JP2002504625A - 高強度アルミニウム箔の製造法 - Google Patents
高強度アルミニウム箔の製造法Info
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Abstract
Description
箔を経済的で、効率的で、かつ高い生産性でもって製造する方法に関する。
表的なアルミニウム協会(AA)の合金から製造したアニーリングアルミニウム箔
の公称組成および代表的な特性を掲げた。
ウム箔が破裂した時点でのアルミニウム箔に対する圧力(kPa、psi)で評価
ばれる方法によってインゴットをキャストする。8006合金製のアルミ箔は、一般
にDCキャスト法によって製造される。次に、DCキャストインゴットを、温度約50
0℃に予熱し、次いで熱間圧延して、厚み約0.2〜0.38 cm(約0.08〜0.15 in)の
アルミニウム板を形成する。次いで、このアルミニウム板を冷間圧延して、最終
厚み0.00076〜0.0025 cm(0.0003〜0.001 in)の家庭用アルミホイルを製造して
いる。しかしながら、冷間圧延のプロセスの間、アルミニウム板は、加工硬化し
、その結果、一旦、0.005〜0.010 cm(0.002〜0.004 in)の厚みに達すると、圧
延によって厚みをさらに薄くすることは、不可能である。このため、数回の冷間
圧延処理(一般に厚み0.005〜0.05 cm(0.002〜0.02 in))の後、アルミニウム
板を、一般に温度約275〜約425℃で中間アニーリングして、材料を再結晶化/軟
化させ、所望の最終厚みへの容易な圧延加工性を保証している。アルミニウム板
の厚みは、通常、中間アニーリング後に約80〜99%減少させることができる。こ
の中間アニーリング処理を行わなければ、加工硬化のため、最終厚みに圧延する
のは、不可能ではないにしても、非常に困難になる。
ングして、軟質で、所望の成形性および湿潤性を示すような永久折り目を有する
アルミニウム箔を製造することができる。本明細書に用いられる「永久折り目」
なる用語は、角度180度に折り畳むことができると共に、スプリングバックする ことがないようなアルミニウム箔に関する用語である。最終アニーリングは、永
久折り目特性を付与すると共に、圧延油などの潤滑剤を表面から除去することに
よって充分な湿潤性を確保することができる。
ような連続式キャスト装置によってアルミニウム板の形態で製造することができ
る。連続式キャスト法は、通常、直冷キャスト法よりも生産性が高い。なぜなら
、連続式キャスト法は、独立した熱間圧延工程並びにインゴットの均熱工程、予
熱および皮ムキ工程を省略することができるからである。ベルトキャスターのよ
うな連続式キャスト装置は、一般に、アルミニウム合金から、5 cm(2 in)未満
の厚みおよびキャスターの設計幅(代表的には208 cm(82 in))を有する連続 アルミニウム板をキャストすることができる。連続式キャスト合金は、連続式熱
間圧延法または温間圧延法によってキャストした直後に、より薄い厚みに圧延す
ることができる。
1回の中間アニーリングおよび1回の最終アニーリングによって、処理される。
例えば、アルミニウム合金は、連続式キャスターによる、キャストおよび熱間圧
延または温間圧延によって、厚み約0.127〜0.254 cm(0.05〜0.10 in)を得、次
いで、冷間圧延によって、厚み約0.005〜0.05 cm(0.002〜0.02 in)を得ること
ができる。この段階で、アルミニウム板を、中間アニーリングして軟化させ、次
いで冷間圧延して、最終厚み0.00076〜0.00254 cm(0.0003〜0.001 in)を得、 最後に、温度325〜450℃で最終アニーリングする。
アルミホイル(従来では、AA 1100、1200、8111などの合金から製造)は、現在 入手しうる所定の合金、例えば直冷キャスト合金AA 8006および連続式キャスト 合金AA 8015から製造することができる。残念ながら、このような材料は、ある 種の問題を引き起こす。前記したように、合金AA 8006に関して採用される、直 冷キャスト法は、比較的コスト高である。これに対し、連続式キャスト合金AA 8
