(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-09-26
(54)【発明の名称】成形のために最適化されたアルミニウム合金ストリップおよび製造のための方法
(51)【国際特許分類】
C22C 21/06 20060101AFI20240918BHJP
C22F 1/047 20060101ALI20240918BHJP
C22F 1/00 20060101ALN20240918BHJP
【FI】
C22C21/06
C22F1/047
C22F1/00 604
C22F1/00 623
C22F1/00 630A
C22F1/00 630K
C22F1/00 640A
C22F1/00 682
C22F1/00 683
C22F1/00 685Z
C22F1/00 686A
C22F1/00 691B
C22F1/00 691C
C22F1/00 694A
C22F1/00 694B
【審査請求】有
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2024514338
(86)(22)【出願日】2022-09-01
(85)【翻訳文提出日】2024-05-01
(86)【国際出願番号】 EP2022074329
(87)【国際公開番号】W WO2023031334
(87)【国際公開日】2023-03-09
(32)【優先日】2021-09-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】513100910
【氏名又は名称】スペイラ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】Speira GmbH
【住所又は居所原語表記】Aluminiumstrasse 1, 41515 Grevenbroich, Germany
(74)【代理人】
【識別番号】100095614
【氏名又は名称】越川 隆夫
(72)【発明者】
【氏名】オラフ エングラー
(72)【発明者】
【氏名】ホルガー アレッツ
(72)【発明者】
【氏名】ジャニナ クラウス
(72)【発明者】
【氏名】マルティン クレマー
(57)【要約】
本発明は、アルミニウム合金で製作されたアルミニウム合金ストリップ、このアルミニウム合金ストリップを製造するための方法およびその好ましい使用に関する。必要な粒界腐食に対する抵抗に加えて、必要な強度および同時に成形特性の向上を提供する、特に自動車の車体部品、好ましくは車体内装部品の製造のためのアルミニウム合金ストリップを提供する目的は、重量%で以下の組成、
Si≦0.10%、
Fe≦0.25%、
0.20%≦Mn≦0.30%、
4.72%≦Mg≦4.95%、
Cu≦0.10%、
Cr≦0.02%、
Ni≦0.01%、
Zn≦0.10%、
Ti≦0.04%、
残部はAl、および個別で≦0.05%、合計で≦0.15%の不可避不純物、を有するアルミニウム合金を有するアルミニウム合金ストリップによって実現され、本アルミニウム合金ストリップは、1000μm
2あたり250未満の平均2次相密度を有し、少なくとも10の測定領域において決定された2次相の合計数が、調べられたすべての測定領域の合計測定表面との対比で2次相密度を生む結果となる。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重量%で以下の組成、
Si≦0.10%、
Fe≦0.25%、
0.20%≦Mn≦0.30%、
4.72%≦Mg≦4.95%、
Cu≦0.10%、
Cr≦0.02%、
Ni≦0.01%、
Zn≦0.10%、
Ti≦0.04%、
残部はAl、および個別で≦0.05%、合計で≦0.15%の不可避不純物、
を有するアルミニウム合金を含むアルミニウム合金ストリップであって、
前記アルミニウム合金ストリップは、250/1000μm
2未満の平均2次相密度を有し、前記平均2次相密度は、少なくとも10の測定領域において、調べられたすべての測定領域の合計測定表面に対して決定された2次相の合計数からの結果である、
アルミニウム合金ストリップ。
【請求項2】
前記アルミニウム合金ストリップのアルミニウム合金の1種類または複数種類の合金成分は、重量%で以下の含有量、
Si≦0.08%、
Fe≦0.20%、
0.20%≦Mn≦0.26%、
4.80%≦Mg≦4.92%、
Cu≦0.07%、好ましくは<0.04%、
Cr≦0.01%、好ましくは≦0.008%、
Ni≦0.005%、
Zn≦0.01%、好ましくは≦0.008%、
0.005%≦Ti≦0.02%、
を有することを特徴とする、請求項1に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項3】
前記アルミニウム合金ストリップは、220/1000μm
2未満、特に好ましくは200/1000μm
2未満の平均2次相密度を有することを特徴とする、請求項1または2に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項4】
前記アルミニウム合金ストリップは、微細構造状態OまたはH111を有することを特徴とする、請求項1~3の何れか一項に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項5】
前記アルミニウム合金ストリップは、ASTM E1382に準拠して測定された15μm~30μmの平均粒度を有することを特徴とする、請求項1~4の何れか一項に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項6】
前記アルミニウム合金ストリップは冷間圧延され、かつ任意選択として、0.5mm~4mmの厚さを有することを特徴とする、請求項1~5の何れか一項に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項7】
