CN111989174A - 具有改进表面性质的金属产品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本文提供了表现出均匀表面特性的连续铸造的铝合金产品。所述铝合金产品具有第一表面，所述第一表面包括宽度，其中所述第一表面跨所述第一表面的所述宽度包括平均50个或更少渗出物/每平方厘米。本文还提供了制备具有改进表面特性的铝合金产品的方法。进一步提供了用于制造具有减少表面缺陷的铝合金产品诸如片材的方法和系统。

Description

具有改进表面性质的金属产品及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年3月14日提交的美国临时专利申请号62/642,636的权益，所述申请通过引用的方式整体并入本文。
技术领域
本公开总体涉及冶金学，并且更具体地涉及金属表面科学。
背景技术
连续铸造的金属可能遭受由于铸造方法以及成形过程中的热工过程而产生的表面缺陷。可能期望生产不含表面缺陷的连续铸造的金属产品。
发明内容
本发明涵盖的实施方案由权利要求书而非本发明内容限定。本发明内容是本发明各方面的高级概述，并且介绍了将在下文具体实施方式部分中进一步描述的概念中的一些。本发明内容并不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不旨在单独用于确定所要求保护的主题的范围。应参考整个说明书、任何或所有附图以及每条权利要求的适当部分来理解本主题。
本文描述了铝合金产品。在一些情况下，所述铝合金产品包括具有宽度的第一表面，其中所述第一表面跨所述第一表面的所述宽度包括平均50个或更少渗出物/平方厘米(cm2)。所述渗出物可以是多个金属间颗粒(例如，多个含铁金属间颗粒)。任选地，所述渗出物中的每一个具有约50μm至约300μm的平均直径。所述渗出物可从所述第一表面向所述铝合金产品的内部延伸至约10μm至约100μm(例如，约10μm至约30μm)的深度。所述铝合金产品可以是1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金或8xxx系列铝合金。
本文还描述了生产金属带材的方法。所述方法包括：提供熔融金属；连续地铸造以由所述熔融金属形成铸造金属制品；以及在铸造后在至少约350℃的热轧温度下将所述铸造金属制品热轧至约10mm或更小的规格以产生金属带材，其中所述热轧步骤导致所述铸造金属制品的厚度减小至少约50％。任选地，所述热轧温度为约450℃至约600℃。所述铸造金属制品可以是铸造金属片材。在一些情况下，所述铸造金属片材包括铝合金片材(例如，6xxx系列铝合金片材、5xxx系列铝合金片材或7xxx系列铝合金片材)。如上所述，所述铝合金片材的所述第一表面具有宽度，并且所述第一表面可跨所述第一表面的所述宽度包括平均50个或更少渗出物/cm2。任选地，所述渗出物中的每一个具有约50μm至约300μm的平均直径，并且在一些情况下，所述渗出物包括含铁金属间颗粒。
本文进一步描述了根据如本文所述的用于生产金属带材的方法制备的金属产品。所述金属产品可包括铝合金基材，所述铝合金基材包括具有宽度的第一表面，其中所述第一表面跨所述第一表面的所述宽度具有平均50个或更少渗出物/cm2。任选地，所述渗出物中的每一个具有约50μm至约300μm的平均直径，并且在一些情况下，所述渗出物包括含铁金属间颗粒。
本文还描述了一种连续铸造系统，其具有一对移动的相对铸造表面；铸造腔，所述铸造腔位于所述一对移动的相对铸造表面之间；以及熔融金属喷射器，所述熔融金属喷射器具有熔融金属喷射器喷嘴。在一些情况下，所述熔融金属喷射器喷嘴的顶部表面或底部表面具有最远端，所述最远端定位在距所述一对移动的相对铸造表面中的至少一个移动铸造表面约1.4mm或更小的竖直距离处。例如，所述熔融金属喷射器喷嘴的所述最远端与所述一对移动的相对铸造表面中的所述至少一个移动铸造表面之间的所述竖直距离为约1.0mm或更小。所述一对移动的相对铸造表面可以是一对移动的相对带、相对块或相对辊。将所述熔融金属喷射器喷嘴定位在距所述一对移动的相对铸造表面1.4mm或更小的距离处可帮助减少存在于所述铸造熔融金属片材的所述表面中的渗出物的数量。
本文还描述了一种连续地铸造金属制品的方法。所述方法包括提供熔融金属并且将所述熔融金属从熔融金属喷射器喷嘴连续地喷射到限定在一对移动的相对铸造表面之间的铸造腔中，以形成连续铸造的金属制品。所述熔融金属喷射器喷嘴的顶部表面或底部表面具有最远端，所述最远端可定位在距所述一对移动的相对铸造表面中的至少一个移动铸造表面约1.4mm或更小(例如，约1.0mm或更小)的竖直距离处，以使存在于所述连续铸造的金属制品的所述表面中的渗出物的数量最小化。任选地，所述一对移动的相对铸造表面是一对移动的相对带、相对辊或相对块。所述方法还可包括从所述铸造腔的出口抽出连续铸造的金属片材。所述连续铸造的金属片材可以是铝合金片材(例如，6xxx系列铝合金片材、5xxx系列铝合金片材或7xxx系列铝合金片材)。本文还描述了根据用于连续地铸造金属制品的方法制备的金属产品。
在考虑以下非限制性示例的详细描述时，其他目的、方面和优点将变得显而易见。
附图说明
图1A是在表面内包含渗出物的铝合金产品的扫描电子显微镜(SEM)显微照片。
图1B是铝合金产品表面内的渗出物的SEM显微照片。
图2是铝合金产品表面内的弯月面振痕的数字图像。
图3是示出沿铝合金产品表面内的弯月面振痕的渗出物形成的显微照片。
图4是比较性冷轧铝合金产品中表面缺陷的数字图像。
图5包含示出示例性热轧铝合金产品的表面的数字图像。
图6包含比较通过比较性冷轧方法制备的铝合金与通过示例性热轧方法制备的铝合金中的表面缺陷的数字图像。
