特許第6444779号(P6444779)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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特許6444779アルミニウム合金製自動車ルーフパネルおよび自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6444779
(24)【登録日】2018年12月7日
(45)【発行日】2018年12月26日
(54)【発明の名称】アルミニウム合金製自動車ルーフパネルおよび自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板
(51)【国際特許分類】
   C22C 21/06 20060101AFI20181217BHJP
   B62D 25/06 20060101ALI20181217BHJP
   C22F 1/047 20060101ALI20181217BHJP
   C22F 1/00 20060101ALN20181217BHJP
【FI】
   C22C21/06
   B62D25/06 Z
   C22F1/047
   !C22F1/00 602
   !C22F1/00 623
   !C22F1/00 630A
   !C22F1/00 630K
   !C22F1/00 650A
   !C22F1/00 682
   !C22F1/00 683
   !C22F1/00 685Z
   !C22F1/00 686A
   !C22F1/00 691B
   !C22F1/00 691C
【請求項の数】6
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2015-46069(P2015-46069)
(22)【出願日】2015年3月9日
(65)【公開番号】特開2016-166389(P2016-166389A)
(43)【公開日】2016年9月15日
【審査請求日】2017年9月1日
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】100120329
【弁理士】
【氏名又は名称】天野 一規
(74)【代理人】
【識別番号】100146112
【弁理士】
【氏名又は名称】亀岡 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100167335
【弁理士】
【氏名又は名称】武仲 宏典
(74)【代理人】
【識別番号】100164998
【弁理士】
【氏名又は名称】坂谷 亨
(72)【発明者】
【氏名】福本 幸司
(72)【発明者】
【氏名】高木 康夫
【審査官】 相澤 啓祐
(56)【参考文献】
【文献】 特開2012−107316(JP,A)
【文献】 特開平05−320841(JP,A)
【文献】 特開平05−140687(JP,A)
【文献】 特開平02−118049(JP,A)
【文献】 特開2001−262263(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C22C 21/00−21/18
C22F 1/04− 1/057
B62D 17/00−25/08
B62D 25/14−29/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼製部材と接合されるアルミニウム合金製自動車ルーフパネルにおいて、Mg:4.0〜7.0質量%、Cu:0.2〜2.0質量%を各々含むとともに、Mn:0.5%以下(0%を含まず)、Cr:0.3%以下(0%を含まず)、Ti:0.1%以下(0%を含まず)の1種または2種以上を含み、残部Alおよび不可避的不純物からなる5000系アルミニウム合金板の成形体からなり、この自動車ルーフパネルの塗装焼付処理前の室温での0.2%耐力が230MPa以上であり、この自動車ルーフパネルが加熱されて190℃に到達した直後の0.2%耐力が200MPa以上であり、前記190℃に到達後に更に20分保持された後の前記自動車ルーフパネルの室温での0.2%耐力が200MPa以上である、塗装焼付温度特性を有することを特徴とするアルミニウム合金製自動車ルーフパネル。
【請求項2】
前記190℃の塗装焼付処理相当温度に到達した際の0.2%耐力が230MPa以上である請求項1に記載のアルミニウム合金製自動車ルーフパネル。
【請求項3】
前記190℃の塗装焼付処理相当温度に20分保持した後の0.2%耐力が230MPa以上である請求項1に記載のアルミニウム合金製自動車ルーフパネル。
【請求項4】