前記アルミニウム合金ストリップは、DIN EN ISO 6892に準拠して圧延方向に直角に1.0%未満、好ましくは0.9%未満のAe値を有することを特徴とする、請求項1~6の何れか一項に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項8】
1.2mmのシート厚さの前記アルミニウム合金ストリップは、中島法による試験において、100mmの試料幅でDIN EN ISO 120004-2に準拠して0.200より大きな平均主形状変化ε1を有することを特徴とする、請求項1~7の何れか一項に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項9】
前記アルミニウム合金ストリップは、DIN EN ISO 6892に準拠して圧延方向に直角に少なくとも115MPa、好ましくは少なくとも120MPaの降伏強度Rp0.2を有することを特徴とする、請求項1~8の何れか一項に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項10】
請求項1~9に記載のアルミニウム合金ストリップを製造するための方法であって、
前記方法は、以下のステップ、
- 以下の組成、
Si≦0.10%、好ましくは≦0.08%、
Fe≦0.25%、好ましくは≦0.20%、
0.20%≦Mn≦0.30%、好ましくは0.20%≦Mn≦0.26%、
4.72%≦Mg≦4.95%、好ましくは4.80%≦Mg≦4.92%、
Cu≦0.10%、好ましくはCu≦0.07%、特に好ましくはCu<0.04%、
Cr≦0.02%、好ましくはCr≦0.01%、特に好ましくはCr≦0.008%、
Ni≦0.01%、好ましくはNi≦0.005%、
Zn≦0.10%、好ましくはZn≦0.01%、特に好ましくはZn≦0.008%、
Ti≦0.04%、好ましくはTi≦0.02%、
残部はAl、および個別で≦0.05%、合計で≦0.15%の不可避不純物、
を有するアルミニウム合金からの圧延インゴットの鋳造、
- 480℃~550℃において少なくとも0.5時間の前記圧延インゴットの均質化、
- 3mm~6mmのホットストリップ最終厚さまでの前記圧延インゴットの熱間圧延、
- 最終厚さにおいて40%~60%、好ましくは50%~60%の圧延度を有する前記アルミニウム合金ストリップの冷間圧延、および
- 連続炉中500℃より高温、好ましくは510℃~540℃における前記仕上げ圧延されたアルミニウム合金ストリップの軟化焼鈍、
を有する方法。
【請求項11】
熱間圧延後に以下の方法ステップ、
- 最終厚さにおける最終冷間圧延度が40%~60%、好ましくは50%~60%になるように決定された中間厚さまでの前記熱間圧延されたアルミニウム合金ストリップの冷間圧延、
- 300℃~500℃における前記アルミニウム合金ストリップの中間焼鈍、
- 最終厚さにおいて40%~60%、好ましくは50%~60%の圧延度を有する前記アルミニウム合金ストリップの冷間圧延、
- 連続炉中500℃より高温、好ましくは510℃~540℃における前記仕上げ圧延されたアルミニウム合金ストリップの軟化焼鈍、
が代わりに実行される、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記仕上げられたアルミニウム合金ストリップの前記連続炉における前記軟化焼鈍の継続時間は、5秒~300秒の間であることを特徴とする、請求項10または11に記載の方法。
【請求項13】
前記圧延インゴットの熱間圧延は、少なくとも450℃の開始温度における30mm~40mmの厚さへの前圧延のステップと、300℃~350℃の巻き戻し温度におけるホットストリップ最終厚さへの仕上げ熱間圧延のステップと、からなることを特徴とする、請求項10~12の何れか一項に記載の方法。
【請求項14】
自動車の車体内装部品、特にドア内装部品、ボンネット内装部品またはトランクカバー内装部品を製造するための、請求項1~9の何れか一項に記載のアルミニウム合金ストリップの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アルミニウム合金で製作されたアルミニウム合金ストリップ、該アルミニウム合金ストリップを製造するための方法およびその好ましい使用に関する。
【背景技術】
【0002】
特に、船舶、自動車および航空機建造における溶接構成要素または接合構成要素の建造向けにタイプAA5xxxのアルミニウム-マグネシウム(AlMg)合金がシートまたはストリップの形で用いられる。これらアルミニウム-マグネシウム合金は、高い強度および3%を上回るマグネシウム含有量の場合の成形性の増加を理由とする、マグネシウム含有量の増加を特徴としている。このため、タイプAA5xxxのアルミニウム-マグネシウム合金は、たとえば自動車建造において鋼で製作された材料をますます置き換えて行くことができ、したがって自動車のさらなる重量減少に寄与することができる。
【0003】
3%を上回る、特に4%を上回るMg含有量を有するタイプAA5xxxのAlMg合金は、高温に曝されたときの粒界腐食の傾向が増加して行く。70~200℃の温度において、β粒子と呼ばれ、腐食性媒質の存在下で選択的に溶解させることができる非貴Al5Mg3相が結晶粒界に沿って沈殿する。その結果、特に、非常に良好な強度特性と非常に良好な成形性とを有するタイプAA5182のアルミニウム合金(Al 4.5% Mg 0.4% Mn)は、腐食性媒質、例えば湿気の形の水の存在を予想しなければならない場合には、熱に曝される表面において用いられない。このことは、通常は陰極浸漬塗装(CDP)に付され、次に焼き付けプロセスにおいて乾燥される自動車の構成要素に特にあてはまる。この焼き付けプロセスが、既に、従来のアルミニウム合金ストリップ中の粒界腐食の増感の原因となり得るからである。さらに、自動車セクターにおける使用では構成要素の製造時の成形と後続の構成要素の作業負荷とを考慮しなければならない。
【0004】
4重量%を上回るマグネシウム含有量を有し、自動車の構成要素に適するアルミニウム合金ストリップが、特許文献1から公知である。それは、高い強度を提供するにもかかわらず非常に良好な粒界腐食への抵抗を示す。しかし、粒界腐食に特に抵抗するタイプAA5182のアルミニウム合金で製作されたこのアルミニウム合金ストリップの成形性は、改善され得ることが示された。
