KR102121156B1

KR102121156B1 - 표면 로핑이 감소되거나 없는 고성형성 자동차 알루미늄 시트 및 제조 방법

Info

Publication number: KR102121156B1
Application number: KR1020197009890A
Authority: KR
Inventors: 라지브 쥐. 카마트; 데이비드 커스터즈; 알록 굽타; 오드 데스포
Original assignee: 노벨리스 인크.
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2020-06-10
Also published as: EP4245881A3; RU2017123716A; KR20200068748A; EP3540085A1; KR20170104568A; EP3540085B1; EP3245309B1; AU2016206897A1; JP2019173176A; CA2971618C; EP4245881A2; TR201910144T4; PT3245309T; US20180044755A1; RU2699496C2; RU2017123716A3; US20160201158A1; WO2016115120A1; KR102268303B1; ES2734702T3

Abstract

높은 T4 및 도장 베이킹 이후 강도 및 감소된 로핑을 갖는 열처리가능한 자동차의 알루미늄 시트 제품들에 대한 연속 어닐링 및 용체화 처리 라인 상에서의 생산성을 증가시키기 위한 신규한 방법들이 개시된다. 비-제한적인 예로서, 본 출원에 설명된 방법들은 자동차 산업에 사용될 수 있다. 개시된 열처리가능한 합금들 및 방법들은 또한 해양, 항공우주, 및 운수 산업들에 적용가능할 수 있다.

Description

표면 로핑이 감소되거나 없는 고성형성 자동차 알루미늄 시트 및 제조 방법{HIGHLY FORMABLE AUTOMOTIVE ALUMINUM SHEET WITH REDUCED OR NO SURFACE ROPING AND A METHOD OF PREPARATION}

관련 출원에 대한 전후 참조

본 출원은 2015년 1월 12일에 출원된, 미국 가 출원 제62/102,124호의 혜택을 주장하며, 이는 본 출원에 그 전체가 참조로 원용된다.

본 발명은 물성학, 물질 화학, 야금학, 알루미늄 합금들, 알루미늄 제조, 운수 산업, 자동차 산업, 자동차 산업, 자동차 제조 분야 및 관련 분야에 관한 것이다. 본 발명은 표면 로핑이 감소되거나 없는 고성형성 자동차 알루미늄 시트 제품들에 관한 것이다. 본 발명은 또한 알루미늄 시트 제품들을 생성하는 방법에 관한 것이다. 특히, 이러한 제품들은 자동차 산업에 적용된다.

자동차 산업은 자동차들의 중량을 감소시키기 위해 강 패널들을 점점 알루미늄 합금들로 대체하고 있다. 보다 경량의 패널들은 자동차 중량을 감소시키는 것에 도움이 되며, 이는 연료 소비량을 감소시킨다. 그러나, 알루미늄 합금 패널들의 도입은 그 자체의 요구를 야기한다. 자동차 적용예들에 도움이 되기 위해, 알루미늄 합금 시트 패널은 수용된 T4 템퍼 조건에서 양호한 성형 특성들을 지녀, 그것이 균열, 인열 또는 링클링 없이 원하는 대로 만곡 또는 성형될 수 있게 된다. 동시에, 합금 패널은 도장 및 베이킹 이후 압인에 저항하고 다른 충격들을 견디기에 충분한 강도를 가져야 한다.

위에서 논의된 요건들에 덧붙여, 다른 요건은 자동차 부품용 알루미늄 합금들이 스탬핑되고 성형된 알루미늄 시트 부품들의 표면에서 나타나는, 리징, 로핑, 또는 도장 브러쉬 선들로서 지칭되는 거부감을 주는 그리고/또는 유해한 표면 결함들을 가지지 않아야 한다는 것이다. 리징 또는 로핑 선들은 이를테면 전형적인 스탬핑 또는 성형 작업 시 발생하는, 단지 충분한 횡방향 압력의 인가 시 압연 방향으로 나타난다.

이러한 로핑 결함은 그것이 도장 이후 자동차 부품에서 보일 수 있다는 충분한 심각성을 갖는다. 결과적으로, 이러한 알루미늄 합금들의 완성된 표면 외관은 거부감을 주고 자동차 외부에 적용하기에 적합하지 않다. 이러한 로핑 결함은 또한 성형 동안 변형 집중 부위로 기능하여, 성형성을 제한할 수 있다.

덧붙여, 자동차의 외측 패널들에 적합한 6xxx 시리즈 시트 재료를 제조하기 위한 공지의 방법들은 일반적으로 다음 단계들을 수반하는 다소 복잡하고, 고비용이며, 더딘 방법을 수반했다: 용융 합금을 반-연속 DC(direct chill) 주조하여 잉곳을 형성하는 단계, 잉곳을 스캘핑하는 단계, 1 내지 48시간 사이의 시간 기간 동안 잉곳을 균질화하는 단계, 열간 압연하는 단계, 자기 어닐링하는 단계, 및 원하는 게이지로 냉간 압연하는 단계. 그 다음 압연된 재료는 연속 열 처리 라인에서 용체화 처리되고, 급속 냉각된 다음 숙성될 수 있다.

전형적으로, 자동차 외측 패널들에 대한 자기 어닐링 공정은 로핑 요건을 충족하기 위해 요구되는 높은 배출 온도를 포함한다. 높은 배출 온도는 큰 가용성 조립자들, 이를테면 Mg₂Si 및 구리 함유 입자들을 조장한다. 제공된 그대로의 강도들 및 도장 베이킹 템퍼들의 원하는 조합을 이루기 위해, 큰 가용성 입자들을 용해시키기 위해 연속 어닐링 용체화(continuous anneal solution heat; CASH) 처리 라인들은 높은 용체화 온도 및 긴 소킹 시간을 이용해야 한다. 이러한 가용성 입자들은 T4 및 도장 베이킹 템퍼들 양자의 인장 속성들 및 또한 성형 특성들에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 큰 가용성 입자들은 궁극적으로 CASH 라인 생산성을 허용불가능한 수준으로 감소시킬 수 있다. 추가적으로, 자기 어닐링 공정은 합금 화학적 속성들의 상당한 차이들에도 불구하고, T4 및 도장 베이킹 강도 양자의 면에서 합금들을 구분 지을 수 있는 능력을 감소시킨다.

내측 및 구조용 자동차 제품들은 일반적으로 상대적으로 낮은 온도에서 코일화되는 재압연으로부터 생성된다. 이러한 제품들은 인장 속성들을 충족하나 보다 낮은 CASH 피크 금속 온도 및 소킹 시간을 이용하는 외측 제품들의 로핑 요건을 충족하지 않는다. 따라서, 내측/구조용 패널들을 위한 금속 시트들은 CASH 라인 상에서 외측 패널들을 위한 금속 시트들보다 25 - 50% 빠르게 진행되는 경향이 있다. 이러한 전반적인 방법에서, 자동차용 외측 패널들의 처리에는 상당히 긴 용체화 시간이 걸릴 수 있으며, 이는 고비용 자산의 생산성을 감소시킨다.

따라서 로핑 결함들이 감소된 개선된 알루미늄 합금들 및 그러한 합금들로 시트 재료를 제조하기 위해 보다 효율적인 방법들에 대한 요구가 있다.

본 발명의 보호되는 실시예들은 본 발명의 내용이 아니라, 청구항들에 의해 정의된다. 본 발명의 내용은 본 발명의 다양한 측면의 전체적인 개요이고 아래 구체적인 내용 섹션에서 더 설명되는 개념들 중 일부를 소개한다. 본 발명의 내용은 청구 대상의 주요하거나 본질적인 특징들을 식별하도록 의도되지 않고, 청구 대상의 범위를 결정하기 위해 별개로 사용되도록 의도되지도 않는다. 청구 대상은 전체 명세서, 임의의 또는 모든 도면 및 각 청구항의 적절한 부분들을 참조하여 이해되어야 한다.

