JP2000514140A - 缶材料用鋳造アルミニウム合金及び該合金の製造プロセス - Google Patents

缶材料用鋳造アルミニウム合金及び該合金の製造プロセス

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Abstract

(57)【要約】 缶材料に適したアルミニウム合金ストリップであって、約30mmより薄いか又は等しい厚さを有し、該ストリップ中に主要金属間化合物粒子として大きな(Mn,Fe)Al6を含む。金属間化合物粒子は、ストリップの表面において平均の表面サイズを有し、ストリップのバルク中において平均バルクサイズを有する。平均表面サイズは、平均バルクサイズより大きい。ストリップ製品は、アルミニウムに加えて、本質的に重量で、0.05%と0.15%との間のSi、0.3%と0.6%との間のFe、0.6%と1.2%との間のMn、1.1%と1.8%との間のMg、0.2%と0.6%との間のCu、及び、要素全体で最大0.2%、要素のそれぞれが0.05%より少ないか等しい他の要素を含み、対向する移動鋳型表面を有する連続鋳造で溶融合金が鋳造され、鋳造後の厚みが30mmより小さいか等しくなる。移動鋳型表面は、本質的に鋭いピーク形状の4μmと13μmとの間の表面粗さを有し、ストリップの表面において、12μmと18μmとの間の間隔の樹脂状晶間アームを製造するような速度で、熱流が金属から放出される。ストリップは、圧延又は焼きなまし工程により最終厚みに製造される。

Description

【発明の詳細な説明】 缶材料用鋳造アルミニウム合金及び該合金の製造プロセス 技術分野 本発明は、缶材料に適した鋳造アルミニウム合金製品に関し、特に、該製品の 製造プロセスに関する。 背景技術 アルミニウム飲料缶は、AA3004、AA3104、及び主な合金要素とし てMg、Mn、Cu、Fe、Siを含む類似の合金にようなシート状合金から形 成される。シートは、一般に、所望の成分のインゴット(典型的には500から 750mm厚)を直接チル鋳造(DCキャスティング)し、そのインゴットを5 80から610℃の温度で2から12時間、均一化し、そのインゴットを(約5 50℃の圧延温度で)熱間圧延し、それにより、約2から3.5mm厚の再圧延 シートに薄くして形成される。再圧延シートは、それから、1又はそれ以上の工 程で冷間圧延され、最終的な標準厚さ(0.26から0.40mm)になる。多 くの焼きなまし工程が、冷間圧延と共に用いられても良い。 合金と、加工条件は、十分に高い強度、高いガーリング(galling)抵 抗(スコーリング抵抗とも呼ばれる)、及び低い引抜き及びアイロニング(D& I)により缶本体の形成を可能とする低いイアリング(earing)を与える ように選択され、出来上がった缶が適当な強度を有するように塗料の焼き付けが 行われた後に十分に高い強度保持が保持されるように選択される。ガーリング抵 抗は、インゴット中に散らばり、最終圧延製品中に残る金属間化合物の粒子の存 在に関係すると考えられる。適当な組成のDCキャストインゴットの均一化は、 ガーリングを妨げると思われる粗大化したα−Al(Fe,Mn)Si(アルフ ァ)相粒子を発達させることが一般に認められている。一方で、他の証拠(例え ば、日本特許公報 JP 58−126967 参照)によれば、均一化中の( Mn,Fe)Al6金属間化合物の粒子の形成が、必要となれるガーリング抵抗 を与えるとされている。再圧延シートを造るための、(本質的に、均一化を行 わない連続プロセスである)スラブの直接熱間圧延に続く、(典型的には、最大 厚み30mmの)合金スラブを製造するための連続鋳造を行うことは、シート製 品の製造において明らかな利点を有し、その熱間圧延は、広いDCキャストイン ゴットの再加熱なしに行うことができる。例えば、缶性能に対する微細アルファ 相粒子の重要性を教示している来国特許 4,614,224では、そのような プロセスが開示されているが、特にガーリング抵抗を与えるためではない。 しかしながら、缶製造に適した最終シートの製造の最初の工程としてそのよう な連続プロセスを用いた場合、DCキャスト材料がそのような必要性に出会う方 法で、最近の缶製造に必要とされる性質の全てが、会うことはできない。そのよ うな連続鋳造材料は、一般的に、缶製造操作中に、過剰なイアリング及び過剰な ガーリング、又はスコーリング(scoring)を有する。 ストリップキャスト缶本体の原材料はスラブ中に散らばった大きな粒子を備え て製造されるが、DCキャスティングにおいて、単に、熱間圧延に先立って均一 化工程を加えることにより製造される。 英国特許 GB 2 172 303は、キャストストリップの均一化を用い た、アルファ相粒子が生成され、ガーリングを妨げるのに適当な大きさに成長し たストリップキャスト缶原材料について開示している。 米国特許 4,111,721は、ガーリングを妨げるのに適した上記サイズ に(Mn,Fe)Al6を成長させるのにも均一化が用いられたストリップキャ スト缶原材料が開示されている。 それらの連続鋳造プロセスの双方は、所望の効果を得るのに、均一化工程が必 要とされるという欠点を有する。これは、コイルにおいて行う必要があり、コイ ルの過剰酸化や、コイル層が互いに接着することを避けるために、温度制御が厳 格である。更に、そのような工程が加わることは、連続鋳造に存在するコストの 利点の多くをなくしてしまう。 スコーリングの防止に適した大きな金属間化合物を製造するために、先に開発 されたプロセスでは、大きな金属間化合物は、ストリップの表面においてのみガ ーリングを防止できる大きさである。他の場所では、それらは有害であるかもし れない。 それゆえに、最近の缶及び缶製造に適合した性質を有したストリップの製造を 可能とする連続鋳造プロセスに基づいたストリップ形成プロセスのために、本質 を考える前に、(例えば、均一化のような)プロセスエ程の削除を通して、コス ト効果を図る必要がある。 