KR100513750B1 - 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성 증가방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성 증가방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 제조과정에서 냉간 압연시에 매 패스당 압연방향을 90°로 전환시켜가면서 압연 가공하여 {011}<755> 집합조직이 최종 소둔 후 전체 부피에 대해 적어도 15% 이상의 부피분률이 되도록 발달시키는 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성 증가방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 냉간 압연공정시 성형성을 향상시키는 {011}<755> 집합조직이 발달되기 때문에 냉간 압연공정 후 여러번 반복 실시되어야 했던 기존의 중간 소둔 공정이 필요 없게 되고, 결국 {011}<755> 집합조직의 발달과 함께 성형성 감소 요인이 되어 왔던 {001}<100> 입방정 방위의 발달이 억제되면서 성형성이 우수한 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 제조가 가능해진다.

Description

알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성 증가방법{A method for increasing formability of aluminum-magnesium alloy sheet}

본 발명은 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성 증가방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 제조과정에서 냉간 압연시에 매 패스당 압연방향을 90°로 전환하는 교차 압연법을 이용함으로써, 합금 내 집합조직을 능동적으로 조절하고, 이를 통해 평균소성변형비를 증가시키는 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성 증가방법에 관한 것이다.

최근 들어 자동차 업계에서는 연비 향상을 위한 차체 경량화의 목적으로 기존의 철강 판재 대신 알루미늄-마그네슘 합금 판재를 자동차 부품에 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

그러나, 알루미늄-마그네슘 합금 판재는 평면이방성이 크고 평균소성변형비가 낮아 철강 판재에 비해 성형성이 나쁜 단점을 가지고 있으며, 이로 인해 자동차용으로 적용하기에는 어려운 점이 많다.

현재까지의 연구로 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 강도는 자동차용 철강 판재와 동등한 수준으로 향상되었지만, 평균소성변형비 등의 성형성은 여전히 철강 판재에 비해 열등하다.

그러므로, 자동차의 차체 등에 알루미늄-마그네슘 합금 판재를 적용하기 위해서는 성형성을 좀 더 증가시켜야 할 필요성이 있으며, 현재에는 알루미늄-마그네슘 합금의 성형성을 증가시키기 위하여 합금 성분을 조정하는 것이 일반적이다.

예를 들어, 일본 특허공보 소52-141409에 공지된 JIS 5052 혹은 JIS 5182의 알루미늄-마그네슘 합금 등은 그 이전의 알루미늄-마그네슘 합금 판재에 비해 성형성이 우수한 특성을 보이고 있다.

그러나, 상기와 같이 공지된 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 경우 자동차의 차체 등에 적용하기에는 여전히 만족스러운 성형성을 가지고 있지 못하며, 따라서 기존의 철강 판재를 대체하기 위해서는 성형성이 보다 우수한 알루미늄-마그네슘 합금 판재가 필요한 실정이다.

전술한 바와 같이, 기존 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성이 나쁜 원인은 평균소성변형비가 낮은 것이 원인인데, 이를 개선하기는 상당히 어려우며, 현재까지는 주로 합금 원소를 첨가 혹은 배제하여 결정립도를 조절하는 소극적인 대응책으로 평균소성변형비를 증가시키려는 시도가 주를 이루고 있다.

일본 특허공보 소52-141409, 소60-1256346 등에서도 평균소성변형비를 증가시키고자 합금 원소의 변화를 주었지만, 평균소성변형비에 큰 영향을 주는 판재의 결정배열을 나타내는 집합조직에 대한 연구 및 검토는 이루어지지 않았으며, 오직 합금 성분을 조정하는 것으로 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 낮은 소성변형비를 올리고자 시도하고 있는 것이 현실이다.

통상, 상기 알루미늄-마그네슘 합금 판재는 구리 방위, 고스 방위, 황동 방위, S 방위 및 입방정 방위로 구성된 결정학적 집합조직을 나타내며, 이들의 상대적인 부피분률이 평균소성변형비에 영향을 주게 된다.

