KR20170118846A - 고도로 조형된 포장 제품용 알루미늄 합금 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

고도로 조형된 포장 제품용 알루미늄 합금 및 이를 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 병 및 캔과 같은 포장 제품을 제조하기 위한 성형 가능한 강한 신규 알루미늄 합금에 관한 것이다.

Description

고도로 조형된 포장 제품용 알루미늄 합금 및 이를 제조하는 방법
관련 출원에 대한 교차 참조
본원은 본 명세서에서 그 전체가 참고로 편입되어 있는, 2015년 3월 13일에 출원된 미국 가특허출원 제62/132,534호의 이익을 주장한다.
본 발명은 병을 포함하는 포장 제품을 제조하기 위한 새로운 알루미늄 합금 및 이러한 합금을 제조하는 방법을 제공한다.
알루미늄 병을 형성하는 데 사용되는 합금에 대한 몇 가지 요건, 즉, 합금 성형성, 병 강도, 이어링(earing) 및 합금 비용이 있다. 병을 형성하기 위한 현재의 합금은 이러한 모든 요건을 충족시킬 수는 없다. 일부 합금은 좋은 성형성을 가지지만, 낮은 강도를 가지고; 충분한 강도를 가지는 다른 합금은 성형성이 나쁘다. 더구나, 현재의 병 합금은 주조시 많은 양의 프라임(prime) 알루미늄을 사용하여, 생산비가 비싸고 지속 불가능하다.
고도로 조형된 캔 및 병을 제조하는 데 사용되는 고도로 성형 가능한 합금이 바람직하다. 조형된 병의 경우, 제조 공정은 전형적으로 드로잉 및 월 아이어닝(drawing and wall ironing (D&I)) 공정을 사용하여 실린더를 우선 제조하는 것을 포함한다. 그 다음, 생성된 실린더는 예를 들어 몸체 전체 넥킹(full-body necking) 단계 또는 다른 기계적 조형(shaping)의 절차 또는 이들 공정의 조합을 사용하여 병 모양으로 성형된다. 이러한 공정 또는 공정의 조합에 사용되는 임의의 합금에 대한 요구는 복잡하다. 따라서, 병 조형 공정을 위한 기계적 조형 동안 높은 수준의 변형을 유지할 수 있고, 시작 원통형 예비 성형품을 제조하는 데 사용되는 D&I 공정에서 잘 작동되는 합금이 필요하다. 또한, 현재의 캔 몸체 합금 AA3104에 의해 입증된 것과 같이, 높은 속도 및 수준의 조업성에서 합금으로부터 예비 성형품을 제조하는 방법이 필요하다. AA3104는 주조 동안 형성되고, 균질화 및 압연 동안 변형되는 거친 금속간 입자의 고 부피 분율을 함유한다. 이러한 입자는 D&I 공정 동안 다이 세정에 중요한 역할을 하고, 다이 상에서 임의의 알루미늄 또는 산화알루미늄이 쌓이는 것을 제거하는 것을 도우며, 이것은 금속 표면의 외관과 시트의 조업성 둘 다를 향상시킨다.
합금의 다른 요건은 현 시대의 알루미늄 병보다 낮은 중량으로 기계적 성능(예를 들어, 최종 조형 제품에서의 칼럼 강도, 강성도, 및 최소 바닥 돔 역압력)에 대한 목표를 충족시키는 병을 생성하는 것이 가능해야 한다는 것이다. 설계를 크게 변경하지 않고 더 낮은 중량을 달성하기 위한 유일한 방법은 병의 두께를 줄이는 것이다. 이로 인해 기계적 성능 요건을 충족시키는 것이 훨씬 더 어려워진다.
다른 요건은 고속으로 병을 성형하는 능력이다. 상업적 생산에서 높은 처리량(예를 들어, 분당 1000병)을 달성하기 위해서, 병의 조형은 매우 짧은 시간 내에 완료되어야 한다. 또한 재활용 알루미늄 금속 스크랩을 병에 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 알루미늄 병 적용을 위한 새로운 알루미늄 합금 시스템에 관한 것이다. 합금의 화학적 성질 및 제조 공정 모두 알루미늄 병의 고속 생산에 최적화되었다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하고, 바람직한 강도, 성형성 및 높은 함량의 재활용 알루미늄 금속 스크랩을 갖는 합금을 제공한다. 재활용 금속의 함량이 높을수록 프라임 알루미늄의 함량 및 생산 비용이 감소된다. 이러한 합금은 비교적 높은 변형 요건, 비교적 복잡한 형상, 가변 강도 요건 및 높은 재활용 물질 함량을 갖는 병 및 캔과 같은 포장 제품을 제조하는 데 사용된다. 다양한 측면에서, 합금은 적어도 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 82 중량%, 85 중량%, 90 중량%, 또는 95 중량%의 재활용 물질 함량을 포함한다. 본 명세서에 기재된 합금은 열처리 가능하지만, 코팅/페인트 경화와 동시에 석출 경화가 달성되므로, 기존의 병 성형 라인에 최소한의 영향을 미치거나 전혀 영향을 미치지 않는다. 본 명세서에 기재된 합금은 재활용 알루미늄 스크랩의 함량이 높게 제조될 수 있기 때문에, 생산 공정이 매우 경제적이고 지속 가능하다.
합금
한 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 3 중량%의 Mg, 0.1 내지 1.5 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다. 본 명세서에서, 모든 백분율은 중량 퍼센트(중량%)로 표현된다.