鋼製部材と接合される自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板において、Mg:4.0〜7.0質量%、Cu:0.2〜2.0質量%を各々含むとともに、Mn:0.5%以下(0%を含まず)、Cr:0.3%以下(0%を含まず)、Ti:0.1%以下(0%を含まず)の1種または2種以上を含み、残部Alおよび不可避的不純物からなる5000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の室温での0.2%耐力が220MPa以上300MPa以下であり、前記アルミニウム合金板の、1%の予歪を付与された後で加熱されて190℃の温度に到達した直後の、0.2%耐力が200MPa以上であり、前記190℃に到達後に更に20分保持された後の前記アルミニウム合金板の室温での0.2%耐力が200MPa以上である、塗装焼付温度特性を有することを特徴とする自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板。
【請求項5】
前記190℃の温度に到達した際の0.2%耐力が230MPa以上である請求項4に記載の自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板。
【請求項6】
前記190℃の温度に20分保持した後の0.2%耐力が230MPa以上である請求項4またはに記載の自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はアルミニウム合金製自動車ルーフパネルおよび自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板に関するものである。本発明で言う自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板とは、冷間圧延板であって焼鈍処理が施されたアルミニウム合金板を言う。また、以下、アルミニウムをAlとも言う。
【背景技術】
【0002】
近年、地球環境などへの配慮から、自動車等の車両の軽量化の社会的要求はますます高まってきている。かかる要求に答えるべく、自動車パネル、特にフード、ドア、ルーフなどの大型ボディパネル(アウタパネル、インナパネル)の材料として、鋼板等の鉄鋼材料にかえてアルミニウム合金材料の適用が検討されている。
【0003】
このようなアルミ化のうちで、自動車の車体最上部に位置するルーフパネルのアルミ化は、車体軽量化による燃費向上に加え、車体重心位置の低下による、自動車の運動性能向上が期待できる。
【0004】
ここで、車体構造の主たる部分、特に、ルーフサイドレールなどには、元々鋼材が使われている。このため、アルミニウム合金製ルーフパネルは、通常、塗装前に、これら鋼製部材と、異材同士で接合され、自動車の車体に組み立てられ、塗装が施される。
【0005】
塗装後の自動車車体は、次いで塗装焼付処理(焼付塗装工程、塗装焼付硬化処理とも言う)されるが、その際に、アルミニウム合金製ルーフパネルと鋼製部材との線膨張差に起因する熱変形が起こり、鋼製部材を変形させるなど、自動車ルーフの形状精度や面品質に悪影響を与えることがある。
【0006】
前記自動車ルーフの変形には、前記塗装焼付処理における、アルミニウム合金製ルーフパネルの熱膨張時の熱ひずみによる座屈によって生じる、残留変形(塑性ひずみを伴う残留変形)が大きく影響する。このようなアルミニウム合金製ルーフパネルの熱ひずみによる座屈あるいは残留変形を防止する観点からは、熱膨張時(塗装焼付処理時)のルーフパネルの強度(耐力)向上が有効である。
【0007】
このルーフパネルの強度向上のために有効な手段としては、(1)ルーフ板厚増加、(2)ルーフの凹凸ビード追加、(3)高耐力材の使用などが公知である。
【0008】
このうち、(1)のルーフ板厚増加は、前記座屈あるいは残留変形の防止には有効な手段であるが、アルミニウム合金製ルーフパネルの軽量化効果を下げてしまうことと、板厚増加によって、熱膨張時に作用する荷重も却って増加し、前記ルーフサイドレールなどの鋼製部材の変形がより大きくなる可能性がある。
【0009】
また(2)の凹凸ビードの追加は、アルミニウム合金製ルーフパネルの重量増加を伴わずに、ルーフパネル強度を向上できる有効な手段であるが、ルーフ自体のデザインが優先されるために、その設け方には大きな制約があり、十分な効果を発揮できない場合が多い。
【0010】
このため(3)の熱膨張時(塗装焼付処理時)の耐力が高い、素材アルミニウム合金板をルーフパネルに使うと、重量増加も伴わず、デザインの制約も受けずに、ルーフパネルの座屈あるいは残留変形を防止できることが期待できる。
【0011】
従来から(3)の具体例として、特許文献1では、自動車のボディのルーフパネルとして、鋼製フレームに塗装前に固定されるアルミニウム合金製のルーフパネルが、板製造後(3週間の室温時効後)に170MPa未満の0.2%耐力を有するとともに、塗装焼付熱処理の始まり(温度の上昇後)での、塗装焼付温度での0.2%耐力が160MPaを超えることが提案さている。
【0012】
この特許文献1では、鋼製フレームに対して固定されるアルミニウム合金製のルーフパネルの、鋼との膨張差によって引き起こされる変形を、熱膨張時(塗装焼付処理時)の素材耐力を高めて抑制することを目的としている。そして、このアルミニウム合金製のルーフパネルの組成を、質量%で、Si:0.7−1.3%、Fe<0.5%、 Cu:0.5−1.1%、 Mn:0.4−1.0%、 Mg:0.6−1.2%からなる、特定組成の6000系アルミニウム合金板としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】特許第4912877号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
