JP6833676B2 - アルミニウム合金シート材料の焼鈍方法 - Google Patents

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Description

本発明は、非コイル状のアルミニウム合金シートをその長さの方向に、５００℃〜５９０℃の溶体化熱処理温度または均熱温度に移動中のアルミニウムシートを加熱するように配置された連続焼鈍炉を通って連続的に移動させることによって、最終厚さの熱処理可能なアルミニウムＡｌＭｇＳｉ系またはＡＡ６０００系合金シートを連続的に焼鈍するための方法に関する。さらに、本発明は、本発明による方法を実施するための装置に関する。
以下に本明細書で理解されるように、特に断りのない限り、アルミニウム合金記号および質別記号は、２０１４年にアルミニウム協会(Aluminum Association)によって発行された当業者には周知の「アルミニウム規格およびデータと登録記録(Aluminum Standards and Data and the Registration Records)」におけるアルミニウム協会の記号を意味する。
６０００系アルミニウム合金（典型的な例としては、ＡＡ６００５、ＡＡ６０１４、ＡＡ６０１６およびＡＡ６０２２が挙げられる）としても知られる、熱処理可能なＡｌＭｇＳｉ合金系列の工業規模の自動車用シート生産は、いくつかの別個の工程、すなわち、圧延スラブまたはインゴットの半連続直接冷却（ＤＣ）鋳造(semi-continuous direct chill - casting)または電磁鋳造(electromagnetic casting)(EMC-casting)（あまり好ましくない方法では、ベルト鋳造または圧延鋳造のような連続鋳造も適用することができる）、微細構造の均質化のための約５００℃〜５８０℃での数時間のスラブの予熱、約３〜１２ｍｍのゲージの熱間圧延ストリップへの熱間圧延を含んでなり、この熱間圧延ストリップは、典型的には、高温で巻かれ、周囲温度に冷却され、その熱間圧延ストリップは複数回のパスで最終ゲージに冷間圧延され、必要に応じて、冷間圧延前または冷間圧延プロセス中に中間焼鈍が適用され、最終ゲージでストリップは、必要な材料特性を調整するために焼鈍される。焼鈍は、連続焼鈍炉内またはバッチ式炉内のいずれかで行うことができる。
残念なことに、半連続鋳造インゴットからこのようにして生産されたシート製品は、ローピング、リジングまたは「刷毛」線形成として知られる現象（以後、「ローピング」という用語を用いる）、すなわち、金属圧延操作から生じる全体的として圧延方向に整列した残っている金属とは異なる結晶構造を有する狭いバンドの形成をしばしば受ける。その後、自動車用部品に成形する際のシート製品の横方向の変形の間に、これらのバンドは目に見える表面うねりとして現れ、これにより自動車製品の最終表面仕上げが損なわれる。
ローピングは、この技術分野の他の多くの人々が遭遇しており、再結晶化が処理の中間段階で起こるようにシート生産方法を変更することによってローピングを抑制し得ることが見出されている。ローピングの抑制は、例えば、米国特許第５，４８０，４９８号（Ｒｅｙｎｏｌｄｓ）、米国特許第４，８９７，１２４号（Ｓｋｙ Ａｌｕｍｉｎｕｍ）、さらに米国特許第６，１２０，６２３号（Ａｌｃａｎ）にも記載されている。これらの特許では、ローピングは、シート製品形成の中間段階、例えば、熱間圧延後、冷間圧延前に、または冷間圧延の初期段階後に、バッチ焼鈍工程（例えば、３１６℃〜５３８℃の範囲内の温度での加熱）を導入することによって制御される。
６０００系アルミニウムシート材料を生産する経済的魅力がある方法は、最終ゲージでの連続焼鈍によるものである。連続焼鈍炉の終了時に、ストリップ材料は、例えば、強制空冷システムまたは噴霧冷却システムによって、周囲温度に急速に冷却されまたは焼入れされる。この溶体化焼鈍によって、主要合金化元素ＭｇおよびＳｉは溶解し、良好な成形性、降伏強さおよび焼付硬化挙動の制御がもたらされ、シート材料はＴ４テンパーに至る。