発明の開示 本発明の目的は、缶を造るのに必要な特性を有する缶原料の熱間及び冷間圧延 に適した鋳造スラブ製品を提供することにある。 本発明の他の目的は、缶材料の熱間及び冷間圧延に適したスラブの連続鋳造の プロセスを提供することにある。 本発明の他の目的は、缶材料の冷間圧延に適した再圧延シート製品を提供する ことにある。 本発明の他の目的は、D&I操作により缶本体を造るのに適したシート製品を 提供することにある。 また、本発明の他の目的は、均一化を必要としない連続鋳造プロセスにより缶 本体を造るのに適したシート製品の製造プロセスを提供することにある。 本発明の第1の具体例では、厚さが約30mmより小さいか又は等しく、スト リップ中に主な金属間化合物として、大きな(Mn,Fe)Al6金属間化合物 を含むアルミニウム合金ストリップを提供する。金属間化合物の粒子は、ストリ ップの表面において平均の粒径を有し、ストリップのバルク内において平均の粒 径を有し、ストリップの表面の平均粒径が、バルク中の平均粒径より大きくなっ ている。 ストリップは、連続的に鋳造されたストリップ、又は5mmより薄いか又は等 しい厚さの圧延されたストリップであることが好ましい。ストリップが圧延され たストリップの場合、連続的なキャスティングストリップから、均一化プロセス 無しに製造されたことが好ましい。圧延されたストリップは、熱間圧延であって も良く、0.8mmと5.0mmの間の厚みであることが好ましく、又は冷間圧 延ストリップであることが好ましい。(a)厚さ0.8mmと5.0mmの間の 再圧延ストリップを形成するために熱間圧延され、バッチ焼なまし、自己焼きな まし、及び連続焼きなましから選択された焼きなまし方法で、その再圧延ストリ ップが焼きなまされ、70%と80%の間の最終厚みに再圧延ストリップを冷間 圧延するプロセス、および(b)厚さ1.5mmと5.0mmの間の再圧延スト リップを形成するために熱間圧延され、その再圧延ストリップが、0.6mmと 1.5mmの間の中間厚みのストリップを製造するために再圧延ストリップが冷 間圧延され、バッチ焼きなまし、連続焼きなましから選択される焼きなまし方法 により中間厚みのストリップが焼きなましされ、中間厚みのストリップが、45 %と70%の間の減厚を用いた最終厚みに冷間圧延されるプロセス、から選択さ れた圧延プロセスにから、冷間圧延されたストリップが形成されることが好まし い。 本発明の他の具体例では、溶融金属アルミニウム合金を供給し、30mmより 小さいか又は等しい鋳造された厚みの、対向する移動鋳型表面を有する連続鋳造 装置で該溶融合金を鋳造する工程を含むプロセスにおいて、該移動鋳型表面が、 (a)表面粗さが6から16μm(Ra)及び(b)表面粗さが4から6μm( Ra)であり、その表面粗さが本質的に狭いピークを形成するもの、からなる組 から選択された表面仕上げを有し、熱が、該ストリップの表面において12から 18μmの間隔の第2の樹脂状アームを製造するような速度で金属から放出され るプロセスを提供するものである。 この鋳造ストリップは、更に、より薄い厚みへの圧延が行われ、この圧延プロ セスは均一化なしに行われることが好ましい。圧延プロセスは、(a)0.8か ら1.5mmの厚さの再圧延ストリップを形成するために熱間圧延し、該再圧延 ストリップをバッチ焼なまし、自己焼きなまし、又は連続焼きなましからなる組 から選択された焼きなまし方法で焼きなまし、70から80%の減厚を用いた最 終厚みに再圧延ストリップを冷間圧延するプロセス、又は(b)1.5から5. 0mmの厚みに再圧延ストリップを熱間圧延し、該再圧延ストリップを0.6か ら1.5mmの厚さの中間厚さストリップを製造するために冷間圧延し、該中間 厚さストリップをバッチ焼なまし、又は連続焼きなましからなる組から選択され る焼きなまし方法で焼きなまし、45から70%の減厚を用いて該中間厚さスト リップを最終厚さに冷間圧延するプロセス、からなる組から選択された圧延プロ セスであることが好ましい。 更に、本発明の他の具体例では、30mmより小さいか等しい厚みにアルミニ ウム合金スラブを連続鋳造し、(a)熱間圧延して0.8から1.5mmの厚み の再圧延ストリップを形成し、該再圧延ストリップを、焼きなまし、又は連続焼 きなましから選択される焼きなまし方法で焼きなまし、該再圧延ストリップを7 0から80%の減厚を用いて最終厚みに冷間圧延するプロセス、又は(b)該再 圧延ストリップを1.5から5.0mm厚さに熱間圧延し、該再圧延ストリップ を0.6から1.5mmの厚さの中間厚さストリップを製造するために冷間圧延 し、該中間厚さストリップをバッチ焼なまし、又は連続焼きなましからなる組か ら選択される焼きなまし方法で焼きなまし、45から70%の減厚を用いて該中 間厚さストリップを最終厚さに冷間圧延するプロセス、からなる組から選択され た圧延プロセスにより、該スラブを、均一化工程を行わずに圧延するプロセスを 提供する。 上記プロセス(a)として述べられた圧延プロセスにおいて、再圧延ストリッ プは1から3mmの厚さであることが好ましく、該再圧延ストリップは75から 80%の減厚を用いて最終厚みに圧延されることが好ましい。 本発明の(Fe,Mn)Al6金属間化合物の粒子サイズは以下のように限定 される。 本発明の鉄、マンガン、アルミ金属間化合物の粒子サイズは、以下のように限 定される。アズキャストストリップにおいて、粒子サイズは、しばしば伸びた粒 子の形状をとる。そのサイズは、それらの粒子の厚みにより表わされる。そのよ うな厚みは、最も簡単には、金属組織学的断面の光学試験により特定される。圧 延されたシートでは、その伸びた粒子は、しばしば最初の厚みと同じ厚み又は最 初の粒子の厚みとほぼ同じディメンジョンを有する等軸の粒子の、より小さな粒 子に砕かされる。圧延シートでは、粒子はより等軸に近く、粒子サイズは、例え ばコントロン(kontron)IBASソフトウェアを用いた画像分析システムを用いた定 量組織学的技術を用いて特定することができる。 表面粗さ値(Ra)は、表面粗さを数学的に表わす手段である。