JP2023055724A - 低ゲージのレベリングされた缶体原料及びそれを作製する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2018年6月1日に出願された米国特許仮出願第62/679,222号の優先権及び出願利益を主張するものであり、参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
本明細書中で使用される「発明(invention)」、「本発明(the invention)」、「この発明(this invention)」及び「本発明(the present invention)」という用語は、本特許出願及び添付の特許請求の範囲の主題の全てを広く指すことが意図される。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載されている主題を限定しない、または添付の特許請求の範囲の意味もしくは範囲を限定しないと理解されるべきである。
アルミニウム合金、それから作製される製品、ならびにアルミニウム合金及び製品を作製する方法が本明細書に記載されている。本明細書に記載されている製品としては、例えば、等方性の表面テクスチャを有する縮小されたゲージのシートが挙げられる。そのような製品は、例えば、缶体原料として使用することができる。具体的には、約240μmよりも低いゲージを有する本明細書に記載されているアルミニウム合金製品は、240μmゲージ以上を有する従来のアルミニウム合金缶体原料の強度を示す。本明細書に記載されているアルミニウム合金製品は、比較的平坦なシートを製造するために有利にもレベリングされ、これが、高速なカッピングプレスにおけるアルミニウム合金製品の効率的な使用を可能にする。縮小されたゲージのアルミニウム合金シートは、260MPa以上の縦方向降伏強度を示すことができる。さらに、本明細書に記載されているアルミニウム合金製品は、非常に優れた表面品質を示し、これは、視覚的により輝いたアルミニウム缶をもたらす。アルミニウム合金製品はまた、カッピングに先立って追加の潤滑剤を必要としないような優れた潤滑性を示す。さらに、アルミニウム微粉、表面破片、及び圧延油がアルミニウム合金製品から除去されて、カッピング及びボディーメーカープレスの汚染の可能性を低下させる。本明細書中で開示されている製品のレベリングされ、潤滑された表面の結果として、カッピングラインにおける中断時間を大幅に削減することができ、それによって、生産率の大幅な改善及び運転コストの削減がもたらされる。
本明細書に記載されているアルミニウム合金製品は、適した強度及び高い成形性を含む、所望の特性の組み合わせを有する。アルミニウム合金製品は、少なくとも約260MPaの縦方向降伏強度(例えば、約260MPaから約300MPa)を示すことができる。例えば、縦方向降伏強度は、少なくとも約260MPa、少なくとも約265MPa、少なくとも約270MPa、少なくとも約275MPa、少なくとも約280MPa、少なくとも約285MPa、少なくとも290MPa、少なくとも約295MPa、または少なくとも約300MPaであってもよい。
式中、DLは、長さの偏差であり、Lは、レベリングされたシートのセグメント長さである。一部の例において、レベリングされたシートは、約50以下(例えば、約45以下、約40以下、約35以下、約30以下、約25以下、約20以下、約15以下、約10以下、または約5以下)のI値を有してもよい。
上記のアルミニウム合金は、鋳造製品に鋳造されてもよい。合金は、アルミニウム産業において一般的に使用される当業者に既知の標準に従って行われる任意の鋳造プロセスを使用して鋳造することができる。例えば、合金は、双ベルト鋳造機、双ロール鋳造機、またはブロック鋳造機の使用を含んでもよいが、これらに限定されない連続鋳造(CC)プロセスを使用して鋳造されてもよい。一部の例において、鋳造プロセスは、CCプロセスによって行われて、ビレット、スラブ、シェート、ストリップなどの鋳造製品を形成する。一部の例において、鋳造プロセスは、ダイレクトチル(DC)鋳造プロセスによって行われて、鋳塊などの鋳造製品を形成する。一部の例において、鋳造プロセスは、ストリップ鋳造によって行われる。鋳造製品は、その後、さらなる処理ステップに供することができる。そのような処理ステップとしては、加熱するステップ、熱間圧延するステップ、冷間圧延するステップ、及び/または焼鈍するステップが挙げられるが、これらに限定されない。任意に、加熱するステップは、鋳造アルミニウム合金を均質化することを含んでもよい。任意に、シートは、脱脂するステップ、レベリングするステップ、及び/または潤滑するステップを使用してさらに処理することができる。
