JPWO2021130636A5

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Publication number: JPWO2021130636A5
Application number: JP2022538842A
Authority: JP
Publication date: 2023-03-07
Anticipated expiration: 2040-12-18

Description

工業規模では、アルミニウム合金の圧延シート品、圧延シェート品及び圧延プレート品、特に、２ＸＸＸ系、６ＸＸＸ系及び７ＸＸＸ系のアルミニウム合金の熱処理型アルミニウム合金の品を製造するプロセスまたは方法は、
（ｉ）好ましくは、鋳造前に、アルミニウム溶湯を脱ガス及びろ過してから、アルミニウム合金の圧延用鋳塊を鋳造するプロセス工程と、
（ｉｉ）その圧延用鋳塊を予備加熱及び／または均質化処理するプロセス工程と、
（ｉｉｉ）その鋳塊を熱間圧延して、中間圧延板厚または最終圧延板厚の圧延品にし、コイル状に巻き取るか、またはある長さに切断し、雰囲気温度まで冷却するプロセス工程と、
（ｉｖ）任意に、その熱間圧延品を最終圧延板厚まで冷間加工、例えば冷間圧延するプロセス工程と、
（ｖ）その圧延品の溶体化熱処理（「ＳＨＴ」）のために、雰囲気温度から目標溶体化熱処理温度まで加熱して、亜鉛、マグネシウム、マンガン及び銅のような可溶元素のできる限り全部または実質的に全部を固溶体にするプロセス工程と、
（ｖｉ）例えば、噴射焼き入れ、及び水またはその他の適切な焼き入れ剤における浸漬焼き入れのうちの１つによって、そのＳＨＴ圧延品を１７５℃以下の温度、好ましくは雰囲気温度まで急冷して、そのアルミニウム合金における副相の無制御な析出を防ぐかまたは最小限にするプロセス工程（さらに、エア及びエアジェットを用いてもよい）と、
（ｖｉｉ）任意に、ＳＨＴ及び冷却したその圧延品を延伸または圧縮して、応力を除去するとともに、圧延品の平坦性を向上させるプロセス工程と、
（ｖｉｉｉ）所望される熱処理型アルミニウム合金及び条件に応じて、例えば、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ７またはＴ８の条件まで、その圧延品に対して、時効処理、すなわち、自然時効処理もしくは人工時効処理、またはこれらを組み合わせた時効処理を行うプロセス工程と、
をこの順序で含む。

本明細書に記載されているのは、厚さが少なくとも１ｍｍである、熱処理型アルミニウム合金で作られたアルミニウム合金圧延品を製造する方法であって、熱処理型アルミニウム合金を半連続鋳造して、厚さが少なくとも２５０ｍｍである圧延用鋳塊にする工程と、その圧延用鋳塊を最高到達板温（ＰＭＴ）まで均質化処理し、それにより、前記アルミニウム合金において、ＤＳＣシグナルと関連付けられた比エネルギーが、絶対値で２Ｊ／ｇ未満となる工程と、その圧延用鋳塊を複数回の熱間圧延工程で熱間圧延して、最終圧延板厚が少なくとも１ｍｍである熱間圧延品にし、それにより、その圧延工程の最後の３回のうちの少なくとも１回における熱間圧延品の温度が、ＰＭＴから５０℃以上下回らない工程と、最終圧延板厚のその熱間圧延品を、熱間圧延機出側温度から１７５℃未満まで焼き入れする工程と、任意に、最終圧延板厚のその焼き入れ済みの熱間圧延品の応力を除去する工程と、任意に応力を除去した焼き入れ済みの熱間圧延品を時効処理する工程とを含む方法である。

