JP7229370B2 - ＡｌＭｇＳｃ系合金製品を製造する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を製造する方法に関する。得られる製品は、耐食性の改善を示す。上記アルミニウム合金製品は、圧延製品（シートまたはプレート）、押出製品、鍛造製品または粉末冶金製品の形態であり得る。
任意選択で、または必須でＳｃを合金元素として有し得るＡｌＭｇ系アルミニウム合金は、当技術分野で、例えば次の文献から公知である：
ＵＳ－６，６９５，９３５－Ｂ１（Ｃｏｒｕｓ／Ａｌｅｒｉｓ）は、圧延または押出製品の形態であり、かつＭｇ３．５～６．０％、Ｍｎ０．４～１．２％、Ｚｎ０．４～１．５％、Ｚｒ最大０．２５％、Ｃｒ最大０．３％、Ｔｉ最大０．２％、Ｆｅ最大０．５％、Ｓｉ最大０．５％、Ｃｕ最大０．４％、（Ｂｉ０．００５～０．１％、Ｐｂ０．００５～０．１％、Ｓｎ０．０１～０．１％、Ａｇ０．０１～０．５％、Ｓｃ０．０１～０．５％、Ｌｉ０．０１～０．５％、Ｖ０．０１～０．３％、Ｃｅ０．０１～０．３％、Ｙ０．０１～０．３％、Ｎｉ０．０１～０．３％）の群から選択される１種または複数、その他それぞれ０．０５％、合計０．１５％、残分のアルミニウムの組成を有する合金を開示している。この合金は、標準的なＡＡ５４５４合金のものと比較するとソフトテンパー（Ｏテンパー）及び加工－またはひずみ－硬化テンパー（Ｈテンパー）の両方において長期耐食性の改善を提示すると言われている。
ＵＳ－６，６９５，９３５－Ｂ１（Ｃｏｒｕｓ／Ａｌｅｒｉｓ）は、圧延または押出製品の形態であり、かつＭｇ３．５～６．０％、Ｍｎ０．４～１．２％、Ｚｎ０．４～１．５％、Ｚｒ最大０．２５％、Ｃｒ最大０．３％、Ｔｉ最大０．２％、Ｆｅ最大０．５％、Ｓｉ最大０．５％、Ｃｕ最大０．４％、（Ｂｉ０．００５～０．１％、Ｐｂ０．００５～０．１％、Ｓｎ０．０１～０．１％、Ａｇ０．０１～０．５％、Ｓｃ０．０１～０．５％、Ｌｉ０．０１～０．５％、Ｖ０．０１～０．３％、Ｃｅ０．０１～０．３％、Ｙ０．０１～０．３％、Ｎｉ０．０１～０．３％）の群から選択される１種または複数、その他それぞれ０．０５％、合計０．１５％、残分のアルミニウムの組成を有する合金を開示している。この合金は、標準的なＡＡ５４５４合金のものと比較するとソフトテンパー（Ｏテンパー）及び加工－またはひずみ－硬化テンパー（Ｈテンパー）の両方において長期耐食性の改善を提示すると言われている。
ＥＰ－１９１７３７３－Ｂ１（Ａｌｅｒｉｓ）は、Ｍｇ３．５～６．０％、Ｍｎ０．４～１．２％、Ｆｅ最大０．５％、Ｓｉ最大０．５％、Ｃｕ最大０．１５％、Ｚｒ０．０５～０．２５％、Ｃｒ０．０３～０．１５％、Ｔｉ０．０３～０．２％、Ｓｃ０．１～０．３％、Ｚｎ最大１．７％、Ａｇ最大０．４％、Ｌｉ最大０．４％、任意選択で（Ｅｒ、Ｙ、Ｈｆ、Ｖ）からなる群から選択される１種または複数の分散質形成元素それぞれ最大０．５％、不純物または付随的元素それぞれ＜０．０５％、合計＜０．１５％、及び残分のアルミニウムを有するアルミニウム合金製品を開示している。
ＲＵ－２２８０７０５－Ｃ１は、Ｍｇ４．２～６．５％、Ｍｎ０．５～１．２％、Ｚｎ最大０．２％、Ｃｒ最大０．２％、Ｔｉ最大０．１５％、Ｓｉ最大０．２５％、Ｆｅ最大０．３０％、Ｃｕ最大０．１％、Ｚｒ０．０５～０．３％、（Ｓｃ０．０５～０．３％、Ｂｅ０．０００１～０．０１％、Ｙ０．００１～０．１％、Ｎｄ０．００１～０．１％、Ｃｅ０．００１～０．１％）からなる群から選択される少なくとも１種の元素、残分のアルミニウムを含有する合金を開示している。このアルミニウム合金は、改善された衝撃特性を有すると言われている。溶接性を改善し、かつアルミニウム合金の耐食性を上昇させるために、Ｚｎ及びＳｉ含有率を低下させている。
ＲＵ－２２６８３１９－Ｃ１は、Ｍｇ５．５～６．５％、Ｓｃ０．１０～０．２０％、Ｍｎ０．５～１．０％、Ｃｒ０．１０～０．２５％、Ｚｒ０．０５～０．２０％、Ｔｉ０．０２～０．１５％、Ｚｎ０．１～１．０％、Ｂ０．００３～０．０１５％、Ｂｅ０．０００２～０．００５％、残分のアルミニウムを含有し、Ｓｃ＋Ｍｎ＋Ｃｒの合計が少なくとも０．８５％である合金を開示している。
ＷＯ－０１／１２８６９－Ａ（Ｋａｉｓｅｒ Ａｌｕｍｉｎｕｍ）は、Ｍｇ４．０～８．０％、Ｓｃ０．０５～０．６％、Ｍｎ０．１～０．８％、ＣｕまたはＺｎ０．５～２．０％、ＨｆまたはＺｒ０．０５～０．２０％、ならびに残分のアルミニウム及び付随的な不純物を含む合金を開示している。