【0005】
その結果、このアルミニウム合金ストリップの成形性についてのさらなる発展が特許文献2から公知である。この文献において、このアルミニウム合金ストリップは、ほとんど同一の合金概念で成形性が最適化された。両国際特許出願の主題は、タイプAA5182のアルミニウム合金の規格内にある4.50重量%の最大値までのMg含有量を有するアルミニウムストリップである。
【0006】
今やタイプAA5182のアルミニウム合金の規格の範囲内で必要な強度と耐食性との提供のような他の性能を劣化させることなく成形性を改善するためのさらなる潜在力があると判断された。成形性についての通常の重要な数値、たとえば均等伸び率Agまたは破断点伸び率A80mmの値が、成形プロセスにおけるこれらアルミニウム合金シートの実際の使用に関しては十分に意味のあるものではないことが見いだされた。
【0007】
規格DIN EN ISO 12004-2:2021-07は、安全な成形プロセスを提供することができるように、成形プロセスにおけるアルミニウムシートの許容される主形状変化および副形状変化について評価を行うことを可能にする試験条件を指定している。この規格に準拠して決定される主形状変化および副形状変化は、絞り試験において成形されるシートの特定の挙動の特性を明らかにする成形限界変化曲線からの結果として得られる。成形限界変化曲線の提供は、絞り加工される部品および成形プロセスに依存して、形状変化図の決定のための欠陥絞り部品の形状変化解析によって実現される。
【0008】
特定の幾何形状を有する試料において、変形されていない表面に正確な寸法を有する判定格子または推計パターンを貼り付けるかまたは光学的に投影する。次に、指定通りに切削された試料部品を、たとえば定義されたパンチを用いて正確に定められた行/列の形で中島法に準拠して割れるまで変形させ、その後、試験を中止する。本明細書において主形状変化ε1について示されるすべての値は、DIN EN ISO 12004-2:2021-07による中島法に準拠する試験を参照する。主形状変化ε1は、本明細書においては100mmの幅を有する試料において決定される。示されるすべての値は、3つの試料からの平均値である。
【0009】
他のすべての機械的パラメータは、DIN EN ISO 6892に準拠して測定される。材料の粒度は、常に分布の形で示されるので、粒度について示されるすべての情報は、平均粒度を指す。平均粒度は、ASTM E1382に準拠して決定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【特許文献1】国際公開第2014/0298531(A1)号
【特許文献2】国際公開第2014/029856(A1)号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の目的は、特に自動車の車体部品、好ましくは車体内装部品の製造のために必要な粒界腐食への抵抗に加えて、所要の強度および同時に改善された成形特性を提供するアルミニウム合金ストリップを提供することである。
【0012】
本発明の第1の教示によれば、前記目的は、重量%で以下の組成、
Si≦0.10%、
Fe≦0.25%、
0.20%≦Mn≦0.30%、
4.72%≦Mg≦4.95%、
Cu≦0.10%、
Cr≦0.02%、
Ni≦0.01%、
Zn≦0.10%、
Ti≦0.04%、
残部はAl、および個別で≦0.05%、合計で≦0.15%の不可避不純物、
を有するアルミニウム合金を有するアルミニウム合金ストリップであって、該アルミニウム合金ストリップは、1000μm2あたり250未満の平均2次相密度を有するアルミニウム合金ストリップを提供することによって実現される。
【0013】
集中的な検討の間に、本発明者らは、上述のアルミニウム合金を有するアルミニウム合金ストリップにおいて、2次相密度を1000μm2あたり250未満に限定することにより、成形性の有利な増大を実現する一方で、同時に該アルミニウム合金ストリップの耐食性および機械的強度に関してタイプAA5182のアルミニウム合金の利点を保持することができることを認識した。2次相とは、通常、Al6Mn、α-Al(Fe、Mn)SiおよびMg2Siである。本発明者らの発見によれば多数の2次相は成形挙動の制限をもたらし、たとえば車体部品の製造のための複雑な深絞りプロセスにおいて特に顕著である。特定の合金組成を同じく特定の製造プロセスと組み合わせて選ぶことにより、2次相密度を1000μm2あたり250未満の値に低下させることができた。
【0014】
2次相密度、すなわち分散質の(表面)密度は、本明細書において以下のように光学顕微鏡法で決定される。調べられるアルミニウム合金ストリップの試料は一般に受け入れられている金属組織学的な方法を用いて埋め込まれ、長手方向断面の形で調製される。この断面を研削および研磨した後、試料は、硫酸とフッ化水素酸との希釈水溶液中で室温で1分間エッチングされる。この目的で、100cm3の10%濃硫酸の溶液が60cm3の水と40cm3の5%フッ化水素酸とからなる100cm3の別の溶液と混合される。エッチング後、断面は、蒸留水ですすがれ、後続の光学顕微鏡検査のために乾燥される。行われたエッチングは、構造中の2次相を、それらの表面密度が光学顕微鏡において良好な正確さで決定され得るように明らかにする。十分な統計的妥当性を確実にするために、統計的に分布した最低10の画像領域を測定領域としてオイルレンズを有する光学顕微鏡を用いて高倍率(1000:1)で分析し、その結果、合計で少なくとも2000の2次相が記録された。決定された2次相の合計数を、調べられたすべての測定領域の合計測定面積と対比すれば、2次相の表面密度すなわち2次相密度(面積あたりの数、たとえば1000μm2あたりの数で特定される)を生む結果となる。
【0015】