015は、圧延/キャスト処理が非常に困難である。すなわち、圧延/キャスト処 理の間に、エッジクラッキングのような問題が起こるため、回復が乏しくなる。
また過剰の加工硬化のため、必要な圧延通過回数が増加して、圧延処理の生産性
が低下し、これにより、コスト高となる。このため、連続式キャスト法のコスト
的な利点が、全てではなくとも、その大半が排除されてしまう。
.4%)は、共に、別の問題がある。このようなレベルで鉄を含む合金は、低鉄含
有量の一次合金中にブレンドして、再循環材料中の総鉄含有量を減少させない限
り、有用な低鉄含有量の合金(代表的には、飲料缶用のアルミ板)と一緒に、再
循環することができない。このため、AA 8006/8015のような合金は、場合によ り再循環することができず、たとえ、可能であったにせよ、コスト的にペナルテ
ィが課せられて、はじめて可能になる。さらに、このような合金は、高い鉄含有
量のため、キャスト/圧延処理してアルミホイルを形成するのが困難である。
トを冷間圧延して、冷間加工アルミニウム板を形成し、冷間加工アルミニウム板
を中間アニーリングし、中間アニーリングしたアルミニウム板を冷間圧延して、
最終厚みのアルミニウム箔を形成し、最終厚みのアルミニウム箔をアニーリング
することによって、厚み0.0015 cm(0.0006 in)において、少なくとも89.6 MPa
(13 ksi)の降伏強度、少なくとも103.4 MPa(15 ksi)の極限引張強度、およ び少なくとも89.6 kPa(13 psi)のミューレン破裂強度を有し、かつ永久折り目
を有するアルミニウム箔を製造する方法を提供するもので、本発明の方法によれ
ば、前記アルミニウム合金は、0.05〜0.15重量%のマグネシウム含量を含むよう
に選択すること、および冷間加工アルミニウム板の前記中間アニーリングは、温
度200〜260℃で行うことを特徴とする。
スト的なペナルティを被ることなく、この8006/8015合金から製造されるアルミ
ニウム箔に匹敵する機械的特性を有するような高強度アルミニウム箔を製造する
方法を提供する。本発明の方法は、キャスト/圧延処理が比較的容易でかつ回復
が良好であるような、種々の合金を用いて実施することができる(代表的な圧延
回復は、約80%である)。最も好適には、本発明は、低鉄含有量(すなわち、約
0.8重量%未満、好適には0.1〜0.7重量%の鉄含有量)の合金を用いて実施する ことができる。なぜなら、高い鉄含有量であれば、キャスト/圧延処理がより困
難になり、また生じるスクラップの再循環も、よりコスト高になるからである。
すなわち、本発明の方法によって製造されるアルミニウム箔は、比較的容易に製
造でき、かつコスト的なペナルティを伴うことなく再循環させることができる。
0.15重量%、好適には約0.1〜約0.12重量%である。本発明によれば、マンガン のレベルを上記範囲内で制御し、かつ中間アニーリング温度および所望により最
終アニーリング温度を制御することによって、8006/8015合金の機械的特性に匹
敵する特性を有するアルミニウム箔を、優れた回復および他の操作上の利点をも
って、製造できることが判明した。
には、1〜3回の冷間圧延処理後に、中間アニーリングされる。しかしながら、本
発明の方法は、アニーリング温度を、比較的低いレベルに維持して、所定量のマ
ンガンが合金から析出するように制御する点で、従来法とは、異なっている。本
発明によれば、マンガンの析出は、中間アニーリング温度の制御によって制御で
きることが、判明した。この制御した析出によって、良好な回復を有する最終厚
みの製品に圧延処理可能であるような、中間アニーリングしたアルミニウム板を
製造でき、かつ優れた機械的特性を有する最終のアルミニウム箔を製造すること
ができる。
を、許容されないマンガンの析出を伴うことなく、引き起こすような温度レベル
に、維持される。代表的には、本発明の方法による中間アニーリング温度は、約
200〜260℃、好適には約230〜250℃である。アニーリングしたアルミニウム板は
、少なくとも約0.05重量%、好適には少なくとも約0.08重量%、より好適には約