粗さのこの測 定は、例えば、米国のメタルパーク、OH 44073のASMインターナショ ナルにより出版されたメタルハンドブック、第9版、16巻、1989年の19 頁から23頁のマイケルシールドらの論文に表わされている。かかる論文は、リ ファレンスとして本願に添付する。表面粗さは、好ましくは13μm以下又はこ れに等しい。 で行うことができ、それは表面トポグラフィープロットのみならず、粗さの計算 をも行うことができる(アリスマティック、RMS、等)。 第2の樹脂状品アームの間隔は、例えば、米国、イリノイ、デスプレインズの アメリカン ファウンドリーメンズ ソサイエティにより出版されたアメリカン ファウンドリーメンズ ソサイエティの第67回定例会議の会報、1963年 、第71巻の209頁から215頁のR.E.スペアの論文に記載された標準的な 測定方法で表示されている。その内容については、リファレンスとして本願に添 付する。 本発明は、DC法により製造された缶材料として、缶形成のために必要とされ る全ての特性を本質的に有する缶材料の製造を可能とするものである。 図面の説明 図1a、1b、1cは、それぞれ凝固中の異なった段階における本発明の鋳造 表面金属インターフェースの模式断面図であり、発生していると考えられるプロ セスを示す。 図2は、500倍の顕微鏡写真であり、本発明に係る鋳造ストリップの表面近 傍の断面図を示す。 図3は、200倍の顕微鏡写真であり、本発明の鋳造ストリップの表面を示す 。 図4a及び4bは、1000倍の顕微鏡写真であり、最終厚さに圧延した後の 、本願発明のストリップの表面(図4a)及び内部(図4b)を示す。 図5a及び5bは、1000倍の顕微鏡写真であり、DC鋳造、スカルピング 、均一化、熱間および冷間圧延により最終厚さにした缶本体材料のストリップの 表面(図5a)及び内部(図5b)を示す。 図6a及び6bは、1000倍の顕微鏡写真であり、従来技術の方法および冷 間圧延により最終厚さにした缶本体材料のストリップの表面(図6a)及び内部 (図6b)を示す。 図7は、本発明の第2の具体例により準備されたストリップの表面近傍の鋳造 ストリップの断面図である。 図8は、本願発明の領域の外の組成領域及びベルト特性を用いて準備した鋳造 ストリップの断面図の顕微鏡写真である。 図9は、本願発明の組成領域であるが、本願発明の外のベルト特性を用いて準 備した鋳造ストリップの断面図の顕微鏡写真である。 図10は、本願発明の組成領域を用い、かつ本願発明の中の平坦性を有するが 、本願発明の領域ではないベルト特性を用いて準備した鋳造ストリップの断面の 顕微鏡写真である。 本願発明の実施のための最良の具体例 本願発明のアルミニウム合金は、本質的には、重量%で(アルミニウムに加え て)以下のような組成を有することが好ましい。 Si 0.05〜0.15% Fe 0.3〜0.6% Mn 0.6〜1.2% Mg 1.1〜1.8% Cu 0.2〜0.6% それぞれの要素は、0.05%より少ないか又は等しく、かつ他の要素の総量 は最大で0.2%である。 マンガン濃度は0.7〜1.2%、シリコン濃度は0.07〜0.13%、マグネ シウム濃度は1.2〜1.6%、銅濃度は0.2〜0.5%であることが、より好ま しい。クロム、ジルコニウム、及びバナジウムの濃度は、それぞれ0.03%よ り少ないか、又は等しいことが更に好ましい。 (Mn,Fe)Al6金属間化合物は、存在する金属間化合物の体積の少なく とも60%を含むことが好ましい。これらの金属間化合物は、鋳造の合金ストリ ップの最初の凝固中に形成され、圧延されたシート中に残り、上述のように小さ いな粒子に破壊され、光学的顕微鏡方法を用いて観察することが可能である。表 面における金属間化合物の平均的な粒子のサイズ(上述のように測定)は、バル ク中の金属間化合物の平均粒子サイズより少なくとも1.5倍大きいことが更に 好ましい。 上記具体例の鋳造ストリップは、9〜25mmの厚みであることが更に好ましい 。上記具体例のアズキャストストリップの表面における第2の樹脂状晶のアーム の間隔は、約12〜18μmであることが好ましく、更には、14〜17μmで あることが好ましい。アズキャストストリップは、また、表面偏析層を有し、金 属間化合物の上記平均表面サイズは、かかる表面偏析層の中の平均サイズとして 表わされ、平均バルクサイズは、かかる表面偏析層の外の平均サイズとして表わ される。金属間化合物の濃度は、鋳造ストリップの表面においてバルク中より高 いことが好ましい。アズキャストストリップの表面偏析層中の金属間化合物は、 その厚みで定義されたサイズとして約2〜15μmである。粒子サイズは、その 長さが10〜100μmであってもよい。表面偏析層は、好ましくは約10〜1 00μmの厚みであり、更に好ましくは、30〜60μmの厚みである。アズキ ャストストリップの表面は、針状の金属間化合物を含む構造を有する。アズキャ ストストリップは気孔がないことが好ましい。 表面偏析層は、主要鋳造要素(Si,Fe,Mn,MgおよびCu)の濃度が 、ストリップの他の部分より高い。 鋳造プロセスは、粗さが好ましくは6μm以下で、また好ましくはサンドブラ スティング又はショットブラスティングにより形成された金属鋳造表面又は(プ ラズマスプレーされたセラミック又は金属コーティングが用いられる)金属鋳造 表面をコーティングして鋳造されることが好ましい。そのような表面は、粗い区 域中にシャープなピークを有することが好ましい。それらは、いくつかの第2の 研ぎまたはグラインド操作により、すり減らして形成されることが好ましい。研 いで又はグラインドして、そのピークは平坦に成り、全体の粗さが少なくとも6 μmとなるまで、好ましい鋳造表面を提供することができない。表面粗さは、4 μm程度に低く、シャープなピークを有することが好ましい。そのような金属鋳 造表面をサンドブラスティング又はショットブラスティングして作られることが 好ましい。 スラブは、米国特許4,061,177に開示されたようなツインベルトキャ スターを用いて鋳造されることが好ましく、かかる米国特許は、リファレンスと して添付する。