KR102405219B1 - 다량의 재생 재료를 함유하는 고성능 알루미늄 합금 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

다량의 재생 재료를 함유하는 고성능 알루미늄 합금 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

바람직한 기계적 특성을 갖는 고성능 알루미늄 합금 제품 및 이를 제조하는 방법이 본 명세서에 제공된다. 본 명세서에 기술된 고성능 알루미늄 합금 제품은 다량의 재생 재료를 함유하고, 알루미늄 합금을 주조하여 주조 알루미늄 합금 제품을 형성하고 주조 알루미늄 합금 제품을 가공함으로써 제조된다. 주조 알루미늄 합금 제품을 가공하는 방법은 2가지 열간 압연 단계를 포함할 수 있다.

Description

다량의 재생 재료를 함유하는 고성능 알루미늄 합금 및 이를 제조하는 방법
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2017년 7월 6일자로 출원된 미국 가출원 제62/529,026호의 이익을 청구한다.
기술분야
본 개시는 일반적으로 야금(metallurgy)에 관련된 것으로, 보다 구체적으로는 재생 알루미늄 스크랩(recycled aluminum scrap)으로부터 알루미늄 합금을 제조하는 것에 관련된 것이다.
고성능 알루미늄 합금은 전형적으로 매우 낮은 불순물 수준을 갖는다. 재생 알루미늄 합금 스크랩은 다량의 불순물을 함유하고 있기 때문에, 재생 재료는 고성능 알루미늄 합금을 제조하는 데 사용하기에 부적합할 수 있다.
본 발명의 보호되는 구현예들은 본 발명의 내용 부분이 아니라 청구범위에 의해 정의된다. 본 발명의 내용 부분은 본 발명의 다양한 양태에 대한 고수준의 개요이며, 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 부분에서 더 설명되는 개념들의 일부를 소개한다. 여기의 발명의 내용 부분은 청구되는 기술요지의 핵심 또는 필수 특징들을 확인하려는 것도 아니고, 청구되는 기술요지의 범위를 결정하기 위해 별개로 이용되게 하려는 것도 아니다. 이러한 기술요지는 명세서 전체, 일부나 모든 도면, 및 각 청구범위의 적절한 부분을 참조해서 이해되어야 한다.
고성능 알루미늄 합금 제품 및 알루미늄 합금 제품을 생성하는 방법이 본 명세서에 기술된다. 알루미늄 합금 제품을 생성하는 방법은 적어도 약 30%(예컨대, 적어도 약 50% 또는 적어도 약 70%)의 양의 재생 함유물(recycled content)을 함유하는 용융 알루미늄 합금을 제공하는 단계, 용융 알루미늄 합금을 주조하여 주조 알루미늄 합금 제품을 생성하는 단계, 주조 알루미늄 합금 제품을 열간 압연하여 알루미늄 합금 핫 밴드(aluminum alloy hot band)를 생성하는 단계(본 명세서에서 제1 열간 압연 단계로 지칭됨), 알루미늄 합금 핫 밴드를 예열하는 단계, 및 알루미늄 합금 핫 밴드를 주조 알루미늄 합금 제품의 게이지(gauge)와 비교하여 두께가 적어도 약 50% 감소한 게이지로 열간 압연하는 단계(본 명세서에서 제2 열간 압연 단계로 지칭됨)를 포함한다.
주조는 연속 주조(continuous casting)에 의해 또는 직접 냉경 주조(direct chill casting)에 의해 수행될 수 있다. 선택적으로, 주조가 직접 냉경 주조에 의해 수행될 때, 본 방법은 주조 알루미늄 합금 제품을 열간 압연하는 단계 전에 주조 알루미늄 합금 제품을 균질화하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제공하는 단계는 알루미늄 합금, 알루미늄 스크랩, 또는 이들의 조합을 용융시키는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 용융 알루미늄 합금은 철을 포함한다. 철은 용융 알루미늄 합금의 중량을 기준으로 적어도 약 0.25 중량%(wt. %)(예컨대, 용융 알루미늄 합금의 중량을 기준으로 약 0.25 중량% 내지 약 0.50 중량%)의 양으로 존재할 수 있다. 선택적으로, 용융 알루미늄 합금은 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함한다.
본 명세서에 기술된 방법은 주조 단계 후에 주조 알루미늄 합금 제품을 담금질(quenching)하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 담금질은 약 20 ℃/s 내지 약 400 ℃/s의 속도로 수행될 수 있다. 주조 알루미늄 합금 제품은 주조 알루미늄 합금 제품의 게이지와 비교하여 두께가 약 30% 내지 약 80% 감소한 게이지를 갖는 알루미늄 합금 핫 밴드를 생성하도록 열간 압연될 수 있다.
본 명세서에 기술된 방법에 따라 제조되는 알루미늄 합금 제품이 또한 제공된다. 알루미늄 합금 제품은 철-함유 금속간 입자(intermetallic particle)를 포함할 수 있다. 철-함유 금속간 입자는 형상이 구형일 수 있다. 일부 경우에, 제품 내에 존재하는 철-함유 금속간 입자의 적어도 50% 또는 적어도 80%가 0.75 μm2 이하의 면적을 갖는다. 알루미늄 합금 제품은 자동차 차체 부품일 수 있다.
도 1a는 본 명세서에 기술된 바와 같은 예시적인 알루미늄 합금 가공 방법을 도시한 개략도이다.
도 1b는 본 명세서에 기술된 바와 같은 예시적인 알루미늄 합금 가공 방법을 도시한 개략도이다.
도 2는 철-함유 금속간 입자 형상에 대한 알루미늄 합금 가공의 영향을 보여주는 그래프이다.
도 3은 철-함유 금속간 입자 크기에 대한 알루미늄 합금 가공의 영향을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 명세서에 기술된 방법에 따라 가공된 알루미늄 합금 내의 철-함유 금속간 입자를 보여주는 주사 전자 현미경 사진이다.
도 5는 본 명세서에 기술된 방법에 따라 가공된 알루미늄 합금 내의 철-함유 금속간 입자를 보여주는 주사 전자 현미경 사진이다.
도 6은 본 명세서에 기술된 방법에 따라 가공된 알루미늄 합금 내의 철-함유 금속간 입자를 보여주는 주사 전자 현미경 사진이다.
도 7은 철-함유 금속간 입자 크기에 대한 알루미늄 합금 가공의 영향을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 명세서에 기술되고 재생 및 비-재생 재료로부터 제조된 바와 같은 합금의 기계적 특성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 명세서에 기술되고 재생 및 비-재생 재료로부터 제조된 바와 같은 합금의 기계적 특성을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 명세서에 기술되고 재생 및 비-재생 재료로부터 제조된 바와 같은 합금의 항복 강도 및 굽힘 각도를 보여주는 그래프이다.
바람직한 기계적 특성을 갖는 알루미늄 합금 제품 및 이를 주조하고 가공하는 방법이 본 명세서에 제공된다. 제품은 제품 내의 금속간 불순물 입자의 부정적인 영향을 감소 및/또는 제거하고 바람직한 기계적 특성과 같은 바람직한 특성을 유지하는 방식으로 주조된다. 놀랍게도, 알루미늄 합금 제품은 재생 재료(예컨대, 소비자 사용 후 스크랩(post-consumer scrap))로부터 생성될 수 있고, 높은 인장 강도, 균열 및/또는 파단 없는 우수한 성형성(formability), 및/또는 높은 파단 전 연신율과 같은, 고성능 알루미늄 합금 제품에 의해 보여지는 것과 유사한 바람직한 기계적 특성을 여전히 보일 수 있다.
본원에 기술된 알루미늄 합금 제품은 낮은 종횡비(예를 들어, 폭 대 높이 비)를 갖는 금속간 입자를 함유한다. 이와 같이, 금속간 입자는 형상이 원형 또는 구형이다. 이들 금속간 입자는 제품의 바람직한 기계적 특성을 향상시키고, 형상이 타원형 또는 바늘과 유사한 금속간 입자를 갖는 알루미늄 합금 제품과 비교하여 우수한 결과를 보인다. 금속간 입자를 함유하는 알루미늄 합금 제품은 2가지 열간 압연 단계를 포함할 수 있는, 본 명세서에 기술된 방법을 사용하여 제조된다.
정의 및 설명
본원에서 사용될 때, 용어 "발명", "상기 발명", "이 발명", 및 "본 발명"은 본 특허출원 및 하기의 청구범위의 기술요지 모두를 폭 넓게 언급하기 위한 것이다. 이 용어들을 포함하는 문구는 본원에 기술된 기술 요지를 제한하지 않고 이하의 특허청구범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에서, "시리즈"나 "6xxx"와 같은 알루미늄 산업 지정 명칭에 의해 식별된 합금에 대해 설명이 이루어진다. 알루미늄 및 그 합금을 명명하고 식별하는 데 가장 일반적으로 사용되는 번호 지정 체계에 대한 이해를 위해서는, 모두 알루미늄 협회에서 발행된 "International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys" 또는 "Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot"을 참조한다.
본원에서 사용되는, "일", "하나", 또는 "그"의 의미는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 단수 및 복수의 지시 대상을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "주조 알루미늄 합금 제품", "주조 금속 제품", "주조 제품" 등과 같은 용어는 호환가능하며, 직접 냉경 주조(직접 냉경 동시-주조(direct chill co-casting)를 포함함) 또는 반-연속 주조, 연속 주조(예를 들어 트윈 벨트 주조기(twin belt caster), 트윈 롤 주조기(twin roll caster), 블록 주조기(block caster), 또는 임의의 다른 연속 주조기의 사용에 의해서를 포함함), 전자기 주조, 핫 탑 주조(hot top casting), 또는 임의의 다른 주조 방법에 의해 생성되는 제품을 지칭한다.
본원에서 사용될 때, 플레이트는 일반적으로 약 15 mm보다 큰 두께를 갖는다. 예를 들어, 플레이트는 약 15 mm 초과, 약 20 mm 초과, 약 25 mm 초과, 약 30 mm 초과, 약 35 mm 초과, 약 40 mm 초과, 약 45 mm 초과, 약 50 mm 초과, 또는 약 100 mm 초과의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 지칭할 수 있다.