图7(面板A-C)包含示出示例性热轧铝合金中的表面缺陷的数字图像。图7的面板A是低放大率数字图像。图7的面板B和面板C是图7的面板A所示的区域的更高放大率数字图像。
图8(面板A-C)包含示出示例性热轧金属中的表面缺陷的数字图像。图8的面板A是低放大率数字图像。图8的面板B和面板C是图8的面板A所示的区域的更高放大率数字图像。
图9是描绘熔融金属喷射器喷嘴距移动铸造表面的距离的示意图。
具体实施方式
本文提供了具有期望表面性质的连续铸造的铝合金产品以及减少和/或消除产品中的表面缺陷的系统和方法。在连续铸造工艺期间，当熔融金属接触一对移动的相对铸造表面时，熔融金属可局部地冷却并收缩，从而从一对移动的相对铸造表面拉离。当熔融金属从一对移动的相对铸造表面拉离时，可在铝基体中的晶粒周围发生局部重熔。重熔可致使熔融金属和合金元件从晶粒周围泄漏和/或致使晶粒至少部分地从铝基体表面渗出，从而形成突出的合金元件(即金属间颗粒)区域。多个这些金属间颗粒(例如，金属间颗粒簇)在本文中称为渗出物。
此外，连续铸造金属可导致在金属表面上产生可见的弯月面振痕。具体地，将熔融金属喷射到一对移动的相对铸造表面之间的空间中可在熔融金属喷射器喷嘴的最远端与一对移动的相对铸造表面之间的空间中提供弯月面。在一些情况下，弯月面可经历振荡，当弯月面振荡时，所述振荡可在凝固熔融金属的表面中引起变化的热梯度，从而在金属表面上产生弯月面振痕。在一些示例中，渗出物优选地沿弯月面振痕形成。渗出物可在后续加工期间保留在铸造铝合金或其他金属产品的表面中，从而在将铝合金产品加工成最终规格时产生表面缺陷。在一些情况下，在加工成最终规格后铝合金或其他金属产品的表面质量方面，较大渗出物(例如，直径大于约100μm)可能是重大问题。渗出物可具有与铝基体不同的化学组成，并且可具有不同的电化学势能。在一些方面，渗出物可相对于金属(例如，铝)基体为阳极。随后的表面处理(例如，酸蚀刻)可优先溶解渗出物，这导致金属表面中出现缺陷。在一些其他方面，随后的表面处理可优先溶解金属基体，从而在金属表面上留下缺陷。本文描述的系统和方法减少产品中的表面缺陷，从而与根据常规连续铸造方法制备的产品相比产生具有优异表面性质的连续铸造的铝合金产品。
定义和描述
如本文所用，术语“发明”、“本发明(the invention)”、“本发明(thisinvention)”和“本发明(the present invention)”旨在广泛地指代本专利申请和以下权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述应被理解为不限制本文描述的主题或限制以下专利权利要求的含义或范围。
在本说明书中，参考由铝工业名称(诸如“系列”或“6xxx”)标识的合金。为了理解最常用于命名和标识铝及其合金的编号系统，参见由铝业协会(The AluminumAssociation)出版的“International Alloy Designations and Chemical CompositionLimits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys”或“RegistrationRecord of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical CompositionsLimits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”两者。
如本文所用，除非上下文另外明确指出，否则“一个(a)”、“一个(an)”或“所述”的含义包括单数和复数引用。
本文公开的所有范围应被理解为涵盖包括在其中的任何和所有子范围。例如，所述范围“1至10”应被视为包括最小值1与最大值10之间(包括最小值1和最大值10)的任何和所有子范围；也就是说，所有子范围均以最小值1或更大(例如，1至6.1)开始并且以最大值10或更小(例如，5.5至10)结束。
如本文所用，“板”通常具有大于约15mm的厚度。例如，板可指厚度大于15mm、大于20mm、大于25mm、大于30mm、大于35mm、大于40mm、大于45mm、大于50mm或大于100mm的铝产品。
如本文所用，“薄板”(也称为片材板)通常具有约4mm至约15mm的厚度。例如，薄板可具有4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或15mm的厚度。
如本文所用，“片材”通常是指厚度小于约4mm的铝产品。例如，片材可具有小于4mm、小于3mm、小于2mm、小于1mm、小于0.5mm、小于0.3mm或小于0.1mm的厚度。
如本文所用，诸如“铸造金属制品”、“铸造制品”等的术语是可互换的，并且是指通过直接冷铸(包括直接冷共铸)或半连续铸造、连续铸造(包括例如使用双带式铸造机、双辊铸造机、块式铸造机或任何其他连铸机)、电磁铸造、热顶铸造或任何其他铸造方法生产的产品。
铝合金产品
本文描述了具有期望表面性质的金属产品，包括铝合金产品。除其他性质外，本文描述的铝合金产品由于金属间颗粒的分布而显示出均匀表面。本文描述的铝合金产品中的金属间颗粒更分散且较不群聚，这导致产生在表面上表现出最少条纹的优异的最终铝合金产品。
铝合金产品可具有任何合适的组成。在非限制性示例中，铝合金产品可包括1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金或8xxx系列铝合金。
通过非限制性示例，用作铝合金产品的示例性AA1xxx系列合金可包括AA1100、AA1100A、AA1200、AA1200A、AA1300、AA1110、AA1120、AA1230、AA1230A、AA1235、AA1435、AA1145、AA1345、AA1445、AA1150、AA1350、AA1350A、AA1450、AA1370、AA1275、AA1185、AA1285、AA1385、AA1188、AA1190、AA1290、AA1193、AA1198和AA1199。
