JP5052895B2 - 高耐損傷性アルミニウム合金の製造方法 - Google Patents
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Description
a)AA2000、AA5000、AA6000、およびAA7000シリーズ合金からなる群から選択された組成を有するインゴットを鋳造する工程、
b)鋳造後、該インゴットを均質化および/または予備加熱する工程、
c)該インゴットを熱間圧延された製品に熱間圧延し、所望により該熱間圧延された製品を冷間圧延された製品にさらに冷間圧延する工程
を含んでなる方法であって、該熱間圧延された製品が、熱間圧延ミルをホットミル出口温度(TExit)で離れ、該熱間圧延された製品を該TExitから150℃に、制御された冷却サイクルで、
T(t)=50−(50−TExit)eα.t
(式中、T(t)は、時間(時間(hours)で表す)の関数としての温度(℃)であり、tは時間(時間(hours)で表す)であり、α(hrs−1で表す)は、冷却速度を規定するパラメータであり、−0.09±0.05(hrs−1)の範囲内、より好ましくは−0.09±0.03(hrs−1)の範囲内である)
により規定される範囲内に入る冷却速度で冷却することを特徴とする方法を提供する。温度150℃未満では、冷却速度は、本発明により見られる利点の一つ以上を達成することに最早関与しないことが分かっている。
d)制御された冷却サイクルに付された後の熱間圧延された製品を、または冷間圧延された製品を、合金中の可溶成分を固溶体にするのに十分な温度および時間、溶体化熱処理する工程、
e)溶体化熱処理された合金製品を、水または他の急冷媒体を使用してスプレー急冷または浸漬急冷の一方により急冷する工程、
f)所望により、急冷した、または他の方法で冷間加工した合金製品を延伸または圧縮し、応力を緩和する工程、例えばシート製品のレベリング、
g)所望により、急冷し、所望により延伸または圧縮した合金製品を時効処理し、合金の化学組成により異なるが、焼戻しT3、T351、T6、T4、T74、T76、T751、T7451、T7651、T77、T79を包含する所望の焼戻しを達成する工程の一つ以上をさらに包含することができる。
本発明の第一の好ましい実施態様では、2種類の従来合金(AA6013およびAA6056)を鋳造し、シート製品に処理した。ここでは、2種類の処理経路を使用した。
経路1
従来のAA6013およびAA60156合金組成物の実験室鋳造インゴットによる通常の処理経路を使用した。80x80x100mmブロックを切断し、均質化し、予備加熱し、4.5mmシートに圧延した。熱間圧延の後、シートを周囲空気中で室温に冷却することにより、熱間圧延した製品を従来通りに周囲温度に冷却し、冷間圧延区域に送り、2mmに冷間圧延し、560℃で20分間熱処理した後、急冷し、190℃で4時間、T6焼戻しに時効処理した。
従来のAA6013およびAA6056合金組成物のインゴットを実験室鋳造し、80x80x100mmのサイズに切断した。これらのブロックを、均質化し、予備加熱し、4.5mmに熱間圧延した。全規模製造でコイルが受けるであろう温度履歴と類似の温度履歴を熱間圧延した製品に与えることにより、工業的規模における熱間コイル巻きを模擬した。他の処理工程は、経路1と同様に維持した。冷間圧延後、冷間圧延した製品を550℃で20分間熱処理し、急冷し、続いて190℃で4時間、T6焼戻しに時効処理した。結果を表1に示す。
合金番号 経路 熱間圧延 Rp Rm TS/Rp IGC IGC
出口温度 (MPa) (MPa) - 深さ タイプ
(℃) (μm)
1 6013 2 490 354 390 1.75 101 P(i)
2 1 490 344 381 1.72 118 I
3 2 450 345 385 1.73 97 I
4 1 450 337 377 1.63 108 I
5 6056 2 490 347 386 1.85 112 I
6 1 490 349 388 1.79 177 I+
7 2 450 328 372 1.75 103 P(i)
8 1 450 331 375 1.70 143 I
合金 経路 熱間圧延出口 FCGR FCGR
温度(℃) ΔK=30MPa√m ΔK=40MPa√m
6013 2 490 1.83E-03 5.26E-03
1 490 1.84E-03 8.88E-03
6056 2 490 1.62E-03 3.32E-03
1 490 1.66E-03 4.89E-03
Si Fe Cu Mg Mn Zn
1.14 0.18 0.32 0.70 0.71 0.08
経路1 標準的な処理経路(熱間圧延の後、コイル巻き工程無し)。
経路2 熱間圧延の後にコイル巻きを行い、同じ方向で熱間圧延および冷間圧延する本発明の処理経路。
