KR20200018370A - 향상된 성형성을 갖는 알루미늄 시트 및 알루미늄 시트로부터 제조된 알루미늄 용기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일부 실시양태에서, 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 제 1 잉곳을 압연하여 형성된 제 1 알루미늄 합금 시트를 얻는 단계로서, 이때 압연 전에, 상기 제 1 잉곳이 7.65 미만의 제 1 분산질 f/r을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도로 가열된, 단계; 및 상기 제 1 알루미늄 합금 시트로부터 용기 전구체를 형성하는 단계로서, 이때 상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 상기 용기 전구체로 형성될 때, 상기 용기 전구체는 7.65 이상의 제 2 분산질 f/r 값을 갖는 제 2 잉곳으로부터 압연된 제 2 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 용기 전구체와 비교시에 관찰된 표면 줄무늬 및 리지가 적은, 단계를 포함하는 방법이 개시된다.
Description
일반적으로, 본 발명은 음료 용기와 같은 물품을 형성하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2016 년 8 월 30 일자로 출원된 미국 가출원 제 62/381,341 호의 우선권을 주장하며, 이는 본 명세서에서 그 전체가 참고로 인용된다.
용기 산업에서, 실질적으로 동일한 형상의 금속 음료 용기가 대량으로 그리고 상대적으로 경제적으로 생산된다. 용기의 직경을 확장하여 성형된 용기를 생성하거나 용기 전체의 직경을 확대하기 위해서는, 몇 가지 작업은 종종 여러 개의 다른 확장 다이를 사용하여 각 금속 용기를 원하는 양만큼 확장하는 것이 필요하다. 또한, 용기의 넥킹(necking) 및 성형을 위해 다이가 사용되어 왔다. 다수의 상이한 다이를 사용하여 각각의 금속 용기를 원하는 양만큼 확장시키고/시키거나 좁히는 여러 작업이 종종 요구된다. 블랭크(blank)는 용기의 한쪽 말단에 폐쇄된 보톰(bottom)을 가지며 다른 쪽 말단에 개방 말단을 갖는 컵으로 형성된다. 그런 다음 컵은 바디제조기(bodymaker)를 통해 캔으로 변환/성형된다(예: 재연신 및 아어어닝(ironing) 단계). 용기의 개방 단부는 크라운(crown), 트위스트-오프(twist-off) 크라운, ROPP 클로저(closure), 캡 및 솔기가 있는 단부(seamed end)와 같은 클로저를 수용하기 위해 플랜징(flanging), 컬링, 스레딩(threading) 및/또는 다른 작업에 의해 마무리된다. 넥킹, 확장, 성형 및 마무리 작업은, 종종 컬 분리, 용기 파손, 용기 붕괴, 주름, 퍽(pucker), 나사(thread) 파손, 나사 붕괴, 분할 플랜지 중 하나 이상과 같은 용기 결함(failure)을 유발한다.
본 발명은
3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 제 1 잉곳(ingot)을 압연하여 형성된 제 1 알루미늄 합금 시트를 얻는 단계로서, 이때 압연 전에, 상기 제 1 잉곳이 7.65 미만의 제 1 분산질(dispersoid) f/r을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도로 가열된, 단계; 및
상기 제 1 알루미늄 합금 시트로부터 용기 전구체를 형성하는 단계
를 포함하는 방법에 관한 것으로서, 이때
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 상기 용기 전구체로 형성될 때, 상기 용기 전구체는 7.65 이상의 제 2 분산질 f/r 값을 갖는 제 2 잉곳으로부터 압연된 제 2 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 용기 전구체와 비교시에 관찰된 표면 줄무늬(striation) 및 리지(ridge)가 적다.
일부 실시양태에서, 상기 제 1 알루미늄 합금 시트는 0.006 인치 내지 0.07 인치 이하의 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 상기 3xxx 시리즈 알루미늄 합금은 AA 3x03, AA 3x04 및 AA 3x05로 구성된 군으로부터 선택된다.
일부 실시양태에서, 상기 3xxx 시리즈 알루미늄 합금은 AA 3104이다.
일부 실시양태에서, 상기 5xxx 시리즈 알루미늄 합금 시트는 AA 5043 및 AA 5006으로 구성된 군으로부터 선택된다.
일부 실시양태에서, 상기 제 1 분산질 f/r은 약 4.5 내지 7.65 미만이다.
일부 실시양태에서, 상기 제 1 알루미늄 합금 시트 내의 Mn의 양은 0.45 중량% 내지 0.95 중량% 이하의 Mn이다.
일부 실시양태에서, 상기 제 1 알루미늄 합금 시트 내의 Mg의 양은 0.5 중량% 내지 0.9 중량% 이하의 Mg이다.
또한, 본 발명은
7.65 미만의 제 1 분산질 f/r을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도로 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 제 1 잉곳을 가열하는 단계; 및
상기 제 1 잉곳을 제 1 알루미늄 합금 시트로 압연하는 단계
를 포함하는 방법에 관한 것으로서, 이때
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 용기 전구체로 형성될 때, 상기 용기 전구체는 7.65 이상의 제 2 분산질 f/r 값을 갖는 제 2 잉곳으로부터 압연된 제 2 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 용기 전구체와 비교시에 관찰된 표면 줄무늬 및 리지가 적다.