通过非限制性示例，用作铝合金产品的示例性AA2xxx系列合金可包括AA2001、A2002、AA2004、AA2005、AA2006、AA2007、AA2007A、AA2007B、AA2008、AA2009、AA2010、AA2011、AA2011A、AA2111、AA2111A、AA2111B、AA2012、AA2013、AA2014、AA2014A、AA2214、AA2015、AA2016、AA2017、AA2017A、AA2117、AA2018、AA2218、AA2618、AA2618A、AA2219、AA2319、AA2419、AA2519、AA2021、AA2022、AA2023、AA2024、AA2024A、AA2124、AA2224、AA2224A、AA2324、AA2424、AA2524、AA2624、AA2724、AA2824、AA2025、AA2026、AA2027、AA2028、AA2028A、AA2028B、AA2028C、AA2029、AA2030、AA2031、AA2032、AA2034、AA2036、AA2037、AA2038、AA2039、AA2139、AA2040、AA2041、AA2044、AA2045、AA2050、AA2055、AA2056、AA2060、AA2065、AA2070、AA2076、AA2090、AA2091、AA2094、AA2095、AA2195、AA2295、AA2196、AA2296、AA2097、AA2197、AA2297、AA2397、AA2098、AA2198、AA2099和AA2199。
通过非限制性示例，用作铝合金产品的示例性AA3xxx系列合金可包括AA3002、AA3102、AA3003、AA3103、AA3103A、AA3103B、AA3203、AA3403、AA3004、AA3004A、AA3104、AA3204、AA3304、AA3005、AA3005A、AA3105、AA3105A、AA3105B、AA3007、AA3107、AA3207、AA3207A、AA3307、AA3009、AA3010、AA3110、AA3011、AA3012、AA3012A、AA3013、AA3014、AA3015、AA3016、AA3017、AA3019、AA3020、AA3021、AA3025、AA3026、AA3030、AA3130和AA3065。
通过非限制性示例，用作铝合金产品的示例性AA4xxx系列合金可包括AA4004、AA4104、AA4006、AA4007、AA4008、AA4009、AA4010、AA4013、AA4014、AA4015、AA4015A、AA4115、AA4016、AA4017、AA4018、AA4019、AA4020、AA4021、AA4026、AA4032、AA4043、AA4043A、AA4143、AA4343、AA4643、AA4943、AA4044、AA4045、AA4145、AA4145A、AA4046、AA4047、AA4047A和AA4147。
用作铝合金产品的非限制性示例性AA5xxx系列合金可包括用作铝合金产品的AA5xxx合金可包括AA5182、AA5183、AA5005、AA5005A、AA5205、AA5305、AA5505、AA5605、AA5006、AA5106、AA5010、AA5110、AA5110A、AA5210、AA5310、AA5016、AA5017、AA5018、AA5018A、AA5019、AA5019A、AA5119、AA5119A、AA5021、AA5022、AA5023、AA5024、AA5026、AA5027、AA5028、AA5040、AA5140、AA5041、AA5042、AA5043、AA5049、AA5149、AA5249、AA5349、AA5449、AA5449A、AA5050、AA5050A、AA5050C、AA5150、AA5051、AA5051A、AA5151、AA5251、AA5251A、AA5351、AA5451、AA5052、AA5252、AA5352、AA5154、AA5154A、AA5154B、AA5154C、AA5254、AA5354、AA5454、AA5554、AA5654、AA5654A、AA5754、AA5854、AA5954、AA5056、AA5356、AA5356A、AA5456、AA5456A、AA5456B、AA5556、AA5556A、AA5556B、AA5556C、AA5257、AA5457、AA5557、AA5657、AA5058、AA5059、AA5070、AA5180、AA5180A、AA5082、AA5182、AA5083、AA5183、AA5183A、AA5283、AA5283A、AA5283B、AA5383、AA5483、AA5086、AA5186、AA5087、AA5187和AA5088。