여기서, 집합조직의 표현에 대해서 간단히 살펴보면, 압연으로 생산한 판재에서 결정의 방위는 압연판재면(ND, 이하 압연면이라 칭함)과 압연방향(RD)으로 정의된다.

즉, 압연면과 평행하게 놓인 결정의 면과, 압연방향과 평행하게 놓인 결정의 방향으로 집합조직을 나타낼 수 있는데, 압연면에 평행한 특정의 결정면을 밀러지수 {hkl}로 표시하고, 압연방향에 평행한 특정의 결정방향을 <uvw>로 나타낸다.

예를 들어, {001}<100>으로 표현되는 집합조직은 판재의 면과 결정의 {001} 면이 같이 놓여 있고 판재의 압연방향과 결정의 <100> 방향이 평행하게 놓여 있는 집합조직을 나타내는 것이다.

이러한 표현방법을 이용할 경우 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 집합조직들은

구리 방위 : {112}<111>

고스 방위 : {011}<100>

황동 방위 : {112}<110>

S 방위 : {123}<634>

입방정 방위 : {001}<100>

로 표시될 수 있다.

한편, 판재의 성형성은 결정립도, 석출물 분포 및 집합조직에 의존하는데, 이들 인자 중 판재의 성형성에 가장 큰 영향을 미치는 인자가 판재의 집합조직이다.

판재의 성형성, 즉 딥 드로잉성은 판재에 감마(γ)-섬유 집합조직으로 알려진 <111>//판재면 집합조직, 다시 말하면 판재면과 결정의 {111} 면이 거의 평행하게 배열되도록 제어할 경우 증가시킬 수 있다.

예를 들어, 냉간 압연한 후 소둔한 자동차용 강판의 경우, 감마-섬유 집합조직으로 알려진 <111>//압연면(ND) 방위가 강하게 발달한다.

이로 인해 냉연 강판은 평균소성변형비가 높으며 우수한 평면이방성, 즉 압연방향에 대한 귀 발생(earing)이 적게 되는 특성을 가진다.

이와는 달리, 알루미늄-마그네슘 합금은 성분에 관계 없이 가역식 압연기 혹은 비가역식 압연기로 압연할 경우 구리형 집합조직으로 알려진 {112}<111> 집합조직이 강하게 발달한다.

이 알루미늄-마그네슘 합금 판재는 냉간 압연한 것으로 연성이 부족하여 이후 성형 공정에 바로 사용할 수는 없으며, 연성을 증가시키기 위해 소둔 공정을 거치게 되는데, 이 소둔 공정은 판재의 사용 목적에 따라 소둔 시간 및 온도를 다르게 하여 실시되나, 이러한 소둔 공정을 거치면서 판재 내에는 입방정 집합조직으로 알려진 {001}<100> 방위가 발달하게 된다.

이 입방정 집합조직이 발달하는 경우, 염수에 대한 내부식능이 떨어지는 것 이외에도, 낮은 평균소성변형비 및 압연방향에 대해 0° 및 45°에서의 귀 발생으로 인해 성형성은 기존의 강판에 비해 현저히 떨어지게 되므로, 입방정 집합조직이 과도하게 발달하지 않으면서도 연신률을 유지하도록 생산하는 것이 고성형성 알루미늄-마그네슘 합금 판재 생산의 주 목표이다.

상기한 입방정 집합조직이 발달하는 현상을 극복하기 위하여, 일본 특허공보 평 5-295476에서 제안된 바와 같이 {110}<100> 집합조직을 부피분률 10% 이상 발달시켜 성형성을 증가시킬 수는 있다.

그러나, 이 집합조직이 발달하게 되면, 알루미늄-마그네슘 합금 판재를 성형할 때 표면 이랑(roping, ridging)이라 불리는 표면 굴곡 현상이 심하게 발생하여, 성형 후 표면 그라인딩 작업 등의 추가 공정이 필요해진다.