본원에서 사용될 때, 쉐이트(시트 플레이트라고 지칭되기도 함)는 일반적으로 약 4 mm 내지 약 15 mm의 두께를 갖는다. 예를 들어, 쉐이트는 약 4 mm, 약 5 mm, 약 6 mm, 약 7 mm, 약 8 mm, 약 9 mm, 약 10 mm, 약 11 mm, 약 12 mm, 약 13 mm, 약 14 mm, 또는 약15 mm의 두께를 가질 수 있다.
본원에서 사용될 때, 시트는 일반적으로 두께가 약 4 mm 미만인 알루미늄 제품을 지칭한다. 예를 들어, 시트는 약 4 mm 미만, 약 3 mm 미만, 약 2 mm 미만, 약 1 mm 미만, 약 0.5 mm 미만, 약 0.3 mm 미만, 또는 약 0.1 mm 미만의 두께를 가질 수 있다.
본 출원에서는 합금 템퍼 또는 상태를 참조한다. 가장 일반적으로 사용되는 합금 템퍼에 대한 설명을 이해하기 위해서는 "American National Standards (ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems"을 참조한다. F 상태 또는 템퍼는 제조된 그대로의 알루미늄 합금을 지칭한다. O 상태 또는 템퍼는 어닐링 후의 알루미늄 합금을 지칭한다. 본원에서 H 템퍼로도 지칭되는 Hxx 상태 또는 템퍼는 열처리(예를 들어, 어닐링)를 하거나 하지 않고 냉간 압연한 후의 비열처리 가능한 알루미늄 합금을 지칭한다. 적합한 H 템퍼에는 HX1, HX2, HX3 HX4, HX5, HX6, HX7, HX8 또는 HX9 템퍼가 포함된다. T1 상태 또는 템퍼는 열간 가공으로부터 냉각되고 자연적으로(예를 들어, 실온에서) 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T2 상태 또는 템퍼는 열간 가공으로부터 냉각되고, 냉간 가공되고, 자연적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T3 상태 또는 템퍼는 고용화 열처리되고, 냉간 가공되고, 자연적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T4 상태 또는 템퍼는 고용화 열처리되고, 자연적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T5 상태 또는 템퍼는 열간 가공으로부터 냉각되고 인위적으로(예를 들어, 상승 온도에서) 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T6 상태 또는 템퍼는 고용화 열처리되고 인위적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T7 상태 또는 템퍼는 고용화 열처리되고 인위적으로 과시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T8x 상태 또는 템퍼는 고용화 열처리되고, 냉간 가공되고, 인위적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T9 상태 또는 템퍼는 고용화 열처리되고 인위적으로 시효되고, 냉간 가공된 알루미늄 합금을 지칭한다. W 상태 또는 템퍼는 용체화 처리 후의 알루미늄 합금을 지칭한다.
본원에서 사용될 때, "실온"의 의미는 약 15℃ 내지 약 30℃, 예를 들어 약 15℃, 약 16℃, 약 17℃, 약 18℃, 약 19℃, 약 20℃, 약 21℃, 약 22℃, 약 23℃, 약 24℃, 약 25℃, 약 26℃, 약 27℃, 약 28℃, 약 29℃, 또는 약 30℃의 온도를 포함할 수 있다.
본원에 개시된 모든 범위는 그에 포함되는 임의의 하위 범위 및 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"으로 기술되는 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이(양단을 포함)의 임의의 하위 범위 및 모든 하위 범위, 즉 1 이상(예를 들어 1 내지 6.1)의 최소값에서 시작하여 10 이하(예를 들어, 5.5 내지 10)의 최대값으로 끝나는 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 간주해야 한다.
아래에서 알루미늄 합금들은 합금의 총 중량을 기준으로 한 중량 퍼센트(wt. %)로 나타낸 그들의 원소 조성으로 기재된다. 각 합금의 특정 실시예에서, 잔부는 불순물의 합계에 대해 최대 0.15wt.%를 갖는 알루미늄이다.
주조 및 가공을 위한 방법 및 시스템
고함량의 재생 재료를 함유하는 고성능 알루미늄 합금 제품은 알루미늄 합금을 주조하여 주조 알루미늄 합금 제품을 형성하고 주조 알루미늄 합금 제품을 가공함으로써 제조된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "고함량"의 재생 재료를 함유하는 알루미늄 합금 제품은 적어도 30%의 재생 함유물을 함유하는 알루미늄 합금 제품을 지칭한다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90%, 또는 적어도 95%의 재생 함유물로부터 제조될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 알루미늄 합금 제품을 생성하는 방법은 용융 알루미늄 합금을 제공하는 단계, 용융 알루미늄 합금을 주조하여 주조 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계, 및 알루미늄 합금 제품을 예를 들어 담금질, 열간 압연, 온간 압연(warm rolling), 및/또는 예열을 비롯한 하나 이상의 단계에 의해 가공하여 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 2가지 열간 압연 단계를 사용하여 알루미늄 합금 제품을 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
용융 알루미늄 합금 제공
용융 알루미늄 합금을 제공하는 단계는 당업계에 알려진 방법을 사용하여 알루미늄 합금을 용융시키는 단계를 포함할 수 있다. 알루미늄 합금은 예를 들어 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금일 수 있다. 용융 알루미늄 합금을 제공하는 단계는 또한 재생 스크랩(예컨대, 재생 금속 및/또는 합금)을 용융시키는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 재생 스크랩은 임의의 적합한 공급원으로부터, 예를 들어 금속 생산 시설(예컨대, 금속 주조 시설)로부터, 금속가공 시설(예컨대, 금속 제품을 사용하여 소비가능 제품을 생성하는 생산 시설)로부터, 또는 소비자 사용 후 공급원(예컨대, 지역 재생 시설 또는 잔해)로부터 재생되는 재료를 포함할 수 있다. 재생 스크랩은 알루미늄-함유 제품(예컨대, 알루미늄 냄비 및 팬), 재생 주조 알루미늄-함유 제품(예컨대, 알루미늄 그릴(grill) 및 휠 림(wheel rim)), UBC 스크랩(예컨대, 사용된 음료 캔), 알루미늄 와이어, 및 다른 알루미늄-함유 재료와 같은 재생 알루미늄 및 알루미늄 합금을 지칭할 수 있다.
용융 알루미늄 합금은 재생 금속 및/또는 합금의 존재로 인해 증가된 양의 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 추가로 기재된 바와 같이, 용융 알루미늄 합금은 선택적으로 최대 0.50 중량%(예컨대, 0.1 중량% 내지 0.5 중량% 또는 0.25 중량% 내지 0.5 중량%)의 Fe를 함유할 수 있다. 용융 알루미늄 합금은 이어서 추가로 후술되는 바와 같이 주조될 수 있다.
연속 주조 및 가공
본원에 기재된 알루미늄 합금 제품은 연속 주조(CC) 공정을 사용하여 주조될 수 있다. CC 공정은 트윈 벨트 주조기, 트윈 롤 주조기, 또는 블록 주조기의 사용을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 예에서, 주조 공정은 빌렛, 슬래브, 쉐이트, 스트립 등과 같은 주조 제품을 형성하기 위해 CC 공정에 의해 수행된다. 주조 알루미늄 합금 제품은 이어서 추가의 가공 단계를 거칠 수 있다. 가공 단계는 예를 들어 용체화(solutionizing), 담금질, 열간 압연, 온간 압연, 및/또는 예열 단계를 포함할 수 있다.
용체화
본 명세서에 기술된 방법은 선택적으로 주조 알루미늄 합금 제품을 용체화하는 단계를 포함할 수 있다. 용체화 단계는 필요에 따라, 주조 알루미늄 합금 제품을 약 450℃ 이상(예컨대, 약 460℃ 내지 약 600℃, 약 465℃ 내지 약 575℃, 약 470℃ 내지 약 550℃, 약 475℃ 내지 약 525℃, 또는 약 480℃ 내지 약 500℃)의 용체화 온도로 가열 또는 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 주조 알루미늄 합금 제품은 일정 기간 동안 용체화 온도에서 침지될 수 있다. 소정 양태에서, 주조 알루미늄 합금 제품은 적어도 30초(예컨대, 양단 값을 포함한 약 60초 내지 약 120분의 범위) 동안 침지되도록 허용된다. 예를 들어, 주조 알루미늄 합금 제품은 약 450℃ 이상의 온도에서 30초, 35초, 40초, 45초, 50초, 55초, 60초, 65초, 70초, 75초, 80초, 85초, 90초, 95초, 100초, 105초, 110초, 115초, 120초, 125초, 130초, 135초, 140초, 145초, 150초, 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분, 60분, 65분, 70분, 75분, 80분, 85분, 90분, 95분, 100분, 105분, 110분, 115분, 120분, 2.5시간, 3시간, 3.5시간, 4시간, 4.5시간, 5시간, 5.5시간, 6시간, 또는 그 사이의 임의의 시간 동안 침지될 수 있다.
담금질
주조 단계 후에, 주조 알루미늄 합금 제품은 담금질될 수 있다. 담금질 단계에서, 주조 알루미늄 합금 제품은 약 300℃ 이하의 온도로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 주조 알루미늄 합금 제품은 약 290℃ 이하, 약 280℃ 이하, 약 270℃ 이하, 약 260℃ 이하, 약 250℃ 이하, 약 240℃ 이하, 약 230℃ 이하, 약 220℃ 이하, 약 210℃ 이하, 약 200℃ 이하, 약 190℃ 이하, 약 180℃ 이하, 약 170℃ 이하, 약 160℃ 이하, 약 150℃ 이하, 약 140℃ 이하, 약 130℃ 이하, 약 120℃ 이하, 약 110℃ 이하, 약 100℃ 이하, 약 90℃ 이하, 약 80℃ 이하, 약 70℃ 이하, 약 60℃ 이하, 약 50℃ 이하, 또는 약 40℃ 이하(예컨대, 약 25℃)의 온도로 냉각될 수 있다.