用作铝合金产品的非限制性示例性AA6xxx系列合金可包括AA6101、AA6101A、AA6101B、AA6201、AA6201A、AA6401、AA6501、AA6002、AA6003、AA6103、AA6005、AA6005A、AA6005B、AA6005C、AA6105、AA6205、AA6305、AA6006、AA6106、AA6206、AA6306、AA6008、AA6009、AA6010、AA6110、AA6110A、AA6011、AA6111、AA6012、AA6012A、AA6013、AA6113、AA6014、AA6015、AA6016、AA6016A、AA6116、AA6018、AA6019、AA6020、AA6021、AA6022、AA6023、AA6024、AA6025、AA6026、AA6027、AA6028、AA6031、AA6032、AA6033、AA6040、AA6041、AA6042、AA6043、AA6151、AA6351、AA6351A、AA6451、AA6951、AA6053、AA6055、AA6056、AA6156、AA6060、AA6160、AA6260、AA6360、AA6460、AA6460B、AA6560、AA6660、AA6061、AA6061A、AA6261、AA6361、AA6162、AA6262、AA6262A、AA6063、AA6063A、AA6463、AA6463A、AA6763、A6963、AA6064、AA6064A、AA6065、AA6066、AA6068、AA6069、AA6070、AA6081、AA6181、AA6181A、AA6082、AA6082A、AA6182、AA6091和AA6092。
用作铝合金产品的非限制性示例性AA7xxx系列合金可包括AA7011、AA7019、AA7020、AA7021、AA7039、AA7072、AA7075、AA7085、AA7108、AA7108A、AA7015、AA7017、AA7018、AA7019A、AA7024、AA7025、AA7028、AA7030、AA7031、AA7033、AA7035、AA7035A、AA7046、AA7046A、AA7003、AA7004、AA7005、AA7009、AA7010、AA7011、AA7012、AA7014、AA7016、AA7116、AA7122、AA7023、AA7026、AA7029、AA7129、AA7229、AA7032、AA7033、AA7034、AA7036、AA7136、AA7037、AA7040、AA7140、AA7041、AA7049、AA7049A、AA7149,7204、AA7249、AA7349、AA7449、AA7050、AA7050A、AA7150、AA7250、AA7055、AA7155、AA7255、AA7056、AA7060、AA7064、AA7065、AA7068、AA7168、AA7175、AA7475、AA7076、AA7178、AA7278、AA7278A、AA7081、AA7181、AA7185、AA7090、AA7093、AA7095和AA7099。
通过非限制性示例，用作铝合金产品的示例性AA8xxx系列合金可包括AA8005、AA8006、AA8007、AA8008、AA8010、AA8011、AA8011A、AA8111、AA8211、AA8112、AA8014、AA8015、AA8016、AA8017、AA8018、AA8019、AA8021、AA8021A、AA8021B、AA8022、AA8023、AA8024、AA8025、AA8026、AA8030、AA8130、AA8040、AA8050、AA8150、AA8076、AA8076A、AA8176、AA8077、AA8177、AA8079、AA8090、AA8091和AA8093。
铝合金产品包括第一表面，所述第一表面所具有的宽度以渗出物的形式具有最小表面缺陷。如上所述，渗出物是从铝基体中的晶粒周围泄漏的多个金属间颗粒(例如，金属间颗粒簇)。铝合金产品跨第一表面的宽度包括平均约50个或更少渗出物/平方厘米(cm2)。例如，所公开的铝合金产品的表面包括平均约45个或更少渗出物/cm2、约40个或更少渗出物/cm2、约35个或更少渗出物/cm2、约30个或更少渗出物/cm2、约25个或更少渗出物/cm2、约20个或更少渗出物/cm2、约15个或更少渗出物/cm2、约10个或更少渗出物/cm2或约5个或更少渗出物/cm2。在一些示例中，跨第一表面不存在渗出物。
在一些情况下，第一表面的宽度均质地填充有金属间颗粒或渗出物。如本文所用，如与金属间颗粒和/或渗出物分布有关的“均质地填充”意思是金属间颗粒在表面的宽度内均匀地分布。在这些情况下，表面宽度的每个区域中的平均颗粒数量跨区域相对恒定。如本文所用，如与金属间颗粒和/或渗出物分布有关的“相对恒定”意思是宽度的第一区域中的颗粒数量可与宽度的第二区域中的颗粒数量相差至多约20％(例如，至多约15％、至多约10％、至多约5％或至多约1％)。
在其他情况下，第一表面的宽度可变地填充有金属间颗粒或渗出物。如本文所用，如与金属间颗粒和/或渗出物分布有关的“可变地填充”意思是金属间颗粒或渗出物在表面的宽度内不均匀地分布。例如，与表面的第二区域中存在的金属间颗粒的数量相比，在表面的第一区域中可存在更大数量的金属间颗粒。在一些示例中，无论是均质地填充还是可变地填充，当跨第一表面的宽度求取平均值时，第一表面包括50个或更少渗出物/cm2。
在一些情况下，跨第一表面的宽度，每个渗出物具有约50μm至约300μm的平均直径大小。例如，渗出物可具有约50μm、约60μm、约70μm、约80μm、约90μm、约100μm、约110μm、约120μm、约130μm、约140μm、约150μm、约160μm、约170μm、约180μm、约190μm、约200μm、约210μm、约220μm、约230μm、约240μm、约250μm、约260μm、约270μm、约280μm、约290μm、约300μm或其之间的任何值的平均直径。
在一些非限制性示例中，渗出物可包括多个含铁金属间颗粒。在一些另外的示例中，渗出物可以是含硅金属间颗粒。金属间颗粒的组成可不同于铝基体，并且因此可具有不同于铝基体的电化学势能。基于铝合金的组成，金属间颗粒对于铝基体可以为阳极，或者铝基体对于金属间颗粒可以为阳极。