한 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.5 내지 3 중량%의 Mg, 0.1 내지 1.5 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.8 내지 1.5 중량%의 Mn, 0.6 내지 1.3 중량%의 Mg, 0.4 내지 1.0 중량%의 Cu, 0.3 내지 0.6 중량%의 Fe, 0.15 내지 0.5 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소에 대해 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.9 내지 1.4 중량%의 Mn, 0.65 내지 1.2 중량%의 Mg, 0.45 내지 0.9 중량%의 Cu, 0.35 내지 0.55 중량%의 Fe, 0.2 내지 0.45 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.95 내지 1.3 중량%의 Mn, 0.7 내지 1.1 중량%의 Mg, 0.5 내지 0.8 중량%의 Cu, 0.4 내지 0.5 중량%의 Fe, 0.25 내지 0.4 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
한 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 1.0 중량%의 Mg, 0.1 내지 1 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.8 내지 1.5 중량%의 Mn, 0.2 내지 0.9 중량%의 Mg, 0.3 내지 0.8 중량%의 Cu, 0.3 내지 0.6 중량%의 Fe, 0.15 내지 0.5 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.9 내지 1.4 중량%의 Mn, 0.25 내지 0.85 중량%의 Mg, 0.35 내지 0.75 중량%의 Cu, 0.35 내지 0.55 중량%의 Fe, 0.2 내지 0.45 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성물은 0.95 내지 1.3 중량%의 Mn, 0.3 내지 0.8 중량%의 Mg, 0.4 내지 0.7 중량%의 Cu, 0.4 내지 0.5 중량%의 Fe, 0.25 내지 0.4 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 1.5 중량%의 Mg, 0.1 내지 1.5 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 1.0 중량%의 Mg, 0.1 내지 1.0 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 0.8 중량%의 Mg, 0.1 내지 0.8 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 0.6 중량%의 Mg, 0.1 내지 0.6 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
합금 제조 방법
한 측면에서, 합금은 직접 냉각 (DC) 주조, 균질화, 열간 압연, 선택적 배치 어닐링, 및 냉간 압연을 포함하는 열기계적 공정으로 제조된다.
DC 주조 단계에서, 크기 및 밀도 면에서 1차 금속간 입자의 형성을 제어하기 위해 특정 주조 속도가 적용된다. 주조 속도의 바람직한 범위는 50 내지 300 mm/분이다. 이 단계는 거친 금속간 입자에 의해 촉진되는 금속 파괴의 경향을 최소화하는 최종 시트 내의 최적 입자 구조를 생성한다.
균질화 단계에서, 잉곳은 (바람직하게는 약 20℃ 내지 약 80℃/시간의 속도로) 약 630℃ 미만(바람직하게는 약 500℃ 내지 약 630℃의 범위 이내)까지 가열되고, 1 내지 6시간 동안 침지되며, 선택적으로, 약 400℃ 내지 약 550℃의 범위 이내까지 냉각되고, 8 내지 18시간 침지되는 단계를 포함한다.
열간 압연 단계에서, 균질화된 잉곳은 약 400℃ 내지 약 580℃의 온도 범위 이내에 놓여지고, 브레이크-다운 압연되고, 약 1.5 mm 내지 약 3 mm의 게이지 범위로 열간 압연되고, 자체-어닐링을 위해 약 250℃ 내지 약 380℃의 온도 범위 내에서 권취된다.
선택적 배치 어닐링에서, 핫 밴드(HB) 코일은 약 250℃ 내지 약 450 ℃의 범위 내에서 1 내지 4시간 동안 가열된다.
냉간 압연 공정 단계에서, HB는 H19 템퍼에서 최종 게이지 병 스톡으로 냉간 압연된다. 냉간 압연 단계에서 감소율은 약 65% 내지 약 95%이다. 최종 게이지는 병 디자인에 따라 조정될 수 있다. 한 측면에서 최종 게이지 범위는 0.2 mm 내지 0.8 mm이다.
또 다른 측면에서, 본 명세서에 기재된 합금은 DC 주조, 균질화, 열간 압연, 선택적 배치 어닐링, 냉간 압연, 플래시 어닐링 및 마무리 냉간 압연에 의해 제조된다.
균질화 단계에서, 잉곳은 약 20℃ 내지 약 80℃/시간의 속도로 약 630℃ 미만(바람직하게는 약 500℃ 내지 약 630℃의 범위 이내)까지 가열되고, 1 내지 6시간 동안 침지되며, 선택적으로, 약 400℃ 내지 약 550℃의 범위 이내까지 냉각되고, 8 내지 18시간 침지되는 단계를 포함한다.
열간 압연 단계에서, 균질화된 잉곳은 약 400℃ 내지 약 580℃의 온도 범위 이내에 놓여지고, 브레이크-다운 압연되고, 약 1.5 mm 내지 약 3 mm의 게이지 범위로 열간 압연되고 약 250℃ 내지 약 380℃의 온도 범위 내에서 권취된다.
선택적 배치 어닐링에서, HB 코일은 약 250℃ 내지 약 450 ℃의 범위 내에서 1 내지 4시간 동안 가열된다.
냉간 압연 공정 단계에서, HB는 최종 병 스톡보다 약 10 내지 40% 더 두꺼운 인터-어닐링 게이지로 냉간 압연된다.
플래시 어닐링 단계(H191 템퍼)에서, 냉간 압연된 시트는 최대 약 10분 동안 약 100℃/초 내지 약 300℃/초의 가열 속도로 약 400℃ 내지 약 560℃의 범위 이내까지 가열되고 그 다음, 공기 담금질 또는 물/용액 담금질에 의해 약 100℃/초 내지 약 300℃/초의 급속 냉각 속도로 100℃ 미만의 온도까지 급냉된다. 이 단계는 대부분의 용액 요소를 매트릭스 내로 다시 용해시킬 수 있고 입자 구조를 더 제어한다.
마무리 냉간 압연 단계에서, 어닐링된 시트는 짧은 시간 범위(바람직하게는 약 30분 미만, 약 10분 내지 약 30분, 또는 약 10분 미만)내에 최종 게이지로 10 내지 40 % 감소되도록 냉간 압연된다. 이 단계는 1) 공격자점(vacancy)을 없애고, 원소 확산을 억제하여 합금을 안정화시키고, 자연 시효를 최소화하거나 지연시키는 것; 2) 병 성형 공정에서 원소 확산을 촉진시키는 고밀도 전위를 시트에 발생시키는 것; 및 3) 시트를 가공 경화시키는 것과 같은 여러 가지 효과를 가진다. 항목 1 및 2는 병 성형에서의 성형성 및 최종 병 강도를 확보할 것이다. 항목 2 및 3은 돔 역압력을 확보하는데 기여할 것이다.
병/캔 적용을 위한 시트 제품은 H191 + 마무리 냉간 압연 상태로 전달될 수 있다.
병은 블랭킹, 컵핑, 드로잉 및 아이어닝(D&I), 세척 및 건조, 코팅/장식 및 경화, 성형, 추가 조형(네킹(necking), 스레딩(threading) 및 컬링(curling))으로 구성된 병 성형 공정으로 제조될 수 있다.