この特許文献1によれば、塗装焼付熱処理の終わりの熱い状態での0.2%耐力が200MPaを超え、塗装焼付熱処理後の冷たい状態での0.2%耐力が220MPaを超える、焼付塗装工程時(加熱時)の素材耐力を高めたアルミニウム合金製ルーフパネルが期待できる。
【0015】
しかし、本発明者らの知見によれば、このような6000系アルミニウム合金製自動車ルーフパネルには、6000系アルミニウム合金であるがゆえの特有の問題が新たに生じる。すなわち、6000系アルミニウム合金は、周知の通り、塗装焼付熱処理(人工時効硬化処理)の際に、時効硬化して、0.2%耐力が増加する、優れた人工時効硬化性(ベークハード性、BH性)を有している。
【0016】
ただ、これら6000系アルミニウム合金のベークハード性は170〜190℃の塗装焼付け温度で数十分程度の保持後に初めて発現されるものであり、塗装焼付け温度に到達直後には0.2%耐力は160MPa程度にすぎない。
【0017】
一方、前記熱膨張の際のアルミニウム合金製ルーフパネルの座屈によって生じる残留変形(塑性ひずみを伴う残留変形)には、170〜190℃の塗装焼付温度に到達直後(前記塗装焼付温度到達後の保持時間が1分以内)の加熱初期の0.2%耐力が大きく影響する。例えば、170〜190℃の塗装焼付温度到達直後の0.2%耐力が、200MPa未満である場合、前記アルミニウム合金製ルーフパネルの座屈あるいは残留変形を抑制できなくなる。
【0018】
したがって、前記塗装焼付温度に到達直後の0.2%耐力が必ずしも十分に高くない6000系アルミニウム合金は、その後の加熱保持によって人工時効硬化して0.2%耐力が高くなったとしても、塗装焼付温度到達直後の(加熱初期の)前記アルミニウム合金製ルーフパネルの座屈あるいは残留変形を抑制できないこととなる。
【0019】
このため、特許文献1には、6000系アルミニウム合金の高温での耐力を増加させても、自動車車体の塗装焼付処理(工程)時に、鋼製ルーフサイドレールなどの鋼製部材の変形を、効果的に防止できないという課題が依然としてある。
【0020】
このような課題に鑑み、本発明の目的は、鋼製部材と接合されたアルミニウム合金製ルーフパネルの塗装焼付処理時の、特に加熱初期や、加熱保持後の前記アルミニウム合金製ルーフパネルの座屈あるいは残留変形発生を抑制できる、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルおよび自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0021】
この目的を達成するために、本発明のアルミニウム合金製自動車ルーフパネルの要旨は、鋼製部材と接合されるアルミニウム合金製自動車ルーフパネルにおいて、Mg:4.0〜7.0質量%、Cu:0.2〜2.0質量%を各々含むとともに、Mn:0.5%以下(0%を含まず)、Cr:0.3%以下(0%を含まず)、Ti:0.1%以下(0%を含まず)の1種または2種以上を含み、残部Alおよび不可避的不純物からなる5000系アルミニウム合金板の成形体からなり、この自動車ルーフパネルの塗装焼付処理前の室温での0.2%耐力が230MPa以上であり、この自動車ルーフパネルが加熱されて190℃に到達した直後の0.2%耐力が200MPa以上であり、前記190℃に到達後に更に20分保持された後の前記自動車ルーフパネルの室温での0.2%耐力が200MPa以上である、塗装焼付温度特性を有することとする。
【0022】
また、上記目的を達成するために、本発明の自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板の要旨は、鋼製部材と接合される自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板において、Mg:4.0〜7.0質量%、Cu:0.2〜2.0質量%を各々含むとともに、Mn:0.5%以下(0%を含まず)、Cr:0.3%以下(0%を含まず)、Ti:0.1%以下(0%を含まず)の1種または2種以上を含み、残部Alおよび不可避的不純物からなる5000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の室温での0.2%耐力が220MPa以上300MPa以下であり、前記アルミニウム合金板の、1%の予歪を付与された後で加熱されて190℃の温度に到達した直後の、0.2%耐力が200MPa以上であり、前記190℃に到達後に更に20分保持された後の前記アルミニウム合金板の室温での0.2%耐力が200MPa以上である、塗装焼付温度特性を有することとする。
【発明の効果】
【0023】