일부 실시양태에서, 상기 제 1 알루미늄 합금 시트는 0.006 인치 내지 0.07 인치 이하의 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 상기 3xxx 시리즈 알루미늄 합금은 AA 3x03, AA 3x04 및 AA 3x05로 구성된 군으로부터 선택된다.
일부 실시양태에서, 상기 3xxx 시리즈 알루미늄 합금은 AA 3104이다.
일부 실시양태에서, 상기 5xxx 시리즈 알루미늄 합금 시트는 AA 5043 및 AA 5006으로 구성된 군으로부터 선택된다.
일부 실시양태에서, 상기 제 1 분산질 f/r은 약 4.5 내지 7.65 미만이다.
일부 실시양태에서, 상기 제 1 알루미늄 합금 시트 내의 Mn의 양은 0.45 중량% 내지 0.95 중량% 이하의 Mn이다.
일부 실시양태에서, 상기 제 1 알루미늄 합금 시트 내의 Mg의 양은 0.5 중량% 내지 0.9 중량% 이하의 Mg이다.
또한, 본 발명은
3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 제 1 잉곳을 압연하여 형성된 제 1 알루미늄 합금 시트를 얻는 단계로서, 이때 압연 전에, 상기 제 1 잉곳이 7.65 미만의 제 1 분산질 f/r을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도로 가열된, 단계; 및
상기 제 1 알루미늄 합금 시트로부터 용기를 형성하는 단계
를 포함하는 방법에 관한 것으로서, 이때
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 상기 용기로 형성될 때, 상기 용기는 7.65 이상의 제 2 분산질 f/r 값을 갖는 제 2 잉곳으로부터 압연된 제 2 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 용기와 비교시에 하나 이상의 용기 결함을 갖지 않는다.
일부 실시양태에서, 상기 제 1 알루미늄 합금 시트는 0.006 인치 내지 0.07 인치 이하의 두께를 갖는다.
또한, 본 발명은
7.65 미만의 제 1 분산질 f/r을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도로 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 제 1 잉곳을 가열하는 단계; 및
상기 제 1 잉곳을 제 1 알루미늄 합금 시트로 압연하는 단계
를 포함하는 방법에 관한 것으로서, 이때
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 용기로 형성될 때, 상기 용기는 7.65 이상의 제 2 분산질 f/r 값을 갖는 제 2 잉곳으로부터 압연된 제 2 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 용기와 비교시에 하나 이상의 용기 결함을 갖지 않는다.
일부 실시양태에서, 상기 제 1 알루미늄 합금 시트는 0.006 인치 내지 0.07 인치 이하의 두께를 갖는다.
상기에서 간략하게 요약되고 이하에서 보다 상세히 논의되는 본 발명의 실시양태는 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 예시적인 실시양태를 참조함으로써 이해될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 전형적인 실시양태를 도시한 것이므로 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안되며, 본 발명은 다른 동등한 효과의 실시양태를 인정할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 알루미늄 시트의 부분 확대 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 일체형 돔을 갖는 알루미늄 보틀의 측면도이다.
도 3은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 공정 단계를 도시한다.
도 4는, 본 발명의 일부 실시양태에 따라 실시예 부분에서 평가된 3 가지 합금 및 대조군 합금에 대한 다양한 합금화 원소의 조성을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 실시예에 대한 합금 1-3 및 대조군에 대한 17 시간 예열에 대한 예시적인 후방 산란 전자(BSE) 현미경 사진을 도시한다.
도 6은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 실시예에 대한 합금 1-3 및 대조군에 대한 55 시간 예열에 대한 예시적인 후방 산란 전자(BSE) 현미경 사진을 도시한다.
도 7은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 통상적 및 장시간 예열에서의 합금 1에 대한 재연신(2 차) 컵 표면 외관에 대한 비교 사진을 제공한다.
도 8은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 통상적 및 장시간 예열에서의 합금 3에 대한 재연신(2 차) 컵 표면 외관에 대한 비교 사진을 제공한다.
도 9는, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 통상적 및 장시간 예열에서의 합금 2에 대한 재연신(2 차) 컵 표면 외관에 대한 비교 사진을 제공한다.
도 10은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 통상적 및 장시간 예열에서의 대조군 합금에 대한 재연신(2 차) 컵 표면 외관에 대한 비교 사진을 제공한다.
도 11은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 12는, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
이해를 돕기 위해, 가능하다면, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지칭하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면은 축척대로 작도된 것이 아니며, 명확하게 하기 위해 단순화될 수 있다. 일 실시양태의 요소 및 특징부가 추가 설명없이 다른 실시양태들에 유리하게 포함될 수 있음을 고려한다.
도 1은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 알루미늄 시트의 부분 확대 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 일체형 돔을 갖는 알루미늄 보틀의 측면도이다.
도 3은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 공정 단계를 도시한다.