ＷＯ－９８／３５０６８（Ａｌｃｏａ）は、Ｍｇ３～７％、Ｚｒ０．０３～０．２％、Ｍｎ０．２～１．２％、Ｓｉ最大０．１５％、及び（Ｓｃ、Ｅｒ、Ｙ、Ｇａ、Ｈｏ、Ｈｆ）からなる群から選択される分散質形成元素０．０５～０．５％を含み、残分がアルミニウムならびに付随的元素及び不純物であり、かつそのアルミニウム合金製品が好ましくはＺｎ非含有かつＬｉ非含有であるアルミニウム合金製品を開示している。
ＷＯ－２０１８／０７３５３３－Ａ１（Ｃｏｎｓｔｅｌｌｉｕｍ）は、Ｍｇ：３．８～４．２％、Ｍｎ：０．３～０．８％、Ｓｃ：０．１～０．３％、Ｚｎ：０．１～０．４％、Ｔｉ：０．０１～０．０５％、Ｚｒ：０．０７～０．１５％、Ｃｒ：＜０．０１％、Ｆｅ：＜０．１５％、Ｓｉ：＜０．１％から構成されるアルミニウム合金から製造される熱間加工製品、特に１２ｍｍ未満の厚さを有するシート製品を生産する方法を開示しており、その際、均質化は３７０℃～４５０℃の温度で、２～５０時間にわたって実施されて、４００℃での等価時間が５～１００時間であるようにし、かつ熱変形は３５０℃～４５０℃の当初温度で実施される。この製品は、機械的強度、靭性及び熱間成形性の点において、より良好な折衷を提示するので、有利であると言われている。
本明細書において下記で分かるであろうとおり、別段に示さない限り、アルミニウム合金及びテンパーの名称は、２０１８年にアルミニウム協会により刊行されたＡｌｕｍｉｎｕｍ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｄａｔａ ａｎｄ Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｒｄｓにおけるアルミニウム協会の名称に関し、それらは、当業者には周知である。
合金組成または好ましい合金組成のいずれの説明についても、パーセンテージについての言及はすべて、別段に示されていない限り、重量パーセントによる。
「最大」及び「最大約」という用語は、本明細書で使用される場合、これに限定されないが、言及している特定の合金構成成分のゼロ重量パーセントの可能性も明らかに含む。例えば、Ｚｎ最大０．１０％は、Ｚｎを含まない合金を含み得る。
本発明の目的は、腐食性能の改善を有するＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を製造する方法を提供することである。
本発明の目的は、耐層状腐食性の改善を、耐粒界腐食性の改善との組み合わせで有するＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を製造する方法を提供することである。
これら及び他の目的及びさらなる利点は、ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を製造する方法を提供する本発明により満たされるか、または乗り超えられ、上記方法は、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を最終アニーリング温度または設定アニーリング温度から１５０℃未満に冷却するステップを含み、その際、約２５０℃～約２００℃の第１の温度範囲での冷却は、４時間よりも長い、好ましくは６．５時間よりも長い、より好ましくは２６時間よりも長い等価時間においてであり、かつ約２００℃～約１５０℃の第２の温度範囲での冷却は、０．２時間よりも長い、好ましくは０．４時間よりも長い、より好ましくは０．８時間よりも長い等価時間においてであり、上記等価時間（ｔ（ｅｑ））は、
と定義され、式中、Ｔ（ケルビン度）は、時間ｔ（時）にわたって変化する熱処理の温度を示し、かつＴｒｅｆ（ケルビン度）は、４７３Ｋ（２００℃）で選択された基準温度である。
と定義され、式中、Ｔ（ケルビン度）は、時間ｔ（時）にわたって変化する熱処理の温度を示し、かつＴｒｅｆ（ケルビン度）は、４７３Ｋ（２００℃）で選択された基準温度である。
本発明による方法は、良好な強度、好ましくはＲｐ＞２００ＭＰａを、良好な耐食性との組み合わせで、特に、良好な耐層状腐食性を良好な耐粒界腐食性との組み合わせで有するＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を提供する。適用される冷却速度は、ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を製造する工業環境において経済的に実行可能である。