加熱するステップは、本明細書に記載されているアルミニウム合金組成物から作製される鋳塊などの鋳造アルミニウム合金製品を加熱して、約、または少なくとも約450℃(例えば、少なくとも約460℃、少なくとも約470℃、少なくとも約480℃、少なくとも約490℃、少なくとも約500℃、少なくとも約510℃、少なくとも約520℃、少なくとも約530℃、少なくとも約540℃、少なくとも約550℃、少なくとも約560℃、少なくとも約570℃、または少なくとも約580℃)の最高到達板温(PMT)を達成することを含んでもよい。例えば、鋳造アルミニウム合金製品は、約450℃から約580℃、約460℃から約575℃、約470℃から約570℃、約480℃から約565℃、約490℃から約555℃、または約500℃から約550℃の温度に加熱されてもよい。場合によっては、PMTへの加熱速度は、約100℃/時間以下、75℃/時間以下、50℃/時間以下、40℃/時間以下、30℃/時間以下、25℃/時間以下、20℃/時間以下、または15℃/時間以下であってもよい。他の場合には、PMTへの加熱速度は、約10℃/分から約100℃/分(例えば、約10℃/分から約90℃/分、約10℃/分から約70℃/分、約10℃/分から約60℃/分、約20℃/分から約90℃/分、約30℃/分から約80℃/分、約40℃/分から約70℃/分、または約50℃/分から約60℃/分)であってもよい。
均質化ステップ後に、熱間圧延するステップが行われてもよい。熱間圧延するステップは、熱間可逆圧延機操作及び/または熱間タンデム圧延機操作を含んでもよい。
本明細書に記載されているプロセスは、任意に、アルミニウム合金製品に利用される少なくとも1つの脱脂するステップを含むことができる。「脱脂すること」という用語は、本明細書中で使用される場合、熱間圧延及び冷間圧延プロセスから表面に蓄積した残留油を除去するために、アルミニウム合金製品を処理することを含む。脱脂するステップはまた、圧延プロセスから残留した表面破片、圧延油、及びアルミニウム微粉も除去することができる。脱脂された表面は、改善された表面の見た目を缶体に与え、カッピングプロセス中における微粉の蓄積を減少させる。脱脂するステップに使用するための脱脂剤としては、水及び/または溶媒が挙げられる。任意に、脱脂するステップに使用するための水は、温水(すなわち、約35℃から約100℃などの少なくとも約35℃の温度を有する水)であってもよい。場合によっては、脱脂剤は、酸性またはアルカリ性の薬剤を含んでもよい。例えば、脱脂するステップに使用するための適した酸性の薬剤としては、リン酸、硫酸、塩酸、またはこれらの混合物が挙げられる。場合によっては、脱脂剤は、湿潤剤を含んでもよい。任意に、脱脂剤は、電気化学的洗浄と組み合わせて使用されてもよい。特定の場合において、脱脂のレベルは、薬剤の濃度、電流密度、脱脂時間、及び/または脱脂セクションの温度によって管理される。脱脂後、ストリップを、水ですすぎ、潤滑に先立って乾燥してもよい。
本明細書に記載されているプロセスは、アルミニウム合金製品に利用される少なくとも1つのレベリングするステップを含んでもよい。「レベリングすること」という用語は、本明細書中で使用される場合、残留圧延応力を除去することより、テンションレベリングされたアルミニウム合金製品を形成するためにアルミニウム合金製品を処理することを含む。レベリングするステップはまた、圧延プロセスからの残留応力の結果として生じる平坦でない領域を除去することもできる。アルミニウム合金製品の平坦でない領域を除去することによって、カッピングプレスが高い運転速度及びスループットで行われ、それによりさらに高い生産性を得ることができる。アルミニウム合金製品の等方性の表面テクスチャは、ドーム割れを減少させ、カッピング及びボディーメーカープロセス中のティアーオフ及びブリードスルー及びルーパーラインを減少させる。テンションレベリング、ストレッチレベリング、ローラーレベリング、及び/または熱レベリングを含む、任意の適したレベリングするプロセスを使用することができる。理論に縛られることを望まないが、テンション、ストレッチ、及びローラーレベリングプロセスなどの機械的レベリングは、ストリップ中の特定の帯を伸ばすことができ、熱レベリングプロセスは、ストリップ内のずれが緩和され、変形されて、ストリップ内の応力差を除去することができ、それによって、確実にシート中の残留応力をより低くし、ストリップ形状、すなわち、平坦性を改善する。さらに、シートの残りの部分の変形のレベルは、例えば、カッピングプレスにおいてカップを抜いた後、大幅に低減される。
本明細書に記載されているプロセスは、任意に、アルミニウム合金製品に利用される少なくとも1つの潤滑するステップを含むことができる。「潤滑すること」という用語は、本明細書中で使用される場合、次のカッピング生産のための潤滑剤を塗布するためにアルミニウム合金製品を処理することを含む。任意に、塗布される潤滑剤は、ドライフィルム潤滑剤であってもよい。場合によっては、潤滑剤は、均一に塗布することができる。場合によっては、潤滑の好ましいレベルは、200から1000mg/m2/製品の側面(例えば、約200mg/m2/側面から約1000mg/m2/側面または約500mg/m2/側面から約800mg/m2/側面)の範囲内である。場合によっては、潤滑するステップは、下流の処理中(例えば、カッピングプロセス中)における追加の潤滑剤の使用の必要性を排除する。