KR100428237B1 - AlMg ALLOY FOR WELDED CONSTRUCTIONS HAVING IMPROVED MECHANICAL CHARACTERISTICS - Google Patents
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Abstract
본 발명은 최대 인장 강도 Rm> 275 Mpa, 연신율 A > 17.5%, 곱 A ×Rm> 6000 이고, 그 조성(중량%)은:The present invention is characterized in that the maximum tensile strength R m is greater than 275 MPa, the elongation A is greater than 17.5%, the product A x R m is greater than 6000,
Mg: 4.2 - 4.8 Mn: < 0.5 Zn: < 0.4Mg: 4.2 - 4.8 Mn: < 0.5 Zn: < 0.4
Fe: < 0.45 Si: < 0.30 그리고 선택적으로Fe: < 0.45 Si: < 0.30 and optionally
Cr: < 0.15 Cu: < 0.25 Ti: < 0.20 Zr: < 0.20Cr: <0.15 Cu: <0.25 Ti: <0.20 Zr: <0.20
이며, 잔부(殘部)는 Al 및 불가피 불순물이고, 상기 불가피 불순물은 개별적으로는 0.05 미만이며, 전체로는 0.15 미만이고, 식 Mn + Zn < 0.7 을 만족하는 AlMg 합금의 용접 구조물용 박판에 관한 것이다.And the remainder is Al and inevitable impurities, the inevitable impurities individually are less than 0.05, and the total amount is less than 0.15, and satisfies the formula Mn + Zn < 0.7 .
특히, 본 발명에 따른 박판은 로드 또는 레일 탱커, 수송 컨테이너 및 차량의 휠을 제조하기 위한 것이다.In particular, the thin plate according to the invention is for producing a rod or rail tanker, a transport container and a wheel of a vehicle.
Description
본 발명은 고정식 또는 이동식 탱크, 특히 고체 또는 액체 물질용 로드 탱커 또는 레일웨이 탱커와 같은 용접 구조물용으로 사용하기 위한 AlMg 유형의 알루미늄 합금 박판, 특히 표준 규격 EN 573-3에 따른 5083 또는 5086 합금 박판에 관한 것이다.The invention relates to aluminum alloy thin sheets of the AlMg type for use in fixed or mobile tanks, in particular welded structures such as load tanks for solid or liquid materials or railway tankers, in particular 5083 or 5086 alloy thin plates according to standard EN 573-3 .
용접 구조물의 기계적 강도를 증대시키는 동시에 그 중량을 감소시키려면, 용접성, 내식성 또는 성형성 등과 같은 다른 사용 특성에 악영향을 미치지 않으면서, 기존에 사용되는 5083 또는 5086 합금 보다 양호한 기계적 특성을 합금이 갖도록 하는 것이 유용하다.Increasing the mechanical strength of the welded structure while reducing its weight requires alloys to have better mechanical properties than conventional 5083 or 5086 alloys without adversely affecting other useful properties such as weldability, .
당업자에게 익숙한 기계 구조물의 원리에 따라, 알루미늄 합금 구조물의 적절한 소성 특성을 확보하기 위해 최적화 되어야 하는 2가지 기계적 특성은 파단점에서의 연신율 A와 최종 인장 강도 Rm이다. AlMg 합금의 경우, 상기 2가지 특성은, 합금의 조성이 변경되고 각종 사용 용례에서 절충점을 발견한다면, 반대 방향으로나아가는 경향이 있다. 이러한 이유로, 급속한 소성 변형하에서, 예를 들어 사고의 경우에 구조물의 거동을 계산하기 위해서는, A와 Rm이 각각 적절한 최소값을 가지므로 이들 합금에서는 곱 A ×Rm이 일반적으로 이용된다.In accordance with the principles of the machine structure familiar to those skilled in the art, the two mechanical properties that must be optimized to ensure adequate plastic properties of the aluminum alloy structure is an elongation A and the final tensile strength R m of at breaking point. In the case of an AlMg alloy, the above two characteristics tend to go in the opposite direction if the composition of the alloy is changed and a compromise point is found in various use examples. For this reason, in order to calculate the behavior of a structure under rapid plastic deformation, for example in the case of an accident, the product A x R m is generally used in these alloys since A and R m each have appropriate minimum values.