渗出物可从第一表面向铝合金产品的内部延伸至一定深度。任选地，深度为约10μm至约100μm(例如，约10μm至约30μm)。例如，深度可以是约10μm、15μm、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm或其之间的任何值。
铝合金产品可具有任何合适的规格。例如，铝合金产品可以是具有约0.5mm至约200mm之间(例如，约0.5mm、约1mm、约2mm、约3mm、约4mm、约5mm、约6mm、约7mm、约8mm、约9mm、约10mm、约15mm、约20mm、约25mm、约30mm、约35mm、约40mm、约45mm、约50mm、约55mm、约60mm、约65mm、约70mm、约75mm、约80mm、约85mm、约90mm、约95mm、约100mm、约110mm、约120mm、约130mm、约140mm、约150mm、约160mm、约170mm、约180mm、约190mm、约200mm或其之间的任何值)的规格的铝合金板、铝合金薄板或铝合金片材。
用于铸造和加工的方法和系统
本文描述的铝合金产品可使用连续铸造(CC)工艺铸造。CC工艺可包括但不限于使用双带式铸造机、双辊铸造机、块式铸造机。
任选地，可使用如本文描述的连续铸造系统来执行上文描述的铸造。连续铸造系统可包括一对移动的相对铸造表面(例如，移动的相对带)、所述一对移动的相对铸造表面之间的铸造腔以及熔融金属喷射器。熔融金属喷射器可具有端部开口，熔融金属可从所述端部开口离开熔融金属喷射器并且被喷射到铸造腔中。端部开口在本文中称为熔融金属喷射器喷嘴。熔融金属喷射器喷嘴的最远端是熔融金属与熔融金属喷射器喷嘴失去接触的点。
在一些情况下，如下文所述以距所述一对移动的相对铸造表面减小的距离定位熔融金属喷射器喷嘴的最远端可减小弯月面振痕的间距。弯月面振痕之间的间距部分地产生于喷射器距移动铸造表面中的至少一个的高度、铸造速度和弯月面振荡的频率(有时介于约100Hz至约150Hz之间)。如本文所述将熔融金属喷射器喷嘴的最远端与移动铸造表面中的至少一个之间的距离减小到一定距离导致弯月面痕迹间距减小，这进而导致渗出物形成减少。
图9包含示出熔融金属喷射器和移动铸造表面中的一个的定位的示意图。如图9所示，熔融金属喷射器喷嘴的最远端(其是熔融金属与喷射器失去接触的位置)定位在距带的竖直距离处，所述竖直距离被标记为步高。
在一些示例中，系统中的熔融金属喷射器喷嘴被配置和定位成使得熔融金属喷射器喷嘴的最远端在距所述一对移动的相对铸造表面中的移动铸造表面中的至少一个约1.4mm或更小的竖直距离(有时称为步高)处。图9示出在上部移动铸造表面(在图9中称为顶部带)与喷射器之间的竖直距离d1以及下部移动铸造表面(在图9中称为底部带)与喷射器之间的竖直距离d2。在一些情况下，竖直距离d2是从一对移动的相对铸造表面中的下部移动铸造表面的表面到熔融金属喷射器喷嘴的最远端(即，熔融金属与喷射器喷嘴失去接触的位置)的底部外表面测得的。在一些情况下，竖直距离d1是从一对移动的相对铸造表面中的上部移动铸造表面的表面到熔融金属喷射器喷嘴的最远端(即，熔融金属与喷射器喷嘴失去接触的位置)的顶部外表面测得的。在一些情况下，熔融金属喷射器喷嘴的最远端(在所述最远端处熔融金属与喷射器喷嘴失去接触)的顶部外表面是熔融金属的上部弯月面开始形成的点。在一些情况下，熔融金属喷射器喷嘴的最远端(在所述最远端处熔融金属与喷射器喷嘴失去接触)的底部外表面是熔融金属的下部弯月面开始形成的点。
如上文所提及，竖直距离d1和d2中的一者或两者可以为约1.4mm或更小。例如，距离d1和d2中的一者或两者可以为约1.0mm或更小。在一些情况下，距离d1和d2中的一者或两者可以为约0.01mm至约1.4mm(例如，约0.05mm至约1.0mm或约0.1mm至约0.8mm)。例如，距离d1和d2中的一者或两者可以为约1.4mm或更小、约1.3mm或更小、约1.2mm或更小、约1.1mm或更小、约1.0mm或更小、约0.9mm或更小、约0.8mm或更小、约0.7mm或更小、约0.6mm或更小、约0.5mm或更小、约0.4mm或更小、约0.3mm或更小、约0.2mm或更小或约0.1mm或更小。在一些情况下，距离d1和d2中的一者或两者可以是0mm。换句话说，熔融金属喷射器喷嘴的最远端可触摸所述一对移动的相对铸造表面中的移动铸造表面中的至少一个。竖直距离d1可与竖直距离d2相等，尽管不必如此。
使用本文描述的铸造系统，包括将熔融金属喷射器喷嘴的最远端定位在距移动铸造表面中的至少一个约1.4mm或更小的距离处，可导致渗出物形成水平降低并且在铝合金产品表面内产生弯月面振痕。在一些非限制性示例中，通过减小熔融金属喷射器喷嘴与铸造表面中的至少一个之间的竖直距离来消除弯月面振痕(或使弯月面振痕之间的间距最小化)可减少在铸造铝合金的表面上出现的渗出物的量。在一些情况下，每cm2的平均渗出物数量可减少至约50个或更少。例如，每cm2的平均渗出物数量可减少至约50个或更少、约45个或更少、约40个或更少、约35个或更少、约30个或更少、约25个或更少、约20个或更少、约15个或更少、约10个或更少、约5个或更少、约1个或更少或其之间的任何值。在一些方面中，铸造铝合金的表面不存在渗出物。
在一些情况下，可通过将熔融金属喷射器的喷嘴定位在距所述一对移动的相对铸造表面的一定距离处来消除振痕或减小振痕之间的间距，所述距离是在将喷嘴定位在更大距离处的情形下将另外形成的弯月面振痕之间的距离的因数。例如，将熔融金属喷射器的喷嘴定位在距所述一对移动的相对铸造表面中的至少一个约1.4mm的距离处可提供弯月面振痕，每个弯月面振痕之间的间距平均为约1.4mm。将熔融金属喷射器的喷嘴定位在距所述一对移动的相对铸造表面中的至少一个约1.0mm的距离处可提供弯月面振痕，每个弯月面振痕之间的间距平均为约1.0mm。将熔融金属喷射器的喷嘴定位在距所述一对移动的相对铸造表面中的至少一个约0.5mm的距离处可提供弯月面振痕，每个弯月面振痕之间的间距平均为约0.5mm，因此从而减少或消除了弯月面振痕的显现。