일부 비제한적인 예에서, 담금질 단계는 높은 냉각 속도를 사용하여 수행되며, 이는 또한 본 명세서에서 급속 냉각(rapid cooling)으로 지칭된다. 일부 경우에, 주조 알루미늄 합금 제품의 급속 냉각은 작은 금속간 입자를 갖는 알루미늄 합금 제품을 생성할 수 있으며, 이는 본 명세서에 기술된 바람직한 기계적 특성에 기여할 수 있다. 금속간 입자는 철-함유 입자와 같은, 알루미늄 결정립(aluminum grain)들 사이에 함유되는 합금 원소 입자(alloying element particle)를 지칭한다. 주조 알루미늄 합금 제품은 담금질 단계에서 약 20 ℃/s 내지 약 400 ℃/s의 속도로 냉각될 수 있다. 냉각 속도는 주조 알루미늄 합금 제품의 선택된 게이지 또는 압연 알루미늄 합금 핫 밴드의 선택된 게이지에 기초할 수 있다. 예를 들어, 담금질 속도는 약 30 ℃/s 내지 약 390 ℃/s, 약 40 ℃/s 내지 약 380 ℃/s, 약 50 ℃/s 내지 약 375 ℃/s, 약 60 ℃/s 내지 약 370 ℃/s, 약 70 ℃/s 내지 약 350 ℃/s, 약 80 ℃/s 내지 약 325 ℃/s, 약 90 ℃/s 내지 약 300 ℃/s, 약 100 ℃/s 내지 약 275 ℃/s, 약 125 ℃/s 내지 약 250 ℃/s, 약 150 ℃/s 내지 약 225 ℃/s, 또는 약 175 ℃/s 내지 약 200 ℃/s일 수 있다.
담금질 단계는 액체(예컨대, 물), 기체(예컨대, 공기), 또는 다른 선택된 담금질 매체를 사용하여 수행될 수 있다. 주조 금속 제품은 주조 직후에 또는 그 이후 단기간 내에(예컨대, 약 10시간 이하, 약 9시간 이하, 약 8시간 이하, 약 7시간 이하, 약 6시간 이하, 약 5시간 이하, 약 4시간 이하, 약 3시간 이하, 약 2시간 이하, 약 1시간 이하, 또는 약 30분 이하 내에) 담금질될 수 있다.
열간 압연 및 핫 밴드 형성
본 방법은 또한 주조 알루미늄 합금 제품을 열간 압연하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 본 명세서에 기술된 방법은 다수의 열간 압연 단계를 포함할 수 있다. 추가의 열간 압연 단계가 포함될 때, 주조 및 담금질 후에 그리고 예열 전에 수행되는 열간 압연 단계는 제1 열간 압연 단계로 지칭된다.
주조 알루미늄 합금 제품을 열간 압연하는 단계는 주조 알루미늄 합금 제품의 두께를 적어도 약 30% 및 최대 약 80%만큼(예컨대, 약 30%만큼, 약 35%만큼, 약 40%만큼, 약 45%만큼, 약 50%만큼, 약 55%만큼, 약 60%만큼, 약 65%만큼, 약 70%만큼, 약 75%만큼, 또는 약 80%만큼) 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 주조 알루미늄 합금 제품을 열간 압연하여 알루미늄 합금 핫 밴드를 생성하는 단계는 주조 알루미늄 합금 제품의 두께를 적어도 70%만큼 감소시켜, 최종 게이지 알루미늄 합금 제품을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 주조 알루미늄 제품을 열간 압연하는 단계는 또한 입자 응집체를 분산시킴으로써 주조 알루미늄 합금 제품 내에 존재하는 철-함유 금속간 입자를 해리시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 철-함유 금속간 입자는 열간 압연 단계 동안 본래의 긴 형상으로부터 구형 형상으로 형성될 수 있다. 구형 철-함유 금속간 입자는 긴 철-함유 금속간 입자와 비교하여 결과적으로 생성된 알루미늄 합금 제품의 우수한 충돌 특성에 영향을 미친다.
열간 압연은 약 400℃ 내지 약 600℃(예컨대, 약 425℃ 내지 약 575℃ 또는 약 450℃ 내지 약 550℃)의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 열간 압연 단계는 약 400℃, 약 410℃, 약 420℃, 약 430℃, 약 440℃, 약 450℃, 약 460℃, 약 470℃, 약 480℃, 약 490℃, 약 500℃, 약 510℃, 약 520℃, 약 530℃, 약 540℃, 약 550℃, 약 560℃, 약 570℃, 약 580℃, 약 590℃, 약 600℃, 또는 그 사이의 임의의 온도에서 수행될 수 있다. 결과적으로 생성된 제품은 이어서 권취(coiling)되고 선택적으로 알루미늄 합금 핫 밴드의 형태로 저장될 수 있다. 선택적으로, 핫 밴드는 실온에서 저장될 수 있다.
예열
알루미늄 합금 핫 밴드는 이어서 알루미늄 합금 핫 밴드를 적어도 약 500℃ 내지 약 600℃(예컨대, 약 510℃ 내지 약 580℃ 또는 약 530℃ 내지 약 560℃)의 온도로 가열함으로써 예열될 수 있다. 일부 경우에, 알루미늄 합금 핫 밴드는 약 500℃, 약 510℃, 약 520℃, 약 530℃, 약 540℃, 약 550℃, 약 560℃, 약 570℃, 약 580℃, 약 590℃, 약 600℃, 또는 그 사이의 임의의 온도로 예열될 수 있다. 선택적으로, 알루미늄 합금 핫 밴드는 이러한 온도에서 최대 6시간(예컨대, 1분 이하, 2분 이하, 5분 이하, 10분 이하, 15분 이하, 30분 이하, 1시간 이하, 2시간 이하, 3시간 이하, 4시간 이하, 5시간 이하, 또는 6시간 이하)의 기간 동안 유지될 수 있다.
추가의 열간 압연 단계
예열된 알루미늄 합금 핫 밴드는 이어서 추가의 열간 압연 단계(또한 본 명세서에서 제2 열간 압연 단계로 지칭됨)를 거칠 수 있다. 선택적으로, 제2 열간 압연 단계 전에 (전술된 담금질 방법에 따라) 담금질이 수행될 수 있다. 이러한 단계에서, 예열된 알루미늄 합금 핫 밴드는 중간 또는 최종 원하는 게이지로 추가로 열간 압연될 수 있다. 열간 압연 단계는 알루미늄 합금 핫 밴드의 두께를 적어도 약 20%만큼(예컨대, 약 30%만큼, 약 35%만큼, 약 40%만큼, 약 45%만큼, 또는 약 50%만큼) 감소시키도록 수행될 수 있다. 일부 경우에, 추가의 열간 압연 단계로부터 생성되는 중간 또는 최종 원하는 게이지는 주조-상태 두께(즉, 주조 직후의 주조 알루미늄 합금 제품의 두께)로부터의 적어도 약 50%의 두께 압하량일 수 있다. 예를 들어, 최종 원하는 게이지는 약 50%의 두께 압하량, 55%의 두께 압하량, 60%의 두께 압하량, 65%의 두께 압하량, 70%의 두께 압하량, 75%의 두께 압하량, 80%의 두께 압하량, 85%의 두께 압하량, 90%의 두께 압하량, 95%의 두께 압하량, 또는 이들 사이의 임의의 값일 수 있다.
제2 열간 압연 단계에서의 열간 압연은 약 480℃ 내지 약 600℃(예컨대, 약 500℃ 내지 약 580℃ 또는 약 520℃ 내지 약 575℃)의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 제2 열간 압연 단계에서의 열간 압연은 약 480℃, 약 490℃, 약 500℃, 약 510℃, 약 520℃, 약 530℃, 약 540℃, 약 550℃, 약 560℃, 약 570℃, 약 580℃, 약 590℃, 또는 그 사이의 임의의 온도에서 수행될 수 있다. 예열된 알루미늄 합금 핫 밴드를 열간 압연하는 단계는 알루미늄 합금 제품을 제공할 수 있다. 알루미늄 합금 제품은 이어서 저장, 선택적인 추가의 하류 가공, 또는 발송에 적합한 알루미늄 합금 제품 코일을 제공하도록 권취될 수 있다.
선택적인 온간 압연
일부 비제한적인 예에서, 본 방법은 추가의 온간 압연 단계를 포함할 수 있다. 온간 압연은 제2 열간 압연 단계 대신에 수행될 수 있거나(즉, 예열 단계 후에 열간 압연 단계가 그리고 이어서 온간 압연 단계가 수행될 수 있음), 제2 열간 압연 단계와 조합하여 수행될 수 있다. 선택적으로, 온간 압연 단계 전에 담금질 단계가 수행될 수 있다. 소정 양태에서, 예열된 알루미늄 합금 핫 밴드는 약 20 ℃/s 내지 400 ℃/s 사이에서 변할 수 있는 담금질 속도로 약 350℃ 내지 약 480℃(예컨대, 약 350℃, 약 360℃, 약 370℃, 약 380℃, 약 390℃, 약 400℃, 약 410℃, 약 420℃, 약 430℃, 약 440℃, 약 450℃, 약 460℃, 약 470℃, 약 480℃, 또는 그 사이의 임의의 온도)의 온도로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 담금질 속도는 약 30 ℃/s 내지 약 390 ℃/s, 약 40 ℃/s 내지 약 380 ℃/s, 약 50 ℃/s 내지 약 375 ℃/s, 약 60 ℃/s 내지 약 370 ℃/s, 약 70 ℃/s 내지 약 350 ℃/s, 약 80 ℃/s 내지 약 325 ℃/s, 약 90 ℃/s 내지 약 300 ℃/s, 약 100 ℃/s 내지 약 275 ℃/s, 약 125 ℃/s 내지 약 250 ℃/s, 약 150 ℃/s 내지 약 225 ℃/s, 또는 약 175 ℃/s 내지 약 200 ℃/s일 수 있다.
온간 압연 단계는 알루미늄 합금 핫 밴드의 두께를 적어도 약 20%만큼(예컨대, 약 30%만큼, 약 35%만큼, 약 40%만큼, 약 45%만큼, 또는 약 50%만큼) 감소시키도록 수행될 수 있다. 일부 경우에, 온간 압연 단계로부터 생성되는 중간 또는 최종 원하는 게이지는 주조-상태 두께(즉, 주조 직후의 주조 알루미늄 합금 제품의 두께)로부터의 적어도 약 50%의 두께 압하량일 수 있다. 예를 들어, 최종 원하는 게이지는 두께가 약 50%의 두께 압하량, 55%의 두께 압하량, 60%의 두께 압하량, 65%의 두께 압하량, 70%의 두께 압하량, 75%의 두께 압하량, 80%의 두께 압하량, 85%의 두께 압하량, 90%의 두께 압하량, 95%의 두께 압하량, 또는 이들 사이의 임의의 값일 수 있다.