本合金組成において、ケイ素含有量は、0.10重量%の最大値まで低下した。ケイ素は、マグネシウム含有アルミニウム合金中の2次相としてα-Al(Fe、Mn)Si沈殿物とMg2Si沈殿物とを形成する。先に説明されたように、これらのものは、アルミニウム合金ストリップの成形性を損なう。したがって、好ましいケイ素含有量は、0.08重量%の最大値である。
【0016】
鉄は、主にいわゆる鋳造相中で結合するが、2次沈殿物の形成にも関与する。したがって、0.25重量%の最大値、好ましくは0.20重量%の最大値への鉄含有量の低下は、成形性の改善に寄与する。
【0017】
マンガンは、典型的な分散質形成物質であり、それによって、分散質粒子は、金属結晶結合からの原子の置換の動きが起こることを効果的に妨げる。したがって、分散質は、所望の降伏強度の増大に寄与する。さらに、Mnを含有する分散質は、アルミニウム合金ストリップの結晶粒度を制御する助けとなる。しかし、分散質粒子は、成形挙動を制限する。したがって、アルミニウム合金ストリップは、0.20重量%~0.30重量%のMn含有量を有する。0.20重量%未満のMn含有量において、これらの分散質の強度増加効果は低下し、アルミニウム合金ストリップは、熱処理時に望ましくない結晶粒肥大化を示し得る。0.30重量%を上回るマンガンの含有量において、分散は、材料の膨張をあまりにも妨げ、そのため成形挙動は最適でない。0.20重量%≦Mn≦0.26重量%で成形挙動の諸側面に合わせて最適化されたMn含有量が提供され得る。
【0018】
マグネシウムは、本発明によるアルミニウム合金中に4.72重量%~4.95重量%、好ましくは4.80重量%~4.92重量%の含有量で含有される。特にこれらのマグネシウム含有量で、強度を増大させる分散質形成物質の割合の低下にもかかわらず高い強度が実現されるだけでなく、同時に成形挙動が向上することが見いだされた。しかし、Mg含有量が高くなるほど、上記記載のように、粒界腐食への材料の過大な感度が生じる。
【0019】
成形挙動を最適化するために、銅含有量も0.10重量%の最大値に限定された。銅は、低い含有量でもアルミニウム合金ストリップの強度を増大させるが、低い含有量において一般的な腐食挙動の悪化も生じさせる。したがって、銅の好ましい含有量は、0.07重量%の最大値、特に好ましくは少なくとも0.02重量%かつ0.04重量%未満である。
【0020】
合金元素クロムは、非常に効果的な分散質形成物質であり、したがって本アルミニウム合金中に0.02重量%、好ましくは0.01重量%の最大値、特に好ましくは0.008重量%の最大値の含有量で含有される。
【0021】
同じことが、最も低い含有量において分散質粒子を形成する傾向に起因してニッケル含有量にもあてはまる。したがって、Ni含有量は、0.01重量%、好ましくは0.005重量%の最大値に低下する。
【0022】
本アルミニウム合金ストリップの耐食性は、亜鉛によって悪影響を受け、亜鉛は、本アルミニウム合金中に0.10重量%の最大値、好ましくは0.01重量%の最大値、特に好ましくは0.008重量%の最大値の含有量で含有される。
【0023】
融解プロセスにおいて結晶粒微細化のために用いられるチタンは、0.04重量%の最大値、好ましくは0.02重量%の最大値に限定されなければならない。チタンも分散質を形成し、大きな濃度においては強く偏析する傾向があるからである。たとえば結晶粒微細化剤に由来するチタンは融解プロセスを支援し、したがって圧延インゴットの鋳造を改善するので、好ましくは0.005重量%~0.02重量%の最大値のチタン含有量が本アルミニウム合金中に提供される。この範囲のチタンは、融解特性と二次沈殿物の数との間の折り合いがつけられることを可能にする。
【0024】
本アルミニウム合金ストリップの第1の実施形態によれば、本アルミニウム合金ストリップは、1000μm2あたり220未満、特に好ましくは1000μm2あたり200未満の2次相密度を有する。本アルミニウム合金ストリップの製造プロセスに従って本アルミニウム合金元素を選ぶことにより、本アルミニウム合金ストリップ中の2次相密度のさらなる低下を実現することができることを示すことが可能であった。これらのアルミニウム合金ストリップは、成形挙動においてさらなる増大を示す一方で同時に高い機械的強度および良好な耐食性を提供した。
【0025】
本アルミニウム合金ストリップは、微細構造状態OまたはH111において非常に良好な成形特性を有する。微細構造体状態Oは、最大の成形を可能にする再結晶化微細構造を特徴とする。状態H111においては、たとえばアルミニウム合金ストリップを延伸するかまたは歪を矯正することにより、状態Oにあるアルミニウム合金ストリップをわずかに固化させた。したがって、状態H111は、好ましくはアルミニウム合金シートの処理において用いられる。アルミニウム合金シートは、ここでは変形が少ないがそれでも特に高い成形値を実現するからである。
【0026】
さらなる検討は、さらなる実施形態によれば本アルミニウム合金ストリップが15μm~30μmの平均粒度を有することを示した。15μm~30μmの粒度の場合に本合金組成を有するアルミニウム合金の耐食性は、車体用途のための要件を満たすことが見いだされた。同時に、粒度が小さくなると成形性の改善に寄与する。
【0027】
本アルミニウム合金ストリップは、好ましくは、自動車建造における好ましい利用のために必要な寸法精度および表面品質を提供するために冷間圧延される。
【0028】
冷間圧延されたアルミニウム合金ストリップの最終厚さは、一実施形態によれば0.5mm~4mmの最大値、好ましくは0.8mm~2.5mmである。特に、これらの指定された厚さの範囲内で、本アルミニウム合金ストリップは、従来の成形プロセスおよびツールとの組み合わせで顕著に改善された成形特性を提供することができる。
【0029】
本アルミニウム合金ストリップの次の実施形態によれば、それは、圧延方向に直角に1.0%未満、好ましくは0.9%未満のAe値を有する。Ae値は、降伏強度伸び計伸び率とも呼ばれる。Ae値は、DIN EN ISO 6892に準拠して圧延方向に直角に測定され、%で指定される。アルミニウム合金ストリップのAe値は、アルミニウム合金ストリップの成形時の、たとえば車体構成要素にとって好ましくないリューダース帯の形成に特徴的である。Ae値が小さいほど少ないリューダース帯が発生する。圧延方向に直角に1.0%未満または、0.9%未満の値のとき、アルミニウム合金ストリップは、実質的にリューダース帯を含まないと称されることができる。