経済的魅力がある方法により工業規模でＡｌＭｇＳｉ合金シート材料を生産するためには、シート材料が連続焼鈍炉を通って移動する間、十分に高いライン速度を維持することができることが必要である。しかしながら、ライン速度が高すぎると、必要な焼鈍温度でのストリップ材料の均熱時間に影響を及ぼし、それによって、とりわけ、アルミニウムストリップの機械的性質に影響を及ぼす可能性がある。
結果として、所望のＴ４特性を維持しながら、ほとんどまたは全くローピングを示さない自動車用アルミニウム合金シート製品を生産する改良された方法が必要とされている。
本発明の目的は、良好な機械的性質と組み合わせて良好なローピング挙動を有する最終厚さのＡｌＭｇＳｉアルミニウム合金シートを連続的に焼鈍するための方法を提供することである。
本発明は、非コイル状の熱処理可能なＡｌＭｇＳｉアルミニウム合金シートをその長さの方向に、約５００℃〜５９０℃、より好ましくは、約５２０℃〜５８０℃の温度範囲の設定溶体化熱処理温度または設定均熱温度（ＴＳＥＴ）に移動中のアルミニウムシートを加熱するように配置された連続焼鈍炉を通って連続的に移動させることによって、最終厚さのアルミニウム合金シートを連続的に焼鈍するための方法を提供することによって、この目的および他の目的およびさらなる利点を満たしまたはそれを超え、前記連続焼鈍炉は、入口部および出口部を有し、前記移動中のアルミニウムシートは、前記連続焼鈍炉を通って入口部から出口部へ実質的に水平に移動し、前記連続焼鈍炉は、対流加熱手段、好ましくは、ガス炊き手段、例えば、複数の燃焼バーナーおよび空気循環装置によって加熱され、かつ前記移動中のアルミニウムシートは、前記出口部を出た後に、ＴＳＥＴから約１００℃未満に、典型的には、周囲温度に急速に冷却されまたは焼入れされ、かつ前記連続焼鈍炉の入口部の直前またはその近くで、前記移動中のアルミニウムシートは、少なくともＹ＝−３１．ｌｎ（Ｘ）＋５０（式中、Ｙは単位℃／秒の平均昇温速度であり、Ｘは単位ｍｍのシート厚である）のシート厚の関数としての平均昇温速度を用いて、周囲温度から前記Ｔ ＳＥＴ より約５℃〜１００℃低い温度に予熱される。
従来の連続溶体化熱処理法では、得られるＡｌＭｇＳｉアルミニウムシートは、良好なローピング性能を有するが、良好な機械的性質も要求される場合には、それを比較的低いライン速度で処理する必要がある。本発明によれば、少なくともローピングが重要なＡｌＭｇＳｉ合金については、より高い許容ライン速度のために経済的魅力がより高い製造プロセスを経て製造されると同時に、Ｔ４状態での改良された機械的性質（例えば、降伏強さ、引張強さ）と組み合わせた良好なローピング性能の維持においてバランス改善が達成されることが見出されている。衝突性が非常に重要な材料特性であるＡｌＭｇＳｉ合金、例えば、ＡＡ６００５系およびＡＡ６００５Ａ系合金については、本発明に従って生産された場合には改良された衝突性が得られることが見出されている。
好ましい実施形態では、前記移動中のアルミニウムシートは、周囲温度から、前記Ｔ ＳＥＴ より最大７５℃の範囲低い温度に、より好ましくは、前記Ｔ ＳＥＴ より最大６０℃の範囲低い温度に非常に急速に予熱される。ある実施形態では、前記移動中のアルミニウムシートは、周囲温度から前記Ｔ ＳＥＴ より最大約１０℃低い温度に非常に急速に予熱される。
様々な対流加熱手段、例えば、抵抗加熱を適用することができるが、前記連続焼鈍炉は、好ましくは、複数の空気循環装置を備えたガス燃焼装置を使用する対流加熱によって加熱され、最新式の炉は、＋／−３℃以上の制御精度で設定溶体化熱処理温度を制御するための温度制御手段を有する。
ある実施形態では、前記アルミニウム合金シートは、誘導加熱によって、さらにはトランスバース方式の誘導加熱装置によって誘導的に予熱されている。これは、移動中のアルミニウムシートが連続焼鈍炉内で対流加熱によってＴＳＯＡＫにさらに加熱される前に、常に急速な予熱を可能にする。
ある実施形態では、前記予熱は、少なくともＹ＝−５０．ｌｎ（Ｘ）＋８０（式中、Ｙは単位℃／秒の平均冷却速度であり、Ｘは単位ｍｍのシート厚である）のシート厚の関数としての平均昇温速度を用いるものである。少なくともＹ＝−６２．ｌｎ（Ｘ）＋１００のシート厚の関数としての好ましい平均昇温速度。少なくともＹ＝−９３．ｌｎ（Ｘ）＋１５０のシート厚の関数としてのより好ましい平均昇温速度。より高い昇温速度は、得られるアルミニウムシートの様々な特性に有益であり、また、シート特性と許容可能なライン速度増加のバランスのためにも有利である。