본 명세서에 기재된 합금은 고도로 조형된 병, 캔, 전자 디바이스 예컨대, 배터리 캔, 케이스 및 프레임 등을 제조하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 목적과 이점은 첨부 도면과 함께 취해진 하기 본 발명의 측면의 요약 및 상세한 설명으로부터 명백해 질 것이다.
도 1은 본 명세서에 기재된 합금의 열기계적 공정의 개략도이다.
도 2는 본 명세서에 기재된 합금을 사용하여 병과 캔을 성형하기 위한 공정의 개략도이다.
도 3은 본 명세서에 기재된 합금의 열기계적 공정의 개략도이다.
도 4는 본 명세서에 기재된 합금을 사용하여 병과 캔을 형성하기 위한 두 가지 공정의 개략도이다. H1, H2, H3은 이 도면에서 바로 아래에 있는 박스에서 일어나는 가열 단계를 나타낸다.
정의 및 설명
본 명세서에서 사용된 용어 "발명", "상기 발명", "이 발명" 및 "본 발명"은 본 특허 출원의 요지 및 하기의 청구범위 모두를 광범위하게 지칭하는 것으로 의도된다. 이러한 용어를 포함하는 내용은 본 명세서에 기재된 요지를 제한하거나 하기 특허 청구범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해해야 한다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 관사의 의미는 문맥이 달리 지시하지 않는 한 단수 및 복수의 언급을 포함한다.
본 출원에서 합금 템퍼 또는 조건을 참조한다. 가장 일반적으로 사용되는 합금 템퍼 설명에 대한 이해를 돕기 위해, "American National Standards (ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems"를 참조한다.
하기 알루미늄 합금은 그 원소 조성의 관점에서 합금의 총 중량을 기준으로 한 중량 백분율(중량%)로 기재된다. 각 합금의 특정 측면에서, 잔부는 불순물의 총합이 최대 0.15%의 중량%인 알루미늄이다.
한 측면에서 본 발명은 병 및 캔과 같은 고도로 조형된 포장 제품을 제조하기 위한, 성형가능한 강한 신규 알루미늄 합금에 관한 것이다. 성형 및 추가 조형 공정에서, 금속은 성형성 및 강도의 양호한 조합을 나타낸다.
한 측면에서, 본 발명은 이러한 제품의 제조에 최적화된 화학적 성질 및 제조 공정을 제공한다. 본 명세서에 기재된 합금은 하기의 특정 화학 조성 및 성질을 갖는다.
합금
특정 측면에서, 개시된 합금은 0.1 % 내지 1.6 % (예를 들어, 0.8 % 내지 1.6 %, 0.9 % 내지 1.6 %, 0.95 % 내지 1.6 %, 0.1 % 내지 1.5 %, 0.8 % 내지 1.5 %, 0.9 % 내지 1.5 %, 0.95 % 내지 1.5 %, 0.1 % 내지 1.4 %, 0.8 % 내지 1.4 %, 0.9 % 내지 1.4 %, 0.95 % 내지 1.4 %, 0.1 % 내지 1.3 %, 0.8 % 내지 1.3 %, 0.9 % 내지 1.3 %, 0.95 % 내지 1.3 %)의 양으로 망간(Mn)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.1 %, 0.2 %, 0.3 %, 0.4 %, 0.5 %, 0.6 %, 0.7 %, 0.8 %, 0.9 %, 0.95 %, 1.0 %, 1.1 %, 1.2 %, 1.3 %, 1.4 %, 1.5 %, 또는 1.6 %의 Mn을 포함할 수 있다. 모두 중량%로 표시된다.
특정 측면에서, 개시된 합금은 0.1 % 내지 3 % (예를 들어, 0.2 % 내지 3.0 %, 0.25 % 내지 3.0 %, 0.3 % 내지 3.0 %, 0.5 % 내지 3.0 %, 0.6 % 내지 3.0 %, 0.65 % 내지 3.0 %, 0.7 % 내지 3.0 %, 0.1 % 내지 1.5 %, 0.2 % 내지 1.5 %, 0.25 % 내지 1.5 %, 0.3 % 내지 1.5 %, 0.5 % 내지 1.5 %, 0.6 % 내지 1.5 %, 0.65 % 내지 1.5 %, 0.7 % 내지 1.5 %, 0.1 % 내지 1.3 %, 0.2 % 내지 1.3 %, 0.25 % 내지 1.3 %, 0.3 % 내지 1.3 %, 0.5 % 내지 1.3 %, 0.6 % 내지 1.3 %, 0.65 % 내지 1.3 %, 0.7 % 내지 1.3 %, 0.1 % 내지 1.2 %, 0.2 % 내지 1.2 %, 0.25 % 내지 1.2 %, 0.3 % 내지 1.2 %, 0.5 % 내지 1.2 %, 0.6 % 내지 1.2 %, 0.65 % 내지 1.2 %, 0.7 % 내지 1.2 %, 0.1 % 내지 1.1 %, 0.2 % 내지 1.1 %, 0.25 % 내지 1.1 %, 0.3 % 내지 1.1 %, 0.5 % 내지 1.1 %, 0.6 % 내지 1.1 %, 0.65 % 내지 1.1 %, 0.7 % 내지 1.1 %, 0.1 % 내지 1.0 %, 0.2 % 내지 1.0 %, 0.25 % 내지 1.0 %, 0.3 % 내지 1.0 %, 0.5 % 내지 1.0 %, 0.6 % 내지 1.0 %, 0.65 % 내지 1.0 %, 0.7 % 내지 1.0 %, 0.1 % 내지 0.9 %, 0.2 % 내지 0.9 %, 0.25 % 내지 0.9 %, 0.3 % 내지 0.9 %, 0.5 % 내지 0.9 %, 0.6 % 내지 0.9 %, 0.65 % 내지 0.9 %, 0.7 % 내지 0.9 %, 0.1 % 내지 0.85 %, 0.2 % 내지 0.85 %, 0.25 % 내지 0.85 %, 0.3 % 내지 0.85 %, 0.5 % 내지 0.85 %, 0.6 % 내지 0.85 %, 0.65 % 내지 0.85 %, 0.7 % 내지 0.85 %, 0.1 % 내지 0.8 %, 0.2 % 내지 0.8 %, 0.25 % 내지 0.8 %, 0.3 % 내지 0.8 %, 0.5 % 내지 0.8 %, 0.6 % 내지 0.8 %, 0.65 % 내지 0.8 %, 0.7 % 내지 0.8 %, 0.1 % 내지 0.6 %, 0.2 % 내지 0.6 %, 0.25 % 내지 0.6 %, 0.3 % 내지 0.6 %, 0.5 % 내지 0.6 %, 0.6 % 내지 0.6 %, 0.65 % 내지 0.6 %, 0.7 % 내지 0.6 %)의 양으로 마그네슘(Mg)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.1 %, 0.2 %, 0.25 %, 0.3 %, 0.4 %, 0.5 %, 0.6 %, 0.65 %, 0.7 %, 0.8 %, 0.85 %, 0.9 %, 0.95 %, 1.0 %, 1.1 %, 1.2 %, 1.3 %, 1.4 %, 1.5 %, 1.6 %, 1.7 %, 1.8 %, 1.9 %, 2.0 %, 2.1 %, 2.2 %, 2.3 %, 2.4 %, 2.5 %, 2.6 %, 2.7 %, 2.8 %, 2.9 %, 또는 3.0 %의 Mg을 포함할 수 있다. 모두 중량%로 표시된다.