도 4는, 본 발명의 일부 실시양태에 따라 실시예 부분에서 평가된 3 가지 합금 및 대조군 합금에 대한 다양한 합금화 원소의 조성을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 실시예에 대한 합금 1-3 및 대조군에 대한 17 시간 예열에 대한 예시적인 후방 산란 전자(BSE) 현미경 사진을 도시한다.
도 6은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 실시예에 대한 합금 1-3 및 대조군에 대한 55 시간 예열에 대한 예시적인 후방 산란 전자(BSE) 현미경 사진을 도시한다.
도 7은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 통상적 및 장시간 예열에서의 합금 1에 대한 재연신(2 차) 컵 표면 외관에 대한 비교 사진을 제공한다.
도 8은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 통상적 및 장시간 예열에서의 합금 3에 대한 재연신(2 차) 컵 표면 외관에 대한 비교 사진을 제공한다.
도 9는, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 통상적 및 장시간 예열에서의 합금 2에 대한 재연신(2 차) 컵 표면 외관에 대한 비교 사진을 제공한다.
도 10은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 통상적 및 장시간 예열에서의 대조군 합금에 대한 재연신(2 차) 컵 표면 외관에 대한 비교 사진을 제공한다.
도 11은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 12는, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
이해를 돕기 위해, 가능하다면, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지칭하기 위해 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면은 축척대로 작도된 것이 아니며, 명확하게 하기 위해 단순화될 수 있다. 일 실시양태의 요소 및 특징부가 추가 설명없이 다른 실시양태들에 유리하게 포함될 수 있음을 고려한다.
본 발명은, 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이며, 동일한 구조는 여러 도면에서 동일한 참조 번호로 지칭된다. 도시된 도면들은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니며, 대신에 일반적으로 본 발명의 원리를 설명할 때 강조된다. 또한, 일부 기능은 특정 구성 요소의 세부 정보를 보여주기 위해 과장될 수 있다.
도면들은, 본 명세서의 일부를 구성하고, 본 발명 및 이의 예시적인 다양한 대상물 및 특징부의 예시적인 실시양태를 포함한다. 또한, 도면은 반드시 축척된 것은 아니며, 일부 특징부는 특정 구성 요소의 세부 사항을 나타내기 위해 과장될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 임의의 측정, 명세 등은 예시적인 것이지 제한하려는 것은 아니다. 따라서, 본원에 개시된 특정 구조 및 기능적 세부 사항은 제한적으로 해석되어서는 안되며, 당업자가 본 발명을 다양하게 사용하도록 교시하는 대표적인 기초만으로서 해석되어야 한다.
개시된 그러한 이점들 및 개선들 중, 본 발명의 다른 목적들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련하여 취해진 이후의 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명의 상세한 실시양태가 본 명세서에 개시되지만, 그러나, 개시된 실시양태들은, 다양한 형태로 구현될 수 있는 본 발명의 단순한 예시인 것으로 이해되어야 한다. 또한, 각각의 예시는 본 발명의 다양한 실시양태와 관련하여 주어지며, 이는 예시적인 것으로 의도되며, 제한적인 것은 아니다.
명세서 및 청구범위에 걸쳐서, 다음의 용어는, 문맥에 명백하게 달리 지시되어 있지 않는 한, 본원에서 명백하게 관련된 의미를 취한다. 본 명세서에서 사용되는 "일 실시양태에서" 및 "일부 실시양태에서"라는 문구는, 가능할지라도, 반드시 동일한 실시양태(들)을 지칭하지는 않는다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "다른 실시양태에서" 및 "일부 다른 실시양태에서"라는 문구는, 가능할지라도, 반드시 다른 실시양태를 언급하지는 않는다. 따라서, 이하에서 설명되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시양태는, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 용이하게 결합 될 수 있다.
용어 "기반하다"는, 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 배타적이지 않으며, 기술되지 않은 추가적인 인자에 기초를 두는 것을 허용한다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐, 단수형 표현은 복수형 의미를 포함한다. "에서"의 의미는 "에서" 및 "상에서"를 포함한다.
도 11은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 예시적인 방법 (1100)의 흐름도를 도시한다. 방법 (1100)은, (1102)에서, 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 제 1 잉곳을 압연하여 형성된 제 1 알루미늄 합금 시트를 얻는 단계를 포함한다. 압연하기 전에, 제 1 잉곳은 7.65 미만의 제 1 분산질 f/r을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도로 가열된다. 다음, (1104)에서, 방법 (1100)은 제 1 알루미늄 합금 시트로부터 용기 전구체를 형성하는 단계를 포함하며, 이때 상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 용기 전구체로 형성될 때, 상기 용기 전구체는, 7.65 이상의 제 2 분산질 f/r 값을 갖는 제 2 잉곳으로부터 압연된 제 2 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 용기 전구체와 비교시에 관찰된 표면 줄무늬 및 리지가 적다.