【0030】
最後に、1.2mmのシート厚さおよび100mmの試料幅b)を有する本発明によるアルミニウム合金ストリップの実施形態は、中島法による試験においてDIN EN ISO 120004-2に準拠して、0.200より大きな平均主形状変化ε1を有する。この主形状変化値は、材料に適合した製造プロセスを考慮して2次相密度の低下を調整することによって、本発明によるアルミニウム合金ストリップにおいて実現することができた。中島による、100mmの試料幅b)における主形状変化ε1は、絞りプロセスにおけるアルミニウム合金ストリップの微細構造の複雑な相互作用を単一パラメータにおいて反映し、これまでに実現されたタイプAA5182の形状最適化アルミニウム合金ストリップの主形状変化ε1と比較して顕著な増大を示す。本明細書において特定されるすべての値について、100mmの試料幅の指定は、DIN EN ISO 120004-2(6.1.2試料幾何形状)の
図2に準拠した軸方向に平行な逃げ部の長さa)を有する試料の値b)を指す。
【0031】
同時に、さらなる実施形態によれば、本アルミニウム合金ストリップは、微細構造状態OまたはH111において圧延方向に直角に少なくとも115MPa、好ましくは少なくとも120MPaの降伏強度Rp0.2を提供し、そのため、自動車建造における強度要件も本形状最適化アルミニウム合金ストリップによって満たされる。
【0032】
粒界腐食に起因する本アルミニウム合金ストリップの質量低下は、195℃で45分間の熱負荷後にASTM G67に準拠して測定して13mg/cm2~19mg/cm2である。この熱負荷は、構成要素が陰極浸漬塗装プロセス時に経験し得る最大熱負荷に対応し、したがって構成要素の以降の使用において腐食問題が予測されないことを示している。
【0033】
本発明のさらなる教示によれば、本発明によるアルミニウム合金ストリップは、以下のステップ、
- 以下の組成、
Si≦0.10%、好ましくは≦0.08%、
Fe≦0.25%、好ましくは≦0.20%、
0.20%≦Mn≦0.30%、好ましくは0.20%≦Mn≦0.26%、
4.72%≦Mg≦4.95%、好ましくは4.80%≦Mg≦4.92%、
Cu≦0.10%、好ましくはCu≦0.07%、特に好ましくはCu<0.04%、
Cr≦0.02%、好ましくはCr≦0.01%、特に好ましくはCr≦0.008%、
Ni≦0.01%、好ましくはNi≦0.005%、
Zn≦0.10%、好ましくはZn≦0.01%、特に好ましくはZn≦0.008%、
Ti≦0.04%、好ましくはTi≦0.02%、
残部はAl、および個別で≦0.05%、合計で≦0.15%の不可避不純物、
を有するアルミニウム合金からの圧延インゴットの鋳造、
- 480℃~550℃において少なくとも0.5時間の圧延インゴットの均質化、
- 3mm~6mmのホットストリップ最終厚さまでの圧延インゴットの熱間圧延、
- 最終厚さにおいて40%~60%、好ましくは50%~60%の圧延度を有するアルミニウム合金ストリップの冷間圧延、
- 連続炉中500℃より高温、好ましくは510℃~540℃における仕上げ圧延されたアルミニウム合金ストリップの軟化焼鈍、
を有する方法を用いて製造される。
【0034】
2次相密度を左右する、本アルミニウム合金の前述の合金成分の特に重要な選択に加えて、該合金組成と関連して、前述の方法特性および、連続炉中500℃より高温、好ましくは510℃~540℃における仕上げ圧延されたアルミニウム合金ストリップの軟化焼鈍と関連して、40%~60%の最終厚さにおける冷間圧延の圧延度の選択が1000μm2あたりの低い2次相密度の提供を確実にする特徴を表すことが見いだされた。
【0035】
本アルミニウム合金ストリップの製造のための本発明による方法のさらなる変化形によれば、熱間圧延後に以下の方法ステップ、
- 最終厚さにおける最終冷間圧延度が40%~60%、好ましくは50%~60%になるように決定された中間厚さまでの熱間圧延されたアルミニウム合金ストリップの冷間圧延、
- 300℃~500℃におけるアルミニウム合金ストリップの中間焼鈍、
- 最終厚さにおいて40%~60%、好ましくは50%~60%の圧延度を有するアルミニウム合金ストリップの冷間圧延、
- 連続炉中500℃より高温、好ましくは510℃~540℃における仕上げ圧延されたアルミニウム合金ストリップの軟化焼鈍、
が代わりに実行される。
【0036】
アルミニウム合金ストリップが中間焼鈍ありで製造されたかまたはなしで製造されたかに関わらず、連続炉中の応力下の軟化焼鈍と組み合わされた最終厚さにおける最終冷間圧延は、驚くべきことに本アルミニウム合金ストリップの特性の特定の組み合わせを産み出すことが見いだされた。同時に、上記の温度における連続炉中の軟化焼鈍は、15μm~30μmの結晶粒度を実現し、この結晶粒度は、対応して製造されたアルミニウム合金ストリップの驚くほど良好な耐食性に寄与するだけでなく成形特性も促進する。
【0037】
本発明による方法のさらなる実施形態によれば、仕上げられたアルミニウム合金ストリップの連続炉における軟化焼鈍の継続時間は、5秒~300秒の間であり、好ましくは10秒~60秒の間が目指される。指定された時間において、既に連続炉中で微細構造体の完全な再結晶化を実現させることができ、それによって継続時間もストリップのそれぞれの厚さに合わされる。
【0038】
本方法のさらなる実施形態によれば、圧延インゴットの熱間圧延は、少なくとも450℃の開始温度における30mm~40mmの厚さへの前圧延のステップと、300℃~350℃の巻き取り温度におけるホットストリップ最終厚さへの仕上げ圧延のステップと、からなる。熱間圧延は、低い2次相密度を提供するという点で有利に最適化することができ、これらのパラメータに従うことによって安定したプロセス制御に寄与することが示された。
