JPH11500787A - アルミニウム合金組成物及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、均質化したＤＣ鋳造用３００３合金によく似た性質を有する新アルミニウム系合金及びその合金を製造するための低コストな方法を提供する。合金は０．４０％から０．７０％のＦｅ、０．１０％から０．３０％より少ないＭｎ、０．１０％より多く０．２５％のＣｕ、０．１０％より少ないＳｉ、随意に０．１０％までのＴｉ、及び残部のＡｌ及び付随する不純物を含む。合金は、連続鋳造して、続いて冷間圧延し、もし要求があるのであれば、最終厚み規格で焼なましする時、均質化したＤＣ鋳造用３００３合金によく似た性質に達する。驚くことに、他の熱処理は必要とされない。

Description

【発明の詳細な説明】 アルミニウム合金組成物及び製造方法 技術分野 本発明は、アルミニウム合金シート製造物とそのような製造物を作るための方 法に関する。さらに明確には、本発明は、圧延し、不完全焼なまし、又は完全焼 なましした製造物のように、どのような焼もどしにおいても、従来品の均質化し たＤＣ鋳造用３００３合金に代替できる新アルミニウム合金に関する。本発明の 重要な好ましい実施態様は、強さと成形性の組み合わせを有する家庭用フォイル 及び半硬質フォイル容器の使用に好適な新アルミニウム合金であること、及び連 続鋳造機を使う合金の製造の経済的方法である。背景技術 半硬質フォイル容器は、厚さ 0.005−0.025cm（0.002−0.010 インチ）に圧延 されたアルミニウムシートから製造される。次に、シートは望ましい形に切断さ れ、ケーキ、パスタ、アントレ、調理済野菜等のような食品類のために広く使用 される自己保持性容器に形成される。一般に、シート（”sheet”）という用語 は、ここでは、それ自身の幅に比べて相対的に薄い厚さを有する、鋳造された或 は圧延された合金を表すのに使われ、通常、シート、プレート及びフォイルと呼 ばれる製造物を含む。 従来品の３００３アルミニウム合金は、この適用のために、広く使用されてい る。３００３合金を製造するための従来法は、マンガン含有アルミニウム合金の インゴットを直接冷硬鋳造〔”direct chill（ＤＣ）cast”〕し、殆どのマンガ ンが固溶体になるのに充分な温度で加熱することによってインゴットを均質化し 、冷却してからマンガンのかなりの部分が溶体から析出させる温度に維持し、イ ンゴットを設定した中間厚み規格に熱間圧延し、付加的ではあるが 、少なくとも何回かの冷間圧延パスの間に中間焼なましを伴って最終厚み規格に 冷間圧延し、その後、冷間圧延した合金シートを望ましい質別（Temper）に焼な ましすることである。この方法で製造された３００３合金の典型的な機械的性質 を、以下の表１に示す。； さらに、ＤＣ鋳造用３００３合金は、コイル間の一貫して再現可能な性質を考 慮して、最終焼なまし工程における変化に対して、比較的非感受的である。例え ば、様々な温度で焼なまししたＤＣ鋳造用３００３合金の性質の変化は、以下の 表２に示した。： これらの有用な性質の故に、ＤＣ鋳造用３００３合金は多数の使用目的を見い出 し、ＤＣ鋳造用３００３合金は、通常使用される合金である。３００３合金の典 型的な組成は、上限と下限を含めて、以下に示す通りである。： Ｃｕ： ０．１４（０．０５ − ０．２０）％ Ｆｅ： ０．６１（０．７ 最大）％ Ｍｎ： １．０８（１．０ − １．５）％ Ｓｉ： ０．２２（０．６ 最大）％ Ｚｎ： ０．００（０．１０ 最大）％ Ｔｉ： ０．００（０．１０ 最大）％ 残部： Ａｌと付随する不純物 この合金は分散硬化型合金の部類に属する。アルミニウム合金において、分 散硬化は、マトリックスから析出する微細な粒子を形成するために、アルミニウ ムと、又は合金系同士と化学的に結合する合金元素の添加によって成しうる。こ れらの微細な粒子は、転位の移動を阻止して硬化させるような方法で、結晶格子 中に均質に分散される。マンガンはそのような合金元素である。マンガンは溶体 アルミニウムには可溶であるが、固体アルミニウムには、非常に低い溶解度しか 有していない。