ある実施形態では、最終ゲージの前記アルミニウム合金シートは、０．３〜４．５ｍｍの範囲、より好ましくは、０．７〜４．５ｍｍの範囲の厚さを有する。そのシート幅は、典型的には、約７００〜２７００ｍｍの範囲である。
ある実施形態では、前記移動中のアルミニウムシートは、前記連続焼鈍炉を通って、少なくとも約２０メートル、好ましくは、少なくとも４０メートル、より好ましくは、少なくとも約５５メートルの長さにわたって、実質的に水平に移動する。実用的な最大長さは約１２５メートルであるが、本発明はこの最大長さに限定されるものではない。
ある実施形態では、ＴＳＥＴでの前記移動中のアルミニウムシートの均熱時間は、少なくとも１秒、好ましくは、少なくとも５秒である。さらなる実施形態では、ＴＳＥＴでの前記移動中のアルミニウムシートの均熱時間は、少なくとも２０秒、より好ましくは、少なくとも２５秒である。均熱時間（ｔＳＯＡＫ）は、設定溶体化熱処理温度または設定均熱温度（ＴＳＯＡＫ）±５℃で費やされた時間で定義される；例えば、ＴＳＯＡＫが５６０℃である場合、それは前記移動中のアルミニウムシートが５６０±５℃の温度にある時間に関する。
前記方法のさらなる実施形態では、焼入れされた移動中のアルミニウムシートは、テンションレベリングによって、最大約２％、典型的には、約０．１％〜０．３％の範囲で延伸される。より好ましくは、延伸された移動中のアルミニウムシートは、続いて、清浄され、不動態化コーティングが施される。
さらなる実施形態では、不動態化コーティングを有する前記延伸アルミニウムシートはプリベーク熱処理によって熱処理される。プリベーク処理は、特に、アルミニウムシート材料の塗装焼付効果を増加する。
本発明の別の態様では、本発明による方法を実施するための装置が提供され、この装置は、対流加熱によって、例えば、ガス燃焼装置を用いて、４５０℃〜５９０℃の温度範囲の設定溶体化熱処理温度または設定均熱温度（ＴＳＥＴ）で最終ゲージの非コイル状の移動中のアルミニウムシートを熱処理するように配置された、連続焼鈍炉、特に、対流浮動炉を含んでなり、これによって、その移動中のアルミニウムシートは、浮動配置で、典型的には、少なくとも約２０メートルの距離にわたって、好ましくは、少なくとも約４０メートルにわたって、より好ましくは、少なくとも５５メートルにわたって実質的に水平に移動することができ、前記連続焼鈍炉は入口部および出口部を有し、この中に、対流加熱手段、例えば、ガス炊き手段に加えて、前記焼鈍炉をＴＳＥＴに加熱するために、前記連続焼鈍炉の入口部のすぐ近くに、前記移動中のアルミニウムシートにおいて、周囲温度から、Ｔ ＳＥＴ より、５℃〜１００℃、好ましくは、５℃〜７５℃低い温度への、少なくともＹ＝−３１．ｌｎ（Ｘ）＋５０のシート厚の関数としての平均昇温速度を可能にし、好ましいより高い昇温速度を有する（式中、Ｙは単位℃／秒の平均昇温速度であり、Ｘは単位ｍｍのシート厚である）予熱装置が提供される。良好な実施はＴ ＳＥＴ より１０℃低い温度を目標とすることである。
好ましい実施形態では、前記予熱装置または予熱手段は誘導加熱手段または誘導加熱装置を含んでなる。より好ましくは、前記誘導加熱手段はトランスバース方式の誘導加熱装置を含む。
本発明を、典型的には、最終ゲージで５００℃〜５９０℃の温度範囲で溶体化熱処理される６０００系の熱処理可能なアルミニウム合金を参照して説明してきた。しかしながら、この装置自体は、焼鈍または溶体化熱処理を行うためにより広い範囲の熱処理可能なアルミニウム合金にも適用することができ、アルミニウムシートのさらなる改善を達成しながら、実際の合金組成に応じてより低い溶体化熱処理温度、例えば、４６０℃または４８０℃を必要とする。