따라서, 본 발명의 목적은 연신율과 인장 강도 사이의 절충점을 개선함과 동시에 만족할만한 내식성과, 가능한 한 단순하고 신뢰할만한 생산 프로그램을 확보하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to improve the compromise between elongation and tensile strength while at the same time ensuring a satisfactory corrosion resistance and a production program as simple and reliable as possible.
일본 특허 출원 제06-212373호에는 연신율과 강도 사이에서 양호한 절충점을 나타내는 AlMgMn 합금 박판의 예가 개시되어 있으나, 열간 압연에 의한 제조는 450 ℃의 압연기로부터의 최소 공급 온도를 필요로 하고, 급속한 생산 속도와 최소 윤활을 필요로 하여, 신뢰 가능하고 경제적인 스트립을 제조할 수 없게 한다.Japanese Patent Application No. 06-212373 discloses an example of an AlMgMn alloy thin sheet exhibiting a good compromise between elongation and strength, but production by hot rolling requires a minimum supply temperature from a rolling mill at 450 DEG C, And minimum lubrication, which makes it impossible to produce reliable and economical strips.
또한, 일본 특허 출원 제06-93365호는 목적한 바를 만족시키는 기계적 특성을 갖는 AlMgMn 합금 박판을 제공하지만, 그 제조는 열간 압연에 이은 중간 풀림 처리, 온간 압연 및 최종 풀림 처리를 포함하는 복잡한 고가의 프로그램을 수반한다.Japanese Patent Application No. 06-93365 also provides an AlMgMn alloy thin plate having mechanical properties satisfying the purpose, but its production is complicated and expensive including hot rolling, intermediate annealing, warm rolling and final annealing Accompanied by a program.
본 출원인은 기계적 특성과 관련하여 5083 및 5086 합금의 조성 범위 내에서 목적한 바가 달성되게 하고, 신뢰 가능하며 경제적인 생산 프로그램을 채용 가능하게 하는 조성이 좁게 분포하고 있음을 증명했다.The Applicant has demonstrated that the composition of the 5083 and 5086 alloys in relation to their mechanical properties is narrow and that the desired bar is achieved and that a reliable and economical production program can be adopted.
본 발명에 따른 용접 구조물용 박판은 다음의 조성(중량%)을 갖고,The thin plate for a weld structure according to the present invention has the following composition (% by weight)
Mg: 4.2 - 4.8 Mn: < 0.5 Zn : < 0.4Mg: 4.2 - 4.8 Mn: < 0.5 Zn: < 0.4
Fe: < 0 45 Si: < 0.30 그리고 선택적으로Fe: <0 45 Si: <0.30 and optionally
Cr: < 0.15 Cu: < 0.25 Ti: < 0.20 Zr: < 0.20Cr: <0.15 Cu: <0.25 Ti: <0.20 Zr: <0.20
잔부(殘部)는 Al 및 불가피 불순물이며, 상기 불가피 불순물은 개별적으로는 0.05 미만이고, 전체로는 0.20 미만이며, 식 Mn + Zn < 0.7 (바람직하게는 < 0.6 중량%)을 만족하고, 최종 인장 강도 Rm> 275 Mpa, 연신율 A > 17.5%, 곱 A ×Rm> 6000, 바람직하게는 > 6500 (Rm은 Mpa, 연신율은 A는 %로 나타냄)인 AlMg 합금으로 제조된다.The balance being Al and inevitable impurities, the inevitable impurities individually being less than 0.05, the total amount being less than 0.20, satisfying the formula Mn + Zn < 0.7 (preferably <0.6 wt% An AlMg alloy having a strength R m of 275 MPa, an elongation A of 17.5% and a product of A x R m > 6000, preferably> 6500 (R m is Mpa and elongation A is%).
아연 함량은 바람직하게는 0.07 내지 0.2% 이다. 철 함량은 바람직하게는 0.20 내지 0.45% 이며 망간 함량의 절반보다 많다. 본 발명에 따른 박판은 바람직하게는 최종 풀림 처리 없이, 300 내지 370 ℃(바람직하게는 320 내지 360 ℃)의 압연기로부터의 공급 온도로 열간 압연함으로써 제조되는 것이 바람직하다.The zinc content is preferably 0.07 to 0.2%. The iron content is preferably 0.20 to 0.45% and is more than half of the manganese content. The thin sheet according to the invention is preferably produced by hot rolling from 300 to 370 占 폚 (preferably 320 to 360 占 폚) rolling mills without a final annealing treatment.
