KR102644089B1 - 고강도 내식성 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시 내용은 일반적으로 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 및 이를 예를 들어 주조 및 압연을 통해 제조하는 방법을 제공한다. 또한, 본 개시 내용은 이러한 합금으로부터 제조된 제품을 제공한다. 또한, 본 개시 내용은 그 중에서도 예를 들어 차량, 운송, 전자, 항공 우주, 및 산업 응용 분야에서 이러한 제품의 다양한 최종 용도를 제공한다.
Description
우선권 주장
본 출원은 2017년 5월 26일자로 출원된 미국 가출원 제62/511,703호의 우선권의 이익을 주장하며, 이는 그 전체가 본원에 기술된 바와 같이 원용되어 포함된다.
기술분야
본 개시 내용은 일반적으로 6xxx 시리즈 알루미늄 합금을 제공한다. 또한, 본 개시 내용은 이러한 합금으로 제조된 제품 및 이러한 제품을 예를 들어 주조 및 압연을 통해 제조하는 방법을 제공한다. 또한, 본 개시 내용은 예를 들어 차량, 운송, 전자, 산업, 항공 우주, 및 기타 응용 분야에서 이러한 제품의 다양한 최종 용도를 제공한다.
고강도 알루미늄 합금은 여러 다양한 응용 분야, 특히 강도 및 내구성이 특별히 바람직한 응용 분야에 사용하기에 바람직하다. 예를 들어, 6xxx 시리즈로 지정된 알루미늄 합금은 일반적으로 철강업 대신에 차량 구조 및 클로저 패널 응용 분야에 사용된다. 알루미늄 합금은 일반적으로 강철보다 밀도가 약 2.8배 낮기 때문에 이러한 재료를 사용하면 차량의 무게가 줄어들고 연비가 크게 향상된다. 그렇다고 해도, 차량 응용 분야에서 현재 이용 가능한 알루미늄 합금을 사용하는 것은 특정한 도전을 제기한다.
하나의 특정 도전은 6xxx 시리즈 알루미늄 합금이 강철보다 약한 경향이 있다는 것에 관한 것이다. 일부 경우에, 합금 조성물을 변경하여, 예를 들어 합금 조성물에서 실리콘 또는 구리의 양을 증가시켜, 완성된 알루미늄 합금 제품의 강도를 증가시킬 수 있다. 그러나, 합금에서 실리콘 또는 구리 농도를 증가시키면 종종 결정립계에서 석출물 형성을 초래하여 결국 최종 제품의 내식성을 감소시킨다. 주문자 상표 제조자(OEM; Original Equipment Manufacturer)는 규제 기관과 소비자로부터의 압력에 지속적으로 대응하여 안전하고 내구성이 강한 보다 연비가 좋은 차량을 제공해야 한다.
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. 본 발명의 내용 부분은 청구된 기술요지의 핵심이나 필수적인 기능을 식별하기 위한 것이 아니고 청구된 기술요지의 범위를 결정하기 위해 독립적으로 사용되도록 의도하지 않는다. 이러한 기술요지는 명세서 전체, 일부나 모든 도면, 및 각 청구범위의 적절한 부분을 참조해서 이해되어야 한다.
본 개시 내용은 고강도 및 높은 내식성 모두를 갖는 새로운 6xxx 시리즈 알루미늄 합금을 제공한다. 무엇보다도, 더 많은 양의 미량 합금 원소(예를 들어, Mn, Cr, Zr, V 등)를 포함하면 상당한 강도 손실을 유발하지 않으면서 알루미늄 합금으로 형성된 제품의 내식성을 향상시킨다. 임의의 특정 이론에 구속됨이 없이, 더 많은 양의 미량 합금 원소를 포함하면 균질화 시 다수의 분산질을 형성하여 실리콘 또는 구리의 핵 생성 부위로 작용할 수 있는 것으로 여겨진다. 이러한 석출물은 분산질의 위치에 형성되기 때문에, 이들은 결정립계에서 상당한 정도로 형성되지 않는다. 그러므로, 결정립계는 후속의 입간 부식 부위가 되지 않는다.
0.2 내지 1.5 중량%의 Si; 0.4 내지 1.6 중량%의 Mg; 0.2 내지 1.5 중량%의 Cu; 0.5 중량% 이하의 Fe; 0.08 내지 0.20 중량%의 Cr, 0.02 내지 0.20 중량%의 Zr, 0.25 내지 1.0 중량%의 Mn, 및 0.01 내지 0.20 중량%의 V로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 추가 합금 원소; 및 잔부 알루미늄을 포함하는 알루미늄 합금이 개시된다. 일부 실시예에서, 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 Sr, 0.20 중량% 이하의 Hf, 0.20 중량% 이하의 Er, 또는 0.20 중량% 이하의 Sc를 포함한다. 본 출원 전체에서, 모든 원소는 합금의 총 중량을 기준으로 중량%(wt.%)로 기술된다. 이러한 합금은 고강도 및 내식성을 발휘하고, 무엇보다도 차량, 운송, 전자, 항공 우주, 및 산업 응용 분야를 포함하는 다양한 응용 분야에 적합하게 사용될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같은 알루미늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금 제품이 개시된다. 일부 경우에, 알루미늄 합금 제품은 잉곳, 스트립, 쉐이트, 슬래브, 빌릿, 또는 기타 알루미늄 합금 제품이다. 다른 실시예에서, 알루미늄 합금 제품은 압연 알루미늄 합금 제품이며, 이는 예를 들어 원하는 두께가 달성될 때까지 알루미늄 합금 제품을 압연하는 단계를 포함하는 공정에 의해 형성된다. 압연 알루미늄 합금 제품은 알루미늄 합금 시트일 수 있다. 이러한 시트는 임의의 적합한 템퍼, 예를 들어 T1 내지 T9 템퍼 범위, 및 임의의 적절한 게이지를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 본 개시 내용은 본원에 제공된 바와 같은 6xxx 시리즈 합금을 포함하는 알루미늄 플레이트, 압출물, 주조물, 및 단조물을 제공한다.
알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법이 또한 개시되는데, 이는 본원에 기재된 바와 같은 알루미늄 합금을 제공하는 단계로서, 알루미늄 합금은 용융 알루미늄 합금으로서 용융된 상태로 제공되는, 단계, 및 용융 알루미늄 합금을 연속 주조하여 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 예를 들어 균질화 후에 알루미늄 합금 제품을 압연하여 알루미늄 합금 시트와 같은 압연 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 이러한 방법은 용융 알루미늄 합금을 직접 냉경(DC) 주조하여 잉곳과 같은 알루미늄 합금 제품을 형성하고, 예를 들어 균질화 후에 알루미늄 합금 제품을 압연하여 알루미늄 합금 시트와 같은 압연 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본원에 기술된 바와 같은 알루미늄 합금 제품을 포함하는 제조 물품이 또한 개시된다. 제조 물품은 압연 알루미늄 합금 제품을 포함할 수 있다. 이러한 제조 물품의 예는 차량, 트럭, 트레일러, 기차, 철도 차량, 항공기, 전술한 물품 중 임의의 물품에 대한 바디 패널이나 부품, 다리, 파이프 라인, 파이프, 배관, 보트, 선박, 보관 컨테이너, 저장 탱크, 가구 물품, 창, 문, 난간, 기능성 또는 장식적인 건축 조각, 파이프 난간, 전기 부품, 도관, 음료 용기, 식품 용기, 또는 포일을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시예에서, 제조 물품은 모터 차량 바디 부품(예를 들어, 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필러 보강재, 내부 패널, 외부 패널, 측면 패널, 후드 이너, 후드 아우터, 및 트렁크 리드 패널)을 포함하는 차량 또는 운송 바디 부품이다. 제조 물품은 또한 전자 장치 하우징과 같은 전자 제품을 포함할 수 있다.
추가적인 양태 및 구현예들은 본원에 포함된 상세한 설명, 청구 범위, 비제한적인 실시예, 및 도면에 제시된다.
도 1은 각각 T4 및 T6 템퍼로 제조된 4개의 합금(A1-A4)에 대한 굽힘성 시험의 항복 강도 및 VDA 각도를 도시하고 있다.
도 2는 각각 T6 템퍼로 제조되고 24시간 동안 ISO 11846B (1995)에 제시된 입간 부식(IGC) 시험을 거친 4개의 합금(A1-A4)에 대한 광학 현미경 사진(OM)을 도시하고 있다.
도 3은 샘플이 24시간 동안 ISO 11846B (1995)에 제시된 입간 부식(IGC) 시험을 거친 후의 최대 및 평균 피트 깊이 및 피트의 개수를 도시하고 있다. 4개의 샘플은 4개의 합금(A1-A4)이며, 이들 각각은 T6 템퍼로 제조되었다.
도 4는 Zr(A4)이 첨가되고, 각각 T6 템퍼로 그렇지만 상이한 방식으로 제조되며, 24시간 동안 ISO 11846B (1995)에 제시된 입간 부식(IGC) 시험을 거친, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에 대한 광학 현미경 사진(OM)을 도시하고 있다. 4가지 다른 제조 조건은 도면에 표시되어 있고, (a) 침지 없이 50 ℃/h의 온도 증가로 450℃의 피크까지 균질화; (b) 침지 없이 50 ℃/h의 온도 증가로 500℃의 피크까지 균질화; (c) 침지 없이 50 ℃/h의 온도 증가로 540℃의 피크까지 균질화; 및 (d) 균질화 후 6시간 침지와 더불어 50 ℃/h의 온도 증가로 560℃의 피크까지 균질화를 포함한다.
