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JP2020519772A - 高強度耐食性6xxxシリーズアルミニウム合金およびその作製方法 - Google Patents

高強度耐食性6xxxシリーズアルミニウム合金およびその作製方法 Download PDF

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Abstract

本開示は、概して、6xxxシリーズのアルミニウム合金と、鋳造および圧延を通じてなど、同アルミニウム合金の作製方法と、を提供する。本開示はまた、かかる合金から作製された製品も提供する。本開示はまた、とりわけ、自動車、輸送、電子機器、航空宇宙、および、産業用途などにおける、かかる製品の様々な最終用途を提供する。

【選択図】図1

Description

優先権主張
本出願は、2017年5月26日に出願された、米国仮出願第62/511,703号の優先権の利益を主張し、その全体が本明細書に記載されているように参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、概して、6xxxシリーズアルミニウム合金を提供する。本開示はまた、かかる合金から作製された製品と、鋳造および圧延を通じてなど、かかる製品の作製方法と、を提供する。本開示はまた、自動車、輸送、電子機器、産業、航空宇宙、および他の用途などにおける、かかる製品の様々な最終用途を提供する。
高強度アルミニウム合金は、多くの異なる用途、特に強度と耐久性が特に望ましい用途における使用に望ましい。例えば、6xxxシリーズ表記のアルミニウム合金は、鋼の代わりに自動車の構造およびクロージャーパネル用途に一般的に使用される。アルミニウム合金は、概して、鋼よりも約2.8倍密度が低いため、このような材料を使用すると、車両の重量を低減させ、その燃費の実質的な改善を可能にする。それでも、自動車用途において現在利用可能なアルミニウム合金を使用することには、一定の課題がある。
1つの特定の課題は、鋼よりも弱い6xxxシリーズのアルミニウム合金の傾向に関する。場合によっては、例えば、合金組成中のケイ素または銅の量を増加させることにより、合金組成を変更して、完成したアルミニウム合金製品の強度を増加させることが可能である。しかしながら、合金中のケイ素または銅の濃度を増加させることは、粒界での析出物形成につながることが多く、その結果、完成した製品の耐食性を減少させる。相手先商標製造会社(OEM)は、安全かつ耐久性もある、より燃料効率の高い車両を提供するように、規制当局および消費者からの圧力に直面し続ける。
本発明の網羅された実施形態は、この概要ではなく、特許請求の範囲によって定義される。この概要は、本発明の様々な態様の高レベルの概説であり、以下の詳細な説明の項でさらに説明される概念のいくつかを紹介している。この概要は、特許請求された主題の重要なまたは本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を決定するために単独で使用されることも意図していない。主題は、明細書全体、任意のまたは全ての図面、および各請求項の適切な部分を参照することによって理解されるべきである。
本開示は、高い強度および高い耐食性の両方を有する新規な6xxxシリーズアルミニウム合金を提供する。とりわけ、多量の微量合金元素(例えば、Mn、Cr、Zr、Vなど)を含むことは、強度における実質的な損失を引き起こすことなく、アルミニウム合金から形成された製品の耐食性を改善する。いかなる特定の理論にも拘束されることなく、微量の合金元素を多量に含むことは、均質化中の多数の分散質の形成につながり、ケイ素または銅の核生成サイトとして機能することができると考えられる。これらの析出物は、分散質の場所で形成されるため、粒界においていかなる実質的な程度でも形成されない。したがって、粒界は、その後の粒間腐食のサイトにはならない。
開示されるのは、0.2〜1.5重量%のSiと、0.4〜1.6重量%のMgと、0.2〜1.5重量%のCuと、0.5重量%以下のFeと、0.08〜0.20重量%のCr、0.02〜0.20重量%のZr、0.25〜1.0重量%のMn、および0.01〜0.20重量%のVからなる群から選択される1つ以上の追加の合金元素と、残部であるアルミニウムと、を含む、アルミニウム合金である。いくつかの例では、アルミニウム合金は、0.20重量%以下のSr、0.20重量%以下のHf、0.20重量%以下のEr、または0.20重量%以下のScを含む。本出願を通して、全ての元素は、合金の総重量を基準として、重量百分率(重量%)で記載される。これらの合金は、高い強度と耐食性を呈し、とりわけ、自動車、輸送、電子機器、航空宇宙、および、産業用途を含む、様々な用途に好適に使用することができる。
また、上記のアルミニウム合金を含むアルミニウム合金製品も開示される。場合によっては、アルミニウム合金製品は、インゴット、ストリップ、シャット、スラブ、ビレット、または他のアルミニウム合金製品である。他の例では、アルミニウム合金製品は、圧延アルミニウム合金製品であり、例えば、所望の厚さが達成されるまでアルミニウム合金製品を圧延すること、を含む、プロセスによって形成される。圧延アルミニウム合金製品は、アルミニウム合金シートであり得る。かかるシートは、例えば、T1〜T9調質度の範囲の任意の好適な調質度、および任意の好適なゲージを有することができる。他の例では、本開示は、本明細書で提供されるような6xxxシリーズ合金を含む、アルミニウム板、押出成形品、鋳造品、および鍛造品を提供する。
また、アルミニウム合金製品を作製する方法も開示され、本方法が、本明細書に記載のアルミニウム合金を提供することであって、アルミニウム合金が、溶融アルミニウム合金として溶融状態で提供されることと、連続的に溶融アルミニウム合金を鋳造して、アルミニウム合金製品を形成することとを含む。本方法は、例えば、均質化に続いて、アルミニウム合金製品を圧延して、アルミニウム合金シートなどの圧延アルミニウム合金製品を形成することをさらに含むことができる。
他の例では、方法は、溶融アルミニウム合金を直接チル(DC)鋳造して、インゴットなどのアルミニウム合金製品を形成すること、およびアルミニウム合金製品を圧延して、例えば、均質化後、アルミニウム合金シートなどの圧延アルミニウム合金製品を形成することを含むことができる。
また、本明細書に記載されるようなアルミニウム合金製品を含む、製造物品も開示される。製造物品は、圧延アルミニウム合金製品を含めることができる。かかる製造物品の例は、限定されるわけではないが、自動車、トラック、トレーラ、電車、鉄道車両、飛行機、車体パネル、または前述のいずれかのための部品、橋、パイプライン、パイプ、管材、ボート、船、貯蔵容器、貯蔵タンク、家具、窓、ドア、手すり、機能的もしくは装飾的な建築物、パイプ手すり、電気構成部品、導管、飲料容器、食品容器、またはホイルを含む。一部の例では、製造物品は、自動車または輸送用の車体部品であり、自動車の車体部品(例えば、バンパー、サイドビーム、ルーフビーム、クロスビーム、ピラー補強、インナーパネル、アウターパネル、サイドパネル、フードインナー、フードアウター、トランクリッドパネル)を含む。製造物品はまた、電子デバイス筐体などの電子製品も含むことができる。
追加の態様および実施形態は、本明細書に含まれる、詳細な説明、特許請求の範囲、非限定的な例、および図面に記載される。
各々がT4およびT6調質度で調製された、4つの合金(A1〜A4)に関する曲げ強度試験の降伏強度およびVDA角度を示す。 各々がT6調質度で調製され、24時間ISO 11846B(1995)に記載された粒間腐食(IGC)試験に供された、4つの合金(A1〜A4)に対する光学顕微鏡写真(OM)を示す。 試料が、24時間ISO 11846B(1995)に記載された粒間腐食(IGC)試験に供された後の、最大および平均ピット深さと、ピット数を示す。4つの試料は、4つの合金(A1〜A4)であり、各々は、T6調質度で調製された。 各々がT6調質度であるが、異なる方法で調製され、24時間ISO 11846B(1995)に記載された粒間腐食(IGC)試験に供された、Zrが追加された、6xxxシリーズアルミニウム合金(A4)の光学顕微鏡写真(OM)を示す。4つの異なる調製条件が、図に示されており、(a)均熱化せずに、ピークの450℃まで50℃/時間の温度上昇で均質化、(b)均熱化せずに、ピークの500℃まで50℃/時間の温度上昇で均質化、(c)均熱化せずに、ピークの540℃まで50℃/時間の温度上昇で均質化、(d)均質化後6時間の均熱化で、ピークの560℃まで50℃/時間の温度上昇で均質化、を含む。 (a)ツインベルト鋳造機を使用する連続鋳造(CC)によるA1合金鋳造、(b)ツインベルト鋳造機を使用する連続鋳造によるA2合金鋳造、(c)ツインベルト鋳造機を使用する連続鋳造によるA3合金鋳造、(d)ツインベルト鋳造機を使用する連続鋳造によるA4合金鋳造、および(e)試料が、T6調質度で調製され、24時間ISO 11846B(1995)に記載された粒間腐食(IGC)試験に供された、直接チル(DC)鋳造によるA1合金鋳造、を含む、異なる方法による一連の異なる6xxxシリーズアルミニウム合金の鋳造に関する、光学顕微鏡写真(OM)を示す。