본 발명은 CASH 라인 상에서의 생산성을 증가시키기 위한 새로운 방법으로 위에서 설명한 문제들을 해결하고, 높은 T4 및 도장 베이킹 이후 강도를 갖고 로핑이 최소이거나 없는 열처리가능한 자동차 알루미늄 시트 제품들을 제공한다. 비-제한적인 예로서, 본 발명의 방법은 특히 자동차 산업에 적용된다. 예를 들어, 화물차용 캡들에 사용되는 외측 패널들은 양호한 도장 베이킹 강도 및 로핑이 없는 표면 외관 양자를 필요로 한다. 그러나, 본 발명의 열처리가능한 합금들 및 방법들이 몇 가지 예를 들어, 해양, 항공우주, 및 운수 산업들에 적용가능할 수 있다는 것을 알게 된다.

본 발명의 합금들은 압축 성형물들, 판들, 시트들, 및 단조물들 형태의 제품들을 제조하기 위해 사용될 수 있다.

도 1은 열간 압연된 그대로의 상태의 재결정화되지 않은 결정 구조 및 각각 (a) 375 ℃ (b), 400 ℃ (c), 및 425 ℃에서 (d) 1시간 동안의 배치 어닐링 이후 재결정화된 결정 구조를 나타낸다.
도 2는 표준 생산 관행을 이용하여 자기 어닐링한 이후 보다 큰 Mg₂Si 입자 크기를 나타낸다. 주사 전자 현미경법(scanning electron microscopy; SEM) 현미경 사진은 자기 어닐링된 코일의 상대적으로 조질인 Mg₂Si 침전물(화살표들로 표시된 어두운 입자들)을 나타낸다.
도 3은 1시간 동안 400 ℃로 배치 어닐링한 이후 보다 작은 Mg₂Si 입자 크기를 나타낸다. SEM 현미경 사진은 배치 어닐링된 코일의 미세 Mg₂Si 입자들(화살표들로 표시된 어두운 입자들)을 나타낸다.
도 4는 자기 어닐링(self-anneal; SA) 및 배치 어닐링(batch anneal; BA) 이후 대표적인 합금들의 T4 인장 항복 강도(tensile yield strengths; TYS, MPa 단위) 및 최종 항복 강도(ultimate yield strengths; UTS, MPa 단위)의 비교이다. 삽도에서, 테스트 방향들은 다음과 같이 표시된다: L = 종, T = 횡, D = 대각. 표준 SA(Standard SA)는 자기 어닐링 재압연, 온도 및 압연 조건들이 재결정화된 시트가 생성되도록 하는 고온 밀에서 벗어난 제품이다. 재압연 BA는 재압연 두께에서 배치 어닐링 공정 단계가 일어나는 제품이다. 중간 BA는 적어도 하나의 냉간 밀이 지나간 이후 마지막 냉간 밀이 지나가기 이전에 배치 어닐링 공정 단계가 일어나는 제품이다. 도 4에 나타난 코일 번호들은 도 5 및 도 6에서 동일한 번호들이고 동일한 순서이다. 각 세트에서의 제1 히스토그램 막대는 TYS-L을 나타내고; 각 세트에서의 제2 히스토그램 막대는 TYS-T를 나타내고; 각 세트에서의 제3 히스토그램 막대는 TYS-D를 나타내고; 각 세트에서의 제4 히스토그램 막대는 UTS-L을 나타내고; 각 세트에서의 제5 히스토그램 막대는 UTS-T를 나타내며; 그리고 각 세트에서의 제6 히스토그램 막대는 UTS-D를 나타낸다.
도 5는 자기 어닐링 및 배치 어닐링 이후 청구된 합금들의 180 ℃ /20분 도장 베이킹 동안 횡방향으로 테스트된 인장 항복 강도 결과들(MPa 단위)을 나타낸다. 각 세트에서의 제1 히스토그램 막대는 도장 베이킹 이후 항복 강도를 나타낸다. 각 세트에서의 중앙 히스토그램 막대는 T4 항복 강도를 나타낸다. 각 세트에서의 우측 히스토그램 막대는 도장 베이킹 이후 항복 강도 및 T4 항복 강도 간 차를 나타낸다.
도 6은 자기 어닐링 및 배치 어닐링 이후 청구된 합금들의 180 ℃ /60분 도장 베이킹 동안 횡(T), 종(L) 및 대각(D 45 °) 방향들로 테스트된 인장 항복 강도 결과들(MPa 단위)을 나타낸다. 각 세트에서의 제1 히스토그램 막대는 종방향의 결과들을 나타낸다. 각 세트에서의 중앙 히스토그램 막대는 횡방향의 결과들을 나타낸다. 각 세트에서의 우측 히스토그램 막대는 대각 방향의 결과들을 나타낸다.
도 7은 제품 시험 코일들의 길이에 따른 T4 항복 강도(MPa 단위)를 나타낸다.
도 8은 표준 제품 자기 어닐링된 코일(SA 재압연)과 함께 시험 코일들에 대한 로핑 샘플들의 모습들 및 그것들의 등급들을 나타낸다.
도 9a는 횡방향으로 테스트된 합금들 1-5로 제조된 T4 시트들의 항복 강도 결과들을 나타낸다.
도 9b는 횡방향으로 테스트된 합금들 1-5로 제조된 T4 시트들의 굽힘각을 나타낸다.
도 10a는 공기 담금질을 이용하고 횡방향으로 테스트된 합금들 1-5로 제조된 T6 시트들의 항복 강도 결과들을 나타낸다.
도 10b는 수중 담금질을 이용하고 횡방향으로 테스트된 합금들 1-5로 제조된 T6 시트들의 항복 강도 결과들을 나타낸다.
도 10c는 공기 담금질을 이용하고 횡방향으로 테스트된 합금들 1-5로 제조된 T6 시트들의 굽힘각을 나타낸다.
도 10d는 수중 담금질을 이용하고 횡방향으로 테스트된 합금들 1-5로 제조된 T6 시트들의 굽힘각을 나타낸다.
도 11은 본 출원에 설명된 바와 같은 시트들로 제조된 볼트 체결 튜브들의 수직 충돌 테스트 결과들을 나타낸다.
도 12는 본 출원에 설명된 바와 같은 시트들로 제조된 볼트 체결 튜브들의 수평 충돌 테스트 결과들을 나타낸다.
도 13a는 압연 방향 및 압연 방향에 대해 45°에서 코일 0127619의 내측 및 외측 직경들에 대한 로핑 샘플들을 나타낸다.
도 13b는 압연 방향에서 코일 0127622의 내측 및 외측 직경들에 대한 로핑 샘플들을 나타낸다.
도 13c는 압연 방향에서 코일 0127602의 내측 및 외측 직경들에 대한 그리고 압연 방향에서 코일 0127681의 외측 직경에 대한 로핑 샘플들을 나타낸다.
도 14는 공기 담금질 및 수중 담금질에 의해 제조된 샘플들에 대한 그리고 코일의 내측 및 외측 직경들에 대한 코일 0127622에 대한 자연 숙성 시간에 따라 표시된 횡 항복 강도를 나타낸다.
표 1은 어닐링 이후 대표적인 합금들의 도장 베이킹(180 ℃/20분 및 180 ℃ /60 분) 이후 그리고 T4 시트의 기계적 속성들을 나열한다.
표 2는 자기 어닐링 및 배치 어닐링 이후 대표적인 합금들의 T4 시트의 로핑 평가를 나열한다.
표 3은 60일의 자연 숙성이 뒤따르는 550 ℃/15초 CASH에 대한 T4의 배치 어닐링된 재료와 비교하여 자기 어닐링된 코일에 대한 플랫 헴 테스트 등급들을 나열한다.
표 4는 10 및 15% 사전-변형한 T4의 배치 어닐링된 재료에 대한 헴 테스트 등급들을 나열한다.
표 5는 시험 코일들로부터 T4 시트들의 기계적 속성들을 나열한다.
도 6은 시험 코일들에 대한 도장 베이킹 조건들 이후 기계적 속성들을 나열한다.
표 7은 4 또는 5일의 자연 숙성 이후 시험 코일들의 길이에 따른 시트들에 대한 기계적 속성들을 나열한다.
표 8은 0% 사전-변형, 5% 사전-변형, 10% 사전-변형, 및 15% 사전-변형 이후 코일 0127619에 대한 굽힘 등급들을 나열한다.
표 9는 5% 사전-변형, 10% 사전-변형, 및 15% 사전-변형 이후 코일 0127622에 대한 굽힘 등급들을 나열한다.
표 10은 5% 사전-변형, 10% 사전-변형, 및 15% 사전-변형 이후 코일 0127602에 대한 굽힘 등급들을 나열한다.
표 11은 5% 사전-변형, 10% 사전-변형, 및 15% 사전-변형 이후 코일 0127681에 대한 굽힘 등급들을 나열한다.
표 12는 24-45일의 자연 숙성 이후 시험 코일들로부터 시트들의 기계적 속성들을 나열한다.
표 13은 24-45일의 자연 숙성 및 도장 베이킹 이후 시험 코일들로부터 시트들의 기계적 속성들을 나열한다.
표 14는 0% 사전-변형, 5% 사전-변형, 10% 사전-변형, 및 15% 사전-변형 이후 코일들 0127619, 0127622, 0127681, 및 0127602에 대한 굽힘 등급들을 나타낸다.

