JP2019173176A - 表面ローピングが低減されたまたは全くない高度に成形可能な自動車用アルミニウムシート及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高いＴ４及び塗装後焼成強度及び減少したローピングを有する熱処理可能な自動車アルミニウムシート製品の連続アニール及び溶体化熱処理ラインの生産性を高める方法を提供する。【解決手段】約０．２０〜１．０重量％のＳｉ、０．１１〜０．４０重量％のＦｅ、０．０〜０．２３重量％のＣｕ、０．０〜０．２２重量％のＭｎ、０．５０〜０．８３重量％のＭｇ、０．０〜０．２５重量％のＣｒ、０．０〜０．００６重量％のＮｉ、０．０〜０．１５重量％のＺｎ、０．０〜０．１７重量％のＴｉ、最大０．１５重量％の不純物、残りはＡｌ、の組成を有するインゴットを均質化して、熱間圧延して中間製品を製造することと、熱間圧延された中間製品を冷間圧延することと、アニールすることと、冷間圧延することと、そのシートを連続的なアニール及び溶体化熱処理プロセスにかけることと、を含む、方法。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１５年１月１２日に出願された米国仮出願第６２／１０２，１２４号の利益を主張し、その全体が参照により本願明細書に組み込まれる。
本発明は、材料科学、材料化学、冶金、アルミニウム合金、アルミニウム加工、輸送産業、乗り物産業、自動車産業、自動車製造及び関連分野の分野に関する。本発明は、ローピングが低減されたまたは全くない、高度に成形可能な自動車アルミニウムシート製品に関する。本発明はまた、アルミニウムシート製品の製造方法にも関する。特に、これらの製品は自動車産業に応用されている。
自動車産業は、自動車の軽量化のために、鉄鋼パネル用アルミニウム合金パネルをますます代用してきている。軽量パネルは自動車の軽量化を助け、燃料消費を削減する。しかし、アルミニウム合金パネルの導入は、独自のニーズを作り出している。自動車用途に有用であるためには、アルミニウム合金シート製品は、受け取ったままのＴ４硬度状態で良好な成形特性を有していなければならず、ひび割れ、破れまたはしわを生じることなく所望のように曲げられまたは成形され得なければならない。同時に、塗装及び焼成後の合金パネルは、凹みに耐え、他の衝撃に耐えるのに十分な強度を持たなければならない。
上記の要件に加えて、別の要件は、自動車部品用のアルミニウム合金が、打ち抜きまたは成形されたアルミニウムシート部品の表面に現れる、リジング、ローピングまたはペイントブラシ線と呼ばれる好ましくない及び／または有害な表面欠陥を有しないことである。リジングまたはローピング線は、典型的な打ち抜きまたは成形操作で生じるような十分な横方向ひずみの適用時にだけ、圧延方向に現れる。
このローピング欠陥は、塗装後に自動車部品に視認されるほど十分に重大である。結果として、これらのアルミニウム合金の仕上げ表面外観は好ましくなく、外装自動車用途には適していない。このローピング欠陥は、成形中の歪み集中部位としても働き得、その結果成形性を制限する。
さらに、自動車の外装パネルに適した６ｘｘｘ系のシート材料を製造するための公知の方法は、かなり複雑で、高価で、かつ以下のステップを概して含む緩慢な手順を含む：インゴットを形成するための溶融合金の半連続的な直接冷却（ＤＣ）鋳造、インゴットのスカルピング、１時間〜４８時間の間インゴットを均質化すること、熱間圧延、自己アニーリング、及び所望のゲージへの冷間圧延。次いで、圧延された材料は、連続熱処理ラインで溶体化熱処理され、急冷され、次いで熟成され得る。
典型的には、自動車の外装パネルの自己アニールプロセスは、ローピング要求を満たすために必要とされる高い出口温度を含む。高い出口温度は、Ｍｇ２Ｓｉ及び銅含有粒子のような大きな可溶性の粗い粒子を促進する。供給されたままの塗装焼成硬度における強度の所望の組み合わせを達成するために、連続アニール溶体化熱処理（ＣＡＳＨ）ラインは、大きな溶解性粒子を溶解させるために、高い溶解温度及び長い浸漬時間を使用しなければならない。これらの可溶性粒子は、Ｔ４及び塗装焼成硬度の両方における引張特性に影響を及ぼし、また特性を形成することが知られている。大きな可溶性粒子は、最終的には許容できないレベルまでＣＡＳＨラインの生産性を低下させる可能性がある。さらに、自己アニーリングプロセスは、合金化学にて有意な差であるにもかかわらず、Ｔ４及び塗装焼成強度の両方に関して合金を区別する能力を低下させる。
内部及び構造的な自動車製品は、一般的に比較的低温で巻かれたリロールから製造される。これらの製品は引張特性を満足するが、より低いＣＡＳＨピーク金属温度及び浸漬時間を用いた外装製品のローピング要求は満たしていない。したがって、内部／構造パネル用の金属シートは、外部パネル用の金属シートよりもＣＡＳＨライン上で２５〜５０％速く動く傾向がある。この全体的な手順では、自動車用途の外装パネルの処理にはかなりの時間がかかり、高価な資産の生産性が低下する。
したがって、減少したローピング欠陥を有する改善されたアルミニウム合金が必要であり、このような合金からシート材料を製造するためのより効率的な方法が必要とされている。
本発明の対象となる実施形態は、この概要ではなく、特許請求の範囲によって規定される。この概要は、本発明の様々な態様の大まかな概要であり、以下の詳細な説明の節でさらに説明される概念のいくつかを紹介する。この概要は、主張された主題の重要なまたは本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、主張される主題の範囲を決定するために単独で使用されることも意図していない。主題は、明細書全体の適切な部分、任意のまたは全ての図面及び各請求項を参照することによって理解されるべきである。
本発明は、ＣＡＳＨラインの生産性を向上させる新しいプロセスを用いて上記の問題を解決し、高いＴ４及び塗装後の焼成強度及びローピングが殆どまたは全くない熱処理可能な自動車アルミニウムシート製品を提供する。非限定的な例として、本発明の方法は、自動車産業において特定の用途を有する。例えば、トラックキャブに使用される外装パネルは、良好な塗料の焼成強度とローピングのない表面外観の両方を必要とする。しかし、本発明の熱処理可能な合金及び方法は、２、３例を挙げると、海洋、航空宇宙、及び輸送産業に適用可能であり得ることが知られている。
本発明の合金は、押し出し、板、シート、及び鍛造品の形態の製品を製造するために使用することができる。
熱間圧延条件（ａ）ならびに３７５℃（ｂ）、４００℃（ｃ）及び４２５℃（ｄ）でそれぞれ１時間のバッチアニール後の再結晶粒構造体における未再結晶粒構造体を表す。 標準的な製造方法を用いた自己アニール後のより大きなＭｇ２Ｓｉ粒子サイズを表す図である。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡写真は、自己アニールしたコイル中の比較的粗いＭｇ２Ｓｉ析出物（矢印で示す黒色粒子）を示す。 ４００℃で１時間のバッチアニール後のより小さなＭｇ２Ｓｉ粒子サイズを表す図である。ＳＥＭ顕微鏡写真は、バッチアニールされたコイル内の微細なＭｇ２Ｓｉ粒子（矢印によって示される暗い粒子）を示す。 自己アニール（ＳＡ）及びバッチアニール（ＢＡ）後の例示的な合金のＴ４引張耐力強度（ＭＰａでのＴＹＳ）及び最終耐力強度（ＵＴＳでのＭＰａ）の比較である。挿入図では、テストの方向は次のように示される：Ｌ＝縦方向、Ｔ＝横方向、Ｄ＝対角方向。標準ＳＡは、温度及び圧延条件が、再結晶シートが製造されるようなものである、自己アニールリロール、つまりホットミルからの製品である。