本開示は、新規の6xxxシリーズアルミニウム合金、ならびにかかる合金を作製および使用する方法を提供する。これらの合金は、高い強度および耐食性を呈する。驚くべきことに、これらの合金は、その存在が粒界でのケイ素および/または銅の析出を低減するように作用する、追加量の1つ以上の微量合金元素(例えば、マンガン、クロム、ジルコニウム、バナジウムなど)を含む。このため、これらの微量合金元素を含めると、粒界におけるこれらの元素の析出に起因する耐食性の減少を招くことなく、銅および/または過剰のケイ素を含有する高強度アルミニウム合金をもたらす。
定義および説明
本明細書で使用される「発明(invention)」、「その発明(the invention)」、「この発明(this invention)」、および「本発明(the present invention)」という用語は、この特許出願の主題および以下の特許請求の範囲の全てを広く指すように意図されている。これらの用語を含有する記述は、本明細書に記載される主題を限定するものではなく、または以下の特許請求の範囲の意味もしくは範囲を限定するものではないことが理解されるべきである。
この説明では、AA番号によって特定される合金、および「シリーズ」または「6xxx」などの他の関連する記号表示が参照される。アルミニウムおよびその合金の命名および特定に最も一般的に使用される番号記号表示システムの理解に関しては、両方ともThe Aluminum Associationによって出版されている、「International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys」または「Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot」を参照されたい。
本明細書で使用される場合、「1つの(a)」、「1つの(an)」または「その(the)」の意味は、文脈上他に明確に指示されない限り、単数および複数の言及を含む。
本明細書で使用される場合、プレートは、一般に、約15mmを超える厚さを有する。例えば、プレートは、15mmを超えるか、20mmを超えるか、25mmを超えるか、30mmを超えるか、35mmを超えるか、40mmを超えるか、45mmを超えるか、50mmを超えるか、または100mmを超える厚さを有するアルミニウム製品を指してもよい。
本明細書で使用される場合、シェート(シートプレートとも称される)は、概して、約4mm〜約15mmの厚さを有する。例えば、シェートは、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、または15mmの厚さを有し得る。
本明細書で使用される場合、シートは、概して、約4mm未満の厚さを有するアルミニウム製品を指す。例えば、シートは、4mm未満、3mm未満、2mm未満、1mm未満、0.5mm未満、0.3mm未満、または0.1mmの厚さを有し得る。
本出願では、合金の調質度または状態について言及する。最も一般的に使用される合金調質度の説明の理解に関しては、「American National Standards(ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems」を参照されたい。F状態または調質度は、製造されたままのアルミニウム合金を指す。O状態または調質度は、アニーリング後のアルミニウム合金を指す。T1状態または調質度は、熱間加工から冷却され、自然に時効させた(例えば、室温で)アルミニウム合金を指す。T2状態または調質度は、熱間加工から冷却され、冷間加工され、自然に時効させたアルミニウム合金を指す。T3状態または調質度は、熱処理され、冷間加工され、自然に時効させたアルミニウム合金溶液を指す。T4状態または調質度は、熱処理され、自然に時効させたアルミニウム合金溶液を指す。T5状態または調質度とは、熱間加工から冷却され、人工的に時効させた(高温で)アルミニウム合金を指す。T6状態または調質度は、熱処理され、人工的に時効させたアルミニウム合金溶液を指す。T7状態または調質度は、熱処理され、人工的に老朽化させたアルミニウム合金溶液を指す。T8状態または調質度は、熱処理され、冷間加工され、人工的に時効させたアルミニウム合金溶液を指す。T9状態または調質度は、熱処理され、人工的に時効させ、冷間加工されたアルミニウム合金溶液を指す。
本明細書で使用される場合、「鋳造金属製品」、「鋳造製品」、「鋳造アルミニウム合金製品」などの用語は、交換可能であり、直接チル鋳造(直接チル共鋳造を含む)または半連続鋳造、連続鋳造(例えば、ツインベルト鋳造機、ツインロール鋳造機、ブロック鋳造機、もしくは任意の他の連続鋳造機を使用することを含む)、電磁鋳造、ホットトップ鋳造、または任意の他の鋳造方法によって製造された製品を指す。
本明細書で使用される場合、「室温」の意味は、約15℃〜約30℃、例えば、約15℃、約16℃、約17℃、約18℃、約19℃、約20℃、約21℃、約22℃、約23℃、約24℃、約25℃、約26℃、約27℃、約28℃、約29℃、または約30℃の温度を含み得る。
本明細書で開示される全ての範囲は、その中に包括される任意および全ての部分範囲を包含すると理解される。例えば、「1〜10」の記載された範囲は、最小値の1と最大値の10との間の任意および全ての部分範囲、すなわち、1以上、例えば、1〜6.1の最小値から始まる全ての部分範囲、および10以下、例えば、5.5〜10の最大値で終わる全ての部分範囲を含むと考慮されなければならない。
以下の例では、アルミニウム合金は、それらの元素組成に関して、重量百分率(重量%)で記載される。特に断りのない限り、各合金において、残部はアルミニウムである。いくつかの例では、本明細書で開示される合金は、全ての不純物の合計に対して最大0.15重量%を有する。
合金の組成
本明細書に記載された合金は、新規の6xxxシリーズアルミニウム合金である。アルミニウム合金は、粒界での予想外の高い耐食性と結合して、高い降伏強度と曲げ性を呈する。アルミニウム合金の特性は、合金の組成および/または作製方法に起因して達成される。
いくつかの例では、アルミニウム合金は、表1に記載される元素組成を有する。
Figure 2020519772
いくつかの例では、アルミニウム合金は、表2に記載される元素組成を有する。
Figure 2020519772
いくつかの例では、アルミニウム合金は、表3に記載される元素組成を有する。
Figure 2020519772
いくつかの例では、アルミニウム合金は、表4に記載される元素組成を有する。
Figure 2020519772
いくつかの例では、本明細書に記載の合金組成物は、約0.2%〜約1.5%のケイ素(Si)を含む。例えば、合金組成は、約0.3%〜約1.1%、約0.4%〜約1.0%、約0.4%〜約0.9%Si、約0.4%〜0.8%、または約0.4%〜0.7%の量のSiを含むことができる。いくつかの例では、合金組成は、約0.2%、約0.3%、約0.4%、約0.5%、約0.6%、約0.7%、約0.8%、約0.9%、約1.0%、約1.1%、約1.2%のSi、約1.3%のSi、約1.4%のSi、または約1.5%のSiを含むことができる。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
いくつかの例では、本明細書に記載の合金組成物は、約0.4%〜約1.6%のマグネシウム(Mg)を含む。例えば、合金組成は、約0.4%〜約1.2%、約0.4%〜約1.0%、約0.5%〜約1.2%、約0.5%〜1.0%、または約0.4%〜0.7%Mgの量のMgを含むことができる。いくつかの例では、合金組成は、約0.4%、約0.5%、約0.6%、約0.7%、約0.8%、約0.9%、約1.0%、約1.1%、約1.2%、約1.3%、約1.4%のMg、または約1.5%のMgを含むことができる。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
