(57)【要約】【解決手段】  テクスチャロールを使用して、高温で降伏強度が低下したシートを圧延する装置及び方法である。テクスチャ圧延は、圧延の様々な段階で欠陥を修復するために用いられ、その後の圧延段階を円滑にする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の状態で提供される金属シートを圧延して第２の状態を達成するための方法であって、
金属シートが周囲温度での金属シートの降伏強度より低い降伏強度を示す温度にあるときに、前記金属シートをテクスチャロールで圧延することを含む、方法。
【請求項２】
金属はアルミニウムであり、金属シートがテクスチャロールによって圧延される温度は２５０〜９７０°Ｆである、請求項１の方法。
【請求項３】
テクスチャロールは、１マイクロメートル〜５０マイクロメートルの表面粗さＲａを有する、請求項２の方法。
【請求項４】
圧延ステップにおいて、金属シートの厚さは０％〜３０％減少する、請求項３の方法。
【請求項５】
圧延ステップにおいて、テクスチャは、金属シートの表面の６０％〜１００％に転写される、請求項４の方法。
【請求項６】
圧延ステップにおいて、金属シートの厚さは０％〜７０％減少する、請求項３の方法。
【請求項７】
テクスチャロールで圧延するステップは、第１圧延ステップであり、前記第１圧延ステップに続いて金属シートに対して行われる第２圧延ステップをさらに含む、請求項２の方法。
【請求項８】
第２圧延ステップは、第２テクスチャ圧延ステップである、請求項７の方法。
【請求項９】
第１圧延ステップは、第２圧延ステップで使用されるテクスチャロールよりも粗いテクスチャを有するテクスチャロールを用いて行われる、請求項８の方法。
【請求項１０】
第１圧延ステップ及び第２圧延ステップは、金属シートの結晶サイズを減少させる、請求項９の方法。
【請求項１１】
第２圧延ステップは冷間圧下圧延によって行われる、請求項７の方法。
【請求項１２】
第２圧延ステップは熱間圧下圧延によって行われる，請求項７の方法。
【請求項１３】
第１圧延ステップは、金属シート中に潤滑剤を収容することができる表面特徴を形成する、請求項７の方法。
【請求項１４】
複数の圧延ステップをさらに含み、テクスチャロールで圧延する第１圧延ステップは、前記第１圧延ステップがテクスチャロールでないロールで行われる場合を除いて、同じ圧延条件を用いて金属シートの最終的な目標状態を達成するために必要とされる圧延ステップの回数を低減する、請求項７の方法。
【請求項１５】
第１圧延ステップは、第２圧延ステップの圧延を円滑にする、請求項７の方法。
【請求項１６】
第１圧延ステップは、金属シートに存在する欠陥であって、第２圧延ステップによって修復されない欠陥を修復する、請求項７の方法。
【請求項１７】
金属シートが低い降伏強度を示す温度での圧延ステップは、テクスチャロールの摩耗は、圧延が前記温度より低い温度で行われた場合に生じるテクスチャロールの摩耗より少ない、請求項２の方法。
【請求項１８】
テクスチャロールの摩耗の減少は、テクスチャロールの寿命の延びに対応する、請求項１７の方法。
【請求項１９】
第１圧延ステップは、テクスチャロールでないロールによる同じ圧延プロセスと比べて、第２圧延ステップでの金属シートの転写を減少させる、請求項７の方法。
【請求項２０】
金属シートが低い降伏強度を示すときの圧延ステップは、金属シートに存在する表面欠陥を消滅させる、請求項２の方法。
【請求項２１】
金属シートが低い降伏強度を示すときの圧延ステップは、金属シートに存在する表面下の欠陥を消滅させる、請求項２の方法。
【請求項２２】
金属シートが低い降伏強度を示すときの圧延ステップは、金属シート中の金属を変形させることによって再分配する、請求項２の方法。
【請求項２３】
金属シートが低い降伏強度を示すときの圧延ステップは、金属シートがコイルに巻かれる前の最終圧延ステップとして行われる、請求項２の方法。
【請求項２４】
前記圧延ステップによって取り除かれる表面欠陥は、１０μｍ〜１ｍｍの範囲である、請求項２０の方法。
【請求項２５】
前記圧延ステップは、ワンススルー式潤滑、蒸発ロール冷却、ロール表面コーティング又は高圧水ブラスティングの少なくとも１つを伴う、請求項２３の方法。
【請求項２６】
金属シートの温度は、処理前の状態から持続して金属シートに存在する残留熱に起因する、請求項２の方法。
【請求項２７】
金属シートの温度は、熱源によって金属シートに付与される熱に起因する、請求項２の方法。
【請求項２８】
テクスチャロールのテクスチャは、ＥＤＴ、ボールピーニング、ショットピーニング、研削又はクロスハッチ研削のうちの少なくとも１つによってテクスチャロールに付与される、請求項２の方法。
【請求項２９】
テクスチャロールのテクスチャは認識可能なパターンを有する、請求項２の方法。
【請求項３０】
テクスチャロールのテクスチャは認識可能なパターンを有しない、請求項２の方法。
【請求項３１】
圧延ステップの後、金属シートを自動車用パネルに成形する成形ステップをさらに含む、請求項２の方法。
【請求項３２】
自動車用パネルは閉鎖パネルである、請求項３１の方法。
【請求項３３】
成形ステップは複数の閉鎖パネルを作製し、複数の閉鎖パネルを接合するステップをさらに含む、請求項３２の方法。
【請求項３４】
自動車用パネルをホワイトボディに組み込むことをさらに含む、請求項３１の方法。
【請求項３５】
別の態様において、金属シートは、Ｍｉｃｒｏｍｉｌｌ（登録商標）によって第１の状態で供給される、請求項１の方法。
【請求項３６】
テクスチャロールで圧延するステップは、人間の目で認知可能なシートの表面欠陥を目立たなくする、請求項２の方法。
【請求項３７】
欠陥は１０μｍ〜２００μｍのスケールである、請求項３６の方法。
【請求項３８】
テクスチャロールのテクスチャは６００μｉｎ〜１２００μｉｎの範囲であり、圧下率は５％〜２５％の範囲である、請求項３７の方法。
【請求項３９】
欠陥は人間の目では全く見えない、請求項３８の方法。
【請求項４０】
欠陥はスクラッチ又はスライバーの少なくとも１つである、請求項３６の方法。
【請求項４１】
欠陥は認識可能なパターンを形成する、請求項３６の方法。
【請求項４２】
パターンは反復パターンである、請求項４１の方法。
【請求項４３】
欠陥は、山頂から谷底までの平均距離を減少させることによって目立たなくされる、請求項３６の方法。
【請求項４４】
欠陥は、欠陥の領域の粗さを、欠陥近傍のバックグラウンド表面の粗さＲａを近づけることによって目立たなくされる、請求項３６の方法。
【請求項４５】
テクスチャロールで圧延した後のシートは、０．１〜５フィート離れた人間の視力では均一な等方性テクスチャとして認識される、請求項３９の方法。
【請求項４６】
金属を圧延して金属シートを製造するための圧延ミルであって、
金属シートが周囲温度での金属シートの降伏強度より低い降伏強度を示す温度にある位置に配置されたテクスチャロールを具える、圧延ミル。
【請求項４７】
テクスチャロールの前に金属を加熱する加熱装置をさらに具える、請求項４６の圧延ミル。
【請求項４８】
鋳造機をさらに含み、前記鋳造機から出力された金属鋳造物は圧延ミルによって圧延される、請求項６の圧延ミル。
【請求項４９】
鋳造機はＭｉｃｒｏｍｉｌｌである、請求項４８の圧延ミル。
【請求項５０】
金属シートが低い降伏強度を示す温度は約２５０〜９７０°Ｆである、請求項４６の圧延ミル。
【請求項５１】
テクスチャロールは、表面粗さＲａが１マイクロメートル〜５０マイクロメートルの範囲である、請求項４６の圧延ミル。
【請求項５２】
テクスチャロールでの圧下は０％〜７０％の範囲である、請求項５１の圧延ミル。
【請求項５３】
テクスチャロールの後に追加の圧延ステーションをさらに含む、請求項４６の圧延ミル。
【請求項５４】
追加の圧延ステーションはテクスチャ圧延ステーションを含む、請求項５３の圧延ミル。
【請求項５５】
追加のテクスチャ圧延ステーションは、テクスチャロールよりも微細な表面テクスチャを有する、請求項５４の圧延ミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願の相互参照＞
本願は、２０１４年５月１２日に出願された米国仮特許出願第６１／９９１９７３号「アルミニウムを圧延する装置及び方法」の利益を主張し、前記出願は、引用を以てその全体が本明細書に組み込まれる。
＜分野＞
本発明は、シート材料の製造に関し、より具体的には、アルミニウム及びアルミニウム合金等の金属をシートに圧延し、所望の表面及び表面下の特性を有するシート材料を製造するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
＜背景＞
アルミニウムを圧延し、得られた圧延シートに所定の表面テクスチャを付与する種々の方法が知られている。表面テクスチャは、ロールによってシート表面に付与されることができ、前記ロールの表面には、放電加工（ＥＤＴ）、ロール研削、クロスハッチ研削、ボール又はショットピーニングなどのプロセスによりテクスチャが施されている。当該技術分野における「テクスチャロール(texture roll)」は、典型的には、表面の山部と谷部がランダム又は反復するパターンであって、等方性又は方向性のパターンを有するロールとして定義され、審美的目的又は機能的目的のために平均的な高さ及び間隔を有する。テクスチャ加工されたロール(textured roll)のテクスチャは、アルミニウム、スチール及び他の金属表面に対して、通常は冷間圧延工程後に低圧下量（３〜１０％）の範囲で付与される。ＥＤＴテクスチャを有する自動車用シートの場合、テクスチャは、通常、スキンパス（テンパー）ミルの最後のパスとして形成される。テクスチャをスキンパス又は冷間ミルでの冷間圧延後に施すことは、製品の冷間加工特性、ロールのサイズ及び圧延の低圧下量のために、ロール表面テクスチャのシートへの転写がしばしば制限される。この場合、転写される表面(incoming surface)がロール表面のテクスチャによって完全に除去されない表面又は覆われない表面になる。これは、スクラッチや上流工程からの金属スライバー等の特徴が存在するときは特に好ましくない。このスライバーという用語は、「母材金属の表面に圧延され、一端部のみが付着した薄く細長い断片」として定義される［McGraw-Hill Dictionary Of Scientific And Technical Terms、第３版、p.1491］。スライバーはまた、「材料の一部であるが一部分だけが付着したアルミニウムの薄い断片」と定義されることもできる［Visual Quantity Attributes of Aluminum Sheet and Plate, Al Assoc., 1994］。冷間圧延においてＥＤＴロールによる圧下(reduction)が大きいと、残屑(debris)の生成が多くなり、最終製品として又はさらなる加工を受ける中間製品として製造されるシートの清浄度を低下させることになる。
【０００３】
また、冷間圧延後のスキンパスは、工程にさらなるステップを追加するもので、製品のコストアップとなる。それゆえ、アルミニウムシートに所望の表面テクスチャを付与するための方法及び装置について、それらの改良及び／又は代替が依然として望まれている。
【発明の概要】
【０００４】
＜発明の要旨＞
開示される主題は、第１の状態(state)で提供される金属シートを圧延(rolling)して第２の状態を達成する方法に関するもので、金属シートが周囲温度での金属シートの降伏強度より低い降伏強度を示す温度にあるとき、前記金属シートをテクスチャロールで圧延することを含む。
【０００５】