リロールＢＡは、バッチアニール処理ステップが、リロール厚さで生じる製品である。中間ＢＡは、バッチアニール処理ステップが、少なくとも１つのコールドミルの通過後であるが最終コールドミルの通過の前に生じる製品である。図４は、同じ数字であり、図５及び図６と同じオーダーである。各セットの第１のヒストグラムバーはＴＹＳ−Ｌを表し、各セットの第２のヒストグラムバーはＴＹＳ−Ｔを表し、各セットの第３のヒストグラムバーはＴＹＳ−Ｄを表し、各セットの第４のヒストグラムバーはＵＴＳ−Ｌを表し、各セットの第５のヒストグラムバーはＵＴＳ−Ｔを表し、各セットの第６のヒストグラムバーはＵＴＳ−Ｄを表す。 自己アニール及びバッチアニール後にクレームされた合金の１８０℃／２０分間塗装焼成の横方向で試験した引張耐力強度の結果（ＭＰａ）を示す。各セットの最初のヒストグラムバーは、塗装焼成後の耐力強度を表す。各セットの中央のヒストグラムバーは、Ｔ４耐力強度を表す。各セットの右のヒストグラムバーは、塗装焼成耐力強度とＴ４耐力強度との間の差を表す。 自己アニール及びバッチアニール後のクレームされた合金の１８０℃／６０分塗装焼成の横方向（Ｔ）、縦方向（Ｌ）、及び対角方向（Ｄ４５°）において試験した引張耐力強度（Ｍｐａ）を表す図である。各セットの最初のヒストグラムバーは、縦方向の結果を表す。各セットの中央のヒストグラムバーは、横方向の結果を表す。各セットの右のヒストグラムバーは、対角方向の結果を表す。 試作コイルの長さに沿ったＴ４耐力強度（ＭＰａ）を示す。 標準的な製造自己アニールコイル（ＳＡ再ロール）とともに、ローピングサンプルの写真と試行コイルの評価を示す。 横方向に試験した合金１〜５から調製したＴ４シートの耐力強度の結果を示す。 横方向に試験した合金１〜５から調製したＴ４シートの曲げ内部角の結果を示す。 空気クエンチングを用いて横方向に試験した合金１〜５から調製したＴ６シートの耐力強度の結果を示す。 水クエンチングを用いて横方向に試験した合金１〜５から調製したＴ６シートの耐力強度の結果を示す。 空気クエンチングを用いて横方向に試験した合金１〜５から調製したＴ６シートの曲げ内部角の結果を示す。 水クエンチングを用いて横方向に試験した合金１〜５から調製したＴ６シートの曲げ内部角の結果を示す。 本明細書に記載のシートから製造されたボルト付きチューブの垂直衝突試験結果を示す。 本明細書に記載のシートから製造されたボルト付きチューブの水平衝突試験結果を示す。 圧延方向及び圧延方向に対して４５°におけるコイル０１２７６１９の内径及び外径のローピングサンプルを示す。 圧延方向におけるコイル０１２７６２２の内径及び外径のローピングサンプルを示す。 圧延方向におけるコイル０１２７６０２の内径及び外径のローピングサンプルと圧延方向におけるコイル０１２７６８１の外径のローピングサンプルとを示す。 空気クエンチング及び水クエンチングによって調製されたサンプルならびにコイルの内径及び外径のコイル０１２７６２２の自然エイジング時間に対してプロットされた横方向耐力強度を示す。 表１：アニーリング後の例示的合金の塗装焼成（１８０℃／２０分及び１８０℃／６０分）後のＴ４シートの機械的特性を列挙する。 表２：自己アニール及びバッチアニール後の例示合金のＴ４シートのローピング評価を列挙する。 表３：５５０℃／１５秒のＣＡＳＨ、その後６０日間の自然エイジングのＴ４におけるバッチアニール材料と比較した自己アニールしたコイルのフラットヘム試験評価を列挙する。 表４：１０及び１５％の事前歪みを有するＴ４中のバッチアニールした材料のフラットヘム試験評価を列挙する。 表５：試作コイルからのＴ４シートの機械特性を列挙する。 表６：試作コイルの塗装焼成条件後の機械特性を列挙する。 表７：４または５日間の自然エイジング後の試作コイルの長さに沿ったシートの機械特性を列挙する。 表８：０％事前歪み、５％事前歪み、１０％事前歪み及び１５％事前歪み後のコイル０１２７６１９の曲げ評価を列挙する。 表９：５％事前歪み、１０％事前歪み、及び１５％事前歪み後のコイル０１２７６２２の曲げ評価を列挙する。 表１０：５％事前歪み、１０％事前歪み、及び１５％事前歪み後のコイル０１２７６０２の曲げ評価を列挙する。 表１１：５％事前歪み、１０％事前歪み、及び１５％事前歪み後のコイル０１２７６８１の曲げ評価を列挙する。 表１２：２４〜４５日間の自然エイジング後の試作コイルからのシートの機械特性を列挙する。 表１３：２４〜４５日間の自然エイジング及び塗装焼成後の試作コイルからのシートの機械特性を列挙する。 表１４：０％事前歪み、５％事前歪み、１０％事前歪み及び１５％事前歪み後のコイル０１２７６１９、０１２７６２２、０１２７６８１、及び０１２７６０２の曲げ評価を列挙する。
本発明は、許容できるローピングを示す高いＴ４及び塗装後ベーク強度を有する熱処理可能なアルミニウムシート製品のＣＡＳＨラインの生産性を高める新しい方法に関する。非限定的な例として、本発明の熱処理可能な合金は、６ｘｘｘアルミニウム合金であってもよい。別の非限定的な例として、本発明の方法は、自動車産業において用いられ得る。
定義及び説明
本明細書で使用される用語「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「本発明（ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「この発明（ｔｈｉｓ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、及び「本発明（ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」は、本願及び以下の請求項の主題の全てを広く参照することを意図する。これらの用語を含有する記載は、本明細書に記載の主題を限定するものでも以下の特許請求の範囲の意味を限定するものでもないことが理解されるべきである。
この説明において、参照は、「系」または「６ｘｘｘ］のようなＡＡ番号及び他の関連する指定によって特定される合金になされる。命名ならびにアルミニウム及びその合金を特定することにおいて最もよく使われる番号指定システムの理解のために、ともにアルミニウム協会から公開されている、「Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ａｌｌｏｙ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｓ ｆｏｒ Ｗｒｏｕｇｈｔ Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ Ｗｒｏｕｇｈｔ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙｓ」または「Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ａｌｌｏｙ Ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ Ｌｉｍｉｔｓ ｆｏｒ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｌｌｏｙｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｆｏｒｍ ｏｆ Ｃａｓｔｉｎｇｓ ａｎｄ Ｉｎｇｏｔ」を参照のこと。
本明細書で使用されるように、用語「熱処理可能な合金」は、任意の２ｘｘｘ、６ｘｘｘ、及び７ｘｘｘアルミニウム合金を広く指すことを意図する。
本明細書で使用されるように、「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうではないと示さない限り、単数及び複数の参照を含む。