例えば、７ＸＸＸ系アルミニウム合金のプレート品を製造するための、先行技術による方法の概略的なフローチャートを示している。第１の工程２０では、７ＸＸＸ系アルミニウム合金の圧延用原料を半連続鋳造法または連続鋳造法によって鋳造する。工程３０では、その圧延用鋳塊を、好ましくは４００℃～４８０℃の範囲の温度で、均質化処理及び／または予備加熱する。工程４０では、その圧延用鋳塊を熱間圧延して薄板化し、最後の熱間圧延スタンドから排出されたら、コイル状に巻き取り（薄板化品の場合）、雰囲気温度まで徐冷するか、または板厚の厚めの圧延品では、雰囲気温度まで徐冷し、ある長さに切断し、任意に、工程５０でさらに、冷間圧延して最終板厚にした後、ある長さに切断する。工程６０において、最終板厚で、その圧延品に、典型的には４００℃～４８０℃の範囲の温度で溶体化熱処理を施し、工程７０において焼き入れする。延伸操作８０では、その圧延品の応力を除去し、圧延品の平坦性を向上させてから、例えば、Ｔ７６５１の条件まで人工時効処理をすることによって、時効操作９０を行う。例えば、７ＸＸＸ系アルミニウム合金のプレート品を製造するための、本発明による方法の概略的なフローチャートを示している。第１の工程２０では、厚さが少なくとも２５０ｍｍである、７ＸＸＸ系アルミニウム合金の圧延用原料を半連続鋳造によって、好ましくはＤＣ鋳造によって鋳造する。工程３０で、その圧延用鋳塊を均質化処理する。工程４０で、その圧延用鋳塊を熱間圧延して、最終熱間圧延板厚が少なくとも１ｍｍである熱間圧延品にし、熱間圧延スタンドから排出されたら、工程４５において、１７５℃未満、好ましくは６０℃未満まで焼き入れする。その熱間圧延品には、その後、焼なましまたは溶体化熱処理を行わない。任意に、延伸操作８０において、その最終熱間圧延板厚の熱間圧延品の応力を除去し、圧延品の平坦性を向上させてから、例えば、当該技術分野において一般的な時効処理実施法を用いて、Ｔ７６５１の条件まで人工時効処理を行うことによって、時効操作９０を行う。

本明細書に記載されているのは、アルミニウム合金の圧延プレート品を製造する代替的な方法である。熱処理型アルミニウム合金で作られたアルミニウム合金圧延品、すなわち、本明細書に記載されているような厚さ（例えば、少なくとも１ｍｍ）であるシート、シェートまたはプレートを製造する方法を提供する本発明は、上記及びその他の目的及びさらなる利点を満たすか、またはそれらを超越するものであり、その方法は、
（ａ）厚さが少なくとも２５０ｍｍである圧延用鋳塊を半連続鋳造する工程と、
（ｂ）その圧延用鋳塊を最高到達板温（ピーク金属温度）（「ＰＭＴ」）で予備加熱及び／または均質化処理し、それにより、前記予備加熱及び／または均質化処理後の前記アルミニウム合金において、示差走査熱量測定（「ＤＳＣ」）シグナルと関連付けられた比エネルギーが、絶対値で２Ｊ／ｇ未満となる工程と、
（ｃ）その圧延用鋳塊を、好ましくは複数回の熱間圧延工程で熱間圧延して、最終圧延板厚が少なくとも１ｍｍである熱間圧延品にし、それにより、その圧延工程または圧延パスの最後の３回のうちの少なくとも１回における熱間圧延品の温度が、ＰＭＴから５０℃以上下回らない工程と、
（ｄ）最終熱間圧延板厚のその熱間圧延品を、熱間圧延機出側温度から１７５℃未満、好ましくは１００℃未満、最も好ましく６０℃未満まで焼き入れする工程と、
（ｅ）任意に、最終熱間圧延板厚のその焼き入れ済みの熱間圧延品の応力を除去する工程と、
（ｆ）任意に応力を除去した焼き入れ済みの熱間圧延品を時効処理、すなわち、自然時効処理または人工時効処理する工程と、
をこの順序で含む。

アルミニウム合金は、半連続鋳造法、例えば、ダイレクトチル（ＤＣ）鋳造、電磁鋳造（ＥＭＣ）鋳造及び電磁撹拌（ＥＭＳ）鋳造によって、圧延品に加工するための鋳塊またはスラブとして提供する。好ましい実施形態では、その半連続鋳造は、圧延用鋳塊のＤＣ鋳造によるものである。その半連続鋳造による圧延用鋳塊は、厚さが少なくとも２５０ｍｍ、好ましくは約３５０ｍｍ超である。その最大厚さは、約８００ｍｍ、好ましくは約６００ｍｍである。それよりもかなり板厚が薄い、連続鋳造による鋳塊（例えば、最大で約４０ｍｍ）を使用するのと比べて、少なくとも２５０ｍｍという厚い板厚である、半連続鋳造による圧延用鋳塊から開始することにより、圧延品の変形度合いが大きくなり、例えば構成粒子が微細化されて、最終調質まで時効処理したときに、強度が増し、損傷許容性特性が向上する。また、変形度合いが大きくなることで、脱ガス操作及びろ過操作後に、鋳造したままの構造内の酸化物が依然として存在するような場合には、その酸化物のいずれも良好に破壊され、そのサイズが顕著に小さくなる。当該技術分野において知られているように、チタン及びホウ素、またはチタン及び炭素を含むような細粒化剤を用いてもよい。そのアルミニウム合金におけるＴｉ含有率は、最大で０．１５％、例えば、０．０１％～０．１％の範囲である。任意に、特に、高合金化度の２ＸＸＸ系アルミニウム合金及び７ＸＸＸ系アルミニウム合金では、半連続鋳造による圧延用鋳塊を、例えば、約２７５℃～４５０℃の範囲の温度、例えば約３００℃～４００℃に、最長で約２４時間、例えば１０～２０時間保ち、好ましくはその後に、雰囲気温度まで徐冷することによって、その鋳塊の応力を除去する。その圧延用鋳塊の半連続鋳造後、一般的に、圧延用鋳塊を面削して、鋳塊の鋳肌に近い偏析部分を取り除き、圧延用鋳塊の平坦性及び表面品質を向上させる。