따라서, 현재의 공정은 소극적인 집합조직의 제어로, 입방정 집합조직의 발달을 억제하는 것이 아니라, 압연 집합조직과 입방정 집합조직의 부피분률을 적절히 조절하고 있을 뿐이며, 이를 통해서 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 평균소성변형비가 1 이상은 나오지 않지만 귀 발생(earing) 현상은 제어할 수 있다.

다시 말하면, 가역식 혹은 비가역식 압연기로 1차 압연을 실시하여 {112}<111> 집합조직과 그 외의 압연 집합조직을 발달시킨 후, 이 판재를 1차로 소둔 처리하고(이때 재결정 집합조직인 {001}<100> 집합조직이 발달하는 것을 막을 수 없음), 이 1차 소둔한 판재를 다시 2차 압연 및 소둔 공정을 거쳐 압연 집합조직과 입방정 집합조직이 공존하도록 하고 있으며, 이러한 과정을 거쳐 알루미늄-마그네슘 판재에 발달한 집합조직을 첨부한 도 3에 나타내었다.

이와 같은 제조방법에 따르면, 압연방향에 대해 45°에서 평균소성변형비가 높은 압연 집합조직과, 압연방향에 대해 45°에서 평균소성변형비가 낮은 입방정 집합조직으로 인해, 귀 발생이 입방정 방위만 발달한 경우에 비해서는 억제될 수 있다.

그러나, 상기와 같은 제조방법에서도 입방정 집합조직의 특성으로 인해 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 평균소성변형비를 1 이상 증가시킬 수는 없다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 알루미늄-마그네슘 합금의 집합조직을 능동적으로 제어하여 성형성에 나쁜 영향을 주는 입방정 방위의 발달을 억제하고 이와 함께 성형성 향상에 유리한 새로운 집합조직을 발달시킴으로써, 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 평균소성변형비 및 성형성을 증가시키는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적은 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 제조과정 중에서 냉간 압연공정시에 매 패스마다 압연방향을 90°로 전환시켜가면서 압연 가공하여 성형성 향상에 유리한 {011}<755> 집합조직을 발달시키는 본 발명에 의해 달성될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성을 증가시키기 위한 방법에 있어서,

알루미늄-마그네슘 합금 판재의 제조과정에서 냉간 압연시에 매 패스당 압연방향을 90°로 전환시켜가면서 압연 가공하여 {011}<755> 집합조직이 최종 소둔 후 전체 부피에 대해 적어도 15% 이상의 부피분률이 되도록 발달시키는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성을 증가시키는 방법에 관한 것으로서, 판재 압연시 매 패스당 압연방향을 90°로 전환하는 교차 압연법을 이용하여 가공함으로써, 알루미늄-마그네슘 합금의 집합조직을 능동적으로 조절하고, 이를 통해 평균소성변형비를 증가시키는 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성 증가방법에 관한 것이다.

첨부한 도 1은 본 발명이 적용된 압연공정을 종래의 압연공정과 비교하여 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 방법이 적용된 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 집합조직 발달을 보여주는 {111} 극점도이다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 판재 제조과정의 냉간 압연시에, 압연방향을 일방향 혹은 전후방향으로 일정하게 유지하던 기존의 압연 가공방법과는 달리(도 1의 우측 도면 참조), 본 발명에서는, 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성을 증가시키기 위하여, 매 패스당 압연방향을 90°로 전환시켜가면서 압연 가공하여(도 1의 좌측 도면 참조), {011}<755> 집합조직이 최종 소둔 후 전체 부피에 대해 적어도 15% 이상의 부피분률이 되도록 발달시키고, 소둔에 의해 불가피하게 생길 수 있는 {011}<100> 집합조직과 {011}<755> 방위의 부피분률 비를 4 이상이 되도록 한다.