そこで、３００３合金が鋳造後に冷却されると、ディスパーソイ ドが溶体中にＭｎの存在で生成する。ディスパーソイドは、ＭｎＡｌ₆とアルフ ァマンガン(Al₁₂Mn₃Si₂)の微細な粒子である。 これらのディスパーソイドの形成は、反応の遅い過程であり、実際、Ｍｎの６ ０％以上が、ＤＣ鋳造用３００３のインゴット薄片が固化した後の溶体中に残っ ている。均質化の過程で、ディスパーソイドは、平衡に達するまで、固溶体には いっていく傾向がある。その後の徐冷の過程で、ディスパーソイドは利用できる Ｍｎの約８０％から生成する。 一方、連続鋳造法は、冷却速度が一般的にＤＣ鋳造法によるよりもずっと早い ので、分散硬化合金のものとは実質的に異なる性質を有する製造物を製造するこ とができる。連続鋳造法はまた、この方法が一般のシート寸法により近い形状の 鋳造物を可能とし、最終厚み規格にするのに普通より少ない圧延しか必要とされ ないので、ＤＣ鋳造法よりも量産的であり得る。多くの連続鋳造方法と機械が、 特にシートに圧延するためアルミニウム合金の鋳造に今日、開発され、或は、商 業的に使われている。これらは、双ベルト鋳造機、双ロール鋳造機、ブロック鋳 造機、単一ロール鋳造機その他を含む。これらの鋳造機は、一般的に、５ｃｍ（ ２インチ）より薄い厚さで、鋳造機の設計幅と同じ幅でアルミニウム合金の連続 シートを鋳造することができる。任意的に、連続的に鋳造した合金は、連続熱間 圧延工程で、鋳造後により薄い厚み規格に圧延することもできる。シートはその 後、保管や貯蔵を容易にするためにコイルにすることもできる。続いて、シート は、任意に１回以上の中間焼なまし又は他の熱処理段階を伴って、最終厚み規格 に熱間又は冷間で圧延される。発明の開示 本発明は新アルミニウム合金及びその製造のための簡単な方法に関する。概し て言えば、その合金は、重量で０．１０％より多く０．２５％までの銅、重量で 少なくとも０．１０％で０．３０％より少ないマンガン、少なくとも０．４０％ で０．７０％までの鉄、重量で０．１０％より少ないシリコン及び随意で、０． １０％までのチタニウム（結晶微細化剤として）を、残部のアルミニウムと付随 してくる不純物とともに含む。 この合金は、均質化したＤＣ鋳造用３００３に非常に似た性質を有する製造物 を形成するために連続的に鋳造することができる。その方法は、連続鋳造するこ と（随意で、鋳造直後に連続熱間圧延することを含む）、鋳造シートを冷却する こと、最終厚み規格に冷間圧延すること、そして最後には、もし望むのであれば 、不完全に又は完全焼なましをすることを含む。この方法は、均質化、溶体化処 理或は中間焼なましのようなどんな中間熱処理も必要としない。従って、本発明 の方法は、３００３合金を製造するために従来から使用されてきたＤＣ鋳造経路 のように、一般に、少なくとも何らかの形の中間熱処理工程を含む殆どの従来の アルミニウムシート製造方法と比較して、より簡単であり、より量産的である。発明を実施するための最良の形態 従来の３００３合金組成物が、均質化せずに連続鋳造機で鋳造された時、Ｍｎ の殆どは固溶体中に残った。固溶体中のより多量のＭｎと、より少量のディスパ ーソイドの存在は、合金をより強化し成形性をより低下させる効果がある。固溶 体中のより多量のＭｎは、再結晶過程を遅らせる一方で、同時に、固溶体硬化に よって合金の強さを増加させると信じられている。ディスパーソイドは、圧延中 にピンとして働き結晶粒が再結晶化によりあまりに大きく成長するのを防止する 。より小さい粒子サイズは、一般に、より良い成形性に関連して いる。 ＤＣ鋳造用均質化３００３合金に似た性質を有する合金は、本発明の合金を連 続鋳造すること、及びそれをどんな熱処理も必要とせずに最終厚み規格にまで処 理することによって製造することができることが現在見い出されている。達成し た性質は、処理パラメータを変えることをせず或は製造される製造物に顕著な影 響が現れることもなく、本合金が３００３合金の現在の商業上の適用に直接代わ ることができる程、ＤＣ鋳造用均質化３００３に充分に似ている。 本合金は、銅を、重量で０．１０％より多く０．２５％まで、好ましくは０． １５％から０．２５％の量を含む。