いくつかの例では、本明細書に記載の合金組成物は、約0.2%〜約1.5%の銅(Cu)を含む。例えば、合金組成は、約0.3%〜約1.1%、約0.4%〜約1.0%、約0.4%〜約0.9%、約0.4%〜0.8%、または約0.4%〜0.7%の量のCuを含むことができる。いくつかの例では、合金組成は、約0.2%、約0.3%、約0.4%、約0.5%、約0.6%、約0.7%、約0.8%、約0.9%、約1.0%、約1.1%、約1.2%のCu、約1.3%のCu、約1.4%のCu、約1.5%のCuを含むことができる。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
いくつかの例では、本明細書に記載の合金組成物は、最大約0.5%の鉄(Fe)を含む。例えば、合金組成は、0%〜約0.4%、0%〜約0.3%、約0、1%〜約0.5%、約0、1%〜約0.3%の量のFeを含むことができる。いくつかの例では、合金組成は、約0.1%、約0.2%、約0.3%、約0.4%、または約0.5%のFeを含むことができる。場合によっては、Feは合金中に存在しない(すなわち、0%)。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
いくつかの例では、本明細書に記載の合金組成物は、最大約0.1%のチタン(Ti)を含む。例えば、合金組成は、0%〜約0.07%、0%〜約0.05%、約0.01%〜約0.1%、約0.01%〜約0.07%、または約0.01%〜約0.05%の量のTiを含むことができる。いくつかの例では、合金組成は、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.10%を含むことができる。場合によっては、Tiは合金中に存在しない(すなわち、0%)。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
表1に記載されるものなどの、本明細書に開示されるいくつかの例では、合金組成は、6xxxシリーズアルミニウム合金に典型的であり得るものを上回る過剰のクロム(Cr)を有する。このような場合、合金組成は、約0.04%〜約1.0%のCrを含むことができる。例えば、合金組成は、約0.06%〜約0.50%、約0.08%〜約0.20%、約0.09%〜約0.20%、約0.09%〜約0.15%の量のCrを含むことができる。いくつかの例では、合金組成は、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.10%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、約0.20%、約0.21%、約0.22%、約0.23%、約0.24%、約0.25%、約0.26%、約0.27%、約0.28%、約0.29%、約0.30%、約0.31%、約0.32%、約0.33%、約0.34%、約0.35%、約0.36%、約0.37%、約0.38%、約0.39%、約0.40%、約0.41%、約0.42%、約0.43%、約0.44%、約0.45%、約0.46%、約0.47%、約0.48%、約0.49%、約0.50%、約0.51%、約0.52%、約0.53%、約0.54%、約0.55%、約0.56%、約0.57%、約0.58%、約0.59%、約0.60%、約0.61%、約0.62%、約0.63%、約0.64%、約0.65%、約0.66%、約0.67%、約0.68%、約0.69%、約0.70%、約0.71%、約0.72%、約0.73%、約0.74%、約0.75%、約0.76%、約0.77%、約0.78%、約0.79%、約0.80%、約0.81%、約0.82%、約0.83%、約0.84%、約0.85%、約0.86%、約0.87%、約0.88%、約0.89%、約0.90%、約0.91%、約0.92%、約0.93%、約0.94%、約0.95%、約0.96%、約0.97%、約0.98%、約0.99%、約1.0%のCrを含むことができる。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
表2〜4に記載されるような、本明細書に開示されるいくつかの他の例では、合金組成物は、より少ない量のCrを有し得る。そのような例では、合金組成は、0〜約0.1%のCrを含むことができる。いくつかの例では、合金組成は、0%〜約0.07%、0%〜約0.05%、約0.01%〜約0.1%、約0.01%〜約0.07%、または約0.01〜約0.05%の量のCrを含むことができる。いくつかのこのような場合、合金組成は、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、または約0.10%のCrを含むことができる。場合によっては、Crは合金中に存在しない(すなわち、0%)。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
表2に記載されるものなどの、本明細書に開示されるいくつかの例では、合金組成は、6xxxシリーズアルミニウム合金に典型的であり得るものを上回る過剰のジルコニウム(Zr)を有する。例えば、合金組成は、約0.02%〜約0.20%のZrを含むことができる。いくつかの例では、合金組成は、約0.04%〜約0.18%、約0.06%〜約0.16%、約0.07%〜約0.16%、約0.08%〜約0.16%の量のZrを含むことができる。いくつかのこのような場合、合金組成は、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.10%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、約0.20%のZrを含むことができる。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
表1、表3、および表4に記載されるような、本明細書に開示されるいくつかの他の例では、合金組成物は、より少ない量のZrを含むことができる。このような例では、合金組成は、0%〜約0.05%のZrを有することができる。いくつかの例では、合金組成は、0%〜約0.04%、0%〜約0.03%、約0.01%〜約0.05%、約0.01%〜約0.04%、約0.01%〜約0.03%の量のZrを含むことができる。いくつかのこのような場合、合金組成は、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、または約0.05%のZrを含むことができる。場合によっては、Zrは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
表3に記載されるものなどの、本明細書に開示されるいくつかの例では、合金組成は、6xxxシリーズアルミニウム合金に典型的であり得るものを上回る過剰のマンガン(Mn)を有する。このような例では、合金組成は、約0.1%〜約1.0%、約0、1%〜約0.6%、または約0、25%〜約1.0%の量のMnを含むことができる。いくつかの例では、合金組成は、約0.2%〜約1.0%、約0.4%〜約1.0%、約0.1%〜約0.8%、約0.2%〜約0.8%、約0.3%〜約0.8%、約0.2%〜約0.6%、約0.3%〜約0.6%の量のMnを含むことができる。いくつかの例では、合金組成は、約0.10%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、約0.20%、約0.21%、約0.22%、約0.23%、約0.24%、約0.25%、約0.26%、約0.27%、約0.28%、約0.29%、約0.30%、約0.31%、約0.32%、約0.33%、約0.34%、約0.35%、約0.36%、約0.37%、約0.38%、約0.39%、約0.40%、約0.41%、約0.42%、約0.43%、約0.44%、約0.45%、約0.46%、約0.47%、約0.48%、約0.49%、約0.50%、約0.51%、約0.52%、約0.53%、約0.54%、約0.55%、約0.56%、約0.57%、約0.58%、約0.59%、約0.60%、約0.61%、約0.62%、約0.63%、約0.64%、約0.65%、約0.66%、約0.67%、約0.68%、約0.69%、約0.70%、約0.71%、約0.72%、約0.73%、約0.74%、約0.75%、約0.76%、約0.77%、約0.78%、約0.79%、約0.80%、約0.81%、約0.82%、約0.83%、約0.84%、約0.85%、約0.86%、約0.87%、約0.88%、約0.89%、約0.90%、約0.91%、約0.92%、約0.93%、約0.94%、約0.95%、約0.96%、約0.97%、約0.98%、約0.99%、約1.0%のMnを含むことができる。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