以下の実施例において、アルミニウム合金は、重量パーセント（重量％）でそれらの要素成分に関して記載される。各合金において、残りはアルミニウムであり、全ての不純物について最大０．１５％の重量％を含む。
合金：
本明細書に記載されるのは、新規６ｘｘｘアルミニウム合金である。一実施例において、０．２０〜１．０重量％のＳｉ、０．１１〜０．４０重量％のＦｅ、０．０〜０．２３重量％のＣｕ、０．０〜０．２２重量％のＭｎ、０．５０〜０．８３重量％のＭｇ、０．０〜０．２５重量％のＣｒ、０．０〜０．００６重量％のＮｉ、０．０〜０．１５重量％のＺｎ、０．０〜０．１７重量％のＴｉ、０．０〜０．０５重量％のＰｂ、０．０〜０．００５重量％のＢｅ、最大０．１５重量％の不純物、残りＡｌを含むアルミニウム合金が提供される。
別の実施例において、０．６０〜０．９５重量％のＳｉ、０．２０〜０．３５重量％のＦｅ、０．０５〜０．２０重量％のＣｕ、０．０５〜０．２０重量％のＭｎ、０．５５〜０．７５重量％のＭｇ、０．０〜０．１５重量％のＣｒ、０．０〜０．００６重量％のＮｉ、０．０〜０．１５重量％のＺｎ、０．０〜０．１５重量％のＴｉ、０．０〜０．０５重量％のＰｂ、０．０〜０．００５重量％のＢｅ、最大０．１５重量％の不純物、残りＡｌを含むアルミニウム合金が提供される。
いくつかの実施例において、本明細書に記載のアルミニウム合金は、シリコン（Ｓｉ）を合金の全重量に基づき、０．２０％〜１．０％（例えば、０．３０％〜１．０％、０．６０％〜０．９５％、または０．６５％〜０．９０％）の量で含む。例えば、合金は、０．２０％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３０％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、０．４０％、０．４１％、０．４２％、０．４３％、０．４４％、０．４５％、０．４６％、０．４７％、０．４８％、０．４９％、０．５０％、０．５１％、０．５２％、０．５３％、０．５４％、０．５５％、０．５６％、０．５７％、０．５８％、０．５９％、０．６０％、０．６１％、０．６２％、０．６３％、０．６４％、０．６５％、０．６６％、０．６７％、０．６８％、０．６９％、０．７０％、０．７１％、０．７２％、０．７３％、０．７４％、０．７５％、０．７６％、０．７７％、０．７８％、０．７９％、０．８０％、０．８１％、０．８２％、０．８３％、０．８４％、０．８５％、０．８６％、０．８７％、０．８８％、０．８９％、０．９０％、０．９１％、０．９２％、０．９３％、０．９４％、０．９５％、０．９６％、０．９７％、０．９８％、０．９９％、または１．０％Ｓｉを含む。全て重量％で表される。
いくつかの実施例において、本明細書に記載のアルミニウム合金は、鉄（Ｆｅ）を合金の全重量に基づき、０．１１％〜０．４０％（例えば、０．２０％〜０．３５％、または０．２５％〜０．３０％）の量で含む。例えば、合金は、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２０％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、０．２５％、０．２６％、０．２７％、０．２８％、０．２９％、０．３０％、０．３１％、０．３２％、０．３３％、０．３４％、０．３５％、０．３６％、０．３７％、０．３８％、０．３９％、または０．４０％Ｆｅを含む。全て重量％で表される。
いくつかの実施例において、本明細書に記載のアルミニウム合金は、銅（Ｃｕ）を合金の全重量に基づき、０％〜０．２３％（例えば、０．０５％〜０．２０％、または０．１％〜０．１５％）の量で含む。例えば、合金は、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２０％、０．２１％、０．２２％、または０．２３％Ｃｕを含む。いくつかの場合、Ｃｕは合金中に存在しない（例えば、０％）。全て重量％で表される。
いくつかの実施例において、本明細書に記載のアルミニウム合金は、マンガン（Ｍｎ）を合金の全重量に基づき、０％〜０．２２％（例えば、０．０５％〜０．２０％、または０．１％〜０．１５％）の量で含む。例えば、合金は、０．０１％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２０％、０．２１％、または０．２２％Ｍｎを含む。いくつかの場合、Ｍｎは合金中に存在しない（例えば、０％）。全て重量％で表される。
いくつかの実施例において、本明細書に記載のアルミニウム合金は、マグネシウム（Ｍｇ）を合金の全重量に基づき、０．５０％〜０．８３％（例えば、０．５５％〜０．７５％、または０．６０％〜０．７０％）の量で含む。例えば、合金は、０．５０％、０．５１％、０．５２％、０．５３％、０．５４％、０．５５％、０．５６％、０．５７％、０．５８％、０．５９％、０．６０％、０．６１％、０．６２％、０．６３％、０．６４％、０．６５％、０．６６％、０．６７％、０．６８％、０．６９％、０．７０％、０．７１％、０．７２％、０．７３％、０．７４％、０．７５％、０．７６％、０．７７％、０．７８％、０．７９％、０．８０％、０．８１％、０．８２％、または０．８３％Ｍｇを含む。全て重量％で表される。
いくつかの実施例において、本明細書に記載のアルミニウム合金は、クロム（Ｃｒ）を合金の全重量に基づき、０％〜０．２５％（例えば、０％〜０．１５％、または０．０５％〜０．２０％）の量で含む。例えば、合金は、０．０１０％、０．０１１％、０．０１２％、０．０１３％、０．０１４％、０．０１５％、０．０１６％、０．０１７％、０．０１８％、０．０１９％、０．０２０％、０．０２１％、０．０２２％、０．０２３％、０．０２４％、０．０２５％、０．０２６％、０．０２７％、０．０２８％、０．０２９％、０．０３０％、０．０３１％、０．０３２％、０．０３３％、０．０３４％、０．０３５％、０．０３６％、０．０３７％、０．０３８％、０．０３９％、０．０４０％、０．０４１％、０．０４２％、０．０４３％、０．０４４％、０．０４５％、０．０４６％、０．０４７％、０．０４８％、０．０４９％、０．０５０％、０．０５１％、０．０５２％、０．０５３％、０．０５４％、０．０５５％、０．０５６％、０．０５７％、０．０５８％、０．０５９％、０．０６０％、０．０６１％、０．０６２％、０．０６３％、０．０６４％、０．０６５％、０．０６６％、０．０６７％、０．０６８％、０．０６９％、０．０７０％、０．０７１％、０．０７２％、０．０７３％、０．０７４％、０．０７５％、０．０７６％、０．０７７％、０．０７８％、０．０７９％、０．０８０％、０．０８１％、０．０８２％、０．０８３％、０．０８４％、０．０８５％、０．０８６％、０．０８７％、０．０８８％、０．０８９％、０．０９０％、０．０９１％、０．０９２％、０．０９３％、０．０９４％、０．０９５％、０．０９６％、０．０９７％、０．０９８％、０．０９９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、０．１７％、０．１８％、０．１９％、０．２０％、０．２１％、０．２２％、０．２３％、０．２４％、または０．２５％Ｃｒを含む。いくつかの場合、Ｃｒは合金中に存在しない（例えば、０％）。全て重量％で表される。
いくつかの実施例において、本明細書に記載のアルミニウム合金は、ニッケル（Ｎｉ）を合金の全重量に基づき、０％〜０．００６％（例えば、０％〜０．００５％、または０．００１％〜０．００４％）の量で含む。例えば、合金は、０．００１％、０．００２％、０．００３％、０．００４％、０．００５％、または０．００６％Ｎｉを含む。いくつかの場合、Ｎｉは合金中に存在しない（例えば、０％）。全て重量％で表される。
