JP7453957B2 - 高成形性リサイクルアルミニウム合金及びその作製方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2018年7月23日出願の米国仮特許出願第62/701,977号及び2019年2月26日出願の米国仮特許出願第62/810,585号の優先権及びそれらの利益を主張する。これら出願は、そのまま全体が本明細書中参照として援用される。
本発明で取り上げられる実施形態は、この概要によってではなく、特許請求の範囲により定義される。この概要は、本発明の様々な態様についての高レベルな概説であり、概念の一部を紹介するが、概念は以下の詳細な説明の章でさらに説明される。この概要は、特許請求される発明の対象の重要なまたは本質的な特長を特定することを意図するものでもなければ、特許請求される発明の対象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ない。発明の対象は、明細書全体、あらゆる図面、及び各特許請求項の中の適切な部分を参照することにより理解されるべきである。
本明細書中使用される場合、「発明(invention)」、「本発明(the invention)」、「本発明(this invention)」、及び「本発明(the present invention)」という用語は、本特許出願及び以下の特許請求の範囲における発明の対象の全てを広く示すものとする。これらの用語を含む記述は、本明細書中記載される発明の対象を制限すると理解されるべきではなく、また以下の特許請求の範囲の意味または範囲を制限すると理解されるべきではない。
本明細書中記載されるのは、望ましい機械特性を示す新規アルミニウム合金及び製品である。本明細書中記載されるアルミニウム合金及び製品は、特性の中でもとりわけ、優れた伸び特性及び成形性ならびに並外れた耐久性を示す。場合によっては、機械特性は、合金の元素組成により達成可能である。例えば、本明細書中記載される合金は、鉄(Fe)、マンガン(Mn)、及びクロム(Cr)を含む。これらの成分のうち少なくとも2種、例えば、Fe及びMn、Fe及びCr、またはFe、Mn、及びCrが、記載される量で存在することで、望ましい金属間粒子がもたらされる。以下に記載のとおり、Fe含有量が少なくとも約0.50重量%であることにより、鋳造プロセス中の金属間粒子の数が上昇する。また、他の元素、例えば、Mn及び/またはCrなどは、金属間粒子の大きさ及びアスペクト比に影響を及ぼし、アスペクト比の低い小さな球形粒子をもたらす。そうなると、金属間粒子は、新たな結晶粒の核生成部位として働き、したがって、粗く伸長した結晶粒ではなく小さい等軸の結晶粒を含有するアルミニウム合金製品をもたらす。そのようなアルミニウム合金製品は、望ましい成形特性を示す。Fe含有量が約0.20重量%と高く、ほぼ典型的には成形性及び曲げ加工性の低下をもたらすものであることからすると、本明細書中記載されるアルミニウム合金製品が示す特性は、予想外のものである。
アルミニウム合金の特性は、部分的に、合金調製中の微小構造の形成により決定される。ある特定の態様において、合金組成物の調製法は、合金が所望の用途に適合した特性を有するようになるかどうかに影響を及ぼす可能性があり、そうなるかどうかを決定付ける可能性さえある。
本明細書中記載されるとおりのアルミニウム合金は、任意の適切な鋳造法を用いて、鋳造してアルミニウム合金鋳造品にすることができる。例えば、鋳造プロセスとして、直接チル(DC)鋳造プロセスまたは連続鋳造(CC)プロセスを挙げることができる。いくつかの限定ではない例において、鋳造工程で使用されるアルミニウム合金は、原材料から生成した一次材料(例えば、精製アルミニウム及び追加の合金形成元素)が可能である。いくつかのさらなる例において、鋳造工程で使用されるアルミニウム合金は、少なくとも部分的にアルミニウムスクラップから、及び任意選択で一次材料を併用して生成したリサイクル材料が可能である。場合によっては、鋳造工程で使用されるアルミニウム合金は、リサイクル内容物を少なくとも約40%含有することができる。例えば、鋳造工程で使用されるアルミニウム合金は、リサイクル内容物を少なくとも約45%、少なくとも約50%、少なくとも約60%、少なくとも約70%、少なくとも約80%、少なくとも約90%、または少なくとも約95%含有することができる。
本明細書中記載されるとおりの均質化工程は、上記のアルミニウム合金用に設計された。本明細書中記載されるアルミニウム合金は、Si含有量が高く(すなわち、0.5~2.0重量%)、このことは、約550℃より高い温度(例えば、560℃以上)で均質化した場合、アルミニウム合金マトリクス内での局所溶解を招く可能性がある。そのような局所溶解は、下流の熱処理工程中に割裂を引き起こす可能性がある。本明細書中記載される均質化工程は、どのようなSi元素も溶解させ、それと同時に局所溶解を回避するのに有効である。