도 5는 (a) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조(CC)에 의해 주조된 A1 합금, (b) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조에 의해 주조된 A2 합금, (c) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조에 의해 주조된 A3 합금, (d) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조에 의해 주조된 A4 합금, 및 (e) 직접 냉경(DC) 주조에 의해 주조된 A1 합금을 포함하는, 각각 다른 방법으로 주조된 일련의 상이한 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에 대한 광학 현미경 사진(OM)을 도시하고 있는데, 그 샘플은 T6 템퍼로 제조되고 24시간 동안 ISO 11846B (1995)에 제시된 입간 부식(IGC) 시험을 거친다.
도 2는 각각 T6 템퍼로 제조되고 24시간 동안 ISO 11846B (1995)에 제시된 입간 부식(IGC) 시험을 거친 4개의 합금(A1-A4)에 대한 광학 현미경 사진(OM)을 도시하고 있다.
도 3은 샘플이 24시간 동안 ISO 11846B (1995)에 제시된 입간 부식(IGC) 시험을 거친 후의 최대 및 평균 피트 깊이 및 피트의 개수를 도시하고 있다. 4개의 샘플은 4개의 합금(A1-A4)이며, 이들 각각은 T6 템퍼로 제조되었다.
도 4는 Zr(A4)이 첨가되고, 각각 T6 템퍼로 그렇지만 상이한 방식으로 제조되며, 24시간 동안 ISO 11846B (1995)에 제시된 입간 부식(IGC) 시험을 거친, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에 대한 광학 현미경 사진(OM)을 도시하고 있다. 4가지 다른 제조 조건은 도면에 표시되어 있고, (a) 침지 없이 50 ℃/h의 온도 증가로 450℃의 피크까지 균질화; (b) 침지 없이 50 ℃/h의 온도 증가로 500℃의 피크까지 균질화; (c) 침지 없이 50 ℃/h의 온도 증가로 540℃의 피크까지 균질화; 및 (d) 균질화 후 6시간 침지와 더불어 50 ℃/h의 온도 증가로 560℃의 피크까지 균질화를 포함한다.
도 5는 (a) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조(CC)에 의해 주조된 A1 합금, (b) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조에 의해 주조된 A2 합금, (c) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조에 의해 주조된 A3 합금, (d) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조에 의해 주조된 A4 합금, 및 (e) 직접 냉경(DC) 주조에 의해 주조된 A1 합금을 포함하는, 각각 다른 방법으로 주조된 일련의 상이한 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에 대한 광학 현미경 사진(OM)을 도시하고 있는데, 그 샘플은 T6 템퍼로 제조되고 24시간 동안 ISO 11846B (1995)에 제시된 입간 부식(IGC) 시험을 거친다.
본 개시 내용은 새로운 6xxx 시리즈 알루미늄 합금 및 이러한 합금을 제조 및 사용하는 방법을 제공한다. 이러한 합금은 고강도 및 내식성을 발휘한다. 놀랍게도, 이러한 합금은 결정립계에서 실리콘 및/또는 구리의 석출을 감소시키는 작용을 하는 추가 양의 하나 이상의 미량 합금 원소(예를 들어, 망간, 크롬, 지르코늄, 바나듐 등)를 포함한다. 따라서, 이러한 미량 합금 원소를 포함하면 결정립계에서 이들 원소의 석출로 인한 내식성을 저하시키지 않으면서 구리 및/또는 과량의 실리콘을 함유하는 고강도 알루미늄 합금을 생성한다.
정의 및 설명
본원에서 사용된 "발명", "상기 발명", "이 발명" 및 "본 발명"이란 용어는 본 특허 출원 및 하기의 청구범위의 모든 기술요지를 광범위하게 나타내려고 의도된 것이다. 이 용어들을 포함하는 문구는 본원에 기재된 기술요지를 제한하지 않으며 하기의 특허청구범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 설명에서, 예를 들어 "시리즈(series)" 또는 "6xxx"와 같은, AA 숫자 및 다른 관련 명칭에 의해 식별되는 합금을 참조한다. 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 사용될 때, "일(a)", "하나(an)", 및 "그(the)"의 의미는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 단수 및 복수의 지시 대상을 포함한다.
본원에서 사용될 때, 플레이트는 일반적으로 약 15 mm보다 큰 두께를 갖는다. 예를 들어, 플레이트는 15 mm 초과, 20 mm 초과, 25 mm 초과, 30 mm 초과, 35 mm 초과, 40 mm 초과, 45 mm 초과, 50 mm 초과, 또는 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 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm, 또는 15 mm의 두께를 가질 수 있다.
본원에서 사용될 때, 시트는 일반적으로 두께가 약 4 mm 미만인 알루미늄 제품을 지칭한다. 예를 들어, 시트는 4 mm 미만, 3 mm 미만, 2 mm 미만, 1 mm 미만, 0.5 mm 미만, 0.3 mm 미만, 또는 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. T1 상태 또는 템퍼는 열간 가공으로부터 냉각되고 (예를 들어, 상온에서) 자연적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T2 상태 또는 템퍼는 열간 가공으로부터 냉각되고, 냉간 가공되고, 자연적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T3 상태 또는 템퍼는 용체화 처리되고, 냉간 가공되고, 자연적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T4 상태 또는 템퍼는 용체화 처리되고 자연적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T5 상태 또는 템퍼는 열간 가공으로부터 냉각되고 (상온에서) 인위적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T6 상태 또는 템퍼는 용체화 처리되고 인위적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T7 상태 또는 템퍼는 용체화 처리되고 인위적으로 과시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T8 상태 또는 템퍼는 용체화 처리되고, 냉간 가공되고, 인위적으로 시효된 알루미늄 합금을 지칭한다. T9 상태 또는 템퍼는 용체화 처리되고, 인위적으로 시효되고, 냉간 가공된 알루미늄 합금을 지칭한다.
본원에서 사용될 때, "주조 금속 제품", "주조 제품", "주조 알루미늄 합금 제품" 등과 같은 용어는 상호 교환 가능하며 직접 냉경 주조(직접 냉경 공동 주조를 포함) 또는 반연속 주조, 연속 주조(예를 들어, 트윈 벨트 캐스터, 트윈 롤 캐스터, 블록 캐스터, 또는 임의의 다른 연속 캐스터의 사용을 포함), 전자기 주조, 핫 탑(hot top) 주조 또는 임의의 다른 주조 방법으로 제조된 제품을 지칭한다.
본원에서 사용될 때, "상온"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 개시한 모든 범위는 그에 포함되는 어떠한 하위범위 및 모든 하위범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"으로 기재된 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이(및 이를 포함)의 임의의 하위 범위 및 모든 하위 범위; 즉 1 이상, 예를 들어 1 내지 6.1의 최소값으로 시작하여, 10 이하, 예를 들어 5.5 내지 10의 최대값으로 끝나는 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 간주해야 한다.
아래의 실시예에서, 알루미늄 합금은 원소 조성의 관점에서 중량 퍼센트(wt.%)로 기재된다. 각 합금에서, 달리 나타내지 않는 한 잔부는 알루미늄이다. 일부 실시예에서, 본원에 개시된 합금은 모든 불순물의 합계가 최대 0.15 중량%이다.
합금 조성
본원에 기술된 합금은 새로운 6xxx 시리즈 알루미늄 합금이다. 알루미늄 합금은 결정립계에서 예상치 못한 높은 내식성과 결부된 높은 항복 강도 및 굽힘성을 발휘한다. 알루미늄 합금의 특성은 합금의 조성물 및/또는 합금을 제조하는 방법으로 인해 달성된다.
일부 실시예에서, 알루미늄 합금은 표 1에 제시된 원소 조성을 갖는다.
일부 실시예에서, 알루미늄 합금은 표 2에 제시된 원소 조성을 갖는다.
일부 실시예에서, 알루미늄 합금은 표 3에 제시된 원소 조성을 갖는다.
일부 실시예에서, 알루미늄 합금은 표 4에 제시된 원소 조성을 갖는다.