場合によっては、ポスト潤滑剤が、空気中の水分に関連する腐食及び輸送及び伸ばす間の(例えば、巻かれているアルミニウム合金製品の重なり合う層によって引き起こされる)重なり合う動きによるフレッティング腐食を抑制するのを助けるために一方または両方の表面に塗布されてもよい。ポスト潤滑剤は、約5mg/m2/側面から約100mg/m2/側面(例えば、約10mg/m2/側面から約25mg/m2/側面または約20mg/m2/側面から約50mg/m2/側面)の量で一方または両方の表面に塗布されてもよい。場合によっては、ポスト潤滑剤は、ジブチルアジパート、ジブチルセバケート、ジヘキシルアジパート、ジヘキシルセバケート、ジシクロヘキシルアジパート、ジシクロヘキシルセバケート、ジオクチルアジパート、ジオクチルセバケート、ジイソデシルアジパート、ジイソデシルセバケート、ジウンデシルアジパート、ジウンデシルセバケート、ジドデカニルアジパート、ジドデカニルセバケート、ジフェニルセバケート、またはジフェニルアジパートのうちの1つ以上を含んでもよい。
本明細書に記載のアルミニウム合金製品及び方法は、飲料缶、食品容器、または任意のその他の所望の用途を作製するために使用することができる。一部の例において、アルミニウム合金製品及び方法は、飲料缶体を作製するために使用することができる。本明細書に記載されているアルミニウム合金製品は、カッピングプロセスなどの下流の処理に使用することができる。上記のアルミニウム合金製品は、ピンチローラーを使用することなくカッピングプロセスに移動させることができる。特に、アルミニウム製品に隣接する磁石の回転が誘導電流及び磁場を発生させて、アルミニウム製品を、生じた磁場に沿って移動させる。誘導電流及び磁場は、飲料缶製造ラインなどの高速な製造ラインに特に有用である場合がある。場合によっては、磁石は、カッピング装置の前に置くことができ、磁石は、アルミニウム合金製品を前方へ律動的に送り、移動させることができる。アルミニウム合金製品を移動させるこの方法は、Lenz効果とも呼ばれる。Lenz効果を利用することによって、製品を圧縮し、場合によっては、製品の表面に傷を付けるか、または完成した飲料缶に望ましくない表面の変形の原因となる可能性があるピンチローラーを使用することなく、アルミニウム合金製品(例えば、シートまたはシートから作製される缶予備形成品)を製造ラインに沿って進ませることができる。
3104-01アルミニウムのシートを、降伏強度、最高引張強度、展性、及び全伸びに関して試験した。シートを、その後、180℃、200℃及び220℃の最高到達板温で5、10、及び15秒のソーキング時間、部分的に焼鈍した。シートを、ソーク時間が完了した後、降伏強度、最高引張強度、展性、及び全伸びに関して試験した。図1は、ソーク時間及びソーク温度による降伏強度の変化を示す。図2は、ソーク時間及びソーク温度による最高引張強度の変化を示す。両方とも、220℃で処理されたシートはそれより低い温度で処理されたシートよりも速く反応した。220℃では5秒以内に強度の低下が確認されたが、180℃、200℃で処理されたシートは、5秒の時点で強度の変化をほとんど示さなかった。図3は、ソーク時間及びソーク温度による展性の変化を示す。展性は、降伏強度と最高引張強度の間の数値的な差である。この場合も、220℃で処理されたシートは、それより低い温度で処理されたシートよりも速く反応したが、全般的な展性は安定したままであった。図4は、ソーク時間及びソーク温度による伸びの変化を示す。この場合も、220℃で処理されたシートは、それより低い温度で処理されたシートよりも速く反応したが、ソーク時間の10秒または15秒の時点でさらなる低下は示さなかった。低い温度の方が反応が遅かったが、ソーク時間が延長されると伸びの低下を示した。
3104のシートを、180℃、200℃及び220℃の最高到達板温で5、10、及び15分のソーキング時間部分的に焼鈍した。シートを、その後、炉内で170℃から100℃に冷却した後、空気焼入及び降伏応力の測定を行った。合計27サンプルに対して各温度で3回反復試験を行った。100℃から240℃の範囲の最高到達板温で、1秒から1,000,000分のソーキング時間、部分的に焼鈍した3104シートに関する降伏応力を予測するためにプロセスモデルを使用した。図5は、プロセスモデルの線の上に重なるマーカーで表される実験の応力結果を示す。降伏応力は、時間とともに低下し、最大の低下はより高い温度で見られた。モデル化された結果は、最高200℃の温度における実験結果とよく相関している。200℃を超える温度では、降伏応力の実験に基づく低下は、モデルによって予測されたものよりも大きい。
以下で使用されている場合、一連の実例となる合金、製品、または方法へのいかなる言及も、それらの合金、製品、または方法のそれぞれへの言及と分離するものとして理解されるべきである(例えば、「実例1~4」は「実例1、2、3、または4」として理解されるべきである)。
Claims (21)
- アルミニウム合金製品を製造する方法であって、
約0.05~0.4wt.%のCu、0.25~0.9wt.%のFe、0.8~3.0wt.%のMg、0.1~2.0wt.%のMn、0.2~0.7wt.%のSi、最大0.1wt.%のTi、最大0.25wt.%のZn、最大0.4wt.%のCr、最大0.15wt.%の不純物、及びAlを含むアルミニウム合金を鋳造して、鋳造アルミニウム合金を形成することと、