表1、表2、および表4に記載されるような、本明細書に開示されるいくつかの他の例では、合金組成物は、より少ない量のMnを有する。このような例では、合金組成は、0%〜約0.25%のMnを有することができる。いくつかの例では、合金組成は、0%〜約0.23%、0%〜約0.21%、約0.05%〜約0.23%、約0.05%〜約0.21%、または約0.10%〜約0.23%の量のMnを含むことができる。このような場合では、合金組成は、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.10%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、約0.20%、約0.21%、約0.22%、約0.23%、約0.24%、0.25%のMnを含むことができる。場合によっては、Mnは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全てのパーセンテージは、%で表される。
表4に記載されるものなどの、本明細書に開示されるいくつかの例では、合金組成は、6xxxシリーズ合金に典型的であり得るものを上回る過剰のバナジウム(V)を有する。このような例では、合金組成物は、約0.05%〜約0.20%の量のVを含むことができる。いくつかの例では、合金組成は、約0.07%〜約0.20%、約0.09%〜約0.20%、約0.11%〜約0.20%の量のVを含むことができる。いくつかのこのような場合、合金組成は、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.10%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、または約0.20%のVを含むことができる。全てのパーセンテージは、wt.%で表される。
表1〜3に記載されるような、本明細書に開示されるいくつかの他の例において、合金組成は、より少ない量のVを有することができる。このような例では、合金組成は、0%〜約0.05%のVを有することができる。いくつかの例では、合金組成は、0%〜約0.04%、0%〜約0.03%、約0.01%〜約0.05%、約0.01%〜約0.04%、または約0.01%〜約0.03%の量のVを含むことができる。いくつかのこのような場合、合金組成物は、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、または約0.05%を含むことができる。場合によっては、Vは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
任意に、本明細書に開示される合金組成物は、限定されるわけではないが、スカンジウム(Sc)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、およびニッケル(Ni)を含む、微量の他の元素を有することができる。
いくつかの例では、合金組成物は、0%〜0.20%、0%〜約0.15%、または0%〜約0.10%の量のScを含むことができる。いくつかのこのような例では、合金組成は、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.10%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、約0.20%のScを含むことができる。場合によっては、Scは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
いくつかの例では、合金組成物は、0%〜0.20%、0%〜約0.15%、または0%〜約0.10%の量のSnを含むことができる。いくつかのこのような例では、合金組成は、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.10%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、約0.20%のSnを含むことができる。場合によっては、Snは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
いくつかの例では、合金組成物は、0%〜0.20%、0%〜約0.15%、または0%〜約0.10%の量のZnを含むことができる。いくつかのこのような例では、合金組成は、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.10%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、約0.20%のZnを含むことができる。場合によっては、Znは合金中に存在しない(すなわち、0%)。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
いくつかの例では、合金組成物は、0%〜0.20%、0%〜約0.15%、または0%〜約0.10%の量のNiを含むことができる。いくつかのこのような例では、合金組成は、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.10%、約0.11%、約0.12%、約0.13%、約0.14%、約0.15%、約0.16%、約0.17%、約0.18%、約0.19%、約0.20%のNiを含むことができる。場合によっては、Niは、合金中に存在しない(すなわち、0%)。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
いくつかの例では、本明細書に開示される合金は、合金の総重量を基準として、最大約0.10%(例えば、約0.01%〜約0.10%、約0.01%〜約0.05%、または約0.03%〜約0.05%)の1つ以上の特定の希土類元素(すなわち、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、およびLu)を含むことができる。例えば、合金は、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.10%の、希土類元素を含むことができる。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
いくつかの例では、本明細書に開示される合金は、合金の総重量を基準として、最大約0.10%(例えば、約0.01%〜約0.10%、約0.01%〜約0.05%、または約0.03%〜約0.05%)の量の1つ以上のMo、Be、B、Co、Sr、In、Hf、およびAgを含むことができる。例えば、合金は、約0.01%、約0.02%、約0.03%、約0.04%、約0.05%、約0.06%、約0.07%、約0.08%、約0.09%、約0.10%の1つ以上のMo、Nb、Be、B、Co、Sr、In、Hf、およびAgを含むことができる。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
任意に、表1〜4に記載されたものを含む、本明細書に開示される合金組成物は、不純物と称されることもある他の微量元素を、0.05%以下、0.04%以下、0.03%以下、0.02%以下、または0.01%以下の量でさらに含むことができる。これらの不純物は、限定されるわけではないが、Ga、Ca、Bi、Na、Pb、またはそれらの組み合わせを含み得る。したがって、Ga、Ca、Bi、Na、またはPbは、0.05%以下、0.04%以下、0.03%以下、0.02%以下、または0.01%以下の量で、合金内に存在し得る。全ての不純物の合計は、0.15%を超えない(例えば、0.10%)。全てのパーセンテージは、重量%で表される。
本明細書に開示される合金組成物は、主構成成分として、典型的に少なくとも95.0%の量のアルミニウム(Al)を有する。いくつかの例では、合金組成は、少なくとも95.5%、少なくとも96.0%、少なくとも96.5%、少なくとも97.0%、または少なくとも97.5%のAlを有する。
アルミニウム合金製品の調製方法
特定の態様では、開示される合金組成物は、開示される方法の製品である。本発明を限定することを意図するものではないが、アルミニウム合金の性質は、合金の調製中の微細構造体の形成によって部分的に判定される。
本明細書に記載の合金は、当業者に既知である鋳造方法を使用して鋳造され得る。例えば、鋳造プロセスは、直接チル(DC)鋳造プロセスを含むことができる。任意に、DC鋳造アルミニウム合金製品(例えばインゴット)は、その後の処理の前に洗浄(scalp)することができる。任意に、鋳造プロセスは、連続鋳造(CC)プロセスを含むことができる。次いで、鋳造アルミニウム合金製品は、さらなる加工ステップに供され得る。1つの非限定的な例では、加工方法は、均質化、熱間圧延、溶体化、および焼入れを含む。場合によっては、加工ステップは、必要に応じてアニーリングすること、および/または冷間圧延することをさらに含む。