いくつかの実施例において、本明細書に記載のアルミニウム合金は、亜鉛（Ｚｎ）を合金の全重量に基づき、０％〜０．１５％（例えば、０．０１％〜０．１５％、または０．０５％〜０．１％）の量で含む。例えば、合金は、０．０１％、０．０１１％、０．０１２％、０．０１３％、０．０１４％、０．０１５％、０．０１６％、０．０１７％、０．０１８％、０．０１９％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、または０．１５％Ｚｎを含む。いくつかの場合、Ｚｎは合金中に存在しない（例えば、０％）。全て重量％で表される。
いくつかの実施例において、本明細書に記載のアルミニウム合金は、チタン（Ｔｉ）を合金の全重量に基づき、０％〜０．１７％（例えば、０．０１％〜０．１５％、または０．０５％〜０．１％）の量で含む。例えば、合金は、０．０１％、０．０１１％、０．０１２％、０．０１３％、０．０１４％、０．０１５％、０．０１６％、０．０１７％、０．０１８％、０．０１９％、０．０２％、０．０３％、０．０４％、０．０５％、０．０６％、０．０７％、０．０８％、０．０９％、０．１０％、０．１１％、０．１２％、０．１３％、０．１４％、０．１５％、０．１６％、または０．１７％Ｔｉを含む。いくつかの場合、Ｔｉは合金中に存在しない（例えば、０％）。全て重量％で表される。
いくつかの実施例において、本明細書に記載のアルミニウム合金は、鉛（Ｐｂ）を合金の全重量に基づき、０％〜０．０５％（例えば、０％〜０．０４％、または０．００１％〜０．０１％）の量で含む。例えば、合金は、０．００１％、０．００２％、０．００３％、０．００４％、０．００５％、０．００６％、０．００７％、０．００８％、０．００９％、０．０１０％、０．０１１％、０．０１２％、０．０１３％、０．０１４％、０．０１５％、０．０１６％、０．０１７％、０．０１８％、０．０１９％、０．０２０％、０．０２１％、０．０２２％、０．０２３％、０．０２４％、０．０２５％、０．０２６％、０．０２７％、０．０２８％、０．０２９％、０．０３０％、０．０３１％、０．０３２％、０．０３３％、０．０３４％、０．０３５％、０．０３６％、０．０３７％、０．０３８％、０．０３９％、０．０４０％、０．０４１％、０．０４２％、０．０４３％、０．０４４％、０．０４５％、０．０４６％、０．０４７％、０．０４８％、０．０４９％、または０．０５０％Ｐｂを含む。いくつかの場合、Ｐｂは合金中に存在しない（例えば、０％）。全て重量％で表される。
いくつかの実施例において、本明細書に記載のアルミニウム合金は、ベリリウム（Ｂｅ）を合金の全重量に基づき、０％〜０．００５％（例えば、０％〜０．００４％、または０％〜０．００１％）の量で含む。例えば、合金は、０．０００１％、０．０００２％、０．０００３％、０．０００４％、０．０００５％、０．０００６％、０．０００７％、０．０００８％、０．０００９％、０．００１％、０．００２％、０．００３％、０．００４％、または０．００５％Ｂｅを含む。いくつかの場合、Ｂｅは合金中に存在しない（例えば、０％）。全て重量％で表される。
６ｘｘｘアルミニウム合金は、様々な目的のために、本明細書では不純物と呼ばれることがある種々の第３元素を含むことができ、機械的、物理的または腐食的特性（例えば、強度、靭性、耐疲労性及び／または耐食性）を向上させる、高温での特性を高める、鋳造を容易にする、鋳造または鍛造穀粒構造を制御する、及び／または機械加工性を向上させる。存在する場合、これらの第３元素は、Ａｇ、Ｌｉ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｈｆ、Ｍｏ、Ｃｏ及び希土類元素の１つ以上を含み得る。存在する場合、第３元素は通常合金中に０．０５重量％以下の量で含まれる。全ての第３元素の合計は、０．１５重量％を超えない。各合金の残りのパーセンテージは、アルミニウムである。
以下は、本明細書に記載のアルミニウム合金の例示的な範囲である。以下の６ｘｘｘアルミニウム合金の実施例では、各実施例の表記されていない残りはＡｌであることが理解されるべきである。
１つの実施例において、本明細書に記載の６ｘｘｘアルミニウム合金は、以下を含む。
Figure 2019173176
別の実施例において、本明細書に記載の６ｘｘｘアルミニウム合金は、以下を含む。
Figure 2019173176
さらに別の実施例において、本明細書に記載の６ｘｘｘアルミニウム合金は、以下を含む。
Figure 2019173176
Figure 2019173176
さらに別の実施例において、本明細書に記載の６ｘｘｘアルミニウム合金は、以下を含む。
Figure 2019173176
別の実施例において、本明細書に記載の６ｘｘｘアルミニウム合金は、以下を含む。
Figure 2019173176
さらに別の実施例において、本明細書に記載の６ｘｘｘアルミニウム合金は、以下を含む。
Figure 2019173176
さらに別の実施例において、本明細書に記載の６ｘｘｘアルミニウム合金は、以下を含む。
Figure 2019173176
特性：
記載された６ｘｘｘアルミニウム合金は、意外にも多くの独特で好ましい特性を有することが見出されている。アルミニウムの特性、例えば、限定されないが、強度、伸び、曲げ性及び外観は、アルミニウムシートが製造される方法によって調整され得ることが当業者には知られている。これらの特性のいくつかを有するアルミニウムシートを製造することは、１つの特性を増加させることによって別の特性が低下する可能性があるため、予測が困難であることも知られている。しかし、開示された合金は、アルミニウムシートの他の特性に有害な影響を与えることなく、好ましい特性の組み合わせを示す。例えば、開示された合金は、予想外に、高強度及び適切な曲げ性の両方を示す。以下は、記述された非限定的な合金の強化された特性である。
高Ｔ４強度：
開示されたアルミニウム合金は、バッチアニール後、少なくとも１００ＭＰａ（例えば、少なくとも１０５ＭＰａ、少なくとも１１０ＭＰａ、少なくとも１１５ＭＰａ、少なくとも１２０ＭＰａ、少なくとも１２５ＭＰａ、少なくとも１３０ＭＰａ、少なくとも１３５ＭＰａ、少なくとも１４０ＭＰａ、または少なくとも１４５ＭＰａ）のＴ４耐力強度、及び少なくとも２００ＭＰａ（例えば、少なくとも２０５ＭＰａ、少なくとも２１０ＭＰａ、少なくとも２１５ＭＰａ、少なくとも２２０ＭＰａ、少なくとも２２５ＭＰａ、少なくとも２３０ＭＰａ、少なくとも２３５ＭＰａ、少なくとも２４０ＭＰａ、少なくとも２４５ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、または少なくとも２５５ＭＰａ）のＴ４引張強度を有し得る。これは、図４に示すように、同様の溶体化条件の下で、本発明の自己アニール合金に対して約２５ＭＰａ超の耐力強度及び約３５ＭＰａ超の引張強度に等しい。さらに、バッチアニールシートは、様々な溶体化条件において同様の耐力強度を示し、Ｍｇ２Ｓｉ粒子が、自己アニール製品とは異なり、より低いピーク金属温度で溶解するほど十分に微細であることを示唆している。本質的に、本発明の方法は、自己アニールされた製品よりも優れた合金化学効果を区別するのに適している。
高塗装後焼成強度：