本発明に従って製造されたＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品は、層状腐食に対して耐性がある。「層状腐食に対して耐性がある」とは、上記アルミニウム合金製品が「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｖｉｓｕａｌ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｘｆｏｌｉａｔｉｏｎ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ５ＸＸＸ Ｓｅｒｉｅｓ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙｓ（ＡＳＳＥＴ Ｔｅｓｔ）」と標題されたＡＳＴＭ規格Ｇ６６－９９（２０１３）に合格することを意味する。Ｎ、ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ及びＰＤは、ＡＳＳＥＴ試験の結果を示しており、その際、Ｎが最良の結果を表す。本発明に従って製造されたアルミニウム合金製品は、鋭敏化される前後に、ＰＢの結果またはそれ以上の結果を達成する。
本発明に従って製造されたＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品はまた、粒界腐食に対して耐性がある。「粒界腐食に対して耐性がある」とは、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金が鋭敏化される前後の両方で、上記アルミニウム合金製品が、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ ｔｏ Ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ５ＸＸＸ Ｓｅｒｉｅｓ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙｓ ｂｙ Ｍａｓｓ Ｌｏｓｓ Ａｆｔｅｒ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ Ｎｉｔｒｉｃ Ａｃｉｄ（ＮＡＭＬＴ Ｔｅｓｔ）」と標題されたＡＳＴＭ規格Ｇ６７－１３に合格することを意味する。ＡＳＴＭ Ｇ６７－１３に従って測定された腐食減量が１５ｍｇ／ｃｍ２よりも大きくなければ、そのサンプルは、粒界腐食しにくいと判断される。腐食減量が２５ｍｇ／ｃｍ２よりも大きければ、そのサンプルは、粒界腐食しやすいと判断される。測定された腐食減量が１５ｍｇ／ｃｍ２～２５ｍｇ／ｃｍ２であれば、侵食の種類及び深度を決定するために、さらなるチェックが顕微鏡法による行われて、その結果、当業者は、顕微鏡結果を介して、粒界腐食が存在するかどうかを決定することができる。本発明に従って製造されたＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品は、鋭敏化される前後の両方で、１５ｍｇ／ｃｍ２以下のＡＳＴＭ Ｇ６７－１３に従って測定された腐食減量を達成する。好ましくは、測定された腐食減量は、１２ｍｇ／ｃｍ２以下、より好ましくは９ｍｇ／ｃｍ２以下である。「鋭敏化」とは、上記ＡｌＭｇＳｃアルミニウム合金製品が少なくとも２０年の耐用寿命に代表的な条件にアニールされていることを意味する。例えば、上記アルミニウム合金製品を、数日間にわたって連続的に高温に暴露することができる（例えば、約７日間／１６８時間の期間にわたって１００℃～１２０℃の範囲の温度）。
上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品は、結晶粒界のβ相粒子の連続皮膜の不在の結果としての、少なくとも一部では、それによる応力腐食割れ及び粒界腐食に対する耐性を実現し得る。アルミニウム合金製品は多結晶質である。「粒」は、上記アルミニウム合金の多結晶質構造の結晶であり、かつ「粒界」は、上記アルミニウム合金の多結晶質構造の粒を連接する境界であり、「β相」は、Ａｌ３Ｍｇ２であり、かつ「β相の連続皮膜」は、β相粒子の連続量が大部分の粒界に存在することを意味する。β相の連続性は、例えば、適切な解像度（例えば、少なくとも２００倍の倍率）での顕微鏡法を介して決定することができる。
本発明では、例えば、最終アニーリング温度から１５０℃未満へと急冷する手段による非常に急速な冷却速度は、ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品の耐食性に対して、特に、鋭敏化された後にＮＡＭＬＴ試験に従って試験される耐食性に対して悪影響を有することが見い出されている。より低速での冷却速度が、耐粒界腐食性の向上をもたらす。