온간 압연은 약 350℃ 내지 약 480℃의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 온간 압연은 약 350℃, 약 360℃, 약 370℃, 약 380℃, 약 390℃, 약 400℃, 약 410℃, 약 420℃, 약 430℃, 약 440℃, 약 450℃, 약 460℃, 약 470℃, 약 480℃, 또는 그 사이의 임의의 온도에서 수행될 수 있다. 알루미늄 합금 핫 밴드를 온간 압연하는 단계는 알루미늄 합금 제품을 제공할 수 있다. 알루미늄 합금 제품은 이어서 저장, 선택적인 추가의 하류 가공, 또는 발송에 적합한 알루미늄 합금 제품 코일을 제공하도록 권취될 수 있다.
직접 냉경 주조 및 가공
일부 경우에, 본 명세서에 기술된 알루미늄 합금 제품은 직접 냉경(DC) 주조 공정을 사용하여 주조되어 잉곳(ingot)과 같은 주조 제품을 형성할 수 있다. 그 다음, 주조 제품은 추가 가공 단계들을 거칠 수 있다. 하나의 비제한적인 예에서, 본 가공 방법은 알루미늄 합금 잉곳을 균질화하고 알루미늄 합금 잉곳을 열간 압연하여 알루미늄 합금 핫 밴드를 형성하는 단계를 포함한다. 알루미늄 합금 핫 밴드는 이어서 전술된 바와 같이 예열, 추가의 열간 압연, 및/또는 선택적인 온간 압연 단계를 거쳐서, 원하는 게이지 및 구형 철-함유 금속간 입자를 갖는 알루미늄 합금 제품을 생성할 수 있다.
균질화
균질화 단계는 잉곳을 약, 또는 적어도 약 450℃(예컨대, 적어도 460℃, 적어도 470℃, 적어도 480℃, 적어도 490℃, 적어도 500℃, 적어도 510℃, 적어도 520℃, 적어도 530℃, 적어도 540℃, 적어도 550℃, 적어도 560℃, 적어도 570℃, 또는 적어도 580℃)의 온도를 달성하도록 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 잉곳은 약 450℃ 내지 약 580℃, 약 460℃ 내지 약 575℃, 약 470℃ 내지 약 570℃, 약 480℃ 내지 약 565℃, 약 490℃ 내지 약 555℃, 또는 약 500℃ 내지 약 550℃의 온도로 가열될 수 있다. 일부 경우에, 가열 속도는 약 100 ℃/시간 이하, 75 ℃/시간 이하, 50 ℃/시간 이하, 40 ℃/시간 이하, 30 ℃/시간 이하, 25 ℃/시간 이하, 20 ℃/시간 이하, 또는 15 ℃/시간 이하일 수 있다. 다른 경우에, 가열 속도는 약 10 ℃/min 내지 약 100 ℃/min(예를 들어, 약 10 ℃/min 내지 약 90 ℃/min, 약 10 ℃/min 내지 약 70 ℃/min, 약 10 ℃/min 내지 약 60 ℃/min, 약 20 ℃/min 내지 약 90 ℃/min, 약 30 ℃/min 내지 약 80 ℃/min, 약 40 ℃/min 내지 약 70 ℃/min, 또는 약 50 ℃/min 내지 약 60 ℃/min)일 수 있다.
잉곳을 이어서 일정 기간 동안 침지시키는 것이(즉, 표시된 온도로 유지시키는 것이) 허용될 수 있다. 하나의 비제한적인 예에 따르면, 잉곳은 최대 약 36시간(예컨대, 양단 값을 포함한 약 30분 내지 약 36시간) 동안 침지되도록 허용된다. 예를 들어, 잉곳은 30분, 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 6시간, 7시간, 8시간, 9시간, 10시간, 11시간, 12시간, 13시간, 14시간, 15시간, 16시간, 17시간, 18시간, 19시간, 20시간, 21시간, 22시간, 23시간, 24시간, 25시간, 26시간, 27시간, 28시간, 29시간, 30시간, 31시간, 32시간, 33시간, 34시간, 35시간, 36시간, 또는 그 사이의 임의의 시간 동안 일정 온도에서 침지될 수 있다.
열간 압연
균질화 단계 후에, 열간 압연 단계가 수행될 수 있다. 열간 압연 단계는 약 250℃ 내지 약 550℃(예컨대, 약 300℃ 내지 약 500℃ 또는 약 350℃ 내지 약 450℃) 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 주조 알루미늄 합금 제품을 열간 압연하는 단계는 주조 알루미늄 합금 제품의 두께를 적어도 약 30% 및 최대 약 80%만큼(예컨대, 약 30%만큼, 약 35%만큼, 약 40%만큼, 약 45%만큼, 약 50%만큼, 약 55%만큼, 약 60%만큼, 약 65%만큼, 약 70%만큼, 약 75%만큼, 또는 약 80%만큼) 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 특정 경우에, 주조 알루미늄 합금 제품은 약 4 mm 내지 약 15 mm 두께 게이지(예를 들어, 약 5 mm 내지 약 12 mm 두께 게이지)로 열간 압연될 수 있고, 이는 쉐이트로 지칭된다. 예를 들어, 주조 알루미늄 합금 제품은 약 4 mm 두께 게이지, 약 5 mm 두께 게이지, 약 6 mm 두께 게이지, 약 7 mm 두께 게이지, 약 8 mm 두께 게이지, 약 9 mm 두께 게이지, 약 10 mm 두께 게이지, 약 11 mm 두께 게이지, 약 12 mm 두께 게이지, 약 13 mm 두께 게이지, 약 14 mm 두께 게이지, 또는 약 15 mm 두께 게이지로 열간 압연될 수 있다. 특정 경우에서, 주조 알루미늄 합금 제품은 15 mm 두께를 초과한 게이지(즉, 플레이트)로 열간 압연될 수 있다. 다른 경우에서, 주조 알루미늄 합금 제품은 4 mm 미만의 게이지(즉, 시트)로 열간 압연될 수 있다.
결과적으로 생성된 제품은 이어서 권취되고 선택적으로 알루미늄 합금 핫 밴드의 형태로 저장될 수 있다. 선택적으로, 핫 밴드는 실온에서 저장될 수 있다.
예열
알루미늄 합금 핫 밴드는 이어서 알루미늄 합금 핫 밴드를 적어도 약 500℃ 내지 약 600℃(예컨대, 약 510℃ 내지 약 580℃ 또는 약 530℃ 내지 약 560℃)의 온도로 가열함으로써 예열될 수 있다. 일부 경우에, 알루미늄 합금 핫 밴드는 약 500℃, 약 510℃, 약 520℃, 약 530℃, 약 540℃, 약 550℃, 약 560℃, 약 570℃, 약 580℃, 약 590℃, 약 600℃, 또는 그 사이의 임의의 온도로 예열될 수 있다. 선택적으로, 알루미늄 합금 핫 밴드는 이러한 온도에서 최대 6시간(예컨대, 1분 이하, 2분 이하, 5분 이하, 10분 이하, 15분 이하, 30분 이하, 1시간 이하, 2시간 이하, 3시간 이하, 4시간 이하, 또는 5시간 이하)의 기간 동안 유지될 수 있다.
추가의 열간 압연 단계
예열된 알루미늄 합금 핫 밴드는 이어서 추가의 열간 압연 단계(또한 본 명세서에서 제2 열간 압연 단계로 지칭됨)를 거칠 수 있다. 선택적으로, 열간 압연 단계 전에 (전술된 방법에 따라) 담금질이 수행될 수 있다. 이러한 단계에서, 예열된 알루미늄 합금 핫 밴드는 중간 또는 최종 원하는 게이지로 추가로 열간 압연될 수 있다. 열간 압연 단계는 알루미늄 합금 핫 밴드의 두께를 적어도 약 20%만큼(예컨대, 약 30%만큼, 약 35%만큼, 약 40%만큼, 약 45%만큼, 또는 약 50%만큼) 감소시키도록 수행될 수 있다. 일부 경우에, 추가의 열간 압연 단계로부터 생성되는 중간 또는 최종 원하는 게이지는 주조-상태 두께(즉, 주조 직후의 주조 알루미늄 합금 제품의 두께)로부터의 적어도 약 50%의 두께 압하량일 수 있다. 예를 들어, 최종 원하는 게이지는 약 50%의 두께 압하량, 55%의 두께 압하량, 60%의 두께 압하량, 65%의 두께 압하량, 70%의 두께 압하량, 75%의 두께 압하량, 80%의 두께 압하량, 85%의 두께 압하량, 90%의 두께 압하량, 95%의 두께 압하량, 또는 이들 사이의 임의의 값일 수 있다.
열간 압연은 약 480℃ 내지 약 600℃(예컨대, 약 500℃ 내지 약 580℃ 또는 약 520℃ 내지 약 575℃)의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 열간 압연은 약 480℃, 약 490℃, 약 500℃, 약 510℃, 약 520℃, 약 530℃, 약 540℃, 약 550℃, 약 560℃, 약 570℃, 약 580℃, 약 590℃, 또는 그 사이의 임의의 온도에서 수행될 수 있다. 예열된 알루미늄 합금 핫 밴드를 열간 압연하는 단계는 알루미늄 합금 제품을 제공할 수 있다. 알루미늄 합금 제품은 이어서 저장, 선택적인 추가의 하류 가공, 또는 발송에 적합한 알루미늄 합금 제품 코일을 제공하도록 권취될 수 있다.
알루미늄 합금 제품
원하는 기계적 특성을 갖는, 알루미늄 합금 제품을 비롯한 금속 제품이 본 명세서에 기술된다. 여러 특성들 중에서 특히, 본 명세서에 기술된 알루미늄 합금 제품은 알루미늄 합금 제품 내의 금속간 입자의 형상으로 인해 우수한 연신율 및 성형 특성을 보인다. 구체적으로, 알루미늄 합금 제품은 철-함유 금속간 입자와 같은 구형 금속간 입자를 포함한다. 본 명세서에 기술된 알루미늄 합금 제품 내의 금속간 입자는 낮은 종횡비(예컨대, 폭 대 높이 비)를 가지며, 이는 원하는 성형 특성을 보이는 우수한 최종 알루미늄 합금 제품을 생성한다.