開示されたアルミニウム合金は、１８０℃で２０分間の塗装焼成条件のバッチ焼鈍後、少なくとも１６０ＭＰａの高塗装後焼成強度（例えば、少なくとも１６５ＭＰａ、少なくとも１７０ＭＰａ、少なくとも１７５ＭＰａ、少なくとも１８０ＭＰａ、少なくとも１８５ＭＰａ、少なくとも１９０ＭＰａ、または少なくとも２００ＭＰａ）を有し得る。これは、図５に示すように、自己アニール合金よりも約４５ＭＰａ〜５５ＭＰａ高い耐力強度に相当する。塗装焼成後とＴ４条件との間の５０ＭＰａの耐力強度の差は、図５に示す本発明の合金及び方法によって非常に容易に満たされる。同様に、１８０℃の６０分間の塗装焼成条件の塗装焼成後強度を図６に示す。標準の自己アニール材料と比較して、本発明の合金及び方法における塗装焼成に対する反応が著しく高いことが分かる。新しい合金及び方法の組み合わせにより、顧客が要求する最低限の強度を超える材料が可能になる。表１は、標準的及び本発明の合金及び方法の両方に対する溶体化熱処理（Ｔ４）及び塗装アニール後の両方の機械的特性を列挙する。
曲げ性：
開示されたアルミニウム合金は高い曲げ性を示す。曲げ性は、曲げ角度によって評価され得る。本明細書に記載のアルミニウム合金は、Ｔ４硬度において約１０°未満の曲げ角度を有し得る。例えば、本明細書に記載のアルミニウム合金は、Ｔ４硬度において、約９°未満、約８°未満、約７°未満、約６°未満、約５°未満、約４°未満、約３°未満、約２°未満、または約１°未満の曲げ角度を有し得る。
低減したローピング：
５５０℃で１５秒及び４５秒の溶体化熱処理の後、開示されたアルミニウム合金は、自己アニール合金と比較して著しく良好なローピングを示した。ローピングは、最初にシートを１０％伸張し、鋭利な石で表面を荒らして目的の特徴を強調することによって測定した。次いで、シートサンプルを標準品と比較した。図８及び表２に示すのは、用いられたローピング試験及びローピング評価スケールの結果である。
改善されたフラットヘミング性能：
５５０℃で１５秒の溶体化熱処理の後、開示されたアルミニウム合金は、表３に示すように、自己アニール合金と類似またはそれ以上のフラットヘミング反応を示した。ヘム試験は、シートを３方向全てで７％及び１５％事前に歪ませた後に行った。つぶしたサンプルを標準と比較し、ヘム外観に基づいて評価を割り当てた。
より速いＣＡＳＨ速度：
本明細書で論じるように、最後の熱間圧延後、バッチアニール工程後の出口温度が低いと、自己アニール材料（図２及び図３参照）と比較して著しく小さなＭｇ２Ｓｉ粒子が生成され、これによりＣＡＳＨ速度が速くなる。本明細書に記載された方法は、ＣＡＳＨの容量、速度、及び効率を、少数挙げると、少なくとも１０％、少なくとも１５％、少なくとも２０％、または少なくとも２５％増加させる。
方法：
また、少なくとも３００℃以下の熱間圧延出口温度及びアニール（例えば、バッチアニール）、リロール及び中間ゲージの両方の組み合わせを含む６ｘｘｘ系アルミニウム合金製品を製造するための新規方法も開示される。さらに、本明細書に記載された方法は、著しく高いＴ４及び塗装後焼成強度、より良好なローピング制御、より速いＣＡＳＨライン速度、及び改善されたヘム性を有する６ｘｘｘアルミニウム合金製品を提供する。
一実施例では、本明細書に記載される方法は、均質化、熱間圧延、冷間圧延、アニール（例えば、バッチアニール）、冷間圧延及びＣＡＳＨを含む。別の実施例では、本明細書に記載の方法は、均質化、熱間圧延（ａ−出口温度コイリング後、アニール炉内に直ちに配置、ｂ−出口温度コイリング後、室温まで冷却してからアニール炉に入れる）、アニール（例えば、バッチアニール）、冷間圧延及びＣＡＳＨを含む。
均質化：
インゴット均質化は、限定されないが、インゴットを５００〜６００℃（例えば、５００℃、５１０℃、５２０℃、５３０℃、５４０℃、５５０℃、５６０℃、５７０℃、５８０℃、５９０℃または６００℃）で１０時間まで加熱することを含み得る。例えば、インゴットは、１０時間以下、９時間以下、８時間以下、７時間以下、６時間以下、５時間以下、４時間以下、３時間以下、２時間以下、または１時間以下加熱され得る。一実施形態では、インゴットを５６０℃で６時間超加熱し、次いで５４０℃で１時間超加熱する。インゴットは、直接冷却鋳造（ＤＣ）などの様々な鋳造方法によって調製され得る。
熱間圧延：
熱間圧延の間に、熱間圧延機から出る際のアルミニウム合金熱間圧延中間体の温度が３００℃以下、２９０℃以下、２８０℃以下、または２７０℃以下となるように、温度及び他の運転パラメータが制御されてもよい。一実施例では、出口温度は、およそ２６０℃である。一実施例では、出口温度は約２５０℃である。別の実施例では、出口温度は約２４０℃である。さらに別の実施例では、出口温度は約２３０℃である。さらに別の実施例では、出口温度は約２２０℃である。
インゴットは、約２００℃〜５００℃の間で熱間圧延され得る。例えば、インゴットは、約２２５℃〜４７５℃、約２５０℃〜４５０℃、約２７５℃〜４２５℃、または約３００℃〜４００℃の範囲の温度で熱間圧延され得る。熱間圧延されたシートは、１０ｍｍ以下（例えば、３〜１０ｍｍ）のゲージを有することができる。例えば、熱間圧延されたシートは、１０ｍｍ以下、９ｍｍ以下、８ｍｍ以下、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、４ｍｍ以下または３ｍｍ以下のゲージを有し得る。
本明細書に記載されているように、熱間圧延ステップの出口温度を制御することにより、所望の微細構造が得られ、すなわち、粗大な粗いＭｇ２Ｓｉ粒子の析出が抑制され、それは、さらに処理すると、高Ｔ４及び塗装後焼成強度、より良好なローピング、ならびにより速いＣＡＳＨ速度を有する製品を提供する。
熱間圧延されたアルミニウム合金中間生成物の出口温度の制御は、任意の従来の方法で、例えば、熱間圧延機の運転条件、例えば、冷却潤滑剤の程度、圧延速度、または典型的な熱間圧延機における様々なステップ間の時間遅れの制御により、行われ得る。熱間圧延された中間生成物の温度は、接触熱電対または光高温計などの公知の技術を用いて監視することができる。監視された熱間ミル出口温度は、上述した冷却潤滑剤やミル速度等を用いた熱間圧延の際に、スラブを冷却することまたは温度を制御することと関連してフィードバック制御方式で使用され得る。すなわち、ミル出口温度は、出口温度を指定された範囲内に維持するために、圧延操作における調整を指示することができる。
バッチアニール：
バッチアニール、ホットバンドゲージまたはいくつかの冷間圧延プロセスにおける中間ゲージのいずれかは、殆どまたは全くローピングのない製品に適したテクスチャを生成することができる。バッチアニールステップにおけるコイルの加熱の間、微細構造は、Ｍｇ２Ｓｉのような比較的微細な可溶性粒子の高密度を占めるようになる。これらの微細な析出物は、従来のアニールされた製品と比べて、比較的低い温度及び溶体化熱処理ライン上の浸漬時間熱処理要件を有する最終製品にける優れたローピング及びヘム特性を合わせ持つ提供された硬度（Ｔ４）及び塗装焼成硬度における引張特性の所望の組み合わせを生じる。
バッチアニールの間、コイルされたアルミニウムシートは、約４０℃／時間〜６０℃／時間（例えば、４０℃／時間、４５℃／時間、５０℃／時間、５５℃／時間、または６０℃／時間）の速度で、約３５０℃〜４５０℃の間（例えば、３５０℃、３６０℃、３７０℃、３８０℃、３９０℃、４００℃、４１０℃、４２０℃、４３０℃、４４０℃、または４５０℃）の温度に加熱され得る。
場合によっては、アルミニウムシートを約５０℃／時間の速度で約４００℃の温度に加熱され得る。保持時間は、１時間まで、２時間まで、３時間まで、４時間まで、または５時間までであり得る。一実施例では、保持時間は２時間である。一実施例では、その後、アルミニウムシートを少なくとも５℃／時間からの速度で室温に冷却することができる。別の実施例では、アルミニウムシートを少なくとも７℃／時間の速度で室温に冷却することができる。一実施例では、アルミニウムシートを少なくとも９℃／時間の速度で室温に冷却することができる。別の実施例では、アルミニウムシートを少なくとも１０℃／時間の速度で室温に冷却することができる。