銅は合金の強さに寄与し、必要な強度を提供 するために、適切な量が存在しなければならない。また、これらの範囲内で、一 定の焼なまし温度での伸びにおけるいくらか有利な効果がみられ、それは銅によ るものである。これは、最終製造物に望ましい程度の成形性を提供する。過剰の 銅は、再利用して３００４−タイプ合金にするために使用済飲料缶スクラップと 、混合するには望ましくない合金を作るであろう。これは再利用のための合金の 価値を下げるだろう。 本発明の合金は、少なくとも０．１０％で０．３０％より少ないマンガンを含 む。好ましくは、マンガンのレベルは重量で約０．１０％から０．２０％の間に ある。マンガンのレベルは、必要な固溶体硬化をもたらすためにまさに適切であ る最小レベルが最適であり、それ以上の量ではなく、よってマンガンは次の工程 中に析出しないであろう。もしマンガンのレベルが既に述べたレベルを超えて増 加すれば、マンガンの一部は正確な処理条件に敏感な状況で処理中にディスパー ソイドを形成するであろうし、性質が焼なまし中に急速に予測し難く変わり、コ イル間の性質を再現することを難しくする結果となり得る。 本発明の合金における鉄レベルは、重量で約０．４０％から約０．７０％の間 に維持されるべきであり、好ましくは０．５０％以上、最も好ましくは０．６０ ％以上に維持される。鉄は最初にアルミニウムと反応して、反応中に結晶 粒成長を阻止するピンとして働くＦｅＡｌ₃粒子を形成する。これらの粒子は、 実際上、均質化したＤＣ鋳造用３００３合金に存在するＭｎＡｌ₆の代わりとな る。固溶体にはほんの僅しか鉄が存在しないので、マンガンと関係する問題は存 在しない。一般に、より高いレベルの鉄が本合金にとってより良い。しかしなが ら、これは、再利用において鉄のレベルがもたらす影響とバランスをとらなけれ ばならない。高銅合金のように、高鉄合金は再利用には価値のあるものではない 。なぜなら、再利用される金属において、全体の鉄レベルを減らすために原料低 鉄金属に混合しなければ価値ある低鉄合金にして再利用することはできないから である。特に、飲料缶シートは、現在、再利用アルミニウム合金の最も価値ある 利用法の一つであり、低鉄含有量物を必要とする。本発明の合金は、重量で０． １０％より少ないシリコンあるいは好ましくは０．０７％より少ないＳｉを含む 。シリコンは非合金アルミニウムに自然に生じる不純物であり、ある非合金アル ミニウムでは０．１０％を超えている。従って、本合金における使用のためには 高純度原料アルミニウムを選ぶことが必要となろう。シリコンはＦｅＡｌ₃粒子 と反応するのを避けるために、この低いレベルに維持しなければならない。この 反応は冷却中や焼なまし工程で起きる傾向があり、遅い再結晶化と、それによる より大きな結晶粒サイズと低い伸びを結果として生じ得る。ＦｅＡｌ₃粒子は、 粒の成長を阻止するピンとして働くので、本合金には望ましいものである。チタ ニウムは、随意に結晶微細化剤として０．１０％までの量が存在し得る。 合金の残部は、不純物を伴うアルミニウムである。たとえ鉄とシリコンが非合 金アルミニウムに普通に付随してくる不純物だとしても、それらは一般に本合金 で要求される割合では生じないことに注意すべきである。もしシリコンが充分に 低い含有量であれば、鉄も非常に低い傾向にあろうし、もし鉄が望ましい範囲内 にあれば、シリコンは一般的に非常に高いであろう。よって本合金を製造するの に、一般的に、相対的に低いレベルの不純物を伴う非合金アルミニウムを選ぶ必 要があり、合金中に望ましい鉄レベルをもたらすために鋳造前に 付加的な鉄を加える。 地金は特にこれらの目的に有用であり、典型的には次の組成を有する。（必要 な合金元素を添加する前）： Ｆｅ ＜ ０．７％ Ｓｉ ＜ ０．１％ Ｖ ＜ ０．０２％ Ｔｉ ＜ ０．０５％ 低Ｓｉ地金のさらなる選択は、よって、この合金の好ましい組成のために好適 な出発材料を提供する。合金を溶融して、組成物が先に述べた範囲内に調整され た後、本発明の合金は、シート製造物を作るのに適した連続鋳造機で鋳造される 。この鋳造方式は、相対的に広く、相対的に薄い合金の連続したシートを製造す る。シートは、少なくとも６１ｃｍ（２４インチ）幅のものが好ましく、幅２０ ３ｃｍ（８０インチ）かそれ以上のものでもよい。