在一些示例中，连续地铸造金属制品的方法包括使用上文所述的系统。所述方法包括提供如本文所述的熔融金属以及将熔融金属从熔融金属喷射器连续地喷射到铸造腔中以形成连续铸造的金属制品。所述方法还可包括从铸造腔的出口抽出连续铸造的金属制品，诸如连续铸造的金属片材。
然后可通过本领域普通技术人员已知的任何手段来加工连续铸造的制品。任选地，加工步骤可用于制备片材。此类加工步骤可包括但不限于均质化和热轧。在一些非限制性示例中，如下文更详细地解释，可将连地续铸造的铝合金(诸如6xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金或7xxx系列铝合金)热轧成最终规格。可在没有冷轧步骤的情况下执行所述加工(即，可将连续铸造的制品轧制成最终规格而无需冷轧)。在一些情况下，将连续铸造的铝合金热轧成最终规格可通过散布与渗出物相关联的金属间颗粒来降低或消除对渗出物的有害影响。金属间颗粒的散布可减少可能发生的任何局部腐蚀。
所述方法可任选地包括在铸造后对铸造金属制品进行淬火的步骤。在淬火步骤中，可将铸造金属制品冷却至等于或低于约300℃的温度。例如，可将铸造金属制品冷却至等于或低于约290℃、等于或低于约280℃、等于或低于约270℃、等于或低于约260℃、等于或低于约250℃、等于或低于约240℃、等于或低于约230℃、等于或低于约220℃、等于或低于约210℃、等于或低于约200℃、等于或低于约190℃、等于或低于约180℃、等于或低于约170℃、等于或低于约160℃、等于或低于约150℃、等于或低于约140℃、等于或低于约130℃、等于或低于约120℃、等于或低于约110℃或等于或低于约100℃的温度。铸造金属制品可在铸造后立即淬火或在其后的短时间段内(例如，在约10小时或更少、约9小时或更少、约8小时或更少、约7小时或更少、约6小时或更少、约5小时或更少、约4小时或更少、约3小时或更少、约2小时或更少、约1小时或更少或约30分钟或更少内)淬火。铸造金属制品可在铸造和/或淬火后任选地卷曲和/或储存。
然后可将呈卷曲或非卷曲形式的铸造金属制品重新加热至一定温度。在一些情况下，可将铸造金属制品再加热至等于或高于约400℃的温度。例如，可将铸造金属制品再加热至等于或高于约410℃、等于或高于约420℃、等于或高于约430℃、等于或高于约440℃、等于或高于约450℃、等于或高于约460℃、等于或高于约470℃、等于或高于约480℃、等于或高于约490℃、等于或高于约500℃、等于或高于约510℃、等于或高于约520℃、等于或高于约530℃或等于或高于约540℃的温度。
所述方法还包括热轧铸造金属制品的步骤。任选地，可在铸造后立即执行热轧步骤。任选地，可在再加热后或在淬火后立即执行热轧步骤。热轧温度可以是至少约350℃。例如，热轧温度可以是至少约360℃、至少约370℃、至少约380℃、至少约390℃、至少约400℃、至少约410℃、至少约420℃、至少约430℃、至少约440℃、至少约450℃、至少约460℃、至少约470℃、至少约480℃、至少约490℃或至少约500℃。在一些情况下，热轧温度可以为约400℃至约600℃(例如，约425℃至约575℃、约450℃至约550℃、约450℃至约600℃或约475℃至约525℃)。在一些情况下，热轧温度可以为约350℃至约600℃。任选地，热轧温度可以是铝合金的再结晶温度。
在热轧步骤期间，减小了铸造金属制品规格的厚度。在热轧步骤期间，每cm2的渗出物或缺陷的数量与百分比规格减小成比例地减少。在一些情况下，热轧过程期间厚度减小的总量可至少为约50％。例如，热轧步骤可导致铸造金属制品的厚度减小至少约55％、至少约60％、至少约65％、至少约70％、至少约75％、至少约80％或至少约85％。在一些示例中，规格厚度减小可以是50％。在一些情况下，产品可以是金属片材，其中产品的最终规格为约10mm或更小、约9mm或更小、约8mm或更小、约7mm或更小、约6mm或更小、约5mm或更小、约4mm或更小、约3mm或更小、约2mm或更小、约1mm或约0.5mm或更小。
使用方法
本文描述的铝合金产品可用于汽车应用和其他运输应用，包括飞机和铁路应用。例如，铝合金产品可用于制备汽车结构零件，诸如外板、内板、侧板、保险杠、侧梁、车顶梁、横梁、柱加强件(例如，A柱、B柱和C柱)、内罩、外罩或行李箱盖板。本文描述的铝合金产品和方法还可用于飞机或铁路车辆应用中，以制备例如外部和内部面板。
本文描述的铝合金产品和方法也可用于电子应用中。例如，本文描述的铝合金产品和方法可用于制备用于电子装置(包括移动电话和平板电脑)的外壳。在一些示例中，铝合金产品可用于制备阳极氧化质量片材和材料。
例示
如下文所用，对一系列例示的任何引用应被理解为对那些例示中的每一个的析取性引用(例如，“例示1-4”应被理解为“例示1、例示2、例示3或例示4”)。
例示1是一种铝合金产品，其包括具有宽度的第一表面，其中所述第一表面跨所述第一表面的所述宽度包括平均50个或更少渗出物/平方厘米(cm2)，其中所述渗出物包括多个金属间颗粒。
例示2是例示1所述的铝合金产品，其中所述渗出物具有约50μm至约300μm的平均直径。
例示3是例示1或例示2所述的铝合金产品，其中所述渗出物从所述第一表面向所述铝合金产品的内部延伸至约10μm至约100μm的深度。
例示4是例示1-3中任一项所述的铝合金产品，其中所述渗出物包括多个含铁金属间颗粒。