일부 실시예에서, 본원에 기술된 합금 조성물은 약 0.2% 내지 약 1.5%의 실리콘(Si)을 포함한다. 예를 들어, 합금 조성물은 약 0.3% 내지 약 1.1%, 약 0.4% 내지 약 1.0%, 약 0.4% 내지 약 0.9% Si, 약 0.4% 내지 약 0.8%, 또는 약 0.4% 내지 약 0.7%의 양으로 Si를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5%, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1.0%, 약 1.1%, 약 1.2%의 Si, 약 1.3%의 Si, 약 1.4%의 Si, 또는 약 1.5%의 Si를 포함할 수 있다. 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
일부 실시예에서, 본원에 기술된 합금 조성물은 약 0.4% 내지 약 1.6%의 마그네슘(Mg)을 포함한다. 예를 들어, 합금 조성물은 약 0.4% 내지 약 1.2%, 약 0.4% 내지 약 1.0%, 약 0.5% 내지 약 1.2%, 약 0.5% 내지 약 1.0%, 또는 약 0.4% 내지 약 0.7%의 양으로 Mg를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.4%, 약 0.5%, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1.0%, 약 1.1%, 약 1.2%, 약 1.3%, 약 1.4%의 Mg, 또는 약 1.5%의 Mg를 포함할 수 있다. 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
일부 실시예에서, 본원에 기술된 합금 조성물은 약 0.2% 내지 약 1.5%의 구리(Cu)를 포함한다. 예를 들어, 합금 조성물은 약 0.3% 내지 약 1.1%, 약 0.4% 내지 약 1.0%, 약 0.4% 내지 약 0.9%, 약 0.4% 내지 약 0.8%, 또는 약 0.4% 내지 약 0.7%의 양으로 Cu를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 약 0.5%, 약 0.6%, 약 0.7%, 약 0.8%, 약 0.9%, 약 1.0%, 약 1.1%, 약 1.2%의 Cu, 약 1.3%의 Cu, 약 1.4%의 Cu, 또는 약 1.5%의 Cu를 포함할 수 있다. 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
일부 실시예에서, 본원에 기술된 합금 조성물은 최대 약 0.5%의 철(Fe)을 포함한다. 예를 들어, 합금 조성물은 0% 내지 약 0.4%, 0% 내지 약 0.3%, 약 0.1% 내지 약 0.5%, 또는 약 0.1% 내지 약 0.3%의 양으로 Fe를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.1%, 약 0.2%, 약 0.3%, 약 0.4%, 또는 약 0.5%의 Fe를 포함할 수 있다. 일부 경우에, Fe가 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
일부 실시예에서, 본원에 기술된 합금 조성물은 최대 약 0.1%의 티타늄(Ti)을 포함한다. 예를 들어, 합금 조성물은 0% 내지 약 0.07%, 0% 내지 약 0.05%, 약 0.01% 내지 약 0.1%, 약 0.01% 내지 약 0.07%, 또는 약 0.01% 내지 약 0.05%의 양으로 Ti를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 또는 약 0.10%의 Ti를 포함할 수 있다. 일부 경우에, Ti가 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
표 1에 제시된 바와 같이 본원에 개시된 일부 실시예에서, 합금 조성물은 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에 대해 통상적일 수 있는 양보다 많은 크롬(Cr)을 갖는다. 이러한 경우에, 합금 조성물은 약 0.04% 내지 약 1.0%의 Cr을 포함할 수 있다. 예를 들어, 합금 조성물은 약 0.06% 내지 약 0.50%, 약 0.08% 내지 약 0.20%, 약 0.09% 내지 약 0.20%, 또는 약 0.09% 내지 약 0.15%의 양으로 Cr을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 합금 조성물은 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.10%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 약 0.20%, 약 0.21%, 약 0.22%, 약 0.23%, 약 0.24%, 약 0.25%, 약 0.26% 약 0.27%, 약 0.28%, 약 0.29%, 약 0.30%, 약 0.31%, 약 0.32%, 약 0.33%, 약 0.34%, 약 0.35%, 약 0.36%, 약 0.37%, 약 0.38%, 약 0.39%, 약 0.40%, 약 0.41%, 약 0.42%, 약 0.43%, 약 0.44%, 약 0.45%, 약 0.46%, 약 0.47%, 약 0.48%, 약 0.49%, 약 0.50%, 약 0.51% 약 0.52%, 약 0.53%, 약 0.54%, 약 0.55%, 약 0.56%, 약 0.57%, 약 0.58%, 약 0.59%, 약 0.60%, 약 0.61%, 약 0.62%, 약 0.63%, 약 0.64%, 약 0.65%, 약 0.66%, 약 0.67%, 약 0.68%, 약 0.69%, 약 0.70%, 약 0.71% 약 0.72%, 약 0.73%, 약 0.74%, 약 0.75%, 약 0.76%, 약 0.77%, 약 0.78%, 약 0.79%, 약 0.80%, 약 0.81%, 약 0.82%, 약 0.83%, 약 0.84%, 약 0.85%, 약 0.86%, 약 0.87%, 약 0.88%, 약 0.89%, 약 0.90%, 약 0.91%, 약 0.92%, 약 0.93%, 약 0.94%, 약 0.95%, 약 0.96%, 약 0.97%, 약 0.98%, 약 0.99%, 또는 약 1.0%의 Cr을 포함할 수 있다. 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
표 2-4에 제시된 바와 같은 본원에 개시된 일부 다른 실시예에서, 합금 조성물은 더 적은 양의 Cr을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 합금 조성물은 0 내지 약 0.1%의 Cr을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 0% 내지 약 0.07%, 0% 내지 약 0.05%, 약 0.01% 내지 약 0.1%, 약 0.01% 내지 약 0.07%, 또는 약 0.01% 내지 약 0.05%의 양으로 Cr을 포함할 수 있다. 일부 이러한 경우에, 합금 조성물은 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 또는 약 0.10%의 Cr을 포함할 수 있다. 일부 경우에, Cr이 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
표 2에 제시된 바와 같은 본원에 개시된 일부 실시예에서, 합금 조성물은 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에 대해 통상적일 수 있는 양보다 많은 지르코늄(Zr)을 갖는다. 예를 들어, 합금 조성물은 약 0.02% 내지 약 0.20%의 Zr을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.04% 내지 약 0.18%, 약 0.06% 내지 약 0.16%, 약 0.07% 내지 약 0.16%, 또는 약 0.08% 내지 약 0.16%의 양으로 Zr을 포함할 수 있다. 일부 이러한 경우에, 합금 조성물은 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.10%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 또는 약 0.20%의 Zr을 포함할 수 있다. 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
표 1, 3, 및 4에 제시된 바와 같은 본원에 개시된 일부 다른 실시예에서, 합금 조성물은 더 적은 양의 Zr을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 합금 조성물은 0% 내지 약 0.05%의 Zr을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 0% 내지 약 0.04%, 0% 내지 약 0.03%, 약 0.01% 내지 약 0.05%, 약 0.01% 내지 약 0.04%, 또는 약 0.01% 내지 약 0.03%의 양으로 Zr을 포함할 수 있다. 일부 이러한 경우에, 합금 조성물은 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 또는 약 0.05%의 Zr을 포함할 수 있다. 일부의 경우, Zr이 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
표 3에 제시된 바와 같은 본원에 개시된 일부 실시예에서, 합금 조성물은 6xxx 시리즈 알루미늄 합금에 대해 통상적일 수 있는 양보다 많은 망간(Mn)을 갖는다. 이러한 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.1% 내지 약 1.0%, 약 0.1% 내지 약 0.6%, 또는 약 0.25% 내지 약 1.0%의 양으로 Mn을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.2% 내지 약 1.0%, 약 0.4% 내지 약 1.0%, 약 0.1% 내지 약 0.8%, 약 0.2% 내지 약 0.8%, 약 0.3% 내지 약 0.8%, 약 0.2% 내지 약 0.6%, 또는 약 0.3% 내지 약 0.6%의 양으로 Mn을 포함할 수 있다. 일부 이러한 경우에, 합금 조성물은 약 0.10%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 약 0.20%, 약 0.21%, 약 0.22%, 약 0.23%, 약 0.24%, 약 0.25%, 약 0.26%, 약 0.27%, 약 0.28%, 약 0.29%, 약 0.30%, 약 0.31%, 약 0.32%, 약 0.33%, 약 0.34%, 약 0.35%, 약 0.36%, 약 0.37%, 약 0.38%, 약 0.39%, 약 0.40%, 약 0.41%, 약 0.42%, 약 0.43%, 약 0.44%, 약 0.45%, 약 0.46%, 약 0.47%, 약 0.48%, 약 0.49%, 약 0.50%, 약 0.51%, 약 0.52%, 약 0.53%, 약 0.54%, 약 0.55%, 약 0.56%, 약 0.57%, 약 0.58%, 약 0.59%, 약 0.60%, 약 0.61%, 약 0.62%, 약 0.63%, 약 0.64%, 약 0.65%, 약 0.66%, 약 0.67%, 약 0.68%, 약 0.69%, 약 0.70%, 약 0.71%, 약 0.72%, 약 0.73%, 약 0.74%, 약 0.75%, 약 0.76%, 약 0.77%, 약 0.78%, 약 0.79%, 약 0.80%, 약 0.81%, 약 0.82%, 약 0.83%, 약 0.84%, 약 0.85%, 약 0.86%, 약 0.87%, 약 0.88%, 약 0.89%, 약 0.90%, 약 0.91%, 약 0.92%, 약 0.93%, 약 0.94%, 약 0.95%, 약 0.96%, 약 0.97%, 약 0.98%, 약 0.99%, 또는 약 1.0%의 Mn을 포함할 수 있다. 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