本発明のさらなる態様では、本発明による方法を実施するためのキットオブパーツが提供され、このキットオブパーツは、対流加熱によって、例えば、ガス燃焼装置を用いて、４５０℃〜５９０℃の温度範囲の設定溶体化熱処理温度または設定均熱温度（ＴＳＥＴ）で最終ゲージの非コイル状の移動中のアルミニウムシートを熱処理するように配置された、連続焼鈍炉、特に、対流浮動炉を含んでなり、これによって、その移動中のアルミニウムシートは、浮動配置で、典型的には、少なくとも約２０メートルの距離にわたって、好ましくは、少なくとも約４０メートルにわたって、より好ましくは、少なくとも５５メートルにわたって実質的に水平に移動することができ、前記連続焼鈍炉は入口部および出口部を有し、この中に、対流加熱手段、例えば、ガス炊き手段に加えて、前記焼鈍炉をＴＳＥＴに加熱するために、前記連続焼鈍炉の入口部のすぐ近くに、前記移動中のアルミニウムシートにおいて、周囲温度から、Ｔ ＳＥＴ より、５℃〜１００℃、好ましくは、５℃〜７５℃低い温度への、少なくともＹ＝−３１．ｌｎ（Ｘ）＋５０のシート厚の関数としての平均昇温速度を可能にし、好ましいより高い昇温速度を有する（式中、Ｙは単位℃／秒の平均昇温速度であり、Ｘは単位ｍｍのシート厚である）予熱装置、好ましくは、誘導加熱装置が提供され、より好ましくは、トランスバース方式の誘導加熱装置を含む。
以下、添付の図面を参照して本発明を説明する。
図１は前記方法および前記装置の模式図である。 図２Ａおよび２Ｂは、本発明による最新技術による連続焼鈍炉中を通って進行するアルミニウムシートの時間の関数としての温度プロフィールの模式図である。 図３は、シート厚の関数としての必要な最低限の昇温速度と、好ましい実施形態の模式図である。 図４は、動的衝突試験における使用のための典型的な軸方向折曲げクラッシュボックス構造の写真である。
図１は、本発明による方法および装置の模式図を提供する。連続焼鈍炉（１）は、その長さの方向に移動中の最終ゲージの非コイル状のアルミニウムシート（２）を輸送および熱処理するように配置される。このアルミニウムシートはコイル（８）から巻き出されている。これは、入口部分（４）および出口部分（５）を有する連続焼鈍炉（３）を通って移動する。出口部分（５）を出る際に、移動中のアルミニウムシートは、冷却部（６）内で約１００℃未満に、例えば、およそ室温に急速に冷却される。工業用連続焼鈍炉は実質的な設備投資になる；一度依頼すると、長さを長くするなどの操作上の重要な変更は、工場の作業現場のレイアウト制約のために実現できないことが多い。
移動中または進行中のアルミニウムシートは、連続焼鈍炉を通って、少なくとも約２０メートルの長さにわたって、好ましくは、少なくとも５５メートルにわたって、実質的に水平に移動する。炉の長さ全体にわたる熱風ノズル（図示せず）は、ストリップを加熱し、それをエアークッション上で浮いたままにする。従って、ストリップは浮動状態で進行している；このような炉は、対流浮動炉と呼ばれることもある。焼鈍炉内での高温下での機械的接触を排除することにより欠点のないストリップ表面に変わる。連続焼鈍炉は設計をモジュール式にし得る；そういうものとして、炉は、上部および下部の空気流からなる空気チャネルを生成するためにタービン（図示せず）を使用するいくつかの加熱ゾーンを含んでなる。空気は、好ましくは、燃焼予熱空気で動作するバーナーによって加熱される。設定均熱温度(soak temperature)の温度制御は＋／−３℃以上の制御精度で行われる。
移動中のシート（２）は、周囲温度で高いストリップ速度またはライン速度で入口部（４）に入り、連続焼鈍炉を通って進行しながら、アルミニウム合金に応じて事前設定した溶体化熱処理温度（例えば、約５６０℃）に徐々に昇温される。従来の連続焼鈍炉では、アルミニウムシートの平均昇温速度は、典型的には、約１ｍｍシート材料の場合、約１０〜１５℃／秒の範囲である。ストリップ速度に応じて、ストリップ温度は、炉長の後半まででのみまたは連続焼鈍炉の終わり近くでさえ実際の事前設定溶体化熱処理温度に到達し得、実際には、その溶体化熱処理温度で非常に短時間、例えば、数秒間、均熱を受け、その後、移動中のシートは出口部（５）で焼鈍炉から離れ、冷却部（６）内で直ちに焼入れされる。これはまた図２Ａに概略的に示されており、この図では、移動中のアルミニウムシートは、室温（ＲＴ）から溶体化熱処理温度（ＴＳＥＴ）に徐々に昇温され、設定溶体化熱処理温度または設定均熱温度で数秒間（ｔＳＯＡＫ）均熱される。均熱時間（ｔＳＯＡＫ）は、設定溶体化熱処理温度または設定均熱温度（ＴＳＯＡＫ）±５℃で費やされた時間で定義される。