例示5是例示1-4中任一项所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品包括1xxx系列铝合金、2xxx系列铝合金、3xxx系列铝合金、4xxx系列铝合金、5xxx系列铝合金、6xxx系列铝合金、7xxx系列铝合金或8xxx系列铝合金。
例示6是例示1-5中任一项所述的铝合金产品，其还包括弯月面振痕。
例示7是例示6的铝合金产品，其中所述铝合金产品中的所述弯月面振痕之间的平均间距为约1.4mm或更小。
例示8是一种生产金属带材的方法，其包括：提供熔融金属；连续地铸造以由所述熔融金属形成铸造金属制品；以及在铸造后在至少约350℃的热轧温度下将所述铸造金属制品热轧至约10mm或更小的规格以产生金属带材，其中所述热轧步骤导致所述铸造金属制品的厚度减小至少约50％。
例示9是例示8所述的方法，其中所述热轧温度为约450℃至约600℃。
例示10是例示8或9所述的方法，其中所述铸造金属制品是铸造金属片材。
例示11是例示10所述的方法，其中所述铸造金属片材包括铝合金片材。
例示12是例示11所述的方法，其中所述铝合金片材包括6xxx系列铝合金片材、5xxx系列铝合金片材或7xxx系列铝合金片材。
例示13是例示11或12所述的方法，其中所述铝合金片材的第一表面包括宽度，其中所述第一表面跨所述第一表面的所述宽度包括量为50个或更少渗出物/cm2的平均渗出物量。
例示14是例示13所述的方法，其中所述渗出物具有约50μm至约300μm的平均直径。
例示15是例示13或14所述的方法，其中所述渗出物包括含铁金属间颗粒。
例示16是一种根据例示8-15中任一项所述的方法制备的金属产品。
例示17是例示16所述的金属产品，其中所述金属产品包括铝合金基材，所述铝合金基材具有包括宽度的第一表面，其中所述第一表面跨所述第一表面的所述宽度包括平均50个或更少渗出物/cm2。
例示18是例示17所述的金属产品，其中所述渗出物具有约50μm至约300μm的平均直径。
例示19是例示17或18所述的金属产品，其中所述渗出物包括含铁金属间颗粒。
例示20是一种连续铸造系统，其包括：一对移动的相对铸造表面；铸造腔，所述铸造腔位于所述一对移动的相对铸造表面之间；以及熔融金属喷射器，所述熔融金属喷射器具有熔融金属喷射器喷嘴，其中所述熔融金属喷射器喷嘴的顶部表面或底部表面具有最远端，所述最远端定位在距所述一对移动的相对铸造表面中的至少一个移动铸造表面约1.4mm或更小的竖直距离处。
例示21是例示20所述的连续铸造系统，其中所述熔融金属喷射器喷嘴的所述最远端与所述至少一个移动铸造表面之间的所述竖直距离为约1.0mm或更小。
例示22是例示20或21所述的连续铸造系统，其中所述一对移动的相对铸造表面是一对移动的相对带。
例示23是一种连续地铸造金属制品的方法，其包括提供熔融金属；以及将所述熔融金属从熔融金属喷射器喷嘴连续地喷射到限定在一对移动的相对铸造表面之间的铸造腔中以形成连续铸造的金属制品，其中所述熔融金属喷射器喷嘴的顶部表面或底部表面具有最远端，所述最远端定位在距所述一对移动的相对铸造表面中的至少一个移动铸造表面约1.4mm或更小的竖直距离处。
例示24是例示23所述的方法，其中所述熔融金属喷射器喷嘴的所述最远端与所述至少一个移动铸造表面之间的所述竖直距离为约1.0mm或更小。
例示25是例示23或24所述的方法，其中所述一对移动的相对铸造表面是一对移动的相对带。
例示26是例示23-25中任一项所述的方法，其还包括从所述铸造腔的出口抽出所述连续铸造的金属制品，其中所述连续铸造的金属制品是铸造金属片材。
例示27是例示26所述的方法，其中所述铸造金属片材包括铝合金片材。
例示28是例示27所述的方法，其中所述铝合金片材包括6xxx系列铝合金片材、5xxx系列铝合金片材或7xxx系列铝合金片材。
例示29是一种根据例示23-28中任一项所述的方法制备的金属产品。
例示30是例示29所述的金属产品，其中所述金属产品包括具有宽度的第一表面，其中所述第一表面跨所述第一表面的所述宽度包括平均50个或更少渗出物/cm2并且其中所述渗出物包括多个含铁金属间颗粒。
例示31是例示30所述的金属产品，其中所述渗出物具有约50μm至约300μm的平均直径。
例示32是例示30所述的金属产品，其还包括弯月面振痕。
例示33是例示32所述的金属产品，其中所述铝合金产品中的所述弯月面振痕之间的平均间距为约1.4mm或更小。
以下实施例将用于进一步说明本发明，然而与此同时并不构成对本发明的任何限制。相反，应当清楚地理解，在阅读了本文的说明之后本领域技术人员可想到作出其各种实施方案、修改以及等效方案而不背离本发明的精神。在以下实施例中描述的研究期间，除非另有说明，否则遵循常规程序。下面出于说明性目的而描述程序中的一些。
实施例
实施例1：铸态材料中的渗出物和弯月面振痕
使用常规连续铸造方法来铸造6xxx系列铝合金，以提供在产品表面内包括渗出物的铝合金产品。图1A是示出在进行任何进一步加工之前铝合金中渗出物100的SEM显微照片。图1B是渗出物100的更高放大率SEM显微照片。金属间颗粒120的排出在晶粒130周围是明显的。
图2是6xxx系列铝合金表面200的数字图像，其示出铝合金表面200中的弯月面振痕210。图3是示出弯月面振痕210和渗出物100的显微照片。如图3所示，渗出物100优先沿弯月面振痕210形成。
实施例2：轧制过程
将使用连续铸造、之后通过冷轧制备的铝合金的表面缺陷与使用连续铸造、之后热轧成最终规格而不进行冷轧步骤制备的铝合金的表面缺陷进行比较。渗出物100在冷轧材料中大量存在。图4是比较性冷轧6xxx系列铝合金表面400的数字图像。对冷轧铝合金的表面进行直接阳极氧化以改善渗出物的外观。比较性冷轧铝合金表面包含多个黑色条纹410。黑色条纹410是圆形缺陷(例如，渗出物100)在冷轧期间存在并且被轧制到比较性冷轧铝合金表面400中的结果。