最終アニーリング温度から約１５０℃への冷却では、さらに特に、約２５０℃～約２００℃の第１の温度範囲では、上記等価時間は、４時間よりも長く、好ましくは６．５時間よりも長く、より好ましくは２６時間よりも長く、かつ約２００℃～約１５０℃の第２の温度範囲では、上記等価時間は、０．２時間よりも長く、好ましくは０．４時間よりも長く、より好ましくは０．８時間よりも長くあるべきである。相対的に低速での冷却速度は、周囲温度への冷却後と、上記Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｃ合金が鋭敏化された後との両方で、粒界での不連続β相粒子の析出に、かつβ相粒子の連続皮膜の析出を回避するために重要である。上記冷却を好ましくは、連続モードで行って、上記金属温度が経時的に連続的に低下するようにする。
最終アニーリング温度から、約２５０℃から出発する上記第１の温度範囲への冷却は厳密ではない。本発明による方法を工業規模で使用する場合、第１の温度範囲とほぼ同じ冷却速度を適用することが有用であるか、または簡便であり得る。
約１５０℃から約８５℃未満へのさらなる冷却は、あまり厳密ではなく、析出物の粗大化を最小化するために、より速い冷却速度で行うことができる。約８５℃から周囲温度へと冷却するための冷却速度は、厳密ではない。
一実施形態では、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品は、圧延製品（シートまたはプレート）、押出製品、鍛造製品及び粉末冶金製品からなる群から選択される形態である。さらなる一実施形態では、これらの製品のいずれも、溶接された状態または成形された状態である。
特定の一実施形態では、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品は、圧延製品の形態である。さらなる一実施形態では、上記圧延製品は、溶接されているか、または成形されている。
一実施形態では、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金圧延製品の厚さは、最大２５．４ｍｍ（１インチ）、好ましくは最大１２ｍｍ（０．４７インチ）、より好ましくは６ｍｍ（０．２４インチ）、最も好ましくは４．５ｍｍ（０．１８インチ）である。一実施形態では、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム圧延製品の厚さは、少なくとも１．２ｍｍ（０．０４７インチ）である。
特定の一実施形態では、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品は、押出製品の形態である。
一実施形態では、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金圧延製品を鋳造し、続いて、最終ゲージに圧延し、アニールする。上記合金を、鋳造製品のために当技術分野で通例の鋳造技術、例えば、Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｈｉｌｌ ＤＣ鋳造を使用して、好ましくは約２２０ｍｍ以上、例えば、４００ｍｍ、５００ｍｍまたは６００ｍｍの範囲のインゴット厚を有する、圧延用供給原料へと加工するためのインゴットまたはスラブとして得ることができる。別の実施形態では、連続鋳造、例えば、ベルト連続鋳造機またはロール連続鋳造機から生じる薄いゲージのスラブも使用することができ、最大約４０ｍｍの厚さを有する。圧延用供給原料を鋳造した後に、厚い鋳放しインゴットを通常、そのインゴットの鋳造表面付近の偏析帯域を除去するためにスカルプする。
好ましくは、適用される圧延プロセスは、熱間圧延を含み、かつ任意選択で、熱間圧延、続く、最終ゲージへの冷間圧延を含み、かつ適用可能であれば、中間アニーリングを冷間圧延作業前、または中間冷間圧延ゲージでの冷間圧延作業中のいずれかに適用する。
熱間圧延前に、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を均質化するか、または最大約５０時間、好ましくは最大約２４時間にわたって、約３２０℃～４７０℃、好ましくは約３２０℃～４５０℃の範囲の温度で予熱する。
一実施形態では、熱間圧延作業後に、上記熱間圧延製品は、圧延製品の平面度を改善するために約１％未満、好ましくは約０．５％未満の縮小を伴う非常に穏やかな冷間圧延ステップ（スキンローリングまたはスキンパス）を受ける。代替の一実施形態では、上記熱間圧延製品を伸展させることができる。この伸展ステップは、熱間圧延製品の平面度を改善するために最大３％、好ましくは約０．５％～１％の縮小で実施することができる。
最終ゲージでの最終アニーリングまたはアニーリング熱処理は、微細構造を回復するためのものであり、典型的には、２５０℃～４００℃の範囲、好ましくは２６０℃～３７５℃の範囲、より好ましくは約２８０℃～３５０℃の範囲の設定アニーリング温度で、約０．５時間～２０時間、好ましくは約０．５時間～１０時間の範囲の時間にわたって行う。