実際上、鋳造機の幅が、一般 に、鋳造用シートの幅を決定する。シートはまた、一般に、５ｃｍ（２インチ） より薄い厚さであり、好ましくは２．５ｃｍ（１インチ）より薄い厚さである。 シートが、鋳造直後にコイルにするか鋳造機がそのように準備されているなら、 連続熱間圧延工程後に直ぐにコイル状にするに充分に薄いことは有益である。 本発明の合金は、通常その後コイル状にされ、室温に冷却される。冷却後、合 金は最終厚み規格に冷間圧延される。冷間圧延は、１回以上行われる。本発明の 合金の１つの利点は、どんな種類の熱処理も鋳造と圧延して最終厚み規格にする 間には必要とされないことである。これは時間と費用を節約し、合金を製造する ためにより少ない資本投資しか必要としない。均質化は必要ではない。溶体化処 理は必要ではない。冷間圧延中パスの間に行われる中間焼なましは必要ではない 。実際、これらの熱処理は、最終的に製造された合金の性質を変 えることが見い出されているので、その合金は均質化したＤＣ鋳造用３００３合 金の性質にもはや似ていない。この形式で製造された本発明の合金製造物は、合 金の表面で測定したものが、７０×１０^-6ｍ（７０ミクロン）より小さい及び好 ましくは５０×１０^-6ｍ（５０ミクロン）より小さい”Ｏ”質別最終厚み規格に おける平均結晶粒サイズを達成する。”Ｏ”質別（完全焼なましした）は、（充 分に硬いＨ１９と不完全焼なまししたＨ２Ｘとともに）質別の一つであり、一般 的に、家庭用フォイル及び半硬質容器の用途に使われる。 本発明を、次にくる実施例を参照にしてより詳しく述べる。実施例は本発明の 範囲や概略を制限しようとするものではない。実施例 ５つの合金を双ベルト鋳造機で鋳造した。合金は残部がアルミニウムと付随し てくる不純物とともに表３に載せた元素を含んでいた。使用した鋳造機は実質上 米国特許４００８７５０に述べられたものである。鋳造したシートは、約１．６ ｃｍ（０．６２５インチ）の厚さを有し、すぐに連続的に約０．１５ｃｍ（０． ０６インチ）の厚さに熱間圧延された。 鋳造シートはその後コイルにされ、室温に冷却された。冷却後、コイル状シー トは、中間焼なましをせずに、従来のやり方で０．００８ｃｍ（０．００３イン チ）の最終厚み規格に冷間圧延された。 冷間圧延されたシートの部分は、種々の温度で、試験室において焼なましされ た。焼なましは１時間に５０℃の加熱速度でサンプルを加熱することによって行 われ、その後、サンプルを４時間の間、焼なまし温度で維持した。圧延のままの シート、種々の不完全焼なまししたシート、及び完全焼なましした（”Ｏ”質別 ）シートの性質を測定し、前に、同じテスト方法と装置を使って得られたＤＣ鋳 造用３００３合金の典型的な性質とともに表してある。”Ｏ”質別は、３５０℃ −４００℃で４時間の焼なましすることで製造された。測定した性質を以下の表 ４−７に示す。 合金Ｃはまた、中間焼なまし方法を使って調製された。これはストリップを中 間の厚さに冷間圧延し、４２５℃で２時間の焼なましをして、その後最終厚み規 格に冷間圧延することを含む。これは表４から６にＣ(int)として示されている 。 降伏強さと伸びをＡＳＴＭ試験方法Ｅ８によって測定した。オルゼン値は成形 性の尺度であり、きめ改良剤或は潤滑剤のようなどのような表面処理も施すこと なく、２．２ｃｍ（７／８インチ）のボールを有するDetroit Testing machine を使って測定した。結晶粒サイズはサンプルの表面で測定された。もし、値に幅 が示されておれば、その幅は種々の表面部位での粒サイズ測定値を表す。 サンプルＡとＢは過剰のマンガンを含み、表７で示したように、他のサンプ ルに対して及び３００３規格に対して大きな結晶粒を発現した。結果として、こ れらのサンプルは乏しい成形性を示す低いオルゼン値及び低い伸びを示した。サ ンプルＤは、あらゆる点でＤＣ鋳造用３００３とほとんど同じである。サンプル Ｅは、ＤＣ鋳造用３００３に似ており、非常に良い値だが、焼なまし温度でのオ ルゼン値の変化は、この組成物の性質を制御するのは多少難しいであろうという ことを示している。また多少低いオルゼン値は、成形性がサンプルＤや３００３ 規格ほどには良くないことを示している。