そのようなキャスターは、ショットブラスト又はサンドブラスト された金属ベルトが用いられ、又は所望の粗さ特性を備えたセラミックコートさ れた金属ベルトが用いられる。 圧延されたストリップは、上述の方法で測定した圧延(熱間圧延または冷間圧 延の双方)後に存在する2〜10μmの範囲の平均表面サイズの金属間化合物粒 子を有する。平均バルクサイズは、圧延されたストリップの中心の平均サイズと して与えられる。 上記具体例の連続鋳造工程は、約120秒以内に室温に焼入れした後に、50 0〜550℃の温度で10〜180秒焼きなまし工程を備えることが好ましい。 バッチ焼きなまし工程は、400〜450℃の間の温度で0.25〜6時間焼き なましする工程を含む。これは、温度にさらす時間を示し、コイルを昇温し、及 び焼入れ後にコイルを降温する時間は含まれない。自己焼きなまし工程は、少な くとも400℃の温度で熱間圧延された後に、ストリップをコイル状に巻く工程 と、そのコイルを室温まで自然冷却する工程とを含む。特に、バッチ焼入れが上 記具体例で用いられる。 冷間圧延後の最終厚みのストリップは、好ましくは0.26〜0.40mmの間の 厚みを有する。最終厚みでは、金属間化合物は、約7500粒子/mm2の表面密 度で存在することが好ましい。最終厚みのストリップは、約3%より少ない45 ℃イヤリングを有し、約4%より大きい長さを有し、195℃で10分間のスト ービングの後のイールド強度が、少なくとも36ksiであり、より好ましくは 少なくとも39ksiである。最終ストリップは、引き抜きやアイロニング工程 に基本的にガーリングを伴わずにかけることができる。このように、最終厚みの ストリップは、最新の缶および缶形成工程に必要とされる特性に適合する。 ガーリング抵抗は、D&I缶形成装置を通して缶本体材料を行う能力を言い、 すなわち、缶本体表面上に表面切り掻き傷又は同様の傷の形成を伴うことなく、 長い時間缶形成ができる能力をいう。 合金要素の役割 シリコン 鋳造が十分に低い熱流量のもとで行われた場合、重量で0.15%より少ない シリコン(好ましくは重量で0.13%より少ない)は形成された主な金属間化 合物層が(Mn,Fe)Al6層であることを確実にする(単に少ない量のAl −Fe−Mn−Siα相の存在を伴う)。もし、重量で0.15%をシリコンが 超えた場合、上記α相は低い熱流でさえも支配的となる。重量で0.05%(好 ましくは重量で0.07%)とシリコンの低い限界はアルミ金属の商業的入手に より表わされる実務的な最低限界を表わすものである。 マンガン クレームされたマンガンの領域は、ストービング後に細かい生産物を形成し、 適当な強度になることを確実にし、さらに所望の金属間化合物の適当な数を形成 することができる。もし、マンガンが上限を超えた場合、多くの分散質(大変細 かい粒子)が形成され、最終製品の過剰なイヤリングを招くこととなる。もし、 マンガンが下限より少ない場合、最終製品はストービングの後の強度に欠け、不 十分な金属間化合物粒子が形成され、最終製品のガーリングを妨げることと成る 。 鉄 クレームされた範囲領域の鉄は、要求される(Mn,Fe)Al6化合物の適 当な量の金属間化合物の粒子を確実にし、鋳造された粒界構造の制御を与える。 もし、鉄が少なすぎた場合、鋳造粒子サイズは大変大きくなり、圧延中に困難が 発生する。もし、鉄が多い場合、イヤリング特性が乏しくなる。マグネシウムと 鉄は、本発明の多くの部分において、金属間化合物の中で互いに代理し合うこと ができる。しかしながら、金属間化合物は、マグネシウムベースの金属間化合物 の大きさと形状特性(モホロジー)を有することが好ましく、それ故に、マンガ ンの鉄に対する合金中の比は、1.0を超えることが好ましく、更には、2.0を 超えることが好ましい。もし、鉄が支配的であるのならば、その金属間化合物は より細かくなり、そしてより望ましくないようになる。 マグネシウム クレームされた領域のマグネシウムは、銅およびマンガンと共に細かい生成物 で適当な強度を提供する。銅に代えてマグネシウムは、合金の冷却速度に影響を 与え、それにより、鋳造固体中の表面偏析層の形成に影響を与える。もし、マグ ネシウムが大変多い場合、最終製品は、引き抜き及びアイロニング中に過剰な加 工硬化を起こし、所望よりも高いガーリングとなってしまう。もし、マグネシウ ムが大変少ない場合、最終製品は不十分な強度を有することと成る。 銅 クレームされた範囲の銅は製品の強度に寄与し、それは分散強化メカニズムに より行われ、ストービングの後に強度を保持するのに寄与する。またそれはマグ ネシウムと共に合金の冷却範囲に寄与し、それ故に、表面の偏析ゾーンを制御す ることができる。もし、銅が多い場合、最終製品は腐食を受けやすい。もし、銅 が少ない場合、分散強化の量が不十分であり、所望のストーブ強度に達成するこ とができない。 クロム、バナジウム及びジルコニウム これらの要素は、合金の熱安定性を増加させ、もし、過剰に存在した場合、ガ ーリング制御を逆転させてしまう。これらは好ましくは0.03%以下とすべき である。 熱流及び鋳造表面粗さ いかなる議論よっても拘束されたくはないのであるが、鉄、マンガン及びシリ コンがクレームされた範囲だけ含まれた缶合金が、表面の第2の樹脂状晶のアー ムの間隔が12〜18μmとなるような熱流の範囲内で鋳造操作で連続鋳造され た場合、(Mn,Fe)Al6金属間化合物の形成がαAl(Fe,Mn)Si (α相)を超えて十分に増幅して形成される。それらの金属間化合物は、鋳造ス ラブ中にずんぐりした粒子を形成する。 鋳型表面が適当に粗れた状態である場合、金属間化合物は、金属のバルク中よ りも表面において大きな粒子として形成される。もし、その粗さ(Ra)が約6 μmを超えた場合、粗さの型は、この効果を達成するのにあまり重要でなく、粗 い粗さ表面の特徴は、正か又はゼロの歪みを有し、シャープなピーク(丸いより もむしろ)からなることが好ましい。