본 발명은 허용가능한 로핑을 보이는 높은 T4 및 도장 베이킹 이후 강도를 갖는 열처리가능한 알루미늄 시트 알루미늄 시트 제품들을 위한 CASH 라인 상에서의 생산성을 증가시키기 위한 신규한 방법들에 관한 것이다. 비-제한적인 예로서, 본 발명의 열처리가능한 합금들은 6xxx 알루미늄 합금일 수 있다. 다른 비-제한적인 예로서, 본 발명의 방법은 자동차 산업에서 사용될 수 있다.

정의들 및 설명들

본 출원에서 사용될 때, 용어들 "발명" 및 "본 발명"은 본 특허 출원 및 아래 청구항들의 대상의 전부를 광범위하게 지칭하도록 의도된다. 이러한 용어들을 포함하는 표현들은 본 출원에 설명된 대상을 제한하거나 아래 특허 청구항들의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 설명에서, AA 번호들 및 다른 관련 지정자들, 이를테면 "시리즈" 또는 "6xxx"로 식별되는 합금들이 언급된다. 알루미늄 및 그것의 합금들을 명명하고 식별하는 데 가장 보편적으로 사용되는 번호 지정 체계의 이해를 위해, 알루미늄 협회(The Aluminum Association)에 의해 발행된, "가공용 알루미늄 및 가공용 알루미늄 합금들에 대한 국제 합금 지정 및 화학 조성 제한(International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys)" 또는 "주물 및 잉곳 형태의 알루미늄 합금들에 대한 알루미늄 협회 합금 지정 및 화학 조성 제한의 등록 기록(Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot)" 양자를 참조하자.

본 출원에서 사용될 때, 용어 "열처리가능한 합금"은 임의의 2xxx, 6xxx, 및 7xxx 알루미늄 합금을 광범위하게 지칭하도록 의도된다.

본 출원에서 사용될 때, 단수 표현 및 "상기"의 의미는 문맥이 분명히 다르게 구술하지 않는 한 단수 및 복수의 언급 대상을 포함한다.

다음 예들에서, 알루미늄 합금들은 그것들의 중량 퍼센트(wt. %) 단위 원소 조성 면에서 설명된다. 각 합금에서, 나머지는 모든 불순물에 대해 0.15%의 최대 wt. %를 갖는, 알루미늄이다.

합금들:

6xxx 알루미늄 합금들이 본 출원에 설명된다. 일례로, 0.20-1.0 wt. % Si, 0.11 - 0.40 wt. % Fe, 0.0 - 0.23 wt. % Cu, 0.0 - 0.22 wt. % Mn, 0.50 - 0.83 wt. % Mg, 0.0 - 0.25 wt. % Cr, 0.0 -0.006 wt. % Ni, 0.0 - 0.15 wt. % Zn, 0.0 - 0.17 wt. % Ti, 0.0 내지 0.05 wt. % Pb, 0.0 내지 0.005 wt. % Be, 0.15 wt. % 이하 불순물, 나머지 Al을 포함하는 알루미늄 합금이 제공된다.

다른 예로, 0.62-0.95 wt. % Si, 0.20-0.35 wt. % Fe, 0.05 - 0.20 wt. % Cu, 0.05 - 0.20 wt. % Mn, 0.55 - 0.75 wt. % Mg, 0.0 - 0.15 wt. % Cr, 0.0-0.006 wt. % Ni, 0.0 - 0.15 wt. % Zn, 0.0 - 0.15 wt. % Ti, 0.0 내지 0.05 wt. % Pb, 0.0 내지 0.005 wt. % Be, 0.15 wt. % 이하 불순물, 나머지 Al을 포함하는 알루미늄 합금이 제공된다.

몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 0.20 % 내지 1.0 %(예를 들어, 0.30 % 내지 1.0 %, 0.62 % 내지 0.95 % 또는 0.65 % 내지 0.90 %) 양의 실리콘(Si)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 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 %, 또는 1.0 % Si를 포함할 수 있다. 모두 wt. %로 표현된다.

몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 0.11 % 내지 0.40 %(예를 들어, 0.20 % 내지 0.35 % 또는 0.25 % 내지 0.30 %) 양의 철(Fe)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 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 %, 또는 0.40 % Fe를 포함할 수 있다. 모두 wt. %로 표현된다.

몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 0 % 내지 0.23 %(예를 들어, 0.05 % 내지 0.20 % 또는 0.1 % 내지 0.15 %) 양의 구리(Cu)를 포함한다. 예를 들어, 합금은 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 %, 또는 0.23 % Cu를 포함할 수 있다. 몇몇 경우, Cu는 합금에 존재하지 않는다(즉, 0 %). 모두 wt. %로 표현된다.

몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 0 % 내지 0.22 %(예를 들어, 0.05 내지 0.20 % 또는 0.1 % 내지 0.15 %) 양의 망간(Mn)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 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 %, 또는 0.22 % Mn을 포함할 수 있다. 몇몇 경우, Mn은 합금에 존재하지 않는다(즉, 0 %). 모두 wt. %로 표현된다.

몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 0.50 % 내지 0.83 %(예를 들어, 0.55 % 내지 0.75 % 또는 0.60 % 내지 0.70 %) 양의 마그네슘(Mg)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 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 %, 또는 0.83 % Mg를 포함할 수 있다. 모두 wt. %로 표현된다.

몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 0 % 내지 0.25 %(예를 들어, 0 % 내지 0.15 % 또는 0.05 % 내지 0.20 %) 양의 크롬(Cr)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 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 %, 또는 0.25 % Cr을 포함할 수 있다. 몇몇 경우, Cr은 합금에 존재하지 않는다(즉, 0 %). 모두 wt. %로 표현된다.

몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 0 % 내지 0.006 %(예를 들어, 0 % 내지 0.005 % 또는 0.001 % 내지 0.004 %) 양의 니켈(Ni)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.001 %, 0.002 %, 0.003 %, 0.004 %, 0.005 %, 또는 0.006 % Ni를 포함할 수 있다. 몇몇 경우, Ni는 합금에 존재하지 않는다(즉, 0 %). 모두 wt. %로 표현된다.

몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 0 % 내지 0.15 %(예를 들어, 0.01 % 내지 0.15 % 또는 0.05 % 내지 0.1 %) 양의 아연(Zn)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 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 %, 또는 0.15 % Zn을 포함할 수 있다. 몇몇 경우, Zn은 합금에 존재하지 않는다(즉, 0 %). 모두 wt. %로 표현된다.

몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 0 % 내지 0.17 %(예를 들어, 0.01 % 내지 0.15 % 또는 0.05 % 내지 0.1 %) 양의 티타늄(Ti)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 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 %, 또는 0.17 % Ti를 포함할 수 있다. 몇몇 경우, Ti는 합금에 존재하지 않는다(즉, 0 %). 모두 wt. %로 표현된다.

몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 0 % 내지 0.05 %(예를 들어, 0 % 내지 0.04 % 또는 0.001 % 내지 0.01 %) 양의 납(Pb)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 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 %, 또는 0.050 % Pb를 포함할 수 있다. 몇몇 경우, Pb는 합금에 존재하지 않는다(즉, 0 %). 모두 wt. %로 표현된다.

몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 0 % 내지 0.005 % (예를 들어, 0 % 내지 0.004 % 또는 0 % 내지 0.001 %) 양의 베릴륨(Be)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 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 %, 또는 0.005 % Be를 포함할 수 있다. 몇몇 경우, Be는 합금에 존재하지 않는다(즉, 0 %). 모두 wt. %로 표현된다.

6xxx 알루미늄 합금은 다양한 목적으로, 이를테면 다른 목적들 중에서도, 기계적, 물리적 또는 부식 속성들(예를 들어, 강도, 인성, 내피로성, 및/또는 내식성)을 향상시키기 위해, 상승된 온도에서의 속성들을 향상시키기 위해, 주조를 용이하게 하기 위해, 주물 또는 가공용 결정 구조를 제어하기 위해, 그리고/또는 절삭성을 향상시키기 위해, 때때로 불순물로 지칭되는, 다양한 3차 원소를 포함할 수 있다. 존재할 때, 이러한 3차 원소들은 Ag, Li, Sn, Bi, Sr, Sb, V, Zr, Sc, Hf, Mo, Co, 및 희토류 원소들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 존재할 때, 3차 원소는 일반적으로 최대한 0.05 wt. % 양으로 합금에 포함된다. 모든 3차 원소의 합은 0.15 wt. %를 초과하지 않는다. 각 합금의 나머지 퍼센트는 알루미늄이다.

본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금들에 대한 대표적인 범위들이 아래에 나열된다. 뒤따르는 6xxx 알루미늄 합금 예들에서, 각 예에서 언급되지 않는 나머지는 Al임이 이해되어야 한다.

일례로, 다음을 포함하는 6xxx 알루미늄 합금이 본 출원에 설명된다:

다른 예로, 다음을 포함하는 6xxx 알루미늄 합금이 본 출원에 설명된다:

또 다른 예로, 다음을 포함하는 6xxx 알루미늄 합금이 본 출원에 설명된다:

속성들:

설명된 6xxx 알루미늄 합금들은 예상외로 다수의 특유하고 유리한 속성들을 지니는 것으로 밝혀졌다. 해당 기술분야의 통상의 기술자들은 알루미늄 속성들, 이를테면, 이에 한정되는 것은 아니지만, 강도, 연신율, 굽힘성형성, 및 외관은 알루미늄 시트가 제조되는 방법들에 의해 조정될 수 있다는 것을 안다. 또한 하나의 속성을 증가시키는 것은 다른 속성을 감소시킬 수 있기 때문에 이러한 속성들 중 몇몇 속성을 갖는 알루미늄 시트를 생성하는 것은 어렵고 예측 불가능하다는 것이 알려져 있다. 그러나, 개시된 합금들은 알루미늄 시트들의 다른 속성들에 불리하게 영향을 미치지 않고 유리한 속성들의 조합을 보인다. 예를 들어, 개시된 합금들은 예상외로 높은 강도 및 적합한 굽힘성형성 양자를 보인다. 몇몇 예에서, 본 출원에 설명된 바와 같은 알루미늄 합금은 개선된 T4 및 도장 베이킹 이후 강도, 감소된 로핑(roping), 및 개선된 헤밍성(hemmability)을 지니고, 다음 속성들: 적어도 100 MPa의 T4 항복 강도; 적어도 200 MPa의 T4 인장 강도; 적어도 160 MPa의 T82 항복 강도; 적어도 20%의 균일 연신율 및 전연신율; 또는 적어도 200 MPa의 도장 베이킹 이후 항복 강도 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다음은 설명된 합금들의 비-제한적인 향상된 속성들이다.

높은 T4 강도:

개시된 알루미늄 합금들은 배치 어닐링 이후 적어도 100 MPa(예를 들어, 적어도 105 MPa, 적어도 110 MPa, 적어도 115 MPa, 적어도 120 MPa, 적어도 125 MPa, 적어도 130 MPa, 적어도 135 MPa, 적어도 140 MPa, 또는 적어도 145 MPa)의 T4 항복 강도 및 적어도 200 MPa(예를 들어, 적어도 205 MPa, 적어도 210 MPa, 적어도 215 MPa, 적어도 220 MPa, 적어도 225 MPa, 적어도 230 MPa, 적어도 235 MPa, 적어도 240 MPa, 적어도 245 MPa, 적어도 250 MPa, 또는 적어도 255 MPa)의 T4 인장 강도를 가질 수 있다. 이는 도 4에 제시된 바와 같이, 유사한 용체화 조건들 하에서 본 발명의 자기 어닐링된 합금들에 비해 약 25 MPa 더 높은 항복 강도 및 약 35 MPa 더 높은 인장 강도와 같다. 추가적으로, 다른 이점은 Mg₂Si 입자들이 자기 어닐링된 제품들과 달리 보다 낮은 피크 금속 온도에서 용해하기에 충분히 미세하다는 것을 시사하면서, 배치 어닐링된 시트가 다양한 조건에서 유사한 항복 강도들을 보인다는 것이다. 본질적으로, 본 방법은 자기 어닐링된 제품보다 양호한 합금 화학 영향을 구분 짓기에 적합하다.

높은 도장 베이킹 이후 강도:

개시된 알루미늄 합금들은 20분 동안 180 ℃의 도장 베이킹 조건으로 배치 어닐링한 이후 적어도 160 MPa(예를 들어, 적어도 165 MPa, 적어도 170 MPa, 적어도 175 MPa, 적어도 180 MPa, 적어도 185 MPa, 적어도 190 MPa, 또는 적어도 200 MPa)의 도장 베이킹 이후 항복 강도를 가질 수 있다. 이는 도 5에 도시된 바와 같이, 자기 어닐링된 합금들에 비해 약 45 MPa 내지 55 MPa 더 높은 항복 강도와 같다. 도장 베이킹 이후 및 T4 조건들 간 50 MPa의 항복 강도 차는 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 합금 및 방법에 의해 매우 용이하게 충족된다. 유사하게, 60분 동안 180℃의 도장 베이킹 조건으로 도장 베이킹한 이후 강도가 도 6에 제시된다. 표준 자기 어닐링된 금속과 비교하여, 본 발명의 합금 및 방법의 도장 베이킹에 대한 상당히 높은 반응을 볼 수 있다. 신규한 합금 및 방법 조합은 고객에 의해 요구되는 최소 강도를 초과하는 재료들을 가능하게 한다. 표 1은 표준 및 본 발명의 합금 및 방법 양자에 대한 용체화 처리된(T4) 그리고 도장 베이킹된 상태들 양자에 대한 기계적 속성들을 나열한다.

굽힘성형성:

개시된 알루미늄 합금들은 높은 굽힘성형성을 보인다. 굽힘성형성은 굽힘각에 의해 평가될 수 있다. 본 출원에 설명된 알루미늄 합금들은 T4 템퍼에서 약 10° 미만의 굽힘각들을 가질 수 있다. 예를 들어, 본 출원에 설명된 알루미늄 합금들은 T4 템퍼에서, 약 9° 미만, 약 8° 미만, 약 7° 미만, 약 6° 미만, 약 5° 미만, 약 4° 미만, 약 3° 미만, 약 2° 미만, 또는 약 1° 미만의 굽힘각들을 가질 수 있다.

감소된 로핑:

15초 및 45초 동안 550℃에서의 용체화 처리 이후, 개시된 알루미늄 합금들은 자기 어닐링된 합금과 비교하여 상당히 양호한 로핑을 보였다. 로핑은 먼저 시트를 10% 신장시킨 다음 관심 특징들을 강조하기 위해 샤프닝 스톤으로 표면을 갈아서 측정하였다. 그 다음 시트 샘플들을 표준들과 비교하였다. 로핑 테스트의 결과들 및 사용되는 로핑 등급 척도가 도 8 및 도 2에 제시된다.

개선된 플랫 헤밍 성능:

15초 동안 550℃에서의 용체화 처리 이후, 개시된 알루미늄 합금들은 표 3에 제시된 바와 같이 자기 어닐링된 합금과 유사한 또는 보다 양호한 플랫 헤밍 반응을 보였다. 헴 테스트는 시트를 모든 세 개의 방향에서 7 % 및 15 % 사전 변형시킨 이후 수행하였다. 그 다음 헤밍된 샘플들을 표준들 및 헴 외관에 기초하여 부여된 등급들과 비교했다.