특정 측면에서, 개시된 합금은 0.1 % 내지 1.5 % (예를 들어, 0.3 % 내지 1.5 %, 0.35 % 내지 1.5%, 0.4 % 내지 1.5 %, 0.45 % 내지 1.5%, 0.5 % 내지 1.5 %, 0.1 % 내지 1.0 %, 0.3 % 내지 1.0 %, 0.35 % 내지 1.0%, 0.4 % 내지 1.0 %, 0.45 % 내지 1.0%, 0.5 % 내지 1.0 %, 0.1 % 내지 0.9 %, 0.3 % 내지 0.9 %, 0.35 % 내지 0.9%, 0.4 % 내지 0.9 %, 0.45 % 내지 0.9%, 0.5 % 내지 0.9 %, 0.1 % 내지 0.8 %, 0.3 % 내지 0.8 %, 0.35 % 내지 0.8%, 0.4 % 내지 0.8 %, 0.45 % 내지 0.8%, 0.5 % 내지 0.8 %, 0.1 % 내지 0.75 %, 0.3 % 내지 0.75 %, 0.35 % 내지 0.75%, 0.4 % 내지 0.75 %, 0.45 % 내지 0.75%, 0.5 % 내지 0.75 %, 0.1 % 내지 0.7 %, 0.3 % 내지 0.7 %, 0.35 % 내지 0.7%, 0.4 % 내지 0.7 %, 0.45 % 내지 0.7%, 0.5 % 내지 0.7 %, 0.1 % 내지 0.6 %, 0.3 % 내지 0.6 %, 0.35 % 내지 0.6%, 0.4 % 내지 0.6 %, 0.45 % 내지 0.6%, 0.5 % 내지 0.6 %)의 양으로 구리(Cu)를 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.1 %, 0.2 %, 0.3 %, 0.35 % 0.4 %, 0.45 %, 0.5 %, 0.6 %, 0.7 %, 0.75 %, 0.8 %, 0.9 %, 1.0 %, 1.1 %, 1.2 %, 1.3 %, 1.4 %, of 1.5 %의 Cu를 포함할 수 있다. 모두 중량%로 표시된다.
특정 측면에서, 개시된 합금은 0.2 % 내지 0.7 % (예를 들어, 0.3 % 내지 0.7 %, 0.35 % 내지 0.7 %, 0.4 % 내지 0.7 %, 0.2 % 내지 0.6 %, 0.3 % 내지 0.6 %, 0.35 % 내지 0.6 %, 0.4 % 내지 0.6 %, 0.2 % 내지 0.55 %, 0.3 % 내지 0.55 %, 0.35 % 내지 0.55 %, 0.4 % 내지 0.55 %, 0.2 % 내지 0.5 %, 0.3 % 내지 0.5 %, 0.35 % 내지 0.5 %, 0.4 % 내지 0.5 %)의 양으로 철(Fe)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.2 %, 0.3 %, 0.35 % 0.4 %, 0.5 %, 0.55 %, 0.6 %, 또는 0.7 %의 Fe을 포함할 수 있다. 모두 중량%로 표시된다.
특정 측면에서, 개시된 합금은 0.1 % 내지 0.6 % (예를 들어, 0.15 % 내지 0.6 %, 0.2 %, 내지 0.6 %, 0.25 % 내지 0.6 %, 0.1 % 내지 0.5 %, 0.15 % 내지 0.5 %, 0.2 %, 내지 0.5 %, 0.25 % 내지 0.5 %, 0.1 % 내지 0.45 %, 0.15 % 내지 0.45 %, 0.2 %, 내지 0.45 %, 0.25 % 내지 0.45 %, 0.1 % 내지 0.4 %, 0.15 % 내지 0.4 %, 0.2 %, 내지 0.4 %, 0.25 % 내지 0.4 %)의 양으로 실리콘(Si)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.1 %, 0.15 %, 0.2 %, 0.25 %, 0.3 %, 0.4 %, 0.45%, 0.5 %, 0.55 %, 또는 0.6 %의 Si을 포함할 수 있다. 모두 중량%로 표시된다.
특정 측면에서, 개시된 합금은 0 % 내지 0.3 % (예를 들어, 0.001 % 내지 0.3 %, 0 % 내지 0.2 %, 0.001 % 내지 0.2 %)의 양으로 크롬(Cr)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.001 %, 0.01 %, 0.1 %, 0.2 %, 또는 0.3%의 Cr을 포함할 수 있다. 모두 중량%로 표시된다.
특정 측면에서, 개시된 합금은 0 % 내지 0.6 % (예를 들어, 0 내지 0.5%)의 양으로 아연(Zn)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.001 %, 0.01 %, 0.1 %, 0.2 %, 0.3 %, 0.4 %, 또는 0.5 %의 Zn을 포함할 수 있다.
