JP2020509170A - アルミニウム合金およびその作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2016年12月16日に出願され、「Aluminum Alloys and Methods of Making the Same」と題する米国仮特許出願第62/435,437号および2017年7月7日に出願され、「Aluminum Alloys and Methods of Making the Same」と題する同第62/529,516号の利益を主張するものであり、これらの全ての内容は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれる。
アルミニウム合金組成
作製方法
図2は、例示的な急冷技術および比較の連続急冷技術の間の合金C1の熱履歴のグラフである。比較のために、連続完全水急冷(FWQ)および連続空気オンリー急冷(AQ)を示す。不連続の例示的な方法は、固溶化炉から出るときに500℃および450℃を含む様々な合金C1コイル温度で開始される。水急冷は、6バール(b)および2バール(b)を含む様々な散水圧力で実行された。グラフは、FWQの急速冷却およびAQの緩慢冷却を詳しく示している。合金が固溶化炉を出たときから始まる例示的な不連続急冷により急冷された合金C1は、空気急冷によって500℃に冷却すると(「500 6b」および「500 2b」と呼ばれる)、第2の緩慢急冷工程なしで合金の急速冷却を示した。例示的な不連続急冷によって急冷された合金C1試料は、急冷を水での実行から約250℃で空気での実行に変えたときに不連続性を示した。合金温度は、固溶化炉を出るときに540℃であり、空気で約450℃の温度に急冷し、次いで水で約250℃の温度に急冷し、次いで空気でほぼ室温に急冷した(「450 6b」および「450 2b」と呼ばれる)。
図6は、様々なMn含有量を有する例示的なアルミニウム合金の加工中に用いられる例示的な急冷変形および塗料焼付技術の降伏強度の試験結果を示す。この実施例における例示的なアルミニウム合金V1およびV2の組成は、表2に記載されている(構成要素のバランスは、本明細書に記載された実施例と一致する)。
図9は、製造設定で製造された合金A1(表1参照)を含む組成を有する試料についての降伏強度の試験結果を示す。合金A1は、加工中に様々な急冷技術に供した。図9に示すように、完全水急冷(第1の群のヒストグラム棒、「標準水」と呼ばれる)、空気オンリー急冷(第4の群のヒストグラム棒、「標準空気」と呼ばれる)、ならびに固溶化炉を出たときに始め、次いで、100℃(「水、出口100℃」と呼ばれる第2の群のヒストグラム棒)および220℃(「水、出口220℃」と呼ばれる第3の群のヒストグラム棒)の温度まで水で急冷する例示的な不連続急冷を用いた。自然時効(T4テンパー)および変形プラス人工時効(T8×テンパー、2%歪み、次いで185℃に加熱し、20分間185℃を維持する)後の降伏強度を示す。図9は、製造環境で加工された、より高いCu含有量を有するアルミニウム合金に対する例示的な急冷技術の効果を示す。
図11は、上記の任意の人工時効プロセスを用いた後の上記の合金G1試料の降伏強度の試験結果を示し、結果として例示的なT8×テンパー(上の線図)をもたらし、自然時効プロセスは、T4テンパー(下の線図)をもたらした。図11は、固溶化コイル温度が約100℃〜300℃の間になったときに水急冷を終了し、空気急冷を始める典型的な不連続急冷に供された合金G1の降伏強度の増加を示す。例示的な急冷および任意の時効に供された合金G1は、例示的なT8×テンパーをもたらす。また、固溶化コイル温度が約200℃〜300℃の間になったときに水急冷を終了し、空気急冷を始める典型的な不連続急冷に供された自然時効させた合金G1の降伏強度の増加も明らかである。グラフから明らかなように、約100℃〜200℃のアルミニウム合金温度で急冷を終了する必要がある。図12は、例示的な不連続急冷および任意の人工時効(例えば、T4テンパー条件で)に供されなかった例示的なT8×テンパーおよび比較合金G1試料における合金G1試料の降伏強度の差を示す。y軸上に示される焼付硬化(BH)応答は、例示的なT8×テンパーにおける記録された合金G1の降伏強度からT4テンパーにおける比較合金G1の記録された降伏強度を差し引いた結果である。
例示的な合金C1を本明細書に記載されるように様々なプロセスに供した。1つの例では、冷間圧延後、合金C1を固溶化(SHT)し、空気で急冷(AQ)し、予備時効(PX)させた(図13および表3において「A」と呼ばれる)。別の例では、合金C1を固溶化し、空気で急冷し、様々な時間の間フラッシュ加熱(FX)し、さらに空気で急冷して予備時効させた(図13および表3において「B」と呼ばれる)。別の例では、合金C1を固溶化し、様々な時間の間フラッシュ加熱(FX)し、次いで空気で急冷し、予備時効させた(図13および表3において「C」と呼ばれる)。