최종 인장 강도 Rm> 275 Mpa, 연신율 A > 22 %, 곱 A ×Rm> 7000 인 박판이 되게 하는 본 발명에 따른 합금의 특히 유리한 조성은 다음과 같다:Particularly advantageous compositions of the alloys according to the invention which result in a final tensile strength R m > 275 MPa, elongation A> 22%, product A x R m > 7000, are as follows:
Mg: 4.2 - 4.7 Mn: 0.20 - 0.40 Zn: 0.07 - 0.20Mg: 4.2 - 4.7 Mn: 0.20 - 0.40 Zn: 0.07 - 0.20
Fe: 0.20 - 0.45 Si: < 0.25 Cr: < 0.15Fe: 0.20 - 0.45 Si: < 0.25 Cr: < 0.15
Cu: < 0.15 Ti: < 0.10 Zr: < 0.10Cu: < 0.15 Ti: < 0.10 Zr: < 0.10
잔부는 Al 및 불가피 불순물이고, 상기 불가피 불순물은 개별적으로는 0.05미만이며, 전체로는 0.15 미만이다.The remainder is Al and inevitable impurities, and the inevitable impurities individually are less than 0.05, and the total amount is less than 0.15.
합금 원소로서의 마그네슘과 망간의 역할은 잘 알려져 있다. 마그네슘은 큰 기계적 강도를 보장하지만 지나치게 함유하면 내식성을 저하시켜 그러한 합금으로 제작된 탱크의 사용이 제한된다.The role of magnesium and manganese as alloying elements is well known. Magnesium ensures a high mechanical strength, but excessive incorporation limits corrosion resistance and limits the use of tanks made of such alloys.
망간은 인장 강도를 향상시키지만 지나치게 함유하면 연신율을 저하시킨다. 또한, 아연은 망간의 존재 하에 인장 강도를 향상시킨다는 것도 알려져 있지만, 본 출원인은 놀랍게도, 상기와 같이 선택된 마그네슘과 망간을 선택한 경우, 곱 A ×Rm이 Mn과 Zn의 개별 함량보다는 Mn + Zn에 의존한다는 것과, Mn + Zn이 0.7% 보다 낮고, 바람직하게는 0.6% 보다 낮으면 상기 곱 A ×Rm이 뚜렷이 향상된다는 것을 알게 되었다.Manganese improves the tensile strength, but excessive elongation reduces the elongation. It is also known that zinc improves tensile strength in the presence of manganese. Applicants have surprisingly found that when the magnesium and manganese selected as above are selected, the product A x R m is greater than the individual contents of Mn and Zn, , And that the product A x R m is significantly improved when Mn + Zn is lower than 0.7%, preferably lower than 0.6%.
Mg, Mn 및 Zn에 사용되는 조성의 범위에서, 0.15%를 넘지 않게 크롬을 첨가하면 연신율 A와 내식성이 모두 향상되며, 0.25% 미만의 구리를 첨가하면 Rm이 증대된다.In the range of compositions used for Mg, Mn and Zn, addition of chromium not exceeding 0.15% improves both elongation A and corrosion resistance, and addition of less than 0.25% copper increases R m .