本開示の別の態様において、金属はアルミニウムであり、金属シートがテクスチャロールによって圧延される温度は華氏２５０〜９７０度である。
【０００６】
別の態様において、テクスチャロールは、１マイクロメートル〜５０マイクロメートルの範囲の表面粗さを有する。
【０００７】
別の態様において、圧延ステップにおける金属シートの厚さ減少は、０％〜３０％の範囲である。
【０００８】
別の態様において、厚さの減少は０％〜７０％の範囲である。
【０００９】
別の態様において、圧延ステップにおけるテクスチャの転写は、金属シートの表面の６０％〜１００％である。
【００１０】
別の態様において、テクスチャロールで圧延するステップは、第１圧延ステップであり、前記第１圧延ステップに続いて金属シートに対して行われる第２圧延ステップをさらに含む。
【００１１】
別の態様において、第２ステップは、第２テクスチャ圧延ステップである。
【００１２】
別の態様において、第１圧延ステップは、第２圧延ステップで使用されるテクスチャロールよりも粗いテクスチャを有するテクスチャロールを用いて行われる。
【００１３】
別の態様において、第１圧延ステップ及び第２圧延ステップは、金属シートの結晶サイズを減少させる。
【００１４】
別の態様において、第２圧延ステップは冷間圧下圧延によって行われる。
【００１５】
別の態様において、第２圧延ステップは熱間圧下圧延によって行われる。
【００１６】
別の態様において、第１圧延ステップは、金属シート中に潤滑剤を収容することができる表面形状を金属シートに形成する。
【００１７】
別の態様において、複数の圧延ステップをさらに含み、テクスチャロールで圧延する第１ステップでは、金属シートの最終的な目標状態を達成するために必要とされる圧延ステップの数を削減する。
【００１８】
別の態様において、圧延の第１ステップは圧延の第２ステップを円滑にする。
【００１９】
別の態様において、圧延の第１ステップは、金属シートに存在する欠陥であって、圧延の第２ステップによっては修復されない欠陥を修復する。
【００２０】
別の態様において、金属シートが低い降伏強度を示す温度での圧延ステップで生じるテクスチャロールの摩耗は、圧延がより低い温度で行われた場合に生じるテクスチャロールの摩耗よりも少ない。
【００２１】
別の態様において、テクスチャロールの摩耗の減少は、テクスチャロールの寿命の延びに対応する。
【００２２】
別の態様において、圧延の第１ステップは、圧延の第２ステップ中の金属シートの転写(transfer)を減少させる。
【００２３】
別の態様において、金属シートが低い降伏強度を示すときの圧延ステップは、金属シートに存在する表面欠陥を取り除く。
【００２４】
別の態様において、金属シートが低い降伏強度を示すときの圧延ステップは、金属シートに存在する表面下の欠陥を低減する。
【００２５】
別の態様において、金属シートが低い降伏強度を示すときの圧延ステップは、金属シートの中の金属を変形することによって再分配する。
【００２６】
別の態様において、金属シートが低い降伏強度を示すときの圧延ステップは、金属シートがコイルに巻かれる前の最終圧延ステップとして行われる。
【００２７】
別の態様において、圧延ステップによって取り除かれる表面欠陥は、１０μｍ〜１ｍｍの範囲である。
【００２８】
別の態様において、圧延ステップは、ワンススルー式(once-through)潤滑、蒸発ロール冷却、ロール表面コーティング又は高圧水ブラスティングの少なくとも１つを伴う。これに対するデータはない。
【００２９】
別の態様において、金属シートの温度は、処理前の状態から持続して金属シートに存在する残留熱による温度である。
【００３０】
別の態様において、金属シートの温度は、熱源によって金属シートに付与される熱による温度である。
【００３１】
別の態様において、テクスチャロールのテクスチャは、ＥＤＴ、ボールピーニング、ショットピーニング、研削又はクロスハッチ研削のうちの少なくとも１つによってテクスチャロールに付与される。
【００３２】
別の態様において、テクスチャロールのテクスチャは認識可能な(discernable)パターンを有する。
【００３３】
別の態様において、テクスチャロールのテクスチャは認識可能なパターンを有しない。
【００３４】
別の態様において、圧延ステップの後に金属シートを自動車用パネルに成形するステップをさらに含む。
【００３５】
別の態様において、自動車用パネルは閉鎖パネル(closure panel)である。
【００３６】
別の態様において、成形するステップは、複数の閉鎖パネルを作製し、複数の閉鎖パネルを接合するステップをさらに含む。
【００３７】
別の態様において、自動車用パネルをホワイトボディ(body-in-white)に組み込むことをさらに含む。
【００３８】
別の態様において、シートは、Ｍｉｃｒｏｍｉｌｌ（登録商標）によって第１の状態で供給される。
【００３９】
別の態様において、テクスチャロールで圧延するステップは、人間の目で認識可能なシートの表面欠陥を目立たなくする。
【００４０】
別の態様において、欠陥は１０μｍ〜２００μｍのスケールである。
【００４１】
別の態様において、テクスチャロールのテクスチャは６００μｉｎ〜１２００μｉｎの範囲であり、圧下率は５％〜２５％の範囲である。
【００４２】
別の態様において、欠陥は人間の目では全く見えない。
【００４３】
別の態様において、欠陥はスクラッチ又はスライバーの少なくとも１つである。
【００４４】
別の態様において、欠陥は認識可能なパターンを形成する。
【００４５】
別の態様において、パターンは反復パターンである。
【００４６】
別の態様において、欠陥は、山頂(peak)から谷底(valley)の平均距離を減少させることによって目立たなくされる。
【００４７】
別の態様において、欠陥は、欠陥の領域を、欠陥近傍のバックグラウンド表面の粗さＲａに近づけることによって目立たなくされる。
【００４８】
別の態様において、テクスチャロールで圧延した後のシートは、０．１〜５フィート離れた人間の視力では均一な等方性テクスチャとして認識される。
【００４９】
別の態様において、金属を圧延して金属シートを製造するための圧延ミル(rolling mill)は、テクスチャロールを有し、前記テクスチャロールは、金属シートの温度が周囲温度での降伏強度よりも低い降伏強度を示す温度にある位置に配置される。
【００５０】
別の態様において、圧延ミルは、テクスチャロールの前に金属を加熱する加熱装置を有する。
【００５１】
別の態様において、圧延ミルは鋳造機を有し、鋳造機(casting mill)から出される金属鋳造物は圧延ミルによって圧延される。
【００５２】
別の態様において、鋳造機はＭｉｃｒｏｍｉｌｌである。
【００５３】
別の態様において、金属シートが低い降伏強度を示す温度は約２５０〜９７０°Ｆの範囲である。
【００５４】
別の態様において、テクスチャロールは、表面粗さＲａが１マイクロメートル〜５０マイクロメートルの範囲である。
【００５５】
別の態様において、テクスチャロールでの圧下は０％〜７０％の範囲である。
【００５６】
別の態様において、圧延ミルは、テクスチャロールの後に追加の圧延ステーションを有する。
【００５７】
別の態様において、追加の圧延ステーションはテクスチャ圧延ステーションを含む。
【００５８】
別の態様において、追加のテクスチャ圧延ステーションは、テクスチャロールよりも微細な表面テクスチャを有する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
本開示をより完全に理解するために、例示的な実施形態に関する詳細な説明について、併せて考慮される添付の図面は次の通りである。
【００６０】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に基づいてシート材料を製造するための装置及び方法の概略図である。
【００６１】
【図２】図２は、シートに転写された粗さに対するロールの粗さを示すグラフであって、２００、４００及び６００°Ｆにおいて３％圧下及び９％圧下したときの百分率として表したものである。
【００６２】
【図３Ａ】図３Ａは、本開示の一実施形態に基づいてシート材料を製造するための装置及び方法の概略図である。
【００６３】
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示の一実施形態に基づいてシート材料を製造するための装置及び方法の斜視図である。
【００６４】
【図４】図４は、本開示の一実施形態に基づいてシート材料を製造するための装置及び方法の概略図である。
【００６５】
【図５】図５は、本開示の一実施形態に基づいてシート材料を製造するための装置及び方法の概略図である。
【００６６】
【図６】図６は、本開示の一実施形態に基づいてシート材料を製造するための装置及び方法の概略図である。
【００６７】
【図７】図７は、本開示の一実施形態に基づいてシート材料を製造するための装置及び方法の概略図である。
【００６８】
【図８】図８は、シート中に異なる深さ及び向きを有する表面スクラッチのパターンの概略図である。
【００６９】
【図９Ａ】図９Ａは、表面の第１スクラッチパターンの光学像である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、表面の第１スクラッチパターンのトポグラフィ像(topography images)である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、表面の第２スクラッチパターンの光学像である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、表面の第２スクラッチパターンのトポグラフィ像である。
【００７０】
【図１０】図１０は、金属が、圧延中に付着したり、金属シート又はスラブの表面へ圧入されることによって金属シート又はスラブの表面に存在する表面スライバーの光学像である。
【００７１】
【図１１】図１１は、本開示の一実施形態に基づいて製造されたシートアルミニウムについて、ＥＤＴロールでの圧下率が異なる５つの例に対する一連の表面トポグラフィのスキャン(surface topography scans)結果を示す図である。
【図１１−１】図１１は、本開示の一実施形態に基づいて製造されたシートアルミニウムについて、ＥＤＴロールでの圧下率が異なる５つの例に対する一連の表面トポグラフィのスキャン(surface topography scans)結果を示す図である。
【００７２】
【図１２】図１２は、本開示の一実施形態に基づいて製造されたシートアルミニウムについて、クロスハッチロールでの圧下率が異なる５つの例について一連の表面トポグラフィのマップ(surface topography maps)とラインプロファイルを示す図である。
【図１２−１】図１２は、本開示の一実施形態に基づいて製造されたシートアルミニウムについて、クロスハッチロールでの圧下率が異なる５つの例について一連の表面トポグラフィのマップ(surface topography maps)とラインプロファイルを示す図である。
【００７３】
【図１３Ａ】図１３Ａは、表面スクラッチを有するシートサンプルに対して、Ｒａ６００μｉｎのＥＤＴロールを使用して、８５０°Ｆの温度にて５％の圧下率で圧延する前及び圧延した後における、一連の光学像、トポグラフィック像及びラインプロファイルである。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、表面スクラッチを有するシートサンプルに対して、Ｒａ６００μｉｎのＥＤＴロールを使用して、８５０°Ｆの温度にて１０％の圧下率で圧延する前及び圧延した後における、一連の光学像、トポグラフィック像及びラインプロファイルである。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、表面スクラッチを有するシートサンプルに対して、Ｒａ６００μｉｎのＥＤＴロールを使用して、８５０°Ｆの温度にて２０％の圧下率で圧延する前及び圧延した後における、一連の光学像、トポグラフィック像及びラインプロファイルである。