(4μmのRa以下)のような低い粗さに おいて、粗い形状はクリティカルになり、ゼロま又はシャープなピークを有する 正の歪みが本質的な特徴となる。 表面性質のこの歪みは、例えば、J.F.ソングとT.V.ボウバーガーのASMハ ンドブックの表面構造の第18巻、1992年、334頁から345頁により限 定される。かかる記述は、リファレンスとして本願に添付する。典型的なゼロの 歪みでは、本文献の図3(c)に示されるように、シャープなピーク表面を有す る。 図1a、1b及び1cは、凝固プロセスにおける表面粗さの影響を示すもので ある。図1aでは、金属20と鋳型表面21の間の最初の接触が示されている。 熱は、矢印22の方向に取り除かれる。金属23と表面粗さ24の間のコンタク トは、高度に偏っている。図1bに示されるように、金属スラブが凝固をはじめ た場合、金属間化合物の溶液と共にアルミニウム樹脂状晶25が形成され、それ らの偏ったポイント26から収縮する。表面層は、図1cに示されるように、再 加熱工程に付される。この再加熱は、溶質中の樹脂状晶間の液体を表面27にお いて均一な方法で排出することを招く。このようなプロセスは、これらが基本的 に表面に偏析層を形成することから、一般には望まれないものである。平坦な表 面又は低い粗さを有する表面又は何らかのポリッシンググライディング又はこす る工程により減少された鋭いピークを有するような平坦な表面の使用は、しばし ばそのような偏析層を最小限にする場合に用いられる。そのような表面粗さは、 マイナスの歪みを有するといわれる。DCキャスティングにおいて、表面偏析層 は、熱間圧延の前に表面からルーチン的に剥ぎ取られる。鋳造工程は、DC鋳造 又は連続鋳造のいずれにおいても、一般に偏析層の厚さが最低になるように行わ れる。 本願発明では、表面偏析層の形成プロセスが、この表面ゾーンにおいて(Mn ,Fe)Al6金属間化合物の数を本質的に増加させて形成するために促進され る。そして、冷却速度を適当に遅くし、凝固温度領域を十分に広くし、金属間化 合物が金属のバルク中においてよりも大きなサイズに成長させることにより、こ れが確実に行われる。表面偏析ゾーンは、また合金の凝固範囲によっても影響さ れ、クレームされた範囲の銅およびマグネシウムの使用は、適当な凝固範囲が得 られ、表面偏析層が形成されることを正確に許容される。 スラブは、均一化処理なしに行われるために、更なる金属間化合物の変化は起 こらない。それ故に、拡張された金属間化合物(Mn,Fe)Al6の表面にお ける大きさは、熱間圧延及び冷間圧延の双方を通じて保持され、中心よりもスト リップ表面において大きな金属間化合物サイズを形成する再圧延および最終厚み の製品となり、D&I間製造操作を用いたときに優れたガーリング抵抗を有する ことと成る。金属間化合物の最終厚み製品における存在は、原則的にガーリング 抵抗(または、スコーリング抵抗とも呼ばれる)に影響を与え、バルク中よりも むしろ表面の所望のより大きな粒子が存在することは有用である。適当な、より 大きな表面金属間化合物は、鋳造工程において形成されない限り、それらは本質 的に形成されることはない。 もし、熱流が上述の表面冷却速度及び第2の樹脂状晶アーム間隔を与えるのに 必要とされるよりも低い場合、そして、もし表面粗さ(Ra)が、約13μmを 超える場合、所望の金属間化合物にもかかわらず、鋳造製品が有孔となると考え られる。しかしながら、16μmを超える荒さ(Ra)は完全に受け入れること ができない有孔及び有用な缶材料にとって望ましい量を超えて金属間化合物の成 長を促す。もし、熱流が所望の第2樹脂状品のアーム間隔を与えるのに必要な量 を超えた場合、α相の形成が起こり、もし、加えて表面粗さがクレームしたより も小さい場合、表面偏析ゾーンは形成されず、所望の金属間化合物の表面サイズ も得ることができない。 熱間圧延及び焼戻し条件は、正六面体状の粒の結晶構造を改めるのに必要であ ると言われており、それは最終製品シートの低い45℃イヤリングを確実にする ために重要である。機械的加工及び熱処理の間のバランスは、所望のイヤリング を得るために必要である。そのようなプロセスの多くが用いられた場合、熱間圧 延の減厚の増加及び遅い焼戻し中の加熱の組み合せは、最良の結果を生じ、本ケ ースにおいて最も大きくイヤリングを減少させると考えられる。 本発明は以下の具体例において更に詳しく述べられる。それらの具体例は、本 願発明の検知を限定するものではなく、単に例を提示するに過ぎない。 例 1 0.10%シリコン、0.91%マンガン、0.32%Fe、0.43%Cu、1 .48%Mgの組成のアルミニウム合金が、ショットブラスティングにより荒ら された鋼のベルトを備えた商業的なツインベルトキャスターによって、15.4m mの厚みに鋳造された。ベルト厚さ(Ra)は12.3μmであった。2.1Mw /m 2 の熱流がベルトキャスターの部分に沿って使用され、そこにおいて凝固が行わ れた。アズキャストストリップの試料が取り出され、顕微鏡により観察された。 キャストストリップの断面の顕微鏡写真が図2に示される。図2aにおいて厚さ 約30μmの表面偏析層が観察される。第2の樹脂状晶アーム間隔はこの領域内 で約15.3μmである。金属間化合物は(Mn,Fe)Al6型であり、この表 面層において約4.2μmのサイズである(上で定義した膜厚において)。スト リップのバルクは小さな裸の領域によりこの表面領域から分離されている。スト リップのバルクにおいて、金属間化合物は同じタイプであるが、しかし、約1. 8μmの平均サイズ(厚さ)を有する。キャストストリップの表面を図3の顕微 鏡写真に示す。上記組成の金属間化合物が針状結晶として存在する。 上記スラブは、その後2つの標準的なホットミルを通して圧延され、再圧延の 厚さ2.3mmになり巻かれる。このコイルは425℃で2時間焼戻しされ、その 後、冷間圧延で中間厚さ0.8mmにされ、その後425℃で2時間中間焼きなま しされ、それから最終厚みである0.274mmまで冷間圧延される。最終厚さの 材料の試料が取られ、その顕微鏡写真が図4aおよび4bに示される。