여기서, 본 발명에 따른 방법을 이용하여 성형성이 기존에 비해 우수한 알루미늄-마그네슘 합금 판재를 제조하기 위한 합금 판재의 성분 및 장치는 특별히 한정되지는 않는다.

상기와 같이 냉간 압연시에 압연방향을 매 패스당 90°로 바꾸어 주게 되면, 가공되어진 알루미늄-마그네슘 합금 판재 내에는 성형성 향상에 유리한 새로운 집합조직이 발달하여 결국 중간 소둔을 거칠 필요 없이 최종 소둔만으로도 평균소성변형비가 증가된 고성형성의 알루미늄-마그네슘 합금 판재가 제조될 수 있다.

즉, 상기와 같은 본 발명의 압연법에 의해 제조된 알루미늄-마그네슘 합금 판재에서는, 기존의 일방향 압연법에 의해 제조된 알루미늄-마그네슘 합금 판재에서와는 달리, 성형성 향상에 유리한 {011}<755> 방위가 강하게 발달하게 되며, 이 방위는 최종 소둔시에도 입방정 방위로 변하지 않아 성형성을 증가시키게 된다.

또한, 본 발명의 압연법에 의해 제조된 알루미늄-마그네슘 합금 판재는 상기와 같은 {011}<755> 집합조직의 발달로 인해 냉간 압연 후 반복 실시되던 기존의 중간 소둔 공정을 거치지 않아도 되며, 이에 따라 성형성을 감소시키는 {001}<100> 입방정 방위의 발달이 억제되면서 기존에 비해 매우 높은 평균소성변형비를 갖게 되는 것이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거 더욱 상세하게 설명하는 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

이하의 모든 실시예는 본 발명의 방법에 따라 냉간 압연시 압연방향을 매 패스당 90°로 바꾸어 제조한 알루미늄-마그네슘 합금 판재를, 비교예는 기존의 제조방법이 적용된 알루미늄-마그네슘 합금 판재를 나타내는 것이다.

먼저, 일반적인 DC 주조법을 이용하여 알루미늄, 0.65 중량% 마그네슘, 0.15 중량% 철을 함유시킨 합금을 두께 150mm로 주조한 후, 480℃에서 48시간 동안 균질화 처리하고, 이를 5mm까지 열간 압연하였다.

이때, 열간 압연 시작 온도 480℃이고, 최종 권취 온도는 320℃였다.

이와 같이 열간 압연한 알루미늄-마그네슘 합금 판재를 최종 압하율이 30 ∼ 80%가 되도록 냉간 압연하였으며, 냉간 압연이 끝난 알루미늄-마그네슘 합금 판재는 500℃에서 20초간 소둔 열처리하였다.

여기에서, 실시예의 경우에는 중간 소둔을 실시하지 않았으며, 비교예의 경우에는 통상의 방법대로 중간 소둔을 실시한 후 실시예와 동일하게 500℃에서 20초간 소둔 열처리를 실시하였다.

이후, 상기와 같이 완성된 각 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성을 평가하기 위해, 각 조건별 평균소성변형비를 측정하였으며, 그 측정의 결과를 해당 합금 판재의 각 집합조직 부피분률과 함께 다음의 표 1에 나타내었다.

측정의 결과로서, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법, 즉 교차 압연이 적용된 실시예 1 ∼ 3의 평균소성변형비가 기존의 제조방법에 따라 제조된 비교예 1 ∼ 4에 비해 높게 나타났다.

또한, 실시예 1 ∼ 3의 알루미늄-마그네슘 합금 판재에서는 압하율을 크게 함에 따라 {011]<755> 집합조직이 더욱 크게 발달하였고, 그 결과 성형성의 척도인 평균소성변형비가 점차 크게 나타났다.

한편, 기존의 방법으로 제조된 비교예 1 ∼ 4의 경우 압하량을 크게 함에 따라 중간 소둔이 실시되면서 오히려 입방정 방위가 증가하였고, 그 결과 평균소성변형비가 점차 감소하였다.