0.09〜約0.12重量%のマンガンを、固溶体中に含み、これにより、最終アルミニ
ウム箔の機械的特性に対し、著しい改善を付与することができる。
グ温度並びに合金中のマンガン含量に整合させ、これにより、機械的特性と加工
特性との最適なバランスを獲得することができる。中間アニーリング温度と同様
に、最終アニーリング温度も、従来法で採用されているアニーリング温度よりも
、実質的に低い。本発明の方法によれば、最終アニーリング温度は、好適には約
250〜約325℃、より好適には約260〜290℃である。中間アニーリング後に固溶体
中に残った、マンガンのレベル内で、最終厚みのアルミニウム板は、前記温度で
最終的にアニーリング処理して、柔軟で、成形可能なアルミニウム箔を製造する
ことができる。このアルミニウム箔は、一般にアルミニウム箔として非常に好適
な永久折り目を有する一方、強度などのその機械的特性は、8015アルミニウム箔
と同等のままである。
成物の変形例を含め、種々の合金組成物を用いて、実施することができる。前記
したように、合金は、本発明の利点を達成するには、約0.05〜約0.15重量%のマ
ンガンを含むことが必要である。強靭なアルミニウム箔は、マンガンを高レベル
で含む合金、例えば8015合金を用いて製造することができる。しかしながら、こ
のような合金は、加工硬化率が高いため、圧延するのが非常に困難である傾向を
示す。約0.05重量%未満のマンガンレベルにすると、最終アニーリング温度の増
加につれて、機械的特性が急激に低下して、強靭なアルミニウム箔を得るのが非
常に困難になる。したがって、マンガンレベルは、約0.05〜約0.15重量%、好適
には約0.095〜0.125重量%とすべきである。
およびマグネシウムなどであるが、これらの合金成分は、マンガンのように、ア
ニーリング温度と、成形性と、最終機械特性との相関関係に対し、影響を与える
ことはない。しかしながら、一般に好適には、これら成分のうち、少なくとも数
種の成分を含んで、他のある種の特性を制御することができる。代表的には、合
金は、約0.05〜約0.6重量%のケイ素、約0.1〜約0.7重量%の鉄、および0.25重 量%の銅を含むことができ、残部は、アルミニウムおよび不可避的不純物である
。ケイ素は、アルミニウム箔供給原料の表面特性に対し、影響を与えることがわ
かっており、ケイ素を含むことによって、圧延処理によるスマットを回避するこ
とができる。ケイ素、鉄および銅は、全て、最終製品の強度を増加させることが
できる。
などを含め、通常のキャスト法によってキャストすることができる。しかしなが
ら、連続式キャスト法は、処理法が経済的であるため、より好適である。好適に
は、いくつかの連続式キャスト法と共に、現在市販の装置を用いることができ、
ベルトキャスター(流延機)やブロックキャスターやロールキャスターなどを装
置として使用することができる。これらキャスターは、一般に、アルミニウム合
金から連続アルミニウム板をキャストすることができ、その寸法は、1 in未満の
厚みを有し、幅は、キャスターの設計幅と同じであって、178〜216 cm(70〜85
in)の範囲とすることができる。連続キャスト合金は、所望により、連続熱間お
よび温間圧延処理の直後に、より薄い厚みに圧延することができる。この態様の
キャスト法によって、比較的幅広で比較的薄いエンドレスアルミニウム板を製造
することができる。キャスト処理の直後に、熱間および温間圧延処理を行えば、
キャストおよび圧延工程から排出されるアルミニウム板は、冷却時に、その厚み
が約0.127〜0.254 cm(0.05〜0.1 in)である。
ことができる。この種の圧延処理ではよく知られているように、中間アニール処
理を、通常は第1および第2通過の後に、行い、これにより、アルミニウム板を
、最終厚みに圧延し、アルミニウム板が所望の厚みに圧延された時点で、最終ア
ニール処理に付して、所望レベルの成形性を有し、かつ、柔軟で永久折り目を有
するアルミニウム箔を製造することができる。しかしながら、本発明によれば、
従来法とは異なって、中間アニール温度および最終アニール温度を、制御して、
合金中のマンガンレベルと調和させ、これにより、加工特性に関して悪影響を受