これは、成形性試験中に確認され、こ の試験でサンプルＤがＤＣ鋳造用３００３と同じように成形性を示し、サンプル Ｅが殆どの形で良好な成形性を示したが、もっとも要求の高い形の形成では受け 入れられないものであった。サンプルＣはまたＤＣ鋳造用３００３に非常に良く 似ている。しかしながら、粒サイズはＤＣ鋳造用３００３より少し大きく、オル ゼン値は、少し低いが、成形性が少し低いことを示している。サンプルＣ(int) は、試験した他のサンプルより低い強さと成形性との性質を有し、中間焼なまし をしない好ましい処理経路がより良い性質を提供することを示している。 要約すると、本発明は新アルミニウム系合金組成物と低コストの製造方法を開 示している。本合金は、全ての質別において均質化したＤＣ鋳造用３００３合金 にすべての質別で似た性質を示し、ほとんどの用途において好ましい商業的代替 品となり得る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ナッドカルニ，サダシブ・カシナス アメリカ合衆国02173マサチューセッツ州 レキシントン、ケンドール・ロード 85 番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．合金が重量で少なくとも０．４で０．７％までの鉄、少なくとも０．１％で ０．３％より少ないマンガン、０．１％より多く０．２５％までの銅、０．１％ より少ないシリコン、随意に０．１％までのチタニウム、残部がアルミニウムと 付随する不純物を含むことを特徴とするアルミニウム系合金。 ２．合金が重量で０．１％までの量のチタニウムを含むことを特徴とする請求の 範囲１による合金。 ３．合金が０．０７％より少ない量のシリコンを含むことを特徴とする請求の範 囲１による合金。 ４．合金が少なくとも約０．５％の量の鉄を含むことを特徴とする請求の範囲１ による合金。 ５．合金が少なくとも約０．１５％の量の銅を含むことを特徴とする請求の範囲 １による合金。 ６．合金が少なくとも約０．５％の量の鉄を含むことを特徴とする請求の範囲３ による合金。 ７．合金が少なくとも約０．１５％の量の銅を含むことを特徴とする請求の範囲 ３による合金。 ８．合金が少なくとも約０．１５％の量の銅を含むことを特徴とする請求の範囲 ６による合金。 ９．合金が０．１％までの量のチタニウムを含むことを特徴とする請求の範囲８ による合金。 １０．合金が、”Ｏ”質別に焼なましした時、約７０×１０^-6ｍ（７０ミクロン ）より小さい平均結晶粒サイズを有することを特徴とする請求の範囲１による合 金。 １１．アルミニウム系合金を連続鋳造すること、合金を冷却すること、合金を冷 間圧延して所望の最終厚み規格を有するアルミニウム系合金のシートを形成する こと、及び、当該冷間圧延が完了した後アルミニウム系合金のシートを随意に焼 なましすること、から成るアルミニウム系合金シートを製造する方法であって、 アルミニウム系合金が、重量で少なくとも０．４％で０．７％までの鉄、少なく とも０．１％で０．３％より少ないマンガン、０．１％以上で０．２５％までの 銅、０．１％より少ないシリコン、及び、随意に０．１％までのチタニウム、残 部がアルミニウムと付随する不純物からなることを特徴とするアルミニウム系合 金のシートの製造方法。 １２．合金が鋳造後均質化されることを特徴とする請求の範囲１１による方法。 １３．アルミニウム系のシートが、”Ｏ”質別に焼なましした時、約７０×１０^-6 ｍ（７０ミクロン）より小さい平均結晶粒サイズを有することを特徴とする請 求の範囲１１による方法。 １４．冷間圧延が１パス以上行われることを特徴とする請求の範囲１１による方 法。 １５．アルミニウム系合金のシートが、冷間圧延のパス間で中間焼なましされな いことを特徴とする請求の範囲１４による方法。 １６．合金が、鋳造後でかつ最終厚み規格への冷間圧延前にどのような熱処理に も供されないことを特徴とする請求の範囲１１による方法。 １７．合金が、”Ｏ”質別に焼なましした時、約７０×１０^-6ｍ（７０ミクロン ）より小さい結晶粒サイズを有することを特徴とする請求の範囲１６による方法 。