표 1, 2, 및 4에 제시된 바와 같은 본원에 개시된 일부 다른 실시예에서, 합금 조성물은 더 적은 양의 Mn을 갖는다. 이러한 실시예에서, 합금 조성물은 0% 내지 약 0.25%의 Mn을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 0% 내지 약 0.23%, 0% 내지 약 0.21%, 약 0.05% 내지 약 0.23%, 약 0.05% 내지 약 0.21%, 또는 약 0.10% 내지 약 0.23%의 양으로 Mn을 포함할 수 있다. 일부 이러한 경우에, 합금 조성물은 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.10%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 약 0.20%, 약 0.21%, 약 0.22%, 약 0.23%, 약 0.24%, 또는 약 0.25%의 Mn을 포함할 수 있다. 일부 경우에, Mn이 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
표 4에 제시된 바와 같은 본원에 개시된 일부 실시예에서, 합금 조성물은 6xxx 시리즈 합금에 대해 통상적일 수 있는 양보다 많은 바나듐(V)을 갖는다. 이러한 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.05% 내지 약 0.20%의 양으로 V를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.07% 내지 약 0.20%, 약 0.09% 내지 약 0.20%, 또는 약 0.11% 내지 약 0.20%의 양으로 V를 포함할 수 있다. 일부 이러한 경우에, 합금 조성물은 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.10%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 또는 약 0.20%의 V를 포함할 수 있다. 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
표 1-3에 제시된 바와 같은 본원에 개시된 일부 다른 실시예에서, 합금 조성물은 더 적은 양의 V를 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 합금 조성물은 0% 내지 약 0.05%의 V를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 0% 내지 약 0.04%, 0% 내지 약 0.03%, 약 0.01% 내지 약 0.05%, 약 0.01% 내지 약 0.04%, 또는 약 0.01% 내지 약 0.03%의 양으로 V를 포함할 수 있다. 일부 이러한 경우에, 합금 조성물은 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 또는 약 0.05%의 V를 포함할 수 있다. 일부 경우에, V는 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
선택적으로, 본원에 개시된 합금 조성물은 스칸듐(Sc), 주석(Sn), 아연(Zn), 및 니켈(Ni)을 포함하는 미량의 다른 원소를 가질 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
일부 실시예에서, 합금 조성물은 0% 내지 0.20%, 0% 내지 약 0.15%, 또는 0% 내지 약 0.10%의 양으로 Sc를 포함할 수 있다. 일부 이러한 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.10%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 또는 약 0.20%의 Sc를 포함할 수 있다. 일부 경우에, Sc는 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
일부 실시예에서, 합금 조성물은 0% 내지 0.20%, 0% 내지 약 0.15%, 또는 0% 내지 약 0.10%의 양으로 Sn을 포함할 수 있다. 일부 이러한 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.10%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 또는 약 0.20%의 Sn을 포함할 수 있다. 일부 경우에, Sn은 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
일부 실시예에서, 합금 조성물은 0% 내지 0.20%, 0% 내지 약 0.15%, 또는 0% 내지 약 0.10%의 양으로 Zn을 포함할 수 있다. 일부 이러한 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.10%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 또는 약 0.20%의 Zn을 포함할 수 있다. 일부 경우에, Zn은 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
일부 실시예에서, 합금 조성물은 0% 내지 0.20%, 0% 내지 약 0.15%, 또는 0% 내지 약 0.10%의 양으로 Ni를 포함할 수 있다. 일부 이러한 실시예에서, 합금 조성물은 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 약 0.10%, 약 0.11%, 약 0.12%, 약 0.13%, 약 0.14%, 약 0.15%, 약 0.16%, 약 0.17%, 약 0.18%, 약 0.19%, 또는 약 0.20%의 Ni를 포함할 수 있다. 일부 경우에, Ni는 합금 중에 존재하지 않는다(즉, 0%). 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
일부 실시예에서, 본원에 개시된 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 최대 약 0.10%(예를 들어, 약 0.01% 내지 약 0.10%, 약 0.01% 내지 약 0.05%, 또는 약 0.03% 내지 약 0.05%)의 양으로 하나 이상의 특정 희토류 원소(즉, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, 및 Lu 중 하나 이상)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 합금은 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 또는 약 0.10%의 희토류 원소를 포함할 수 있다. 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
일부 실시예에서, 본원에 개시된 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 최대 약 0.10%(예를 들어, 약 0.01% 내지 약 0.10%, 약 0.01% 내지 약 0.05%, 또는 약 0.03% 내지 약 0.05%)의 양으로 Mo, Nb, Be, B, Co, Sr, In, Hf, 및 Ag 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 합금은 Mo, Nb, Be, B, Co, Sr, In, Hf, 및 Ag 중 하나 이상을 약 0.01%, 약 0.02%, 약 0.03%, 약 0.04%, 약 0.05%, 약 0.06%, 약 0.07%, 약 0.08%, 약 0.09%, 또는 약 0.10% 포함할 수 있다. 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
선택적으로, 표 1-4에 제시된 원소들을 포함하는 본원에 개시된 합금 조성물은 0.05% 이하, 0.04% 이하, 0.03% 이하, 0.02% 이하, 또는 0.01% 이하의 양으로, 때로는 불순물로 지칭되는 다른 미량 원소를 더 포함할 수 있다. 이러한 불순물은 Ga, Ca, Bi, Na, Pb, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 따라서, Ga, Ca, Bi, Na, 또는 Pb는 0.05% 이하, 0.04% 이하, 0.03% 이하, 0.02% 이하, 또는 0.01% 이하의 양으로 합금에 존재할 수 있다. 모든 불순물의 합은 0.15%(예를 들어, 0.10%)를 초과하지 않는다. 모든 백분율은 중량%로 표시된다.
본원에 개시된 합금 조성물은 통상적으로 최소 95.0%의 양으로 주성분으로서의 알루미늄(Al)을 갖는다. 일부 실시예에서, 합금 조성물은 최소 95.5%, 최소 96.0%, 최소 96.5%, 최소 97.0%, 또는 최소 97.5%의 Al을 갖는다.
알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법
특정 양태에서, 개시된 합금 조성물은 개시된 방법의 생성물이다. 본 발명을 제한하지 않고, 알루미늄 합금 특성은 합금 제조 시 미세 구조의 형성에 의해 부분적으로 결정된다.
본원에 기술된 합금은 본 개시 내용이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 주조 방법을 사용하여 주조될 수 있다. 예를 들어, 주조 공정은 직접 냉경(DC) 주조 공정을 포함할 수 있다. 선택적으로, DC 주조 알루미늄 합금 제품(예를 들어, 잉곳)은 후속 처리 전에 스캘핑될 수 있다. 선택적으로, 주조 공정은 연속 주조(CC) 공정을 포함할 수 있다. 이어서, 주조 알루미늄 합금 제품은 추가 처리 단계를 거칠 수 있다. 비제한적인 일 실시예에서, 처리 방법은 균질화, 열간 압연, 용체화, 및 담금질을 포함한다. 일부 경우에, 처리 단계는 원하는 경우 어닐링 및/또는 냉간 압연을 더 포함한다.
균질화
균질화 단계는 최소 약 450℃(예를 들어, 최소 약 450℃, 최소 약 460℃, 최소 약 470℃, 최소 약 480℃, 최소 약 490℃, 최소 약 500℃, 최소 약 510℃, 최소 약 520℃, 최소 약 530℃, 최소 약 540℃, 최소 약 550℃, 최소 약 560℃, 최소 약 570℃, 또는 최소 약 580℃)의 피크 금속 온도(PMT)를 달성하기 위해 본원에 기술된 합금 조성물로부터 제조된 알루미늄 합금 제품을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 520℃ 내지 약 580℃, 약 530℃ 내지 약 575℃, 약 535℃ 내지 약 570℃, 약 540℃ 내지 약 565℃, 약 545℃ 내지 약 560℃, 약 530℃ 내지 약 560℃, 또는 약 550℃ 내지 약 580℃의 온도로 가열될 수 있다. 일부 경우에서, PMT로의 가열 속도는 약 100 ℃/시 이하, 75 ℃/시 이하, 50 ℃/시 이하, 40 ℃/시 이하, 30 ℃/시 이하, 25 ℃/시 이하, 20 ℃/시 이하, 또는 15 ℃/시 이하일 수 있다. 다른 경우에, PMT로의 가열 속도는 약 10 ℃/분 내지 약 100 ℃/분(예를 들어, 약 10 ℃/분 내지 약 90 ℃/분, 약 10 ℃/분 내지 약 70 ℃/분, 약 10 ℃/분 내지 약 60 ℃/분, 약 20 ℃/분 내지 약 90 ℃/분, 약 30 ℃/분 내지 약 80 ℃/분, 약 40 ℃/분 내지 약 70 ℃/분, 또는 약 50 ℃/분 내지 약 60 ℃/분)일 수 있다.
그 다음, 알루미늄 합금 제품을 일정 시간 동안 침지시키는 것이 허용된다(즉, 지시된 온도에서 유지된다). 비제한적인 일 실시예에 따르면, 알루미늄 합금 제품을 최대 약 6시간(예를 들어, 약 30분 내지 약 6시간을 포함) 동안 침지시키는 것이 허용된다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 최소 500℃의 온도에서 30분, 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 또는 6시간, 또는 그 사이의 임의의 시간 동안에 침지될 수 있다.
열간 압연
균질화 단계 후에, 열간 압연 단계가 수행될 수 있다. 특정 경우에, 알루미늄 합금 제품은 배치되어 약 500℃ - 540℃의 입구 온도 범위로 열간 압연된다. 입구 온도는, 예를 들어 약 505℃, 510℃, 515℃, 520℃, 525℃, 530℃, 535℃, 또는 540℃일 수 있다. 특정 경우에, 열간 압연 출구 온도는 범위가 약 250℃ - 380℃(예를 들어, 약 330℃ - 370℃)일 수 있다. 예를 들어, 열간 압연 출구 온도는 약 255℃, 260℃, 265℃, 270℃, 275℃, 280℃, 285℃, 290℃, 295℃, 300℃, 305℃, 310℃, 315℃, 320℃, 325℃, 330℃, 335℃, 340℃, 345℃, 350℃, 355℃, 360℃, 365℃, 370℃, 375℃, 또는 380℃일 수 있다.