【0039】
最後に、本発明によるアルミニウム合金ストリップは、好ましくは、自動車の車体内装部品、特にドア内装部品、ボンネット内装部品またはトランクカバー内装部品の製造のために用いられる。車体内装部品は、多くの場合、自動車車体構造を提供する比強度を提供するために複雑に成形される。これが、車体内装部品も高強度材料、たとえば問題のアルミニウム合金から製造される理由である。しかし、同時に、できるだけ少数の個別構成要素から車体内装部品を提供するために、これらのものを複雑に成形することも可能でなければならない。これは、接合技術という点で追加の作業ステップ、たとえば種々の構成要素を接合または溶接するステップを省く。同時に、車体内装部品は、腐食条件にも曝されるので良好な耐食性も要求される。
【0040】
本アルミニウム合金ストリップは、これらの条件を特定の程度まで満たし、したがって本使用に最適である。
【0041】
強度および耐食性の点でいかなる低下もない、本発明によるアルミニウム合金ストリップの最適化された成形挙動に起因して、本アルミニウム合金ストリップは、複雑に成形される車体内装部品の製造に最適に適している。
【0042】
本発明は、図面と関連する例示的実施形態を用いて下記でさらに詳しく記載される。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【
図1】本発明によるアルミニウム合金ストリップの製造方法の概略流れ図を示す。
【
図2】図において、100mm試料幅において中島法に準拠して測定された主形状変化ε1の関数としての2次相密度/1000μm
2を示す。
【
図3】自動車のドア内装部品、いわゆる「ホワイトボディ」の形のアルミニウム合金ストリップの典型的な使用を示す。
【
図4】2次相の合計数を評価するための本発明によるアルミニウム合金ストリップのエッチングされた断面表面を示す。
【発明を実施するための形態】
【0044】
図1は、アルミニウム合金ストリップを製造するための方法の例示的実施形態の方法ステップおよび順序を概略的に示す。ステップ1において、たとえばDC連続鋳造において以下の合金成分、
Si≦0.10%、好ましくは≦0.08%、
Fe≦0.25%、好ましくは≦0.20%、
0.20%≦Mn≦0.30%、好ましくは0.20%≦Mn≦0.26%、
4.72%≦Mg≦4.95%、好ましくは4.80%≦Mg≦4.92%、
Cu≦0.10%、好ましくはCu≦0.07%、特に好ましくはCu<0.04%、
Cr≦0.02%、好ましくはCr≦0.01%、特に好ましくはCr≦0.008%、
Ni≦0.01%、好ましくはNi≦0.005%、
Zn≦0.10%、好ましくはZn≦0.01%、特に好ましくはZn≦0.008%、
Ti≦0.04%、好ましくはTi≦0.02%、
残部はAl、および個別で≦0.05%、全体で≦0.15%の不可避不純物、
を有するアルミニウム合金から圧延インゴットが鋳造される。
【0045】
圧延インゴットは、次に、方法ステップ2において均質化に付され、均質化は、一段階または複数段階で実行することができる。均質化時に、圧延インゴットの温度は、少なくとも0.5時間480℃~550℃に達する。次に、方法ステップ3において、圧延インゴットは、熱間圧延される。ホットストリップの最終厚さは、たとえば3mm~6mmである。ホットストリップ最終厚さは、ホットストリップがその厚さを40%~60%、好ましくは50%~60%の圧延度で最終厚さまで低下される熱間圧延の後で冷間圧延ステップ4だけが行われるように選ぶことができる。最終厚さにおいて冷間圧延されたアルミニウム合金ストリップは、次に、軟化焼鈍に付される。軟化焼鈍は、連続炉中で500℃を上回る温度において、好ましくは510℃~540℃において行われる。
【0046】
図1において同じく示されているように、熱間圧延されたアルミニウム合金ストリップがまずステップ4aにおいて中間厚さまで冷間圧延される代替製造方法も用いることができる。中間厚さは、最終厚さにおける冷間圧延の最終圧延度が40%~60%、好ましくは50%~60%になるように決定される。アルミニウム合金ストリップの中間焼鈍は、たとえばチャンバー炉中で少なくとも1.5時間、あるいはまた連続炉中で最大300秒間、好ましくは300℃~500℃において実行される。ステップ4bにおける中間焼鈍は、好ましくは連続炉中で400℃~500℃において、あるいはチャンバー炉中で330℃~450℃において実行することができる。最終厚さにおけるアルミニウム合金ストリップの冷間圧延は、ステップ4cにおいて40%~60%、好ましくは50%~60%の圧延度で実行される。仕上げ圧延されたアルミニウム合金ストリップは、次に、ステップ5において連続炉中で500℃より高温、好ましくは510℃~540℃において軟化焼鈍される。
【0047】
成形挙動試験における比較可能性を確実にするために、例示的実施形態および比較例の最終厚さが1.2mmである中間焼鈍を実行することにより、この代替製造方法を用いて種々のアルミニウム合金ストリップを製造した。
【0048】
表1は、種々の合金組成物を示し、すべての組成物は、残部としてのアルミニウムならびに個別で0.05重量%の最大値、全体で0.15重量%の最大値を有する不可避不純物を含有する。
【0049】
比較例1、2および7は、例示的実施形態3~6と同じく、本発明によるアルミニウム合金組成を有する。
【0050】
例示的実施形態1~7の製造パラメータを表2に特定している。圧延インゴットの均質化は、製造されたすべてのアルミニウム合金ストリップで同一であり、480℃~550℃で少なくとも0.5時間だった。少なくとも450℃の開始温度を用いる圧延インゴットの前圧延は、比較例1および7において32mmのシート厚さで終了した。本発明の例示的実施形態3~6は、36mmのシート厚さまで前圧延された。比較例1、2および7ならびに例示的実施形態3~6において、熱間圧延は、300℃~350℃の巻き取り温度で3mm~6mmのホットストリップ最終厚さにおいて終了した。
【0051】