알루미늄 합금 제품은 임의의 적합한 조성을 가질 수 있다. 비제한적인 예에서, 알루미늄 합금 제품은 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품에 사용하기 위한 비제한적인 예시적인 AA2xxx 시리즈 합금은 AA2001, A2002, AA2004, AA2005, AA2006, AA2007, AA2007A, AA2007B, AA2008, AA2009, AA2010, AA2011, AA2011A, AA2111, AA2111A, AA2111B, AA2012, AA2013, AA2014, AA2014A, AA2214, AA2015, AA2016, AA2017, AA2017A, AA2117, AA2018, AA2218, AA2618, AA2618A, AA2219, AA2319, AA2419, AA2519, AA2021, AA2022, AA2023, AA2024, AA2024A, AA2124, AA2224, AA2224A, AA2324, AA2424, AA2524, AA2624, AA2724, AA2824, AA2025, AA2026, AA2027, AA2028, AA2028A, AA2028B, AA2028C, AA2029, AA2030, AA2031, AA2032, AA2034, AA2036, AA2037, AA2038, AA2039, AA2139, AA2040, AA2041, AA2044, AA2045, AA2050, AA2055, AA2056, AA2060, AA2065, AA2070, AA2076, AA2090, AA2091, AA2094, AA2095, AA2195, AA2295, AA2196, AA2296, AA2097, AA2197, AA2297, AA2397, AA2098, AA2198, AA2099, 및 AA2199를 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품에 사용하기 위한 비제한적인 예시적인 AA5xxx 시리즈 합금은 AA5005, AA5005A, AA5205, AA5305, AA5505, AA5605, AA5006, AA5106, AA5010, AA5110, AA5110A, AA5210, AA5310, AA5016, AA5017, AA5018, AA5018A, AA5019, AA5019A, AA5119, AA5119A, AA5021, AA5022, AA5023, AA5024, AA5026, AA5027, AA5028, AA5040, AA5140, AA5041, AA5042, AA5043, AA5049, AA5149, AA5249, AA5349, AA5449, AA5449A, AA5050, AA5050A, AA5050C, AA5150, AA5051, AA5051A, AA5151, AA5251, AA5251A, AA5351, AA5451, AA5052, AA5252, AA5352, AA5154, AA5154A, AA5154B, AA5154C, AA5254, AA5354, AA5454, AA5554, AA5654, AA5654A, AA5754, AA5854, AA5954, AA5056, AA5356, AA5356A, AA5456, AA5456A, AA5456B, AA5556, AA5556A, AA5556B, AA5556C, AA5257, AA5457, AA5557, AA5657, AA5058, AA5059, AA5070, AA5180, AA5180A, AA5082, AA5182, AA5083, AA5183, AA5183A, AA5283, AA5283A, AA5283B, AA5383, AA5483, AA5086, AA5186, AA5087, AA5187, 및 AA5088을 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품에 사용하기 위한 비제한적인 예시적인 AA6xxx 시리즈 합금은 AA6101, AA6101A, AA6101B, AA6201, AA6201A, AA6401, AA6501, AA6002, AA6003, AA6103, AA6005, AA6005A, AA6005B, AA6005C, AA6105, AA6205, AA6305, AA6006, AA6106, AA6206, AA6306, AA6008, AA6009, AA6010, AA6110, AA6110A, AA6011, AA6111, AA6012, AA6012A, AA6013, AA6113, AA6014, AA6015, AA6016, AA6016A, AA6116, AA6018, AA6019, AA6020, AA6021, AA6022, AA6023, AA6024, AA6025, AA6026, AA6027, AA6028, AA6031, AA6032, AA6033, AA6040, AA6041, AA6042, AA6043, AA6151, AA6351, AA6351A, AA6451, AA6951, AA6053, AA6055, AA6056, AA6156, AA6060, AA6160, AA6260, AA6360, AA6460, AA6460B, AA6560, AA6660, AA6061, AA6061A, AA6261, AA6361, AA6162, AA6262, AA6262A, AA6063, AA6063A, AA6463, AA6463A, AA6763, A6963, AA6064, AA6064A, AA6065, AA6066, AA6068, AA6069, AA6070, AA6081, AA6181, AA6181A, AA6082, AA6082A, AA6182, AA6091, 및 AA6092를 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품에 사용하기 위한 비제한적인 예시적인 AA7xxx 시리즈 합금은 AA7019, AA7020, AA7021, AA7039, AA7072, AA7075, AA7085, AA7108, AA7108A, AA7015, AA7017, AA7018, AA7019A, AA7024, AA7025, AA7028, AA7030, AA7031, AA7033, AA7035, AA7035A, AA7046, AA7046A, AA7003, AA7004, AA7005, AA7009, AA7010, AA7011, AA7012, AA7014, AA7016, AA7116, AA7122, AA7023, AA7026, AA7029, AA7129, AA7229, AA7032, AA7034, AA7036, AA7136, AA7037, AA7040, AA7140, AA7041, AA7049, AA7049A, AA7149, AA7249, AA7349, AA7449, AA7050, AA7050A, AA7150, AA7250, AA7055, AA7155, AA7255, AA7056, AA7060, AA7064, AA7065, AA7068, AA7168, AA7175, AA7475, AA7076, AA7178, AA7278, AA7278A, AA7081, AA7181, AA7185, AA7090, AA7093, AA7095, 및 AA7099를 포함할 수 있다.
일부 비제한적인 예에서, 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 약 0.01% 내지 약 0.50%(예컨대, 약 0.1% 내지 약 0.25% 또는 약 0.26% 내지 약 0.50%)의 양으로 철(Fe)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.01%, 0.02%, 0.03%, 0.04%, 0.05%, 0.06%, 0.07%, 0.08%, 0.09%, 0.1%, 0.11%, 0.12%, 0.13%, 0.14%, 0.15%, 0.16%, 0.17%, 0.18%, 0.19%, 0.2%, 0.21%, 0.22%, 0.23%, 0.24%, 0.25%, 0.26%, 0.27%, 0.28%, 0.29%, 0.3%, 0.31%, 0.32%, 0.33%, 0.34%, 0.35%, 0.36%, 0.37%, 0.38%, 0.39%, 0.4%, 0.41%, 0.42%, 0.43%, 0.44%, 0.45%, 0.46%, 0.47%, 0.48%, 0.49%, 또는 0.5%의 Fe를 포함할 수 있다. 모두 중량%로 표시됨.
본 명세서에 기술된 방법에 사용하기 위한 합금은 Cu, Mg, Zn, Si, Zr, Mn, Cr, Ti, 희토류 원소(즉, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu 중 하나 이상), Mo, Nb, Be, B, Co, Sn, Sr, V, In, Hf, Ag, 및 Ni 및 다른 원소 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 본원에 기재된 방법에 사용하기 위한 합금은 Mo, Nb, Be, B, Co, Sn, Sr, V, In, Hf, Ag 및 Ni를 합금의 총 중량 기준으로 0.20% 이하(예컨대, 0.01% 내지 0.20% 또는 0.05% 내지 0.15%)의 양으로 포함할 수 있다. 선택적으로, Ga, Ca, Bi, Na 및/또는 Pb가 불순물로서(즉, 0.05% 이하, 0.04% 이하, 0.03% 이하, 0.02% 이하, 또는 0.01% 이하의 양으로) 존재할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기술된 알루미늄 합금 제품은 적어도 30%의 재생 함유물을 함유할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90%, 또는 적어도 95%의 재생 함유물을 함유할 수 있다.
본 명세서에 기술된 알루미늄 합금 제품은 철-함유 금속간 입자를 포함한다. 알루미늄 합금 제품 내에 존재하는 상당한 양의 입자는 0.75 μm2 이하의, 면적에 의해 측정된 입자 크기를 갖는다. 예를 들어, 면적에 의해 측정된 바와 같은 입자 크기는 0.70 μm2 이하, 0.65 μm2 이하, 0.60 μm2 이하, 0.55 μm2 이하, 0.50 μm2 이하, 0.45 μm2 이하, 또는 0.40 μm2 이하일 수 있다. 일부 예에서, 입자 크기는 범위가 0.40 μm2 내지 0.75 μm2(예컨대, 0.45 μm2 내지 0.70 μm2 또는 0.50 μm2 내지 0.60 μm2)이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 입자의 수와 관련되는 바와 같은 "상당한 양"은 알루미늄 합금 제품 내에 존재하는 입자의 적어도 50%를 나타낸다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품 내에 존재하는 입자의 적어도 60%, 적어도 65%, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 또는 적어도 99%가 0.75 μm2 이하의 입자 크기를 갖는다.
사용 방법
본 명세서에 기술된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 특히 자동차, 전자 기기, 및 운송 응용, 예를 들어 상용 차량, 항공기, 또는 철도 응용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 강도를 얻기 위해 섀시(chassis), 크로스-부재(cross-member), 및 섀시-내부 구성요소(상용 차량 섀시 내의 2개의 C 채널들 사이의 모든 구성요소를 포함하지만, 이에 제한되지 않음)에 사용되어, 고력강(high-strength steel)의 전체 또는 부분 대체물의 역할을 할 수 있다. 소정 예에서, 알루미늄 합금 제품은 F, T4, T6, 또는 T8x 템퍼, 또는 임의의 다른 적합한 템퍼에 사용될 수 있다.
소정 양태에서, 알루미늄 합금 제품 및 방법은 자동차 차체 부품 제품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 범퍼, 사이드 빔(side beam), 루프 빔(roof beam), 크로스 빔(cross beam), 필러 보강재(pillar reinforcement)(예컨대, A-필러, B-필러, 및 C-필러), 내부 패널, 측부 패널, 바닥 패널, 터널, 구조 패널, 보강 패널, 내부 후드, 또는 트렁크 리드 패널(trunk lid panel)과 같은 자동차 차체 부품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 개시된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 또한 항공기 또는 철도 차량 응용에서 예를 들어 외부 및 내부 패널을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 또한 전자 기기 응용에서 예를 들어 외부 및 내부 용기(encasement)를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 또한 이동 전화 및 태블릿 컴퓨터를 비롯한 전자 장치를 위한 하우징을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 일부 예에서, 알루미늄 합금 제품은 이동 전화(예컨대, 스마트폰) 및 태블릿 저부 섀시의 외부 케이싱을 위한 하우징을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
소정 양태에서, 알루미늄 합금 제품 및 방법은 항공우주 차량 차체 부품 제품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 스킨 합금(skin alloy)과 같은 비행기 동체 부품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 알루미늄 합금 제품 및 방법은 임의의 다른 원하는 응용에 사용될 수 있다.