【００７４】
【図１４Ａ】図１４Ａは、表面スクラッチを有するシートサンプルに対して、Ｒａ１２００μｉｎのＥＤＴロールを使用して、８５０°Ｆの温度にて５％の圧下率で圧延する前及び圧延した後における、一連の光学像、トポグラフィック像及びラインプロファイルである。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、表面スクラッチを有するシートサンプルに対して、Ｒａ１２００μｉｎのＥＤＴロールを使用して、８５０°Ｆの温度にて１０％の圧下率で圧延する前及び圧延した後における、一連の光学像、トポグラフィック像及びラインプロファイルである。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、表面スクラッチを有するシートサンプルに対して、Ｒａ１２００μｉｎのＥＤＴロールを使用して、８５０°Ｆの温度にて２０％の圧下率で圧延する前及び圧延した後における、一連の光学像、トポグラフィック像及びラインプロファイルである。
【００７５】
【図１５】図１５は、異なるスクラッチ深さに対してＥＤＴテクスチャロールで圧延した後のスクラッチ深さの減少率を示すグラフである。
【００７６】
【図１６】図１６は、表面からの光散乱を測定する装置を示す図である。
【００７７】
【図１７Ａ】図１７Ａは、ＥＤＴ仕上げを有する試料の金属表面について、１０％圧下後における一連の光学像と光散乱シグネチャー(light scatter signature)である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、ミル仕上げを有する試料の金属表面について、１０％圧下後における一連の光学像と光散乱シグネチャーである。
【図１７Ｃ】図１７Ｃは、ＥＤＴ仕上げを有する試料の金属表面について、２５％圧下後における一連の光学像と光散乱シグネチャーである。
【図１７Ｄ】図１７Ｄは、ミル仕上げを有する試料の金属表面について、２５％圧下後における一連の光学像と光散乱シグネチャーである。
【００７８】
【図１８Ａ】図１８Ａは、ミル仕上げを有する試料の金属表面について、５％、１０％、１５％及び２５％圧下後における一連の光散乱シグネチャーである。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、ＥＤＴ仕上げを有する試料の金属表面について、５％、１０％、１５％及び２５％圧下後における一連の光散乱シグネチャーである。
【００７９】
【図１９Ａ】図１９Ａは、ミル仕上げ表面のテクスチャデータシグネチャーを示す。
【図１９Ｂ】図１９Ｂは、ＥＤＴでテクスチャを付与された表面のテクスチャデータシグネチャーを示す。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
本開示の態様は次の効果を有する。
・表面テクスチャリングは、テクスチャを付与されるシートが例えば２５０〜９７０°Ｆの高温であるときに行われて、ロール圧力を低下させて、転写を促進する。
・テクスチャリングは、シートに存在するか又は上流プロセスで生じた表面上及び表面下の損傷（例えば、従来の冷間テクスチャリングによって有利に影響を与えられないスクラッチ、スライバー及び凹み等）を修復又は向上させるために用いられ、鋳造又は圧延プロセスによって転写された表面の特徴又はパターンを取り除くことにより、表面品質を向上させる。
・テクスチャリングは、圧延の中間段階として適用されることができ、後の段階で引き続いて圧延パスを行うことで、熱間ロール又は冷間ロールによる圧下圧延(reduction rolling)などの圧延プロセスにおける次のステップを向上させて容易にする。
・「粗い(rough)」表面を有するテクスチャロールによって付与される「粗い」テクスチャは、表面欠陥を修復すること、さらなる加工のためにシートを作製すること、及び有益な特性を有するシートを製造することに有用である。
・テクスチャリングは、高温で実施される場合、圧下と同時に行われることができる。
この表面テクスチャリングは、ある範囲の圧下量にわたって実施されることができ、表面の清浄度に殆ど或いは全く悪影響を及ぼすことなく、スクラッチやスライバー等の特徴を取り除くか又は覆うことができる。本開示のこれら及び他の態様については、以下でさらに説明する。
【００８１】
図１は、アルミニウムシート等のシート材料１２を製造するための装置１０を示す。装置１０は、最終的にシート１２に形成されるアルミニウム金属の上流供給源１４を含むことができる。様々な供給源１４が本開示の装置及びプロセスに利用されることができ、この多様性を表すために、供給源は点線の矩形で囲んである。例えば、供給源１４は、アルミニウムシート１２を連続的に鋳造して圧延するために、溶融アルミニウムのリザーバからの出口１５を含むことができ、この出口は、例えば高温スラブインゴットを押し出すプッシャー炉の出口、鋳造ボックスのノズル出口、コイル巻出機の出口、ロール若しくはスラブ鋳造機の出口、又はマイクロミルの出口である。なお、マイクロミル及びプロセスについては、Ａｌｃｏａ，Ｉｎｃ．が所有する米国特許第６６７２３６８号に記載されている。一実施形態において、装置１０は、テクスチャをインラインで適用するために本開示に従って改変された熱間コイリングミルである。状態Ｓ１におけるアルミニウムシート１２は、所定の温度（例えば９５０〜１１００°Ｆ）、凝固／硬度の状態、テンパー、寸法、表面テクスチャ、表面完全性及び表面下組織を呈する。任意選択的に、例えば、マイクロミルの出口１５の場合、アルミニウムシート１２を、アルミニウムシート１２の厚さを減少させる１又は複数組の圧延ロール１８Ａ、１８Ｂを通過させることができる。結果として、シート１２は、所定温度、凝固の状態、硬度、テンパー、寸法、表面テクスチャ、表面完全性及び表面下組織を有する第２の状態Ｓ２となる。アルミニウムシート１２は、供給源１４から延在するので、周囲環境Ｅに曝されてアルミニウムシート１２を冷却又は加熱することができる。アルミニウムシート１２が装置１０を通って進むにつれて、例えば、温度の他、硬度／降伏強度／可塑性等の関する状態は異なり、状態Ｓ１、Ｓ２  ．．．Ｓ５となる。温度変化に伴う状態の段階的変化に加えて、アルミニウムシート１２は、装置１０を通って進むにつれて寸法が変化する。例えば、状態Ｓ２のアルミニウムシート１２は、任意選択的にロール２０Ａ、２０Ｂによって厚さが減少して状態Ｓ３となり、再びロール２２Ａ、２２Ｂにより状態Ｓ４となる。本開示の一態様において、シート１２が例えば２５０〜９７０°Ｆの高温度にあるとき、アルミニウムシート１２には、テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂにより表面処理／テクスチャリングを施されることができる。シート１２のこの特定の温度範囲は、例えば鋳造後にシート１２が保有する残留熱エネルギーにより達成されることができるし、又はシート１２がテクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂによってテクスチャを付与される前に加熱されてもよい。テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂは、所望のテクスチャをシート１２に付与するために、予め放電テクスチャリング（ＥＤＴ）によって表面を形成することができるし、ボール又はショットピーニング、研削(grinding)、クロス研削(cross-grinding)等によって所望のテクスチャを形成することもできる。テクスチャ加工されたロールは、例えば、ＥＤＴ、研削、ブラスティング、レーザービームテクスチャリング、電子ビームテクスチャリングによって作製され、ランダムな組合���の山頂と谷底を有し、例えば、山頂と谷底間の高さは、転写される表面特徴に所望されるＲａ０．５μｍ〜５０μｍの範囲又はそれ以上である。これらの特徴は、用いられるプロセスに基づいた好ましい方向を、一般的には有していない。テクスチャロールは、方向性を有する(oriented)か、又は、研削、ベルト研磨、レーザー又は電子ビームテクスチャリング等のプロセスを用いて製造された決定的な特徴を有する点において好ましい向きを呈することもできる。これら特徴のサイズ及び方向は、これらのプロセスによって設計され制御されることができ、例えば、横方向に測定されたときの山頂から谷底までの高さがＲａ０．１μｍ〜２５μｍである表面が生成される。研削は、研削剤と部品回転／移動速度との比に応じて、１度〜４５度の角度又はそれ以上の角度で長手方向に０．５ｍｍから数センチの長さを有するトポグラフィを生成する。
【００８２】
ロール２４Ａ、２４Ｂによるテクスチャリングが、例えば２５０〜９７０°Ｆの高温で行われる場合、高温度により降伏強度が低下するので、室温でのテクスチャリングに比べて圧下量が小さい低ロール圧力レベルでより大きなトポグラフィ転写が可能となる。本開示の一態様は、高温での低ロール圧力レベル及び低圧下量でのシート１２のテクスチャリングを、テクスチャリング前にシートに存在する表面及び表面下の欠陥、例えばテクスチャロール２４Ａ、２４Ｂより前のステーションにおけるロール、例えばロール２０Ａ、２０Ｂ及び／又は２２Ａ、２２Ｂに対する粘着性金属(adhesive metal)の転写によって引き起こされるスライバー等の欠陥を修復するのに用いることができる。高温テクスチャ圧延を実施する場合、シート１２の温度範囲２５０〜９７０°Ｆは、外層における温度であり、シートは、外側から内側に向かって温度勾配を有するので、内側部分は外側部分よりも高温であるか又は低温である。シートの温度は時間とともに変化し、また、シート１２を加熱又は冷却することによって調節されることができるので、所望のテクスチャを得るのに適したテクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂでテクスチャリングする直前に、シート１２の外側部分が選択された温度範囲が達成されるように温度を測定し制御することができる。
【００８３】
テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂは、シート１２との摩擦相互作用によって駆動されることができ、前記シートは、コイル巻取機（図示せず）のコイル状シート１２Ｅを回転させることによって引っ張られる。このシート駆動装置は、シート１２の表面に悪影響を及ぼす前方へのスライド、即ちテクスチャロール２４Ａ、２４Ｂの表面上でのシート１２のスライドを低減するために、又はロール２４Ａ、２４Ｂに対するシートの他の非同期移動を低減するために使用されることができる。テクスチャリングが高温度で行われるので、テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂのシート１２に対するテクスチャ付与は、従来の低温で行われるテクスチャリングの場合よりも低いロール圧力で容易に付与されることができる。
【００８４】