도 12는 본 발명의 일부 실시양태에 따른 예시적인 방법 (1200)의 흐름도를 도시한다. 방법 (1200)은, (1202)에서, 7.65 미만의 제 1 분산질 f/r을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도로 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 제 1 잉곳을 가열하는 단계를 포함한다. 다음, (1204)에서, 상기 방법은, 제 1 잉곳을 제 1 알루미늄 합금 시트로 압연하는 단계를 포함하며, 이때 상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 용기 전구체로 형성될 때, 상기 용기 전구체는, 7.65 이상의 제 2 분산질 f/r 값을 갖는 제 2 잉곳으로부터 압연된 제 2 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 용기 전구체와 비교시에 관찰된 표면 줄무늬 및 리지가 적다.
본원에 사용된 바와 같이, "용기 전구체"는, 컵 또는 1 회 이상 재연신된 컵을 지칭한다. 일부 실시양태에서, 컵은 보톰 및 컵의 보톰의 둘레로부터 원주 방향으로 상향 연장되는 주변 측벽으로 구성된다. 일부 실시양태에서, 컵은 폐쇄 단부(보톰) 및 개방 상부 단부를 갖는 일-단편(one-piece)이다. 일부 실시양태에서, 편평한 또는 돔(dome) 보톰으로 구성된 알루미늄 용기를 형성하기 위해 추가의 성형 단계가 컵 상에서(예를 들어, 보톰 및/또는 측벽) 수행될 수 있다.
일부 실시양태에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금 시트 (100)는 7.65 미만의 분산질 f/r 값을 갖는 AA 3xxx 또는 5xxx 합금을 포함한다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 AA: 3x03, 3x04 또는 3x0.5 중 하나를 포함한다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금은 AA 3x03, AA 3x04 및 AA 3x05로 구성된 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 AA 3104를 포함한다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 AA 5043 및 AA 5006으로 구성된 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 압연 알루미늄 합금 시트이다.
일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.006 인치 내지 0.07 인치 이하의 범위의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.006 인치 내지 0.06 인치 이하의 범위의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.006 인치 내지 0.05 인치 이하의 범위의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.006 인치 내지 0.04 인치 이하의 범위의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.006 인치 내지 0.03 인치 이하의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.006 인치 내지 0.02 인치 이하의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.006 인치 내지 0.01 인치 이하의 범위의 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.01 인치 내지 0.07 인치 이하의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.012 인치 내지 0.07 인치 이하의 범위의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.014 인치 내지 0.07 인치 이하의 범위의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.016 인치 내지 0.07 인치 이하의 범위의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.018 인치 내지 0.07 인치 이하의 범위의 두께를 갖는다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 합금 시트는 0.02 인치 내지 0.07 인치 이하의 범위의 두께를 갖는다.
일부 실시양태에서, 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금 시트가 적합한 잉곳으로부터 형성된다. 잉곳은 7.65 미만의 분산질 f/r 값을 갖기에 충분한 시간 동안 및 충분한 온도에서 예열 작업을 거친다. 예열 작업은, 적절한 온도에서 잉곳의 사전-침지(pre-soak) 시간 + 적절한 온도에서 잉곳의 침지 시간이다.
일부 실시양태에서, 분산질 f/r 값은 7.65 미만이다. 일부 실시양태에서, 분산질 f/r 값은 7.5 미만; 7 미만; 6.5 미만; 6 미만; 5.5 미만; 5 미만; 4.5 미만; 4 미만; 3.5 미만; 3 미만; 2.5 미만; 2 미만; 1.5 미만; 1 미만; 또는 그 이하이다.
일부 실시양태에서, 적어도 일부 분산질이 알루미늄 합금 시트에 존재한다.
일부 실시양태에서, 상기 기재된 분산질 f/r 값은 알루미늄 용기 제조기(예: 알루미늄 캔 및/또는 알루미늄 병 제조기)에 알루미늄 시트 코일로서 선적된 알루미늄 합금 시트를 형성하도록 가공된 잉곳에 대한 것이다.
본원에서 사용된 "분산질"은, 잉곳의 예열 작업 중에 형성되는 제 2 상 입자를 의미한다. 예를 들어, 분산질은 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금 중의 Mn-함유 상이다.
본원에서 사용되는 "분산질 f/r"은, 제 2 상의 양을 제 2 상의 크기로 나눈 비를 의미한다.
일부 실시양태에서, 0.4 중량% 내지 0.95 중량%의 Mn 함량 및 0.5 중량% 내지 0.9 중량%의 Mg 함량을 갖는 3xxx 또는 5xxx 알루미늄 합금 시트는 7.65 미만의 분산질 f/r 값을 가질 것이다.
일부 실시양태에서, 0.4 중량% 내지 0.95 중량%의 Mn 함량 및 0.5 중량% 내지 0.9 중량%의 Mg 함량을 갖는 3xxx 또는 5xxx 알루미늄 합금 시트는, 7.65 미만의 분산질 f/r 값을 얻기에 충분한 온도에서 충분한 시간 동안 예열을 수행한 잉곳으로부터 형성된다.