表面は定 量金属組織学技術により測定して3.5μmのサイズを備えた(Mn,Fe)A l6粒子を有する。内部領域における粒子は平均サイズ1.7μmを有する。一般 的なDC鋳造法を用いてAA3014で形成した缶材料の典型的な試料を比較例 として図5a及び5bに示す。ストリップの表面及び内部における金属間化合物 粒子の大きさは同じである。この場合の金属間化合物は、DCキャスト材料では 典型的なことであるが、α相に本質的に変態している。これらの粒子の大きさは おおよそ3.7μmである。図6a及び6bに典型的な従来技術の連続鋳造で作 製した缶材料で得られる金属間化合物粒子の分布を示す。 用いられた合金はSi0.13%、Fe0.46%、Mg1.85%、Mn0. 69%、Cu0.08%、平衡状態のアルミ及び避けられない不純物を含み、ベ ルトキャスター上で鋳造され、米国特許4614224に示された方法を用いて 熱間圧延および冷間圧延された。多くの粒子はα相であり、表面および内部にお いて同じサイズである。そのサイズは典型的に約1.5μmである。 この具体例に準備された本願発明のストリップキャスト材料は、D&I缶形成 テストに付された。少なくとも50000の缶本体が表面に引っ掻き傷が少ない か無い状態で形成された。この性質は、DCキャスト材料で示されるのに類似し ている。従来技術のストリップキャスト材料は、上述のように、その試料がD& I操作にかけられた。約1000の缶本体が形成された後、表面の引っ掻き線や こすれが認められ、D&I操作が続けることができなくなり、大表面上に破片が 形成されるのが認められた。 例 2 例1で述べたのと同様の組成の合金が同様の商業的なベルトキャスターではあ るが、フレームスプレー及びHazelett Matrix Y コーティン グとして知られる方法で作られたセラミックコートされたベルトを用いて鋳造さ れた。粗さ(Ra)は10.1μmであり、最初の凝固中の熱流は2MW/m2で あった。図7は、その鋳造スラブの断面の顕微鏡写真を示す。表面偏析層は、約 60μmの厚みで観察され、平均サイズ(厚み)が4.5μmである(Fe,M n)Al6金属間化合物を含んでいた。第2の樹脂状晶アーム間隔は、かかる表 面層で15.5μmであった。試料のバルク中では、粒子の平均サイズ(厚み) は約2μmであった。 例 3 0.2%Cu、0.35%Fe、1.41%Mg、0.91%Mn、0.21%S i,の組成を有する合金が粗さファクター(Ra)が、1.27μmであるスム ースなベルトを有するパイロットスケールベルトキャスター上でスラブの凝固中 の熱流が2.2MW/m2を用いて鋳造された。図8は、アズキャストスラブの断 面の顕微鏡写真を示す。金属間化合物はα相であり、表面及び内部の間に十分な サイズの違い(粒子の厚さ)は認められない。粒子サイズ(厚み)は約1.5μ mであった。第2の樹脂状晶アーム間隔は、表面において14μmであった。こ れは、好ましい範囲外のシリコンを備えた従来技術の連続鋳造スラブの実例とな る。 例 4 シリコンがO007%(本発明の好ましい組成ないではある)であることを除 き、試料3と類似した合金が試料3と同じキャスターおよびベルトで鋳造された 。このベルトは、それ故に粗さの好ましい範囲よりも少ない粗さを有している。 図 9は顕微鏡写真を示す。金属間化合物は(Fe,Mn)Al6であり、約1.7μ mのサイズ(厚み)を有する。しかしながら、そのサイズはスラブ(表面層では ない)を通して均一である。第2の樹脂状品アーム間隔は表面において14μm であった。 例 5 例1と同じ組成の合金がセラミックコーティングを備え、15.2μmの粗さ ファクター(Ra)を有するベルトを備えたパイロットスケールベルトキャスタ ーで鋳造された。この表面粗さは本発明の広い範囲内にあるが、好ましい範囲で はない。凝固中0.8MW/m2の熱流が用いられた。表面偏析層は100〜51 50μmの厚さであり、7.6μmの平均サイズ(厚み)の(Fe,Mn)Al2 金属間化合物を含み、一方、バルク領域の金属間化合物は約2.4μmの平均厚 みであった。表面偏析層は第2の樹脂状晶アーム間隔約18μmを有していた。 表面偏析層はまたいくつかの表面気孔を備えていた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22F 1/00 630 C22F 1/00 630K 673 673 686 686B 691 691B 691C 694 694A 1/047 1/047 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,GH,HU,IL,IS,JP,KE ,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS, LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,M X,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE ,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT, UA,UG,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 フィッツサイモン,ジョン カナダ、ケイ7エル・4ブイ1、オンタリ オ、キングストン、フェアクレスト・ブー ルバード47番 【要約の続き】 る。ストリップは、圧延又は焼きなまし工程により最終 厚みに製造される。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.約30mmより小さいか又は等しい厚みを有し、主要な金属間化合物として 大きな(Mn,Fe)Al6をその中に含むアルミニウム合金ストリップであっ て、 該金属間化合物粒子が、該ストリップの表面において平均表面サイズを有し、 該ストリップのバルク中において平均バルクサイズを有し、 該平均表面サイズが、該平均バルクサイズより大きいアルミニウム合金ストリ ップ。 