一実施例において、テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂは、約１〜１０μｍの表面粗さＲａを有することができる。状態Ｓ４のアルミニウムシート１２の温度が２５０°Ｆ〜９７０°Ｆである場合、テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂをシート１２に押圧することで、必要に応じて約１〜３０％又はそれ以上の厚さ減少が達成され、状態Ｓ５では、テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂの表面テクスチャをシート１２の表面１２Ｃ、１２Ｄの表面の約６０〜１００％に転写する。状態Ｓ４のアルミニウムシート１２は、可鍛性(malleable)がより大きいため、冷却及びテンパーが行われたアルミニウムシートよりも容易にテクスチャロール２４Ａ、２４Ｂの印象(impressions)を受け入れることができるので、テクスチャリングは、より少ない圧力で、テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂの表面テクスチャに対してより忠実に転写されることができ、かつロール２４Ａ、２４Ｂの磨耗が少なく、残屑の発生も少ない。同期テクスチャリング（シートの押出量(throughput rate)に対するテクスチャロール２４Ａ、２４Ｂの回転速度）は、テクスチャ転写を向上させて、傷がより少ない一定したシート１２表面をもたらす。高温テクスチャ圧延に伴うロール圧の低下は、テクスチャロール２４Ａ、２４Ｂの磨耗を減少させることができ、これは、所定量のシート１２を処理するのに必要とされるロールの変化がより少ないことを意味する。
【００８５】
本開示の一態様は、アルミニウムシート１２を放電テクスチャリング（ＥＤＴ）によって表面処理されたテクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂでテクスチャリングすることによって、アルミニウムシート１２の高温での表面処理を達成することができる。或いはまた、ロール２４Ａ、２４Ｂは、ボール若しくはショットピーニング、めっき、研削又は他の表面処理によってテクスチャ加工されることができ、アルミニウムシート１２が例えば２５０〜９７０°Ｆの高温にあるとき、シート１２を表面処理するために用いられることができる。前述の温度範囲では、アルミニウムシート１２はより軟かく、例えば未テンパー状態で＜１０ｋＳｉの低い降伏強度を有するアルミニウムシートが、テクスチャリング／表面処理ロールの作用によってより容易に形成される。また、アルミニウムシート１２が、冷間圧延ミル等での冷間加工前に表面処理される場合、その表面処理は、アルミニウムシート１２は冷間加工によって機械的にテンパー及び硬化されていないため、表面処理が容易に行われることができる。前述の利点は、テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂを、圧延ミルのライン、例えば、溶融物からアルミニウムシート１２を製造する高温コイリングミルのラインに組み込むことで、前記ミルによる製造時にアルミニウムシート１２に本来的に存在する熱を利用し、アルミニウムシート１２がコイル巻取り前のまだ高温の状態のときに表面処理を施すことによって実現することができる。このようにして、アルミニウムシートは効率的に製造されることができ、コイル巻取りの前後において引き続いて行われる表面処理及び圧延処理を最小にするか、又はなくすことができる。以下に説明するように、別の実施形態において、冷却されたシート１２は、テクスチャロールによる表面処理の前に加熱されることができる。
【００８６】
ロール１８Ａ、１８Ｂ、２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ、２４Ａ、２４Ｂの各ロール及び環境Ｅは、例えばトンネル等の囲み構造によってもたらされる断熱により、及び／又は例えば天然ガス燃焼又は電気抵抗加熱若しくは誘導加熱によって加熱することにより温度制御されることができる。テクスチャリング／表面処理時のアルミニウムシート１２の温度は、鋳造によってアルミニウムシート１２に存在する熱エネルギーを保存することにより、及び／又は、例えば環境中の空気、放射、火炎などの加熱媒体に曝すことにより、又は、例えばロール２０Ａ、２０Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ、鋳造ロール１８Ａ、１８Ｂ及び／又はテクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂなどの加熱された表面に接触させることにより、シート１２に熱エネルギーを付与することによって制御されることができる。
【００８７】
状態Ｓ５を達成するために、テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂによってアルミニウムシート１２を表面処理した後、アルミニウムシート１２は、放射線及び／又は空気又は水などの媒体に温度Ｔで曝されて、熱処理、冷却、硬化及び／又は焼戻しが行われる。例えば、シート１２は、環境Ｅに曝されてもよく、又は、例えば、浴槽又はスプレーステーション、加熱されたトンネルを通過させて、選択された温度で水焼入れすることによって能動的に冷却又は加熱したり、又は冷却された空気又は暖められた空気にブロワー等を介して曝すことができる。本開示の一態様では、アルミニウムシート１２の表面処理は、冷却、最終熱処理、焼戻し及び／又は硬化の前に行われることができる。必要に応じて、所望の処理を施した後、アルミシート１２は、コイル１２Ｅの状態に巻き取られ、従来の方法で保管及び輸送されることができる。
【００８８】
本開示はテクスチャリングを高温で行うものであり、室温で行う従来のテンパー／スキンパス処理と比べて「より粗い(rougher)」（例えば、表面トポグラフィのＲａが５０μｍ）表面を付与することができる（この分野では、粗さの単位は、マイクロメータ（μｍ）とマイクロインチ（μｉｎ）が１μｍ＝３９．３７μｉｎとして、一般的に相互変換可能に使用される。例えば、米国において、テクスチャリングロールが、６００又は１２００ＥＤＴロールとして記載されているとき、これは、平均表面粗さＲａが６００μｉｎ又は１２００μｉｎであることを意味し、平均表面粗さＲａが１５．２０μｍ又は３０．４８μｍであるＥＤＴロールに相当する）。高温では降伏強度が低下し、より低いロール圧力及びより低い圧下量でより高いトポグラフィ転写を可能にする。典型的には、表面の「粗い」トポグラフィ、大きな圧下量及び高い温度は、粘着性金属の転写を促進するので、シートの表面下を損傷する。本開示の方法では、低い負荷及び少ない圧下量で圧延することができ、前方へのスライドが殆ど無いか又は全く無いので、粘着性金属の転写及び表面下の損傷は著しく低減される。本開示の方法によれば、テクスチャがシート１２に形成され、シート表面に多数の凹み(depressions)が形成される。高温のテクスチャ圧延でシート１２に付与されたこれらの凹みは、その中に潤滑剤を収容できる点において有益であり、圧延を容易にし、場合によっては冷間圧延パスを削除する能力を有する。本開示の別の態様は、等方性の艶消仕上げを有するシートを、傷がこれまでよりも少ない状態で圧延することが可能なことである。シート１２により粗いテクスチャを圧延する場合、この粗さＲａにより、１巻き毎(wrap-to-wrap)の摩擦が大きくなり、コイル崩壊の虞れが低減する。本開示によるテクスチャリングは、シートの表面下に作用する(disturb)深さで行われ、シート１２の最終製品の仕上げがより良好なものとなる。より具体的には、所定の供給源からのシート１２を分析することにより、表面及び表面下の典型的な欠陥のスケールと分布を確認することができる。適当な大きさの表面粗さＲａを有するテクスチャが選択され、テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂに施される。その結果、テクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂによって形成された印象の深さ及び分解度（間隔）が、例えば、高温テクスチャリング中の軟化状態にあるとき、材料の再分布により、シートに存在する表面欠陥及び表面下欠陥が取り除く。本開示の別の態様において、ＥＤＴロールテクスチャは、圧延作業で生じる不均一な表面を取り除いて等方性の表面シグネチャーを生成する。この等方性表面シグネチャーはＯｐｔｉｍａｐ（登録商標）（Rhopoint Instruments）、Ｓｃａｔｔｅｒｓｃｏｐｅ（登録商標）（Scatterworks）又は３Ｄ干渉計若しくは共焦点顕微鏡などの光学的又はトポグラフィ測定システムで測定可能である。別の態様において、前記表面シグネチャーは、テクスチャ圧延プロセス及び標準の圧延プロセスを通じて追跡可能であり、表面コーティング又は表面処理によってハイライトされることができる。
【００８９】
本開示の一態様は、装置１０の中で連続する各段階を通過する際、状態の従順性とシート１２内で鍛錬される変化は、その前の状態、特に、表面のテクスチャ及び完全性並びに表面下の組織に依存する。従来の加工状態と比べて、シート１２の各段階での加工がスケール及びパターンが適当となるように、圧延、テクスチャリング又は他の処理の連続的段階における状態の変化が徐々に行われ、表面の進展の制御を行うものであり、以下に説明する。
【００９０】
元のロール表面テクスチャからシート表面へ複製(replication)が最もうまく行なわれるには、ロールの表面テクスチャに金属の堆積を防止することが重要である。本開示の方法は、ワンススルー式潤滑、蒸発ロール冷却により、また、ロール表面コーティング及び高圧ウォーターブラスティング又は同様なロールクリーニングの使用により、前記防止を向上／可能にすることができる。これらの方法は、表面品質を維持しつつ、ロールを清浄かつ所望温度に維持し、摩擦を制御（シート潤滑により）制御する必要性に応えるものである。
【００９１】
図２は、２００、４００及び６００°Ｆの温度で圧下率が３％及び９％のとき、シート粗さ転写に対するロール粗さを示すグラフである。本開示の方法及び装置により、低い圧下率及びミル負荷にて、高パーセントのトポグラフィ転写が可能になる。これと比較して、冷間圧延ＥＤＴの転写率は著しく低く、例えば６０％である。
【００９２】
図３Ａ及び図３Ｂは、本開示の代替の実施形態を示しており、テクスチャリングロール１２４Ａ、１２４Ｂが、例えば高温タンデムミルで圧延する前にスラブの予備テクスチャリングを行うための温間圧延ロール１２０Ａ、１２０Ｂの前に配置される。より具体的には、装置１１０は、温度、凝固／硬度、テンパー及び寸法の第１状態Ｓ７でシート１１２を形成するアルミニウム金属の供給源１１４を含むことができる。供給源１４に関して上述したように、ミニミル、先に形成されたコイル等のような多くの供給源がある。それゆえ、供給源１１４は、点線矩形により包括的に示されている。状態Ｓ７のアルミニウムシート１１２は、保有熱又は天然ガス若しくは電気誘導ヒータ等のヒータから付与される熱により、２５０〜９７０°Ｆの温度を有する。テクスチャリングロール１２４Ａ、１２４Ｂは、例えば、放電テクスチャリング（ＥＤＴ）、研削又は他の方法で表面処理されたものでよく、シート１１２に作用して、選択されたテクスチャがシート１１２に付与され、状態Ｓ８が作られる。一実施例において、高温でのテクスチャリングは、例えば粗さがＲａ１μｍ〜５０μｍＲａの「粗い」テクスチャで行われる。テクスチャは、規則的なパターン、例えば、列、グリッド、一連のドットなどの形態であり、表面に作用して、シート１１２内の金属をより均一に再分布させて残留応力の少ない平坦なシートが作られる。得られたシートは、テーブルロールに起因するライン、スクラッチ又はスラブ傷等の目に見える表面欠陥や空隙のような表面下の欠陥がかき乱されて目立たなくなっている。このテクスチャリング及び修復効果は、例えば、ロール１２０Ａ、１２０Ｂ、１２２Ａ、１２２Ｂなどの後続のミルスタンドによる別のスケール又は「分解度(resolution)」でさらなる処理をするためのシート１１２を準備するのに用いられる。これらは、テクスチャロール１２４Ａ、１２４Ｂが取り除くことができるスケール／分解度で欠陥を消去することができない。