일부 실시양태에서, Mn 함량은 0.45 중량% 이상의 Mn; 0.5 중량% 이상의 Mn; 0.55 중량% 이상의 Mn; 0.60 중량% 이상의 Mn; 0.65 중량% 이상의 Mn; 0.70 중량% 이상의 Mn; 0.75 중량% 이상의 Mn; 0.8 중량% 이상의 Mn; 0.85 중량% 이상의 Mn; 9 중량% 이상의 Mn; 또는 0.95 중량% 이상의 Mn이다.
일부 실시양태에서, Mn 함량은 0.45 중량% 이하의 Mn; 0.5 중량% 이하의 Mn; 0.55 중량% 이하의 Mn; 0.60 중량% 이하의 Mn; 0.65 중량% 이하의 Mn; 0.70 중량% 이하의 Mn; 0.75 중량% 이하의 Mn; 0.8 중량% 이하의 Mn; 0.85 중량% 이하의 Mn; 9 중량% 이하의 Mn; 또는 0.95 중량% 이하의 Mn이다.
일부 실시양태에서, Mg 함량은 0.5 중량% 이상의 Mg; 0.55 중량% 이상의 Mg; 0.60 중량% 이상의 Mg; 0.65 중량% 이상의 Mg; 0.70 중량 이상의 Mg; 0.75 중량% 이상의 Mg; 0.8 중량% 이상의 Mg; 0.85 중량% 이상의 Mg; 또는 9 중량% 이상의 Mg이다.
일부 실시양태에서, Mg 함량은 0.5 중량% 이하의 Mg; 0.55 중량% 이하의 Mg; 0.60 중량% 이하의 Mg; 0.65 중량% 이하의 Mg; 0.70 중량% 이하의 Mg; 0.75 중량% 이하의 Mg; 0.8 중량% 이하의 Mg; 0.85 중량% 이하의 Mg; 또는 0.9 중량% 이하의 Mg이다.
일부 실시양태에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 방법(1100, 1200)은, (300)에서, 용기 전구체로부터 용기를 형성하는 단계; 및 (310)에서, (예를 들어, 알루미늄 병 형상과 일치하는 테이퍼형(tapered) 넥을 형성하기 위해) 적어도 26 %만큼 용기의 일부의 직경을 감소시키는 단계를 추가로 포함한다.
일부 실시양태에서, 용기의 직경을 감소시키는 것은, 넥킹 다이(necking die)로 (즉, 다수의 진행을 통해) 용기를 넥킹하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법(1100, 1200)은, 감소된 직경을 갖는 용기의 부분의 섹션을 확장하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 상기 섹션은 길이를 갖는다. 일부 실시양태에서, 길이는 적어도 0.3 인치이다. 일부 실시양태에서, 길이는 적어도 0.4 인치이다. 일부 실시양태에서, 방법(1100, 1200)은, 감소된 직경을 갖는 용기의 부분의 넥킹된 섹션을 확장하는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 용기는 병이다. 일 실시양태에서, 병은 바디의 직경보다 작은 넥 직경을 갖는 경질(rigid) 용기이다. 일부 실시양태에서, 용기는 재밀봉가능하다.
도 2는, 본 발명의 일부 실시양태에 따라 형성된 돔 (210)을 갖는 예시적인 알루미늄 용기(예컨대, 알루미늄 병) (200)를 도시한다. 일부 실시양태에서, 돔 (210)은, 알루미늄 용기 (200)의 보톰에 있는 돔 (210)이다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 용기 (200)는 7.65 미만의 분산질 f/r 값을 갖는 AA 3xxx 또는 5xxx 합금을 포함한다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 용기 (200)는 제 1 직경 (202) 및 제 2 직경 (204)을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 제 1 직경 (202)은 돔 (210)을 제외한 알루미늄 용기 (200)의 최소 직경이다. 일부 실시양태에서, 제 2 직경 (204)은 알루미늄 용기 (200)의 최대 직경이다. 일부 실시양태에서, 제 1 직경 (202)은 알루미늄 용기 (200)의 돔 (210)에 대향하는 제 1 단부에 있다. 일부 실시양태에서, 제 2 직경 (204)은, 제 1 단부와 돔 (210) 사이에 있다. 일부 실시양태에서, 제 1 직경 (202)은 제 2 직경 (204)의 70 %보다 작다. 일부 실시양태에서, 제 1 직경 (202)은 제 2 직경 (204)의 65 %보다 작다. 일부 실시양태에서, 제 1 직경 (202)은 제 2 직경 (204)의 60 %보다 작다. 일부 실시양태들에서, 제 1 직경 (202)은 제 2 직경 (204)의 55 %보다 작다.
일부 실시양태에서, 알루미늄 용기 (200)는 AA: 3x03, 3x04 또는 3x05 중 하나를 포함한다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 용기 (200)는 AA 3104를 포함한다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 용기 (200)는 AA 5043 및 5006으로 구성된 군으로부터 선택된다. 일부 실시양태에서, 알루미늄 용기 (200)는 알루미늄 시트의 연신 및 아이어닝에 의해 형성된다.
본원에서 언급된 합금 및 템퍼는 문헌[the American National Standard Alloy and Temper Designation System for Aluminum ANSI H35.1] 및 [the Aluminum Association International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys as revised February 2009]에 정의된 바와 같다.