比較例7は、20%の最終圧延度で1.5mmの中間焼鈍厚さを基準にして冷間圧延され、比較例1は、最終厚さにおいて14.3%の圧延度であった。比較例2は、最終厚さにおいて50%の圧延度で製造され、連続炉中400℃で300秒軟化焼鈍された。比較例1は、同一の焼鈍プロセスを60秒間の継続時間で受けた。
【0052】
例示的実施形態3~6は、連続炉中で500℃より高温、ここでは530℃で60秒間焼鈍し、他のすべての例と同じく、次に空気中で急冷した。
【0053】
試験の結果を表3に示す。比較例7ではAe値を決定しなかった。成形のための通常の機械的特性値、本明細書においては均等伸び率Agおよび破断点伸び率A80mmの比較は、比較例と本発明による例示的実施形態との間のなんらかの明白な差異を示す結果とならない。それでも、複雑な形状の構成要素の製造プロセスにおける比較例と例示的実施形態との成形挙動は、基本的に異なり、その違いは、微細構造中の差異に起因する。これは、DIN EN ISO 120004-2に準拠して測定された、中島法による100mm試料幅における主形状変化ε1に関する検討によって明らかに示される。
【0054】
本発明による例示的実施形態3~6は、ここで比較例より9%~ほとんど20%高い値を実現する。100mm試料幅における主形状変化ε1の試験の結果は、2次相密度における1000μm
2あたり250未満の顕著な減少によって材料に反映された。そのことによって、2次相密度は、上記の方法によって決定された。
図2は、図において比較のために決定された値を示す。
【0055】
図4は、本発明による例示的実施形態のエッチングされた長手方向断面表面を示す。断面を研削および研磨した後に、試料を硫酸とフッ化水素酸との希薄水溶液中で室温で1分間エッチングした。溶液は、100cm
3の10%濃硫酸からなり、硫酸とフッ化水素酸との100cm
3の別の溶液と混合された。溶液は、60cm
3の水と40cm
3の5%フッ化水素酸とからなる100cm
3の溶液からなった。エッチング後、長手方向断面を蒸留水ですすぎ、後続の光学顕微鏡検査のために乾燥した。エッチングは、2次相を明らかにする。
【0056】
1000:1の倍率において、オイルレンズを有する光学顕微鏡を用いて2次相を分析した。この方法によって少なくとも0.39μmの直径を有する物体を検出および計数することができる。用いたエッチングにおいて、実際の2次相は溶解し、食孔が残され、食孔のサイズは、溶解した2次相のサイズより顕著に大きい。この方法は、したがって、0.39μmの光学分解能より顕著に小さい2次相を検出するために用いることができる。走査電子顕微鏡検査で用いた光-光学方法の比較は、約50nmからの相を統計的に信頼性良く決定することができることを示した。検査したすべての測定領域の合計面積は、20331μm
2だった。
図4において、測定領域の一つを例として示す。
【0057】
圧延方向に直角に120MPaである例示的実施形態の降伏強度値は、自動車の車体内装部品用アルミニウム合金ストリップの好ましい利用への良好な適合性も示した。このことは、圧延方向に直角なAe測定値にもあてはまり、このことは、リューダース帯のない0.7%および0.6%での成形をそれぞれ可能にする。
【0058】
表3は、ASTM E1382に準拠して20μm~29μmの本発明による例示的実施形態の平均粒度を与えた粒度測定の結果を示していない。表3は、ASTM G67に準拠して195℃で45分の熱処理後に測定した13.8mg/cm2~18.8mg/cm2の質量低下を示す腐食試験の結果も示していない。
【0059】
最後に、
図3は、シートがアルミニウム合金ストリップから分離され、ドア内装部品6の形の自動車の車体の内装部品が成形、たとえば絞りによって製造されたアルミニウム合金ストリップの好ましい使用を概略的に示す。これらは、通常、鋼から製造される。したがって、本発明によるアルミニウム合金ストリップは、同じ強度および耐食性を有する改善された成形挙動に起因して、好ましくは車体内装部品の製造のために用いられる。
【0060】
【0061】
【0062】
【手続補正書】
【提出日】2023-06-30
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0005
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0005】
その結果、このアルミニウム合金ストリップの成形性についてのさらなる発展が特許文献2から公知である。この文献において、このアルミニウム合金ストリップは、ほとんど同一の合金概念で成形性が最適化された。両国際特許出願の主題は、タイプAA5182のアルミニウム合金の規格内にある4.50重量%の最大値までのMg含有量を有するアルミニウムストリップである。
特許文献3は、少なくとも3μm以上の最大長さを有する2次相の2次相密度が決定された、タイプAA5xxxのアルミニウム合金を開示している。
特許文献4は、焼鈍されたアルミニウム合金ストリップおよびそれらの製造のための方法を開示している。
特許文献5から、0.3μm~4μmの円相当径を有する銅含有2次相の2次相密度が最大化された、軟化焼鈍されたアルミニウム合金ストリップが公知である。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0010】
【特許文献1】国際公開第2014/0298531(A1)号
【特許文献2】国際公開第2014/029856(A1)号
【特許文献3】特開2001-303164(A)号
【特許文献4】国際公開第2016/207274(A1)号
【特許文献5】米国特許出願公開第2020/0157668(A1)号
【手続補正書】
【提出日】2024-05-01
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重量%で以下の組成、
Si≦0.10%、
Fe≦0.25%、
0.20%≦Mn≦0.30%、
4.72%≦Mg≦4.95%、
Cu≦0.10%、
Cr≦0.02%、
Ni≦0.01%、
Zn≦0.10%、
Ti≦0.04%、
残部はAl、および個別で≦0.05%、合計で≦0.15%の不可避不純物、