특정 경우에, 균질화된 샘플을 넣어 상온 워터 스프레이를 사용하여 560℃ 내지 350℃로(예를 들어, 재결정화 온도 미만으로) 냉각시켰다. 이어서, 샘플을 340℃ 내지 360℃의 열간 압연 입구 온도에서 열간 압연하여 용질 원소(예를 들어, Mg, Si, Cu 등)의 석출을 억제하였다. 비교적 낮은 열간 압연 온도는 시트를 재결정화하지 않고 압연 공정으로부터 저장된 에너지를 최대화하는 데 도움이 되었다. 마무리 열간 압연 온도는 270℃와 310℃ 사이였다. 열간 압연 직후, 샘플을 열간 압연기의 출구에서 임의의 시간 지연 없이 상온의 물로 즉시 물 담금질시켰다. 샘플에서 결정립계 석출을 방지하고 인공 시효 시 강화 상으로서 석출될 수 있는 고용체의 용질 원소의 양을 최대화하기 위해 상온의 물로 즉시 담금질을 수행하였다.
특정 실시예에서, 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 압연되며, 이는 쉐이트로 지칭된다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 15 mm 두께 게이지, 약 14 mm 두께 게이지, 약 13 mm 두께 게이지, 약 12 mm 두께 게이지, 약 11 mm 두께 게이지, 약 10 mm 두께 게이지, 약 9 mm 두께 게이지, 약 8 mm 두께 게이지, 약 7 mm 두께 게이지, 약 6 mm 두께 게이지, 또는 약 5 mm 두께 게이지로 열간 압연될 수 있다.
다른 실시예에서, 알루미늄 합금 제품은 15 mm 두께보다 큰 게이지(즉, 플레이트)로 열간 압연될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 25 mm 두께 게이지, 약 24 mm 두께 게이지, 약 23 mm 두께 게이지, 약 22 mm 두께 게이지, 약 21 mm 두께 게이지, 약 20 mm 두께 게이지, 약 19 mm 두께 게이지, 약 18 mm 두께 게이지, 약 17 mm 두께 게이지, 또는 약 16 mm 두께 게이지로 열간 압연될 수 있다.
다른 경우에, 알루미늄 합금 제품은 4 mm 미만의 게이지(즉, 시트)로 열간 압연될 수 있다. 일부 실시예에서, 알루미늄 합금 제품은 약 1 mm 내지 약 4 mm 두께 게이지로 열간 압연된다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 4 mm 두께 게이지, 약 3 mm 두께 게이지, 약 2 mm 두께 게이지, 약 1 mm 두께 게이지로 열간 압연될 수 있다.
압연된 그대로의 플레이트, 쉐이트, 및 시트의 템퍼는 F 템퍼로 지칭된다.
선택적 처리 단계: 어닐링 단계 및 냉간 압연 단계
특정 양태에서, 합금은 열간 압연 단계 후 그리고 임의의 후속 단계 전(예를 들어, 용체화 단계 전)에 추가적인 가공 단계를 거친다. 추가적 가공 단계는 어닐링 절차 및 냉간 압연 단계를 포함할 수 있다.
어닐링 단계는 스탬핑, 인발, 또는 벤딩과 같은 성형 공정 시 이방성이 감소된 개선된 텍스쳐 성분(예를 들어, 개선된 T4 합금)을 갖는 합금을 생성할 수 있다. 어닐링 단계를 적용함으로써, 수정된 템퍼의 텍스처는 보다 랜덤하고 강한 성형성 이방성(예를 들어, Goss, Goss-ND, 또는 Cube-RD)을 생성할 수 있는 텍스처 성분(TC)을 감소시키도록 제어되고/엔지니어링된다. 이러한 개선된 텍스처는 잠재적으로 굽힘 이방성을 감소시킬 수 있고, 인발 또는 원주 스탬핑 공정이 포함되는 성형에서 성형성을 개선할 수 있는데, 이는 상이한 방향에서 특성의 가변성을 감소시키는 역할을 하기 때문이다.
어닐링 단계는 합금을 상온으로부터 약 400℃ 내지 약 500℃의 온도(예를 들어, 약 405℃ 내지 약 495℃, 약 410℃ 내지 약 490℃, 약 415℃ 내지 약 485℃, 약 420℃ 내지 약 480℃, 약 425℃ 내지 약 475℃, 약 430℃ 내지 약 470℃, 약 435℃ 내지 약 465℃, 약 440℃ 내지 약 460℃, 약 445℃ 내지 약 455℃, 약 450℃ 내지 약 460℃, 약 400℃ 내지 약 450℃, 약 425℃ 내지 약 475℃, 또는 약 450℃ 내지 약 500℃)로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
알루미늄 합금 제품(예를 들어, 플레이트, 쉐이트, 또는 시트)은 일정 시간 동안 온도에서 침지될 수 있다. 비제한적인 일 실시예에서, 알루미늄 합금 제품은 최대 약 2시간(예를 들어, 약 15 내지 약 120분을 포함) 동안 침지될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 400℃ 내지 약 500℃의 온도에서 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분, 60분, 65분, 70분, 75분, 80분, 85분, 90분, 95분, 100분, 105분, 110분, 115분, 또는 120분, 또는 그 사이의 임의의 시간 동안 침지될 수 있다.
특정 양태에서, 합금은 어닐링 단계를 거치지 않는다.
냉간 압연 단계는 용체화 단계 전에 합금에 선택적으로 적용될 수 있다.
일부 실시예에서, 열간 압연 단계로부터의 압연 제품(예를 들어, 플레이트, 쉐이트, 또는 시트)은 얇은 게이지 쉐이트(예를 들어, 약 4.0 내지 4.5 mm)로 냉간 압연될 수 있다. 다른 실시예에서, 압연 제품은 약 4.5 mm, 약 4.4 mm, 약 4.3 mm, 약 4.2 mm, 약 4.1 mm, 또는 약 4.0 mm로 냉간 압연된다. 다른 실시예에서, 압연 제품은 약 3.9 mm, 약 3.8 mm, 약 3.7 mm, 약 3.6 mm, 약 3.5 mm, 약 3.4 mm, 약 3.3 mm, 약 3.2 mm, 약 3.1 mm, 약 3.0 mm, 약 2.9 mm, 약 2.8 mm, 약 2.7 mm, 약 2.6 mm, 약 2.5 mm, 약 2.4 mm, 약 2.3 mm, 약 2.2 mm, 약 2.1 mm, 약 2.0 mm, 약 1.9 mm, 약 1.8 mm, 약 1.7 mm, 약 1.6 mm, 약 1.5 mm, 약 1.4 mm, 약 1.3 mm, 약 1.2 mm, 약 1.1 mm, 또는 약 1.0 mm로 압연된다.
용체화
용체화 단계는 알루미늄 합금 제품을 상온으로부터 약 520℃ 내지 약 590℃의 온도(예를 들어, 약 520℃ 내지 약 580℃, 약 530℃ 내지 약 570℃, 약 545℃ 내지 약 575℃, 약 550℃ 내지 약 570℃, 약 555℃ 내지 약 565℃, 약 540℃ 내지 약 560℃, 약 560℃ 내지 약 580℃, 또는 약 550℃ 내지 약 575℃)로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 알루미늄 합금 제품은 일정 시간 동안 온도에서 침지될 수 있다. 특정 양태에서, 알루미늄 합금 제품은 최대 약 2시간(예를 들어, 약 10 초 내지 약 120분을 포함) 동안 침지될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금 제품은 약 525℃ 내지 약 590℃의 온도에서 20초, 25초, 30초, 35초, 40초, 45초, 50초, 55초, 60초, 65초, 70초, 75초, 80초, 85초, 90초, 95초, 100초, 105초, 110초, 115초, 120초, 125초, 130초, 135초, 140초, 145초, 또는 150초, 5분, 10분, 15분, 20분, 25분, 30분, 35분, 40분, 45분, 50분, 55분, 60분, 65분, 70분, 75분, 80분, 85분, 90분, 95분, 100분, 105분, 110분, 115분, 또는 120분, 또는 그 사이의 임의의 시간 동안 침지될 수 있다.
특정 양태에서, 용체화 처리는 열간 또는 냉간 압연 단계 직후에 수행된다. 특정 양태에서, 용체화 처리는 어닐링 단계 후에 수행된다.
담금질
특정 양태에서, 그 후 알루미늄 합금 제품은 선택된 게이지에 기반한 담금질 단계에서 약 50 ℃/s 내지 400 ℃/s 사이에서 가변될 수 있는 담금질 속도로 약 25℃의 온도까지 냉각될 수 있다. 예를 들어, 담금질 속도는 약 50 ℃/s 내지 약 375 ℃/s, 약 60 ℃/s 내지 약 375 ℃/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 단계에서, 알루미늄 합금 제품은 액체(예를 들어, 물) 및/또는 가스 또는 다른 선택된 담금질 매체로 신속하게 담금질된다. 특정 양태에서, 알루미늄 합금 제품은 신속하게 물로 담금질될 수 있다. 특정 양태에서, 알루미늄 합금 제품은 공기로 담금질된다.
시효
알루미늄 합금 제품은 일정 기간 동안 자연적으로 시효되어 T4 템퍼를 생성할 수 있다. 특정 양태에서, T4 템퍼의 알루미늄 합금 제품은 약 180℃ 내지 225℃(예를 들어, 185℃, 190℃, 195℃, 200℃, 205℃, 210℃, 215℃, 220℃, 또는 225℃)에서 일정 기간 동안 인위적으로 시효(AA)되어 T6 템퍼를 생성할 수 있다. 선택적으로, 알루미늄 합금 제품은 약 15분 내지 약 8시간(예를 들어, 15분, 30분, 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 6시간, 7시간, 또는 8시간, 또는 그 사이의 시간) 동안 냉간 가공되고 인위적으로 시효되어 T8 템퍼를 생성할 수 있다.