アルミニウム合金組成またはシート厚に応じて、Ｔ４状態で良好なローピング挙動と機械的性質の所望のバランスを達成するためには、事前設定した溶体化熱処理温度でのより長い均熱時間が非常に望ましい場合があるが、多くのＡｌＭｇＳｉ合金では、焼鈍炉の規定寸法から、より低いストリップ速度でしかこれを達成することができず、これにより、ストリップ速度またはライン速度を、例えば、約６０ｍ／分から約３０ｍ／分または４０ｍ／分に減速しなければならない場合、経済的魅力があるものには遠く及ばなくなる。
本発明によれば、特性とプロセスの経済性とのこのバランスは、焼鈍炉の入口部（４）の直前または入口部（４）の地点で予熱装置を実施することによって改善されている。予熱装置（７）は、少なくともＹ＝−３１．ｌｎ（Ｘ）＋５０（式中、Ｙは単位℃／秒の冷却速度であり、Ｘは単位ｍｍのシート厚である）のシート厚の関数としての昇温速度の式によって定義される非常に速い昇温速度を可能にするように配置され、好ましいより高い昇温速度を有し、これは、例えば、米国特許第５，７３９，５０６号（Ａｊａｘ Ｍａｇｎｅｔｈｅｒｍｉｃ）に開示されているように、例えば、トランスバース方式の誘導加熱装置によって達成することができる。予熱装置（７）でのアルミニウムシートの予熱は、移動中のストリップの温度のオーバーシュート、それによる、アルミニウム合金中の微細構造成分の局所融解のために関連工学的特性に悪影響を与えることを避けるために安全域を守ることが望ましい。好ましくは、予熱は、アルミニウム合金シート材料の熱処理を行うべき事前設定した溶体化熱処理温度または均熱温度より、約５℃〜１００℃、より好ましくは、約５℃〜７５℃低い温度に行われる。従って、例えば、事前設定した溶体化熱処理温度が５５５℃である場合、移動中のアルミニウムシートは約５１０℃に予熱する。移動中のシートのさらなる昇温は連続焼鈍炉において対流加熱によって行われる。これはまた図２Ｂに概略的に示されており、この図では、移動中のアルミニウムシートは、室温（ＲＴ）から予熱温度（ＴＰＲＥ）に急速に予熱され、その後、設定溶体化熱処理温度（ＴＳＥＴ）にさらに加熱される。ＲＴからＴＰＲＥへの昇温速度は、実際には、必ずしも線形ではなく、そのため、ＴＰＲＥからＲＴを引いた温度差をＴＰＲＥに達するのに要する時間で割った平均昇温速度を使用している；従って、例えば、１ｍｍシート材料の場合、２５℃の室温から約５秒で約５００℃のＴＰＲＥに到達するとき、平均昇温速度は約９５℃／秒である。これは、急速な予熱が適用されない状況と比較して、ほぼ同じストリップ速度を維持しながら、設定溶体化熱処理温度で著しく長い均熱時間を可能にする。また、これは、最先端状況と比較して、ほぼ同じ均熱時間（ｔＳＯＡＫ）を有しながら、著しく増加したライン速度を可能にする。従って、所与の連続焼鈍炉では、特定のＡｌＭｇＳｉ合金に応じて、プロセスの経済性とシート特性との改善されたバランスに到達するようにライン速度と組み合わせて均熱時間を最適化する上で、著しく高い適応性がある。
本発明による方法および対応する装置の使用によって、より厚いゲージのシート材料も相対的に高いストリップ速度で処理することができる。例えば、１ｍｍシート材料を最大約７０ｍ／分のライン速度で処理することができる場合、同じ合金の２ｍｍシート材料は、対流炉で加熱した場合には昇温時間が著しく長いため、最大約３５ｍ／分のライン速度でしか処理することができない。シート材料が非常に急速に約５１０℃に予熱され、溶体化熱処理温度が約５６０℃である本発明による方法および装置の場合、２ｍｍシート材料は、１ｍｍシート材料とほぼ同じｔＳＯＡＫを有しながら、範囲約５５〜６５ｍ／分の著しく高いライン速度で連続的に熱処理することができる。
図３は、シート厚の関数としての必要な最低限の平均昇温速度（ライン１）と、本発明による方法ならびに装置およびキットオブパーツについての好ましい実施形態（ライン２〜４）の模式図である。０．３〜４．５ｍｍの好ましいゲージ範囲のシートゲージについての関係を示している。ライン１〜４については、次の自然対数式が適用され：
ライン１：Ｙ＝−３１．ｌｎ（Ｘ）＋５０；
ライン２：Ｙ＝−５０．ｌｎ（Ｘ）＋８０；
ライン３：Ｙ＝−６２．ｌｎ（Ｘ）＋１００；
ライン４：Ｙ＝−９３．ｌｎ（Ｘ）＋１５０；