실시예: 성형성(formability) 평가
알루미늄 시트 합금의 성형성은, 0.0186 인치의 두께 및 7.65 이상의 분산질 f/r 값을 갖는 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금 시트로부터 용기 전구체(예: 컵)를 성형하고, 7.65 미만의 분산질 f/r을 갖는 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 컵과 비교하여 평가되었다.
컵 표면 외관의 시각적 관찰이 완료되었다. 하나 이상의 실시양태에서, 개선된 컵 성형은, 컵을 거부하거나 넥킹, 컬링, 스레딩, 플랜징 또는 확장 작업에 대한 하류 성형 문제를 일으킬 수 있는 결함 또는 결점(defect) 형성을 나타내는 특성을 포함하는 하나 이상의 기준에 의해 정량화/평가될 수 있다.
시각적 관측을 통해 평가된 성형성 특성의 대조는, 7.65 미만의 분산질 f/r 값을 갖는 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금 시트로 형성된 컵과 비교시에 7.65 이상의 분산질 f/r 값을 갖는 3xxx 시리즈 알루미늄 및 5xxx 시리즈 알루미늄 모두로부터 형성된 컵에서 용이하게 나타났다.
더 긴 예열은, 평가된 모든 경우에서 시각적으로 매끄러운 컵의 외형을 생성함이 관찰되었다(도 7 내지 도 10에 도시됨). 따라서, 예열 작업이 길어질수록 성형성이 개선된 알루미늄 합금 시트가 제조되고, 즉, 더 긴 예열 작업이 없는 컵에 비해 우수한/개선된 재연신된 컵이 성형되는 것으로 결론지어 진다. 더 우수한 컵은 추가적인 하류 성형 작업으로 보다 우수한 알루미늄 용기(즉, 더 낮은 거부율 및/또는 결점)을 만든다.
상업용 병 라인에서, 이들 컵은 다음의 마무리 단계 중 하나 이상을 포함하는 추가 성형 단계를 더 진행할 것이다: 컵을 (바디제조기를 통해) 캔으로 변환시키고, 넥킹, 확장, 나사 형성, 좁힘, 컬링, 또는 용기의 개구를 형성하여 클로저를 수용함. (7.65 미만의 분산질 f/r 값을 갖는 갖는 이러한 표면 특성/결점이 없는 컵과 비교시) 연속적 성형 작업에 의해 7.65 이상의 분산질 f/r 값을 갖는 시트로부터의 컵 상에서 관찰된 표면 줄무늬 및 리지는 시판되는 병 라인에서 높은 거부율을 갖는 것으로 여겨진다. 거부는 다음 중 하나 이상과 같은 용기 결함으로 인해 발생할 수 있다: 특히, 컬 분할, 용기 파손, 용기 붕괴, 주름, 퍽, 나사 파손, 나사 붕괴, 분할 플랜지 또는 표면 마무리.
실시예: 분산질 f/r에 대한 조성 및 예열 영향
알루미늄 시트에 대한 조성 및/또는 예열 작업 영향을 평가하기 위해, 상업적으로 입수가능한 보틀스톡(bottlestock) 합금인 대조군과 비교시에 세 가지 다른 합금을 평가하였다.
정량적 미세구조 특성화(예를 들어, 분산질 f/r 계산)가 시트상에서 완료되었다. 샘플에서, SEM 이미지는, 10kX의 배율에서 금속 조직 검사법으로, 제조된 종단면상의 3 개의 두께 위치에서 후방 산란 전자 이미지(15 이미지)로 수집되었다. 도 5는, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 대조군 합금과 비교시에 합금 1-3에 대한 17 시간 예열에 대한 예시적인 후방 산란 전자(BSE) 현미경 사진을 나타낸다. 도 6은, 본 발명의 일부 실시양태에 따른 대조군 합금과 비교시에 합금 1-3에 대한 55 시간 예열에 대한 예시적인 후방 산란 전자(BSE) 현미경 사진을 나타낸다.
무거운 평균 원자 번호를 갖는 위치는 BSE 이미지에서 더 밝게 나타날 것이다. Al12[Fe,Mn]3Si 불용성 구성 성분 및 Al12Mn3Si 분산질은 알루미늄 매트릭스에 비해 밝을 것이다. 생성된 이미지를 이미지 분석으로 평가하여 직경이 550 nm(0.55 μm) 미만인 모든 입자를 측정했다.
분산질 f/r 값을 정량화하기 위해 분산질이 확인되고 이용된다. 디지털 이미지는 SEM 및 표면에서의 15 개의 이미지, t/4(1/4 평면)의 15 개 이미지 및 t/2(1/2 평면)의 15 개 이미지를 통해 수집된다. 그레이 수준 이미지는 이미지에 대해 2 단계의 판별을 수행하고, 미리 결정된 임계 크기(서브 마이크론 크기의 입자 상한값)를 초과하는 모든 입자는 버려지고(구성 성분), 따라서 잉곳의 특정 위치에서 분산질(입자 <미리 결정된 임계 값)을 정의한다.