を有するアルミニウム合金を含むアルミニウム合金ストリップであって、
前記アルミニウム合金ストリップは、250/1000μm
2未満の平均2次相密度を有し、前記平均2次相密度は、少なくとも10の測定領域において、調べられたすべての測定領域の合計測定表面に対して決定された2次相の合計数からの結果である、
アルミニウム合金ストリップ。
【請求項2】
前記アルミニウム合金ストリップのアルミニウム合金の1種類または複数種類の合金成分は、重量%で以下の含有量、
Si≦0.08%、
Fe≦0.20%、
0.20%≦Mn≦0.26%、
4.80%≦Mg≦4.92%、
Cu≦0.07%、好ましくは<0.04%、
Cr≦0.01%、好ましくは≦0.008%、
Ni≦0.005%、
Zn≦0.01%、好ましくは≦0.008%、
0.005%≦Ti≦0.02%、
を有することを特徴とする、請求項1に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項3】
前記アルミニウム合金ストリップは、220/1000μm
2未満、特に好ましくは200/1000μm
2未満の平均2次相密度を有することを特徴とする、請求項1または2に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項4】
前記アルミニウム合金ストリップは、微細構造状態OまたはH111を有することを特徴とする、請求項
1に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項5】
前記アルミニウム合金ストリップは、ASTM E1382に準拠して測定された15μm~30μmの平均粒度を有することを特徴とする、請求項
1に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項6】
前記アルミニウム合金ストリップは冷間圧延され、かつ任意選択として、0.5mm~4mmの厚さを有することを特徴とする、請求項
1に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項7】
前記アルミニウム合金ストリップは、DIN EN ISO 6892に準拠して圧延方向に直角に1.0%未満、好ましくは0.9%未満のAe値を有することを特徴とする、請求項
1に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項8】
1.2mmのシート厚さの前記アルミニウム合金ストリップは、中島法による試験において、100mmの試料幅でDIN EN ISO 120004-2に準拠して0.200より大きな平均主形状変化ε1を有することを特徴とする、請求項
1に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項9】
前記アルミニウム合金ストリップは、DIN EN ISO 6892に準拠して圧延方向に直角に少なくとも115MPa、好ましくは少なくとも120MPaの降伏強度Rp0.2を有することを特徴とする、請求項
1に記載のアルミニウム合金ストリップ。
【請求項10】
請求項
1に記載のアルミニウム合金ストリップを製造するための方法であって、
前記方法は、以下のステップ、
- 以下の組成、
Si≦0.10%、好ましくは≦0.08%、
Fe≦0.25%、好ましくは≦0.20%、
0.20%≦Mn≦0.30%、好ましくは0.20%≦Mn≦0.26%、
4.72%≦Mg≦4.95%、好ましくは4.80%≦Mg≦4.92%、
Cu≦0.10%、好ましくはCu≦0.07%、特に好ましくはCu<0.04%、
Cr≦0.02%、好ましくはCr≦0.01%、特に好ましくはCr≦0.008%、
Ni≦0.01%、好ましくはNi≦0.005%、
Zn≦0.10%、好ましくはZn≦0.01%、特に好ましくはZn≦0.008%、
Ti≦0.04%、好ましくはTi≦0.02%、
残部はAl、および個別で≦0.05%、合計で≦0.15%の不可避不純物、
を有するアルミニウム合金からの圧延インゴットの鋳造、
- 480℃~550℃において少なくとも0.5時間の前記圧延インゴットの均質化、
- 3mm~6mmのホットストリップ最終厚さまでの前記圧延インゴットの熱間圧延、
- 最終厚さにおいて40%~60%、好ましくは50%~60%の圧延度を有する前記アルミニウム合金ストリップの冷間圧延、および
- 連続炉中500℃より高温、好ましくは510℃~540℃における前記仕上げ圧延されたアルミニウム合金ストリップの軟化焼鈍、
を有する方法。
【請求項11】
熱間圧延後に以下の方法ステップ、
- 最終厚さにおける最終冷間圧延度が40%~60%、好ましくは50%~60%になるように決定された中間厚さまでの前記熱間圧延されたアルミニウム合金ストリップの冷間圧延、
- 300℃~500℃における前記アルミニウム合金ストリップの中間焼鈍、
- 最終厚さにおいて40%~60%、好ましくは50%~60%の圧延度を有する前記アルミニウム合金ストリップの冷間圧延、
- 連続炉中500℃より高温、好ましくは510℃~540℃における前記仕上げ圧延されたアルミニウム合金ストリップの軟化焼鈍、
が代わりに実行される、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
前記仕上げられたアルミニウム合金ストリップの前記連続炉における前記軟化焼鈍の継続時間は、5秒~300秒の間であることを特徴とする、請求項10または11に記載の方法。
【請求項13】
前記圧延インゴットの熱間圧延は、少なくとも450℃の開始温度における30mm~40mmの厚さへの前圧延のステップと、300℃~350℃の巻き戻し温度におけるホットストリップ最終厚さへの仕上げ熱間圧延のステップと、からなることを特徴とする、請求項
10に記載の方法。
【請求項14】
自動車の車体内装部品、特にドア内装部品、ボンネット内装部品またはトランクカバー内装部品を製造するための、請求項
1に記載のアルミニウム合金ストリップの使用。
【国際調査報告】