均質化
均質化ステップは、少なくとも約450℃(例えば、少なくとも約450℃、少なくとも約460℃、少なくとも約470℃、少なくとも約480℃、少なくとも約490℃、少なくとも約500℃、少なくとも約510℃、少なくとも約520℃、少なくとも約530℃、少なくとも約540℃、少なくとも約550℃、少なくとも約560℃、少なくとも約570℃、または少なくとも約580℃)のピーク金属温度(PMT)に達するように、本明細書に記載の合金組成物から調製されたアルミニウム合金製品を加熱することを含むことができる。例えば、アルミニウム合金製品は、約520℃〜約580℃、約530℃〜約575℃、約535℃〜約570℃、約540℃〜約565℃、約545℃〜約560℃、約530℃〜約560℃、または約550℃〜約580℃の温度まで加熱することができる。場合によっては、PMTまでの加熱速度は、約100℃/時間以下、約75℃/時間以下、約50℃/時間以下、約40℃/時間以下、約30℃/時間以下、約25℃/時間以下、約20℃/時間以下、約15℃/時間以下である可能性がある。他の場合では、PMTまでの加熱速度は、約10℃/分〜約100℃/分(例えば、約10℃/分〜約90℃/分、約10℃/分〜約70℃/分、約10℃/分〜約60℃/分、約20℃/分〜約90℃/分、約30℃/分〜約80℃/分、約40℃/分〜約70℃/分、または約50℃/分〜約60℃/分)であり得る。
アルミニウム合金製品は、次いで一定期間、均熱化(すなわち、指定された温度で保持される)させることが可能になる。1つの非限定的な例によれば、アルミニウム合金製品は、最大約6時間(例えば、包括的に、約30分〜約6時間)の間、均熱化されることが可能になる。例えば、アルミニウム合金製品は、少なくとも500℃の温度で、30分、1時間、2時間、3時間、4時間、5時間、6時間、またはそれらの間のどこでも均熱化され得る。
熱間圧延
均質化ステップの後、熱間圧延ステップを行うことができる。ある場合において、アルミニウム合金製品は、約500℃〜540℃の入口温度範囲で置かれ、熱間圧延される。入口温度は、例えば、約505℃、510℃、515℃、520℃、525℃、530℃、535℃、または540℃とすることができる。ある場合において、熱間圧延出口温度は、約250℃〜約380℃(例えば、約330℃〜約370℃)の範囲であり得る。例えば、熱間圧延出口温度は、約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℃、または380℃であり得る。
ある場合において、均質化された試料を、室温の水スプレーを使用して、560℃から350℃(例えば、再結晶温度以下)に冷却する。次いで、試料を、340℃〜360℃の熱間圧延入口温度で熱間圧延して、溶質元素(Mg、Si、Cuなど)の析出を抑制する。比較的低い熱間圧延温度は、シートを再結晶化させず、圧延プロセスからの蓄積エネルギを最大化するために役立つ。完成熱間圧延温度は、270℃〜310℃の間である。熱間圧延の直後に、試料を、室温の水で、ホットミルの出口におけるいかなる時間遅延もなく、即時に水焼入れした。室温の水による即時の焼入れは、試料内の粒界析出を回避し、かつ人工時効中に強化相として析出し得る、固溶体中の溶質元素の量を最大化するために実行された。
ある例では、アルミニウム合金製品は、約4mm〜約15mm厚ゲージ(例えば、約5mm〜約12mm厚ゲージ)に熱間圧延され、これはシェートと称される。例えば、アルミニウム合金製品は、約15mm厚ゲージ、約14mm厚ゲージ、約13mm厚ゲージ、約12mm厚ゲージ、約11mm厚ゲージ、約10mm厚ゲージ、約9mm厚ゲージ、約8mm厚ゲージ、約7mm厚ゲージ、約6mm厚ゲージ、または約5mm厚ゲージに熱間圧延することができる。
他の例では、アルミニウム合金製品は、15mm厚を超えるゲージ(すなわち、プレート)に熱間圧延することができる。例えば、アルミニウム合金製品は、約25mm厚ゲージ、約24mm厚ゲージ、約23mm厚ゲージ、約22mm厚ゲージ、約21mm厚ゲージ、約20mm厚ゲージ、約19mm厚ゲージ、約18mm厚ゲージ、約17mm厚ゲージ、または約16mm厚ゲージに熱間圧延することができる。
他の例では、アルミニウム合金製品は、4mm未満のゲージ(すなわち、シート)に熱間圧延することができる。いくつかの例では、アルミニウム合金製品は、約1mm〜約4mm厚のゲージに熱間圧延される。例えば、アルミニウム合金製品は、約4mm厚ゲージ、約3mm厚ゲージ、約2mm厚ゲージ、約1mm厚ゲージに熱間圧延することができる。
圧延されたままのプレート、シェート、およびシートの調質度は、F調質度と称される。
任意の加工ステップ:アニーリングステップおよび冷間圧延ステップ
特定の態様では、合金は、熱間圧延ステップの後、かつ任意のその後のステップの前(例えば、溶体化ステップの前)にさらなる加工ステップを受ける。さらなる加工ステップは、アニーリング手順および冷間圧延ステップを含み得る。
アニーリングステップは、打ち抜き加工、引き抜き加工、または曲げ加工などの成形作業中に異方性が低減され、集合組織が改善されたアルミニウム合金(例えば、改善されたT4合金)をもたらすことができる。アニーリングステップを適用することによって、改質調質度中の集合組織は、よりランダムになり、かつ強い成形性異方性(例えば、Goss、Goss−ND、またはCube−RD)をもたらし得る集合組織成分(TC)を減らすように制御/設計される。この改善された集合組織は、曲げ異方性を潜在的に減少させることができ、それが異なる方向での性質の変動性を減少させるように作用するので、引き抜きプロセスまたは円周方向への打ち抜きプロセスを伴う成形において、成形性を改善することができる。
アニーリングステップは、合金を室温から約400℃〜約500℃の温度(例えば、約405℃〜約495℃、約410℃〜約490℃、約415℃〜約485℃、約420℃〜約480℃、約425℃〜約475℃、約430℃〜約470℃、約435℃〜約465℃、約440℃〜約460℃、約445℃〜約455℃、約450℃〜約460℃、約400℃〜約450℃、約425℃〜約475℃、または約450℃〜約500℃)に加熱することを含むことができる。
アルミニウム合金製品(例えば、プレート、シェート、またはシート)は、この温度で一定期間均熱化させ得る。1つの非限定的な例では、アルミニウム合金製品は、最大約2時間(例えば、包括的に、約15分〜約120分)の間、均熱化されることが可能になる。例えば、アルミニウム合金製品は、約400℃から約500℃の温度で、15分、20分、25分、30分、35分、40分、45分、50分、55分、60分、65分、70分、75分、80分、85分、90分、95分、100分、105分、110分、115分、または120分、もしくはそれらの間のどこでも、均熱化されることができる。
特定の態様では、合金は、アニーリングステップを受けない。
冷間圧延ステップは、溶体化ステップの前に合金に任意に適用することができる。
いくつかの例では、熱間圧延ステップからの圧延製品(例えば、プレート、シェート、またはシート)は、薄いゲージのシェート(例えば、約4.0〜4.5mm)に冷間圧延することができる。他の例では、圧延製品は、約4.5mm、約4.4mm、約4.3mm、約4.2mm、約4.1mm、または約4.0mmまで冷間圧延される。他の例では、圧延製品は、約3.9mm、約3.8mm、約3.7mm、約3.6mm、約3.5mm、約3.4mm、約3.3mm、約3.2mm、約3.1mm、約3.0mm、約2.9mm、約2.8mm、約2.7mm、約2.6mm、約2.5mm、約2.4mm、約2.3mm、約2.2mm、約2.1mm、約2.0mm、約1.9mm、約1.8mm、約1.7mm、約1.6mm、約1.5mm、約1.4mm、約1.3mm、約1.2mm、約1.1mm、または約1.0mmに圧延される。
溶体化
溶体化ステップは、アルミニウム合金製品を室温から約520℃〜約590℃の温度(例えば、約520℃〜約580℃、約530℃〜約570℃、約545℃〜約575℃、約550℃〜約570℃、約555℃〜約565℃、約540℃〜約560℃、約560℃〜約580℃、または約550℃〜約575℃)まで加熱することを含むことができる。アルミニウム合金製品は、この温度で一定期間均熱化させ得る。特定の態様では、アルミニウム合金製品は、最大約2時間(例えば、包括的に、約10秒〜約120分)の間、均熱化されることが可能になる。例えば、アルミニウム合金製品は、20秒、25秒、30秒、35秒、40秒、45秒、50秒、55秒、60秒、65秒、70秒、75秒、80秒、85秒、90秒、95秒、100秒、105秒、110秒、115秒、120秒、125秒、130秒、135秒、140秒、145秒、150秒、5分、10分、15分、20分、25分、30分、35分、40分、45分、50分、55分、60分、65分、70分、75分、80分、85分、90分、95分、100分、105分、110分、115分、または120分、もしくはそれらの間のどこでも、約525℃〜約590℃の温度で均熱化され得る。