一実施形態では、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金押出製品を、（ａ）例えば、ＤＣ鋳造の手段により、本明細書に記載されている、及び特許請求されているとおりのアルミニウム合金の押出インゴットを得るステップと；（ｂ）好ましくは、上記圧延用供給原料についてと同様の温度及び時間で上記押出インゴットを予熱及び／または均質化するステップと；（ｃ）上記インゴットを、１ｍｍ～約２０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ～約１５ｍｍの範囲の断面または肉厚を有する押出プロファイルに熱間押出するステップと（上記押出プロセスの開始時のビレット温度は典型的には約４００℃～約５００℃の範囲である）；任意選択で、上記押出プロファイルを伸展させて、製品真直度を上昇させるステップと、（ｄ）上記押出プロファイルを最終アニーリング温度でアニールし、本発明に従った冷却手順を続けるステップとを、この順序で含む方法により生産する。
本発明の一実施形態では、上記アルミニウム合金製品を冷却する方法を、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を単曲線または複曲線成形製品に成形するための高温成形作業の直後に適用する。上記高温成形作業は１８０℃～５００℃の範囲、好ましくは２５０℃～４００℃の範囲、より好ましくは２６０℃～３７５℃の範囲、最も好ましくは２８０℃～３５０℃の範囲、例えば、約３００℃または約３２５℃の最終アニーリング温度で行う。上記最終アニーリング温度でのそのような高温成形作業の特定の好ましい実施形態は、クリープ成形作業または緩和成形作業による。クリープ成形は、熱間処理中に構成部品を特異的な形状に拘束して、上記構成部品が外形、例えば、二重曲率を有する胴体外板に対して応力及びクリープを解放することができるようにするプロセスまたは作業である。このクリープ成形プロセスは例えば、ＩＣＡＳ－２００２会議の機会に出版されたＳ．Ｊａｍｂｕ ｅｔ ａｌ．による学術論文、「Ｃｒｅｅｐ ｆｏｒｍｉｎｇ ｏｆ ＡｌＭｇＳｃ ａｌｌｏｙｓ ｆｏｒ ａｅｒｏｎａｕｔｉｃ ａｎｄ ｓｐａｃｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」において説明されている。
単曲線または複曲線成形製品への最終アニーリング温度での高温成形作業の好ましい一実施形態では、圧延ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を使用している。上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品は、本発明による方法により製造されてもいるアニールされた状態で得ることができる。
任意選択で、押出ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品も、例えば、胴体パネルの部材としての押出ストリンガーとして使用されている。
本発明の一実施形態では、上記アルミニウム合金製品を冷却する方法を、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品が組み込まれている溶接製品またはパネルに、溶接後熱処理の直後に適用して、特にＡｌＳｃＺｒ分散質の再析出により強度を多少回復する。溶接後熱処理を、最終アニール熱処理のためと同様の温度で行い、それは、２５０℃～４００℃の範囲、好ましくは２６０℃～３７５℃の範囲、より好ましくは約２６０℃～３５０℃の範囲で、約０．５時間～２０時間、好ましくは約０．５時間～１０時間の範囲の時間にわたる。
本発明の一実施形態では、上記アルミニウム合金製品を冷却する方法を、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金からの冷間成形及び形成製品に適用し、その際、アニーリング熱処理を、冷間成形及び形成製品の残留応力を減少させるために、またはある種の工学特性、例えば、伸長もしくは損傷許容性を回復するために行う。そのようなアニーリング熱処理は、最終アニール熱処理のためと同じ温度で行い、それは、２５０℃～４００℃の範囲、好ましくは２６０℃～３７５℃の範囲、より好ましくは約２８０℃～３５０℃の範囲で、約０．５時間～２０時間、好ましくは約０．５時間～１０時間の範囲の時間にわたる。
一実施形態では、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金は、重量％で、