코일 생산
생산 시 어닐링 단계는 개선된 생산성 또는 성형성을 위해 코일 형태로 알루미늄 합금 제품을 제조하기 위해 적용될 수도 있다. 예를 들어, 코일 형태의 알루미늄 합금 제품은 열간 또는 냉간 압연 단계 및 열간 또는 냉간 압연 단계 후의 어닐링 단계를 사용하여 O 템퍼로 공급될 수 있다. 형성은 O 템퍼에서 일어날 수 있는데, 그 후에 용체화 처리, 담금질 및 인공 시효/페인트 베이킹이 이어진다.
특정 양태에서, F 템퍼에 비해 코일 형태이며 높은 성형성을 갖는 알루미늄 합금 제품을 제조하기 위해, 본원에 기술된 어닐링 단계가 코일에 적용될 수 있다. 본 발명을 제한하지 않고, 어닐링 및 어닐링 파라미터의 목적은 (1) 성형성을 얻기 위해 재료에 가공 경화를 시행하는 단계; (2) 상당한 입자 성장을 유발하지 않으면서 재료를 재결정화 또는 복구하는 단계; (3) 성형성 동안 이방성을 형성하고 감소하는데 적합하도록 텍스쳐를 엔지니어링 또는 변환하는 단계; 및 (4) 기존 석출 입자의 조대화를 방지하는 단계를 포함할 수 있다.
알루미늄 제품 및 그 특성
일부 비제한적인 실시예에서, 본원에 개시된 알루미늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금 제품은 종래의 6xxx 시리즈 합금에 비해 높은 항복 강도와 굽힘성 및 우수한 내식성을 갖는다.
일부 실시예에서, 본원에 개시된 합금으로부터 제조된 알루미늄 합금 시트는 최소 약 265 MPa의 인장 항복 강도를 가지며, 시트는 T6 템퍼로 되고 인장 항복 강도는 ASTM Test No. B557 (2015) with 2" GL에 따라 측정된다. 예를 들어, 항복 강도는 최소 약 275 MPa, 또는 최소 약 280 MPa일 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 항복 강도는 약 265 MPa 내지 약 400 MPa, 또는 약 270 MPa 내지 약 375 MPa, 또는 약 275 MPa 내지 약 350 MPa의 범위일 수 있다.
본원에 개시된 합금으로부터 제조된 알루미늄 합금 시트는 최소 55°의 굽힘 각도를 가질 수 있는데, 알루미늄 합금 시트는 T6 템퍼로 되고 굽힘 각도는 Verband der Automobilindustrie (VDA) Test No. 238-100에 제시된 시험에 따라 측정되는데, 이 시험은 예비 변형 없이 수행된 것은 제외된다. 일부 경우에, 알루미늄 합금 시트는 최소 56°, 최소 57°, 최소 58°, 최소 59°, 최소 60°, 최소 61°, 또는 최소 62°의 굽힘 각도를 갖는다. 일부 다른 실시예에서, 알루미늄 합금 시트는 55° 내지 75°, 57° 내지 72°, 또는 60° 내지 70° 범위의 굽힘 각도를 갖는다.
본원에 개시된 합금으로부터 제조된 알루미늄 합금 시트는 24시간 노출되고 ISO 11846B (1995) 시험을 이용하여 측정될 때 약 145 μm 이하의 평균 입간 부식(IGC) 공격 깊이를 제공하는 내식성을 갖는다. 일부 추가 실시예에서, 본원에 개시된 합금으로 구성된 알루미늄 합금 시트는 140 μm 이하, 135 μm 이하, 130 μm 이하, 125 μm 이하, 120 μm 이하, 115 μm 이하, 110 μm 이하, 105 μm 이하, 100 μm 이하, 95 μm 이하, 90 μm 이하, 85 이하 μm, 80 μm 이하, 75 μm 이하, 70 μm 이하, 65 μm 이하, 60 μm 이하, 55 μm 이하, 50 μm 이하, 45 μm 이하, 40 μm 이하, 35 μm 이하, 30 μm 이하, 또는 25 μm 이하의 평균 입간 부식(IGC) 공격 깊이를 제공하는 내식성을 갖는다.
일부 실시예에서, 본원에 개시된 합금으로부터 제조된 알루미늄 합금 시트는 24시간 노출되고 ISO 11846B (1995) 시험을 이용하여 측정될 때 약 215 μm 이하의 최대 입간 부식(IGC) 공격 깊이를 제공하는 내식성을 갖는다. 일부 추가 실시예에서, 본원에 개시된 합금으로 구성된 알루미늄 합금 시트는 210 μm 이하, 205 μm 이하, 200 μm 이하, 195 μm 이하, 190 μm 이하, 185 μm 이하, 180 μm 이하, 175 μm 이하, 170 μm 이하, 165 μm 이하, 160 μm 이하, 155 이하 μm, 150 μm 이하, 145 μm 이하, 140 μm 이하, 135 μm 이하, 130 μm 이하, 125 μm 이하, 120 μm 이하, 115 μm 이하, 110 μm 이하, 105 μm 이하, 100 μm 이하, 95 μm 이하, 90 μm 이하, 85 μm 이하, 80 μm 이하, 75 μm 이하, 70 μm 이하, 65 μm 이하, 60 μm 이하, 55 μm 이하, 50 μm 이하, 45 μm 이하, 40 μm 이하, 35 μm 이하, 30 μm 이하, 또는 25 μm 이하의 최대 입간 부식(IGC) 공격 깊이를 제공하는 내식성을 갖는다.
일부 추가 실시예에서, 본원에 개시된 합금으로부터 제조된 알루미늄 합금 시트는 시험된 표면의 입자의 평균 입자 크기 이하의 최대 입간 부식(IGC) 공격 깊이를 제공하는 내식성을 갖는데, 이 경우 피트 깊이는 24시간 노출되고 ISO 11846B (1995) 시험을 이용하여 측정되고, 평균 입자 크기는 ASTM E112 (2004) 방법으로 산출되고 측정된다. 일부 추가 실시예에서, 본원에 개시된 합금으로 구성된 알루미늄 합금 시트는 평균 입자 크기의 0.9배 이하, 평균 입자 크기의 0.8배 이하, 평균 입자 크기의 0.7배 이하, 평균 입자 크기의 0.6배 이하, 또는 평균 입자 크기의 0.5배 이하의 최대 입간 부식(IGC) 공격 깊이를 제공하는 내식성을 갖는다.
일부 추가 실시예에서, 본원에 개시된 합금으로부터 제조된 알루미늄 합금 시트는 시험된 표면의 입자의 평균 입자 크기 이하의 평균 입간 부식(IGC) 공격 깊이를 제공하는 내식성을 갖는데, 이 경우 피트 깊이는 24시간 노출되고 ISO 11846B (1995) 시험을 이용하여 측정되고, 평균 입자 크기는 ASTM E112 (2004) 방법으로 산출되고 측정된다. 일부 추가 실시예에서, 본원에 개시된 합금으로 구성된 알루미늄 합금 시트는 평균 입자 크기의 0.9배 이하, 평균 입자 크기의 0.8배 이하, 평균 입자 크기의 0.7배 이하, 평균 입자 크기의 0.6배 이하, 또는 평균 입자 크기의 0.5배 이하의 평균 입간 부식(IGC) 공격 깊이를 제공하는 내식성을 갖는다.
알루미늄 합금 제품의 기계적 특성은 원하는 용도에 따라 다양한 시효 조건에 의해 제어될 수 있다. 하나의 실시예로서, 알루미늄 합금 제품은 T4 템퍼, T6 템퍼, 또는 T8 템퍼로 제조(또는 제공)될 수 있다. 용체화 처리되고 자연적으로 시효된 플레이트, 쉐이트, 또는 시트를 지칭하는 T4 플레이트, 쉐이트, 또는 시트가 제공될 수 있다. 이러한 T4 플레이트, 쉐이트, 및 시트는 선택적으로 받는 즉시 강도 요건을 충족하기 위해 추가 시효 처리(들)을 거칠 수 있다. 예를 들어, 플레이트, 쉐이트, 및 시트는 T4 합금 재료를 본원에 기술되거나 당업자에게 알려진 적절한 시효 처리에 적용함으로써 T6 템퍼 또는 T8 템퍼와 같은 다른 템퍼로 전달될 수 있다.
위에서 보다 상세히 개시된 바와 같이, 플레이트, 압출물, 주조물, 및 단조물의 형태로 본원에 기술된 알루미늄 합금 제품 또는 다른 적합한 제품은 당업자에게 알려진 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 바와 같은 알루미늄 합금을 포함하는 플레이트는 균질화 단계 후 열간 압연 단계에서 알루미늄 합금 제품을 처리하여 제조될 수 있다. 열간 압연 단계에서, 알루미늄 합금 제품은 200 mm 두께 게이지 이하(예를 들어, 1 mm 내지 200 mm)로 열간 압연될 수 있다.