特定の態様では、溶体化熱処理は、熱間圧延ステップまたは冷間圧延ステップの直後に実行される。特定の態様では、溶体化熱処理は、アニーリングステップの後に実行される。
焼入れ
特定の態様では、アルミニウム合金製品は、次いで、選択されたゲージに基づく焼入れステップにおいて、約50℃/秒〜400℃/秒の間で変化し得る焼入れ速度で、約25℃の温度まで冷却され得る。例えば、焼入れ速度は、約50℃/秒〜約375℃/秒、約60℃/秒〜約375℃/秒、約70℃/秒〜約350℃/秒、約80℃/秒〜約325℃/秒、約90℃/秒〜約300℃/秒、約100℃/秒〜約275℃/秒、約125℃/秒〜約250℃/秒、約150℃/秒〜約225℃/秒、または約175℃/秒〜約200℃/秒であり得る。
焼入れステップでは、アルミニウム合金製品は、液体(例えば水)および/または気体、または別の選択された焼入れ媒体で急速に焼入れされる。特定の態様では、アルミニウム合金製品は、水で急速に焼入れされることができる。特定の態様では、アルミニウム合金製品は、空気で焼入れされる。
時効
アルミニウム合金製品は、T4調質度をもたらすために、一定期間自然に時効させることができる。特定の態様では、T4調質度のアルミニウム合金製品は、約180℃〜225℃(例えば、185℃、190℃、195℃、200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、または225℃)で一定期間人工時効(AA)して、T6調質度をもたらすことができる。任意に、アルミニウム合金製品は、冷間加工され、約15分〜約8時間(例えば、15分、30分、1時間、2時間、3時間、4時間、5時間、6時間、7時間、または8時間、もしくはそれらの間のどこでも)の期間、人工的に時効され、T8調質度をもたらすことができる。
コイル生産
生産中のアニーリングステップはまた、生産性または成形性を改善するために、コイル形状のアルミニウム合金製品を生産するために適用され得る。例えば、コイル形状のアルミニウム合金製品は、熱間または冷間圧延ステップと、熱間または冷間圧延ステップに続くアニーリングステップを使用して、O調質度で供給され得る。O調質度で成形が行われ得、その後、溶体熱処理、焼入れ、および人工時効/塗装焼付けが続く。
特定の態様では、コイル形状で、かつF調質度と比較して高い成形性を備えたアルミニウム合金製品を製造するために、本明細書に記載のアニーリングステップは、コイルに適用することができる。本発明を限定することを意図するものではないが、アニーリングおよびアニーリングパラメータの目的は、(1)成形性を得るために材料内の加工硬化を解除することと、(2)著しい粒成長を引き起こすことなく、材料を再結晶させる、または回復させることと、(3)成形中の異方性を形成する、および低減するために適切なテクスチャを設計または変換することと、(4)既存の析出粒子の粗大化を回避することと、を含み得る。
アルミニウム製品およびその特性
いくつかの非限定的な例において、本明細書に開示されるアルミニウム合金を含むアルミニウム合金製品は、従来の6xxxシリーズ合金と比較して、高い降伏強度、曲げ性、および優れた耐食性を有する。
いくつかの例では、本明細書に開示される合金から調製されたアルミニウム合金シートは、少なくとも約265MPaの引張降伏強度を有し、シートは、T6調質度であり、引張降伏強度は、2インチGLで、ASTM試験No.B557(2015)に従って測定される。例えば、降伏強度は、少なくとも約275MPa、または少なくとも約280MPaであってもよい。いくつかの他の例では、降伏強度は、約265MPa〜約400MPa、または約270MPa〜約375MPa、または約275MPa〜約350MPaの範囲である。
本明細書に開示される合金から調製されたアルミニウム合金シートは、少なくとも55°の曲げ角度を有することができ、アルミニウム合金シートは、T6調質度であり、曲げ角度は、試験が予ひずみ付与を伴わずに実行されたことを除いて、Verband der Automobilindustrie(VDA)試験No.238−100に記載された試験に従って測定される。場合によっては、アルミニウム合金シートは、少なくとも56°、少なくとも57°、少なくとも58°、少なくとも59°、少なくとも60°、少なくとも61°、または少なくとも62°の曲げ角度を有する。いくつかの他の例では、アルミニウム合金シートは、55°〜75°、57°〜72°、または60°〜70°の範囲の曲げ角度を有する。
本明細書に開示される合金から調製されたアルミニウム合金シートは、24時間曝露で、ISO 11846B(1995)試験を使用して測定されたとき、約145μm以下の平均粒間腐食(IGC)アタック深さを提供する耐食性を有する。いくつかのさらなる例では、本明細書に開示される合金からなるアルミニウム合金シートは、140μm以下、135μm以下、130μm以下、125μm以下、120μm以下、115μm以下、110μm以下、105μm以下、100μm以下、95μm以下、90μm以下、85μm以下、80μm以下、75μm以下、70μm以下、65μm以下、60μm以下、55μm以下、50μm以下、45μm以下、40μm以下、35μm以下、30μm以下、または25μm以下の平均粒間腐食(IGC)アタック深さを提供する耐食性を有する。
いくつかの例では、本明細書に開示される合金から調製されたアルミニウム合金シートは、24時間曝露でISO 11846B(1995)試験を使用して測定されたとき、約215μm以下の最大粒間腐食(IGC)アタック深さを提供する耐食性を有する。いくつかのさらなる例では、本明細書に開示される合金から成るアルミニウム合金シートは、210μm以下、205μm以下、200μm以下、195μm以下、190μm以下、185μm以下、180μm以下、175μm以下、170μm以下、165μm以下、160μm以下、155μm以下、150μm以下、145μm以下、140μm以下、135μm以下、130μm以下、125μm以下、120μm以下、115μm以下、110μm以下、105μm以下、100μm以下、95μm以下、90μm以下、85μm以下、80μm以下、75μm以下、70μm以下、65μm以下、60μm以下、55μm以下、50μm以下、45μm以下、40μm以下、35μm以下、30μm以下、または25μm以下の最大粒間腐食(IGC)アタック深さを提供する耐食性を有する。
いくつかのさらなる例では、本明細書で開示される合金から調製されたアルミニウム合金シートは、試験表面の粒子の平均粒径以下の最大粒間腐食(IGC)アタック深さを提供する耐食性を有し、ピット深さは、24時間曝露でISO 11846B(1995)試験を使用して測定され、平均粒径は、ASTM E112(2004)方法によって測定して計算される。いくつかのさらなる例では、本明細書に開示される合金から成るアルミニウム合金シートは、平均粒径の0.9倍以下、平均粒径の0.8倍以下、平均粒径の0.7倍以下、平均粒径の0.6倍以下、または平均粒径の0.5倍以下の最大粒間腐食(IGC)アタック深さを提供する、耐食性を有する。
いくつかのさらなる例では、本明細書で開示される合金から調製されたアルミニウム合金シートは、試験表面の粒子の平均粒子サイズ以下の平均粒間腐食(IGC)アタック深さを提供する耐食性を有し、ピット深さは、24時間曝露でISO 11846B(1995)試験を使用して測定され、平均粒径は、ASTM E112(2004)方法によって測定して計算される。いくつかのさらなる例では、本明細書に開示される合金から成るアルミニウム合金シートは、平均粒径の0.9倍以下、平均粒径の0.8倍以下、平均粒径の0.7倍以下、平均粒径の0.6倍以下、または平均粒径の0.5倍以下の平均粒間腐食(IGC)アタック深さを提供する、耐食性を有する。
アルミニウム合金製品の機械的特性は、所望の用途に応じて様々な時効条件によって制御され得る。一例として、アルミニウム合金製品は、T4調質度、T6調質度、またはT8調質度で製造(または提供)され得る。溶体熱処理され、自然に時効されたプレート、シェート、またはシートを称する、T4プレート、シェート、またはシートが、供給され得る。これらのT4プレート、シェート、およびシートは、任意に追加の時効処理(複数可)に供されて、受領時に強度要件を満たすことができる。例えば、プレート、シェート、およびシートは、本明細書に記載の、または当業者に既知の適切な時効処理をT4合金材料に供することにより、T6調質度またはT8調質度などの他の調質度で送達され得る。