보다 빠른 CASH 속도:

본 출원에서 논의된 바와 같이, 마지막 열간 압연 패스에 뒤이은 배치 어닐링 이후 낮은 배출 온도는 자기 어닐링된 재료와 비교하여 상당히 더 작은 Mg₂Si 입자들을 생성하며 (도 2 및 3 참조), 이는 결과적으로 보다 빠른 CASH 속도를 가능하게 한다. 본 출원에 설명된 방법은 몇 가지 예를 들어, CASH 성능, 속도, 및 효율을 적어도 10%, 적어도 15%, 적어도 20%, 또는 적어도 25%만큼 증가시킨다.

방법:

또한, 재압연 및 중간 게이지 양자에서, 적어도 300 ℃이하의 열간 압연 배출 온도 및 어닐링(예를 들어, 배치 어닐링)의 조합을 수반하는 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 제품들을 생성하기 위한 신규한 방법이 개시된다. 나아가, 본 출원에 설명된 방법은 상당히 더 높은 T4 및 도장 베이킹 이후 강도, 양호한 로핑 제어, 빠른 CASH 라인 속도, 및 개선된 헤밍성을 갖는 6xxx 알루미늄 합금 제품들을 제공한다.

일례로, 본 출원에 설명된 방법은 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 어닐링(예를 들어, 배치 어닐링), 냉간 압연, 및 CASH를 수반한다. 다른 예로, 본 출원에 설명된 방법은 균질화, 열간 압연(a - 배출 온도 코일화 이후, 즉시 어닐링 노에 배치시키는 단계; b - 배출 온도 코일화 이후, 실온으로 냉각시킨 다음 어닐링 노에 배치시키는 단계), 어닐링(예를 들어, 배치 어닐링), 냉간 압연, 및 CASH를 수반한다.

균질화:

잉곳 균질화는 이에 제한되는 것은 아니나, 잉곳을 10시간 이하 동안 500 - 600 ℃(예를 들어, 500 ℃, 510 ℃, 520 ℃, 530 ℃, 540 ℃, 550 ℃, 560 ℃, 570 ℃, 580 ℃, 590 ℃, 또는 600 ℃) 사이로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 잉곳은 10시간 이하, 9시간 이하, 8시간 이하, 7시간 이하, 6시간 이하, 5시간 이하, 4시간 이하, 3시간 이하, 2시간 이하, 또는 1시간 이하 동안 가열될 수 있다. 일 실시예에서, 잉곳은 > 6시간 동안 560 ℃에서 가열된 다음 >1시간 동안 540 ℃에서 가열된다. 잉곳은 다양한 주조 방법, 이를테면 DC(direct chill) 주조에 의해 제조될 수 있다.

열간 압연:

열간 압연 동안, 온도 및 다른 동작 파라미터들은 열간 압연기에서 배출 시 알루미늄 합금 열간 압연된 중간 생성물의 온도가 300 ℃ 이하, 290 ℃ 이하, 280 ℃ 이하, 또는 270 ℃ 이하이도록 제어될 수 있다. 일례로, 배출 온도는 약 260 ℃이다. 일례로, 배출 온도는 약 250 ℃이다. 다른 예로, 배출 온도는 약 240 ℃이다. 또 다른 예로, 배출 온도는 약 230 ℃이다. 또 다른 예로, 배출 온도는 약 220 ℃이다.

잉곳은 약 200 ℃ 내지 500 ℃ 사이에서 열간 압연될 수 있다. 예를 들어, 잉곳은 약 225 ℃ 내지 475 ℃, 약 250 ℃ 내지 450 ℃, 약 275 ℃ 내지 425 ℃, 또는 약 300 ℃ 내지 400 ℃ 범위의 온도에서 열간 압연될 수 있다. 열간 압연된 시트는 10 mm 이하(예를 들어, 3 - 10 mm 사이)의 게이지를 가질 수 있다. 예를 들어, 열간 압연된 시트는 10 mm 이하, 9 mm 이하, 8 mm 이하, 7 mm 이하, 6 mm 이하, 5 mm 이하, 4 mm 이하, 또는 3 mm 이하의 게이지를 가질 수 있다.

본 출원에 설명된 바와 같이, 열간 압연 단계의 배출 온도는 제어하는 것은 원하는 미세구조를 제공한다, 즉, 큰 Mg₂Si 조립자들의 침전을 저해하며, 이는 더 처리될 때, 높은 T4 및 도장 베이킹 이후 강도, 보다 양호한 로핑, 및 보다 빠른 CASH 속도를 갖는 제품을 제공한다.

열간 압연된 알루미늄 합금 중간 생성물의 배출 온도는 제어하는 것은 임의의 종래 방법으로, 이를테면 고온 밀 동작 조건들, 이를테면 냉각 윤활유의 범위, 압연 속도, 또는 전형적인 고온 밀 상의 다양한 단계 간 시간 지연의 제어를 통해 이루어질 수 있다. 그 다음 열간 압연된 중간 생성물의 온도는 공지된 기술들을 사용하여, 이를테면 접합 열전대들 또는 광 고온계에 의해 모니터링될 수 있다. 모니터링된 고온 밀 배출 온도는 위에서 설명된 바와 같이 냉각 윤활유, 밀 속도, 또는 그 밖에 유사한 것을 사용하여 열간 압연 동안 슬래브들을 냉각시키거나 온도를 제어하는 것과 함께 피드백 제어 방식으로 사용될 수 있다. 즉, 밀 배출 온도는 배출 온도를 명시된 범위 내에 유지하기 위해 압연 동작의 조절에 영향을 줄 수 있다.

배치 어닐링:

배치 어닐링은 냉간 압연 공정의 고온 밴드 게이지 또는 몇몇 중간 게이지 중 어느 하나에서, 로핑이 거의 없거나 없는 제품에 적합한 텍스처를 생성할 수 있다. 배치 어닐링 단계에서 코일들을 가열하는 동안, 미세구조는 고밀도의 상대적으로 미세한 가용성 입자들, 이를테면 Mg₂Si로 채워지게 된다. 이러한 미세한 침전물은 종래 자기 어닐링된 제품과 비교하여 용체화 처리 라인 상에서 상대적으로 낮은 온도 및 소킹 시간 열 처리 요건으로 최종 생성물의 탁월한 로핑 및 헤밍 특성들과 함께 공급된 그대로의 템퍼(T4) 및 도장 베이킹 템퍼들의 인장 속성들의 원하는 조합을 초래한다.

배치 어닐링 동안, 코일화된 알루미늄 시트는 약 40 ℃/시간 내지 60 ℃/시간(예를 들어, 40 ℃/시간, 45 ℃/시간, 50 ℃/시간, 55 ℃/시간, 또는 60 ℃/시간)의 비율로 약 350 ℃ 내지 450 ℃(예를 들어, 350 ℃, 360 ℃, 370 ℃, 380 ℃, 390 ℃, 400 ℃, 410 ℃, 420 ℃, 430 ℃, 440 ℃, 또는 450 ℃)의 온도로 가열될 수 있다.

몇몇 경우, 알루미늄 시트는 약 50 ℃/시간의 비율로 약 400 ℃의 온도로 가열될 수 있다. 유지 시간은 1시간 이하, 2시간 이하, 3시간 이하, 4시간 이하, 또는 5시간 이하일 수 있다. 일례로, 유지 시간은 2시간이다. 일례로, 그 다음 알루미늄 시트는 적어도 5 ℃/시간의 비율로 실온으로 냉각될 수 있다. 다른 예로, 알루미늄 시트는 적어도 7 ℃/시간의 비율로 실온으로 냉각될 수 있다. 일례로, 알루미늄 시트는 적어도 9 ℃/시간의 비율로 실온으로 냉각될 수 있다. 다른 예로, 알루미늄 시트는 적어도 10 ℃/시간의 비율로 실온으로 냉각될 수 있다.

어닐링 공정은 배치 어닐링으로 제한되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 어닐링 공정은 또한 연속 어닐링을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시트는 시트를 연속 어닐링 용체화(CASH) 라인을 통과시킴으로써 연속 어닐링될 수 있다.