특정 측면에서, 개시된 합금은 0 % 내지 0.2 % (예를 들어, 0 내지 0.1%)의 양으로 티타늄(Ti)을 포함한다. 예를 들어, 합금은 0.001 %, 0.01 %, 0.1 %, 또는 0.2 %의 Ti을 포함할 수 있다.
한 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 3 중량%의 Mg, 0.1 내지 1.5 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.5 내지 3 중량%의 Mg, 0.1 내지 1.5 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.8 내지 1.5 중량%의 Mn, 0.6 내지 1.3 중량%의 Mg, 0.4 내지 1.0 중량%의 Cu, 0.3 내지 0.6 중량%의 Fe, 0.15 내지 0.5 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.9 내지 1.4 중량%의 Mn, 0.65 내지 1.2 중량%의 Mg, 0.45 내지 0.9 중량%의 Cu, 0.35 내지 0.55 중량%의 Fe, 0.2 내지 0.45 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.95 내지 1.3 중량%의 Mn, 0.7 내지 1.1 중량%의 Mg, 0.5 내지 0.8 중량%의 Cu, 0.4 내지 0.5 중량%의 Fe, 0.25 내지 0.4 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
한 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 1.0 중량%의 Mg, 0.1 내지 1 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.8 내지 1.5 중량%의 Mn, 0.2 내지 0.9 중량%의 Mg, 0.3 내지 0.8 중량%의 Cu, 0.3 내지 0.6 중량%의 Fe, 0.15 내지 0.5 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.9 내지 1.4 중량%의 Mn, 0.25 내지 0.85 중량%의 Mg, 0.35 내지 0.75 중량%의 Cu, 0.35 내지 0.55 중량%의 Fe, 0.2 내지 0.45 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.95 내지 1.3 중량%의 Mn, 0.3 내지 0.8 중량%의 Mg, 0.4 내지 0.7 중량%의 Cu, 0.4 내지 0.5 중량%의 Fe, 0.25 내지 0.4 중량%의 Si, 0.001 내지 0.2 중량%의 Cr, 0 내지 0.5 중량%의 Zn, 0 내지 0.1 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 1.5 중량%의 Mg, 0.1 내지 1.5 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 1.0 중량%의 Mg, 0.1 내지 1.0 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 0.8 중량%의 Mg, 0.1 내지 0.8 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
또 다른 측면에서, 합금의 화학 조성은 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn, 0.1 내지 0.6 중량%의 Mg, 0.1 내지 0.6 중량%의 Cu, 0.2 내지 0.7 중량%의 Fe, 0.10 내지 0.6 중량%의 Si, 최대 0.3 중량%의 Cr, 최대 0.6 중량%의 Zn, 최대 0.2 중량%의 Ti, 각 미량 원소 0.05 중량% 미만, 총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함한다.
합금 제조 방법
본 명세서에 기재된 합금은 DC 주조, 균질화, 열간 압연, 선택적 배치 어닐링, 및 냉간 압연을 포함하는 열기계적 공정에 의해 제조될 수 있다. 일부 측면에서, 공정은 플래시 어닐링 및 마무리 냉간 압연을 추가로 포함할 수 있다.
DC 주조 단계에서, 크기 및 밀도 면에서 1차 금속간 입자의 형성을 제어하기 위해 특정 주조 속도가 적용된다. 주조 속도의 바람직한 범위는 50 내지 300 mm/분(예를 들어 50 내지 200 mm/분, 50 내지 250 mm/분, 100 내지 300 mm/분, 100 내지 250 mm/분, 100 내지 200 mm/분, 150 내지 300 mm/분, 150 내지 250 mm/분, 150 내지 200 mm/분)이다. 이 단계는 거친 금속간 입자에 의해 촉진되는 금속 파괴의 경향을 최소화하는 최종 시트 내의 최적 입자 구조를 생성한다.
균질화 단계에서, 잉곳은 650℃ 이하(예를 들어 630℃ 이하)의 온도로 가열된다. 잉곳은 20℃/시간 내지 80℃/시간(예를 들어 30℃/시간 내지 80℃/시간, 40℃/시간 내지 80℃/시간, 20℃/시간 내지 60℃/시간, 30℃/시간 내지 60℃/시간, 40℃/시간 내지 60℃/시간)의 속도로 가열된다. 잉곳은 바람직하게는 500℃ 내지 약 650℃ (예를 들어 약 550℃ 내지 약 650℃, 약 550℃ 내지 약 630℃, 또는 약 500 내지 630℃)의 온도로 가열되고, 1 내지 6시간(예를 들어 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 또는 6시간)동안 침지된다. 균질화 단계는 선택적으로 잉곳을 약 400℃ 내지 약 550℃ (예를 들어 약 450℃ 내지 약 550℃, 약 450℃ 내지 약 500℃, 또는 약 400℃ 내지 약 500℃)의 온도로 냉각시키고 8 내지 18시간 동안(예를 들어 1시간, 2시간, 3시간, 4시간, 5시간, 6시간, 7시간, 8시간, 9시간, 10시간, 11시간, 12시간, 13시간, 14시간, 15시간, 15시간, 16시간, 17시간, 또는 18시간) 침지시키는 단계를 포함한다. 다음의 내용에 구속되기를 원치 않지만, 이 단계는 Al6(Fe, Mn) 입자로부터 α-Al(Fe, Mn)Si 입자로의 충분한 변형을 가능하게 하고, 최종 시트의 질감 제어 및 D&I 동안 다이 세정을 위해 중요한 이의 크기 및 밀도를 최적화한다고 여겨진다. 이 단계는 최종 시트의 입자 크기 및 질감을 제어하고 병 성형 공정 동안 금속의 연성을 개선시키는데 중요한 최적화된 크기 및 밀도 분포를 갖는 균질하게 분포된 분산질의 형성을 가능하게 한다고 또한 여겨진다.