图5呈现了一系列数字图像，其示出在没有进行冷轧步骤的情况下由于金属间化合物的散布而在热轧成最终规格的铝合金表面中产生的渗出物缺陷减少。对铝合金的表面进行直接阳极氧化以增强渗出物的外观。图5的面板A是铝合金的热轧铝合金表面的数字图像，所述热轧铝合金表面被连续地铸造，预热至约450℃的温度，允许冷却至约350℃的温度并且在约350℃的温度下热轧。与冷轧材料相比，在整个热轧铝合金表面上可见最小化数量的黑色条纹410。图5的面板B是铝合金的热轧铝合金表面的数字图像，所述热轧铝合金表面被连续地铸造，预热至约500℃的温度，允许冷却至约350℃的温度并且在约350℃的温度下热轧。与冷轧材料相比，在整个热轧铝合金表面上可见最小化数量的黑色条纹410。此外，预热至更高温度并且热轧使表面缺陷减少。图5的面板C是铝合金的热轧铝合金表面的数字图像，所述热轧铝合金表面被连续地铸造，预热至约540℃的温度，允许冷却至约350℃的温度并且在约350℃的温度下热轧。与冷轧材料相比，在整个热轧铝合金表面上可见最小化数量的黑色条纹410。此外，在仍然更高温度下预热并且热轧使表面缺陷减少。图5的面板D是铝合金的热轧铝合金表面的数字图像，所述热轧铝合金表面被连续地铸造，预热至约500℃的温度，维持在约500℃的温度处并且在约500℃的温度下热轧。黑色条纹410在热轧铝合金表面中不可见。在升高温度下进行热轧提供具有最小到没有表面缺陷的铝合金表面。
图6是一系列显微照片，其进一步示出将连续铸造的铝合金热轧成最终规格可通过在热轧期间散布金属间化合物来减少或消除与存在于连续铸造的铝合金表面上的渗出物100相关联的缺陷。将铝合金在500℃的温度下热轧至2mm的规格，从而提供80％的总规格减小。图6的面板A和图6的面板B示出在升高温度下进行热轧可减小黑色条纹410的数量和强度。金属间颗粒120可更加扩散(即，良好地分散)，从而在升高温度下热轧的连续地铸造铝合金的表面中提供更少的渗出物。在图6的面板C和图6的面板D中示出比较性冷轧铝合金。比较性冷轧铝合金冷轧成2mm的规格，从而表示80％的总规格减小。黑色条纹410以更大的量存在并且更大。金属间颗粒120被示出为聚集在冷轧铝合金的表面上。
实施例3：颗粒分布
图7和图8包含数字图像，其示出如本文所述的铸态的示例性6xxx铝片材的表面。图7示出铝合金片材的顶部表面，并且图8示出铝合金片材的底部表面。图7的面板A和图8的面板A是低放大率数字图像，其示出表面的7.62cm x 7.62cm(3英寸×3英寸)区段。图7的面板B和面板C以及图8的面板B和面板C是较高放大率数字图像，其示出相应面板A区段中的2.54cm x 2.54cm(1英寸×1英寸)区段。如图所示，如本文所述的热轧铝片材在从第一表面的宽度截取的快照中包括平均少于50个渗出物/平方cm2。
上文所引用的所有专利、出版物以及摘要以全文引用的方式并入本文。已经描述了本发明的各个实施方案以实现本发明的各个目的。应认识到，这些实施方案仅仅说明本发明的原理。在不偏离如下列权利要求书中定义的本发明的精神和范围的情况下，其许多修改和调整对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种铝合金产品，其包括：
第一表面，所述第一表面包括宽度，其中所述第一表面跨所述第一表面的所述宽度包括平均50个或更少渗出物/平方厘米(cm2)，
其中所述渗出物包括多个金属间颗粒。
2.如权利要求1所述的铝合金产品，其中所述渗出物具有约50μm至约300μm的平均直径。
3.如权利要求1或2所述的铝合金产品，其中所述从所述第一表面向所述铝合金产品的内部延伸至约10μm至约100μm的深度。
4.如权利要求1-3中任一项所述的铝合金产品，其中所述渗出物包括多个含铁金属间颗粒。
5.如权利要求1-5中任一项所述的铝合金产品，其还包括弯月面振痕。
6.如权利要求6所述的铝合金产品，其中所述铝合金产品中的所述弯月面振痕之间的平均间距为约1.4mm或更小。
7.一种生产金属带材的方法，其包括：
提供熔融金属；
连续地铸造以由所述熔融金属形成铸造金属制品；以及
在铸造后在至少约350℃的热轧温度下热轧所述铸造金属制品以产生金属带材，其中所述热轧步骤导致所述铸造金属制品的厚度减小至少约50％。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述热轧温度为约350℃至约600℃。
9.如权利要求7或8所述的方法，其中所述铸造金属制品是铝合金片材，优选地6xxx系列铝合金片材、5xxx系列铝合金片材或7xxx系列铝合金片材。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述铝合金片材的第一表面包括宽度，其中所述第一表面跨所述第一表面的所述宽度包括量为50个或更少渗出物/cm2的平均渗出物量。
11.如权利要求7-10中任一项所述的方法，其中所述铸造金属制品在铸造后热轧至约10mm或更小的规格。
12.如权利要求7-11中任一项所述的方法，其中所述连续铸造步骤包括将所述熔融金属从熔融金属喷射器喷嘴喷射到限定在一对移动的相对铸造表面之间的铸造腔中，以形成所述连续铸造的金属制品。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述渗出物具有约50μm至约300μm的平均直径。
14.如权利要求10或13所述的方法，其中所述渗出物包括含铁金属间颗粒。
15.如权利要求7-14中任一项的方法，其还包括在所述连续铸造步骤之后和在所述热轧步骤之前对所述铸造金属制品进行淬火的步骤以及然后再加热所述铸造金属制品的步骤。
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