けることなく、優れた機械特性の最終アルミニウム箔を製造することができる。
線Aは、約0.03重量%のマンガンを固溶体中に含む合金を示し、曲線Bは、約0.15
重量%のマンガンを固溶体中に含む合金を示す。これらの曲線に関し、まず、合
金の温度が曲線の初期平坦部分(しばしば、回復領域と呼ばれている)に沿って
上昇すると、以前の冷間加工によって生じた転移の再配列が開始する。次いで、
再結晶化領域が続き、ここでは、冷間加工前の合金についての当初の結晶構造を
回復することができる。合金が再結晶化されるつれて、機械的特性は、低下する
一方、伸び率は、増加する。曲線の底部では、再結晶化材料は、その機械的特性
が比較的一定である一方、結晶粒の成長が起こる。
ンのような合金成分の析出を引き起こしていた。マンガンは、約0.05〜約0.15重
量%のレベルでは、260℃を越える中間アニーリング温度で急速に析出していた 。図1の曲線Aから明らかなように、アルミニウム箔では、最終アニーリング温度
の増加につれて、その特性は、急激に低下し、その結果、8015アルミニウム箔に
匹敵する機械的特性を得るのが、不可能ではないしても、非常に困難になる。こ
れに対し、曲線Bによって示される、約0.15重量%のマンガンを固溶体中に含む アルミニウム箔との差異は、明白である。マンガンレベルを増加させた場合、ア
ルミニウム箔の機械的特性は、最終アニーリング温度の増加につれて、わずかず
つ低下するにすぎない。以上の実験的事実によって、8006/8015合金に匹敵する
機械的特性と、永久折り目特性との両者が得られるような、アニーリング温度の
選択が可能になったのである。
箔を、8015合金の製造に際し通常伴うような、過剰の加工硬化、エッジクラッキ
ング、乏しい回復などの問題を起こすことなく、製造できることが判明した。本
発明によれば、上記製造は、約0.05〜約0.15重量%、好適には約0.095〜約0.125
重量%のマンガンを含む合金組成物並びに約200〜約260℃、好適には約230〜約2
50℃の温度での中間アニーリング処理の採用によって、達成することができる。
この知見は、マンガンの拡散係数が非常に低く、温度300℃未満でのマンガンの 析出速度が著しく大きくなることが期待されないことから見て、驚くべきことで
ある。それにもかかわらず、以下の実施例に示すように、マンガンレベル約0.05
〜0.15重量%の合金を、本発明で規定したような低い温度で中間アニーリングで
きると共に、中間アニーリングしたアルミニウム板をさらに圧延して最後にアニ
ーリングし、これにより、優れた特性を有するアルミニウム箔供給原料を製造す
ることに、成功したのである。
なる。例えば、マンガンレベル0.2重量%の合金8015では、中間アニーリング温 度275℃によって、表1に示すような優れた機械的強度を得ることができる。し かしながら、このような高いレベルのマンガンでは、高い加工硬化、エッジクラ
ッキングなどの問題によって生産性が低くなり、この組成物によって得られる優
れた特性が大幅に相殺されてしまう。
で中間アニーリングする。前記したような代表的な合金組成および約0.1%のマ ンガン含有量では、この温度は、通常約240〜250℃である。特定の合金に関し、
最適な中間アニーリング条件および最終アニーリング条件は、種々のアニーリン
グ温度で実験を行って、経験的に決定することができる。中間アニーリング条件
は、代表的には、通常のバッチ式アニーリング炉を用い、そのコイルの中央付近
に配置した熱電対によってアニーリング温度に調節して、予め形成することがで
きる。アニーリング時間は、代表的には、約4〜8時間であって、ある種の合金で
は2〜3時間で十分のようである。所望の温度でより長いアニーリング温度は、ア
ルミニウム板の特性に対し有害ではないが、経済的観点から、好適ではない。こ
れとは別の態様として、アルミニウム板をコイル巻取り処理する前に、アニーリ
ングするような、連続式アニーリング法は、30秒ほどの短いアニーリング時間で
、所望の効果を達成することができる。
れる。代表的には、アルミニウム板の厚みは、3〜5回の通過によって約80〜約90