냉간 압연:

알루미늄 시트는 종래 냉간 압연기들 및 기술을 사용하여 냉간 압연될 수 있다. 냉간 압연된 시트는 0.5 - 4.5 mm 사이, 0.7 - 4.0 mm 사이, 또는 0.9 - 3.5 mm 사이의 게이지를 가질 수 있다. 일례로, 냉간 압연된 시트는 약 1.0 mm의 게이지를 갖는다. 다른 예로, 냉간 압연된 시트는 약 0.8 mm의 게이지를 갖는다. 또 다른 예로, 냉간 압연된 시트는 약 1.2 mm의 게이지를 갖는다. 냉간 가공된 감소량은 65% 이하, 70% 이하, 75% 이하, 80% 이하 또는 85% 이하일 수 있다.

연속 어닐링 용체화(CASH) 처리:

용체화 처리는 가용성 입자들의 용체화를 야기하는 합금에 대한 임의의 종래 처리일 수 있다. 알루미늄 시트는 약 500 ℃ 내지 580 ℃ 범위의 피크 금속 온도(예를 들어, 500 ℃, 510 ℃, 520 ℃, 530 ℃, 540 ℃, 550 ℃, 560 ℃, 570 ℃, 또는 580 ℃)로 가열될 수 있고 일정한 시간 기간 동안 미리 결정된 온도를 초과해서 소킹(즉, 나타낸 온도로 유지)될 수 있다. 몇몇 예에서, 시트들은 약 10분 이하 동안(예를 들어, 포괄적으로, 1초 내지 10분) 소킹하게 된다. 예를 들어, 시트는 약 5초 이하, 10초 이하, 15초 이하, 30초 이하, 45초 이하, 1분 이하, 2분 이하, 3분 이하, 4분 이하, 5분 이하, 6분 이하, 7분 이하, 8분 이하, 9분 이하, 또는 10분 이하 동안 소킹될 수 있다. 용체화 처리 동안 대표적인 조건들은 540 ℃를 초과하는 온도에서의 30초 또는 60초의 소킹 시간을 포함한다. 일례로, 알루미늄 합금은 15 또는 45초 동안 540 ℃를 초과하여 유지되는 스트립으로 550 ℃로 가열된다. 가열 및 소킹 이후, 스트립은 10 ℃/s (예를 들어, 15 ℃/s 이상, 20 ℃/s 이상, 또는 25 ℃/s 이상)를 초과하는 비율로 500 - 200 ℃ 사이의 온도로 급속 냉각된다. 일례로, 알루미늄 합금은 스트립이 450 - 250 ℃ 사이로 냉각되는 20 ℃/초를 초과하는 담금질 비율을 갖는다. 냉각 비율은 다른 예들에서 더 빠를 수 있다.

담금질 이후, 알루미늄 스트립은 코일화되기 이전 재가열 단계를 거칠 수 있다. 재가열 단계는 시트를 복사 가열, 대류 가열, 유도 가열, 또는 적외선 가열 등으로 이루어지는 가열 디바이스를 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 스트립 코일화를 가능하게 하기 위해 시트 재가열 단계는 약 55 ℃ 내지 110 ℃ 범위의 온도에서(예를 들어, 55 ℃, 60 ℃, 65 ℃, 70 ℃, 75 ℃, 80 ℃, 85 ℃, 90 ℃, 95 ℃, 100 ℃, 105 ℃, 또는 110 ℃) 수행될 수 있다.

본 출원에 설명된 합금들 및 방법들은 몇 가지 예를 들어, 자동차, 해양, 항공우주, 및/또는 운수 적용예들에 사용될 수 있다. 몇몇 경우, 합금들 및 방법들은 외측 패널들을 포함하여, 자동차 차체 제품들을 제조하기 위해 사용될 수 있다.

다음 예들은 동시에, 그러나, 임의의 제한이 되는 것으로 여겨지지 않고, 본 발명을 더 예시하는 역할을 할 것이다. 그와는 반대로, 본 출원에서의 설명을 읽은 후, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 그것들 자체를 제시할 수 있는, 다양한 실시예, 그것들의 변형예 및 등가물에 의지될 수 있다는 것이 명백하게 이해되어야 한다. 다음 예들에서 설명된 연구 동안, 다르게 서술되지 않는 한, 종래 방법들을 따랐다. 종래 방법들 중 몇몇이 예시적인 목적들로 아래에 설명된다.

예들

예 1

알루미늄 시트들의 제조

98.03 - 98.06 wt. % Al, 0.78-0.83 wt. % Si, 0.22 - 0.24 wt. % Fe, 0.10 - 0.11 wt. % Cu, 0.08 - 0.09 wt. % Mn, 0.64 - 0.65 wt. % Mg, 0.015 -0.019 wt. % Cr, 0.006 wt. % Ni, 0.011 - 0.016 wt. % Zn, 및 0.016 wt. % Ti를 함유하는 다섯 개의 샘플을 DC 주조했다. 잉곳들을 6시간을 초과하는 동안 560 ℃로 균질화하고, 540 ℃로 냉각하며, 1시간을 초과하는 동안 해당 온도에 유지했다. 그 다음 잉곳들은 균질화 피트들에서 열을 추출하고 열간 압연을 위한 테이블 상에 놓였다. 열간 압연 단계는 잉곳들을 가역식 밀을 통해 진행시킨 뒤 두께가 더 감소된 연속 밀에서 열간 압연하는 단계를 포함했다. 열간 압연된 재료의 최종 배출 온도는 200 내지 300 ℃ 범위의 코일화 온도를 획득하는 목표가 되었다. 코일을 375 ℃ 내지 425 ℃의 원하는 온도로 가열시킨 뒤, 최소 60분 동안 소킹하는 단계를 포함한, 배치 어닐링 단계를 수행했다. 어닐링은 약 8시간의 전체 배치 어닐링 열 처리 사이클 시간으로 질소 분위기에서 수행했다. 코일들을 노에서 추출하고 냉간 압연 이전에 실온으로 냉각되게 했다. 코일들의 완전 어닐링 이후 냉간 압연을 수행했다. 모든 코일을 임의의 중간 어닐링 없이 고온 밴드 게이지에서 최종 게이지로 냉간 압연했다.

15, 30, 또는 45초의 소킹 시간으로 약 550 ℃, 약 562 ℃, 및 약 575 ℃의 피크 금속 온도에서 CASH를 수행했다. 약 18 ℃/초 내지 약 50 ℃/초의 비율로 담금질 비율이 약 450 ℃ 내지 약 250 ℃ 사이인 모든 제품에 대해 표준 강제 공기 냉각을 사용했다. 리와인드 금속 온도는 약 95 ℃였다.

예 2

최종 인장 강도 및 항복 강도의 결정

코일들은 예 1에서 위에서 설명된 바와 같이 제조했고 15초 및 45초 동안 약 550 ℃의 피크 금속 온도로 용체화 처리했다. ASTM B557 및 ASTM E8-11에 따라 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 방법들을 사용하여 균일 연신율 및 전연신율 및 인장 항복 강도를 결정했다.

T4 템퍼 시트들의 5개의 코일 플랜트 시험 테스트의 기계적 속성 결과들이 표 4에 제시된다. 도 4는 자기 어닐링(self-anneal; SA) 및 배치 어닐링(batch anneal; BA) 이후 청구된 합금들의 T4 인장 항복 강도(tensile yield strengths; TYS, MPa 단위) 및 최종 항복 강도(ultimate yield strengths; UTS, MPa 단위)의 비교이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 표준 자기 어닐링된 제품 코일들로부터의 평균 항복 강도와 비교하여 본 발명의 합금 및 방법에서 개선된 T4 항복 강도가 획득되었다.

예 3

T4 균일 연신율 및 전연신율의 결정

ASTM B557 및 ASTM E8-11에 따라 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 방법들을 사용하여 위에서 설명된 코일들로부터의 시트들에 대한 균일 연신율 및 전연신율을 결정했다. 표 5 및 표 6은 플랜트 시험 테스팅의 균일 연신율 및 전연신율 결과들을 제시한다.