一実施形態では、特に、２ＸＸＸ系及び７ＸＸＸ系のアルミニウム合金において、熱間圧延及び焼き入れを行った、最終圧延板厚の圧延材の応力を除去してよい。応力除去は、冷間圧延、延伸、レベリングまたは圧縮によって行うことができる。

一実施形態では、工程（ｅ）における応力除去と、圧延品の平坦性向上は、冷間圧延率を冷間圧延操作前の元の厚さの５％未満にすることによって、冷間圧延、好ましくは雰囲気温度での冷間圧延によって行う。好ましくは、その冷間圧延率は、その元の厚さの３％未満、より好ましくは１％未満である。本発明による方法におけるこの目的以外では、さらなる冷間圧延工程または冷間圧延操作は、アルミニウム合金圧延品に対して行わない。

別の実施形態では、工程（ｅ）での応力除去は、その元の長さの約０．１％～５％の範囲のレベリングによって行って、その残留応力を除去するとともに、その圧延品の平坦性を向上させる。好ましくは、レベリングは、約０．１％～２％、より好ましくは、約０．１％～１．５％の範囲である。好ましくは、そのレベリング操作は、雰囲気温度で行う。

好ましい実施形態では、工程（ｅ）での応力除去は、その元の長さの約０．５％～８％の範囲で延伸することによって行って、その残留応力を除去するとともに、その圧延品の平坦性を向上させる。好ましくは、その延伸は、約０．５％～６％、より好ましくは、約１％～３％の範囲である。好ましくは、その延伸操作は、雰囲気温度で行う。

３５０℃で約１２時間均熱化してから、雰囲気温度まで冷却することによって、鋳造した鋳塊の応力を除去した。

鋳造したままの状態での応力除去済み試料のＤＳＣ測定は、ＴＡＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ９１０ＤＳＣという装置で、試験片が最終的に溶融するまで、室温から、２０℃／分という標準的な昇温速度で行った。この測定により、４８２℃における共晶相溶融ピークが１８．７Ｊ／ｇ、４８８℃におけるＳ相溶融ピークが０．３Ｊ／ｇ、５４２℃におけるＭｇ_２Ｓｉ相溶融ピークが０．５Ｊ／ｇ、合計が１９．５Ｊ／ｇであることが示された。

実例
実例１は、厚さが少なくとも１ｍｍである、熱処理型アルミニウム合金で作られたアルミニウム合金圧延品を製造する方法であって、（ａ）熱処理型アルミニウム合金を半連続鋳造して、厚さが少なくとも２５０ｍｍである圧延用鋳塊にする工程と、（ｂ）その圧延用鋳塊を最高到達板温（ＰＭＴ）まで予備加熱及び／または均質化処理し、それによって、前記アルミニウム合金において、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）シグナルと関連付けられた比エネルギーが、絶対値で２Ｊ／ｇ未満となる工程と、（ｃ）その圧延用鋳塊を、複数回の熱間圧延工程で熱間圧延して、最終圧延板厚が少なくとも１ｍｍである熱間圧延品にし、それによって、その圧延工程の最後の３回のうちの少なくとも１回における熱間圧延品の温度が、ＰＭＴ（℃）から５０℃以上下回らない工程と、（ｄ）最終圧延板厚のその熱間圧延品を、熱間圧延機出側温度から１７５℃未満まで焼き入れする工程と、（ｅ）任意に、最終圧延板厚のその焼き入れ済みの熱間圧延品の応力を除去する工程と、（ｆ）任意に応力を除去した焼き入れ済みの熱間圧延品を時効処理する工程とを含む方法である。

実例９は、工程（ｅ）で、その応力除去が、その元の長さの約０．５％～８％の範囲で、好ましくは、その元の長さの約０．５％～６％の範囲で延伸することによるものである、いずれかの先行または後掲の実例に記載の方法である。