上記でより詳細に開示されるように、本明細書に記載のプレート、押出、鋳造、鍛造品、または他の好適な製品の形態のアルミニウム合金製品は、当業者に既知の技術を使用して作製され得る。例えば、本明細書に記載のアルミニウム合金を含むプレートは、均質化ステップとそれに続く熱間圧延ステップでアルミニウム合金製品を処理することによって、調製することができる。熱間圧延ステップでは、アルミニウム合金製品は、200mm厚ゲージ以下(例えば、1mm〜200mm)まで熱間圧延され得る。
製造物品
本開示は、本明細書に開示されるアルミニウム合金製品を含む製造物品を提供する。いくつかの例では、製造物品は、圧延アルミニウム合金製品から成る。かかる製造物品の例は、限定されるわけではないが、自動車、トラック、トレーラ、電車、鉄道車両、飛行機、車体パネル、または前述のいずれかのための部品、橋、パイプライン、パイプ、管材、ボート、船、貯蔵容器、貯蔵タンク、家具、窓、ドア、手すり、機能的もしくは装飾的な建築物、パイプ手すり、電気構成部品、導管、飲料容器、食品容器、またはホイルを含む。
本明細書に開示されるアルミニウム合金製品は、自動車、航空機、および鉄道用途を含む、自動車用途および/もしくは輸送機関用途、または他の任意の所望の用途において使用することができる。いくつかの例では、本明細書に開示されるアルミニウム合金製品は、バンパー、サイドビーム、ルーフビーム、クロスビーム、ピラー補強材(例えば、Aピラー、Bピラー、およびCピラー)、インナーパネル、アウターパネル、サイドパネル、インナーフード、アウターフード、トランクリッドパネルなどの自動車車体部品製品を調製するために使用することができる。本明細書に記載のアルミニウム合金および方法はまた、航空機または鉄道車両用途において、例えば、外部および内部パネルを調製するために使用することができる。
本明細書で開示されるアルミニウム合金製品は、電子機器用途でも使用することができる。例えば、本明細書に開示のアルミニウム合金製品はまた、携帯電話およびタブレットコンピュータを含む、電子デバイス用のハウジングを調製するために使用することができる。いくつかの例では、合金は、携帯電話(例えば、スマートフォン)の外部ケーシングおよびタブレットボトムシャーシ用のハウジングを調製するために使用することができる。
本明細書で開示されるアルミニウム合金製品は、工業用途においてさらに使用することができる。例えば、本明細書に開示されるアルミニウム合金製品は、一般流通市場向けの製品を調製するために使用することができる。
以下の実施例は、同時にそのいかなる限定も構成することなく、本開示の特定の実施形態をさらに例解する役割を果たす。反対に、本明細書の説明を読んだ後に、本発明の精神から逸脱することなく、それら自体を当業者に示唆することができる、様々な実施形態、修正形態および同等物に及ぼすことができることが明確に理解されるべきである。
実施例1−合金組成物
5つのアルミニウム合金(A1/合金1、A2/合金2、A3/合金3、A4/合金4、およびA5/合金5)が調製され、その元素組成は、下記の表5に記載される。合金A1、A2、A3、A4、およびA5が、本明細書に記載の方法に従って調製された。元素組成は、重量パーセンテージで提供される。
Figure 2020519772
実施例2−強度および曲げ性試験
各々が、T4調質度およびT6調質度に従って調製された状態で、合金A1〜A4(表5)を連続鋳造し、6時間560℃で均質化し、次いで2mmの厚さに圧延した。図1は、降伏強度および曲げ性試験の結果を示す。グラフは、各合金のT4およびT6調質度のために、2インチGLによるASTM試験No.B557(2015)に従う、降伏強度試験の結果を示しており、それらはx軸に対してプロットされる。グラフはまた、VDA曲げ性試験No.238−100の角度も示し(ただし、この試験は予ひずみ付与を伴わずに実行されたことを除く)、それはy軸に対してプロットされる。
実施例3−粒間腐食試験
合金A1〜A4のアルミニウム合金シート(表5)を、実施例2内の記載のようにT6調質度で調製した。図2は、24時間の曝露時間のISO 11846B(1995)に記載された腐食試験に供された後の4つの試料の光学顕微鏡写真を示す。図3は、処理された試料上のピット深さ測定値の結果を示し、各試料について、10μmを超える深さを有するピットの最大および平均ピット深さ(μm)が示される。ひし形は、試験表面内の10μmを超える深さを有するピットの数を示す。
実施例4−均質化の効果
合金A4のアルミニウム合金シートを、試料の前圧延処理における違いを除いて、T6調質度において実施例2で上述したように調製した。図4に示されるように、4つの異なる調製条件:(a)均熱化せずに、ピークの450℃まで50℃/時間の温度上昇で均質化、(b)均熱化せずに、ピークの500℃まで50℃/時間の温度上昇で均質化、(c)均熱化せずに、ピークの540℃まで50℃/時間の温度上昇で均質化、(d)均質化後6時間の均熱化で、ピークの560℃まで50℃/時間の温度上昇で均質化、を使用した。図4は、24時間の曝露時間のISO 11846B(1995)に記載された腐食試験に供された後の4つの試料の光学顕微鏡写真を示す。
均質化の時間と温度が増加するにつれて、腐食の量は減少した。条件(d)の下で調製された試料に関して、腐食性環境における24時間の曝露後、腐食ピットはほとんど見られなかった。より長い均質化を、粒界を固定して低角度粒界(低エネルギー、より少ない粒界析出)をもたらし、粒界析出を低減/無くす、不均一析出サイトとして機能する、Zr分散質を析出させるために使用した。析出のない粒界は、粒コアと同様の腐食電位をもたらし、他の試料と比較して、優れた耐食性を提供した。
実施例5−鋳造方法の効果
合金A1〜A4のアルミニウム合金シートを、実施例2で上述したように調製し、鋳造方法の違いを除いて、560℃で均質化に供し、その後6時間均熱化した。試料を、T6調質度で調製した。異なる鋳造方法を、図5に示すように、異なる試料:(a)ツインベルト鋳造機を使用する連続鋳造による標準6xxxシリーズアルミニウム合金(A1)鋳造(「A1_CC」)、(b)ツインベルト鋳造機を使用する連続鋳造によるA2鋳造(「A2_CC」)、(c)ツインベルト鋳造機を使用する連続鋳造によるA3鋳造(「A3_CC」)、(d)ツインベルト鋳造機を使用する連続鋳造によるA4鋳造(「A4_CC」)、および(e)直接チル鋳造によるA1鋳造(「A1_DC」)、に対して使用した。図5は、24時間の曝露時間で、ISO 11846B(1995)に記載された腐食試験に供された後の5つの試料の光学顕微鏡写真を示す。
試料A4_CCは、他の試料(A1_CC、A2_CC、A3_CC、およびA1_DC)と比較して、腐食ピットがほとんどないことを示した。類似の組成を有する、試料A1_CCおよびA1_DCは、鋳造および加工方法が異なるため、異なる腐食形態を示した。CCプロセスルートは、プロセスが、腐食性能/耐性を悪化させる粒界から粒コアへのミクロ偏析をもたらす、DCプロセスルートと比較して、固溶体中の溶質の大部分を一様に分布させることを可能にした。Cu含有量(A2_CC)を低下させることはまた、全体の駆動力を低減させた総強化析出物を低減させたので、A1_CCと比較して耐食性を向上させた。Si含有量(A3_CC)を低下させることはまた、同じ理由でA1_CCと比較されると、耐食性を向上させた。しかしながら、Siは、Cuと比較してより高い拡散率を有し、このため低Si含有量バージョン(A3_CC)は、低Cuバージョン(A2_CC)と比較すると、より高い耐食性を示した。最後に、Zr含有量バージョン(A4_CC)は、低角度粒界(低エネルギー、より少ない析出)を形成し、不均一核生成サイトとして作用して、粒界析出を回避するZr分散質の数密度がより大きいことに起因して、A1_CC、A2_CC、およびA3_CCと比較して、優れた腐食性能/耐食性を示した。
好適な合金、製品、および方法の実例
以下で使用されるように、一連の例証の合金、製品、または方法のいずれの参照も、それら合金、製品、または方法の各々の分離的な参照として理解されるべきである(例えば、「実例1〜4」は「実例1、2、3、または4」として理解されるべきである)。
実例1は、アルミニウム合金であり、0.2〜1.5重量%のSiと、(b)0.4〜1.6重量%のMgと、(c)0.2〜1.5重量%のCuと、(d)0.5重量%以下のFeと、(e)(e1)0.08〜0.20重量%のCr、(e2)0.02〜0.20重量%のZr、(e3)0.25〜1.0重量%のMn、および(e4)0.01〜0.20重量%のVからなる群から選択される1つ以上の追加の合金元素と、(f)残部であるアルミニウムと、を含む。