예시(illustration)
예시 1은 알루미늄 합금 제품을 생성하는 방법으로서, 적어도 30%의 양으로 재생 함유물을 포함하는 용융 알루미늄 합금을 제공하는 단계, 주조 알루미늄 합금 제품을 제조하기 위해 용융 알루미늄 합금을 주조하는 단계, 주조 알루미늄 합금 제품을 제1 열간 압연 단계에서 열간 압연하여 알루미늄 합금 핫 밴드를 제조하는 단계, 알루미늄 합금 핫 밴드를 예열하는 단계, 및 알루미늄 합금 핫 밴드를 제2 열간 압연 단계에서 주조 알루미늄 합금 제품의 게이지와 비교하여 두께가 적어도 약 50% 감소한 게이지로 열간 압연하는 단계를 포함하는 방법이다.
예시 2는, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 용융 알루미늄 합금 내의 재생 함유물이 적어도 약 50%인 방법이다.
예시 3은, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 용융 알루미늄 합금 내의 재생 함유물이 적어도 약 70%인 방법이다.
예시 4는, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 상기 주조하는 단계는 연속 주조를 포함하는 방법이다.
예시 5는, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 상기 주조하는 단계는 직접 냉경 주조를 포함하는 방법이다.
예시 6은, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 제1 열간 압연 단계 전에 주조 알루미늄 합금 제품을 균질화하는 단계를 추가로 포함하는 방법이다.
예시 7은, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 상기 제공하는 단계는 알루미늄 합금, 알루미늄 스크랩, 또는 이들의 조합을 용융시키는 단계를 포함하는 방법이다.
예시 8은, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 용융 알루미늄 합금이 철을 포함하는 방법이다.
예시 9는, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 철이 용융 알루미늄 합금의 중량을 기준으로 적어도 0.25 중량%의 양으로 존재하는 방법이다.
예시 10은, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 철이 용융 알루미늄 합금의 중량을 기준으로 약 0.25 중량% 내지 약 0.50 중량%의 양으로 존재하는 방법이다.
예시 11은, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 용융 알루미늄 합금이 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하는 방법이다.
예시 12는, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 상기 주조하는 단계 후에 주조 알루미늄 합금 제품을 담금질하는 단계를 추가로 포함하는 방법이다.
예시 13은, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 담금질이 약 20 ℃/s 내지 약 400 ℃/s의 속도로 수행되는 방법이다.
예시 14는, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 있어서, 주조 알루미늄 합금 제품은 주조 알루미늄 합금 제품의 게이지와 비교하여 두께가 약 30% 내지 약 80% 감소한 게이지를 갖는 알루미늄 합금 핫 밴드를 생성하도록 열간 압연되는 방법이다.
예시 15는 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 방법에 따라 제조되는 알루미늄 합금 제품이다.
예시 16은, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품에 있어서, 알루미늄 합금 제품이 철-함유 금속간 입자를 포함하는 알루미늄 합금 제품이다.
예시 17은, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품에 있어서, 철-함유 금속간 입자가 구형인 알루미늄 합금 제품이다.
예시 18은, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품에 있어서, 제품 내에 존재하는 철-함유 금속간 입자의 적어도 50%가 0.75 μm2 이하의 면적을 갖는 알루미늄 합금 제품이다.
예시 19는, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품에 있어서, 제품 내에 존재하는 철-함유 금속간 입자의 적어도 80%가 0.75 μm2 이하의 면적을 갖는 알루미늄 합금 제품이다.
예시 20은, 임의의 선행하거나 후속하는 예시의 알루미늄 합금 제품에 있어서, 알루미늄 합금 제품은 자동차 차체 부품을 포함하는 알루미늄 합금 제품이다.
하기의 실시예들은 본 발명의 어떤 제한을 구성함이 없이 본 발명을 추가로 더 예시하는 데 기여할 것이다. 반면에, 본 발명의 설명을 이해한 후에 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 당업자에게 시사할 수 있는 다양한 구현예, 변형, 및 균등물이 있을 수 있음을 명확히 이해할 것이다.
실시예
실시예 1: 연속 주조 및 가공
도 1a는 본 개시의 소정 양태 및 특징에 따른 연속 주조 시스템(100)을 도시한 개략도이다. 일부 비제한적인 예에서, 한 쌍의 이동하는 대향 주조면(110)은 그 한 쌍의 이동하는 대향 주조면(110) 사이에 주조 공동(115)을 형성한다. 한 쌍의 이동하는 대향 주조면(110)은 트윈 롤 주조기, 트윈 벨트 주조기, 또는 임의의 다른 적합한 연속 주조 장치일 수 있다. 한 쌍의 이동하는 대향 주조면(110)에 인접하게 위치된 용융 금속 주입기(도시되지 않음)가 한 쌍의 이동하는 대향 주조면(110)들 사이의 주조 공동(115) 내로 용융 알루미늄 합금을 주입할 수 있다. 한 쌍의 이동하는 대향 주조면(110)은 용융 알루미늄 합금을 금속(예컨대, 알루미늄 합금) 제품(120)으로 주조할 수 있다.
용융 알루미늄 합금을 금속 제품(120)으로 주조하는 단계는 용융 알루미늄 합금 제품이 주조 공동(115)를 통해 이동하고 금속 제품(120)이 주조 공동(115)으로부터 빠져나감에 따라 용융 알루미늄 합금으로부터 열을 신속히 추출하는 단계를 포함할 수 있다. 한 쌍의 이동하는 대향 주조면(110)의 하류에 위치된 용체화 노(solutionizing furnace)(130)가 알루미늄 합금 제품(120)을 용체화하기 위해 채용될 수 있다. 선택적으로, 용체화 노(130)는 알루미늄 합금 제품(120)의 주조 출구 온도를 유지하기 위해 채용될 수 있다. 일부 경우에, 용체화 노(130)는 알루미늄 합금 제품(120)의 주조 출구 온도보다 높은 온도에서 작동할 수 있으며, 이러한 경우에 용체화 노(130)의 상류에 위치된 선택적인 가열 요소가 알루미늄 합금 제품(120)이 용체화 노(130)에 들어가기 전에 알루미늄 합금 제품(120)의 온도를 증가시킬 수 있다. 용체화 노(130)의 하류에 위치된 압연기(rolling mill)(140)가 알루미늄 합금 제품(120)의 두께를 감소시켜 알루미늄 합금 핫 밴드(125)를 생성하기 위해(예컨대, 알루미늄 합금 제품(120)을 알루미늄 합금 핫 밴드(125)로 압연하기 위해) 사용될 수 있다. 알루미늄 합금 제품(120)의 두께는 알루미늄 합금 핫 밴드(125)를 제공하도록 약 50%만큼 감소될 수 있다. 압연기(140)의 하류에 위치된 담금질 장치(160)가 알루미늄 합금 핫 밴드를 담금질하기(예컨대, 급속히 냉각시키기) 위해 사용될 수 있다. 알루미늄 합금 핫 밴드(125)는 이어서 추가의 하류 가공 전에 저장하기에 적합한 알루미늄 합금 핫 밴드 코일(170)을 제공하도록 권취될 수 있다. 선택적으로, 제2 담금질 장치(165)가 압연기(140)의 상류에 위치되어 압연 전에 알루미늄 합금 제품(120)을 담금질할 수 있다. 일부 경우에, 이러한 제2 담금질 장치(165)는 온간 압연 절차(예를 들어, 재결정 온도보다 낮은 온도에서 압연)와 함께 사용하기에 적합할 수 있다. 일부 경우에, 압연 직전에 제2 담금질 장치(165)를 사용하면 알루미늄 합금 제품이 그 이후에 인위적으로 시효되는지 여부에 따라, T3 또는 T8x 템퍼를 갖는 알루미늄 합금 핫 밴드를 생성할 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 추가의 하류 가공(예컨대, 추가의 열간 압연, 냉간 압연, 또는 인공 시효)이 채용될 수 있다. 알루미늄 합금 핫 밴드 코일(170)은, 예를 들어 추가의 열간 압연 전에, 예열로(180)에서 예열될 수 있다. 예열 후에, 핫 밴드(125)는 열간 압연될 수 있다. 알루미늄 합금 핫 밴드(125)는 선택적으로 압연 전에 알루미늄 합금 핫 밴드(125)를 담금질하기 위해 제2 압연기(142)의 상류에 위치된 담금질 장치(166)에 의해 담금질될 수 있다. 일부 경우에, 담금질 장치(166)는 온간 압연 절차(예컨대, 재결정 온도보다 낮은 온도에서의 압연)와 함께 사용하기에 적합할 수 있다. 열간 압연은 원하는 최종 게이지에 따라, 단일 열간 압연기(142) 또는 복수의 열간 압연기(142, 144)를 채용할 수 있다. 핫 밴드(125)는 최종 게이지 알루미늄 합금 제품(190)으로 압연될 수 있다. 알루미늄 합금 핫 밴드(125)의 두께는 최종 게이지 알루미늄 합금 제품(190)을 제공하도록 약 20%만큼 추가로 감소될 수 있다. 최종 게이지 알루미늄 합금 제품(190)은 주조-상태 알루미늄 합금 제품(120)의 적어도 약 50%(예컨대, 70%)인(알루미늄 합금 제품(120)의 총 압하량이 적어도 약 50%임) 두께를 가질 수 있다. 최종 게이지 알루미늄 합금 제품(190)은 이어서 저장, 추가의 하류 가공, 또는 발송 중 임의의 것에 적합한 알루미늄 합금 제품 코일(195)을 제공하도록 권취될 수 있다. 도 1a의 예에 기술된 가공 방법은 본 명세서에서 "루트(Route) 1"로 지칭된다.
도 1b는 본 개시의 소정 양태 및 특징에 따른 연속 주조 시스템(101)을 도시한 개략도이다. 도 1b의 예에 기술된 가공 방법은 본 명세서에서 "루트 2"로 지칭된다. 루트 2의 소정 양태는 추가의 하류 가공 전에 저장하기에 적합한 알루미늄 합금 핫 밴드 코일(170)을 제공하도록 후속하여 권취될 수 있는 알루미늄 합금 핫 밴드(125)를 제공하기 위해 주조, 용체화, 담금질, 열간 압연, 및 담금질을 비롯하여 루트 1과 유사하게 수행된다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금 핫 밴드 코일(170)은 권출(uncoil)될 수 있고, 알루미늄 합금 핫 밴드(125)는 냉간 압연될 수 있다. 냉간 압연은 원하는 최종 게이지에 따라, 단일 냉간 압연기(146) 또는 복수의 냉간 압연기(146, 148)를 채용할 수 있다. 냉간 압연 단계에서, 핫 밴드(125)는 최종 게이지 알루미늄 합금 제품(190)으로 냉간 압연될 수 있다. 최종 게이지 알루미늄 합금 제품(190)은 이어서 저장, 추가의 하류 가공, 또는 발송 중 임의의 것에 적합한 알루미늄 합금 제품 코일(195)을 제공하도록 권취될 수 있다.