일단 입자가 측정되면, 이들은 단면적의 함수로서 비닝(binning)/그룹핑(grouping)된다. 로그 공간에서, 5 빈(bin)/십년, 각 빈에 있는 분산질 면적의 합을 측정된 총 면적으로 나눈 다음, 100으로 곱하여 분산질 입자의 면적%("f" 값)를 제공한다. 'r' 값을 결정하기 위해, 원 면적(π r2)과 동일한 상부 빈 한계를 취하여 r에 대해 푼다. 분산질 f/r을 개별 빈에 대해 계산한 다음, 분산질 f/r을 합산하여 특정 합금 샘플(예: 합금 1-3 및 대조군 합금)에 대한 분산질 f/r 값을 수득한다.
미세 구조, 기계적 성질 및 성형성에 대한 예열 작업(통상적 및 장시간)의 영향을 평가/결정하기 위해 3 가지 합금을 평가하고 대조군 합금과 비교하였다.
하기 표는 합금 및 예비 가열에 의한 분산질(Al12Mn3Si) 차이를 SEM 이미지 및 정량적 금속 조직 검사법을 사용하여 정량화한다.
합금 1은 0.21 중량% Si; 0.51 중량% Fe; 0.16 중량% Cu; 0.88 중량% Mn; 0.50 중량% Mg, 및 잔부 알루미늄의 조성물 갖는 알루미늄 합금 시트이다. 합금 2는 0.21 중량% Si; 0.52 중량% Fe; 0.15 중량% Cu; 0.69 중량% Mn; 0.70 중량% Mg, 및 잔부 알루미늄의 조성물 갖는 알루미늄 합금 시트이다. 합금 3은, 0.2 중량% Si; 0.53 중량% Fe; 0.15 중량% Cu; 0.55 중량% Mn; 0.99 중량% Mg, 및 잔부 알루미늄의 조성물 갖는 알루미늄 합금 시트이다. 일부 실시양태에서, 대조군 합금은 AA 3104이다. 도 4는 본 발명의 일부 실시양태에 따라 실시예 섹션에서 평가된 3 가지 합금에 대한 다양한 합금화 원소의 조성을 나타내는 그래프이다. 연장된 예열 실시에 의해 보다 낮은 면적% 및 더 낮은 수 밀도의 분산질이 달성된다는 것이 관찰되었다. 또한, 평가된 특정 합금의 17 시간 예열 작업 이미지와 55 시간 예열 작업 이미지를 비교할 때, 분산질의 희생으로 구성 성분 상(constituent phase)의 성장이 일어난다는 것이 관찰되었다. 또한, 분산질 입자 직경에 약간의 변화가 있음이 관찰되었다. 최종적으로, 연장된 예열(55 시간)은 평가된 모든 샘플(예: 합금 1-3 및 대조군 합금)에 대한 분산질 f/r의 현저한 감소를 초래한다는 것이 관찰되었다.
7.65 미만의 분산질을 갖는 시트를 제조하는 한가지 방법은 캔 시트에 사용되는 표준 생산 목표로부터 예열 실시를 증가시키는 것이다.
특정 메카니즘 및/또는 이론에 구속됨이 없이, 예열 침지 온도가 증가함에 따라, 최소의 Al12Mn3Si 분산질이 열역학적으로 불안정해져서 용해되는 것으로 여겨진다. Mn이 고용체로 다시 들어가면 큰 입자(큰 입자가 작은 입자를 희생시켜 성장하는 것과 같은 구성 성분 또는 결정 입자)로 확산된다. 특정 메커니즘 및/또는 이론에 구속됨이 없이, 이는, 불용성 구성 성분의 양이 증가하고 분산질의 양이 감소하는(즉, 이들 상들의 총량은 일정하게 유지됨) 것으로 여겨진다. 이 공정은, 증가된 예열 침지 시간 및/또는 증가된 예열 침지 온도로 지속된다.
일부 실시양태에서, 알루미늄 시트용 잉곳은 하기 범위의 예열 작업 시간을 겪는다: 1080℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 30-40 시간의 침지 시간; 또는 1085℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 30-40 시간의 침지 시간; 또는 1090℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 30-40 시간의 침지 시간, 또는 1095℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 30-40 시간의 침지 시간; 또는 1100℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 30-40 시간의 침지 시간. 더 큰 시간 또는 온도가 적용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 알루미늄 시트용 잉곳은 하기 범위의 예열 작업 시간을 겪는다: 1080℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 35-40 시간의 침지 시간; 또는 1085℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 35-40 시간의 침지 시간; 1090℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 35-40 시간의 침지 시간, 또는 1095℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 35-40 시간의 침지 시간, 또는 1100℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 35-40 시간의 침지 시간. 더 큰 시간 또는 온도가 적용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 알루미늄 시트용 잉곳은 하기 범위의 예열 작업 시간을 겪는다: 1080℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 37-40 시간의 침지 시간 또는 1085℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 37-40 시간의 침지 시간; 또는 1090℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 37-40 시간의 침지 시간, 또는 1095℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 37-40 시간의 침지 시간; 또는 1100℉에서 3 시간의 예비침지 시간 + 1060℉에서 37-40 시간의 침지 시간. 더 큰 시간 또는 온도가 적용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시양태가 상세히 설명되었지만, 당업자에게는 이들 실시양태의 변형 및 적용이 발생할 수 있음이 명백하다. 그러나, 그러한 수정 및 변형은 본 개시의 사상 및 범위 내에 있음이 명백하게 이해 될 것이다.