2.上記主要な金属間化合物が、上記ストリップ中に存在する全金属間化合物粒 子の少なくとも60%を含む請求項1のアルミニウム合金ストリップ。 3.上記平均表面サイズが、上記平均バルクサイズの少なくとも1.5倍より大 きい請求項1のアルミニウム合金ストリップ。 4.上記アルミニウム合金が、アルミニウムに加えて、本質的に重量で: Si 0.05と0.15%の間 Fe 0.3と0.6%の間 Mn 0.6と1.2%の間 Mg 1.1と1.8%の間 Cu 0.2と0.6%の間 他の要素 0.05%より少ないか又は等しい(他の要素の全 量は0.2%より少ないか又は等しい) からなる請求項1のアルミニウム合金ストリップ。 5.上記Mnが、重量で0.7と1.2%の間にあり、上記Siが、重量で0. 07と0.13%の間にある請求項1のアルミニウム合金ストリップ。 6.他の要素が、Cr、Zr及びVからなる組から選択され、その重量が夫々0 .03%より少ないか又は等しい請求項4のアルミニウム合金ストリップ。 7.上記ストリップが、約9mmと25mmの間の厚みを有する連続鋳造ストリ ップであり、該ストリップが表面偏析層を有し、上記平均表面サイズが該表面偏 析層内で限定され、上記平均バルクサイズが該ストリップのバルク層中の該表面 偏析層の外で限定された請求項4のアルミニウム合金ストリップ。 8.上記キャストストリップの表面において、12μmと18μmの間の第2の 樹脂状晶のアーム間隔を有する請求項7のアルミニウム合金ストリップ。 9.上記第2の樹脂状晶のアーム間隔が、14μmと17μmの間である請求項 8のアルミニウム合金ストリップ。 10.上記大きな金属間化合物が、上記表面偏析層中より、上記バルク層中にお いて、より大きな平均濃度で存在する請求項7のアルミニウム合金ストリップ。 11.上記表面偏析層中の上記金属間化合物粒子が、約2μmから15μmの厚 みで、10μmから100μmの長さである請求項7のアルミニウム合金ストリ ップ。 12.上記表面偏析層が、約10μmから60μmの厚みである請求項7のアル ミニウム合金ストリップ。 13.上記ストリップが、実質的に気孔を有しない請求項7のアルミニウム合金 ストリップ。 14.上記ストリップが、溶融合金が4μmと15μmとの間の表面粗さを有す る表面の間で鋳造される連続鋳造プロセスの製品であり、該表面粗さが実質的に 鋭いピーク形状である請求項7のアルミニウム合金ストリップ。 15.上記連続鋳造プロセスが、ツインベルトキャスター内で行われる請求項1 4のアルミニウム合金ストリップ。 16.上記ストリップが、約5mmより小さいか又は等しい厚みを有する圧延さ れたストリップの形状であり、上記バルク中の上記金属間化合物粒子の小さい方 の平均サイズが、上記ストリップの中央で限定される請求項5のアルミニウム合 金ストリップ。 17.上記ストリップの上記表面における上記金属間化合物が、2μmと10μ mとの間の平均サイズを有する請求項16のアルミニウム合金ストリップ。 18.上記ストリップが、約0.8mmと約5.0mmの間の厚みを有し、該ス トリップが、鋳造合金から均一化工程を有さずに該ストリップを熱間圧延して製 造された製品である請求項16のアルミニウム合金ストリップ。 19.上記ストリップが、約0.26mmと約0.40mmの間の厚みを有し、 該ストリップが、冷間圧延が続く、従来の均一化工程を行わない熱間圧延を含む プロセスにより鋳造合金から製造された製品である請求項16のアルミニウム合 金ストリップ。 20.上記冷間圧延プロセスが、(a)熱間圧延の後で、冷間圧延の前において 、上記ストリップを、バッチ焼なまし、自己焼きなまし、及び連続焼きなましか らなる組から選択された焼きなましをし、それから、70%と80%の間の減厚 を用いて最終厚みに冷間圧延する工程;および(b)中間厚みに熱間圧延した後 に該ストリップを冷間圧延し、中間厚みの該ストリップをバッチ焼きなまし又は 連続焼きなましし、それから、45%と70%の間の減厚を用いて該ストリップ を最終厚みに冷間圧延する工程、からなる組から選択される請求項19のアルミ ニウム合金ストリップ。 21.上記バッチ焼きなまし工程が、上記ストリップを400℃と450℃の間 の温度で、0.25から6時間の範囲の時間行う焼きなましする工程を含む請求 項20のアルミニウム合金ストリップ。 22.上記連続焼きなまし工程が、該ストリップ製品を500℃と550℃の間 の温度で、10から180秒の範囲の時間加熱し、それから、該ストリップを1 20秒より短い時間で室温まで冷却する工程を含む請求項20のアルミニウム合 金ストリップ。 23.上記自己焼きなまし工程が、上記ストリップを少なくとも400℃の温度 で巻いてコイルにし、該コイルを自然冷却により室温まで冷却する工程を含む請 求項20のアルミニウム合金ストリップ。 24.上記ストリップが、約3%より小さい45度イアリング、約4%より大き い伸び、及び195℃で10分の加熱の後に少なくとも36ksiの降伏強度を 有する請求項20のアルミニウム合金ストリップ。 25.上記降伏強度が、加熱後に、少なくとも39ksiである請求項24のア ルミニウム合金ストリップ。 26.表面を有するストリップ品物の製造プロセスであって、 アルミニウムに加えて、本質的に重量で: Si 0.05と0.15%の間 Fe 0.3と0.6%の間 Mn 0.6と1.2%の間 Mg 1.1と1.8%の間 Cu 0.2と0.6%の間 他の要素 各要素は0.05%より少ないか又は等しく、他の 要素の全量は最大0.2% からなる組成を有する溶融アルミニウムを供給する工程と; 該溶融合金を、30mmより小さいか又は等しいアズキャスト厚みにする対向 した移動鋳型表面を有する連続鋳造装置で鋳造する工程と;を含み、 該移動鋳型表面が、4μmと13μmの間の表面粗さを有し、該表面粗さが実 質的に完全に鋭いピーク形状であり、 熱流量が、該ストリップの表面で、12μmと18μmの間の間隔の樹脂状晶 間アームが製造されるような速さで該金属から放出されるプロセス。 