アニールプロセスは、バッチアニールに限定されるべきではないことを理解されたい。アニールプロセスは、連続アニールを含み得る。例えば、連続アニール溶体化加熱（ＣＡＳＨ）ラインにシートを通すことによりシートを連続的にアニールすることができる。
冷間圧延：
アルミニウムシートは、従来の冷間圧延機及び技術を使用して冷間圧延することができる。冷間圧延されたシートは、０．５〜４．５ｍｍ、０．７〜４．０ｍｍ、または０．９〜３．５ｍｍの間のゲージを有することができる。一実施例では、冷間圧延シートは約１．０ｍｍのゲージを有する。別の実施例では、冷間圧延されたシートは約０．８ｍｍのゲージを有する。さらに別の実施例では、冷間圧延シートは約１．２ｍｍのゲージを有する。冷間加工の減少量は、最大６５％、最大７０％、最大７５％、最大８０％または最大８５％であり得る。
連続アニール溶体化加熱（ＣＡＳＨ）処理：
溶体化熱処理は、可溶性粒子の溶体化をもたらす合金の任意の従来の処理であってもよい。アルミニウムシートは、約５００℃〜５８０℃の範囲のピーク金属温度（例えば、５００℃、５１０℃、５２０℃、５３０℃、５４０℃、５５０℃、５６０℃、５７０℃または５８０℃）に加熱され得、所定の温度超の期間、浸漬（すなわち、示された温度に保持）され得る。いくつかの実施例では、シートは約１０分まで（例えば、１秒〜１０分まで、全て含む）浸漬することができる。例えば、シートを、約５秒以下、１０秒以下、１５秒以下、３０秒以下、４５秒以下、１分以下、２分以下、３分以下、４分以内、５分以内、６分以内、７分以内、８分以内、９分以内、または１０分以内で浸漬し得る。溶体化熱処理のための例示的な条件は、５４０℃を超える温度で３０秒または６０秒の浸漬時間を含む。一実施例では、ストリップを５４０℃超で１５または４５秒間保持して、アルミニウム合金を５５０℃に加熱する。加熱及び浸漬の後、ストリップを１０℃／秒超（例えば、１５℃／秒以上、２０℃／秒以上または２５℃／秒以上）の速度で、５００〜２００℃の間の温度まで急速に冷却する。一実施例では、アルミニウム合金は、ストリップが４５０〜２５０℃の間で冷却される２０℃／秒超のクエンチ速度を有する。他の実施例では、冷却速度がより速くなり得る。
冷却後、アルミニウムストリップはコイルされる前に再加熱ステップにかけられてもよい。再加熱ステップは、シートを輻射加熱、対流加熱、誘導加熱、または赤外線加熱等からなる加熱装置に通すことにより行うことができる。ストリップの巻取りを可能にするためにシートを再加熱するステップは、約５５℃〜１１０℃（例えば、５５℃、６０℃、６５℃、７０℃、７５℃、８０℃、８５℃、９０℃、９５℃、１００℃、１０５℃、または１１０℃）の範囲の温度で行われ得る。
本明細書に記載の合金及び方法は、いくつか例を挙げると、自動車、船舶、航空宇宙、及び／または輸送用途で使用され得る。場合によっては、本合金及び方法を使用して、外装パネルを含む自動車本体部品製品を製造することができる。
以下の実施例は、本発明をさらに例示するものであるが、同時に、その限定を構成するものではない。それどころか、本発明の精神から逸脱することなく、本明細書の記載を読んだ後に、当業者に示唆される様々な実施形態、修正、及び均等物が、リゾートに与えられ得ることが明確に理解されるべきである。以下の実施例に記載の研究の間、他に記載がない限り、従来の手順に従った。いくつかの手順は、説明のために以下に記載されている。
実施例１
アルミニウムシートの調製
９８．０３〜９８．０６重量％のＡｌ、０．７８〜０．８３重量％のＳｉ、０．２２〜０．２４重量％のＦｅ、０．１０〜０．１１重量％のＣｕ、０．０８〜０．０９重量％のＭｎ、０．６４〜０．６５重量％のＭｇ、０．０１５〜０．０１９重量％のＣｒ、０．００６重量％のＮｉ０．０１１〜０．０１６重量％のＺｎ、及び０．０１６重量％のＴｉを含む５つのサンプルが、ＤＣ鋳造された。インゴットを５６０℃で６時間超均質化し、５４０℃に冷却し、その温度で１時間超保持した。次いでインゴットを均質化ピットから熱いまま引き上げ、熱間圧延のためのテーブル上に置いた。熱間圧延ステップは、インゴットを反転ミルに通し、続いてタンデムミル中で熱間圧延し、厚さをさらに減少させた。熱間圧延された材料の最終出口温度を目標にして、２００〜３００℃の範囲の巻取り温度を得た。コイルを３７５℃〜４２５℃の所望の温度に加熱し、続いて最低６０分間浸漬することを含むバッチアニールステップを行った。アニールは、約８時間の全バッチアニール熱処理サイクル時間で窒素雰囲気中において実施した。コイルを炉から引き離し、冷間圧延する前に室温まで冷却した。冷間圧延は、コイルの完全アニール後に行った。全てのコイルは、ホットバンドゲージから最終ゲージまで中間アニールなしで冷間圧延された。
ＣＡＳＨは、約５５０℃、約５６２℃、及び約５７５℃のピーク金属温度で、１５秒、３０秒または４５秒の浸漬時間で実施した。約４５０℃〜約２５０℃の間のクエンチ速度で、約１８℃／秒〜約５０℃／秒の速度で、全ての製品に標準的な強制空気冷却を使用した。巻き戻し金属の温度は、約９５℃であった。
実施例２
極限引張強度及び耐力強度の決定
コイルを実施例１で上述したように調製し、約５５０℃のピーク金属温度まで１５及び４５秒間溶体化熱処理した。均一及び全伸長ならびに引張耐力強度は、ＡＳＴＭ Ｂ５５７及びＡＳＴＭ Ｅ８−１１に従って当業者に知られている方法を用いて測定した。
Ｔ４硬度シートにおける５コイルプラントトライアル試験の機械的特性結果を表４に示す。図４は、自己アニール（ＳＡ）及びバッチアニール（ＢＡ）後のクレームされた合金のＴ４引張耐力強度（ＭＰａでのＴＹＳ）及び最終耐力強度（ＵＴＳでのＭＰａ）の比較である。図７に示すように、本発明の合金及び方法では、標準的な自己アニールされた製造コイルからの平均耐力強度と比較してより高いＴ４耐力強度が得られた。
実施例３
Ｔ４均一及び全伸長の測定
上記のコイルからのシートの均一及び全伸長ならびに引張耐力強度が、ＡＳＴＭ Ｂ５５７及びＡＳＴＭ Ｅ８−１１に従って当業者に知られている方法を用いて測定された。表５及び表６は、プラントトライアル試験の均一及び全伸長の結果を示す。
実施例４
塗装焼成引張耐力強度の測定
上記のコイルからのシートの塗装焼成硬度耐力強度が、ＡＳＴＭ Ｂ５５７及びＡＳＴＭ Ｅ８−１１に従って当業者に知られている方法を用いて測定された。図５は、２％の事前歪みとそれに続く１８０℃／２０分の暴露による試験から得られた塗装後焼成耐力強度を示す。塗装焼成後強度は、顧客の典型的な耐力強度と比較して、本発明の合金及び方法において著しく高い。
実施例５
Ｍｇ２Ｓｉサイズ分布
Ｍｇ２Ｓｉサイズ分布がＳＥＭを用いて観察された。バッチアニールコイルから採取されたサンプルは、自己アニールコイルから採取されたサンプルよりも小さな粒子サイズを示した（図２及び図３）。
実施例６
ローピングの決定
ローピングは、６ｘｘｘ合金に見られる、帯状の表面トポロジーをもたらす、配向した粒子の大きなセットの集合的な変形である。これらの粒子セットは、塑性変形中に活性化され、圧延方向と平行に配向される。これらの帯は一般に裸のサンプルでは知覚できないが、これらの粒子セットは異なる高さ位置（ピーク及び谷）を有するため、例えばラッカー塗装または表面ストーン処理の後で視覚的に視認され得る。ローピング基準は、表２に示すように視覚的に評価した。
図８は、標準製造自己アニーリングコイルを有する試作コイルのローピングサンプルを示す。サンプルは、圧延方向を横切る方向に１０％事前に歪まされた後、ローピング状態を強調するためにストーニングされた。全体として、開示された合金及び方法は許容される表面ローピング評価を提供する。