いくつかの例では、本明細書に記載される例示的な方法を用いることは、長時間の熱処理(すなわち、固溶化)のあらゆる必要性を排除することによって、高強度アルミニウム合金製品を送達するために必要な加工時間を低減することができる。いくつかの例では、アルミニウム合金、例えば試料合金B1は、長時間の固溶化工程、アルミニウム合金を水のカスケーディングフラッドへ通過させることを含むことができ、任意に、アルミニウム合金を人工的に時効させてT8またはT8×テンパーでアルミニウムを得るための追加の熱処理を含み得る、その後の水急冷を含む比較プロセスに供することができる。いくつかの非限定的な例では、本明細書に記載の例示的な不連続急冷法に従って、試料合金B1(上記の比較プロセスに供した合金と同じ組成を有する)を製造した。例示的な不連続急冷は、固溶化工程が短縮される(例えば、比較プロセスの固溶化工程よりも25%短い時間で固溶化が実行された)プロセスを提供し、不連続急冷は、より少ない水を必要とした(例えば、カスケーディングフラッドが毎時105立方メートル(m3/時)を使用することができ、例示的な方法は、約27m3/時〜約40m3/時(例えば、27m3/時、28m3/時、29m3/時、30m3/時、31m3/時、32m3/時、33m3/時、34m3/時、35m3/時、36m3/時、37m3/時、38m3/時、39m3/時、または40m3/時)を使用することができる)。さらに、予備時効により、追加の熱処理によってさらに強化することができるT4テンパーでアルミニウム合金を提供し、T8またはT8×テンパーでアルミニウム合金を提供した(例えば、人工時効は、例えば、塗料焼付手順および/または成形後熱処理中に顧客によって実行することができる)。いくつかの例では、このようにして予備時効は、アルミニウム合金を部分的に時効させるのに機能した(例えば、アルミニウム合金をさらに人工時効させることができるT4テンパーで提供して、例えば、T8またはT8xテンパーでアルミニウム合金を提供する)。いくつかの態様では、予備時効は、アルミニウム合金の自然な時効を阻止した。いくつかのさらなる例では、アルミニウム合金を例示的な不連続急冷および予備時効仕上げの人工時効させた後にアルミニウム合金を塗装焼付手順に供し、例示的なT8×テンパーで合金B1を得た。図14は、様々なライン速度で製造された合金についての塗料焼付手順後に得られる強度を示すグラフである。合金B1を105m3/時(各群の左のヒストグラム)の水急冷で毎分20メートル(m/分)のライン速度で加工し、40m3/時(各群の中央のヒストグラム)の水急冷で24.5m/分のライン速度で加工し、27m3/時の水急冷で24.5m/分のライン速度で加工した。「DL」(各群の中央および右のヒストグラム)は、例示的な多段階急冷法が用いられたことを示す。T4テンパー中の合金B1については、例示的な方法によって製造された試料は、比較的伝統的な方法(すなわち、長時間の固溶化工程およびフラッディング水急冷を伴う20m/分)によって製造された試料と同様の引張強度を示す。試料を2%の予歪み付与後、185℃の温度で20分間の熱処理を含む焼付手順にさらに供した。全ての試料の引張強度は、塗料焼付後に著しく増加したが、例示的な急冷および予備時効によって製造された試料は、比較の伝統的な方法によって製造された試料よりも高い引張強度を示した。高強度アルミニウム合金は、比較の伝統的な方法よりも最大25%速い速度で達成することができ、より短い熱処理からの時間および費用を低減する。
図16は、例示的なアルミニウム合金の加工中に用いられる例示的な急冷変形および様々な塗料焼付技術の降伏強度の試験結果を示す。この実施例における例示的なアルミニウム合金V1の組成は、上記の表2に記載されている。
Claims (20)
- アルミニウム合金を製造する方法であって、
アルミニウム合金を鋳造して鋳造アルミニウム製品を形成することであって、前記アルミニウム合金が、約0.45〜1.5重量%のSi、約0.1〜0.5重量%のFe、最大約1.5重量%のCu、約0.02〜0.5重量%のMn、約0.45〜1.5重量%のMg、最大約0.5重量%のCr、最大約0.01重量%のNi、最大約0.1重量%のZn、最大約0.1重量%のTi、最大約0.1重量%のV、および最大約0.15重量%の不純物を含み、残りがAlである、こと、
前記鋳造アルミニウム製品を均質化すること、
前記鋳造アルミニウム製品を熱間圧延して、第1のゲージのアルミニウム合金本体を製造すること、
前記アルミニウム合金本体を冷間圧延して、最終ゲージを有するアルミニウム合金プレート、シェート、またはシートを製造すること、