열간 압연 단계에서, 균질화된 잉곳은 약 400℃ 내지 580℃(예를 들어 약 450℃ 내지 약 580℃, 약 450℃ 내지 약 500℃, 약 400℃ 내지 약 500℃) 의 온도 범위 이내에 놓여지고, 브레이크-다운 압연되고, 약 1.5 mm 내지 약 3 mm(예를 들어 1.5 mm, 2.0 mm, 2.5 mm, 3.0 mm)의 게이지 범위로 열간 압연되고, 약 250℃ 내지 약 380℃(예를 들어 약 300℃ 내지 약 380℃, 320℃ 내지 약 360℃)의 온도 범위 이내에서 재압연되고, 이어서 HB 코일이 약 250℃ 내지 약 450℃로 1 내지 4시간 동안 가열되는 선택적 배치 어닐링이 수행된다. 이론에 구속되기를 원치 않지만, 이 단계는 D&I 공정에서의 이어링 제어 및 압력 램 성형 (PRF) 공정에서의 파단 제어에 중요한 HB에서 최적의 질감, 입자 크기 및 표면 근처 미세 구조를 가능하게 한다고 여겨진다. 브레이크-다운 압연은, 약 15 내지 25회 통과가 350℃ 초과의 진입 온도 및 약 250℃ 내지 약 400℃(예를 들어, 250℃, 300℃, 350℃, 400℃)의 출구 온도로 브레이크 다운 밀에서 발생한다는 것을 의미한다.
한 측면에서, 냉간 압연 공정 단계에서, HB는 H19 템퍼에서 최종 게이지 병 스톡으로 냉간 압연된다. 한 측면에서 최종 게이지 범위는 0.2 mm 내지 0.8 mm(예를 들어, 0.2 mm, 0.3 mm, 0.4 mm, 0.5 mm, 0.6 mm, 0.7 mm, 0.8 mm)이다.
또 다른 측면에서, 냉간 압연 공정 단계에서, HB는 인터-어닐링 게이지로 냉간 압연된다. 그 다음, 선택적인 인터-어닐링을 적용하여 입자 크기, 질감 및 강도를 조절할 수 있다. 플래시 어닐링 단계(H191 템퍼)에서, 냉간 압연된 시트는 최대 약 10분(예를 들어, 1분, 2분, 3분, 4분, 5분, 6분, 7분, 8분, 9분, 10분) 동안 급속 냉각 속도 예를 들어, 약 100℃/초 내지 약 300℃/초(예를 들어, 100℃/초, 150℃/초, 200℃/초, 250℃/초, 300℃/초)로 약 400℃ 내지 약 560℃(예를 들어, 400℃ 내지 500℃, 450℃ 내지 500℃, 450℃ 내지 560℃)까지 가열되고 그 다음, 0 내지 1 초(예를 들어, 0 초, 0.5 초, 1 초) 동안 급속 냉각 속도, 예를 들어 약 100℃/초 내지 약 300℃/초(예를 들어, 100℃/초, 150℃/초, 200℃/초, 250℃/초, 300℃/초)로 급냉된다. 담금질은 공기 담금질 또는 물/용액 담금질일 수 있다. 이 단계는 대부분의 용액 요소를 매트릭스 내로 다시 용해시킬 수 있고 입자 구조를 더 제어한다.
플래시 어닐링 후에, 마무리 냉간 압연 단계에서, 플래시 어닐링된 시트는 짧은 시간 범위(바람직하게는 약 30분 미만, 10분 내지 30분, 또는 약 10분 미만) 내에 최종 게이지로 10 % 내지 50 %(예를 들어, 10 % 내지 40 %, 25 % 내지 50 %, 25% 내지 40%, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 또는 50 %) 감소하도록 냉간 압연된다. 이 단계는 1) 합금 원소를 안정화시키고 자연 시효를 방지/지연하는 것; 2) 병 성형 공정에서 원소 확산을 촉진시키는 고밀도의 전위를 시트에 발생시키는 것; 3) 시트를 가공 경화시키는 것과 같은 여러 가지 효과를 갖는다. 항목 1 및 2는 병 성형에서의 성형성 및 최종 병 강도를 강화할 수 있다. 항목 2 및 3은 돔 역압력에 기여한다.
실시예 1
한 측면에서, 본 명세서에 기재된 합금은 DC 주조, 균질화, 열간 압연, 선택적 배치 어닐링, 및 냉간 압연을 포함하는 열기계적 공정으로 제조된다. 이 공정의 개략도는 도 1에 나타난다.
균질화 단계에서, 잉곳은 약 20℃ 내지 약 80℃/시간의 속도로 약 630℃ 미만(바람직하게는 약 500℃ 내지 약 630℃의 범위 이내)까지 가열되고, 1 내지 6시간 동안 침지되며, 선택적으로, 약 400℃ 내지 약 550℃의 범위 이내까지 냉각되고 8 내지 18시간 침지되는 단계를 포함한다.
열간 압연 단계에서, 균질화된 잉곳은 약 400℃ 내지 약 580℃의 온도 범위 이내에 놓여지고, 브레이크-다운 압연되고, 약 1.5 mm 내지 약 3 mm의 게이지 범위로 열간 압연되고 자체-어닐링을 위해 약 250℃ 내지 약 380℃의 온도 범위 내에서 권취된다.
선택적 배치 어닐링에서, HB 코일은 약 250℃ 내지 약 450 ℃의 범위 이내에서 1 내지 4시간 동안 가열된다.
냉간 압연 공정 단계에서, HB는 H19 템퍼에서 최종 게이지 병 스톡으로 냉간 압연된다. 냉간 압연 단계에서의 감소율은 약 65 % 내지 약 95 %(예를 들어, 70% 내지 90%, 75 % 내지 85 %)이다. 최종 게이지는 병 디자인에 따라 조정될 수 있다. 한 측면에서 최종 게이지 범위는 0.2 mm 내지 0.8 mm이다.
병은 블랭킹, 컵핑, D&I, 세척 및 건조, 코팅/장식 및 경화, 성형, 추가 조형(네킹, 스레딩 및 컬링)으로 구성된 병 성형 공정으로 제조된다.
실시예 2
또 다른 측면에서, 본 명세서에 기재된 합금은 DC 주조, 균질화, 열간 압연, 선택적 배치 어닐링, 냉간 압연, 플래시 어닐링 및 마무리 냉간 압연에 의해 제조된다. 이 공정의 개략도는 도 2에 나타난다.
DC 주조, 균질화, 열간 압연, 및 선택적 배치 어닐링은 실시예 1에 기재되어 있다.
냉간 압연 공정 단계에서, HB는 최종 병 스톡보다 약 10 내지 40% 더 두꺼운 인터-어닐링 게이지로 냉간 압연된다.