前記6000系アルミニウム合金板のような、高温での強度が低下する課題の解決のためには、アルミニウム合金板あるいは、これを成形した自動車ルーフパネルとして、前記塗装焼付温度に到達直後の0.2%耐力が十分に高い、高い塗装焼付温度特性を有することが必要である。
【0024】
この点、本発明者らは、特定の合金組成と調質との組合せによって得られるAl−Mg系の5000系アルミニウム合金板であれば、前記塗装焼付温度に到達直後の0.2%耐力が大きく低下せず、高い塗装焼付温度特性(高温特性)を有することを知見した。
すなわち、特定の量のMgの他にCuなどを含むAl−Mg系合金組成で、冷延後の焼鈍などで調質された5000系アルミニウム合金板であれば、その成形体である自動車ルーフパネルも、塗装焼付処理された際の、特に加熱初期や、加熱保持後の0.2%耐力が高い、優れた塗装焼付温度特性を有することを知見した。
【0025】
本発明によれば、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルあるいは、自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板として、前記規定のような高い塗装焼付温度特性を有することができる。
これによって、本発明によれば、鋼製部材と接合されるアルミニウム合金製ルーフパネルの塗装焼付処理時の、特に加熱初期や、加熱保持後の、ルーフパネルの座屈あるいは残留変形発生を効率的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
図1】実施例における残留変形量の解析に用いたルーフパネルの解析モデルを示す平面図である。
図2図1のルーフパネルを鋼製部材と接合した解析モデルを示す断面図である。
図3】ルーフパネルの残留変形量の分布を示す説明図である。
図4】ルーフパネルの残留変形量の分布を示す平面図である。
図5】ルーフパネルの残留変形量の分布を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下に、本発明の実施の形態につき、要件ごとに具体的に説明する。以下の説明において、自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板は、素材アルミニウム合金板、素材板あるいは単に板とも言う。また、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルは、自動車ルーフパネルあるは単にルーフパネルとも言う。
【0028】
(自動車ルーフパネル)
本発明は、鋼製部材と接合されたアルミニウム合金製ルーフパネルの塗装焼付処理時の、特に加熱初期や、加熱保持後の、ルーフパネルの座屈あるいは残留変形発生を効率的に抑制することを目的としている。このため、このようなルーフパネルの座屈あるいは残留変形発生が問題となる、塗装前に鋼製部材と接合されたアルミニウム合金製自動車ルーフパネルであることを前提とする。
【0029】
前記鋼製部材とは、ルーフパネルが車体幅方向で接合される、車体前後方向に延在するルーフサイドレール、ルーフサイドアウタパネル、あるいはルーフパネルを下側から支持する、車体幅方向に延在するルーフ補強材などが挙げられる。ただ、ルーフパネルの座屈あるいは残留変形発生が問題となるのであれば、これら鋼製部材の一部がアルミニウム合金製や樹脂製などに置き換えられても良く、これらの部材の一部が鋼製であれば良い。
【0030】
(化学成分組成)
本発明の自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板あるいはアルミニウム合金製自動車ルーフパネルの合金組成(化学成分組成)は、基本的に、Al−Mg系合金であるJIS5000系に相当するアルミニウム合金とする。
【0031】
ただ、本発明は、素材アルミニウム合金板として、あるいは、この板が成形された自動車ルーフパネルとして、冷延後に、後述する特定の焼鈍条件と組み合わせることで、前記した高い塗装焼付温度特性を有する必要がある。
このため、5000系アルミニウム合金の中でも、Mg:4.0〜7.0質量%、Cu:0.2〜2.0質量%を各々含むとともに、Mn:0.5%以下(0%を含まず)、Cr:0.3%以下(0%を含まず)、Ti:0.1%以下(0%を含まず)の1種または2種以上を含み、残部Alおよび不可避的不純物からなる、特定の合金組成とする。また、この合金組成であれば、成形される素材や自動車ルーフパネルとして要求される、プレス成形性、溶接性、耐食性などの諸特性を満足することができる。
【0032】
以下、各元素ごとに各含有範囲の意義を説明する。なお、以下に記載する元素含有量は、表1を含めて、全て質量%である。
【0033】
Mg:4.0〜7.0%
Mgは、素材板あるいは自動車ルーフパネルとしての、前記塗装焼付温度特性を有するために必須の元素である。また、板厚が1.5mm以下、例えば1.0〜1.3mm程度に薄肉化された場合や、塗装焼付処理が高温、長時間化して軟化しやすくなった場合の、自動車ルーフパネルとしての必要強度(0.2%耐力で200MPa以上)や剛性を満たすための必須元素でもある。更に、材料を均一に塑性変形させて破断割れ限界を向上させ、自動車ルーフパネルへの素材板のプレス成形性を向上させる効果もある。