実施例７
フラットヘム性能
表３は、Ｔ４硬度におけるバッチアニールコイルと比較した自己アニールコイルのフラットヘム試験結果を示す。材料を５５０℃で１５秒間ＣＡＳＨラインに通し、次いで６０日間自然エイジングさせた。
表４は、１０及び１５％の事前歪みを有するＴ４硬度中のバッチアニールした試験コイルのフラットヘム性能評価を列挙する。総合評価は１と２であり、許容できるとみなされる（表３参照）。１５％の事前歪みでＬ方向に試験した１つのコイルサンプルは、３の評点を示した。この高いヘム評価は、そのコイルについて観察された高い耐力強度に起因するものであった。
実施例８
Ｃｒ及びＭｎの合金引張特性及び破砕性に及ぼす影響
以下の表に示す組成を有するアルミニウム合金を、実施例１に記載の方法に従って調製した。合金１及び合金２は参照合金である。合金３は、参照合金よりも多くのＭｎを含み、銅を含まない合金である。合金４は、参照合金よりも多くのＣｒを含む合金である。合金５は、参照合金よりも多くのＭｎ及びＣｒを含む合金である。合金１、２、３、４及び５のそれぞれにおいて、組成物の残りはアルミニウムである。
Figure 2019173176
合金１〜５を、５３０℃で８時間加熱することによって均質化した。合金は、反転ミルを介して熱間圧延され、次いで冷間圧延された。合金１〜５から製造された各シートの最終ゲージ厚さは約１ｍｍであった。シートを５５０℃で２０秒間（「２０秒」と表示）または６０秒間（「６０秒」と表示）に溶かし、水（「ＷＱ」と表示）または空気（「ＡＱ」と表示）を用いてクエンチした。Ｔ６硬度は、Ｔ４シートを２１５℃で３０分間、または２２５℃で３０分間加熱することによって達成された。Ｔ４及びＴ６シートの耐力強度及び曲げは、当業者に公知の方法を用いて横方向に測定した。引張試験はＩＳＯ／ＤＩＳ ６８９２−１に従って実施し、曲げ角度試験はＶＤＡ２３８−１００に従って行った。
２０秒の溶体化ステップ、続いて空気クエンチ及び水クエンチ、ならびに６０秒の溶体化ステップ、その後の水クエンチを用いて調製された合金１〜５から調製されたＴ４シートの耐力強度特性を測定した。図９Ａを参照のこと。結果は、Ｔ４強度が５枚のシートについてほぼ同じであったことを示している。Ｔ４シートの曲げ特性は、引張事前歪みの１０％後に測定した。図９Ｂを参照のこと。この結果は、空気クエンチによって調製されたより多量のＣｒ及び／またはＭｎ（すなわち、合金３、４及び５から調製されたシート）を含むシートが、改善された曲げ特性を示したことを表す。
２０秒の溶体化ステップ、続いて空気クエンチ及び水クエンチから調製した合金１〜５から調製したＴ６シートの引張強度の特性を決定した。図１０Ａ及び１０Ｂを参照のこと。結果は、より多量のＣｒ及び／またはＭｎ（すなわち、合金３、４及び５から調製されたシート）を含む空気クエンチしたＴ６シートが、参照合金１及び２から調製されたシートよりも約１０〜２０ＭＰａ大きい強度の損失を示したことを表す。図１０Ａを参照のこと。Ｃｕを除いた水クエンチシート（すなわち、合金３から調製されたシート）の強度は、参照合金１及び２から調製されたシートよりも約１０ＭＰａ低い。
Ｔ６シートの曲げ特性が決定された。図１０Ｃ及び図１０Ｄを参照のこと。この結果は、より多量のＣｒ及び／またはＭｎを含むシート（すなわち、合金３、４及び５から調製されたシート）が、基準合金１及び２よりも改善された曲げ特性を示したことを表す。さらに、Ｔ６曲げは、空気クエンチしたサンプルと比較して水クエンチによって調製されたＣｒ及び／またはＭｎ含有シートについてさらに改善された。図１０Ｃ及び１０Ｄを参照のこと。
サンプルの破砕性を決定するために破砕挙動を評価する試験を行った。シート（厚さ３ｍｍ）を折畳み、ボルトで締め付けてクラッシュチューブを形成した。チューブは、プレス（垂直衝突試験）または準静的３点曲げ試験（水平衝突試験）においえ一定の準静的速度で垂直圧縮試験を行った。破砕性は、合金５と同様のＣｒ及びＭｎを含むシートから、また合金１及び２と同様の参照シートから製造されたクラッシュチューブについて測定された。垂直及び水平試験を行った。水平試験のために、クラッシュチューブを製造するために使用したシートを１８０℃で１０時間熱処理した。垂直試験のためにクラッシュチューブを調製するために使用したシートを１８５℃で１５分間加熱した。図１１に示すように、垂直衝突試験で破損することなく破砕時にＣｒ及びＭｎの増加量を含むクラッシュチューブがうまく折り畳まれたが、参照クラッシュチューブは破れを示した。増加した量のＣｒ及びＭｎを含有するクラッシュチューブは、参照固定具と比較して、水平衝突試験における改善された破砕性を示した。図１２を参照のこと。
実施例９
強度、ローピング、及びヘム性能
コイル組成物：
コイルは以下の表に示す組成物を有するアルミニウム合金から調製された。
Figure 2019173176
サンプル調製：
インゴットを５６０℃で６時間加熱し、インゴットを５４０℃に冷却し、インゴットを５４０℃で２時間浸漬させることにより、上記の組成のインゴットをそれぞれ均質化した。次いで、インゴットを熱間圧延し、２０９℃〜２５６℃の範囲の温度で巻き取った。コイル０１２７６１９を２．５４ｍｍゲージまで熱間圧延し、他のコイルを５ｍｍゲージまで熱間圧延した。各コイルのリロールには、粗いＭｇ２Ｓｉ／Ｓｉ粒子が比較的なく、粒子構造は未再結晶であった。４つのコイルは、３９８℃〜４１８℃の浸漬温度で１００分間の浸漬時間でリロールバッチアニールした。リロールは、完全に再結晶化され、従来の自己アニールされたリロールよりも比較的微細な粒子構造を示した。ＣＡＳＨは、約５３９℃〜５５５℃の範囲の温度で、８〜１５秒の範囲の浸漬時間で実施した。クエンチは水または空気を用いて行われた。巻き戻し金属の温度は７３℃〜８５℃の範囲であった。
ローピング分析：
コイルの内径（ＩＤ）及び外径（ＯＤ）を、表２に示す評価スケールを用いて、圧延方向（９０°）及び圧延方向に対して４５°におけるローピングについて分析した。全てのコイルは適切なローピング結果を表示し、１の評価が割り当てられた。コイル０１２７６１９については図１３Ａを参照し、コイル０１２７６２２については図１３Ｂを参照し、コイル０１２７６０２及び０１２７６８１については図１３Ｃを参照のこと。
４〜５日エイジングされたサンプル：引張特性と曲げ評価
自然エイジングの４または５日後のコイルの引張特性を測定した。具体的には、コイル０１２７６１９の引張特性を４日間の自然エイジング後に測定し、コイル０１２７６２２、０１２７６０２及び０１２７６８１の引張特性を５日間の自然エイジング後に測定した。結果を表７に示す。全てのコイルサンプルは、２１５ＭＰａを超える極限引張強度レベル及び１００〜１５５ＭＰａの範囲内の耐力強度値を示した。さらに、各コイルの平均伸長は２７％を超えていた。平均伸長は以下のように計算した。
Figure 2019173176
コイルの曲げ評価が決定された。コイル０１２７６２２からのサンプル。０１２７６０２及び０１２７６８１を、１５ｍｍローラーを有する３点曲げ設定で、０．５０ｍｍパンチ及び３．８５ｍｍのギャップを使用して１６０°に事前曲げした。サンプルを１トンアーバープレスで、０．８２ｍｍシムで縁取りした。コイル０１２７６１９からのサンプルを１８０°に事前曲げした。表８〜１１は、０％、５％、１０％、及び／または１５％の事前歪みを有する自然エイジングの４または５日後のバッチアニール試験コイル０１２７６１９（表８）、０１２７６２２（表９）、０１２７６０２（表１０）、及び０１２７６８１（表１１）のフラットヘム性能評価を列挙する。試験は、コイルの内径（ＩＤ）及び／または外径（ＯＤ）に対して行った。総合評価は１ｓと２ｓであり、許容できるとみなされる（表３参照）。