플래시 어닐링 단계 (H191 템퍼)에서, 냉간 압연된 시트는 최대 약 10분 동안 약 100℃/초 내지 약 300℃/초의 가열 속도로 약 400℃ 내지 약 560℃의 범위 이내까지 가열되고 그 다음, 공기 담금질 또는 물/용액 담금질에 의해 예를 들어 약 100℃ 내지 약 300℃/초의 급속 냉각 속도로 100℃ 미만의 온도까지 급랭된다. 이 단계는 대부분의 용액 요소를 매트릭스 내로 다시 용해시킬 수 있고 입자 구조를 더 제어한다.
마무리 냉간 압연 단계에서, 어닐링된 시트는 짧은 시간 범위(바람직하게는 약 30분 미만, 10분 내지 30분, 또는 약 10분 미만) 내에 최종 게이지로 10 내지 40 % 감소되도록 냉간 압연된다. 이 단계는 1) 공격자점(vacancy)을 없애고, 원소 확산을 억제하여 합금을 안정화시키고, 자연 시효를 최소화하거나 지연시키는 것; 2) 병 성형 공정에서 원소 확산을 촉진시키는 고밀도 전위를 시트에 발생시키는 것; 및 3) 시트를 가공 경화시키는 것과 같은 여러 가지 효과를 가진다. 항목 1 및 2는 병 성형에서의 성형성 및 최종 병 강도를 보장할 것이다. 항목 2 및 3은 돔 역압력을 보장하는데 기여할 것이다.
병/캔 적용을 위한 시트 제품은 H191 + 마무리 냉간 압연 상태로 전달될 수 있다.
병은 본 명세서에서 기재된, 블랭킹, 컵핑, D&I, 세척 및 건조, 코팅/장식 및 경화, 성형, 추가 조형(네킹, 스레딩 및 컬링)으로 구성된 병 성형 공정으로 제조될 수 있다.
병 성형:
본 명세서에 기재된 합금은 고도로 조형된 병, 캔, 전자 디바이스 예컨대, 배터리 캔, 케이스 및 프레임 등을 제조하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 기재된 합금을 사용하여 조형된 병을 성형하는 공정의 개략도는 도 3 내지 4에 나타나 있다.
예비 성형품은 블랭킹, 컵핑, D&I로 구성된 공정으로 제조된다. 그 다음, 예비 성형품은 약 400℃ 내지 약 560℃(예를 들어 400℃ 내지 500℃, 450 내지 500℃, 450℃ 내지 560℃)의 특정 용액 열처리(SHT) 온도에서 열처리되고, 급랭되고 세척되고(급랭 및 세척은 결합된 공정일 수 있음을 유의), PRF 또는 블로우 성형되고, 추가로 조형(네킹, 스레딩 및 컬링)되고 이어서 페인팅되고 장식되는데, 그 동안 최대 약 300℃의 고온에서의 페인트 베이킹/경화가 최대 약 20분 동안 적용된다.
예비 성형품 성형 공정에서, 본 명세서에 기재된 합금은 D&I 공정 동안 양호한 다이 세정 및 이어링 수준을 나타낸다. 이러한 성질은 병/캔 스톡에서 최적의 크기 및 밀도 및 질감을 갖는 잘 제어된 구성 입자로 인한 것일 수 있다.
PRF 단계 또는 블로우 성형 단계에서, 어닐링된 예비 성형품은 담금질 이후, 바람직하게는 1시간 미만(좀더 바람직하게는 10분 미만)의 특정 시간 프레임 이내에 블로우 성형된다.
조형 단계에서, 블로우 성형된 병은 담금질 이후, 바람직하게는 2시간 미만(좀더 바람직하게는 30분 미만)의 특정 시간 프레임 이내에 네킹, 스레딩 및 컬링된다.
블로우 성형 및 조형 공정 동안, 금속은 용액 열처리(예비 성형품 어닐링)로 인해 양호한 성형성을 나타낸다.
세척/건조 및 페인트/장식 경화 단계에서, 금속은 제2 상 석출 예컨대, S"/S', θ"/θ' 및 또는 β"/β' 상(들)에 의해 동시에 석출 경화될 것이다. 마무리 냉간 가공 고유의 냉간 가공과 함께, 제2 상 석출은 강도 요건 예컨대, 돔 역압력 및 축방향 하중을 충족하는 완성된 병을 보장한다. 가능성은 적지만, 합금화 수준, 병 형상 설계 및 병에 대한 강도 요건에 따라, 페인트/장식 경화 단계 이전에 선택적 예열(사전-시효) 공정이 포함될 수 있다.
본 명세서에 기재된 알루미늄 합금은 하기 성질들 중 하나 이상을 나타낸다:
매우 낮은 이어링(3 중량%의 최대 평균 이어링 레벨), 이어링 밸런스는 -2%와 2%의 사이이다. 평균 이어링은 방정식, 평균 이어링 (%) = (피크 높이 - 밸리 높이)/컵 높이에 의해 계산된다. 이어링 밸런스는 방정식, 이어링 밸런스(%) = (두 개의 0/180 높이 평균 - 네 개의 45 도 높이 평균)/컵 높이에 의해 계산된다;
높은 재활용 물질 함량 (적어도 60 중량%, 65 중량%, 70 중량%, 75 중량%, 80 중량%, 82 중량%, 85 중량%, 90 중량%, 또는 95 중량%);
공급 조건에서 항복(yield) 강도 20 내지 34 ksi;
스코어링을 최소화하고 보다 좋은 조업성을 제공하는 우수한 다이 세정 성능;
파괴 없이 광범위한 목(neck) 조형 진행을 허용하는 우수한 성형성;
파괴 없이 광범위한 블로우 성형 조형 진행을 허용하는 우수한 성형성;
보이는 표시 없이 최종 병에 마무리된 우수한 표면;
우수한 코팅 접착력;
전형적인 축 방향 하중(300 lbs 초과) 및 돔 역압력(90 psi 초과)을 충족시키는 고 강도;
병 제조 공정의 전체 스크랩 율은 10 중량% 미만으로 낮아질 수 있다.
본 명세서에 기재된 조형된 알루미늄 병은 청량 음료, 물, 맥주, 에너지 음료 및 기타 음료를 비제한적으로 포함하는 음료용으로 사용될 수 있다.