【００９３】
例えば、状態Ｓ７におけるシート１１２の表面及び表面下の欠陥は、第１スケールにあり、熱間圧延ロールの表面テクスチャは、第２スケールにある。第２スケールは、例えば３０％の圧下率でシートに押しつけられたとき、２倍大きいか又は２倍小さい。状態Ｓ７のシート１１２が表面テクスチャを有するテクスチャロール１２４Ａ、１２４Ｂにより第１スケールでシート１１２にテクスチャを付与され、５〜１０％の圧下率でシート１１２の中に押圧されると、状態Ｓ７に存在する第１スケールの欠陥は取り除かれる。なお、熱間圧延ロールでは、テクスチャは異なるスケールで付与されるため、この欠陥は、熱間圧延ロールでは実質的に取り除かれることができない。連続する圧延スタンドで圧延することによる表面進展の連続プロセスの観点からは、高温度テクスチャリングを用いると、シート１１２の表面を前処理するように特別に設計されたテクスチャの発展が可能であり、シート１１２に関する所定の特性及び機能を有する次のロール組に対して最適な表面を通過させることで、熱間圧延プロセスの差別化を可能にする。本開示の一態様は、開始条件又は状態（所与の温度、厚さ、幅、表面テクスチャ、表面下の特性、テンパー等について）の金属と、仕上げ条件又は状態（目標温度、厚さ、幅、表面テクスチャ、表面下の特性、テンパー等について）の金属との間に存在する圧延装置及びプロセスが、圧延作業の様々な段階における圧延テクスチャを用いることによって最適化されることができる。より具体的には、圧延工程は、製品の最終特性（品質）に関して改善されるだけでなく、例えば、圧延段階の数、所定の段階でのロール圧力等を低減することにより、また、ロールラインの様々な時点で高温テクスチャ圧延を選択的に使用することにより、目標製品を達成するのに必要な時間、エネルギー、設備及びスペースを最小にすることができ、これらは表面の進展を補助するために使用されることができる。本開示では、表面及び表面下における硬度／テンパーに関するシート及びその特性について効率的かつ有効な進展を達成するために、シートの初期状態、圧延工程（テクスチャ圧延ステーションの前及び後）の各段階での状態、シートの最終目標状態を考慮するものである。
【００９４】
シートは、テクスチャリングロール１２４Ａ、１２４Ｂを通過した後、次いで、熱間ロール１２０Ａ、１２０Ｂ、１２２Ａ、１２２Ｂなどの１又は複数の段階で圧下率の低い熱間圧延が行われる。テクスチャリングステップは、最終的に可視欠陥の無い等方性表面を達成する前の準備段階として、テーブルロールからスラブ損傷を除去することができる。テクスチャリングは、テクスチャリングされたシートが状態Ｓ８にあるときのシート表面の凹凸に潤滑剤をトラップすることにより、ロール１２０Ａ、１２０Ｂで必要とされる圧延力を低下させることができる。これは、圧下能力の向上、圧延負荷の低減、及び／又はロールスタンドの通過数の低減により、所望する目標厚さ及び表面テクスチャが得られることを意味する。テクスチャリングステップはまた、シート１１２に対するロール１２０Ａ、１２０Ｂの「噛込み(bite)」又は摩擦グリップを増大させることができる。噛込みの増加は、シート１１２の表面に（幅方向に）均等に分配されるので、シート１１２は、ロール１２０Ａ、１２０Ｂ、１２２Ａ、１２２Ｂの間をより真直ぐに通過する。シート１１２とロール１２０Ａ、１２０Ｂ、１２２Ａ、１２２Ｂとの間の摩擦相互作用の安定化により、シートはロール１２０Ａ、１２０Ｂ、１２２Ａ、１２２Ｂを安定したペースで通過することができる。スタンド間の材料流れが不均一であるとき（例えば、ロール１２０Ａ、１２０Ｂを通過するシート１１２の速度がロール１２２Ａ、１２２Ｂを通過する速度よりも速いとき）、シート中に波形(cobbles)（折曲げ部）が形成されるが、スタンド間のシート流れのバランスを保つことにより、この形成を回避することができる。テクスチャロール１２４Ａ、１２４Ｂによりシート１１２をテクスチャリングすることで、ロール１２０Ａ、１２０Ｂ、１２２Ａ、１２２Ｂにおける圧下をより大きくすることができる。ロール１２４Ａ、１２４Ｂによるテクスチャリングの前記効果は、低圧下量で熱間圧延したときにも生じるシート１１２の損傷を修復するのに必要な冷間圧延パス数を減らすことができ、より薄いゲージでの鋳造を可能にし、より良好な表面、例えば陽極酸化に適した等方性表面を有する製品を製造することができる。
【００９５】
図３Ｂに示されるように、状態Ｓ７では、入ってくるシート１１２は表面欠陥１１２Ｄ及び表面下欠陥１１２ＳＳＤを有するが、このシート１１２は、次の段階、例えば温間ロール１２０Ａ、１２０Ｂ及び１２２Ａ、１２２Ｂの前に、実質的な改善及び進展が得られる。前述したように、状態Ｓ７のアルミニウムシート１１２は、可鍛性であり、冷却とテンパーが許容されたシートアルミニウムよりも容易に表面ロール１２４Ａ、１２４Ｂの印象を受け入れることができる。その結果、表面処理はより少ない圧力で、ロール１２４Ａ、１２４Ｂの表面テクスチャに対してより忠実になることができ、かつロール１２４Ａ、１２４Ｂの磨耗が少なく、その他にも、高温テクスチャリングの前述した特性を示す。
【００９６】
図４は、本開示の代替となる実施形態を示しており、例えば、冷間圧延ミルにインラインでテクスチャを施す状況において、テクスチャリングロール２２４Ａ、２２４Ｂが冷間圧延ロール２２０Ａ、２２０Ｂ及び２２２Ａ、２２２Ｂの後に配置される。冷間ロール２２０Ａ、２２０Ｂは、状態Ｓ１１のシートの厚さを減少させて、状態Ｓ１２のシート２１２を生成する。ロール２２２Ａ、２２２Ｂは、シート２１２の厚さをさらに減少させて状態Ｓ１３を形成する。一実施例において、シート２１２は、ロール２２０Ａ、２２０Ｂによって厚さが約５０％減少され、次いでロール２２２Ａ、２２２Ｂによってさらに５０％減少されることができる。次いで、シート２１２はヒータ２３０によって加熱され、前記ヒータはシート２１２の両側の対向する部分２３０Ａ、２３０Ｂに配置される。ヒータは、電気抵抗、誘導加熱又は天然ガスを含む様々な種類のものであってよい。冷間圧延ロール２２０Ａ、２２０Ｂ及び２２２Ａ、２２２Ｂによりシート２１２を冷間加工することにより、段階Ｓ１２及びＳ１３でシート２１２の残留応力が増加し、シートの降伏強度が増大して、後のスタンドでの圧延をより困難にする。ヒータ２３０は、シートを２５０〜９７０°Ｆの温度に加熱し、それによって、状態Ｓ１４ではシート２１２の降伏強度が低下し、テクスチャロール２２４Ａ、２２４Ｂによる圧延を容易にし、より低いロール力より大きなトポグラフィ転写を可能にする。上述のように、シート２１２への熱浸透深さは、所定の圧下量及び圧力でテクスチャリングを可能にする十分な熱浸透深さ及び軟化がもたらされるように選択／調節されることができる。
【００９７】
高温でのテクスチャ圧延により、状態Ｓ１５でのシート２１２の残留応力は、Ｓ１４での残留応力よりも少なくなる。この残留応力の減少は、より平らなシートに反映される。すなわち、シートは、装置２１０に加えられる張力が無い自由状態にあるとき、相対的にすぐれた平坦度を示す。シート２１２の平坦度はまた、ロール２２４Ａ、２２４Ｂによるテクスチャリングによって有利な影響がもたらされる。前記テクスチャリングは、テクスチャロール２２４Ａ、２２４Ｂによってもたらされたテクスチャを有する仕上げロール製品に適したテクスチャを有するように選択されることができる。
【００９８】
状態Ｓ１４のアルミニウムシート２１２は、テクスチャロール２２４Ａ、２２４Ｂによって厚さが減少され、状態Ｓ１５とされる。前記テクスチャロールは、例えば放電テクスチャリング（ＥＤＴ）又は他のプロセスによって予め表面処理されたものでよい。状態Ｓ１４のシート２１２が２５０〜９７０°Ｆの温度を有する場合、表面粗さＲａ１μｍ〜１０μｍのテクスチャリングロール２２４Ａ、２２４Ｂが、シート２１２に対して１ｋｌｂｓ／ｉｎ〜１０ｋｌｂｓ／ｉｎの圧力で押しつけることで、厚さが約０〜３０％減少し、ロール２２４Ａ、２２４Ｂの表面テクスチャは、状態Ｓ１５のシート２１２の表面２１２Ｈ、２１２Ｉの約６０〜１００％に転写される。
【００９９】
本開示の高温テクスチャリングの方法は、従来の室温でのテンパースキムパス処理と比較して、「より粗い」表面トポロジー、例えば、Ｒａ５μｍの表面トポロジーが可能となる。高温は、降伏強度を低下させ、より低いロール圧力及びより低い圧下量でより大きなトポグラフィ転写を可能にする。一般的には、「粗い」表面トポグラフィ、大きな圧下量及び高い温度は、粘着性金属の転写を促進し、それゆえシート表面下の損傷を促進する。本開示の方法では、低負荷、低圧下量で、前方へ殆どスライドすることなく又は全くスライドすることなく、テクスチャリングすることにより、粘着性金属の転写及び表面下の損傷を著しく減少させるものである。本開示の方法では、ワンススルー式潤滑、蒸発ロール冷却により、また、ロール表面コーティング及び高圧ウォーターブラスティング又は同様なロールクリーニングの使用によって可能となる。前述の方策は、表面品質を維持しつつ、ロールを清浄かつ所望温度に維持し、摩擦を制御（シート潤滑により）制御する必要性に応えるものである。
【０１００】
本開示の手法によれば、シート２１２に施されたテクスチャは、場合によっては、熱間又は冷間圧延における圧延パスを削除する能力に変換することができる。本開示の別の態様において、ミルの必要トン数が小さくなってエネルギー消費が低減され、圧下量が小さくなって残屑の発生が少なくなる。残屑が少なくなるとより清浄なシート２１２が得られる。圧延力の低下及び残屑発生の減少は、テクスチャリングロール２２４Ａ、２２４Ｂの摩耗の減少に対応し、ロールの寿命はより長くなり、ロールの交換はより少なくなる。ロールトポグラフィの摩耗減少によりロール交換回数が減少するので、１つのコイル２１２Ｅから次のコイルへのシート表面粗さのＲａ変動は小さくなる。例えば、テクスチャリングロール２２４Ａ、２２４Ｂを最後にして製造されたシート２１２のコイルと、新たなテクスチャ加工されたロール２２４Ａ、２２４Ｂを用いて製造されたコイルとの間の変動においてである。高温テクスチャ圧延では、例えば圧延パスを削減できる等のコスト低減によりテクスチャリングされたシート２１２Ｅの費用を低減することができるので、テクスチャリングプロセスは、より多くの製品に利用可能である。圧延パスの削減により、圧延ミルにおけるロールの使用量を低減できるので、所定期間にわたるミルの出力能力が拡大する。
【０１０１】