Ｍｇ ３．０％～６．０％、好ましくは３．２％～４．８％、より好ましくは３．５％～４．５％、
Ｓｃ ０．０２％～０．５％、好ましくは０．０２％～０．４０％、より好ましくは０．０５％～０．３％、
Ｍｎ 最大１％、好ましくは０．３％～１．０％、より好ましくは０．３％～０．８％、
Ｚｒ 最大０．３％、好ましくは０．０５％～０．３％、より好ましくは０．０７％～０．１５％、
Ｃｒ 最大０．３％、好ましくは０．０２％～０．２％、
Ｔｉ 最大０．２％、好ましくは０．０１％～０．２％、
Ｃｕ 最大０．２％、好ましくは最大０．１％、より好ましくは最大０．０５％、
Ｚｎ 最大１．５％、好ましくは最大０．８％、より好ましくは０．１％～０．８％、
Ｆｅ 最大０．４％、好ましくは最大０．３％、より好ましくは最大０．２０％、
Ｓｉ 最大０．３％、好ましくは最大０．２％、より好ましくは最大０．１％、
不純物及び残分のアルミニウム
を含む組成を有する。典型的には、そのような不純物はそれぞれ＜０．０５％及び合計＜０．１５％で存在する。
Ｍｇ ３．０％～６．０％、好ましくは３．２％～４．８％、より好ましくは３．５％～４．５％、
Ｓｃ ０．０２％～０．５％、好ましくは０．０２％～０．４０％、より好ましくは０．０５％～０．３％、
Ｍｎ 最大１％、好ましくは０．３％～１．０％、より好ましくは０．３％～０．８％、
Ｚｒ 最大０．３％、好ましくは０．０５％～０．３％、より好ましくは０．０７％～０．１５％、
Ｃｒ 最大０．３％、好ましくは０．０２％～０．２％、
Ｔｉ 最大０．２％、好ましくは０．０１％～０．２％、
Ｃｕ 最大０．２％、好ましくは最大０．１％、より好ましくは最大０．０５％、
Ｚｎ 最大１．５％、好ましくは最大０．８％、より好ましくは０．１％～０．８％、
Ｆｅ 最大０．４％、好ましくは最大０．３％、より好ましくは最大０．２０％、
Ｓｉ 最大０．３％、好ましくは最大０．２％、より好ましくは最大０．１％、
不純物及び残分のアルミニウム
を含む組成を有する。典型的には、そのような不純物はそれぞれ＜０．０５％及び合計＜０．１５％で存在する。
Ｍｇが、上記ＡｌＭｇＳｃ系合金における主要な合金元素であり、本発明による方法では、３．０％～６．０％の範囲であるべきである。Ｍｇ含有率の好ましい下限は、約３．２％、より好ましくは約３．８％である。Ｍｇ含有率の好ましい上限は約４．８％である。一実施形態では、Ｍｇ含有率の上限は約４．５％である。
Ｓｃは、別の重要な合金元素であり、０．０２％～０．５％の範囲で存在すべきである。Ｓｃ含有率の好ましい下限は約０．０５％、より好ましくは約０．１％である。一実施形態では、Ｓｃ含有率は最大約０．４％、好ましくは最大約０．３％である。
ＭｎをＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金に添加してよく、これは最大約１％の範囲で存在してよい。一実施形態では、Ｍｎ含有率は、約０．３％～１％、好ましくは約０．３％～０．８％の範囲である。
Ｓｃをより有効なものにするためには、Ｚｒも最大約０．３％の範囲で添加することが好ましい。一実施形態では、Ｚｒは、０．０５％～０．３０％の範囲、好ましくは約０．０５％～０．２５％の範囲で存在し、より好ましくは、約０．０７％～０．１５％の範囲で存在する。
Ｃｒは、最大約０．３％の範囲で存在し得る。目的に沿って添加する場合、これは、好ましくは約０．０２％～０．３％の範囲、より好ましくは約０．０５％～０．１５％の範囲である。一実施形態では、目的に沿ったＣｒの添加はなく、これは、最大０．０５％で存在し得、好ましくは、０．０２％未満に維持される。
Ｔｉを最大約０．２％まで、上記ＡｌＭｇＳｃ合金に、補強元素として、または耐食性を改善するために、または結晶微細化目的のために添加してよい。Ｔｉの好ましい添加は、約０．０１％～０．２％の範囲、好ましくは約０．０１％～０．１０％の範囲である。
一実施形態では、Ｚｒ＋Ｃｒ＋Ｔｉを目的に沿って組み合わせ添加する。この実施形態では、上記組み合わせ添加は、十分な強度を達成するためには少なくとも０．１５％であり、好ましくは、大きすぎる析出物の形成を回避するために、０．３０％を上回らない。
別の実施形態では、Ｚｒ及びＴｉを目的に沿って組み合わせ添加するが、Ｃｒの目的に沿った添加はない。この実施形態では、Ｚｒ＋Ｔｉの上記組み合わせ添加は、少なくとも０．０８％であり、好ましくは０．２５％を上回らず、その際、Ｃｒは最大０．０２％、好ましくは最大０．０１％だけである。