【0034】
Mgの含有量が4.0%未満では、前記塗装焼付温度特性を満たすことができず、前記薄肉化された場合や、塗装焼付処理が高温、長時間化して軟化しやすくなった場合の、素材板や自動車ルーフパネルとしての必要強度や剛性も不足する。また、素材板のプレス成形性も低下する。
一方、Mgの含有量が7.0%を越えると、鋳造時や圧延時の割れが生じ易くなり、素材アルミニウム合金板の製造が困難となる。したがってMgの含有量は4.0〜7.0%、好ましくは4.0〜6.0%の範囲とする。
【0035】
Cu:0.2〜2.0%
Cuは、Mgと同様に、素材板あるいは自動車ルーフパネルとしての、前記塗装焼付温度特性を有するために必須の元素である。また、板厚が1.5mm以下、例えば1.0〜1.3mm程度に薄肉化された場合や、塗装焼付処理が高温、長時間化して軟化しやすくなった場合の、自動車ルーフパネルとしての必要強度(0.2%耐力で200MPa以上)や剛性を満たすための必須元素でもある。更に、材料を均一に塑性変形させて破断割れ限界を向上させ、自動車ルーフパネルへの素材板のプレス成形性を向上させる効果もある。
【0036】
Cuの含有量が0.2%未満では、前記塗装焼付温度特性を満たすことができず、前記薄肉化された場合や、塗装焼付処理が高温、長時間化して軟化しやすくなった場合の、素材板や自動車ルーフパネルとしての必要強度や剛性も不足する。また、素材板のプレス成形性も低下する。
一方、Cuの含有量が2.0%を越えると、鋳造時や圧延時の割れが生じ易くなり、素材アルミニウム合金板の製造が困難となる。したがって、Cuの含有量は0.2〜2.0%の範囲内とし、好ましくは0.4〜1.9%の範囲とする。
【0037】
Mn、Cr、Tiの1種または2種以上
Mn、Cr、Tiは、結晶粒を微細化して、素材板のプレス成形性や強度を高める効果がある。ただ、一方で、これらの元素の含有量が多くなると、これらの元素に起因する粗大な晶出物や析出物が多くなり、破壊の起点になりやすく、却ってプレス成形性や強度を低下させる。したがって、これらの元素は、各々、Mn:0.5%以下(0%を含まず)、Cr:0.3%以下(0%を含まず)、Ti:0.1%以下(0%を含まず)として、その1種または2種以上を含有させる。
【0038】
その他の元素:
その他の元素は基本的に不可避的不純物である。特に、アルミスクラップを使用した鋳塊の溶製の場合に混入しやすい不可避的不純物として、Fe、Si、Zn、Zrなどが例示される。そして、これら元素を例えば検出限界以下などに低減すること自体がコストアップとなり、ある程度の含有の許容が必要となる。この点で、質量%で、Fe:0.5%以下(0%を含む)、Si:0.5%以下(0%を含む)、Zr:0.1%以下(0%を含む)、Zn:0.6%以下(0%を含む)の範囲で、各々含有することを許容する。
【0039】
(塗装焼付温度特性)
このような特定の5000系合金組成のアルミニウム合金板を、冷延後に、後述する特定の条件で焼鈍して、塗装前に鋼製部材と接合されたアルミニウム合金製自動車ルーフパネルの塗装焼付温度特性を、塗装焼付温度に到達直後の0.2%耐力が大きく低下しない、高い塗装焼付温度特性とする。
【0040】
すなわち、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルの、塗装焼付処理前の室温での0.2%耐力が230MPa以上であり、この自動車ルーフパネルが加熱されて190℃に到達した直後の、この190℃での0.2%耐力が200MPa以上であり、前記190℃に到達後に更に20分保持された後の前記自動車ルーフパネルの室温での0.2%耐力が200MPa以上であることとする。
このような自動車ルーフパネルの特性室温での必要耐力を満たすための、素材アルミニウム合金板の特性は、室温での0.2%耐力が220MPa以上、300MPa以下であり、前記アルミニウム合金板が1%の予歪を付与された後、加熱されて190℃の温度に到達した直後の0.2%耐力が200MPa以上であり、前記190℃に到達後に更に20分保持された後の前記アルミニウム合金板の室温での0.2%耐力が200MPa以上であることとする。
【0041】
室温での0.2%耐力:
本発明で対象とする5000系アルミニウム合金の塗装焼付温度特性は、温度と保持時間の影響が大きく、塗装焼付温度が高温になるほど保持時間が長くなるほど、0.2%耐力が低下し、軟化が大きくなる特性を有している。この点が、塗装焼付によって0.2%耐力が高くなるベークハード性(BH性)を有する6000系アルミニウム合金の塗装焼付温度特性とは大きく異なる。
【0042】
したがって、先ず、自動車ルーフパネルの塗装焼付処理前の室温での0.2%耐力を230MPa以上とする。
自動車ルーフパネルの前記室温での0.2%耐力が230MPa未満では、塗装焼付処理での5000系アルミニウム合金の軟化を考慮すると、加熱されて190℃の温度に到達した直後の0.2%耐力を200MPa以上、好ましくは230MPa以上とすることが困難となる。このため、鋼製部材と接合されたアルミニウム合金製ルーフパネルの塗装焼付処理時の、特に加熱初期である、190℃の塗装焼付温度に到達直後(190℃到達後の保時間が1分以内)の、ルーフパネルの座屈あるいは残留変形発生を抑制できなくなる。