図５は、アルミニウムシートなどのシート材料３１２を製造するための装置３１０を示す。装置３１０は、２組のテクスチャロール３２４Ａ、３２４Ｂ及び３４０Ａ、３４０Ｂを有し、それらはシート３１２の流れ方向に連続して配置される。シート３１２は、任意の供給源、例えば、圧延ミル又は鋳造ミルの先行ロールからテクスチャロールに送られ、冷却又は加熱されて、状態Ｓ１６では例えば２５０〜９７０°Ｆの高温度であり、テクスチャロール３２４Ａ、３２４Ｂ及び３４０Ａ、３４０Ｂによる高温テクスチャリングが行われる。この高温テクスチャリングは、上記のすべての特徴及び特性を有する。テクスチャロール３２４Ａ、３２４Ｂは、大径のロールであってよく、シート３１２はパスでの厚さ減少が少ないか又は無い。テクスチャロール３４０Ａ、３４０Ｂは、直径がより小さくてもよく、シート３１２の厚さ減少はより大きくてもよい。他の一実施形態において、熱間圧延ミルのワーキングロールスタンドは、テクスチャロール３４０Ａ、３４０Ｂを製造するためにテクスチャリングされることができる。上述したように、高温テクスチャリングは、後続のロールスタンドによるその後の処理に備えて、シート３１２の表面を変更するために用いられることができる。装置３１０では、ロール組３２４Ａ、３２４Ｂ及び３４０Ａ、３４０Ｂによるテクスチャ圧延により、シート３１２に対して順次又は補助的にテクスチャを施すことで、段階的に表面を進展させることができる。一実施例において、第１組のテクスチャロール３２４Ａ、３２４Ｂは、１〜１０Ｒａの表面粗さを有し、第２組の３４０Ａ、３４０Ｂは、１〜５Ｒａの表面粗さを有する。第１組のテクスチャロール３２４Ａ、３２４Ｂが、表面及び表面下により大きく作用してより大きな粗さＲａを有するテクスチャを付与し、次に、粗さがより小さなテクスチャを有する第２組のテクスチャロール３４０Ａ、３４０Ｂが、第１組のテクスチャロール３２４Ａ、３２４Ｂによって形成されたパターンを部分的にのみ取り除く。熱間ロール（例えば３２０Ａ、３２０Ｂ）又は冷間ロールによるその後の圧延を行うためのシートを作るために、引き続き高温テクスチャリングを用いることもできる。
【０１０２】
前述した逐次的テクスチャリングは、結晶粒を小さくし、シート３１２の表面を破壊するために用いられることができ、状態Ｓ１９におけるシート３１２の「オレンジ皮(orange peel)」のような凹凸表面を減少させ、特に陽極酸化された場合に、等方性によりすぐれる清浄な表面を生成することができる。高温でのテクスチャリングによって形成されたスラブの等方性トポグラフィは、その後のロールスタンド（例えば、３２０Ａ、３２０Ｂ）での圧延力を低下させ、追跡を促進し、折曲げ部を低減し、圧下量が大きな圧延パスを少なくし、より薄いゲージで鋳造を行ない、シート３１２内の損傷を修復するための冷間圧延パスの数を低減し、表面品質を向上させる。図５に示された逐次的テクスチャリング法は、複数の連続したテクスチャ圧延パスがステージＳ１９における最終の圧延シート３１２に表されている点において、多様なシート３１２テクスチャを生成する能力を向上させる。前述の高温連続テクスチャリングは、ワンススルー式潤滑、蒸発ロール冷却により、また、ロール表面コーティング及び高圧ウォーターブラスティング又は同様なロールクリーニングの使用により、促進されることができる。
【０１０３】
図６は、アルミニウムシートなどのシート材料４１２を製造するための装置４１０を示す。装置４１０は、移送されるシート４１２の温度を上昇させるためのヒータ４３０を有し、シートは、冷間圧延ミルスタンド、鋳造ミルなどの様々な源から送られる。ヒータ４３０は、テクスチャロール４２４Ａ、４２４Ｂによる高温テクスチャリングを行なえるように、状態Ｓ２０のシート４１２の温度を、状態Ｓ２１の２５０〜９７０°Ｆに上昇させる。この高温テクスチャリングは、上述した全ての特徴及び特性を有しており、粗いトポグラフィ表面を用いたテクスチャリングにより、シート４１２の表面に作用して、金属をより均等に再分配し、さらなる処理の前に表面品質を改善することができる。高温テクスチャリングは、低負荷及び低圧下率でテクスチャリングを行えるため、前方へのスライドが殆ど無いか全く無く、表面下に損傷を引き起こす傾向が低減される。シート４１２が加熱によって軟化し、降伏強度が低下するので、テクスチャロール４２４Ａ、４２４Ｂに対する圧力が低下し、高度なトポグラフィ転写を達成することができる。シートは、テクスチャリングロール４２４Ａ、４２４Ｂを通過した後、次に、冷間ロール組４２０Ａ、４２０Ｂによって圧延されて状態Ｓ２３となり、次に冷間ロール４２２Ａ、４２２Ｂによって圧延されることができる。装置４１０では、冷間圧延の前の高温プレテクスチャリングシート４１２が製造される。上述したように、高温テクスチャリングは、後続のロールスタンドによるその後の処理に備えて、シート４１２の表面を改質するために使用されることができる。装置４１０では、ロール組４２４Ａ、４２４Ｂ及び４２０Ａ、４２０Ｂによるテクスチャ圧延により、シート４１２に順次に又は補助的にテクスチャを施すことで、段階的に表面を進展させることができる。一実施例において、テクスチャロール４２４Ａ、４２４ＢはＲａ１μｍ  〜５０μｍの表面粗さを有し、第１組の冷間ロール４２０Ａ、４２０Ｂは、Ｒａ１μｍ〜５μｍの表面粗さを有し、テクスチャロール４２４Ａ、４２４Ｂは、より大きな粗さＲａでテクスチャを付与し、表面及び表面下により大きな作用を及ぼす。次に、粗さがより小さなテクスチャを有する第１組の冷間ロール４２０Ａ、４２０Ｂは、テクスチャロール４２４Ａ、４２４Ｂによって形成されたパターンを部分的にのみ取り除いて、厚さを実質的に減少させる。第２組の冷間ロール４２２Ａ、４２２Ｂは、シートの厚さをさらに減少させ、及び／又は、シート４１２に対する追加のテクスチャを付与する。テクスチャリングロール４２４Ａ、４２４Ｂの効果は、例えば、状態Ｓ２２のシート４１２に、潤滑剤を保有できるポケットを形成することにより、ロール４２０Ａ、４２０Ｂ及び４２２Ａ、４２２Ｂによる冷間圧延を向上させて促進するものである。冷間圧延の向上により、冷間圧延のパスを削除して、傷がより少なく、等方性の艶消し仕上げされた状態Ｓ２４のシートを生成することができる。高温テクスチャリングによってテクスチャの転写が向上し、状態Ｓ２４のシート４１２は、より一定した表面を有する。上記の高温テクスチャリング及びそれに続く冷間圧延は、ワンススルー式潤滑、蒸発ロール冷却により、また、ロール表面コーティング及び高圧ウォーターブラスティング又は同様なロールクリーニングの使用によって促進されることができる。
【０１０４】
図７は、アルミニウムシートなどのシート材料５１２を製造するための装置５１０を示す。装置５１０は、移送されるシート５１２の温度を上昇させるためのヒータ５３０を有し、シートは、冷間圧延ミルスタンド、鋳造ミルなどの様々な源から送られる。ヒータ５３０は、テクスチャロール５２４Ａ、５２４Ｂによる高温テクスチャリングを行なえるように、状態Ｓ２５のシート５１２の温度を、状態Ｓ２６の２５０〜９７０°Ｆに上昇させる。この高温テクスチャリングは、上述した全ての特徴及び特性を有しており、粗い表面トポグラフィを用いたテクスチャリングにより、シート５１２の表面に作用して、金属をより均等に再分配し、さらなる処理の前に表面品質を改善することができる。高温テクスチャリングは、低負荷及び低圧下率でテクスチャリングを行えるため、前方へのスライドが殆ど無いか全く無く、表面下の損傷を引き起こす傾向が低減される。シート５１２が加熱によって軟化し、降伏強度が低下し、テクスチャロール５２４Ａ、５２４Ｂに対する圧力が低下するが、それでも、状態Ｓ２７のシート５１２の高度なトポグラフィ転写が達成される。シートは、テクスチャリングロール５２４Ａ、５２４Ｂを通過した後、次に、第２組のテクスチャリングロール５４０Ａ、５４０Ｂによって圧延されて状態Ｓ２８となり、次に冷間ロール５２０Ａ、５２０Ｂによって圧延され、状態Ｓ２９のシート５１２が生じる。装置５１０では、冷間圧延の前の２回のテクスチャリングパスにて高温プレテクスチャリングシート５１２が製造される。テクスチャロール５２４Ａ、５２４Ｂは、大径のロールであって、シート５１２には低圧下量でパスされる。テクスチャロール５４０Ａ、５４０Ｂは、小径のロールであって、シート５１２への圧下量は大きい。他の一実施形態において、熱間ミルのワーキングロールスタンドは、テクスチャロール５４０Ａ、５４０Ｂを作るために、テクスチャリングされることができる。上述したように、高温テクスチャリングは、後続のロールスタンドによるその後の処理の準備として、シート５１２の表面を改質するために用いられることができる。装置５１０では、ロール組５２４Ａ、５２４Ｂ及び５４０Ａ、５４０Ｂによるテクスチャ圧延により、シート５１２に対して順次に又は補助的にテクスチャを施すことで、段階的に表面を進展させることができる。一実施例において、第１組のテクスチャロール５２４Ａ、５２４ＢはＲａ１μｍ〜５０μｍの表面粗さを有し、第２組のロール５４０Ａ、５４０Ｂは、１μｍ〜５μｍＲａの表面粗さを有し、第１組のロールは、より大きな粗さＲａでテクスチャを付与し、表面及び表面下により大きく作用する。次に、粗さがより小さなテクスチャを有する第２組のテクスチャロール５４０Ａ、５４０Ｂは、テクスチャロール５２４Ａ、５２４Ｂによって形成されたパターンを部分的にのみ取り除く。逐次的な高温テクスチャリングは、冷間ロール（例えば、５２０Ａ、５２０Ｂ）によるその後の高められた圧延のためのシートを準備するのに用いられることができる。
【０１０５】
上述したように、高温テクスチャリングは、後続のロールスタンドによるその後の処理の準備として、シート３１２の表面を変更するために用いられることができる。装置５１０では、ロール組５２４Ａ、５２４Ｂ及び５４０Ａ、５４０Ｂによるテクスチャ圧延により、シート５１２に対して順次に又は補助的にテクスチャを施すことで、段階的に表面を進展させることができる。一実施例において、第１組のテクスチャロール５２４Ａ、５２４Ｂは、Ｒａ１μｍ〜５０μｍの表面粗さを有し、第２組の５４０Ａ、５４０Ｂは、Ｒａ１μｍ〜５μｍの表面粗さを有する。テクスチャロール５２４Ａ、５２４Ｂが、表面及び表面下に対してより大きく作用してより大きな粗さＲａでテクスチャを付与し、次に、粗さがより小さなテクスチャを有する第２組のテクスチャロール５４０Ａ、５４０Ｂが、テクスチャロール５２４Ａ、５２４Ｂによって形成されたパターンを部分的にのみ取り除いて、厚さを実質的に減少させる。冷間ロール５２０Ａ、５２０Ｂは、シートの厚さをさらに減少させ、及び／又は、シート５１２に対する追加のテクスチャを付与する。テクスチャリングロール５２４Ａ、５２４Ｂ及び５４０Ａ、５４０Ｂの効果は、例えば、状態Ｓ２８のシート５１２に、潤滑剤を保有できるポケットを形成することにより、ロール５２０Ａ、５２０Ｂによる冷間圧延を向上させて促進するものである。冷間圧延の向上により、冷間圧延のパスを削除して、状態Ｓ２９で、傷がより少なく、等方性の艶消し仕上げを有するシートを生成することができる。高温テクスチャリングによってテクスチャの転写が向上し、状態Ｓ２７及びＳ２８では、シート５１２に対してより一定した表面がもたらされる。上記の高温テクスチャリング及びそれに続く冷間圧延は、ワンススルー式潤滑、蒸発ロール冷却により、また、ロール表面コーティング及び高圧ウォーターブラスティング又は同様なロールクリーニングの使用によって促進することができる。状態Ｓ２９が達成された後、アルミニウムシート５１２は、熱処理、焼入れ及び／又は焼戻しが行われることができる。アルミニウムシート５１２は次にコイル５１２Ｅに巻き取られ、従来の方法で保管及び輸送されることができる。
【０１０６】
本開示の態様によれば、連続鋳造プロセスの終了時にシートにテクスチャを加えることにより、インラインに加えられたときにコストを大幅に低減する。追加の巻取り及び巻戻しは行わなくてもよく、鋳造及び圧延された状態のＦテンパー特性が低く、トポグラフィ転写を向上させることができる。後者は、トポグラフィ転写が向上したことにより、圧下量がより小さく、ロールの寿命が長くなり、従来のテクスチャ又は新たに差別化された表面と同様なトポグラフィを達成することができる。圧下量が少なくなると、残屑の生成も減少して、ＥＤＴなどの幾つかのテクスチャを清浄化する必要性が最小限に抑えられる。鋳造機、熱処理等のプロセスによって生じる表面品質の問題は、標準的な熱処理毎にテクスチャリング後に実施されることができる。追加のステップで連続鋳造製品にテクスチャを追加することにより、所望される製品の特性（例えばＦ、Ｏ又はＴテンパー）に応じて、トポグラフィのさらなる転写制御が可能となる。必要に応じて、テクスチャ後の熱処理が追加されることもできる。連続鋳造製品表面にインライン又はアットラインでテクスチャを付加するもう１つの潜在的な利点は、均一な表面を形成して、鋳造又は圧延後の表面特徴を最も小さく抑えられることである。