最大１．５％の範囲の亜鉛（Ｚｎ）を、上記アルミニウム合金製品における強度をさらに増強するために、目的に沿って添加することができる。上記目的に沿ったＺｎ添加のための好ましい下限は、０．１％であろう。強度及び耐食性のバランスを得るために、好ましい上限は、約０．８％、より好ましくは０．５％であろう。
一実施形態では、Ｚｎは、許容される不純物元素であり、最大０．１５％、好ましくは最大０．１０％で存在し得る。
Ｃｕは、上記ＡｌＭｇＳｃ合金中に、強化元素として最大約２％の範囲で存在し得る。しかしながら、耐食性が非常に重要な工学特性である製品の用途では、Ｃｕを約０．２％以下の低レベル、好ましくは約０．１％以下のレベル、より好ましくは０．０５％以下のレベルに維持することが好ましい。一実施形態では、Ｃｕ含有率は０．０１％以下である。
Ｆｅは、アルミニウム合金における通常の不純物であり、約０．４％まで許容され得る。好ましくはこれは、最大約０．３％、より好ましくは最大約０．２０％のレベルに維持される。
Ｓｉも、アルミニウム合金における通常の不純物であり、約０．３％まで許容され得る。好ましくはこれは、最大０．２％、より好ましくは最大０．１０％のレベルに維持される。
一実施形態では、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金は、重量％で、Ｍｇ３．０％～６．０％、Ｓｃ０．０２％～０．５％、Ｍｎ最大１％、Ｚｒ最大０．３％、Ｃｒ最大０．３％、Ｔｉ最大０．２％、Ｃｕ最大０．２％、Ｚｎ最大１．５％、Ｆｅ最大０．４％、Ｓｉ最大０．３％、残分のアルミニウム及び不純物それぞれ＜０．０５％及び合計＜０．１５％からなる組成を有し、本明細書に記載されており、特許請求されているとおりの、より狭い好ましい組成範囲を含む。
本発明により、上記方法を広範なＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金に対して使用することができることが見い出されている。上記アルミニウム合金中のＣｕ含有率が上昇するにつれて、上記最終アニーリング温度からの規定の第１及び第２の温度範囲では、より遅い冷却速度、したがって、より長い等価時間が好ましいことが見い出されている。そのような非常に遅い冷却速度は、非常に低いＣｕ含有率、例えば、０．０５％未満、またはさらに０．０１％未満を有するＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金の腐食性能に対して悪影響を有さない。
一実施形態では、上記アルミニウム合金製品は、単または複曲線パネル、殊に単または複曲線航空機胴体パネルである。
次いで、本発明を、次の本発明による非限定的実施例及び比較例の両方を参照して例示する。
４．５ｍｍのシート製品を工業規模で、圧延用インゴットのＤＣ鋳造、スカルピング、ミリング、４００℃～４５０℃の熱間圧延温度への予熱、熱間圧延、冷間圧延作業中に中間アニーリングを伴う４．５ｍｍへの冷間圧延、及び２時間にわたる３２５℃（５９８Ｋ）の設定温度での最終アニーリング、続く、表１による種々の制御冷却速度のステップを含んで製造し、この際、試料Ａ、Ｂ及びＣは本発明により、試料Ｄは比較用である。
上記ＡｌＭｇＳｃアルミニウム合金鋳物は、重量％で、次の組成：Ｍｇ４．０％、Ｍｎ０．５５％、Ｓｃ０．２％、Ｚｎ０．３％、Ｚｒ０．１％、Ｃｒ０．０７％、Ｔｉ０．０７％、Ｓｉ０．０２％、Ｆｅ０．０２％、Ｃｕ０．００６％、残分のアルミニウム及び不可避の不純物を有する。
表１に、１６８時間にわたる１２０℃での鋭敏化後に、最終アニーリング温度からの種々の冷却レジームを有する各試料について、ＡＳＴＭ Ｇ６７－１３に従って測定された腐食減量を列挙する。
本発明に従って製造されたＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金圧延製品は、粒界腐食に対して耐性がある。「粒界腐食に対して耐性がある」とは、上記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金が鋭敏化された前後の両方で、上記アルミニウム合金製品が、ＡＳＴＭ規格Ｇ６７－１３（ＮＡＭＬＴ試験）に合格することを意味する。すべての鋭敏化試料がＰＡ性能を有し、すべての非鋭敏化試料もＰＡ性能を有した。
表１の結果から、本発明に従って製造されたＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金圧延製品が、鋭敏化された後に、１５ｍｇ／ｃｍ２以下のＡＳＴＭ Ｇ６７－１３従って測定された腐食減量を達成することが分かり得る。より良好な実施例は、９ｍｇ／ｃｍ２以下の腐食減量を有する。規定の温度範囲で、より遅い冷却速度またはより長時間の等価時間を用いると、上記腐食減量はさらに減少する。試料Ｄは、４７３Ｋ～４２３Ｋの温度で、本発明外の速すぎる冷却速度を有し、ＡＳＴＭ Ｇ６７－１３によると腐食減量の増加をもたらした。
