以下の保持の条件とすることが望ましい。
【００２９】
最終焼鈍によってＨ２ｎ材とした圧延板調質材は、これをそのまま塗装用建材としても良いが、場合によっては必要に応じてストレッチャやローラレベラ等により歪矯正を行なっても良い。この場合塗装焼付け処理前の製品板の耐力は若干上昇する一方、塗装焼付け処理後の耐力が若干低下するが、最終焼鈍直後の耐力よりも低くなることは少なく、したがってこれらの歪矯正がこの発明効果を妨げることはない。
【００３０】
【実施例】
種々のサッシスクラップを溶解して表１の合金Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の成分組成の合金溶湯を得た。
【００３１】
ここで、表１のＮｏ．１〜Ｎｏ．４の合金は、いずれも種々の異物を含むアルミサッシ廃材をシュレッダにて裁断したものを原料としており、それぞれシュレッダによる裁断前の状態は次の通りである。
Ｎｏ．１：金具類のみ除去
Ｎｏ．２：ビス類のみ除去
Ｎｏ．３：金具類・ビス類をともに除去せず
Ｎｏ．４：金具類・ビス類をともに除去せず、さらに故意にＦｅを添加
【００３２】
以上のような各合金溶湯を、ＤＣ鋳造法により厚さ４５０ｍｍの鋳塊に鋳造した。得られた鋳塊に対し、表２の製造工程符号Ａ〜Ｄに示す種々の条件で鋳塊加熱−熱間圧延−冷間圧延−最終焼鈍を行なって板厚１．５ｍｍの圧延板調質材とした。
【００３３】
得られた各圧延板調質材について、ＪＩＳ５号引張試験片を圧延方向と平行に切出し、圧延方向の耐力を調べた。ここで耐力値は、最終焼鈍を行なったままの状態（塗装焼付け処理前）と、塗装焼付け処理として２３０℃×３０分の加熱処理を施した状態との両段階で調べた。さらに、最終焼鈍を行なったままの状態でＪＩＳ３号曲げ試験片を圧延方向に対し直角な方向（すなわち一般に曲げ加工性の劣る方向）に切出し、９０°曲げ試験により圧延方向に対し直角な方向の曲げ加工性を調べた。なお９０°曲げ試験は、実際の曲げ加工に即して内側曲げ半径０．１ｍｍの厳しい条件で行ない、その評価は、１０倍のルーペで目視観察して、割れが発生しない場合を合格（○印）、割れが発生したものを不合格（×印）とした。耐力値と曲げ加工性の評価結果を表３に示す。
【００３４】
【表１】
0003857583.tif 000002
【００３５】
【表２】
0003857583.tif 000003
【００３６】
【表３】
0003857583.tif 000004
【００３７】
表３において、試料符号１Ａ，２Ａ，３Ａ，３Ｄの圧延板調質材は、いずれも成分組成および製造プロセス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、９０°曲げ加工で割れの発生がなく、しかも耐力は要求値の９５Ｎ／ｍｍ２以上を確保することができ、しかも最終焼鈍を塗装焼付け処理温度以上で行なうことによって塗装焼付け後の耐力低下が防止でき、建材として捩れや変形を起さない材料となっていることが明らかである。
【００３８】
一方試料符号３Ｂ，３Ｃの圧延板調質材は、この発明で規定する成分組成条件を満たした合金を用いているが、製造プロセス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。これらのうち符号３Ｂのものは冷間圧延率が低過ぎたため耐力不足となってしまい、また符合３Ｃのものにおいては、冷間圧延率が高過ぎたため最終焼鈍での軟化が早まって、耐力不足となってしまった。
【００３９】
さらに試料符号４Ａの圧延板調質材は、この発明で規定する製造プロセス条件は満たしているが、金具・ビスなどの異物が通常よりも予想外に多く混入してＦｅ含有量が過剰となってしまった場合を想定した本発明の成分組成条件を満たさない比較例である。この場合はＦｅ量が多過ぎたため最終焼鈍での軟化が早まって耐力不足となってしまった。なおこのような合金は、合金Ｎｏ．１や純アルミ地金などで本発明の成分組成範囲内に希釈することによって解決することができる。
【００４０】
【発明の効果】
前述の実施例からも明らかなように、この発明によれば、アルミサッシのスクラップ、特に金具やビス類を除去せずに全体をそのままシュレッダにて裁断したようなサッシスクラップを原料として用いても、塗装用建材用として充分な強度と曲げ加工性を有しかつ塗装焼付け処理後の耐力低下も少ないアルミニウム合金圧延板調質材を得ることができる。したがってこの発明を適用することによって、資源のリサイクル、環境の保護に大きな効果をもたらすことができる。