%減少でき、これにより、最終厚み約0.00076〜0.00254 cm(0.0003〜0.001 in )を達成することができる。次いで、アルミニウム板は、最後に、アニーリング
して、所望の特性の最終アルミニウム箔を製造することができる。
ができる。すなわち、所望の特性の最終アルミニウム箔が得られるような、最終
アニーリング温度を選択することができる。このような温度は、好適には約250 〜約325℃、より好適には約260〜290℃であって、代表的には、8006/8015合金 のような高マンガン合金に採用される温度よりも、やや低い。この温度は、圧延
プロセスで使用される圧延潤滑剤の沸点を越えている限り、このような低い温度
でアニーリングした箔であっても、満足のゆく湿潤性を得ることができる。残油
中の揮発性材料の除去速度が、低いアニーリング温度のために低下するような場
合には、最終アニーリング時間を延長させれば、この問題は、解消することがで
きる。
得られるように、選択される。最終アニーリング時間は、圧延潤滑剤の完全な除
去を確保しうるように、選択する。したがって、バッチ式アニーリング法を用い
る場合、最終アニーリングの最短時間は、コイルの寸法およびアニーリング温度
に依存する。圧延用潤滑剤の移動用としてより長い通路を有するような、より大
きいコイルは、より長いアニーリング時間が必要である。同様に、低いアニーリ
ング温度は、圧延用潤滑剤の除去速度を低下させる。代表的には、30 cm(12 in
)幅のコイルについては、290℃×18〜19時間のアニーリングが許容される。各 コイル寸法に関する最終アニーリングについての正確な条件は、試行錯誤によっ
て決定することができる。以下の実施例からわかるように、最終アニーリング温
度は、中間アニーリング温度および合金中のマンガンレベルと、調和させて、最
適な条件を達成することができる。
間圧延して、厚み0.145 cm(0.057 in)を得た。アルミニウム板を冷間圧延して
、厚み0.011 cm(0.0045 in)を得た。この材料の半分(コイルA)を275℃で中 間アニーリングし、他の半分(コイルB)を245℃で中間アニーリングした。これ
ら2つの小さいコイルを冷間圧延して、厚み0.00145 cm(0.00057 in)を得た。
各コイルから、サンプルを採取し、実験室において、種々の温度でアニーリング
して、以下の結果を得た。
的特性に対する中間アニーリング温度の効果を示す。上記表から明らかなように
、中間アニーリング温度が275℃である場合、降伏強度またはUTSのような機械的
特性は、最終アニーリング温度の増加につれて急激に低下し、8015合金に匹敵す
るような特性が得られるような最終アニーリング温度を選択するのが、非常に困
難である。これに対し、中間アニーリング温度を245℃に低下させると、最終温 度の増加に対応する、機械的強度の低下速度は、著しくゆっくりとなり、8015合
金に匹敵するような特性が得られるような最終アニーリング温度で、実際にアニ
ーリングすることができる。
範囲に入らなかった。
圧延して最終厚み0.0015 cm(0.00059 in)を得た。このコイルを、プラントに よって、温度290℃で最終アニーリングした。アルミニウム箔の特性を以下に示 す。
非常に接近した。より低い最終アニーリング温度では、8015アルミニウム箔の特
性に、より接近したレベルになる。
0.011 cm(0.0045 in)を得、次いでこれを、245℃でアニーリングした。アニー
リングしたコイルを、さらに冷間圧延して、厚み0.0015 cm(0.00060 in)を得 、最後に、温度285℃で最終アニーリングした。アルミニウム箔の特性を以下に 示す。
と、最終アニーリング温度とを正確に組み合わせることによって、8015合金より
も優れた特性を有する高強度アルミニウム箔を製造することができる。本発明に
よれば、このように優れたアルミニウム箔を、過剰の加工硬化やエッジクラッキ
ングなどのような、8015アルミニウム箔の製造に代表される問題を伴うことなく
、製造することができる。当該分野の当業者ならば、本明細書に開示の組成およ
び方法を所望により変形することができる。以上の実施例をはじめ、本明細の記