２４〜４５日エイジングされたサンプル：引張特性と曲げ評価
２４〜４５日間の自然エイジング後のコイルの引張特性を測定した。具体的には、コイル０１２７６１９の引張特性を２９日間の自然エイジング後に測定し、コイル０１２７６２２の引張特性を２４日間の自然エイジング後に測定し、コイル０１２７６０２及び０１２７６８１の引張特性を４５日間の自然エイジング後に測定した。結果を表１２に示す。全てのコイルサンプルは、２１５ＭＰａを超える極限引張強度レベル及び１００〜１５５ＭＰａの範囲内の耐力強度値を示した。さらに、各コイルの平均伸長は２７％を超えていた。平均伸長は以下のように計算した。
Figure 2019173176
上記のコイルサンプルの引張特性も、塗装焼成後に測定した。結果を表１３に示す。全てのコイルサンプルは、２８０ＭＰａを超える極限引張強度レベル及び２００ＭＰａを超える耐力強度値を示した。さらに、各コイルの平均伸長は２４％以上であった。平均伸長は上記の式に従って計算した。
コイルの曲げ評価が決定された。試料を１８０°に事前曲げし、０．４５ｍｍのマンドレル半径を有していた。表１４は、０％、５％、１０％及び／または１５％の事前歪みを有する示された自然エイジング日数後のコイル０１２７６１９、０１２７６２２、０１２７６０２及び０１２７６８１のヘム性能評価を列挙する。試験は、コイルの内径（ＩＤ）、中央及び／または外径（ＯＤ）に対して行った。全体的に、事前歪みが５％及び１０％になったコイルの評価は、１ｓ及び２ｓであり、これは許容されると考えられる（表３参照）。
コイル０１２７６２２からの水クエンチ及び空気クエンチサンプルによって得られた耐力強度ならびにサンプルの内径及び外径から得られた耐力強度を、自然エイジング時間（日）に対してプロットした。図１４を参照のこと。図１４に示すように、横方向の耐力強度は、１００日間までの自然エイジングに対して１００〜１３５ＭＰａの間の値に制御された。
上で引用した全ての特許、刊行物及び要約は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本発明の様々な実施形態は、本発明の様々な目的を達成するために記載されている。これらの実施形態は、本発明の原理の単なる例示であることを認識すべきである。添付の特許請求の範囲で定義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの改変及び適用が当業者には容易に明らかであろう。

Claims (20)

  1. 約０．２０〜１．０重量％のＳｉ、０．１１〜０．４０重量％のＦｅ、０．０〜０．２３重量％のＣｕ、０．０〜０．２２重量％のＭｎ、０．５０〜０．８３重量％のＭｇ、０．０〜０．２５重量％のＣｒ、０．０〜０．００６重量％のＮｉ、０．０〜０．１５重量％のＺｎ、０．０〜０．１７重量％のＴｉ、最大０．１５重量％の不純物、残りはＡｌ、を含むアルミニウム合金。
  2. 約０．６０〜０．９５重量％のＳｉ、０．２０〜０．３５重量％のＦｅ、０．０５〜０．２０重量％のＣｕ、０．０５〜０．２０重量％のＭｎ、０．５５〜０．７５重量％のＭｇ、０．０〜０．１５重量％のＣｒ、０．０〜０．００６重量％のＮｉ、０．０〜０．１５重量％のＺｎ、０．０〜０．１５重量％のＴｉ、最大０．１５重量％の不純物、残りはＡｌ、を含む、請求項１に記載のアルミニウム合金。
  3. 請求項１または２に記載のアルミニウム合金を含む、自動車本体部品。
  4. 前記自動車本体部品は外装パネルを含む、請求項３に記載の自動車本体部品。
  5. ６ｘｘｘ系アルミニウムシートを製造する方法であって、
    ６ｘｘｘ系アルミニウム合金を鋳造して、インゴットを形成することと、
    前記インゴットを均質化することと、
    前記インゴットを熱間圧延して熱間圧延された中間製品を製造することと、
    前記熱間圧延された中間製品を冷間圧延することと、
    アニールすることと、
    冷間圧延することと、
    そのシートを連続的なアニール及び溶体化熱処理プロセスにかけることと、を含む、方法。
  6. ６ｘｘｘ系アルミニウムシートを製造する方法であって、
    ６ｘｘｘ系アルミニウム合金を鋳造して、インゴットを形成することと、
    前記インゴットを均質化することと、
    前記インゴットを熱間圧延して熱間圧延された中間生成物を製造し、その後、
    ａ）出口温度巻取り後、直ちにアニール炉に入れること、または
    ｂ）出口温度巻取り後、室温まで冷却し、次いでアニール炉に入れることと、
    アニールすることと、
    冷間圧延することと、
    そのシートを連続的なアニール及び溶体化熱処理プロセスにかけることと、を含む、方法。
  7. 前記アルミニウム合金が、約０．２０〜１．０重量％のＳｉ、０．１１〜０．４０重量％のＦｅ、０．０〜０．２３重量％のＣｕ、０．０〜０．２２重量％のＭｎ、０．５０〜０．８３重量％のＭｇ、０．０〜０．２５重量％のＣｒ、０．０〜０．００６重量％のＮｉ、０．０〜０．１５重量％のＺｎ、０．０〜０．１７重量％のＴｉ、最大０．１５重量％の不純物、残りＡｌ、を含む、請求項５または６に記載の方法。
  8. 前記アルミニウム合金が、約０．６０〜０．９５重量％のＳｉ、０．２０〜０．３５重量％のＦｅ、０．０５〜０．２０重量％のＣｕ、０．０５〜０．２０重量％のＭｎ、０．５５〜０．７５重量％のＭｇ、０．０〜０．１５重量％のＣｒ、０．０〜０．００６重量％のＮｉ、０．０〜０．１５重量％のＺｎ、０．０〜０．１５重量％のＴｉ、最大０．１５重量％の不純物、残りＡｌ、を含む、請求項５または６に記載の方法。
  9. 前記均質化ステップが、約５００〜６００℃の温度で１０時間までの時間行われる、請求項５〜８のいずれかに記載の方法。
  10. 前記熱間圧延ステップが、約２００℃〜５００℃の温度で行われる、請求項５〜９のいずれかに記載の方法。
  11. 前記熱間圧延ステップが、熱間圧延機からの出口で前記熱間圧延された中間製品の温度を約３００℃以下に維持することを含む、請求項５〜１０のいずれかに記載の方法。
  12. 前記アニールステップが、約３５０℃〜４５０℃の温度で行われる、請求項５〜１１のいずれかに記載の方法。
  13. 前記シートを連続的なアニール及び溶体化熱処理プロセスに供するステップが、前記シートを５００℃〜５８０℃の範囲の温度で一定期間加熱することを含む、請求項５〜１２のいずれかに記載の方法。
  14. 前記期間が１分以下である、請求項１４に記載の方法。
  15. 前記シートをクエンチすることをさらに含む、請求項５〜１４のいずれかに記載の方法。
  16. 前記クエンチされたシートを再加熱して再加熱シートを形成し、前記再加熱シートを巻き取ることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 請求項５〜１６のいずれかに記載の方法によって製造された、アルミニウム合金。
  18. より高いＴ４及び塗装後焼成強度、ローピング減少、ならびに改善されたヘム特性を有する、請求項１７に記載のアルミニウム合金。
  19. １つ以上の以下の特性：少なくとも１００ＭＰａのＴ４耐力強度、少なくとも２００ＭＰａのＴ４引張強度、少なくとも１６０ＭＰａのＴ８２耐力強度、少なくとも２０％の均一及び全伸長、または少なくとも２００ＭＰａの塗装後焼成耐力強度を有する、請求項１７または１８に記載のアルミニウム合金。
  20. ＣＡＳＨ生産ラインのライン速度を少なくとも１０％増加させるための、請求項５〜１６のいずれかに記載の方法の使用。
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