したがって、本発明による方法は、良好な耐粒界腐食性を、良好な耐層状腐食性との組み合わせで有するアルミニウム合金製品をもたらす。
上記アルミニウム合金製品の同様の腐食性能は、最終アニーリング温度で行われる高温成形作業、例えば、３１０℃または３２５℃で行われるクリープ成形作業からの冷却において達成されるであろう。
本発明は、上記の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲により定義されるとおり、本発明の範囲内で広く変化し得る。
Claims (11)
- ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を製造する方法であって、前記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を最終アニーリング温度から１５０℃未満に冷却するステップを含み、その際、２５０℃～２００℃の第１の温度範囲での冷却は、４時間よりも長い等価時間においてであり、かつ２００℃～１５０℃の第２の温度範囲での冷却は、０．２時間よりも長い等価時間においてであり、前記等価時間（ｔ（ｅｑ））は、
と定義され、式中、Ｔ（ケルビン度）は、時間ｔ（時）にわたって変化する熱処理の温度を示し、かつＴｒｅｆ（ケルビン度）は、４７３Ｋ（２００℃）で選択された基準温度であり、
前記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品が、重量％で、
Ｍｇ ３．０％～６．０％、
Ｓｃ ０．０２％～０．５％、
Ｍｎ 最大１％、
Ｚｒ 最大０．３％、
Ｃｒ 最大０．３％、
Ｔｉ 最大０．２％、
Ｃｕ 最大０．２％、
Ｚｎ 最大１．５％、
Ｆｅ 最大０．４％、
Ｓｉ 最大０．３％、
不純物及び残分のアルミニウム
から成る組成を有する、前記方法。 - 前記第１の温度範囲における等価時間が６．５時間よりも長い、請求項１に記載の方法。
- 前記第２の温度範囲における等価時間が０．４時間よりも長い、請求項１または２に記載の方法。
- 前記最終アニーリング温度が２５０℃～４００℃の範囲である、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
- 前記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品が、圧延製品、押出製品、鍛造製品、粉末冶金製品からなる群から選択される形態である、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
- 前記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品が圧延製品である、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
- 前記圧延製品が最大２５．４ｍｍの厚さを有する、請求項５または６に記載の方法。
- ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金インゴットを鋳造するステップと、前記インゴットを最終ゲージに圧延して圧延製品にするステップと、前記圧延製品を前記最終アニーリング温度でアニールすることにより熱処理するステップと、続いて、前記圧延製品を前記最終アニーリング温度から１５０℃未満に冷却する前記ステップとを含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
- ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品を前記最終アニーリング温度で単曲線または複曲線成形製品に高温成形作業するステップと、続いて、前記成形製品を前記最終アニーリング温度から１５０℃未満に冷却する前記ステップとを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
- 前記最終アニーリング温度での高温成形作業が、クリープ成形作業または緩和成形作業による、請求項９に記載の方法。
- 本発明に従って製造された前記ＡｌＭｇＳｃ系アルミニウム合金製品が、鋭敏化される前後の両方で、ＡＳＴＭ Ｇ６７－１３に従って測定される１５ｍｇ／ｃｍ ２ 以下の腐食減量を達成する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
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