【０１０７】
ＥＤＴは、外観及び成形性を向上させるために、艶消仕上げの非方向性シートを製造するための仕上げ圧延に用いられる。同様の結果をもたらすことができる他のテクスチャリングプロセスとして、砥粒(abrasive)ロール、サンドブラストロール、交差角研削ロール、傾斜角研削ロール、レーザー又は電子ビームによるテクスチャロール、ＴｏｐｏＣｒｏｍ（登録商標）や他の高ノジュールクロムプロセスによるノジュラークロムメッキで堆積されたロール、ボールピーニングロール及びショットピーニングロールが含まれる。
【０１０８】
本開示の態様における潜在的利点として、テクスチャロールの長寿命化、改良されたトポグラフィ転写による独特のテクスチャ、インラインの場合、コイルの巻取り及び巻戻し作業を最小に抑えることによるコスト低減、一定した表面、鋳造及び圧延による表面アーティファクトの削減による回収の向上、ミル負荷の低減が含まれる。ＥＤＴ又は同様なテクスチャが熱間ロールミル（ＨＲＭ）で使用される場合、２つの更なる利点が得られ、潤滑剤とテクスチャの適切な組合せにより、より大きな圧下量でも噛込み不良は起こらず、パス削減が可能となる。これは、ケロシンバイトの補助を不要にすることができる点で重要である。
【０１０９】
連続鋳造製品表面にインライン又はアットラインでテクスチャを追加する態様の利点は、均一な表面を形成できることであり、鋳造又は圧延による表面特徴が最小に抑えられる。連続鋳造機、Ｍｉｃｒｏｍｉｌｌ（登録商標）、ロール塗工機又はスラブ鋳造機の後直ちに、テクスチャリング（低コスト、低負荷装備にて）することにより、重要な表面用途では使用を禁じられるような特徴を、再分配し、除去し、覆い隠すことができる。例えば、Ｍｉｃｒｏｍｉｌｌによって作られたトポグラフィでは、鋳造金属の表面に望ましくない特徴及び／又はパターンが残る。熱間圧延プロセスにおけるテクスチャ表面に本開示の教示を使用することにより、その後の陽極酸化表面における外観の問題を低減又は除去することができる。この方法を用いることで、表面性能がより重要な用途向けのシートを低コストで製造することができる。
【０１１０】
本開示の方法及び装置を利用する過程で、第１スタンドの熱間圧延ワークロール間のニップに入る前に、熱間圧延用分散剤などの潤滑剤がシートに塗布された。ＥＤＴトポグラフィは「粗い」性質のために高圧のロールコーティングが予想されるが、その予想に反して、非常に低圧のロールコーティングが行われた。また、２つのスタンドミルでの圧延が大幅に向上したことにも留意されるべきである。第１に、ロール噛込みの「安定性(stability)」が大幅に向上し、シートの操舵動作がはるかに向上し、圧延工程を容易にしたことである。この安定性の向上は、低負荷で、予想より大きな圧下をもたらした。スタンド１のＥＤＴワークロールの摩擦がより高いと、より大きな負荷力をもたらし、圧下能力が制限されると予想されたが、この現象は観察されなかった。標準の圧延条件ではスタンド１での圧下は５７％であるが、ＥＤＴロールによる負荷力は、標準の研削ロールによる負荷力よりも大きくはなかった。スタンド１でＥＤＴロールを用いると、負荷力を著しく増加させなくても、最大７０％の圧下能力を向上させることができた。これは、研削されたトポグラフィでは不可能だったことである。また、シートをＥＤＴテクスチャによるスタンド１からスタンド２に送ると、負荷力は著しく減少した。本開示の装置及び方法は、予想されたよりも負荷が低く、圧下が大きく、残屑及び表面劣化が少なかった。
【０１１１】
ＥＤＴは、外観及び成形性向上のために、艶消し仕上げの非方向性シートを作製するために仕上げ圧延で用いられるが、本開示の装置に使用するためのテクスチャリングロール（例えば２４Ａ、２４Ｂ）を製造するのに他のテクスチャリング方法を用いることができる。例えば、ＥＤＴの供給元は、現在、熱間圧延ワークロールについて、その寸法及び重量に対して全てのサイズを取り扱う設備を有していない。ＥＤＴと同様な結果をもたらすことができる他のテクスチャリングプロセスとして、例えば、サンドブラストロール、交差研削ロール、ＴｏｐｏＣｒｏｍや他の高ノジュールクロムプロセスによるロール、ボールピーニングロール及びショットピーニングロールがある。
【０１１２】
上述したように、アルミニウム金属の供給源（１４、１１４等）は様々であり、溶融物からインゴットを鋳造して、次に、例えば０．１２５乃至０．２５０インチの厚さに圧延したものでもよいし、連続鋳造法により鋳造したものでもよい。本開示の利点は、シート製品の完成までの処理において表面品質に悪影響を及ぼす特徴を排除し、目的を達成するのに必要な作業量及びエネルギーを削減することである。
【０１１３】
図８は、仮想シート６１２において、計画された複数の仮想表面スクラッチ６１２Ｄ１、６１２Ｄ２、６１２Ｄ３、６１２Ｄ４、６１２Ｄ５Ａ、６１２Ｄ６、６１２Ｄ７、６１２Ｄ８、６１２Ｄ９、６１２Ｄ１０、５１２Ｄ１１を示す。仮想スクラッチ６１２Ｄ５Ａは、複数で互いに平行であって、サブパターン６１２Ｄ５を形成し、仮想スクラッチのうちの他のもの、例えば６１２Ｄ１、６１２Ｄ２、６１２Ｄ３は、互いに近接して並べられており、それらのスクラッチは、観察者によって１つのパターン、例えば不完全な三角形６１２ＤＴ１に関連付けられることができる。スクラッチ又は他の欠陥６１２Ｄ５が認知可能なパターンを伝達することができる場合、観察者は、認知可能なパターンを有さずランダムとして認知されるスクラッチ又は欠陥よりも、より多く観察することができる。同様に、スクラッチ６１２Ｄ４は、バックグラウンド６１２Ｂ又は同じような光学特性を有しないシート６１２の領域に存在することが認知されるので、スクラッチ６１２Ｄ４は、バックグラウンド６１２Ｂとは異なる光学特性を有する局部領域として認知される。スクラッチ、例えば、バックグラウンド６１２Ｂの表面より低い局部領域である６１２Ｄ１について記載すると、本開示の方法及び装置は、他の種類の表面欠陥、例えば、バックグラウンド表面６１２Ｂの上に突出する欠陥に起因する欠陥、又はバックグラウンド表面６１２Ｂを上下に揺動する欠陥若しくはバックグラウンド表面６１２Ｂとは異なる反射特性等の光学的特性を有する欠陥を修正するのに有効であることは理解されるべきである。十分に高い倍率で検査が行われた場合、どの表面も「粗い」又は高度に変化可能と観察されること、さらに、欠陥自体が視野を占領するほどに十分大きな倍率である場合、欠陥の認知が損なわれることは理解される。１つの方法は、関心のある欠陥の大きさ又はスケールを明示することであり、それらは、１倍〜１００倍の倍率で認知可能なものとして定義されることができる。あるいは、０．１〜５フィートの距離で通常の人間の視力（裸眼）で観察可能である関心のある欠陥と定義することができる。さらなる代替例では、認知できない欠陥を有するバックグラウンド表面と見なす粗さＲａの範囲は、０．１μｍＲａ〜２μｍＲａである。バックグラウンド表面に隣接して並べられた特徴でこの粗さＲａを超えるものはどれも表面欠陥とみなされる。本開示の一態様において、上述の装置及び方法は、仮想シート６１２の欠陥と同様、シートの表面における認知可能な欠陥を部分的に又は完全に覆い隠すか又は消し去ることができる。これについては、以下に記載する実施例において説明する。
【０１１４】
図９Ａは、タイプ３ＸＸＸアルミニウム合金のシート８１２の光学像であって、バックグラウンド表面８１２Ｂにスクラッチ８１２Ｄ１と８１２Ｄ２の端部が示されており、前記スクラッチは、深さ約１０μｍ、幅約４００μｍ、長さ５０ｍｍである。これらのスクラッチは、ＴＡＢＥＲ（登録商標）リニアアブレーサ(Abrader)を用いて作られたもので、これは、ユーザーが速度、ストローク長さ及び試験荷重を選択して設定できる調節機構を有している。供試試料にスクラッチを生じさせるのに、異なる試験荷重が用いられた。異なる試験荷重を使用して、試験サンプルに傷を生じさせた。図９Ｂは、白色光位相シフト干渉計によって得られたスクラッチ８１２Ｄ１のトポグラフィ像を示す。
【０１１５】
図９Ｃは、タイプ３ＸＸＸアルミニウム合金のシート９１２の光学像であって、バックグラウンド表面９１２Ｂにスクラッチ９１２Ｄ１と９１２Ｄ２の端部が示されており、前記スクラッチは、深さ約２００μｍ、幅約１０００μｍ、長さ５０ｍｍである。これらのスクラッチは、ＴＡＢＥＲリニアアブレーサ(Abrader)を用いて作られたもので、これは、ユーザーが速度、ストローク長さ及び試験荷重を選択して設定できる調節機構を有している。これらの供試試料は、図９Ａの試料よりも深いスクラッチを作るために、図９Ａのものよりも大きな試験荷重が用いられた。図９Ｄは、白色光位相シフト干渉計によって得られたスクラッチ９１２Ｄ１のトポグラフィ像を示す。
【０１１６】
図１０は、金属シート又はスラブ１０１２のバックグラウンド表面１０１２Ｂに存在する表面スライバー１０１２Ｄ１の光学像を示す。この種の表面欠陥は、圧延の結果として観察されるもので、ロールに金属が付着し、その金属が圧延されてスラブ／シートの表面に食い込むことによって形成される。
【０１１７】
図１１は、本開示の一実施形態に従って製造された５ＸＸＸのシートアルミニウムに対して、表面粗さＲａが５μｍのＥＤＴロール１８Ａ、１８Ｂを用いて異なる５種類の圧下率で圧延されたアルミニウムシート１２（図１）の一連の表面トポグラフィのスキャン結果１１２Ｓ１〜１１２Ｓ５を示す。シートアルミニウムは、図１に示す装置１０のような装置により、厚さが、２．５％、４．２％、１２．７％、２３．７％、２８％減少されている。アルミニウムシートの供給源１５（図１）は、Ｍｉｃｒｏｍｉｌｌ又は次の米国特許の何れかに記載されたミルである［第５５１５９０８号、第５６５５５９３号、第５８９４８７９号、第５７７２７９９号、第５７７２８０２号、第６０４５６３２号、第５７６９９７２号、第６１０２１０２号、第６３９１１２７号、第６６２３７９７号、第６６７２３６８号、第７０８９９９３号、第７５０３３７７号、第７１２５６１２号、第６５８１６７５号、第７１８２８２５号、第８４０３０２７号、第７８４６５５４号、第８６９７２４８号、第８３８１７９６号又は第８９５６４７２号］。これらの特許は、引用を以て本願に組み込まれるものとする。使用されたテクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂは、ＥＤＴによってテクスチャ加工されたものである。シートに対する圧下は、シートが９３０°Ｆのときに行われ、トポグラフィのスキャンは、ロールラインで急冷後の段階で行われた。理解され得るように、表面トポグラフィのスキャン結果は、圧下量の増加と共に山頂と谷底がより均一になってＥＤＴトポグラフィを複写することを示す。理解され得るように、Ｍｉｃｒｏｍｉｌｌのシート出力は、Ｍｉｃｒｏｍｉｌｌの動作パラメータによって変動し、前記パラメータには、表面品質、出力温度、厚さ及び合金組成が含まれる。本出願に開示された高温テクスチャ圧延の動作パラメータは、本明細書に記載の利点を達成するために、温度、圧下率及び粗さＲａに関して、前記Ｍｉｃｒｏｍｉｌｌにより得られたシートの特定の出力特性に適合するよう調節されることができる。一実施例では、Ｍｉｃｒｏｍｉｌｌから出力されたシートの温度は、１１００〜１０００°Ｆの範囲である。Ｍｉｃｒｏｍｉｌｌを出て、周囲温度及びハンドリング装置（鋳造機及び／又は搬送ベルト等）に曝された後、シートは、本開示で教示されるように、圧延及び／又は高温テクスチャ圧延が可能な温度に冷却され固化する。これは、鋳造条件（例えば、スループット速度、凝固状態及び合金組成）により又は他のステップを行なうことにより、ミルの出力と最初の圧延スタンドとの間での冷却を増大させて、これらの間の距離を増加させるか又はスループット速度を低下させることできるならば、９７０°Ｆを超える温度で行うことができる。