예 4

도장 베이킹 인장 항복 강도의 결정

ASTM B557 및 ASTM E8-11에 따라 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 방법들을 사용하여 위에서 설명된 코일들로부터의 시트들에 대한 도장 베이킹 인장 항복 강도를 결정했다. 도 5는 2% 사전-변형된 뒤 180 ℃/20분 노출하는 테스팅으로부터 획득되는 도장 베이킹 이후 항복 강도를 예시한다. 도장 베이킹 이후 강도는 전형적인 고객 항복 강도와 비교하여 본 발명의 합금 및 방법에서 상당히 더 높다.

예 5

Mg ₂ Si 크기 분포

SEM을 사용하여 Mg₂Si 크기 분포를 관찰했다. 배치 어닐링된 코일들로부터 취해진 샘플들이 자기 어닐링된 코일들로부터 취해지는 샘플들로부터 더 작은 입자 크기들을 보였다(도 2 및 도 3).

예 6

로핑의 결정

로핑은 6xxx 합금들에서 발견되는, 띠 모양의 표면 토폴로지를 야기하는 방향성 입자들의 큰 세트들의 집단적 변형이다. 이러한 입자 세트들은 소성 변형 동안 활성화되고 압연 방향에 평행하게 지향된다. 이러한 띠들은 일반적으로 있는 그대로의 샘플들 상에서는 감지할 수 없으나, 이러한 입자 세트들이 상이한 높이의 위치들(마루와 골)을 가지기 때문에, 그것들은 예를 들어, 래커 칠, 또는 표면 다듬질 이후 시각적으로 감지할 수 있다. 로핑 기준은 표 2에 제시된 바와 같이 시각적으로 평가했다.

도 8은 표준 제품 자기 어닐링된 코일과 함께 시험 코일들의 로핑 샘플들을 제시한다. 로핑 상태를 강조하기 위해 샘플들을 압연 방향에 횡방향으로 10% 사전-변형한 뒤 다듬질했다. 개시된 합금들 및 방법들 전체는 허용가능한 표면 로핑 등급들을 제공한다.

예 7

플랫 헴 성능

표 3은 T4 템퍼의 배치 어닐링된 코일들과 비교하여 자기 어닐링된 코일들에 대한 플랫 헴 테스트 결과들을 나열한다. 재료를 15초 동안 550 ℃에서 CASH 라인의 둔 다음 60일 자연 숙성했다.

표 4는 10 및 15% 사전-변형한 T4 템퍼의 배치 어닐링된 시험 코일들에 대한 플랫 헴 성능 등급들을 나열한다. 전반적으로 등급들은 1s 및 2s이며, 이들은 허용가능한 것으로 고려된다(표 3 참조). 15% 사전-변형한 L 방향으로 테스트된 하나의 코일 샘플은 3 등급을 보였다. 이러한 보다 높은 헴 등급은 해당 코일에 대해 관찰되는 높은 항복 강도에 기여했다.

예 8

합금 인장 속성들 및 파쇄정도에 대한 Cr 및 Mn의 영향

아래 표에 제시된 조성을 갖는 알루미늄 합금들을 예 1에서 설명된 방법에 따라 제조했다. 합금 1 및 합금 2는 참조 합금들이다. 합금 3은 참조 합금들보다 많은 양의 Mn을 포함하고 구리가 없는 합금이다. 합금 4는 참조 합금들보다 많은 양의 Cr을 포함하는 합금이다. 합금 5는 참조 합금들보다 많은 양의 Mn 및 Cr을 포함하는 합금이다. 합금들 1, 2, 3, 4, 및 5의 각각에서, 조성의 나머지는 알루미늄이다.

합금들 1-5를 8시간 동안 530 ℃에서 가열함으로써 균질화했다. 합금을 역전식 밀을 통해 열간 압연한 다음, 냉간 압연했다. 합금들 1-5로 제조된 시트들의 각각의 최종 게이지 두께는 대략 1 mm였다. 시트들을 550 ℃에서 20초("20s"로 표기함) 또는 60초("60s"로 표기함) 동안 용체화한 다음, 물("WQ"로 표기함) 또는 공기("AQ"로 표기함)를 이용하여 담금질했다. T6 템퍼는 T4 시트들을 30분 동안 215 ℃에서 또는 30분 동안 225 ℃에서 가열함으로써 달성했다. T4 및 T6 시트들의 항복 강도 및 굽힘을 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 알려진 방법들을 사용하여 횡방향에서 결정했다. 인장 테스트들을 ISO/DIS 6892-1에 따라 수행했고 굽힘각 테스트들을 VDA238-100에 따라 수행했다.

20초 용체화 단계 뒤 공기 담금질 및 수중 담금질, 뿐만 아니라 60초 용체화 단계 뒤 수중 담금질을 이용하여 제조된, 합금들 1-5로 제조된 T4 시트들의 항복 강도 속성들을 결정했다. 도 9a를 참조하자. 결과들은 T4 강도가 다섯 개의 시트에 대해 대략 동일했음을 보인다. T4 시트들의 굽힘 속성들은 10%의 인장 사전 변형 이후 결정했다. 도 9b를 참조하자. 결과들은 공기 담금질에 의해 제조된 보다 많은 양의 Cr 및/또는 Mn을 함유하는 시트들(즉, 합금들 3, 4, 및 5로 제조된 시트들)이 개선된 굽힘 속성들을 보였음을 나타낸다.

20초 용체화 단계 뒤 공기 담금질 및 수중 담금질을 이용하여 제조된, 합금들 1-5로 제조된 T6 시트들의 인장 강도 속성들을 결정했다. 도 10a 및 도 10b를 참조하자. 결과들은 보다 많은 양의 Cr 및/또는 Mn을 함유하는 공기 담금질된 T6 시트(즉, 합금들 3, 4, 및 5로 제조된 시트들)가 참조 합금들 1 및 2로 제조된 시트들보다 대략 10-20 MPa의 강도의 감소를 보였음을 나타낸다. 도 10a를 참조하자. Cu를 배제한 수중 담금질된 시트(즉, 합금 3으로 제조된 시트)의 강도는 참조 합금들 1 및 2로 제조된 시트들보다 대략 10 MPa 더 낮았다.

T6 시트들의 굽힘 속성들을 결정했다. 도 10c 및 도 10d를 참조하자. 결과들은 보다 많은 양의 Cr 및/또는 Mn을 함유하는 시트들(즉, 합금들 3, 4, 및 5로 제조된 시트들)이 참조 합금들 1 및 2에 비해 개선된 굽힘 속성들을 보였음을 나타낸다. 덧붙여, T6 굽힘은 공기 담금질된 샘플들과 비교할 때 수중 담금질에 의해 제조된 Cr 및/또는 Mn 함유 시트들에 대해 더 개선되었다. 도 10c 및 도 10d를 참조하자.

샘플들의 파쇄정도를 결정하기 위해 압착 거동을 평가하기 위한 테스트들을 수행했다. 충돌 튜브들을 형성하기 위해 시트들(3 mm 두께)을 폴딩하고 볼트 체결했다. 튜브들을 프레스에서(수직 충돌 테스트들) 또는 준정적 3-지점 굽힘 기구에서(수평 충돌 테스트들) 일정한 준정적 속도로 수직 압축하여 테스트했다. 합금 5와 유사하게, Cr 및 Mn을 포함하는 시트들로 제조되고, 또한 합금 1 및 2와 유사한 참조 시트로 제조된 충돌 튜브들에 대해 파쇄정도를 결정했다. 수직 및 수평 테스트들을 수행했다. 수평 테스트들에 대해, 충돌 튜브들을 제조하기 위해 사용되는 시트들을 10시간 동안 180 ℃에서 가열 처리했다. 수직 테스트들을 위한 충돌 튜브들을 제조하기 위한 시트들을 15분 동안 185 ℃에서 가열했다. 도 11에 도시된 바와 같이, 증가된 양의 Cr 및 Mn을 함유하는 충돌 튜브들은 수직 압착 테스트 시 인열 없이 압착 시 성공적으로 폴딩된 반면, 참조 충돌 튜브들은 인열을 보였다. 증가된 양의 Cr 및 Mn을 함유하는 충돌 튜브들은 또한 참조 고정물과 비교할 때 수평 충돌 테스트 시 개선된 파쇄정도를 보였다. 도 12를 참조하자.