経路3 熱間圧延の後にコイル巻きを行い、異なった方向で熱間圧延および冷間圧延する本発明の処理経路(クロスローリング)。
上記3種類の処理経路はすべて下記の一般的な処理経路に行った。
a.表3に示す合金組成を有するインゴットのDC鋳造。
b.鋳造したインゴットの均質化。
c.均質化したインゴットを510℃で6時間予備加熱し、続いて予備加熱したインゴットを熱間圧延し、厚さ4.5mmで出口温度が約450℃になった。
d1.コイル巻き無し(経路1)。
d2.コイル巻き、冷却し、プレートに切断(経路2)。
d3.コイル巻き、冷却し、プレートに切断(経路3)。
e1.最終厚さ2mmに冷間圧延(経路1)。
e2.最終厚さ2mmに、熱間圧延と同じ方向で冷間圧延(経路2)。
e3.最終厚さ2mmに、熱間圧延と異なった方向で冷間圧延(クロスローリング)(経路3)。
f.550℃で2時間の熱処理。
g.冷間圧延された製品を1.5〜2.5%延伸。
h.190℃で4時間、T6焼戻しに時効処理。
経路 Rp Rm Rp Rm TS/Rp IGC
(MPa) (MPa) (MPa) (MPa) - 深さ(μm)
L方向 LT方向 T−L方向
1 334 345 322 344 1.51 62
2 329 344 321 341 1.60 48
3 333 344 326 347 1.58 49
ΔK 経路1 経路2 経路3
(MPa√m)
10 1.52E-04 1.71E-04 1.78E-04
20 1.43E-03 8.58E-04 1.26E-03
30 6.14E-03 3.38E-03 5.17E-03
40 1.70E-02 9.54E-03 --
50 3.73E-02 1.85E-02 --
ΔK 経路1 経路2 経路3
(MPa√m)
10 100% 113% 117%
20 100% 60% 88%
30 100% 55% 84%
40 100% 56% --
50 100% 50% --
図1は、ホットミル出口温度440℃から150℃未満の温度に冷却した場合の、アルミニウムAA7050合金に対する典型的な連続冷却曲線を示し、その際、金属シートの厚さは4.5mmであり、本発明の方法の一実施態様により、ホットミルを離れた時に直ちにコイル巻きされている。コイルの幅は1.4メートルであった。表7に、コイルの温度と時間の関係を、コイルの最も高温の点(コイルの中央、図1ではHotSptとして示す)および最も低温の点(コイルの縁部、図1ではColdSptとして示す)に関して示す。表7は、コイルの幅が2.8メートルである場合の温度も示す。
図1に示す冷却曲線で、αは約−0.084hrs−1である。
制御された冷却サイクルは、上記の、および請求項に記載する等式に従い、コイル巻きした製品の440℃から150℃への平均冷却速度は12〜20℃/時間の範囲内である。
時間(時間) 幅1.4メートルのコイル 幅2.8メートルのコイル
最低温点 最高温点 最低温点 最高温点
(℃) (℃) (℃) (℃)
0 431 440 431 440
2 344 372 349 385
6 249 266 262 287
10 187 199 204 222
12 165 175 182 197
14 146 150 163 176
16 130 137 148 159
18 117 123 134 144
Claims (23)
- 靱性が高く、疲労亀裂成長耐性が改良されている、シートまたはプレート状の高耐損傷性アルミニウム合金を製造する方法であって、
a)AA6000およびAA7000シリーズ合金からなる群から選択された組成を有するインゴットを鋳造する工程、
b)鋳造後、前記インゴットを均質化および/または予備加熱する工程、
c)前記インゴットを熱間圧延された製品に熱間圧延する工程
を含んでなる方法であって、前記熱間圧延された製品が、熱間圧延ミルをホットミル出口温度(TExit)で離れ、前記ホットミル出口温度が350〜500℃の範囲内であり、前記熱間圧延された製品を前記TExitから150℃以下に、制御された冷却サイクルで、
T(t)=50−(50−TExit)eα.t
(式中、T(t)は、時間(hrs)の関数としての温度(℃)であり、tは時間(hrs)であり、αは−0.09±0.05(hrs−1)の範囲内である)
により規定される範囲内に入る冷却速度で冷却する、
前記ホットミル出口温度が、AA6000シリーズ合金ついては420〜500℃の範囲内であり、
前記ホットミル出口温度が、AA7000シリーズ合金については350〜425℃の範囲内である、方法。 - αが−0.09±0.03(hrs−1)の範囲内である、請求項1に記載の方法。
- 工程c)において、前記熱間圧延された製品が、冷間圧延された製品にさらに冷間圧延される、請求項1または2に記載の方法。