【０１１８】
図１２は、本開示の一実施形態に従って製造された５ＸＸＸのシートアルミニウムに対して、表面粗さＲａが５μｍのクロスハッチロール２４Ａ、２４Ｂを用いて異なる５種類の圧下率で圧延されたアルミニウムシート１２の一連の表面トポグラフィのスキャンマップ１２１２Ｍ１〜１２１２Ｍ５とラインプロファイル１２１２Ｓ１〜１２１２Ｓ５を示す。シートアルミニウムは、図１に示す装置１０のような装置により、厚さが、２．５％、５．５％、９．３％、１５．７％、２２％減少されている。使用されたテクスチャリングロール２４Ａ、２４Ｂは、クロスハッチ研削によってテクスチャ加工されたものである。シートに対する圧下は、シートが９３０°Ｆのときに行われ、トポグラフィのスキャンは、ロールラインで急冷後の段階で行われた。理解され得るように、表面トポグラフィのスキャン結果は、山部と谷部の変動が大きく、谷部の一部は深く、研削されたクロスハッチロールの特徴が残った好ましくない表面特徴である。
【０１１９】
図１３Ａは、６００μｉｎ（１５μｍ）ＲａのＥＤＴを用いて８５０°Ｆの温度で圧延して厚さを８％減少させた後、バックグラウンド表面１３１２ＡＢに表面欠陥１３１２ＡＤ（スクラッチ）を有するシート試料１３１２Ａについて、一連の光学像１３１２ＡＯ、トポグラフィック像１３１２ＡＴ及びラインプロファイル１３１２ＡＰを示す。厚さを減少させる圧延を行なう前のシート試料は、図９Ｃ及び図９Ｄに示すように、バックグラウンド表面の粗さＲａが１μｍ、スクラッチの深さが約１０００μｍであった。図１３Ａから理解されるように、ＥＤＴテクスチャロールで５％圧下したものは、図９Ｃ及び図９Ｄに示されたものと比較してスクラッチ１３１２ＡＤの認知性は低下した。トポグラフィック像１３１２ＡＴ及びラインプロファイル１３１２ＡＰによって示されるように、スクラッチ１３１２ＡＤの視覚認知性のこの低下は、表面寸法の変化で観察され、山頂と谷底の差の平均は、圧延前におけるシートの場合よりも４５％少ない。圧下率が図１３Ｂの１０％まで大きくなると、スクラッチの深さは７０％減少し、図１３Ｃの２０％まで大きくなると、スクラッチの深さは８０％減少する。
【０１２０】
図１４Ａは、１２００μｉｎ（３０μｍ）ＲａのＥＤＴを用いて８５０°Ｆの温度で圧延して厚さを５％減少させた後、バックグラウンド表面１５１２ＡＢに表面欠陥１５１２ＡＤ（スクラッチ）を有するシート試料１５１２Ａについて、一連の光学像１５１２ＡＯ、トポグラフィック像１５１２ＡＴ及びラインプロファイル１５１２ＡＰを示す。厚さを減少させる圧延を行なう前のシート試料は、図９Ｃ及び図９Ｄに示すように、バックグラウンド表面の粗さＲａが１μｍ、スクラッチの深さが約１０００μｍであった。図１４Ａから理解されるように、ＥＤＴテクスチャロールで５％圧下したものは、図９Ｃ及び図９Ｄに示されたものと比較してスクラッチ１５１２ＡＤの認知性は低下した。トポグラフィック像１５１２ＡＴ及びラインプロファイル１５１２ＡＰによって示されるように、スクラッチ１５１２ＡＤの視覚認知性のこの低下は、表面寸法の変化で観察され、山頂と谷底の差の平均は、圧延前におけるシートの場合よりも６５％少ない。圧下率が図１４Ｂの１０％まで大きくなると、スクラッチの深さは８０％減少し、図１４Ｃの２０％まで大きくなると、スクラッチの深さは１００％減少する。
【０１２１】
図１５は、６００ＥＤＴ（Ｒａ６００μｉｎ）又は１２００ＥＤＴ（Ｒａ１２００μｉｎ）のどちらかのテクスチャを有するＥＤＴテクスチャロールで圧延した後、浅いスクラッチ（深さ約１０μｍ、幅２００μｍ）、中程度スクラッチ（深さ約１００μｍ、幅５００μｍ）及び深いスクラッチ（深さ約２００μｍ、幅約１０００μｍ）に対するスクラッチ深さにおける圧下率のグラフを示す。使用した圧延装置は図７に示すものと同様であり、図１５のグラフを作成するための測定値は状態Ｓ２７で採取した。状態Ｓ２７は中間状態であり、この状態は、テクスチャロール５２４Ａ、５２４Ｂ（Ｒａ６００μｉｎ又はＲａ１２００μｉｎの何れかのＥＤＴテクスチャを有する）によって圧延した後であって、テクスチャロール５４０Ａ、５４０Ｂで圧延する前である。浅い深さと中程度の深さのスクラッチは、１２００ＥＤＴロールによる１０％圧下で完全に又は略完全に消滅し、２０％圧下では、６００ＥＤＴロールによる２０％圧下での深いスクラッチを除いて、その他スクラッチは全て消滅し、深いスクラッチは、６００ＥＤＴロールによる２０％圧下では８０％が消滅したことは注目されるべきである。
【０１２２】
図１６は、コンピュータ１７４２と表面１７１２から散乱する光を測定するためのスキャニングデバイス１７４４とを利用した装置１７４０を示す。コンピュータ１７４２は、表面１７１２の光散乱をモデル化する画像１７４２Ｉを表示する。スキャニングデバイスとコンピュータ１７４２をプログラミングするためのコンピュータソフトウェアは、アリゾナ州ツーソンのThe Scatter Works、Inc.から入手したＳｃａｔｔｅｒＳｃｏｐｅ（登録商標）であってよい。
【０１２３】
図１７Ａは、本開示に従って処理されたアルミニウムシート１８１２の光学像１８１２Ｏを示しており、前記アルミニウムシートは、Ｒａ２００μｉｎ（５μｍ）ＲａのＥＤＴテクスチャを有するテクスチャリングロール２０Ａ、２０Ｂを具える装置１０（図１に示される）で１０％圧下されたものである。光散乱シグネチャー１８１２Ｓは、試料１８１２の表面から採取された。図１７Ｂは、通常のミルで１０％圧下されたミル仕上げを有するアルミニウムシート１９１２の光学像１９１２Ｏと、試料１９１２の表面から採取された光散乱シグネチャー１９１２Ｓを示す。通常のミル仕上げを有するシート１９１２が方向性シグネチャー１９１２Ｓを有するのに対し、ＥＤＴロールによる光散乱１８１２Ｓは、Ｘ方向及びＹ方向の光強度がより均一な（より円形のパターンに近似した）等方性光散乱を示す。
【０１２４】
図１７Ｃは、本開示に従って処理されたアルミニウムシート２０１２の光学像２０１２Ｏを示しており、前記アルミニウムシートは、Ｒａ２００μｉｎ（５μｍ）のテクスチャリングロール２０Ａ、２０Ｂを具える装置１０（図１に示される）で２５％圧下されたものである。光散乱シグネチャー２０１２Ｓは、試料２０１２の表面から採取された。図１７Ｄは、通常のミルで２５％圧下されたアルミニウムシート２１１２の光学像２１１２Ｏと、試料２１１２の表面から採取された光散乱シグネチャー２１１２Ｓを示す。光散乱２０１２ＳのＸ方向及びＹ方向の光強度の方向性は、１０％圧下でのシート１８１２の光散乱１８１２Ｓと比べると大きいが、それでも、２５％圧下でのミル仕上げ２１１２の光散乱２１１２Ｓよりは遙かに小さい。
【０１２５】
図１８Ａは、Ｒａ５０μｉｎ（１μｍ）のミル仕上げロールによって圧延されたミル仕上げを有するアルミニウムシート試料について、一連の光散乱シグネチャーを示すもので、２２１２Ｓ１は５％圧下、２２１２Ｓ２は１０％圧下、２２１２Ｓ３は１５％圧下、２２１２Ｓ４は２５％圧下によるものである。
【０１２６】
図１８Ｂは、Ｒａ２００μｉｎ（５μｍ）のＥＤＴロールによって圧延されたＥＤＴ仕上げを有するアルミニウムシート試料について、一連の光散乱シグネチャーを示すもので、２３１２Ｓ１は５％圧下、２３１２Ｓ２は１０％圧下、２３１２Ｓ３は１５％圧下、２３１２Ｓ４は２５％圧下によるものである。図１８Ａと図１８Ｂの光散乱シグネチャーを比較すると、ＥＤＴ仕上げは、ミル仕上げよりも、全ての圧下率において方向性が少ないという結論になる。
【０１２７】
図１９Ａは、ミル仕上げ表面について、Ｏｐｔｉｍａｐ（登録商標）ＰＳＤ装置によって得られたテクスチャデータシグネチャー２４１２ＤＳであり、この装置及び用いられたプロセスの特徴で定量化された方向性テクスチャを示している。
【０１２８】
図１９Ｂは、ＥＤＴでテクスチャ加工された表面に対して、ＯｐｔｉｍａｐＰＳＤ装置によって得られたテクスチャデータシグネチャー２５１２ＤＳであり、この装置及び用いられたプロセスの特徴で定量化された方向性が少ないことを示している。図１９Ａ及び図１９Ｂに示された画像は、試料の表面領域が約９５ｍｍ×７０ｍｍである。光散乱シグネチャー２３１２Ｓ１〜２３１２Ｓ４は、試料の試験領域が直径約５ｍｍの円形であるが、その非方向性はシートの大面積にわたって続くことは明らかであり、シート表面の全体が非方向性であることを示す。ＥＤＴロールテクスチャは、圧延作業の中で入ってくる非均一な表面を取り除いて、Ｏｐｔｉｍａｐ(Rhopoint Instruments)、Ｓｃａｔｔｅｒｓｃｏｐｅ(Scatterworks)、３Ｄ干渉計又は共焦点顕微鏡などの光学的又はトポグラフィ測定システムで測定可能な等方性表面シグネチャーを生成する。表面シグネチャーは、テクスチャ圧延プロセス及び標準圧延プロセスによって追跡可能であり、表面コーティング又は処理によって強調されることができる。
【０１２９】
前述の実施例では、例えば１０μｍ〜２００μｍの深さを有するスクラッチ等の表面欠陥を除去するために、比較的低い圧下率（例えば、０％〜３０％）で、高温、低降伏強度のテクスチャ圧延を用いたが、より大きな表面欠陥を取り除くために、さらに大きな圧下率を適用することもできる。例えば、表面粗さＲａ６００μｉｎ又は１２００μｉｎを有するＥＤＴロールは、１ｍｍの深さを有するスクラッチその他の表面欠陥を除去するために、最大７０％の圧下率を用いることができる。
【０１３０】
本開示の一態様は、上述の技術を用いて、自動車のボディパネルの成形用として好適な金属シートを製造することである。一実施形態において、本開示の実施形態によって製造された金属シートは、閉鎖パネル（例えば自動車のドア又はフード構造を形成するために互いに結合される金属パネル）を形成するために使用される。別の実施形態では、本開示の方法によって製造された金属シートは、ホワイトボディの少なくとも一部分を形成するために用いられることができる。なお、ホワイトボディという語は、塗装前、即ちガラス、トリム及び可動部品（サスペンション、動力伝達装置等）を取り付ける前の車本体用シート金属アッセンブリのことを記載するために用いられる。
【０１３１】
本明細書に記載された実施形態は単なる例示であり、当業者であれば、特許請求の範囲に記載の主題の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変形及び修正を行うことができることは理解されるべきである。例えば、異なるアルミニウム合金に適合させるために、圧延温度及び圧下率を調節することができる。そのような変更及び修正の全ては、本開示及び特許請求の範囲に含まれるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１−１】
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【図１２】
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【図１２−１】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【国際調査報告】
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