JP2023524614A - リサイクルされたアルミニウム合金スクラップから製造されたアルミニウム合金 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2020年4月15日出願の米国仮特許出願第63/010,182号の利益を主張するものであり、この仮特許出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本明細書で使用される場合、用語「発明」、「その発明」、「この発明」、及び「本発明」は、本特許出願の主題及び以下の特許請求の範囲の全てを広く指すことが意図される。これらの用語を含む記述は、本明細書で説明されている主題を制限するもの、または以下の特許請求の範囲の意味もしくは範囲を制限するものではないと理解されるべきである。
本明細書に記載のアルミニウム合金は、完全にリサイクルスクラップ(例えば、100%リサイクルスクラップ)から製造することができる。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のアルミニウム合金は、異なるリサイクルスクラップ材料の組み合わせから製造することができる。リサイクルされたアルミニウム合金のスクラップ(例えば、リサイクルスクラップ)は、アルミニウムのライフサイクルの全ての段階で様々なソースから入手できる。場合によっては、リサイクルスクラップは、リサイクル金属の一群を指すことができる。リサイクルスクラップには、金属製造施設(例えば、金属鋳造施設)、金属加工施設(例えば、金属製品を使用して消耗品を製造する生産施設)、またはポストコンシューマーソース(例えば、地域のリサイクル施設)などの適切な供給源からリサイクルされた材料を含み得る。例えば、内部スクラップは、金属鋳造施設でのアルミニウム合金の製造中に生成される場合があり(例えば、アルミニウムインゴット、ビレット、シート、プレートなどの製造からのスクラップ)、顧客のスクラップは、スタンピング、ミリング、及び金属加工施設での他のプロセス中に生成される場合があり(例えば、缶本体、缶エンド、自動車部品などの作成からのスクラップ)、消費後のスクラップは、消費者が使用するアルミニウム製品から生成され、地域のリサイクル施設で収集される場合がある(例えば、使用済み飲料缶、中古自動車部品など)。これらのタイプのリサイクルスクラップはそれぞれ、一次アルミニウム金属の代替品になる。
Si+Mn-(Fe/2)≧0.6(式1)
いくつかの態様では、アルミニウム合金は、式1に従って0.60から1.20(例えば、0.65から1.15、0.70から1.10、0.70から1.05、0.75から1.00、0.80から1.00、0.85から1.00、または、0.90から1.00)の値を有する。例えば、式1によるアルミニウム合金の値は、0.60、0.61、0.62、0.63、0.64、0.65、0.66、0.67、0.68、0.69、0.70、0.71、0.72、0.73、0.74、0.75、0.76、0.77、0.78、0.79、0.80、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.90、0.91、0.92、0.93、0.94、0.95、0.96、0.97、0.98、0.99、1.00、1.01、1.02、1.03、1.04、1.05、1.06、1.07、1.08、1.09、1.10、1.11、1.12、1.13、1.14、1.15、1.16、1.17、1.18、1.19、または1.20であり得る。
過剰なSi=(Si)-[(Mg)-0.167(Fe+Mn+Cr)]*
*全ての合金元素は、アルミニウム合金組成物中の合金元素の重量%を表す。
例えば、過剰なSiは、約-1.70、-1.69、-1.68、-1.67、-1.66、-1.65、-1.64、-1.63、-1.62、-1.61、-1.60、-1.59、-1.58、-1.57、-1.56、-1.55、-1.54、-1.53、-1.52、-1.51、-1.50、-1.49、-1.48、-1.47、-1.46、-1.45、-1.44、-1.43、-1.42、-1.41、-1.40、-1.39、-1.38、-1.37、-1.36、-1.35、-1.34、-1.33、-1.32、-1.31、-1.30、-1.29、-1.28、-1.27、-1.26、-1.25、-1.24、-1.23、-1.22、-1.21、-1.20、-1.19、-1.18、-1.17、-1.16、-1.15、-1.14、-1.13、-1.12、-1.11、-1.10、-1.09、-1.08、-1.07、-1.06、-1.05、-1.04、-1.03、-1.02、-1.01、-1.00、-0.99、-0.98、-0.97、-0.96、-0.95、-0.94、-0.93、-0.92、-0.91、-0.90、-0.89、-0.88、-0.87、-0.86、-0.85、-0.84、-0.83、-0.82、-0.81、-0.80、-0.79、-0.78、-0.77、-0.76、-0.75、-0.74、-0.73、-0.72、-0.71、-0.70、-0.69、-0.68、-0.67、-0.66、-0.65、-0.64、-0.63、-0.62、-0.61、-0.60、-0.59、-0.58、-0.57、-