均質化工程に続き、熱間圧延工程を行うことができる。ある特定の場合において、アルミニウム合金鋳造品を横たえて、約500℃~560℃(例えば、約510℃~約550℃または約520℃~約540℃)の入側温度範囲で熱間圧延する。入側温度は、例えば、約505℃、510℃、515℃、520℃、525℃、530℃、535℃、540℃、545℃、550℃、555℃、560℃、またはそれらのいずれかの間にある温度が可能である。ある特定の場合において、熱間圧延の出側温度は、約200℃~約290℃(例えば、約210℃~約280℃または約220℃~約270℃)の範囲が可能である。例えば、熱間圧延の出側温度は、約200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、255℃、260℃、265℃、270℃、275℃、280℃、285℃、290℃、またはそれらのいずれかの間にある温度が可能である。
任意選択で、ホットバンドは、ホットミルから出てきた際に、巻きあげてホットバンドコイルにすることができる(すなわち、中間ゲージのアルミニウム合金製品コイル)。いくつかの例において、ホットバンドは、F調質をもたらすホットミルから出てきた際に、巻きあげてホットバンドコイルにすることができる。いくつかのさらなる例において、ホットバンドコイルは、空気中で冷却される。空冷工程は、約12.5℃/時間(℃/h)~約3600℃/hの速度で行うことができる。例えば、コイル冷却工程は、約12.5℃/h、25℃/h、50℃/h、100℃/h、200℃/h、400℃/h、800℃/h、1600℃/h、3200℃/h、3600℃/h、またはそれらのいずれかの間にある速度で行うことが可能である。いくつかのなおさらなる例において、空冷されたコイルは、ある長さの時間、貯蔵される。いくつかの例において、中間体コイルは、約100℃~約350℃(例えば、約200℃または約300℃)の温度に維持される。
冷間圧延工程は、溶体化処理工程の前に、任意選択で行うことができる。ある特定の態様において、ホットバンドは、冷間圧延されて、最終ゲージのアルミニウム合金製品(例えば、シート)になる。いくつかの例において、最終ゲージのアルミニウム合金シートは、厚さが、4mm以下、3mm以下、2mm以下、1mm以下、0.9mm以下、0.8mm以下、0.7mm以下、0.6mm以下、0.5mm以下、0.4mm以下、0.3mm以下、0.2mm以下、または0.1mmである。
いくつかの限定ではない例において、任意選択の圧延間焼鈍工程を、冷間圧延中に行うことができる。例えば、ホットバンドを冷間圧延して中間冷間圧延ゲージにし、焼き鈍しし、続いて冷間圧延して最終ゲージにすることができる。態様によっては、任意選択の圧延間焼鈍は、バッチプロセスで行うことができる(すなわち、バッチ型圧延間焼鈍工程)。圧延間焼鈍工程は、約300℃~約450℃(例えば、約310℃、約320℃、約330℃、約340℃、約350℃、約360℃、約370℃、約380℃、約390℃、約400℃、約410℃、約420℃、約430℃、約440℃、または約450℃)の温度で行うことができる。
溶体化処理工程は、最終ゲージのアルミニウム合金製品を、室温からピーク金属温度まで加熱することを含むことができる。任意選択で、ピーク金属温度は、約530℃~約570℃(例えば、約535℃~約560℃、約545℃~約555℃、または約540℃)が可能である。最終ゲージのアルミニウム合金製品は、ピーク金属温度で、ある長さの時間、浸漬させることができる。ある特定の態様において、最終ゲージのアルミニウム合金製品は、最長約2分間(例えば、限度値を含めて約10秒間~約120秒間)浸漬させることができる。例えば、最終ゲージのアルミニウム合金製品は、約530℃~約570℃の温度で、10秒間、15秒間、20秒間、25秒間、30秒間、35秒間、40秒間、45秒間、50秒間、55秒間、60秒間、65秒間、70秒間、75秒間、80秒間、85秒間、90秒間、95秒間、100秒間、105秒間、110秒間、115秒間、120秒間、またはそれらのいずれかの間にある時間、浸漬させることができる。溶体化処理後、最終ゲージのアルミニウム合金製品は、少なくとも約75℃毎秒(℃/秒)の速度でピーク金属温度からクエンチすることができる。例えば、最終ゲージのアルミニウム合金製品は、約75℃/秒、100℃/秒、125℃/秒、150℃/秒、175℃/秒、200℃/秒、またはそれらのいずれかの間にある速度でクエンチすることができる。
本明細書中記載される合金及び方法は、自動車及び/または輸送用途、あるいは任意の他の所望に使用可能であり、自動車及び/または輸送用途として、動力車両、飛行機、及び鉄道用途が挙げられる。いくつかの例において、合金及び方法は、動力車両の車体部品製品の製造に使用可能であり、車体部品製品としては、例えば、安全ケージ、ホワイトボディ、クラッシュレール、バンパー、サイドビーム、ルーフビーム、クロスビーム、ピラーレインフォースメント(例えば、Aピラー、Bピラー、及び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、またはトランクリッドパネルなどである。本明細書中記載されるアルミニウム合金及び方法は、飛行機または鉄道車両用途において、例えば、アウターパネル及びインナーパネルを製造するのにも使用可能である。