27.上記Mnの含有量が、重量で0.7%と1.2%の間であり、Siの量が 、重量で0.07%と0.13%の間である請求項26のプロセス。 28.Cr、Zr及びVを含む他の要素の量が、重量で、夫々の要素について、 0.03%より少ないか又は等しい請求項26のプロセス。 29.上記熱流量が、最初の25から50%の凝固中に、1MW/m2と3MW /m2の間の最高熱流量を含む請求項23のプロセス。 30.上記樹脂状晶のアーム間隔が、14μmから17μmの間である請求項2 6のプロセス。 31.上記表面粗さが、(a)上記移動鋳型の表面をサンドブラスト又はショッ トブラストする手段、(b)上記移動鋳型表面をセラミックコーティングする手 段、及び(c)上記移動鋳型に固体セラミック材料を採りつける手段、からなる 組から選択される手段によって造られた請求項26のプロセス。 32.更に、上記鋳造ストリップを熱間圧延及び冷間圧延工程を含み、該熱間圧 延及び冷間圧延工程が、該鋳造ストリップの均一化無しに行われる請求故意26 のプロセス。 33.上記熱間圧延及び冷間圧工程が、(a)熱間圧延して、0.8mmと1. 5mmの間の厚みの再圧延ストリップを形成し、該再圧延ストリップをバッチ焼 きなまし、自己焼きなまし及び連続焼きなましからなる組から選択された焼きな まし方法で焼きなましし、70%と80%の間の減厚を用いて該再圧延ストリッ プを最終厚みに冷間圧延する工程、(b)0.5mmと5.0mmの間の厚みの 再圧延ストリップに熱間圧延し、該再圧延ストリップを冷間圧延して0.6mm と1.5mmの間の厚みの中間厚みストリップを製造し、バッチ焼きなまし及び 連続焼きなましからなる組から選択された焼きなまし方法により該中間厚みスト リップを焼きなましし、45%と70%の間の減厚を用いて該中間厚みストリッ プを最終厚みに冷間圧延する工程、からなる組から選択された工程である請求項 32のプロセス。 34.上記バッチ焼きなましプロセスが、400℃と450℃の間の温度で、0 .25から6時間の範囲の時間の焼きなまし工程を含む請求項33のプロセス。 35.上記連続焼きなましプロセスが、該ストリップ製品を500℃と550℃ の間の温度で、10から180秒の範囲の時間加熱し、それから、該ストリップ を120秒より短い時間で室温まで冷却する工程を含む請求項33のアルミニウ ム合金ストリップ。 36.上記自己焼きなまし工程が、上記ストリップを少なくとも400℃の温度 で巻いてコイルにし、該コイルを自然冷却により室温まで冷却する工程を含む請 求項33のアルミニウム合金ストリップ。 37.上記連続鋳造装置が、ツインベルトキャスターである請求項26のプロセ ス。 38.引抜き、及びアイロニング操作により缶本体を形成するのに適したストリ ップを造るプロセスであって、 アルミニウムに加えて、本質的に重量で: Si 0.05と0.15%の間 Fe 0.3と0.6%の間 Mn 0.6と1.2%の間 Mg 1.1と1.8%の間 Cu 0.2と0.6%の間 他の要素 各要素は0.05%より少ないか又は等しく、他の 要素の全量は最大0.2% からなる組成を有するアルミニウム合金スラブを、30mmより少ないか形は等 しい厚みに連続鋳造する工程と; (a)熱間圧延して、0.8mmと1.5mmの間の厚みの再圧延ストリップ を形成し、該再圧延ストリッブをバッチ焼きなまし、自己焼きなまし及び連続焼 きなましからなる組から選択された焼きなまし方法で焼きなましし、70%と8 0%の間の減厚を用いて該再圧延ストリップを最終厚みに冷間圧延する工程、 (b)0.5mmと5.0mmの間の厚みの再圧延ストリップに熱間圧延し、該 再圧延ストリップを冷間圧延して0.6mmと1.5mmの間の厚みの中間厚み ストリップを製造し、バッチ焼きなまし及び連続焼きなましからなる組から選択 された焼きなまし方法により該中間厚みストリップを焼きなましし、45%と7 0%の間の減厚を用いて該中間厚みストリップを最終厚みに冷間圧延する工程、 からなる組から選択されたプロセスにより、該スラブを均一化無しに最終厚みに 圧延する工程と、を含むプロセス。 39.上記他の要素が、夫々が0.03%より少ない量のCr、Zr及びVを含 む請求項39のプロセス。 40.上記Mnが、0.7と1.2%の間にあり、上記Siが、0.07と0. 13%の間にある請求項38のプロセス。 41.上記バッチ焼きなましプロセスが、400℃と450℃の間の温度で、加 熱、冷却時間を含まない時間で0.25から6時間、焼きなましする工程を含む 請求項38のプロセス。 42.上記連続焼きなましプロセスが、該ストリップ製品を500℃と550℃ の間の温度で、10から180秒の間の時間加熱し、それから、120秒より短 い時間で室温まで冷却する工程を含む請求項38のプロセス。 43.上記自己焼きなまし工程が、上記ストリップを少なくとも400℃の温度 で巻いてコイルにし、該コイルを自然冷却により室温まで冷却する工程を含む請 求項38のプロセス。 44.上記連続鋳造が、対向した移動鋳型表面を有する連続鋳造装置で上記溶融 金属を鋳造する工程を含み、 該移動鋳型表面が、4μmと13μmの間の表面粗さを有し、該表面粗さは本 質的に鋭いピーク形状であり、 該ストリップの表面において、12μmと18μmの間の間隔で樹脂状晶アー ムが形成される速度で、該金属からの熱流量の放出が行われる請求項38のプロ セス。 45.上記連続鋳造装置が、ツインベルトキャスターである請求項44のプロセ ス。 46.最終厚みの上記ストリップが、その中に分散された(Mn,Fe)Ai6 金属間化合物を有し、粒子の平均サイズが、その表面においてその中心より大き い請求項38のプロセス。
JP10504607A 1996-07-08 1997-07-04 缶材料用鋳造アルミニウム合金及び該合金の製造プロセス Ceased JP2000514140A (ja)

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