제조 물품
본 개시 내용은 본원에 개시된 알루미늄 합금 제품을 포함하는 제조 물품을 제공한다. 일부 실시예에서, 제조 물품은 압연된 알루미늄 합금 제품으로 구성된다. 이러한 제조 물품의 예는 차량, 트럭, 트레일러, 기차, 철도 차량, 항공기, 전술한 물품 중 임의의 물품에 대한 바디 패널이나 부품, 다리, 파이프 라인, 파이프, 배관, 보트, 선박, 보관 컨테이너, 저장 탱크, 가구 물품, 창, 문, 난간, 기능성 또는 장식적인 건축 조각, 파이프 난간, 전기 부품, 도관, 음료 용기, 식품 용기, 또는 포일을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
본원에 개시된 알루미늄 합금 제품은 자동차, 항공기, 및 철도 응용 분야를 포함하는 차량 및/또는 운송 응용 분야, 또는 임의의 다른 원하는 응용 분야에 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 본원에 개시된 알루미늄 합금 제품은 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필러 보강재(예를 들어, A-필러, B-필러, 및 C-필러), 내부 패널, 외부 패널, 측면 패널, 내부 후드, 외부 후드, 또는 트렁크 리드 패널과 같은 모터 차체 부품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 본원에 기재된 알루미늄 합금 및 방법은 항공기 또는 철도 차량 응용 분야에서도 예를 들어 외부 및 내부 패널을 제조하기 위해 사용될 수 있다.
본원에 개시된 알루미늄 합금 제품은 전자 응용 분야에서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 알루미늄 합금 제품은 휴대폰 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는 전자 장치용 하우징을 제조하는 데 사용될 수도 있다. 일부 실시예에서, 합금은 휴대폰(예를 들어, 스마트폰) 및 태블릿 하부 섀시의 외부 케이싱용 하우징을 제조하는 데 사용될 수 있다.
본원에 개시된 알루미늄 합금 제품은 추가로 산업 응용 분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에 개시된 알루미늄 합금 제품은 일반 유통 시장용 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다.
하기 실시예는 본 개시 내용의 특정 구현예를 추가적으로 동시에 어떠한 제한도 없이 설명하기 위한 것이다. 반면에, 본원의 설명을 이해한 후에 본 개시 내용의 사상을 벗어나지 않으면서 당업자에게 시사할 수 있는 다양한 구현예, 변형, 및 균등물이 있을 수 있음을 명확히 알 수 있을 것이다.
실시예 1 - 합금 조성물
5개의 알루미늄 합금(A1/합금 1, A2/합금 2, A3/합금 3, A4/합금 4, 및 A5/합금 5)을 제조하였으며, 이의 원소 조성은 하기 표 5에 제시되어 있다. 합금 A1, A2, A3, A4, 및 A5는 본원에 기술된 방법에 따라 제조되었다. 원소 조성은 중량 퍼센트로 제공된다.
실시예 2 - 강도 및 굽힘성 시험
합금 A1-A4(표 5)는 연속 주조되고, 560℃에서 6시간 동안 균질화된 다음, 2 mm의 두께로 압연되었고, 각각 T4 템퍼 및 T6 템퍼에 따라 제조되었다. 도 1은 항복 강도 및 굽힘성 시험에 대한 결과를 도시하고 있다. 그래프는 x축에 나타낸 각 합금의 T4 및 T6 템퍼에 대한 ASTM Test No. B557 (2015) with 2" GL에 따른 항복 강도 시험 결과를 보여준다. 또한, 그래프는 y축에 나타낸 VDA Bend Test No. 238-100에 대한 각도(시험이 예비 변형 없이 수행된 것은 제외됨)를 보여준다.
실시예 3 - 입간 부식 시험
합금 A1-A4의 알루미늄 합금 시트(표 5)는 T6 템퍼로 실시예 2에서 전술한 바와 같이 제조되었다. 도 2는 24시간의 노출 시간으로 ISO 11846B (1995)에 제시된 부식 시험을 거친 후 4개의 샘플에 대한 광학 현미경 사진을 도시하고 있다. 도 3은 처리된 샘플에 대한 피트 깊이 측정 결과를 도시하고 있는데, 이 경우 각 샘플에 대해, 피트의 최대 및 평균 피트 깊이(μm)는 10 μm 초과의 깊이를 갖는다. 다이아몬드는 시험 표면 내에서 10 μm 초과의 깊이를 갖는 피트의 수를 나타낸다.
실시예 4 - 균질화의 효과
합금 A4의 알루미늄 합금 시트는, 샘플의 예비 압연 처리에서의 차이를 제외하고는, T6 템퍼로 실시예 2에서 전술한 바와 같이 제조되었다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 다음의 4가지 상이한 제조 조건이 사용되었다: (a) 침지 없이 50 ℃/h의 온도 증가로 450℃의 피크까지 균질화; (b) 침지 없이 50 ℃/h의 온도 증가로 500℃의 피크까지 균질화; (c) 침지 없이 50 ℃/h의 온도 증가로 540℃의 피크까지 균질화; 및 (d) 균질화 후 6시간 침지와 더불어 50 ℃/h의 온도 증가로 560℃의 피크까지 균질화. 도 4는 24시간의 노출 시간으로 ISO 11846B (1995)에 제시된 부식 시험을 거친 후 4개의 샘플에 대한 광학 현미경 사진을 도시하고 있다.
균질화 시간 및 온도가 증가함에 따라 부식량은 감소하였다. 조건 (d)로 제조된 샘플의 경우, 부식성 환경에서 24시간 노출 후 부식 피트가 거의 보이지 않았다. 더 오랜 균질화는 결정립계를 고정시켜 낮은 각도 결정립계(낮은 에너지, 결정립계 석출이 적음)를 초래하고 결정립계 석출을 감소/제거하는 불균일 석출 부위로 작용할 수 있는 Zr 분산질을 석출하는 데 사용되었다. 석출 없는 결정립계는 입자 코어와 유사한 부식 전위를 생성하고 다른 샘플에 비해 우수한 내식성을 제공했다.
실시예 5 - 주조 방법의 효과
합금 A1-A4의 알루미늄 합금 시트는, 주조 방법에서의 차이를 제외하고는, 실시예 2에서 전술한 바와 같이 제조되고 560℃에서 균질화된 후 6시간 동안 침지되었다. 샘플을 T6 템퍼로 제조하였다. 도 5에 도시된 바와 같이, 다음의 상이한 주조 방법이 상이한 샘플에 사용되었다: (a) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조에 의해 주조된 표준 6xxx 시리즈 알루미늄 합금(A1)("A1_CC"); (b) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조에 의해 주조된 A2("A2_CC"); (c) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조에 의해 주조된 A3("A3_CC"); (d) 트윈 벨트 캐스터를 사용하여 연속 주조에 의해 주조된 A4("A4_CC"); 및 (e) 직접 냉경 주조에 의해 주조된 A1("A1_DC"). 도 5는 24시간의 노출 시간으로 ISO 11846B (1995)에 제시된 부식 시험을 거친 후 5개의 샘플에 대한 광학 현미경 사진을 도시하고 있다.
샘플 A4_CC는 다른 샘플(A1_CC, A2_CC, A3_CC, 및 A1_DC)에 비해 부식 피트가 거의 없음을 나타냈다. 유사한 조성물을 갖는 샘플 A1_CC 및 A1_DC는 상이한 주조 및 처리 방법으로 인해 상이한 부식 형태를 나타냈다. CC 공정 경로는 DC 공정 경로에 비해 고용체 내의 용질 대부분이 균일하게 분배될 수 있게 하여, 그 공정은 결정립계로부터 결정 코어로 미소 편석되어 부식 성능/저항을 저하시켰다. 또한, Cu 함량(A2_CC)을 낮추면 전체 구동력을 감소시키는 총 강화 석출물을 감소시키므로 A1_CC에 비해 내식성을 향상시켰다. 또한, Si 함량(A3_CC)을 낮추면 동일한 이유로 A1_CC에 비해 내식성을 향상시켰다. 그러나, Si는 Cu에 비해 확산성이 더 높아서, 낮은 Si 함량 버전(A3_CC)은 낮은 Cu 버전(A2_CC)에 비해 더 큰 내식성을 나타냈다. 마지막으로, Zr 함량 버전(A4_CC)은 낮은 각도 결정립계(낮은 에너지, 적은 석출)를 형성하고 불균일한 핵 생성 부위로서 작용하여 결정립계 석출을 방지하고 내식성을 개선하는 Zr 분산질의 더 큰 밀도로 인해 A1_CC, A2_CC, 및 A3_CC에 비해 우수한 부식 성능/저항을 나타냈다.
적합한 합금, 제품 및 방법의 예시
아래에 사용된 바와 같이, 일련의 예시적인 합금, 제품, 또는 방법에 대한 임의의 언급은 이들 합금, 제품, 또는 방법의 각각을 개별적으로 언급하는 것으로 이해되어야 한다(예를 들어, "예시 1-4"는 "예시 1, 2, 3, 또는 4"로 이해되어야 함).
예시 1은 0.2 내지 1.5 중량%의 Si; (b) 0.4 내지 1.6 중량%의 Mg; (c) 0.2 내지 1.5 중량%의 Cu; (d) 0.5 중량% 이하의 Fe; (e) (e1) 0.08 내지 0.20 중량%의 Cr; (e2) 0.02 내지 0.20 중량%의 Zr; (e3) 0.25 내지 1.0 중량%의 Mn; 및 (e4) 0.01 내지 0.20 중량%의 V로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 추가 합금 원소; 및 (f) 잔부 알루미늄을 포함하는 알루미늄 합금이다.
예시 2는 임의의 선행 또는 후속 예시 중의 합금으로서, 0.08 내지 0.20 중량%의 Cr을 포함한다.
예시 3은 임의의 선행 또는 후속 예시 중의 합금으로서, 0.02 중량% 이하의 Zr; 0.25 중량% 이하의 Mn; 및 0.02 중량% 이하의 V를 포함한다.