【0043】
このような自動車ルーフパネルの特性(室温での必要耐力)を満たすために、素材アルミニウム合金板の特性は、室温での0.2%耐力を220MPa以上、300MPa以下とする。
素材アルミニウム合金板の室温での0.2%耐力が220MPa未満では、ルーフパネルへの成形によって、1%程度の歪みが入ることによる加工硬化で、10〜20MPa程度の耐力増加を見込んだとしても、自動車ルーフパネルの前記室温での0.2%耐力を、230MPa以上とすることが困難となる。
したがって、塗装焼付処理での5000系アルミニウム合金の軟化を考慮すると、加熱されて190℃の温度に到達した直後の0.2%耐力を200MPa以上、好ましくは230MPa以上、とすることが困難となる。このため、鋼製部材と接合されたアルミニウム合金製ルーフパネルの塗装焼付処理時の、特に加熱初期である、190℃の塗装焼付温度に到達直後(190℃到達後の保時間が1分以内)の、ルーフパネルの座屈あるいは残留変形発生を抑制できなくなる。
一方、素材アルミニウム合金板の室温での0.2%耐力が300MPaを超えた場合、成形性の著しい低下を生じ、ルーフパネルの成形自体が困難となる。
【0044】
190℃の温度到達直後の0.2%耐力:
次に、自動車ルーフパネルの前記塗装焼付温度特性として、加熱されて190℃の温度に到達した直後の、この190℃での0.2%耐力を、前記した200MPa以上、好ましくは230MPa以上、のできるだけ高い耐力とする。
この190℃の温度に到達した直後の、この190℃での0.2%耐力が高いほど、高温強度が高くなり、鋼製部材と接合されたアルミニウム合金製ルーフパネルの塗装焼付処理時の、特に前記加熱初期の、ルーフパネルの座屈あるいは残留変形発生を抑制できる。
【0045】
ちなみに、加熱されて190℃の温度に到達した直後とは、測定値の再現性の点で、190℃に到達後の保持時間が1分以内と定義する。190℃に到達後の保持時間が長くなるほど、前記した通り、0.2%耐力が低下し、軟化が大きくなるので、測定値の再現性が悪くなる。ここで、塗装焼付け温度190℃は±5℃の誤差範囲を含むものとする。 また、この際の昇温速度は特に規定はされないが、通常室温から塗装焼付け温度までの平均で20〜200℃/分である。
【0046】
自動車ルーフパネルの塗装焼付温度は、170℃や180℃など、より低温化する傾向にあるが、本発明では、自動車ルーフパネルの塗装焼付温度として、190℃を選択している。この理由は、前記した通り、塗装焼付温度特性には、温度の影響が大きく、塗装焼付温度が高温になるほど軟化が大きくなるからである。
すなわち、塗装焼付温度がより低い170℃や180℃で、前記した塗装焼付温度特性を満たしたとしても、より高温の190℃での塗装焼付温度特性を満たすことができなくなるか、あるいは満たすかどうか不明であるなど、塗装焼付温度特性を保証できなくなるからである。したがって、本発明では、この塗装焼付温度特性を、温度が比較的高い、より厳しい側の190℃で評価している。
【0047】
このような自動車ルーフパネルの、加熱されて190℃の温度に到達した直後の特性を満たすために、素材アルミニウム合金板の特性は、この素材アルミニウム合金板が1%の予歪を付与された後、加熱されて190℃の温度に到達した直後の0.2%耐力が200MPa以上とする。
素材アルミニウム合金板の特性として、この素材アルミニウム合金板が1%の予歪を付与された後、加熱されて190℃の温度に到達した直後の0.2%耐力が200MPa未満では、同様にルーフパネルへの成形によって1%程度の予歪が導入された、自動車ルーフパネルの前記塗装焼付温度特性として、加熱されて190℃の温度に到達した直後の、この190℃での0.2%耐力を、200MPa以上とすることが困難となる。
【0048】
190℃20分保持後の室温での0.2%耐力:
自動車ルーフパネルの、前記190℃の塗装焼付処理相当温度に20分保持した後の室温での0.2%耐力、すなわち、190℃に20分保持した後に放冷して室温状態(20℃)となった時点での0.2%耐力は、塗装焼付処理後の自動車ルーフパネルの耐力(自動車ルーフパネルの使用強度)として、高い方が好ましい。
このため、自動車ルーフパネルの、190℃の塗装焼付処理相当温度に20分保持した後の室温での0.2%耐力は、200MPa以上、好ましくは230MPa以上とする。
5000系アルミニウム合金は、塗装焼付温度が高温で保持時間が長くなるほど軟化することも考慮すると、ルーフパネルとして、前記した通り薄肉化された場合の必要強度や剛性を満たすために、190℃なる比較的高温での塗装焼付処理相当温度に20分保持した後の室温での0.2%耐力規定も重要である。
【0049】
このような自動車ルーフパネルの、190℃の塗装焼付処理相当温度に20分保持した後の室温での0.2%耐力を満たすために、素材アルミニウム合金板の特性は、この素材アルミニウム合金板が1%の予歪を付与された後、加熱されて、前記190℃に到達後に更に20分保持された後の、前記素材アルミニウム合金板の室温での0.2%耐力として、200MPa以上とする。