載は、単なる例示であって、以下の請求の範囲において記載の本発明の技術的範
囲を制限するものではない。
作用を示すアニーリング曲線
Claims (14)
- 【請求項1】 アルミニウム合金をキャストして、インゴットを形成し、イ
ンゴットを冷間圧延して、冷間加工アルミニウム板を形成し、冷間加工アルミニ
ウム板を中間アニーリングし、中間アニーリングしたアルミニウム板を冷間圧延
して、最終厚みのアルミニウム箔を形成し、最終厚みのアルミニウム箔をアニー
リングすることによって、 厚み0.0015 cm(0.0006 in)において、少なくとも89.6 MPa(13 ksi)の降伏
強度、少なくとも103.4 MPa(15 ksi)の極限引張強度、および少なくとも89.6
kPa(13 psi)のミューレン破裂強度を有し、かつ永久折り目を有するアルミニ ウム箔を製造する方法において、 前記アルミニウム合金は、0.05〜0.15重量%のマグネシウム含量を含むように
選択すること、および 冷間加工アルミニウム板の前記中間アニーリングは、温度200〜260℃で行うこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項2】 冷間加工アルミニウム板の前記中間アニーリングは、温度23
0〜250℃で行う請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 最終厚みのアルミニウム箔の前記アニーリングは、温度250 〜325℃で行う請求項1記載の方法。
- 【請求項4】 最終厚みのアルミニウム箔の前記アニーリングは、温度260 〜290℃で行う請求項1記載の方法。
- 【請求項5】 キャストアルミニウム合金は、中間アニーリング後の固溶体
中に、少なくとも約0.05重量%のマンガンを含む請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 キャストアルミニウム合金は、少なくとも約0.1重量%のマ ンガンを含み、中間アニーリングしたアルミニウム板は、少なくとも約0.08重量
%のマンガンを固溶体中に含む請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 中間アニーリングしたアルミニウム板は、少なくとも約0.09
5重量%のマンガンを固溶体中に含む請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 冷間加工アルミニウム板の前記アニーリングは、固溶体中に
少なくとも約0.05重量%のマンガンを含有し、かつ、冷間圧延によって少なくと
も約80%の厚みが減少して最終厚みを形成するのに十分な柔軟性を示すような中
間アニーリングアルミニウム板が得られるような温度で、行う請求項1記載の方 法。 - 【請求項9】 中間アニーリングアルミニウム板を、0.05〜0.005 cm(0.02
〜0.002 in)の厚みから、0.0008〜0.0025 cm(0.0003〜0.001 in)の最終厚み に冷間圧延する請求項8記載の方法。 - 【請求項10】 中間アニーリングアルミニウム板を、約0.0015 cm(0.000
6 in)の最終厚みに冷間圧延する請求項9記載の方法。 - 【請求項11】 最終厚みのアルミニウム箔を、温度約250〜約325℃でアニ
ーリングする請求項8記載の方法。 - 【請求項12】 アルミニウム合金は、少なくとも約0.095重量%のマンガ ンを含む請求項1記載の方法。
- 【請求項13】 アルミニウム合金は、0.095〜0.125重量%のマンガンを含
み、冷間加工アルミニウム板を温度230〜250℃で中間アニーリングして、少なく
とも0.08重量%のマンガンを固溶体中に含有する中間アニーリングアルミニウム
板を調製する請求項1記載の方法。 - 【請求項14】 アルミニウム合金は、0.8重量%未満の鉄含量を有するよ うに選択する請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
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