예시 4는 임의의 선행 또는 후속 예시 중의 합금으로서, 0.02 내지 0.20 중량%의 Zr을 포함한다.
예시 5는 임의의 선행 또는 후속 예시 중의 합금으로서, 0.10 중량% 이하의 Cr; 0.25 중량% 이하의 Mn; 및 0.02 중량% 이하의 V를 포함한다.
예시 6은 임의의 선행 또는 후속 예시 중의 합금으로서, 0.25 내지 1.0 중량%의 Mn을 포함한다.
예시 7은 임의의 선행 또는 후속 예시 중의 합금으로서, 0.10 중량% 이하의 Cr; 0.02 중량% 이하의 Zr; 및 0.02 중량% 이하의 V를 포함한다.
예시 8은 임의의 선행 또는 후속 예시 중의 합금으로서, 0.01 내지 0.20 중량%의 V를 포함한다.
예시 9는 임의의 선행 또는 후속 예시 중의 합금으로서, 0.10 중량% 이하의 Cr; 0.02 중량% 이하의 Zr; 및 0.25 중량% 이하의 Mn을 포함한다.
예시 10은 임의의 선행 또는 후속 예시 중의 합금으로서, 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 Sr, 0.20 중량% 이하의 Hf, 0.20 중량% 이하의 Er, 또는 0.20 중량% 이하의 Sc를 포함한다.
예시 11은 임의의 선행 또는 후속 예시 중의 알루미늄 합금을 포함하는 합금 제품이다.
예시 12는 임의의 예시 11의 합금 제품이고, 알루미늄 합금 제품은 압연 표면을 포함하는 압연된 알루미늄 합금 제품이다.
예시 13은 예시 11-12 중 어느 하나의 합금 제품이고, 알루미늄 합금 제품은 7 mm 이하의 두께를 갖는 알루미늄 합금 시트이다.
예시 14는 예시 13의 합금 제품이고, 24시간의 노출 기간 동안 ISO 11846B (1995)에 제시된 시험 조건을 거칠 때, 압연 표면은 140 μm 이하의 최대 피트 깊이를 갖는다.
예시 15는 예시 13-14 중 어느 하나의 합금 제품이고, 압연 표면은 평균 입자 크기 이하의 최대 피트 깊이를 가지며, 평균 입자 크기는 ASTM E112 (2004) 방법에 의해 측정된다.
예시 16은 예시 13-15 중 어느 하나의 합금 제품이고, 이는 2 mm의 두께로 압연되고 T6 템퍼로 제조되는 경우, ASTM Test No. B557 (2015)에 따라 측정될 때 최소 260 MPa의 항복 강도를 갖고, 시험이 예비 변형 없이 수행되는 것을 제외하고는 Verband der Automobilindustrie (VDA) Test No. 238-100에 따라 측정될 때 최소 55°의 굽힘 각도를 갖는다.
예시 17은 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법으로서, 예시 1-10 중 어느 하나의 알루미늄 합금을 제공하는 단계로서, 알루미늄 합금은 용융 알루미늄 합금으로서 용융된 상태로 제공되는 단계; 및 용융 알루미늄 합금을 연속 주조하거나 또는 직접 냉경 주조하여 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계를 포함한다.
예시 18은 예시 17의 방법으로서, 알루미늄 합금 제품을 균질화하여 균질화 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계를 더 포함하되, 균질화는 최소 540℃의 피크 온도에서 실행된다.
예시 19는 예시 17의 방법으로서, 균질화 알루미늄 합금 제품을 열간 압연하여 7 mm 이하의 제1 두께를 갖는 알루미늄 합금 시트를 형성하는 단계를 더 포함한다.
예시 20은 예시 17-19 중 어느 하나의 방법으로서, 알루미늄 합금 제품은 냉간 압연을 사용하지 않고 형성된다.
위에서 인용된 모든 특허, 특허 출원, 공개, 및 초록은 그 전체가 본원에 참고로 원용되어 포함된다. 본 발명의 다양한 구현예는 본 발명의 다양한 목적 달성을 위해 설명되었다. 이러한 구현예는 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것으로 이해해야 한다. 이들의 다수의 변형 및 적용은 다음의 청구 범위에서 정의된 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 당업자에게 용이하게 명백할 것이다.
Claims (16)
- 알루미늄 합금으로서,
(a) 0.2 이상 0.7 중량% 미만의 Si;
(b) 0.4 내지 1.6 중량%의 Mg;
(c) 0.2 내지 1.5 중량%의 Cu;
(d) 0.5 중량% 이하의 Fe;
(e) 0.02 내지 0.20 중량%의 Zr;
(f) 0.25 중량% 이하의 Mn;
(g) 0.1 중량% 이하의 Cr;
(h) 0.1 중량% 이하의 Ti; 및
(i) 잔부 알루미늄을 포함하고,
상기 알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄 합금 제품을 균질화하여 균질화 알루미늄 합금 제품을 형성하되, 상기 균질화는 50℃/h의 온도 증가로 560℃의 피크까지 실행되고 균질화 후 최소 2시간 내지 최대 6시간 침지되는 것 및
상기 알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄 합금 제품은 균질화 단계 후에 열간 압연되고, 열간 압연 입구 온도는 500 내지 540℃인 것을 포함하는, 알루미늄 합금. - 제1항에 있어서, 0.08 내지 0.1 중량%의 Cr을 더 포함하는, 알루미늄 합금.
- 제2항에 있어서,
0.02 중량% 이하의 V를 더 포함하는, 알루미늄 합금. - 제1항에 있어서, Si에 대한 Mg의 비율은 1:1 이상인, 알루미늄 합금.
- 제4항에 있어서,
0.02 중량% 이하의 V를 더 포함하는, 알루미늄 합금. - 제1항에 있어서, 0.01 내지 0.20 중량%의 V를 포함하는, 알루미늄 합금.
- 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 0.20 중량% 이하의 Sr, 0.20 중량% 이하의 Hf, 0.20 중량% 이하의 Er, 또는 0.20 중량% 이하의 Sc를 더 포함하는, 알루미늄 합금.
- 제1항에 따른 알루미늄 합금을 포함하는 알루미늄 합금 제품.
- 제8항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품은 압연 표면을 포함하는 압연 알루미늄 합금 제품인, 알루미늄 합금 제품.
- 제9항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품은 7 mm 이하의 두께를 갖는 알루미늄 합금 시트인, 알루미늄 합금 제품.
- 제10항에 있어서, 상기 압연 표면은, 24시간의 노출 기간 동안 ISO 11846B (1995)에 제시된 시험 조건을 거칠 때, 140 μm 이하의 최대 피트 깊이를 갖는, 알루미늄 합금 제품.
- 제10항에 있어서, 상기 압연 표면은 그의 평균 입자 크기 이하의 최대 피트 깊이를 갖고, 상기 평균 입자 크기는 ASTM E112 (2004) 방법에 의해 측정되는, 알루미늄 합금 제품.
- 제10항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 제품은, 2 mm의 두께로 압연되고 T6 템퍼로 제조되는 경우, ASTM Test No. B557 (2015)에 따라 측정될 때 최소 260 MPa의 항복 강도, 및 시험이 예비 변형 없이 수행되는 점을 제외하고는 Verband der Automobilindustrie (VDA) Test No. 238-100에 따라 측정될 때 최소 55°의 굽힘 각도를 갖는, 알루미늄 합금 제품.
- 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법으로서,
제1항에 따른 알루미늄 합금을 제공하는 단계로서, 상기 알루미늄 합금은 용융 알루미늄 합금으로서 용융된 상태로 제공되는, 단계;
상기 용융 알루미늄 합금을 연속 주조하거나 또는 직접 냉경 주조하여 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계; 및
상기 알루미늄 합금 제품을 균질화하여 균질화 알루미늄 합금 제품을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 균질화는 50℃/h의 온도 증가로 560℃의 피크까지 실행되고 균질화 후 최소 2시간 내지 최대 6시간 침지되는 것을 포함하는, 알루미늄 합금 제품을 제조하는 방법. - 제14항에 있어서, 상기 균질화 알루미늄 합금 제품을 열간 압연하여 7 mm 이하의 제1 두께를 갖는 알루미늄 합금 시트를 형성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 알루미늄 합금 시트로서,
(a) 0.2 이상 0.7 중량% 미만의 Si;
(b) 0.4 내지 1.6 중량%의 Mg;
(c) 0.2 내지 1.5 중량%의 Cu;
(d) 0.5 중량% 이하의 Fe;
(e) 0.02 내지 0.20 중량%의 Zr;
(f) 0.25 중량% 이하의 Mn;
(g) 0.1 중량% 이하의 Cr;
(h) 0.1 중량% 이하의 Ti; 및
(i) 잔부 알루미늄을 포함하고,
상기 알루미늄 합금 시트는 85 μm 이하의 평균 입간 부식 공격 깊이를 갖고,
상기 알루미늄 합금 시트는 상기 조성범위를 갖는 알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄 합금 제품을 균질화하여 형성하되, 상기 균질화는 50℃/h의 온도 증가로 560℃의 피크까지 실행되고 균질화 후 최소 2시간 내지 최대 6시간 침지되는 것 및 상기 알루미늄 합금으로 이루어진 알루미늄 합금 제품은 균질화 단계 후에 열간 압연되고, 열간 압연 입구 온도는 500 내지 540℃인 것을 포함하는, 알루미늄 합금 시트.
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