式中、「Ｙ」は単位℃／秒の平均昇温速度を表し、「Ｘ」は単位ｍｍのシート厚を表す。
以下、本発明による限定されない例を参照して、本発明を説明する。
実施例１
１．１ｍｍゲージの冷間圧延ＡＡ６０１６シート材料は、ＤＣ鋳造、予熱、７．５ｍｍへの熱間圧延、４００℃での中間焼鈍を伴う１．１ｍｍへの冷間圧延によって製造し、その後、いくつかのライン速度で対流浮動炉にて約５６０℃での溶体化熱処理、続いて、焼入れによってさらに処理した。約２５℃での１７日間の常温時効（Ｔ４状態）後に、降伏強さおよび引張強さを試験した。同じ材料の第２の組を模擬塗装焼付サイクル（２％プレステイン(pre-stain)＋１８５℃で２０分）後に試験した。引張試験は、ＬＴ方向で行い、試験規格ＥＮ−１０００２「金属性材料−引張試験−第１部：周囲温度での試験方法(Metallic materials - tensile testing - part 1: Method of testing at ambient temperature)」“に従って実施した。結果を表１に示す。加えて、適用した総ての処理経路について、得られたアルミニウムシートは、圧延方向に垂直の１００×３００ｍｍサンプルへの１５％予歪を適用し、続いて、サンドペーパーで研磨した後の目視検査に従って、依然として非常に良好なローピング性能を有するように見えた。
Figure 0006833676
表１の結果から、対流浮動炉内でのライン速度は、Ｔ４テンパーにおいても模擬塗装焼付サイクル後にもアルミニウムシートの特性に対して強い影響があることが分かる。ライン速度の増加に関し、降伏強さおよび引張強さのような関連特性はライン速度の増加に伴って減少するという傾向がある。合金の品質に応じて、例えば、Ｔ４状態と数日間の常温時効またはＴ４状態とプリベークで材料のコイルを供給する場合、顧客の要求もある。通常の顧客要求は、Ｔ４状態では、降伏強さは少なくとも９０ＭＰａであるべきであり、引張強さは少なくとも１９０ＭＰａであるべきであるということである。加えて、２％の予歪および１８５℃で２０分の模擬塗装焼付サイクル後の機械的性質、例えば、少なくとも２００ＭＰａの降伏強さの要求もある。これは、同じ合金の複数のコイルが縦に並んで処理される連続法でのより低いライン速度の手段として適用される熱処理プロセスの経済性に強い影響を及ぼすことがある（より低いライン速度とそれによる時間単位当たりのより低いスループット）。例えば、これは、本実施例では、例えば、６０ｍ／分の高いライン速度は顧客の要求を満たさない材料を提供するが、４０ｍ／分のライン速度は塗装焼付サイクル後に要求される降伏強さの下限をちょうど満たし、結果として、シート材料は著しく低く経済的魅力があまりないライン速度で処理する必要があることを意味する。
しかしながら、本発明によれば、例えば、平均約１５０℃／秒の急速な予熱を用いる場合、ほぼ同じライン速度を維持しながら、設定溶体化熱処理温度で有利なより長い均熱時間を得ることができ、それによって、特に、塗装焼付サイクル後にも、機械的性質が向上したアルミニウムシートが提供されることが見出されている。また、これは、急速な予熱を行わない状況と比較してほぼ同じ均熱時間（ｔＳＯＡＫ）を有しながら、著しく増加したライン速度、例えば、６０ｍ／分で作業することを可能にする。それによって、約４０ｍ／分のライン速度で急速な予熱を行わずに得られたものと同様の機械的性質を有するアルミニウムシートが提供され、経済的魅力がより高いライン速度での製造が可能になる。同時に、本発明による方法により高度のローピング性能が維持されている。
実施例２
Ｔ４状態の２．５ｍｍゲージのＡＡ６００５Ａシート材料を、２つの経路によって生産し、動的衝突試験により試験した。第１の経路は、対流浮動炉内での５５０℃での溶体化熱処理、続いて、焼入れによって製造することを含んだ。第２の経路は、約６５℃／秒の平均昇温速度を用いて室温から約４９０℃へ誘導加熱することによる急速な昇温を先に行ったことを除いて、第１の経路と同様であった。
図４は、動的衝突試験における使用のための当技術分野で公知の典型的な軸方向折曲げクラッシュボックス構造の写真を示す。