본 명세서의 설명을 읽은 후에 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 당업자에게 제안할 수 있는 다양한 측면, 수정 및 균등물을 제공할 수 있음을 명확히 이해할 것이다. 상기 인용된 모든 특허, 공개물 및 초록은 그 전체가 본 명세서에 참고로 편입된다. 상기 내용 및 도면들은 단지 본 발명의 바람직한 측면들에 관한 것이며, 하기의 청구범위에 정의된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정 또는 변형이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (20)

  1. 0.1 내지 1.6 중량%의 Mn,
    0.1 내지 3 중량%의 Mg,
    0.1 내지 1.5 중량%의 Cu,
    0.2 내지 0.7 중량%의 Fe,
    0.10 내지 0.6 중량%의 Si,
    최대 0.3 중량%의 Cr,
    최대 0.6 중량%의 Zn,
    최대 0.2 중량%의 Ti,
    각 미량 원소 0.05 중량% 미만,
    총 미량 원소 0.15 중량% 미만 및 잔부 Al을 포함하는, 알루미늄 합금.
  2. 청구항 1에 있어서,
    0.5 내지 3 중량%의 Mg을 포함하는, 알루미늄 합금.
  3. 청구항 1에 있어서,
    0.8 내지 1.5 중량%의 Mn,
    0.6 내지 1.3 중량%의 Mg,
    0.4 내지 1.0 중량%의 Cu,
    0.3 내지 0.6 중량%의 Fe,
    0.15 내지 0.5 중량%의 Si,
    0.001 내지 0.2 중량%의 Cr,
    0 내지 0.5 중량%의 Zn, 및
    0 내지 0.1 중량%의 Ti를 포함하는, 알루미늄 합금.
  4. 청구항 3에 있어서,
    0.9 내지 1.4 중량%의 Mn,
    0.65 내지 1.2 중량%의 Mg,
    0.45 내지 0.9 중량%의 Cu,
    0.35 내지 0.55 중량%의 Fe, 및
    0.2 내지 0.45 중량%의 Si를 포함하는, 알루미늄 합금.
  5. 청구항 4에 있어서,
    0.95 내지 1.3 중량%의 Mn,
    0.7 내지 1.1 중량%의 Mg,
    0.5 내지 0.8 중량%의 Cu,
    0.4 내지 0.5 중량%의 Fe, 및
    0.25 내지 0.4 중량%의 Si를 포함하는, 알루미늄 합금.
  6. 청구항 1에 있어서,
    0.1 내지 1.0 중량%의 Mg, 및
    0.1 내지 1 중량%의 Cu를 포함하는, 알루미늄 합금.
  7. 청구항 1에 있어서,
    0.8 내지 1.5 중량%의 Mn,
    0.2 내지 0.9 중량%의 Mg,
    0.3 내지 0.8 중량%의 Cu,
    0.3 내지 0.6 중량%의 Fe,
    0.15 내지 0.5 중량%의 Si,
    0.001 내지 0.2 중량%의 Cr,
    0 내지 0.5 중량%의 Zn, 및
    0 내지 0.1 중량%의 Ti를 포함하는, 알루미늄 합금.
  8. 청구항 7에 있어서,
    0.9 내지 1.4 중량%의 Mn,
    0.25 내지 0.85 중량%의 Mg,
    0.35 내지 0.75 중량%의 Cu,
    0.35 내지 0.55 중량%의 Fe, 및
    0.2 내지 0.45 중량%의 Si를 포함하는, 알루미늄 합금.
  9. 청구항 8에 있어서,
    0.95 내지 1.3 중량%의 Mn,
    0.3 내지 0.8 중량%의 Mg,
    0.4 내지 0.7 중량%의 Cu,
    0.4 내지 0.5 중량%의 Fe,
    0.25 내지 0.4 중량%의 Si, 및
    0.001 내지 0.2 중량%의 Cr를 포함하는, 알루미늄 합금.
  10. 청구항 1에 있어서, 0.1 내지 1.5 중량%의 Mg를 포함하는, 알루미늄 합금.
  11. 청구항 10에 있어서,
    0.1 내지 1.0 중량%의 Mg, 및
    0.1 내지 1.0 중량%의 Cu를 포함하는, 알루미늄 합금.
  12. 청구항 11에 있어서,
    0.1 내지 0.8 중량%의 Mg, 및
    0.1 내지 0.8 중량%의 Cu를 포함하는, 알루미늄 합금.
  13. 청구항 12에 있어서,
    0.1 내지 0.6 중량%의 Mg, 및
    0.1 내지 0.6 중량%의 Cu를 포함하는, 알루미늄 합금.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 60 중량%의 재활용 물질 함량을 포함하는, 알루미늄 합금.
  15. 청구항 14에 있어서, 적어도 85 중량%의 재활용 물질 함량을 포함하는, 알루미늄 합금.
  16. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항의 알루미늄 합금을 포함하는, 조형된 알루미늄 병.
  17. 알루미늄 합금 시트를 제조하는 방법으로서,
    (i) 50 내지 300 mm/분의 주조 속도를 포함하는 직접 냉각(DC) 주조 단계;
    (ii) 30 내지 60℃/시간의 속도로 550℃ 내지 650℃로 가열하고, 1 내지 6시간 동안 침지시키고, 450℃ 내지 500℃로 냉각시키고, 8 내지 18시간 동안 침지시키는 것을 포함하는 균질화 단계;
    (iii) 브레이크-다운 압연 및 약 1.5 mm 내지 약 3 mm의 게이지로 열간 압연하는 것을 포함하는 열간 압연 단계;
    (iv) 냉간 압연하여 냉간 압연 시트를 형성하는 단계를 순차적으로 포함하는, 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 배치 어닐링을 추가로 포함하는, 방법.
  19. 청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 냉간 압연은 최종 게이지 병 스톡으로 냉간 압연하는 것을 포함하는, 방법.
  20. 청구항 17 또는 18에 있어서,
    (v) 상기 냉간 압연 시트를 100℃/초 내지 300℃/초의 속도로 약 400℃ 내지 560℃까지 가열하고, 100℃/초 내지 300℃/초의 속도로 담금질 하는 것을 포함하는 플래시 어닐링 단계; 및
    (vi) 마무리 냉간 압연하여 시트를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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