素材アルミニウム合金板の特性として、この素材アルミニウム合金板が1%の予歪を付与された後、加熱されて190℃に到達後に更に20分保持された後の0.2%耐力が200MPa未満では、同様にルーフパネルへの成形によって1%程度の予歪が導入された、自動車ルーフパネルの前記塗装焼付温度特性として、190℃の塗装焼付処理相当温度に20分保持した後の室温での0.2%耐力を、200MPa以上とすることが困難となる。
【0050】
(製造方法)
本発明の板の製造方法について、以下に具体的に説明する。
【0051】
本発明では、冷延までは、5000系(Al−Mg系)アルミニウム合金板の、通常の圧延による板の製造工程による製造方法で製造可能である。即ち、前記合金組成の鋳塊をDC鋳造法や連続鋳造法にて鋳造し、この鋳塊を均質化熱処理、熱間圧延の工程を経て、板厚が1.5〜5.0mmであるアルミニウム合金熱延板を製造する。次いで、冷延前もしくは冷延のパス間において必要により中間焼鈍を選択的に行ないつつ、あるいは、これらの中間焼鈍無しで、冷間圧延して、板厚が1.5mm以下の冷延板の製品板とする。
【0052】
焼鈍:
このように得られた5000系アルミニウム合金冷延板を、220〜300℃の温度範囲から選択した温度条件で焼鈍して、目的の範囲に調質し、本発明で規定する前記塗装焼付温度特性を持たせる。なお、220〜300℃の焼鈍には、冷延後の安定化処理として、5000系アルミニウム合金板の経時変化による強度の低下を防止する効果もある。
【0053】
この焼鈍条件が不適切であると、目的の範囲に調質できず、前記塗装焼付温度特性としての、室温での0.2%耐力、190℃に到達した直後の0.2%耐力、190℃に到達後に20分保持された後の0.2%耐力、のいずれかの特性を満たせなくなる。また、素材板の0.2%耐力が300MPaを超えて高くなると、素材板のルーフパネルへの成形性が大きく低下する。
【0054】
このような焼鈍では、冷延板の合金組成との関係もあり、前記塗装焼付温度特性を持たせるために、焼鈍に使うバッチ処理炉や連続処理炉などの炉のタイプによって、特に焼鈍温度の選択や管理が重要になる。言い換えると、この炉のタイプと焼鈍温度の選択を誤ると、目的の範囲に調質できず、前記塗装焼付温度特性を持たせることができない。
【0055】
この点、バッチ炉では、焼鈍温度が220〜300℃の範囲で、保持時間は0.5〜6時間程度とする。焼鈍温度が220℃未満、保持時間が0.5時間未満では、前記塗装焼付温度特性のいずれかの特性を満たせなくなる。
一方、焼鈍温度が300℃を超えたり、保持時間が6時間を超えると、このバッチ焼鈍での軟化が大きくなって、やはり、前記塗装焼付温度特性のいずれかの特性を満たせなくなる。
【0056】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【0057】
次に、本発明の実施例を説明する。表1に示す各合金組成の5000系アルミニウム合金冷延板を製造し、表1に示す条件でバッチ炉にて焼鈍して調質し、この板の塗装焼付温度特性、機械的な特性、成形性を各々測定、評価した。これらの結果も表1に示す。なお、表1における元素含有量の「−」表記は、その元素の含有量が検出限界以下であることを示す。
【0058】
冷延板の製造方法(条件)は、各例とも同じ共通条件で行った。即ち、ブックモールド鋳造によって鋳造した50mm厚の鋳塊を、480℃で8時間の均質化熱処理を行い、その後400℃にて熱間圧延を開始した。板厚は、3.5mmの熱延板とした。この熱延板を、1.3mmの板厚まで冷間圧延を行った後に、バッチ炉(硝石炉)にて、表1に示すような条件で焼鈍して調質を行い、供試材とした。
【0059】
(機械的特性)
前記供試材から引張試験片を作成した上で、引張試験を行い、JISZ2241(1980):金属材料引張り試験方法に基づいて、塗装焼付温度特性としての、各温度条件での0.2%耐力(MPa)を各々測定した。
【0060】
引張試験は、室温20℃(σ1)、試験片を加熱して190℃に到達した直後(1秒以内、σ2)、更に試験片を190℃で20分保持後(σ3)に放冷して室温状態(20℃)となった時点、での各0.2%耐力を測定した。なお、伸び(%)は室温のみ測定した。
【0061】
引張試験条件は、圧延方向に対して直角方向のJISZ2201の5号試験片(25mm×50mmGL×板厚)を採取し、引張試験を行った。全て、クロスヘッド速度は5mm/分として、試験片が破断するまで一定の速度で行った。
【0062】
(残留変形量の解析)
自動車ルーフパネルの解析モデルを用いて、鋼製部材と接合されたアルミニウム合金製ルーフパネルの塗装焼付処理時の座屈あるいは残留変形発生の評価を行った。すなわち、前記発明例と比較例の各素材アルミニウム合金板をルーフパネルに成形して、鋼製部材と接合し、これらを一体に塗装焼付処理した場合の、ルーフパネルの残留変形量分布を、解析により求めた。
【0063】