0.56、-0.55、-0.54、-0.53、-0.52、-0.51、-0.50、-0.49、-0.48、-0.47、-0.46、-0.45、-0.44、-0.43、-0.42、-0.41、-0.40、-0.39、-0.38、-0.37、-0.36、-0.35、-0.34、-0.33、-0.32、-0.31、-0.30、-0.29、-0.28、-0.27、-0.26、-0.25、-0.24、-0.23、-0.22、-0.21、-0.20、-0.19、-0.18、-0.17、-0.16、-0.15、-0.14、-0.13、-0.12、-0.11、-0.10、-0.09、-0.08、-0.07、-0.06、-0.05、-0.04、-0.03、-0.02、-0.01、0、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、または、0.10であり得る。いくつかの態様では、アルミニウム合金は、約0.20重量%未満のCu含有量、約0.20:1~約0.45:1のSi:Mg比、及び約-1.30から0の過剰のSi含有量を有する。
本明細書に記載のアルミニウム合金は、驚くべきことに、高い成形性及び時効硬化の両方を示す。本明細書に記載のアルミニウム合金はまた、良好な引張特性、曲げ性、及び深絞り性を実証する。
リサイクルされた含有合金から製造されたアルミニウム合金は、ビレット、インゴット、またはストリップなどの様々な金属鋳造製品の鋳造に使用できる。アルミニウムシートの製造方法も本明細書に記載される。アルミニウム合金を鋳造することができ、その後、さらなる処理工程を実行することができる。いくつかの例では、処理工程は、鋳造工程、予熱及び/または均質化工程、1つまたは複数の熱間圧延工程、1つまたは複数の冷間圧延工程、溶体化熱処理工程、予備時効工程、及び人工的な時効の工程を含む。
任意に、鋳造アルミニウム合金製品は、本明細書に記載の加工ステップを用いて加工され得、シート、プレートまたはシェートを調製するために使用され得る。そのような加工工程としては、当業者に公知であるように、均質化、熱間圧延、冷間圧延、溶体化熱処理、及び任意の予備時効工程が挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書に記載されているアルミニウム合金製品は、自動車の用途や他の航空機、鉄道などの用途といった輸送の用途に使用できる。例えば、アルミニウム合金製品を使用して、アウターパネル、インナーパネル、サイドパネル、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(Aピラー、Bピラー、及びCピラーなど)、インナーフード、アウターフード、またはトランクリッドパネルなどの自動車構造部品を作ることができる。本明細書に記載のアルミニウム合金及び方法は、航空機または鉄道車両の用途にも、例えば、外部及び内部パネルを作るためにも使用され得る。いくつかの例では、アルミニウム合金製品及びクラッドアルミニウム合金製品は、航空宇宙構造及び非構造部品または海洋構造もしくは非構造部品において使用され得る。
アルミニウム合金は、直接チル鋳造をして、65mmのインゴットを調製した。アルミニウム合金試料を50℃/時で加熱し、550℃で10時間保持することによって均質化した。次に、試料を出口温度350℃で65mmのゲージから9.5mmのゲージに熱間圧延した。350℃で停止した炉でコイル冷却をシミュレートし、試料を24時間かけて24℃に冷却した。次に、試料を6.5mmのゲージに冷間圧延した。次に、試料を550℃で60秒間(溶体化処理温度まで10秒の加熱時間で)溶液化し、試料を水で急冷した。次に、試料を90℃で2時間プレ時効した。次に、以下に説明するように、試料を特定の温度に人工的に時効し、次に、以下に詳述するように、機械的特性についてテストした。
比較例の合金1及び実施例の合金1~6についての引張試験を実施した。図3a~cは、それぞれ、バッチ焼鈍後(例えば、330℃で2時間のバッチ焼鈍後)、550℃で0秒の連続焼鈍及び溶体化熱処理、及び550℃で60秒の連続焼鈍及び溶体化熱処理のアルミニウム試料の最大引張強度(Rm)及び降伏強度(Rp0.2)のグラフである。図3a~cに示すように、実施例の合金1~9は、比較例の合金A及びBと同等またはそれ以上の引張強度を示す。図4cは、実施例4~6(約50%のUBCスクラップを含む)が、比較例の合金A及びBよりも高い降伏強度、及び同様の最大引張強度を有することを示す。同様に、図7a~7cに示すように、比較例の合金A及びBならびに実施例の合金1~9を人工的にT8x調質まで時効した場合、実施例1~9の高リサイクル含有量合金は、連続焼鈍と溶体化処理にさらされた場合、比較例の合金A及びBと同等の降伏強度を依然として示す。
混合合金スクラップからのアルミニウム合金
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のアルミニウム合金は、リサイクルスクラップの様々な組み合わせから製造することができる。様々なリサイクルスクラップソースから調製された合金組成の例を以下の表13に示す。実施例の合金10~44は、様々なリサイクルスクラップストリームの様々な比率を組み合わせて製造されるアルミニウム合金組成物の新しい配合である。実施例の合金10~44のアルミニウム合金は、直接冷間圧延、熱間圧延、冷間圧延、及び連続焼鈍及び溶体化熱処理によって製造された。具体的には、熱間圧延条件は、実施例の合金10~44のアルミニウム合金を製造するために重要であった。