Claims

厚さが少なくとも１ｍｍである、熱処理型アルミニウム合金で作られたアルミニウム合金圧延品を製造する方法であって、
（ａ）熱処理型アルミニウム合金を半連続鋳造して、厚さが少なくとも２５０ｍｍである圧延用鋳塊にする工程と、
（ｂ）前記圧延用鋳塊を最高到達板温（ＰＭＴ）まで予備加熱及び／または均質化処理し、それにより、前記アルミニウム合金において、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）シグナルと関連付けられた比エネルギーが、絶対値で２Ｊ／ｇ未満となる工程と、
（ｃ）前記圧延用鋳塊を複数回の熱間圧延工程で熱間圧延して、最終圧延板厚が少なくとも１ｍｍである熱間圧延品にし、それにより、前記圧延工程の最後の３回のうちの少なくとも１回における前記熱間圧延品の温度が、ＰＭＴ（℃）と［ＰＭＴ（℃）－５０℃］との間である工程であって、
アルミニウム合金を、アルミニウム合金の溶体化熱処理に使用される範囲の温度としながら、熱間圧延の全部または少なくとも相当な部分が行われるようにする工程と、
（ｄ）最終圧延板厚の前記熱間圧延品を熱間圧延機出側温度から１７５℃未満まで焼き入れする工程と、
（ｅ）任意に、最終圧延板厚の焼き入れ済みの前記熱間圧延品の応力を除去する工程と、
（ｆ）任意に応力を除去した前記焼き入れ済みの熱間圧延品を時効処理する工程と、
を含む前記方法。
前記工程（ｃ）で熱間圧延して、最終熱間圧延板厚にした後に、いずれの溶体化熱処理も含まない、請求項１に記載の方法。
前記工程（ｄ）での前記焼き入れを少なくとも前記最後の熱間圧延工程とインラインで行う、請求項１または２に記載の方法。
前記アルミニウム合金を、２ＸＸＸ系、６ＸＸＸ系及び７ＸＸＸ系のアルミニウム合金の群から選択する、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
前記アルミニウム合金において、ＤＳＣシグナルと関連付けられた比エネルギーが、絶対値で１．０Ｊ／ｇ未満である、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
２ＸＸＸ系及び７ＸＸＸ系のアルミニウム合金品の場合に、前記ＰＭＴが、所定のアルミニウム合金の初期溶融温度から、１５℃以上下回らない、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
熱間圧延機入側温度が、前記アルミニウム合金の前記ＰＭＴから４０℃以上下回らない温度範囲である、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
最終圧延板厚の前記熱間圧延品の熱間圧延機出側温度が、前記アルミニウム合金の前記ＰＭＴから４０℃以上下回らない温度範囲である、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
前記工程（ｅ）で、応力除去が、その元の長さの０．５％～８％の範囲で延伸することによるものである、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
最終熱間圧延板厚の前記熱間圧延品が、５ｍｍ以上である、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
前記工程（ｃ）で、前記圧延用鋳塊を第１のセットの熱間圧延工程で熱間圧延して、中間熱間圧延板厚にしてから、中間加熱工程を行った後、第２のセットの熱間圧延工程で熱間圧延して、少なくとも１ｍｍの最終熱間圧延板厚にする、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
前記中間加熱工程が、前記アルミニウム合金の前記ＰＭＴから４０℃以上下回らない範囲の温度までである、請求項１１に記載の方法。
前記アルミニウム合金が、重量％で、
Ｃｕ：１．９％～７％、
Ｍｇ：０．３％～２％、
Ｍｎ：最大で１．２％、
Ｓｉ：最大で０．４％、
Ｆｅ：最大で０．４％、
Ｃｒ：最大で０．３５％、
Ｚｎ：最大で０．４％、
Ｔｉ：最大で０．１５％、
Ｚｒ：最大で０．２５、
Ｖ：最大で０．２５％、
残部：アルミニウム及び不純物、
を含む組成を有する２ＸＸＸ系アルミニウム合金である、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
前記アルミニウム合金が、重量％で、
Ｓｉ：０．２％～１．７％、
Ｍｇ：０．１％～１．５％、
Ｆｅ：最大で０．５％、
Ｃｕ：最大で１．０％、
Ｍｎ：最大で１．０％、
Ｃｒ：最大で０．３％、
Ｔｉ：最大で０．１５％、
Ｚｎ：最大で１．０％、
残部：アルミニウム及び不純物、
を含む組成を有する６ＸＸＸ系アルミニウム合金である、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。
前記アルミニウム合金が、重量％で、
Ｚｎ：４％～９．８％、
Ｍｇ：１％～３％、
Ｃｕ：最大で２．５％、
任意に、Ｚｒ：最大で０．３％、Ｃｒ：最大で０．３％、Ｍｎ：最大で０．４５％、Ｔｉ：最大で０．１５％、Ｓｃ：最大で０．５％、Ａｇ：最大で０．５％からなる群から選択した１つ以上の元素、
Ｆｅ：最大で０．３％、
Ｓｉ：最大で０．３％、
不純物及び残部のアルミニウム、
を含む組成を有する７ＸＸＸ系アルミニウム合金である、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法。