前記アルミニウム合金プレート、シェート、またはシートを固溶化すること、
前記アルミニウム合金プレート、シェート、またはシートを急冷すること、
前記アルミニウム合金プレート、シェート、またはシートをコイル状に巻き取ること、ならびに
前記コイルを時効させること、を含む、方法。 - 前記急冷が、複数の工程を含み、前記複数の工程が、
第1の温度への第1の急冷、
第2の温度への第2の急冷、および
第3の温度への第3の急冷を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記コイルをフラッシュ加熱することをさらに含み、前記フラッシュ加熱が、前記コイルを約5秒〜60秒間、約180℃〜250℃の温度に加熱することを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記第1の急冷が、空気で実行される、請求項2または3に記載の方法。
- 前記第2の急冷が、水で実行される、請求項2〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第3の急冷が、空気で実行される、請求項2〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の温度が、約400℃〜約550℃の範囲である、請求項2〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第2の温度が、約200℃〜約300℃の範囲である、請求項2〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第3の温度が、約20℃〜約25℃の範囲である、請求項2〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法が、改善された速度でアルミニウム合金加工ラインを提供し、アルミニウム合金加工時間が、少なくとも20%低減される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記コイルを予備時効させることをさらに含む、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記急冷および予備時効が、改善した降伏強度を提供する、請求項11に記載の方法。
- 前記コイルを予歪み付与することをさらに含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 塗料焼付工程をさらに含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アルミニウム合金製品が、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法によって調製される、アルミニウム合金製品。
- アルミニウム合金を製造する方法であって、
アルミニウム合金を鋳造して鋳造アルミニウム製品を形成することであって、前記アルミニウム合金が、約0.45〜1.5重量%のSi、約0.1〜0.5重量%のFe、最大約1.5重量%のCu、約0.02〜0.5重量%のMn、約0.45〜1.5重量%のMg、最大約0.5重量%のCr、最大約0.01重量%のNi、最大約0.1重量%のZn、最大約0.1重量%のTi、最大約0.1重量%のV、および最大約0.15重量%の不純物を含み、残りがAlである、こと、
前記鋳造アルミニウム製品を均質化すること、
前記鋳造アルミニウム製品を熱間圧延して、第1のゲージのアルミニウム合金本体を製造すること、
前記アルミニウム合金本体を冷間圧延して、最終ゲージを有するアルミニウム合金プレート、シェート、またはシートを製造すること、
前記アルミニウム合金プレート、シェート、またはシートをコイル状に巻き取ること、
前記コイルを固溶化すること、
前記コイルを室温に急冷すること、
前記コイルをフラッシュ加熱すること、および
前記コイルを予備時効させること、を含む、方法。 - 前記フラッシュ加熱工程が、約5秒〜60秒間、約180℃〜250℃の温度にコイルを加熱することを含む、請求項16に記載の方法。
- 塗料焼付工程をさらに含む、請求項16または17に記載の方法。
- 前記フラッシュ加熱および前記塗料焼付が、改善された降伏強度を提供する、請求項16〜18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記アルミニウム合金製品が、請求項16〜19のいずれか一項に記載の方法によって調製される、アルミニウム合金製品。
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