中空クラッシュボックスは、長さ４００ｍｍのＵ字型２．５ｍｍゲージアルミニウム曲げシートと、同じ材料から作られている２．５ｍｍのフラットバックカバーシートでできている。両方を、Ｕ字型の両側にある３０ｍｍ間隔の１３個のリベットを使用して固定することによって結合する。Ｕ字型の高さは９０ｍｍであり、Ｕ字型のフラットトップの幅は６４ｍｍである；フラットバックカバーシートとクラッシュボックスの９０ｍｍの起立ウェブとの間には８７°の角度がある。同じアルミニウムシート材料から作られている２つのフラットカバープレート（１２０×１４０ｍｍ、直径４０ｍｍの中心孔を備える）がボックスに下部および上部で溶接される。ボックス全体を１８０℃で２０分の模擬塗装サイクルに供する。その後、クラッシュボックスを落下塔のテストベンチに配置し、そこで４．２５メートルの高さから２５０ｋｇのガイド付落下ウェイトを解放し、クラッシュボックスに約３５ｋｍ／時間の速度で衝突させる。衝撃の間、クラッシュボックスは、運動エネルギーを吸収し、折曲げによって塑性変形する。クラッシュボックスの破損は、とりわけ、高速カメラフィルムを使用することにより最初の亀裂の形成の瞬間を記録することによって検出する。
経路１を介して製造した合金は、軸方向において最初の亀裂までの時間は３．５ｍ秒であったが、経路２を介して製造した合金は、同じ試験方向において最初の亀裂までの時間は６．３ｍ秒であった。
この実施例は、衝突性が重要な材料特性であるＡｌＭｇＳｉ系合金では、本発明による方法によって製造したシート材料は動的衝突試験において最初の亀裂までの時間がほぼ２倍となることを例示している。これは、経路１により生産した同じ組成およびゲージの材料を用いて製造した部材と比較して、本発明により生産した材料を用いて製造した部材の、衝突の場合に運動エネルギーを吸収する能力の非常に有意な改善を意味する。
本明細書に記載した技術の様々な実施形態を詳細に記載してきたが、これらの実施形態の変更および適応が当業者によって見出されることは明らかである。

Claims (22)

  1. 非コイル状の熱処理可能なＡｌＭｇＳｉアルミニウム合金シートをその長さの方向に、５００℃〜５９０℃の温度範囲の設定均熱温度（ＴＳＥＴ）に移動中のアルミニウムシートを加熱するように配置された連続焼鈍炉を通って連続的に移動させることによって、最終厚さのアルミニウム合金シートを連続的に焼鈍するための方法であって、
    前記連続焼鈍炉は、入口部および出口部を有し、
    前記移動中のアルミニウムシートは、前記連続焼鈍炉を通って実質的に水平に移動し、
    前記連続焼鈍炉は、対流加熱手段によって加熱され、
    前記移動中のアルミニウムシートは、前記出口部を出る際にＴＳＥＴから１００℃未満に急速に冷却され、かつ、
    前記連続焼鈍炉の入口部の前またはその近くで、前記移動中のアルミニウムシートは、少なくともＹ＝−３１・ｌｎ（Ｘ）＋５０（式中、「Ｙ」は単位℃／秒の平均昇温速度であり、「Ｘ」は単位ｍｍのシート厚である）のシート厚の関数としての平均昇温速度を用いて、前記ＴＳＥＴより５℃〜１００℃低い温度に予熱され、
    最終ゲージの前記アルミニウム合金シートは、０．３〜４．５ｍｍの範囲の厚さを有する、方法。
  2. 前記対流加熱手段は、ガス炊き手段である、請求項１に記載の方法。
  3. 前記連続焼鈍炉の入口部の前またはその地点で、前記移動中のアルミニウムシートは、少なくともＹ＝−５０・ｌｎ（Ｘ）＋８０（式中、Ｙは単位℃／秒の平均昇温速度であり、Ｘは単位ｍｍのシート厚である）のシート厚の関数としての平均昇温速度を用いて、前記ＴＳＥＴより５℃〜１００℃低い温度に予熱され、
    最終ゲージの前記アルミニウム合金シートは、０．３〜４．５ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１または２に記載の方法。
  4. 前記連続焼鈍炉の入口部の前またはその地点で、前記移動中のアルミニウムシートは、少なくともＹ＝−６２・ｌｎ（Ｘ）＋１００（式中、Ｙは単位℃／秒の平均昇温速度であり、Ｘは単位ｍｍのシート厚である）のシート厚の関数としての平均昇温速度を用いて、前記ＴＳＥＴより５℃〜１００℃低い温度に予熱され、