실시예 2: 알루미늄 합금 제품의 특성
표 1에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는 알루미늄 합금 제품을 제조하였다:
Figure 112020010820872-pct00001
도 2는 예시적인 가공 조건이 합금 1(표 1 참조)에 대한 철-함유(Fe-함유) 금속간 입자 형상(예컨대, Fe-함유 금속간 입자의 길이와 비교한 Fe-함유 금속간 입자의 폭의 종횡비)을 어떻게 제어할 수 있는지를 보여주는 그래프이다. 1의 종횡비(예컨대, 원형에 근사함)는 기계적 특성, 예를 들어 굽힘, 파쇄 및 충돌-시험에 바람직한 Fe-함유 금속간 입자 형상이다. 그래프에서 명백한 바와 같이, 연속 주조, 570℃ 처리에서의 5분 동안의 용체화, 및 525℃에서의 50% 감소로의 열간 압연(570x5분 + 50% HR로 표시됨)을 포함하는 예시적인 가공 방법은 원형에 근사한 형상을 갖는 Fe-함유 금속간 입자를 갖는 알루미늄 합금 제품을 제공하여, Fe-함유 금속간 입자의 구상화(spheroidization)를 나타내었다. 역시 그래프에서 명백한 바와 같이, 연속 주조, 570℃ 처리에서의 5분 동안의 용체화, 담금질, 및 350℃에서의 50% 감소로의 온간 압연(570x5분 + 50% WR로 표시됨)을 포함하는 예시적인 가공 방법은 원형에 근사한 형상을 갖는 Fe-함유 금속간 입자를 갖는 알루미늄 합금 제품을 제공하였다. 온간 압연은 원형에 근사한 형상을 갖는 Fe-함유 금속간 입자를 열간 압연만큼 많이 제공하지 못했는데, 이는 Fe-함유 금속간 입자의 분해(break-up)가 열간 압연에 비해 온간 압연 동안 덜 효율적이었음을 나타낸다. 그래프에서 추가로 명백한 바와 같이, 연속 주조, 400℃ 처리에서의 1분 동안의 용체화, 및 350℃에서의 50% 감소로의 온간 압연(400x1분 + 50% WR로 표시됨)을 포함하는 예시적인 가공 방법은 긴(즉, 타원형 및/또는 바늘-유사) Fe-함유 금속간 입자를 갖는 알루미늄 합금 제품을 제공하였으며, 이는 Fe-함유 금속간 입자의 구상화가 달성되지 않았음을 나타낸다. 긴 Fe-함유 금속간 입자를 갖는 알루미늄 합금 제품은 바람직하지 않은 기계적 특성을 보일 수 있다.
도 3은 예시적인 가공 조건이 합금 1에서 철-함유(Fe-함유) 금속간 입자 크기를 어떻게 제어할 수 있는지를 보여주는 그래프이다. 더 작은 Fe-함유 금속간 입자 크기가 원하는 기계적 특성, 예를 들어 굽힘, 파쇄 및 충돌-시험의 기계적 특성을 얻는 데 바람직하다. 그래프에서 명백한 바와 같이, 연속 주조, 570℃ 처리에서의 5분 동안의 용체화, 및 525℃에서의 50% 감소로의 열간 압연(570x5분 + 50% HR로 표시됨)을 포함하는 예시적인 가공 방법은 지시된 다른 예시적인 가공 방법에 비해 더 많은 양의 미세한 Fe-함유 금속간 입자를 갖는 알루미늄 합금 제품을 제공하였다. 역시 그래프에서 명백한 바와 같이, 연속 주조, 570℃ 처리에서의 5분 동안의 용체화, 담금질, 및 350℃에서의 50% 감소로의 온간 압연(570x5분 + 50% WR로 표시됨)을 포함하는 예시적인 가공 방법은 열간 압연된 샘플에 비해 더 적은 미세한 Fe-함유 금속간 입자를 갖는 알루미늄 합금 제품을 제공하였다. 그래프에서 추가로 명백한 바와 같이, 연속 주조, 400℃ 처리에서의 1분 동안의 용체화, 및 350℃에서의 50% 감소로의 온간 압연(400x1분 + 50% WR로 표시됨)을 포함하는 예시적인 가공 방법은 더 높은 온도에서 용체화된 샘플에 비해 더 많은 양의 더 큰 Fe-함유 금속간 입자를 갖는 알루미늄 합금 제품을 제공하였다. 큰 Fe-함유 금속간 입자를 갖는 알루미늄 합금 제품은 바람직하지 않은 기계적 특성을 보일 수 있다.
도 3, 도 4, 및 도 5는 전술된 예시적인 방법에 따라 생성된 합금 2의 주사 전자 현미경(SEM) 사진을 보여준다. 도 3은 연속 주조, 400℃ 처리에서의 1분 동안의 용체화, 및 350℃에서의 50% 감소로의 온간 압연을 포함하는 예시적인 가공 방법을 거친 AA6451 알루미늄 합금의 일부분의 SEM 후방-산란 이미지(back-scattered image)이다. Fe-함유 금속간 입자는 알루미늄 매트릭스보다 밝게 보인다. 현미경 사진에서 명백한 바와 같이, Fe-함유 금속간 입자는 길고 크다. 도 4는 연속 주조, 570℃ 처리에서의 5분 동안의 용체화, 담금질, 및 350℃에서의 50% 감소로의 온간 압연을 포함하는 예시적인 가공 방법을 거친 AA6451 알루미늄 합금의 일부분의 SEM 후방-산란 이미지이다. Fe-함유 금속간 입자는 알루미늄 매트릭스보다 밝게 보인다. 현미경 사진에서 명백한 바와 같이, Fe-함유 금속간 입자는 예시적인 가공 방법으로 인해 미세화(refinement)를 보인다. 도 5는 연속 주조, 570℃ 처리에서의 5분 동안의 용체화, 담금질, 및 525℃에서의 50% 감소로의 열간 압연을 포함하는 예시적인 가공 방법을 거친 AA6451 알루미늄 합금의 일부분의 SEM 후방-산란 이미지이다. Fe-함유 금속간 입자는 알루미늄 매트릭스보다 밝게 보인다. 현미경 사진에서 명백한 바와 같이, Fe-함유 금속간 입자는 예시적인 가공 방법으로 인해 미세화 및 구상화를 보인다. 연속 주조, 570℃ 처리에서의 5분 동안의 용체화, 및 525℃에서의 50% 감소로의 열간 압연을 포함하는 예시적인 가공 방법에 의해 제공되는 미세화되고 구상화된 Fe-함유 금속간 입자는 바람직한 기계적 특성을 갖는 알루미늄 합금을 제공할 수 있다.
도 7은 예시적인 가공 조건이 합금 1에서 철-함유(Fe-함유) 금속간 입자 등가 면적(μm2)을 어떻게 제어할 수 있는지를 보여주는 그래프이다. Fe-함유 금속간 입자 수 밀도(또는 도수(frequency))를 로그 정규 분포(lognormal distribution)에서 Fe-함유 금속간 입자 등가 면적의 함수로서 플로팅하였다. 그래프에서 용체화 온도가 증가되고 압하량(rolling reduction)이 증가됨에 따라 Fe-함유 금속간 입자 미세화가 증가됨이 명백하다. 예를 들어, 540℃에서 2시간 동안 용체화하고 열간 압연하지 않은(즉, 두께의 0% 감소)(0% + 540C-2h로 표시됨) 예시적인 방법을 거친 합금 1 샘플은, 1 μm2 미만의 단면적을 갖는 Fe-함유 금속간 입자의 밀도를, 560℃에서 2시간 동안 용체화하고 열간 압연하지 않은(즉, 두께의 0% 감소)(0% + 560C-2h로 표시됨) 예시적인 방법을 거친 합금 1 샘플보다 더 낮게 나타내 보였다. 560℃에서의 2시간 동안의 용체화 및 0% 두께 압하량의 예시적인 방법을 거친 합금 1 샘플은, 1 μm2 미만의 단면적을 갖는 Fe-함유 금속간 입자의 밀도를, 560℃에서 2시간 동안 용체화하고 50% 두께 압하량으로 열간 압연한(50% + 560C-2h로 표시됨) 예시적인 방법을 거친 합금 1 샘플보다 더 낮게 나타내 보였다. 560℃에서 2시간 동안 용체화하고 50% 두께 압하량으로 열간 압연한 예시적인 방법을 거친 합금 1 샘플은, 1 μm2 미만의 단면적을 갖는 Fe-함유 금속간 입자의 밀도를, 560℃에서 6시간 동안 용체화하고 50% 두께 압하량으로 압연한(50% + 560C-6h로 표시됨) 예시적인 방법을 거친 합금 1 샘플보다 더 낮게 나타내 보였다. 560℃에서 6시간 동안 용체화하고 50% 두께 압하량으로 열간 압연한 예시적인 방법을 거친 합금 1 샘플은, 1 μm2 미만의 단면적을 갖는 Fe-함유 금속간 입자의 밀도를, 560℃에서 6시간 동안 용체화하고 70% 두께 압하량으로 압연한(70% + 560C-6h로 표시됨) 예시적인 방법을 거친 합금 1 샘플보다 더 낮게 나타내 보였다. 용체화 시간 및 온도를 증가시키고 이어서 적어도 70%의 두께 압하량으로 압연하게 되면, 연속 주조 및 열간 압연된 알루미늄 합금에서 Fe-함유 금속간 입자가 효과적으로 분해되고 구상화됨으로써, 고성능 알루미늄 합금이 다량의 재생 재료를 함유하게 할 수 있다.