実例2は、0.08〜0.20重量%のCrを含む、いずれの先行または後続の実例の合金である。
実例3は、0.02重量%以下のZrと、0.25重量%以下のMnと、0.02重量%以下のVと、を含む、いずれの先行または後続の実例の合金である。
実例4は、0.02〜0.20重量%のZrを含む、いずれの先行または後続の実例の合金である。
実例5は、0.10重量%以下のCrと、0.25重量%以下のMnと、0.02重量%以下のVと、を含む、いずれの先行または後続の実例の合金である。
実例6は、0.25〜1.0重量%のMnを含む、いずれの先行または後続の実例の合金である。
実例7は、0.10重量%以下のCrと、0.02重量%以下のZrと、0.02重量%以下のVと、を含む、いずれの先行または後続の実例の合金である。
実例8は、0.01〜0.20重量%のVを含む、いずれの先行または後続の実例の合金である。
実例9は、0.10重量%以下のCrと、0.02重量%以下のZrと、0.25重量%以下のMnと、を含む、いずれの先行または後続の実例の合金である。
実例10は、アルミニウム合金が、0.20重量%以下のSrと、0.20重量%以下のHfと、0.20重量%以下のErと、0.20重量%以下のScと、を含む、いずれの先行または後続の実例の合金である。
実例11は、いずれの先行または後続の実例のアルミニウム合金を含む、合金製品である。
実例12は、実例11の合金製品であり、アルミニウム合金製品が、圧延表面を含む、圧延アルミニウム合金製品である。
実例13は、実例11〜12のいずれかの合金製品であり、アルミニウム合金製品が、7mm以下の厚さを有するアルミニウム合金シートである。
実例14は、実例13の合金製品であり、24時間の曝露時間ISO 11846B(1995)に記載された試験条件に供されるとき、圧延表面が、140μm以下の最大ピット深さを有する。
実例15は、実例13〜14のいずれかの合金製品である。圧延表面が、その平均粒径以下の最大ピット深さを有し、平均粒径が、ASTM E112(2004)方法によって測定されている。
実例16は、実例13〜15のいずれかの合金製品であり、2mmの厚さに圧延されて、T6調質度に調製されたとき、ASTM試験No.B557(2015)に従って測定されたとき、少なくとも260MPaの降伏強度を有し、試験が予ひずみ付与を伴わずに実行されたことを除いて、Verband der Automobilindustrie(VDA)試験No.238−100に従って測定されたとき、少なくとも55°の曲げ角度を有する。
実例17は、実例1〜10のいずれかのアルミニウム合金を提供することを含む、アルミニウム合金製品の製造方法であり、アルミニウム合金は、溶融アルミニウム合金として溶融状態で提供され、溶融アルミニウム合金を連続鋳造または直接チル鋳造して、アルミニウム合金製品を形成する。
実例18は、実例17の方法であり、アルミニウム合金製品を均質化して、均質化されたアルミニウム合金製品を形成することをさらに含み、均質化は、少なくとも540℃のピーク温度で実施される。
実例19は、実例17の方法であり、均質化されたアルミニウム合金製品を熱間圧延して、7mm以下の第1の厚さを有するアルミニウム合金シートを形成することをさらに含む。
実例20は、実例17〜19のいずれかの方法であり、アルミニウム合金製品は、冷間圧延を使用せずに形成される。
上記に引用された全ての特許、特許出願、刊行物、および要約は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。本発明の様々な実施形態は、本発明の様々な目的を達成するために記載されている。これらの実施形態は、本発明の原理の単なる例示であることが認識されるべきである。以下の特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨および範囲から逸脱することのない、これらの多くの改変およびその適合は、当業者には容易に明らかであろう。

Claims (20)

  1. アルミニウム合金であって、
    (a)0.2〜1.5重量%のSiと、
    (b)0.4〜1.6重量%のMgと、
    (c)0.2〜1.5重量%のCuと、
    (d)0.5重量%以下のFeと、
    (e)
    (e1)0.08〜0.20重量%のCr、
    (e2)0.02〜0.20重量%のZr、
    (e3)0.25〜1.0重量%のMn、および
    (e4)0.01〜0.20重量%のV、からなる群から選択される、1つ以上の追加の合金元素と、
    (f)残部であるアルミニウムと、を含む、アルミニウム合金。
  2. 0.08〜0.20重量%のCrを含む、請求項1に記載のアルミニウム合金。
  3. 0.02重量%以下のZrと、
    0.25重量%以下のMnと、
    0.02重量%以下のVと、を含む、請求項2に記載のアルミニウム合金。
  4. 0.02〜0.20重量%のZrを含む、請求項1に記載のアルミニウム合金。
  5. 0.10重量%以下のCrと、
    0.25重量%以下のMnと、
    0.02重量%以下のVと、を含む、請求項4に記載のアルミニウム合金。
  6. 0.25〜1.0重量%のMnを含む、請求項1に記載のアルミニウム合金。
  7. 0.10重量%以下のCrと、
    0.02重量%以下のZrと、
    0.02重量%以下のVと、を含む、請求項6に記載のアルミニウム合金。
  8. 0.01〜0.20重量%のVを含む、請求項1に記載のアルミニウム合金。
  9. 0.10重量%以下のCrと、
    0.02重量%以下のZrと、
    0.25重量%以下のMnと、を含む、請求項8に記載のアルミニウム合金。
  10. 前記アルミニウム合金が、0.20重量%以下のSr、0.20重量%以下のHf、0.20重量%以下のEr、または0.20重量%以下のSc、を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載のアルミニウム合金。
  11. 請求項1〜10のいずれかに記載のアルミニウム合金を含む、アルミニウム合金製品。
  12. 前記アルミニウム合金製品が、圧延表面を含む、圧延アルミニウム合金製品である、請求項11に記載のアルミニウム合金製品。
  13. 前記アルミニウム合金製品が、7mm以下の厚さを有するアルミニウム合金シートである、請求項11または12に記載のアルミニウム合金製品。
  14. 24時間の曝露時間ISO 11846B(1995)に記載された試験条件に供されるとき、前記圧延表面が、140μm以下の最大ピット深さを有する、請求項12または13のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
  15. 前記圧延表面が、その平均粒径以下の最大ピット深さを有し、平均粒径が、ASTM E112(2004)方法によって測定されている、請求項14に記載のアルミニウム合金製品。
  16. 2mmの厚さに圧延されて、T6調質度に調製されたとき、ASTM試験No.B557(2015)に従って測定されたとき、少なくとも260MPaの降伏強度を有し、前記試験が予ひずみ付与を伴わずに実行されたことを除いて、Verband der Automobilindustrie(VDA)試験No.238−100に従って測定されたとき、少なくとも55°の曲げ角度を有する、請求項13に記載のアルミニウム合金製品。
  17. アルミニウム合金製品の作製方法であって、
    請求項1〜10のいずれか一項に記載のアルミニウム合金を提供することであって、前記アルミニウム合金が、溶融アルミニウム合金として溶融状態で提供される、提供することと、
    前記溶融アルミニウム合金を連続鋳造または直接チル鋳造して、アルミニウム合金製品を形成することと、を含む、方法。
  18. 前記アルミニウム合金製品を均質化して、均質化されたアルミニウム合金製品を形成することをさらに含み、前記均質化が、少なくとも540℃のピーク温度で実施される、請求項17に記載の方法。
  19. 前記均質化されたアルミニウム合金製品を熱間圧延して、7mm以下の第1の厚さを有するアルミニウム合金シートを形成することをさらに含む、請求項17または18に記載の方法。
  20. 前記アルミニウム合金製品が、冷間圧延を使用せずに形成される、請求項17〜19のいずれか一項に記載の方法。
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