박판의 기계적 특성을 허용할 수 없을 정도로 열화(劣化)시키는 1차상의 형성을 방지하기 위해서는, 철 함량이 0.45% 미만이어야 한다. 그러나, 원소 Mg, Mn 및 Zn에 사용되는 조성의 범위에서, 본 출원인은 놀랍게도 대부분의 철이 주조 중에 AlMnFe형 공융 침전물을 형성하기 때문에, 대략 0.45%의 철 함량을 선택하는 것이 유리하다는 것을 알게 되었다. 통상의 관찰과는 다르게, 이와 같은 공융 침전물의 대부분은 박판의 연성을 개선하고, 그 비율은 적어도 0.7%인 것이 바람직하다는것을 알았다. 이와 동시에, 높은 연성을 유지하면서, 최종 박판에서 망간 분산질의 비율이 낮게 유지되어야 하고, 바람직하게는 공융 혼합물의 비율의 1.5 배 미만이어야 하며, 이는 식 Fe > 0.5 Mn으로 표현된다.In order to prevent the formation of primary phases which degrade the mechanical properties of the laminate to an unacceptable degree, the iron content should be less than 0.45%. However, in the range of compositions used for the elements Mg, Mn and Zn, Applicants have surprisingly found that it is advantageous to select an iron content of approximately 0.45%, since most of the iron forms an AlMnFe-type eutectic precipitate during casting. Unlike conventional observation, it has been found that most of these eutectic precipitates improve the ductility of the sheet, and that the ratio is preferably at least 0.7%. At the same time, the ratio of the manganese dispersion quality in the final thin plate should be kept low while maintaining high ductility, preferably less than 1.5 times the ratio of the eutectic mixture, which is expressed by the formula Fe> 0.5 Mn.
공융 침전물 및 분산질의 체적 비율은, 금속 조직학의 방법에서 잘 알려진 방법으로, 예를 들어 전자 현미경을 주사하고 박판의 샘플의 연마 부분에 걸쳐 화상을 분석함으로써, 현미경 사진에서 계산된 표면 비율에 의해 측정된다.The volume ratio of the eutectic precipitate and the dispersed material can be determined by a well-known method in the metallographic method, for example by scanning an electron microscope and analyzing the image over the abrasive portion of the thin plate sample, do.
이와 같이, 너무 낮지 않게 철 함량을 선택할 수 있으므로, 순도가 낮고 이에 따라 보다 염가인 동시에 양호한 기계적 특성을 갖는 베이스 금속을 선택할 수 있다.In this way, since the iron content can be selected not too low, it is possible to select a base metal having a low purity, which is less expensive and therefore has good mechanical properties.
본 발명에 따른 조성을 이용하면, 두께 > 2 mm, 최대 인장 강도 Rm> 275 Mpa, 연신율 A > 17.5%, 곱 A ×Rm> 6000 인 박판을 온도 > 250 ℃에서 최종 풀림처리 없이 압연, 더 상세하게는 열간 압연하여, 예를 들어 2200 mm 이상의 큰 폭으로 얻을 수 있다. 공업적 신뢰성의 이유로, 열간 압연기로부터의 공급 온도는 400 ℃ 미만인 것이 바람직하고, 370 ℃ 미만인 것이 더 바람직하며, 350 ℃ 인 것이 가장 바람직하다.Using the composition according to the present invention, a thin sheet having a thickness> 2 mm, a maximum tensile strength R m > 275 Mpa, an elongation A> 17.5% and a product A x R m > 6000 was rolled and annealed at a temperature> Specifically, it can be hot-rolled, for example, with a large width of 2200 mm or more. For reasons of industrial reliability, the feed temperature from the hot rolling mill is preferably less than 400 DEG C, more preferably less than 370 DEG C, most preferably 350 DEG C.
본 발명에 따른 박판은 고정식 또는 이동식 탱크, 예를 들어 로드 또는 레일 탱커와 같은 용접 구조물뿐만 아니라 자동차 또는 로리용 용접 및/또는 단조 휠과 도로, 선로 및/또는 해상 수송 컨테이너에 사용될 수 있다. 이들 박판은 이러한 유형의 합금에 통상 사용되는 임의의 방법, 특히 MIG 용접 또는 TIG 용접 공정에 의해 두께의 대략 2/3에 걸쳐 45˚정도의 베벨 각도로 맞대기 용접함으로써 용접될 수 있다. 이와 같은 모든 용례에 있어서, 박판은 큰 폭, 특히 2200 mm 보다 큰 폭을 갖는 것이 유리하다.The laminations according to the invention can be used in fixed or mobile tanks, for example welded structures such as rod or rail tankers, as well as for welding and / or forging wheels and road, rail and / or sea transport containers for automobiles or lorries. These thin plates can be welded by any method commonly used for this type of alloy, particularly by butt welding at about 45 degrees over about 2/3 of the thickness by MIG welding or TIG welding processes. In all such applications, it is advantageous for the laminae to have a large width, in particular a width greater than 2200 mm.