    最終ゲージの前記アルミニウム合金シートは、０．３〜４．５ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記予熱は、誘導加熱によって誘導的に行われる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記予熱は、トランスバース方式の誘導加熱装置によって誘導的に行われる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 最終ゲージの前記アルミニウム合金シートは、０．７〜４．５ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記移動中のアルミニウムシートは、前記連続焼鈍炉を通って、少なくとも２０メートルの長さにわたって、実質的に水平に移動する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記移動中のアルミニウムシートは、前記連続焼鈍炉を通って、少なくとも４０メートルの長さにわたって、実質的に水平に移動する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
  10. ＴＳＥＴでの前記移動中のアルミニウムシートの均熱時間は、少なくとも１秒である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
  11. ＴＳＥＴでの前記移動中のアルミニウムシートの均熱時間は、少なくとも５秒である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
  12. ＴＳＥＴでの前記移動中のアルミニウムシートの均熱時間は、少なくとも２０秒である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記移動中のアルミニウムシートは、前記ＴＳＥＴより５℃〜７５℃低い温度に予熱される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記移動中のアルミニウムシートは、前記ＴＳＥＴより５℃〜６０℃低い温度に予熱される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記移動中のアルミニウムシートは、前記ＴＳＥＴより１０℃〜１００℃低い温度に予熱される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記移動中のアルミニウムシートは、前記ＴＳＥＴより１０℃〜７５℃低い温度に予熱される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
  17. 前記移動中のアルミニウムシートは、前記ＴＳＥＴより１０℃〜６０℃低い温度に予熱される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記連続焼鈍炉は、５２０℃〜５８０℃の温度範囲の設定均熱温度（ＴＳＥＴ）に前記移動中のアルミニウムシートを加熱するように配置される、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記移動中のアルミニウムシートは、前記出口部を出た後、急速に冷却または焼入れされ、テンションレベリングによって、最大２％まで延伸される、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
  20. 前記移動中のアルミニウムシートは、前記出口部を出た後、急速に冷却または焼入れされ、テンションレベリングによって、０．１％〜０．３％の範囲で延伸される、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
  21. 前記延伸された移動中のアルミニウムシートは、続いて、清浄され、不動態化コーティングが施される、請求項１９または２０に記載の方法。
  22. 前記不動態化コーティングを有する延伸されたアルミニウムシートは、プリベーク熱処理によって熱処理される、請求項２１に記載の方法。
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