도 8은 전술된 예시적인 합금 2의 기계적 특성을 보여주는 그래프이다. 합금 2의 샘플을 비-재생 재료("STD"로 지칭됨) 및 재생 재료("Hi 리사이클(Recycle)"로 지칭됨)로부터 연속적으로 주조하였다. 이어서, 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클을 570℃에서 1분 동안 용체화하였고, 게이지의 50% 감소로 열간 압연하였으며, 실온으로 물로 담금질하였다. 이어서, 합금 2를 예열로에서 530℃에서 1시간 동안 예열하고 350℃로 물로 담금질하며 3.5 mm 또는 2.0 mm의 최종 게이지로 온간 압연하고 490℃에서 0초 동안 용체화하며 물로 담금질하여, T4 템퍼에서 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클을 제공하였다(도 1a에 도시된 루트 1에 따라). 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클로부터의 샘플을 추가로 인위적으로 시효시켜 T6 템퍼에서 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클을 제공하였다. 도 8은 항복 강도(YS, 각각의 쌍에서 좌측 히스토그램(histogram)), 극한 인장 강도(UTS, 각각의 쌍에서 우측 히스토그램), 균일 연신율(UE, 중공 원(open circle)), 및 총 연신율(TE, 중공 다이아몬드(open diamond))을 보여준다. 적어도 30%의 재생 재료 함유물을 함유하는 합금 2 샘플은 양쪽 템퍼에서 비-재생 재료로부터 주조된 합금 2 샘플과 유사한 기계적 특성을 보였다. 유사하게, 2.0 mm 게이지로 제공된 합금 2 샘플은 3.5 mm 게이지로 제공된 합금 2 샘플과 유사한 기계적 특성을 보였다.
도 9는 전술된 예시적인 합금 2의 기계적 특성을 보여주는 그래프이다. 합금 2의 샘플을 비-재생 재료("STD"로 지칭됨) 및 재생 재료("Hi 리사이클"로 지칭됨)로부터 주조하였다. 이어서, 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클을 570℃에서 1분 동안 용체화하고 게이지의 50% 감소로 열간 압연하며 물로 담금질하고 3.5 mm 또는 2.0 mm의 최종 게이지로 냉간 압연하며 490℃에서 0초 동안 용체화하고 물로 담금질하여, T4 템퍼에서 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클을 제공하였다(도 1b에 도시된 루트 2에 따라). 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클로부터의 샘플을 추가로 인위적으로 시효시켜 T6 템퍼에서 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클을 제공하였다. 도 9는 항복 강도(YS, 각각의 쌍에서 좌측 히스토그램), 극한 인장 강도(UTS, 각각의 쌍에서 우측 히스토그램), 균일 연신율(UE, 중공 원), 및 총 연신율(TE, 중공 다이아몬드)을 보여준다. 적어도 30%의 재생 재료 함유물을 함유하는 합금 2 샘플은 양쪽 템퍼에서 비-재생 재료로부터 주조된 합금 2 샘플과 유사한 기계적 특성을 보였다. 유사하게, 2.0 mm 게이지로 제공된 합금 2 샘플은 3.5 mm 게이지로 제공된 합금 2 샘플과 유사한 기계적 특성을 보였다.
도 10은 합금 2에 대한 항복 강도 및 굽힘 각도를 비교한 그래프이다. 합금 2의 샘플을 비-재생 재료("STD"로 지칭됨) 및 재생 재료("Hi 리사이클"로 지칭됨)로부터 연속적으로 주조하였다. 이어서, 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클을 570℃에서 1분 동안 용체화하였고, 게이지의 50% 감소로 열간 압연하였으며, 실온으로 물로 담금질하였다. 이어서, 합금 2를 예열로에서 530℃에서 1시간 동안 예열하고 350℃로 물로 담금질하며 3.5 mm 또는 2.0 mm의 최종 게이지로 온간 압연하고 490℃에서 0초 동안 용체화하며 물로 담금질하여, T4 템퍼에서 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클을 제공하였다(도 1a에 도시된 루트 1에 따라). 또한, 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클을 연속적으로 주조하고 570℃에서 1분 동안 용체화하며 게이지의 50% 감소로 열간 압연하고 물로 담금질하며 3.5 mm 또는 2.0 mm의 최종 게이지로 냉간 압연하고 490℃에서 0초 동안 용체화하며 물로 담금질하여, T4 템퍼에서 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클을 제공하였다(도 1b에 도시된 루트 2에 따라). 양쪽 루트로부터의 합금 2 샘플을 추가로 인위적으로 시효시켜 T6 템퍼에서 합금 2 STD 및 합금 2 Hi 리사이클을 제공하였다. 도 10은 항복 강도(YS, 히스토그램) 및 굽힘 각도(VDA Alpha, 중공 다이아몬드)를 보여준다. 적어도 30%의 재생 재료로부터 주조된 합금 2 샘플은 비-재생 재료로부터 주조된 합금 2 샘플보다 낮은 굽힘 각도를 보였다. 또한, 가공 루트 2를 거친 합금 2 샘플은 가공 루트 1을 거친 합금 2 샘플보다 낮은 굽힘 각도를 보였다. 모든 굽힘 각도 시험을 굽힘 전에 샘플을 사전-변형시킴이 없이, VDA 표준 230-100 (2010)에 따라 수행하였다. 모든 나타낸 굽힘 각도는 알루미늄 합금 제품에 사용하기에 허용가능한 것으로 간주되었다.
실시예 3: 직접 냉경 주조 알루미늄 합금
직접 냉경 주조, 균질화, 및 열간 압연을 비롯하여, 전술된 바와 같은 직접 냉경 주조 방법에 따라 합금 2로부터 직접 냉경 주조 샘플을 생성하여 알루미늄 합금 핫 밴드(즉, 합금 2 핫 밴드)를 제공하였다. 합금 2 핫 밴드를 담금질, 냉간 압연, 용체화 및 인공 시효를 추가로 거치게 하여 T6 템퍼에서 합금 2 제품 샘플을 제공하였다. 합금 2 제품 샘플의 일부분을 예열(예컨대, 약 560℃로 6시간 동안 가열함) 및 원하는 게이지(예컨대, 합금 2 핫 밴드 두께로부터의 두께의 70% 감소)로의 열간 압연을 포함하는 본 명세서에 기술된 예시적인 방법을 거치게 하여 예시적인 합금 2 제품 샘플을 제공하였고, 일부분을 본 명세서에 기술된 방법에 따라 예열하거나 열간 압연하지 않아 비교 합금 2 제품 샘플을 제공하였다. 인장 시험은 항복 강도의 차이를 보이지 않았다(예컨대, 비교 합금 2 제품 샘플은 290 MPa의 항복 강도를 보였고, 예시적인 합금 2 제품 샘플은 290 MPa의 항복 강도를 보였음). 비교 합금 2 제품 샘플이 80°의 내부 굽힘 각도를 보였고 예시적인 합금 2 제품 샘플이 70°의 내부 굽힘 각도를 보였기 때문에, 굽힘 시험은 예시적인 합금 2 제품 샘플에 대한 성형성의 증가를 보였다. 이러한 결과는 본 방법이 Fe-함유 금속간 입자를 효과적으로 분해하고 구상화하여, 적어도 약 30%의 재생 알루미늄 합금 재료를 함유하는 고성능 알루미늄 합금을 제공할 수 있음을 보여준다.
상기 인용된 모든 특허, 출판물 및 초록은 그 전체가 본원에 참고로 원용되어 포함된다. 본 발명의 다양한 구현예는 본 발명의 다양한 목적 달성을 위해 설명되었다. 이들 구현예는 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것임을 인식해야 한다. 다음의 청구범위에서 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 다수의 변경 및 적합화는 당업자에게 용이하게 명백해질 것이다.

Claims (20)

  1. 알루미늄 합금 제품을 생성하는 방법으로서,
    적어도 30%의 양으로 재생 함유물을 포함하는 용융 알루미늄 합금을 제공하는 단계;
    주조 알루미늄 합금 제품을 제조하기 위해 상기 용융 알루미늄 합금을 주조하는 단계;
    상기 주조 알루미늄 합금 제품을 균질화하는 단계;
    상기 주조 알루미늄 합금 제품을 제1 열간 압연 단계에서 열간 압연하여 알루미늄 합금 핫 밴드를 제조하는 단계;
    상기 알루미늄 합금 핫 밴드를 담금질하는 단계;
    상기 알루미늄 합금 핫 밴드를 예열하는 단계; 및
    상기 알루미늄 합금 핫 밴드를 제2 열간 압연 단계에서 상기 주조 알루미늄 합금 제품의 게이지와 비교하여 두께가 적어도 50% 감소한 게이지로 열간 압연하는 단계를 포함하고,
    상기 용융 알루미늄 합금은 2xxx 시리즈 알루미늄 합금, 5xxx 시리즈 알루미늄 합금, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금, 또는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금을 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용융 알루미늄 합금 내의 상기 재생 함유물은 적어도 50%인, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 용융 알루미늄 합금 내의 상기 재생 함유물은 적어도 70%인, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조하는 단계는 연속 주조를 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조하는 단계는 직접 냉경 주조를 포함하는, 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제공하는 단계는 알루미늄 합금, 알루미늄 스크랩, 또는 이들의 조합을 용융시키는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 알루미늄 합금은 철을 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 철은 상기 용융 알루미늄 합금의 중량을 기준으로 적어도 0.25 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 철은 상기 용융 알루미늄 합금의 중량을 기준으로 0.25 중량% 내지 0.50 중량%의 양으로 존재하는, 방법.
  11. 삭제
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조하는 단계 후에 상기 주조 알루미늄 합금 제품을 담금질하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 담금질하는 단계는 20 ℃/s 내지 400 ℃/s의 속도로 수행되는, 방법.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조 알루미늄 합금 제품은 상기 주조 알루미늄 합금 제품의 게이지와 비교하여 두께가 30% 내지 80% 감소한 게이지를 갖는 알루미늄 합금 핫 밴드를 생성하도록 상기 제1 열간 압연 단계에서 열간 압연되는, 방법.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조되는 알루미늄 합금 제품.
  16. 제15항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품은 철-함유 금속간 입자를 포함하는, 알루미늄 합금 제품.
  17. 제16항에 있어서, 상기 철-함유 금속간 입자는 구형인, 알루미늄 합금 제품.
  18. 제16항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품 내에 존재하는 상기 철-함유 금속간 입자의 적어도 50%는 0.75 μm2 이하의 면적을 갖는, 알루미늄 합금 제품.
  19. 제16항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품 내에 존재하는 상기 철-함유 금속간 입자의 적어도 80%는 0.75 μm2 이하의 면적을 갖는, 알루미늄 합금 제품.
  20. 제15항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품은 자동차 차체 부품인, 알루미늄 합금 제품.
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