アルミニウム合金試料45~49は、実施例1で説明したプロセスに従って製造されました。表14に、実施例45~49のリサイクルスクラップの含有量と種類を示す。実施例の合金45には、50重量%UBCスクラップ及び50重量%混合合金スクラップ、実施例の合金46には75重量%UBCスクラップ及び25重量%混合合金スクラップ、実施例の合金47には100重量%UBCスクラップ、例48には25重量%UBCスクラップ、50重量%混合合金スクラップ、及び25重量%ランダムスクラップ(例えば、非自動車スクラップ)、及び実施例49は、90重量%缶ボディストック(CBS)及び5~10重量%一次アルミニウム合金を含んでいた。
例示1は、0.50重量%~3.00重量%のMg、0.10重量%~3.50重量%のSi、0.01重量%~0.60重量%のFe、最大1.20重量%のCu、0.10重量%~0.90重量%のMn、最大0.20重量%のCr、最大0.20重量%のTi、最大0.10重量%のV、最大1.00重量%のZn、最大0.15重量%の不純物、及びAlを含む、アルミニウム合金である。
Claims (30)
- 0.50重量%~3.00重量%のMg、0.10重量%~3.50重量%のSi、0.01重量%~0.60重量%のFe、最大1.20重量%のCu、0.10重量%~0.90重量%のMn、最大0.20重量%のCr、最大0.20重量%のTi、最大0.10重量%のV、最大1.00重量%のZn、最大0.15重量%の不純物、及びAlを含む、アルミニウム合金。
- 1.00重量%~2.50重量%のMg、0.20重量%~3.00重量%のSi、0.15重量%~0.50重量%のFe、0.001重量%~0.90重量%のCu、0.20重量%~0.80重量%のMn、最大0.15重量%のCr、最大0.10重量%のTi、最大0.08重量%のV、0.001重量%~0.50重量%のZn、最大0.15重量%の不純物、及びAlを含む、請求項1に記載のアルミニウム合金。
- 1.40重量%~2.40重量%のMg、0.30重量%~2.50重量%のSi、0.20重量%~0.40重量%のFe、0.05重量%~0.75重量%のCu、0.40重量%~0.70重量%のMn、最大0.10重量%のCr、最大0.05重量%のTi、最大0.05重量%のV、0.005重量%~0.40重量%のZn、最大0.15重量%の不純物、及びAlを含む、請求項1または2のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 1.00重量%~3.00重量%のMg、0.10重量%~0.90重量%のSi、0.01重量%~0.60重量%のFe、最大0.50重量%のCu、0.10重量%~0.90重量%のMn、最大0.20重量%のCr、最大0.20重量%のTi、最大0.10重量%のV、最大1.00重量%のZn、最大0.15重量%の不純物、及びAlを含み、
ここで、前記アルミニウム合金は、最大100%のリサイクルスクラップを含み;及び
ここで、前記リサイクルスクラップは、前記リサイクルスクラップの総重量に基づいて、少なくとも25%の使用済み飲料缶スクラップを含む、請求項1に記載のアルミニウム合金。 - 1.25重量%~2.50重量%のMg、0.20重量%~0.80重量%のSi、0.15重量%~0.50重量%のFe、0.01重量%~0.30重量%のCu、0.20重量%~0.80重量%のMn、最大0.15重量%のCr、最大0.10重量%のTi、最大0.05重量%のV、最大0.50重量%のZn、最大0.15重量%の不純物、及びAlを含む、請求項1~4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 1.60重量%~2.40重量%のMg、0.30重量%~0.60重量%のSi、0.20重量%~0.40重量%のFe、0.05重量%~0.20重量%のCu、0.40重量%~0.70重量%のMn、最大0.10重量%のCr、最大0.05重量%のTi、最大0.03重量%のV、最大0.20重量%のZn、最大0.15重量%の不純物、及びAlを含む、請求項1、4、及び5のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- Si:Mg重量%の比が、0.05:1~0.60:1である、請求項1~6のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、-1.70~0.10の過剰なSi含有量を有する、請求項1~7のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、0.20重量%未満のCu含有量、0.20:1~0.45:1までのSi:Mg比、及び-1.30~0の過剰なSi含有量を含む、請求項1~8のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記リサイクルスクラップが、前記リサイクルスクラップの総重量に基づいて、少なくとも50%の使用済み飲料缶スクラップを含む、請求項1~9のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記リサイクルスクラップが、少なくとも25%の混合合金スクラップを含む、請求項1~10のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記混合合金スクラップが、2xxxシリーズのアルミニウム合金、5xxxシリーズのアルミニウム合金、6xxxシリーズのアルミニウム合金、または7xxxシリーズのアルミニウム合金を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記混合合金スクラップにおいて、前記5xxxシリーズのアルミニウム合金と前記6xxxシリーズのアルミニウム合金との比率が1:3から3:1である、請求項12に記載のアルミニウム合金。
- 前記混合合金スクラップが、前記リサイクルスクラップの総重量に基づいて、少なくとも18.75重量%の前記5xxxシリーズのアルミニウム合金を含む、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。
- 前記混合合金スクラップが、前記リサイクルスクラップの総重量に基づいて、少なくとも18.75重量%の前記6xxxシリーズのアルミニウム合金を含む、請求項12~14のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、T4質別の場合、約185℃の温度で約20分間塗料焼き付けし、2%の予ひずみの後に、ISO 6892-1(2016)に従ってテストした場合、160MPaから250MPaの降伏強度(Rp0.2)を有する、請求項1~15のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- アルミニウム合金が、少なくとも15%の破断伸びを有する、請求項1~16のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、全ての方向(圧延方向に対して、縦(L)、対角(D)、及び/または横(T))において、少なくとも0.40のr(10)値を有する、請求項1~17のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、仕様VDA238-100による曲げ性試験のために、40°から100°のβ曲げ角度を有する、請求項1~18のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、一次アルミニウム合金を除外する、請求項1~19のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、シート、プレート、電子機器装置ハウジング、自動車用構造部品、航空宇宙用構造部品、航空宇宙用非構造部品、海洋用構造部品、または海洋非構造部品である、請求項1~20のいずれかに記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、均質化、熱間圧延、冷間圧延、溶体化処理、予備時効、及び人工時効を含むプロセスから製造される、請求項1~21のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、熱間圧延後に冷間コイル状にされる、請求項22に記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、少なくとも75%のリサイクルスクラップを含む、請求項1~23のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、寿命末期のアルミニウム物品、混合自動車スクラップ、UBCスクラップ、単収縮、及び熱交換器スクラップのうちの1つまたは複数からのリサイクルスクラップを含む、請求項1~24のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記リサイクルスクラップが、前記寿命末期のアルミニウム物品を含み、前記寿命末期のアルミニウム物品が、アルミニウム集約型車両に由来する、請求項25に記載のアルミニウム合金。
- 前記リサイクルスクラップが、100%の前記寿命末期のアルミニウム製品に由来するスクラップを含む、請求項25または26のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記リサイクルスクラップが、前記熱交換器スクラップを含み、前記熱交換器スクラップが、ろう付け合金スクラップを含む、請求項25~27のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記リサイクルスクラップが、前記混合自動車スクラップを含み、前記混合自動車スクラップが、鍛造合金及び鋳造合金からのリサイクルスクラップを含む、請求項25~28のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
- 前記アルミニウム合金が、最大25%の一次アルミニウム合金を含む、請求項24~26、28、及び29のいずれか1項に記載のアルミニウム合金。
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