前記鋳造アルミニウム合金を加熱することと、
前記鋳造アルミニウム合金を熱間圧延して、圧延製品を製造することと、
前記圧延製品を冷間圧延して、アルミニウム合金製品を製造することと、
前記アルミニウム合金製品をレベリングすることと、を含む、前記方法。 - 鋳造することは、半連続ダイレクトチル鋳塊鋳造またはストリップ鋳造によって行われる、請求項1に記載の方法。
- 前記鋳造アルミニウム合金を加熱することは、前記鋳造アルミニウム合金を均質化することを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記アルミニウム合金製品を脱脂することをさらに含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記アルミニウム合金製品からアルミニウム微粉、圧延油、及び破片を除去することをさらに含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
- カッピング潤滑剤により前記アルミニウム合金製品を潤滑することをさらに含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の方法により作製される、アルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金は、3xxxシリーズまたは5xxxシリーズアルミニウム合金を含む、請求項7に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品は、シートである、請求項7または8に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記シートは、少なくとも約260MPaの縦方向降伏強度を有する、請求項9に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記シートは、約170℃から約280℃の範囲の温度で熱レベリングされる、請求項9または10に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記シートは、縦方向にテンションレベリングされる、請求項9~11のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品は、約240μm未満の厚さを含む、請求項7~12のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品の1つ以上の表面は、0.1から0.7のテクスチャアスペクト比を有する、請求項7~13のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品の1つ以上の表面は、1側面、1平方メートルあたり少なくとも約200mg(mg/m2/側面)の量でカッピング潤滑剤を含む、請求項7~14のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品の前記1つ以上の表面は、約5mg/m2/側面から約100mg/m2/側面の量でポスト潤滑剤を含む、請求項7~15のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記ポスト潤滑剤は、ジブチルアジパート、ジブチルセバケート、ジヘキシルアジパート、ジヘキシルセバケート、ジシクロヘキシルアジパート、ジシクロヘキシルセバケート、ジオクチルアジパート、ジオクチルセバケート、ジイソデシルアジパート、ジイソデシルセバケート、ジウンデシルアジパート、ジウンデシルセバケート、ジドデカニルアジパート、ジドデカニルセバケート、ジフェニルセバケート、またはジフェニルアジパートを含む、請求項16に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品は、アルミニウム微粉及び破片を実質的に含まない、請求項7~17のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品は、飲料缶体を含む、請求項7~18のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- アルミニウム合金製品であって、
約0.05~0.4wt.%のCu、0.25~0.9wt.%のFe、0.8~3.0wt.%のMg、0.1~2.0wt.%のMn、0.2~0.7wt.%のSi、最大0.1wt.%のTi、最大0.25wt.%のZn、最大0.4wt.%のCr、最大0.15wt.%の不純物、及びAlを含むアルミニウム合金を含み、
約240μm未満の厚さを含む、前記アルミニウム合金製品。 - 前記アルミニウム合金製品の1つ以上の表面は、0.1から0.7のテクスチャアスペクト比を有する、請求項20に記載のアルミニウム合金製品。
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