- 前記熱間圧延された製品合金を熱間圧延の後にコイル巻きすることにより、前記熱間圧延された製品を制御された冷却サイクルに付する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱間圧延された製品を熱間圧延の後に炉を通して連続的に移動させることにより、前記熱間圧延された製品を制御された冷却サイクルに付し、その際、前記炉が、前記熱間圧延された製品を冷間圧延区域またはコイル巻き区域へと通過させながら熱を前記熱間圧延された製品に作用させて前記熱間圧延された製品の冷却速度を制御するように調節可能なものである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱間圧延された製品を熱間圧延の後に炉中でコイル巻きすることにより、前記熱間圧延された製品を制御された冷却サイクルに付し、その際、前記炉が、コイル巻きする間に前記熱間圧延された製品の冷却速度を制御するように調節可能なものである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱間圧延された製品が、熱間圧延ミルをホットミル出口温度で離れる際に、12mm未満の範囲内の厚さを有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱間圧延された製品が、1〜10mmの範囲内の厚さを有する、請求項7に記載の方法。
- 前記熱間圧延された製品が、4〜8mmの範囲内の厚さを有する、請求項7に記載の方法。
- 下記の工程:
d)前記制御された冷却サイクルに付された後の前記熱間圧延された製品を、または前記冷間圧延された製品を、溶体化熱処理する工程、
e)前記溶体化熱処理された合金製品を急冷する工程
の一つ以上をさらに含んでなる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。 - f)前記急冷した合金製品を延伸または圧縮する工程をさらに含んでなる、請求項10に記載の方法。
- g)前記急冷した合金製品を時効処理して所望の焼戻しを達成する工程をさらに含んでなる、請求項10に記載の方法。
- g)前記急冷し、かつ、延伸または圧縮した合金製品を時効処理して所望の焼戻しを達成する工程をさらに含んでなる、請求項11に記載の方法。
- 前記制御された冷却サイクルにおける平均冷却速度が12〜20℃/時間の範囲内である、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記鋳造インゴットが、下記の組成、(重量%で)
Si 0.6〜1.3
Cu 0.04〜1.1
Mn 0.1〜0.9
Mg 0.4〜1.3
Fe 0.01〜0.3
Zr <0.25
Cr <0.25
Zn <0.6
Ti <0.15
V <0.25
Hf <0.25
それぞれ0.05未満で合計0.20未満の他の元素、および残部アルミニウムを含んでなる、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。 - 前記鋳造インゴットが、AA6013またはAA6056の組成範囲内の合金を含んでなる、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 前記鋳造インゴットが、下記の組成、(重量%で)
Zn 5.0〜9.5
Cu 1.0〜3.0
Mg 1.0〜3.0
Mn <0.35
Zr <0.25
Cr <0.25
Fe <0.25
Si <0.25
Sc <0.35
Ti <0.10
Hfおよび/またはV <0.25
それぞれ0.05未満で合計0.15未満の他の元素、および残部アルミニウムを含んでなる、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。 - Zr含有量が、0.06〜0.16重量%である、請求項17に記載の方法。
- 前記鋳造インゴットが、AA7040、AA7050およびAA7x75の群から選択された組成範囲内の合金を含んでなる、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項1〜19のいずれか一項に記載の方法により製造された、AA6000およびAA7000シリーズ合金からなる群から選択された組成を有する合金からなる、靱性が高く、疲労亀裂成長耐性が改良された、高耐損傷性アルミニウム合金の圧延されたシートまたはプレート製品。
- 前記製品が、航空機または自動車の構造部材である、請求項20に記載の圧延された合金シート製品。
- 前記製品が、航空機の胴体外板または車両構成部品である、請求項20または21に記載の圧延された合金シート製品。
- 前記圧延された合金製品の最終厚さが2〜7mmの範囲内にある、請求項21または22に記載の圧延された合金製品。
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