自動車ルーフパネルの解析モデルは、図1に示すルーフパネルの平面形状(大きさは1500mm×1000mmのものを1/2対称で図示)とした。塗装前に鋼製部材と接合されたアルミニウム合金製自動車ルーフパネルとして解析した構造モデルも図2に断面図で示す。この図2に示す通り、前記図1の自動車ルーフパネルを、ルーフサイドレールあるいはルーフサイドアウタパネルを模擬した鋼製架台に取り付けた構造とした。ここで、自動車ルーフパネルは端部のフランジ中央部にて50mm間隔で、鋼製架台に拘束した解析条件とした。解析には汎用有限要素ソルバーであるABAQUS6.12.1を使用した。
【0064】
そして、ルーフパネルのY=430mm断面での車両前後方向の残留変形量の分布(縦軸:残留変形量、横軸:車両前後方向の位置)を、後述する図3に示すように求めた。この図3の残留変形量の分布における凹凸変形の大きさ(縦軸)から、残留変形量の大きさを評価した。凹凸変形の大きさが0.1mm未満であるものを、残留変形抑制効果が大きいとして〇、凹凸変形の大きさが0.1mm以上であるものを、残留変形抑制効果が小さいとして×と評価した。これらの結果を表1に示す。
【0065】
(プレス成形性評価)
素材板のプレス成形性として、曲げ試験および絞り成形試験を行った。曲げ試験はパンチ先端Rが0.2の90°Vブロックを用いて行い、曲げ稜線が圧延方向と平行および直角のいずれの条件でも表面割れが発生しないものを○、少なくともいずれか一方で割れが発生したものを×とした。また、絞り成形試験は肩R5mm,コーナーR10mmの90mm角筒パンチおよびダイR5mm,コーナーR10mmの92.5mm角ダイス,150mm角のブランクを用いてシワ抑え圧1tonで行い、絞り高さ10mmで割れ発生せずに成形できたものを○、割れが発生した物を×とした。
【0066】
表1、2の通り、発明例1〜7は、本発明のAl−Mg系アルミニウム合金組成規定を満足し、好ましい焼鈍条件で製造されている。
【0067】
このため、各発明例は、室温での0.2%耐力σ1が230MPa以上であるとともに、加熱されて190℃に到達した直後の0.2%耐力σ2が200MPa以上であり、更に190℃×20分加熱後の室温での0.2%耐力σ3が200MPa以上である、優れた塗装焼付温度特性を有する。この結果、残留変形抑制効果が大きい。
【0068】
一方、比較例8〜11は、表1の通り、合金組成が発明範囲を外れている。
比較例8はMg含有量が下限を外れて少なすぎる。
比較例10はCu含有量が下限を外れて少なすぎる。
この結果、比較例8、10は、塗装焼付温度特性や残留変形抑制効果が、発明例に比して著しく劣っている。
【0069】
比較例9はMg含有量が上限を外れて多すぎる。
比較例11はCu含有量が上限を外れて多すぎる。
このため、これらの比較例は、圧延割れを生じて板が製造できなかった。
【0070】
比較例12〜15は、発明例2と同じ合金組成でありながら、表1の通り、焼鈍条件が好ましい範囲から各々外れて調質されている。この結果、比較例12〜15は、塗装焼付温度特性、残留変形抑制効果、成形性のいずれかが、発明例に比して著しく劣っている。
比較例12は焼鈍温度が低すぎる。
比較例13は焼鈍温度が高すぎる。
比較例14は焼鈍時間が短すぎる。
比較例15は焼鈍温度が長すぎる。
【0071】
【表1】
【0072】
前記表1の実施例を代表して、発明例1、比較例13を選択し、これらの解析モデル全体に、塗装焼付処理を模擬した、温度変化(190℃)を与えた後の、このルーフパネルの残留変形量の分布状態の解析結果を、図4(発明例1)、図5(比較例13)に各々示す。
図5のように、従来例である焼鈍温度が高すぎO材となっている比較例13では、ルーフ端部に凹凸(変形)を示す等高線が密に存在するが、図4の発明例1では、ルーフ端部に等高線の間隔が非常に大きく、凹凸(変形)が存在せず、残留変形抑制効果が大きいことがわかる。
【0073】
発明例1、比較例13のルーフパネルの車両前後方向の残留変形量分布を図3に示す。 この図3において、実線が発明例1、点線(鎖線)が比較例13を示す。同図より、残留変形は、比較例13では凹凸が100mmピッチで、凹凸変形の大きさが0.4mm程度生じているのに対し、発明例1では顕著な凹凸は見られず、凹凸変形の大きさが最大でも0.05mm(50μm)程度と非常に小さく、残留変形抑制効果が大きいことが確認できる。
【0074】
以上の実施例から、本発明各要件あるいは好ましい製造条件などの、塗装焼付温度特性や成形性を兼備し、アルミニウム合金製ルーフパネルの熱膨張時の熱ひずみによる座屈によって生じる、残留変形を抑制するための、臨界的な意義が裏付けられる。
【産業上の利用可能性】
【0075】
以上説明したように、本発明によれば、鋼製部材と接合されたアルミニウム合金製ルーフパネルの塗装焼付処理時の、特に加熱初期のアルミニウム合金製ルーフパネルの座屈あるいは残留変形発生を抑制できる、アルミニウム合金製自動車ルーフパネルおよび自動車ルーフパネル用アルミニウム合金板を提供できる。この結果、自動車ルーフパネルへのAl−Mg系アルミニウム合金板の適用を広げるものである。
図1
図2
図3
図4
図5