Claims (20)
- 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 제 1 잉곳(ingot)을 압연(rolling)하여 형성된 제 1 알루미늄 합금 시트를 얻는 단계로서, 이때 압연 전에, 상기 제 1 잉곳이 7.65 미만의 제 1 분산질(dispersoid) f/r을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도로 가열된, 단계; 및
상기 제 1 알루미늄 합금 시트로부터 용기 전구체(container precursor)를 형성하는 단계
를 포함하는 방법으로서, 이때
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 상기 용기 전구체로 형성될 때, 상기 용기 전구체는 7.65 이상의 제 2 분산질 f/r 값을 갖는 제 2 잉곳으로부터 압연된 제 2 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 전구체와 비교시에 관찰된 표면 줄무늬(striation) 및 리지(ridge)가 적은, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 0.006 인치 내지 0.07 인치 이하의 두께를 갖는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 3xxx 시리즈 알루미늄 합금이 AA 3x03, AA 3x04 및 AA 3x05로 구성된 군으로부터 선택되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 3xxx 시리즈 알루미늄 합금이 AA 3104인, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 5xxx 시리즈 알루미늄 합금이 AA 5043 및 AA 5006으로 구성된 군으로부터 선택되는, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 분산질 f/r이 약 4.5 내지 7.65 미만인, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 알루미늄 합금 시트 내의 Mn의 양이 0.45 중량% 내지 0.95 중량% 이하의 Mn인, 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 알루미늄 합금 시트 내의 Mg의 양이 0.5 중량% 내지 0.9 중량% 이하의 Mg인, 방법. - 7.65 미만의 제 1 분산질 f/r을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도로 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 제 1 잉곳을 가열하는 단계; 및
상기 제 1 잉곳을 제 1 알루미늄 합금 시트로 압연하는 단계
를 포함하는 방법으로서, 이때
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 용기 전구체로 형성될 때, 상기 용기 전구체는 7.65 이상의 제 2 분산질 f/r 값을 갖는 제 2 잉곳으로부터 압연된 제 2 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 용기 전구체와 비교시에 관찰된 표면 줄무늬 및 리지가 적은, 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 0.006 인치 내지 0.07 인치 이하의 두께를 갖는, 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 3xxx 시리즈 알루미늄 합금이 AA 3x03, AA 3x04 및 AA 3x05로 구성된 군으로부터 선택되는, 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 3xxx 시리즈 알루미늄 합금이 AA 3104인, 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 5xxx 시리즈 알루미늄 합금이 AA 5043 및 AA 5006으로 구성된 군으로부터 선택되는, 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 분산질 f/r이 약 4.5 내지 7.65 미만인, 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 알루미늄 합금 시트 내의 Mn의 양이 0.45 중량% 내지 0.95 중량% 이하의 Mn인, 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 알루미늄 합금 시트 내의 Mg의 양이 0.5 중량% 내지 0.9 중량% 이하의 Mg인, 방법. - 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 제 1 잉곳을 압연하여 형성된 제 1 알루미늄 합금 시트를 얻는 단계로서, 이때 압연 전에, 상기 제 1 잉곳이 7.65 미만의 제 1 분산질 f/r을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도로 가열된, 단계; 및
상기 제 1 알루미늄 합금 시트로부터 용기를 형성하는 단계
를 포함하는 방법으로서, 이때
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 상기 용기로 형성될 때, 상기 용기는 7.65 이상의 제 2 분산질 f/r 값을 갖는 제 2 잉곳으로부터 압연된 제 2 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 용기와 비교시에 하나 이상의 용기 결함(failure)을 갖지 않는, 방법. - 제 17 항에 있어서,
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 0.006 인치 내지 0.07 인치 이하의 두께를 갖는, 방법. - 7.65 미만의 제 1 분산질 f/r을 달성하기에 충분한 시간 동안 충분한 온도로 3xxx 또는 5xxx 시리즈 알루미늄 합금의 제 1 잉곳을 가열하는 단계; 및
상기 제 1 잉곳을 제 1 알루미늄 합금 시트로 압연하는 단계
를 포함하는 방법으로서, 이때
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 용기로 형성될 때, 상기 용기는 7.65 이상의 제 2 분산질 f/r 값을 갖는 제 2 잉곳으로부터 압연된 제 2 알루미늄 합금 시트로부터 형성된 용기와 비교시에 하나 이상의 용기 결함을 갖지 않는, 방법. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 1 알루미늄 합금 시트가 0.006 인치 내지 0.07 인치 이하의 두께를 갖는, 방법.
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