예 9

강도, 로핑, 및 헤밍 성능

코일 조성:

코일들을 아래 표에 제시된 조성을 갖는 알루미늄 합금들로 제조했다.

샘플 제조:

위에서 제시된 조성의 잉곳들을 6시간 동안 560 ℃로 가열하고, 잉곳들을 540 ℃로 냉각하며, 잉곳들을 2시간 동안 540 ℃에서 소킹하게 함으로써 잉곳들을 각각 균질화했다. 그 다음 잉곳들을 209 ℃ 내지 256 ℃ 범위의 온도에서 열간 압연 및 코일화했다. 코일 0127619를 2.54 mm 게이지로 열간 압연하고 다른 코일들은 5 mm 게이지로 열간 압연했다. 코일들의 각각에 대한 재압연은 조질의 Mg₂Si/Si 입자들이 상대적으로 없었고 입자 구조는 재결정화되었다. 네 개의 코일을 398 ℃ 내지 418 ℃ 범위의 소킹 온도에서 100분 소킹 시간으로 재압연 배치 어닐링했다. 재압연들은 완전히 재결정화되었고 종래 자기 어닐링된 재압연의 입자 구조보다 상대적으로 더 미세한 입자 구조를 보였다. CASH를 8 내지 15초 범위의 소킹 시간으로 약 539 ℃ 내지 555 ℃ 범위의 온도에서 수행했다. 물 또는 공기를 이용하여 담금질을 수행했다. 리와인드 금속 온도는 73 ℃ 내지 85 ℃의 범위였다.

로핑 분석:

코일들의 내측 직경들(ID) 및 외측 직경들(OD)을 압연 방향(90°) 및 압연 방향에 45°에서, 표 2에 제공된 등급 척도를 이용하여, 로핑에 대해 분석했다. 모든 코일은 적합한 로핑 결과들을 보였고 1 등급이 부여되었다. 코일 0127619에 대해 도 13a; 코일 0127622에 대해 도 13b; 그리고 코일들 0127602 및 0127681에 대해 도 13c를 참조하자.

4-5일 숙성된 샘플들: 인장 속성들 및 굽힘 등급들

4 또는 5일 자연 숙성 이후 코일들에 대해 인장 속성들을 결정했다. 구체적으로, 코일 0127619에 대한 인장 속성들을 4일 자연 숙성 이후 결정했고, 코일들 0127622, 0127602, 및 0127681에 대한 인장 속성들을 5일 자연 숙성 이후 결정했다. 결과들이 표 7에 제시된다. 모든 코일 샘플은 최종적으로 215 MPa보다 큰 인장 강도 레벨들 및 100-155 MPa의 범위 내 항복 강도 값들 보였다. 덧붙여, 각 코일에 대한 평균 연신율은 27 %보다 컸다. 평균 연신율은 다음과 같이 계산했다:

평균 연신율 = (횡 + 2^* 대각 + 종) / 4.

코일들의 굽힘 등급들을 결정했다. 코일들 0127622. 0127602, 및 0127681로부터의 샘플들은 15 mm 롤러들과 함께 3 지점 굽힘 기구 상에서 3.85 mm의 갭 및 0.50 mm 펀치를 이용하여 160°로 미리 굽혔다. 샘플들을 1 톤 아버 프레스 상에서 0.82 mm 심으로 헤밍했다. 코일 0127619로부터의 샘플을 180°로 미리 굽혔다. 표들 8-11은 0%, 5 %, 10%, 및/또는 15% 사전-변형하고 4 또는 5일 자연 숙성 이후 배치 어닐링된 시험 코일들 0127619(표 8), 0127622(표 9), 0127602(표 10), 및 0127681(표 11)에 대한 플랫 헴 성능 등급들을 나열한다. 테스트는 코일들의 내측 직경(ID) 및/또는 외측 직경(OD) 상에서 수행했다. 전반적으로, 등급들은 1s 및 2s 이며, 이들은 허용가능한 것으로 고려된다(표 3 참조).

24-45일 숙성된 샘플들: 인장 속성들 및 굽힘 등급들

24-45일 자연 숙성 이후 코일들에 대해 인장 속성들을 결정했다. 구체적으로, 코일 0127619에 대한 인장 속성들을 29일 자연 숙성 이후 결정했고, 코일 0127622에 대한 인장 속성들을 24일 자연 숙성 이후 결정했으며, 코일들 0127602 및 0127681에 대한 인장 속성들을 45일 자연 숙성 이후 결정했다. 결과들이 표 12에 제시된다. 모든 코일 샘플은 최종적으로 215 MPa보다 큰 인장 강도 레벨들 및 100-155 MPa의 범위 내 항복 강도 값들 보였다. 덧붙여, 각 코일에 대한 평균 연신율은 27 %보다 컸다. 평균 연신율은 다음과 같이 계산했다:

평균 연신율 = (횡 + 2^* 대각 + 종) / 4.

또한 위에서 설명된 코일 샘플들에 대한 인장 속성들을 도장 베이킹 이후 결정했다. 결과들이 표 13에 제시된다. 모든 코일 샘플은 최종적으로 280 MPa보다 큰 인장 강도 레벨들 및 200 MPa보다 큰 항복 강도 값들 보였다. 덧붙여, 각 코일에 대한 평균 연신율은 24 % 이상이었다. 평균 연신율은 위에서 제시된 식에 따라 계산했다.

코일들의 굽힘 등급들을 결정했다. 샘플을 180°로 미리 굽혔고 0.45 mm의 맨드릴 반경을 가졌다. 표 14는 0%, 5 %, 10%, 및/또는 15% 사전-변형하고 표기된 일수의 자연 숙성 이후 코일들 0127619, 0127622, 0127602, 및 0127681에 대한 헴 성능 등급들을 나열한다. 테스트는 코일들의 내측 직경(ID), 중심,중앙 및/또는 외측 직경(OD) 상에서 수행했다. 전반적으로, 5% 및 10% 사전 변형된 코일들에 대한 등급들은 1s 및 2s였으며, 이들은 허용가능한 것으로 고려된다(표 3 참조).

코일 0127622로부터 수중 담금질 및 공기 담금질에 의해 얻어진 항복 강도들, 뿐만 아니라 샘플들의 내측 및 외측 직경들로부터 얻어진 항복 강도들이 자연 숙성 시간(일 단위)에 따라 그려졌다. 도 14를 참조하자. 도 14에 도시된 바와 같이, 횡 항복 강도는 100일 이하의 자연 숙성 동안 100 내지 135 MPa 사이 값으로 제어되었다.

위에서 인용된 모든 특허, 간행물 및 초록은 본 출원에 그 전체가 참조로 원용된다. 본 발명의 다양한 실시예가 본 발명의 다양한 목적 성취로 설명되었다. 이러한 실시예들은 단지 본 발명의 원리들의 예시인 것으로 인식되어야 한다. 이의 많은 변형예들 및 적응예들이 다음 청구항들에 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 해당 기술분야의 통상의 기술자들에게 용이하게 분명할 것이다.

[표 1](계속)

[표 5](계속)

[표 5](계속)

[표 5](계속)

[표 6](계속)

Claims

0.62-0.95 wt. % Si, 0.11-0.40 wt. % Fe, 0.0 - 0.23 wt. % Cu, 0.05 - 0.22 wt. % Mn, 0.50 - 0.83 wt. % Mg, 0.01 - 0.25 wt. % Cr, 0.0-0.006 wt. % Ni, 0.0 - 0.15 wt. % Zn, 0.0 - 0.17 wt. % Ti, 0.15 wt. % 이하 불순물을 포함하며, 나머지가 Al인 알루미늄 합금이며,
상기 알루미늄 합금은 T4 템퍼에서 적어도 100 MPa의 항복 강도를 갖는,
알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
Mn 및 Cr의 합산된 함유량은 적어도 0.08 wt. % 인,
알루미늄 합금.
제1항에 있어서,
0.001-0.006 wt. % Ni을 포함하는,
알루미늄 합금.