결국, 본 발명에 따르면, 냉간 압연시에 매 패스당 압연방향을 90°로 전환하여 압연 가공을 실시함으로써, 성형성을 증가시키는 {011}<755> 집합조직을 발달시켜, 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성을 증가시킬 수 있게 된다.

더 나아가, 본 발명에 따르면, 기존의 방법과는 달리 중간 소둔을 실시하지 않아도 되는 바, 성형성을 저하시키는 {001}<100> 입방정 집합조직의 발달이 최대한 억제될 수 있고, 결국 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성이 더욱 증가될 수 있다.

다음으로, 알루미늄-마그네슘 합금 판재가 최종 소둔의 열처리 조건 이후에 상기 표 1의 결과와 다른 경향을 보이는지 알아보기 위해서, 동일 성분의 알루미늄-마그네슘 합금 판재를 400℃에서 1800초간 최종 소둔하여 평균소성변형비를 측정하였으며, 그 결과를 다음의 표 2에 나타내었다.

여기서, 비교가 가능하도록 주조 공정 및 열간 압연, 냉간 압연 과정은 상기 표 1에 나타낸 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 그것과 동일하게 실시되었음을 밝혀둔다.

상기 표 2의 결과는 상기 표 1에 나타낸 것보다 낮은 온도에서 최종 소둔한 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 평균소성변형비를 나타낸 것이다.

이 경우에서, 열처리 시간은 온도를 낮출 경우 판재의 기계적 물성을 좌우하는 결정립의 성장이 늦게 일어나므로 결정립의 크기를 상기 표 1의 그것과 유사하게 하기 위해 1800초로 조정한 것이다.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 최종 소둔 온도가 변화하더라도 집합조직의 부피분률과 평균소성변형비의 관계에는 차이가 없었으며, 그 결과 역시 표 1에 나타낸 바와 동일한 경향을 보였다.

즉, 본 발명의 방법에 의거 제조한 알루미늄-마그네슘 합금 판재에 발달한 {011}<755> 집합조직의 부피분률이 증가함에 따라 평균소성변형비 역시 증가하는 경향을 보이고 있는 것이다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따르면, 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 제조과정에서 냉간 압연시에 압연방향을 매 패스당 90°로 바꾸어 줌으로써, 기존의 압연방법으로는 발달시킬 수 없는 {011}<755> 집합조직을 발달시킬 수 있고, 이와 함께 성형성을 감소시키는 입방정 방위의 발달을 억제시킬 수 있으며, 결국 기존에 비해 평균소성변형비가 증가된 고성형성 알루미늄-마그네슘 합금 판재를 제조할 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면, 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 제조과정에서, 매 압연 패스당 90°의 압연방향 전환에 의해 성형성 향상에 기여하는 {011}<755> 집합조직이 발달되는 바, 입방정 집합조직이 발달하는 요건인 기존의 중간 소둔 공정이 필요 없게 되고, 결국 {011}<755> 집합조직의 발달과 함께 성형성 감소 요인인 입방정 방위의 발달이 억제되면서 궁극적으로는 성형성이 우수한 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 제조가 가능해진다.

도 1은 본 발명이 적용된 압연공정을 종래의 압연공정과 비교하여 나타낸 개략도이고,

도 2는 본 발명의 방법이 적용된 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 집합조직 발달을 보여주는 {111} 극점도이며,

도 3은 종래의 제조공정에 따라 제조된 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 집합조직 발달을 보여주는 {111} 극점도이다.

Claims (1)

1. 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성을 증가시키기 위한 방법에 있어서,

   알루미늄-마그네슘 합금 판재의 제조과정에서 냉간 압연시에 매 패스당 압연방향을 90°로 전환시켜가면서 압연 가공하여 {011}<755> 집합조직이 최종 소둔 후 전체 부피에 대해 적어도 15% 이상의 부피분률이 되도록 발달시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 성형성 증가방법.