사고시 적절한 소성 특성을 가져야 하는 위험 물질 수송을 목적으로 하는 로드 탱커의 경우, 특히 향상된 기계적 특성을 갖는 박판인 것이 좋다.In the case of rod tanks for the purpose of transporting dangerous substances which must have adequate firing characteristics in the event of an accident, it is particularly desirable to use thin plates with improved mechanical properties.
<실시예><Examples>
표 1에 나타낸 조성을 갖는 24 종의 합금은 플레이트를 반연속식으로 주조함으로써 제조되었다. 500 ℃ 보다 높은 온도에서 20 시간 동안 가열한 후, 플레이트를 최종 두께 6 mm 까지 열간 압연했다. 압연기로부터의 공급 온도는 340 ℃ 이었다.Twenty-four kinds of alloys having the compositions shown in Table 1 were produced by semi-continuous casting of the plates. After heating for 20 hours at a temperature higher than 500 ° C., the plate was hot-rolled to a final thickness of 6 mm. The feeding temperature from the rolling mill was 340 ° C.
합금 0 내지 4는(합금 0은 5083 조성을 나타냄) 본 발명의 범위 외의 조성을 가지며 합금 5 내지 23의 조성은 본 발명에 따른 조성을 갖는다.Alloys 0 to 4 (alloy 0 represents 5083 composition) have a composition outside the scope of the present invention, and the compositions of alloys 5 to 23 have compositions according to the present invention.
이들 박판상에서 인장 강도 Rm과 연신율 A를 측정하였다. 또한, 광학 현미경에 의해 얻어지는 현미경 사진 상에서 공융 침전물 및 분산질의 표면 비율을 측정하였다. 이와 같은 결과들은 표 1에 집계되어 있으며, 항상 Rm> 275 Mpa, A > 17.5%, A ×Rm> 6000 이 본 발명의 조성들에 의해 얻어지는 것을 나타낸다.The tensile strength R m and elongation A were measured on these thin plates. Further, the surface ratio of the eutectic precipitate and the dispersed material was measured on a microscope photograph obtained by an optical microscope. These results are summarized in Table 1, indicating that R m > 275 Mpa, A> 17.5% and A R m > 6000 are always obtained by the compositions of the present invention.
또한, 보다 좁은 범위의 조성, 즉:Also, a narrower range of compositions, namely:
Mg: 4.2 - 4.7 Mn: 0.20 - 0.40 Zn: 0.07 - 0.20Mg: 4.2 - 4.7 Mn: 0.20 - 0.40 Zn: 0.07 - 0.20
Fe: 0.20 - 0.45 Si: < 0.25 Cr: < 0.15Fe: 0.20 - 0.45 Si: < 0.25 Cr: < 0.15
Cu: < 0.15 Ti: < 0.10 Zr: < 0.10Cu: < 0.15 Ti: < 0.10 Zr: < 0.10
이와 같은 조성을 사용하면, 곱 A ×Rm이 7000 보다도 큰(통상 7400 이상임) 박판이 얻어진다는 것을 주지하라(합금예 14, 46, 18 내지 23 참조).Using such a composition, it is noted that a sheet A having a product A x R m of greater than 7000 (usually greater than 7400) is obtained (see Alloy Examples 14, 46, 18-23).
두께 2/3에 걸쳐 45˚의 베벨 각도로 맞대기 용접함으로써 얻어진 MIG 용접 테스트는 통상의 조성을 갖는 5083 및 5086 합금 박판의 용접성과 유사한 용접성을 나타낸다.The MIG welding test, obtained by butt welding at a bevel angle of 45 degrees over 2/3 of the thickness, shows weldability similar to the weldability of 5083 and 5086 alloy sheets with conventional compositions.
[표 1][Table 1]
본 발명에 따른 기계적 특성 및 조성을 갖는 AlMg 합금의 용접 구조물용 박판은, 연신율과 인장 강도 사이의 절충점을 개선함과 동시에 만족할 만한 내식성과, 가능한한 단순하고 신뢰할만한 생산 프로그램을 확보할 수 있다.The thin plate for the welded structure of the AlMg alloy having the mechanical properties and composition according to the present invention can obtain a satisfactory corrosion resistance and a simple and reliable production program as possible while improving the trade-off between elongation and tensile strength.
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