例示1は、約0.5~2.0重量%のSi、0.2~0.4重量%のFe、最大0.4重量%のCu、最大0.5重量%のMg、0.02~0.1重量%のMn、0.01~0.1重量%のCr、最大0.15重量%のSr、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 (19)
- 0.5~2.0重量%のSi、0.2~0.4重量%のFe、最大0.4重量%のCu、最大0.5重量%のMg、0.02~0.1重量%のMn、0.01~0.1重量%のCr、最大0.15重量%のSr、最大0.1重量%のTi、最大0.1重量%のZn、最大0.15重量%の不純物、及び残部がAlからなり、鉄含有金属間粒子を含み、
前記鉄含有金属間粒子は、α-AlFe(Mn,Cr)Si金属間粒子を含む、アルミニウム合金。 - 0.7~1.4重量%のSi、0.2~0.3重量%のFe、最大0.2重量%のCu、最大0.4重量%のMg、0.02~0.08重量%のMn、0.02~0.05重量%のCr、0.01~0.12重量%のSr、最大0.1重量%のTi、最大0.1重量%のZn、最大0.15重量%の不純物、及び残部がAlからなり、鉄含有金属間粒子を含み、
前記鉄含有金属間粒子は、α-AlFe(Mn,Cr)Si金属間粒子を含む、請求項1に記載のアルミニウム合金。 - 1.0~1.4重量%のSi、0.22~0.28重量%のFe、最大0.15重量%のCu、最大0.35重量%のMg、0.02~0.06重量%のMn、0.02~0.04重量%のCr、0.02~0.10重量%のSr、最大0.1重量%のTi、最大0.1重量%のZn、最大0.15重量%の不純物、及び残部がAlからなり、鉄含有金属間粒子を含み、
前記鉄含有金属間粒子は、α-AlFe(Mn,Cr)Si金属間粒子を含む、請求項1に記載のアルミニウム合金。 - FeとCrを組み合わせた含有量は、0.22重量%~0.5重量%である、請求項1に記載のアルミニウム合金。
- 請求項1から4のいずれか1項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。
- 前記アルミニウム合金製品を構成する結晶粒の平均結晶粒径が最大35μmである、請求項5に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記平均結晶粒径は、25μm~35μmである、請求項6に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記鉄含有金属間粒子の少なくとも36%は、球形である、請求項7に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品中に存在する前記鉄含有金属間粒子の少なくとも36%は、円相当径が3μm以下である、請求項7または8に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品中に存在する前記鉄含有金属間粒子の少なくとも50%は、円相当径が3μm以下である、請求項7から9のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品中に存在する前記鉄含有金属間粒子の少なくとも75%は、円相当径が3μm以下である、請求項7から10のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記鉄含有金属間粒子の少なくとも36%は、α-AlFe(Mn,Cr)Si金属間粒子で構成される、請求項7から11のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記鉄含有金属間粒子の少なくとも50%は、α-AlFe(Mn,Cr)Si金属間粒子で構成される、請求項7から12のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記鉄含有金属間粒子の少なくとも80%は、α-AlFe(Mn,Cr)Si金属間粒子で構成される、請求項7から13のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品中の立方体集合組織成分の体積率は、少なくとも12%を占める、請求項7から14のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品は、全伸びが少なくとも32%である、請求項7から15のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- 前記アルミニウム合金製品は、自動車車体部品を含む、請求項7から16のいずれか1項に記載のアルミニウム合金製品。
- アルミニウム合金製品の製造法であって、以下:
請求項1から4のいずれか1項に記載のアルミニウム合金を鋳造して、アルミニウム合金鋳造品を製造すること;
前記アルミニウム合金鋳造品を均質化して、均質化アルミニウム合金鋳造品を製造すること;
前記均質化アルミニウム合金鋳造品を熱間圧延及び冷間圧延して、最終ゲージのアルミニウム合金製品を製造すること;ならびに
前記最終ゲージのアルミニウム合金製品を溶体化処理すること
を含む、製造法。 - 前記均質化は、530℃~570℃の均質化温度で行われる、請求項18に記載の製造法。
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