KR100587128B1 - 고강도 알루미늄 호일 제조 공정 - Google Patents

고강도 알루미늄 호일 제조 공정 Download PDF

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Abstract

데드 폴드 호일 특성을 갖는 고강도 호일이 망간 함량 및 중간 풀림 온도와, 선택적으로 최종 풀림 온도를 제어함으로써 종래의 고강도 알루미늄 호일에서 봉착되는 압연 및 기타 제조상의 문제점들이 없이 제조된다. 합금은 중량으로 0.05 내지 0.15％, 바람직하게는 0.095 내지 0.125％ 망간을 함유한다. 냉간 가공된 시트는 약 200℃ 내지 약 260℃, 바람직하게는 230℃ 내지 250℃의 온도에서 중간 풀림 처리되어 고용체 속에 대부분의 망간을 유지하면서 사실상 충분히 재결정된 시트를 만들어낸다. 중간 풀림 처리된 시트는 바람직하게는 약 250℃ 내지 약 325℃, 보다 바람직하게는 약 260℃ 내지 약 325℃에서 최종 게이지로 압연되고 최종적으로 풀림 처리되어, 0.0015㎝(0.0006인치)의 게이지에서 항복 강도가 적어도 89.6MPa(13ksi)이고, 극한 인장 강도가 적어도 103.4MPa(15ksi)이며, 물렌 정격치가 적어도 89.6kPa(13psi)인 데드 폴드 알루미늄 호일을 만들어낸다.

Description

고강도 알루미늄 호일 제조 공정{PROCESS OF MANUFACTURING HIGH STRENGTH ALUMINUM FOIL}
본 발명은 알루미늄 합금제품 제조법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고강도 알루미늄 호일을 제조하기 위한 경제적이고, 효율적이며 생산성이 높은 공정에 관한 것이다.
알루미늄 호일(박)은 수많은 종래의 합금으로부터 제조된다. 하기의 표 1은 대표적인 알루미늄 협회(AA) 합금으로부터 제조된 풀림 처리된 호일에 대한 공칭 조성과 전형적인 특성을 열거하고 있다.
풀림 처리된 호일에 대한 공칭조성 및 전형적인 특성
합금 Si Fe Cu Mn UTS1 MPa (ksi) YS2 MPa (ksi) 물렌3 KPa (psi)
1100 0.06 0.45 0.12 -- 73.8 (10.7) 40.7 (5.9) 97.2 (14.1)
1200 0.17 0.65 -- -- 69.6 (10.1) 42.1 (6.1) 59.3 (8.6)
8111 0.57 0.57 -- -- 73.8 (10.7) 46.9 (6.8) 87.6 (12.7)
8015 0.12 0.95 -- 0.2 124.1 (18) 103.4 (15) 103.4 (15)
8006 0.22 1.58 -- 0.43 127.6 (18.5) 92.4 (13.4)
1UTS = 극한 인장강도
2YS = 항복강도
3물렌 정격치(Mullen rating)은 알루미늄 호일에 대한 강도와 성형성의 표준 측정치이다. 다이아프램이 호일의 표면에 대해 유압식으로 가압된다. 이 정격치는 소정 두께의 호일에 가해지는 단위가 KPa(psi)인 압력으로서, 이 압력에서 호일은 파열한다.
호일을 제조하는 한가지 방법은 통상적으로 직냉(DC: direct chill) 주조법이라는 불리는 공정에 의해 잉곳을 먼저 주조하는 것이다. 8006 합금으로 제조된 호일은 전형적으로 DC 주조 공정에 의해 제조된다. DC 주조된 잉곳은 500℃ 근방의 온도까지 예열된 다음에, 열간 압연되어 약 0.2 내지 0.38㎝(0.08 내지 0.15인치)의 두께를 갖는 시트가 제조된다. 다음에, 이 시트는 0.00076 내지 0.0025㎝(0.0003 내지 0.001인치)의 최종 두께로 냉간압연되어 가정용 호일이 제조된다. 냉간압연 공정 중에 시트는 가공 경화되어, 0.005 내지 0.010㎝(0.002 내지 0.004인치)의 게이지(gauge)에 도달하면 그 이하로 더 압연되는 것은 불가능하다. 이것이 [일반적으로 0.005 내지 0.05㎝(0.002 내지 0.02인치)의 두께로] 수 개의 냉간 압연 공형(pass)을 통과한 다음에, 시트가 전형적으로 약 275 내지 425℃의 온도에서 중간풀림(interanneal) 처리되어, 이 재료를 재결정시키고 연질화해서 소망하는 최종 게이지로의 용이한 압연성을 확보해야 하는 이유이다. 시트의 두께는 중간 풀림 후에 보통 약 80 내지 99％만큼 감소된다. 이러한 풀림이 없으면 가공 경화는 최종 게이지로의 압연을 극히 곤란하게 하거나, 그렇지 않은 경우 아예 불가능하게 만든다.
최종 게이지는 약 0.0008 내지 0.0025㎝(0.0003 내지 약 0.001인치)일 수 있다. 가정용 호일에 대한 전형적인 최종 게이지는 0.0015(0.00061인치)이다. 다음에, 냉간압연이 종료되면 호일은 전형적으로 약 325 내지 450℃에서 최종 풀림 처리되어 연성의 소망하는 성형성과 습윤성을 갖는 "데드 폴드(dead fold)" 호일이 제조된다. ("데드 폴드"란 탄성반동없이 180°로 접힐 수 있는 호일에 대해 산업적으로 인지되는 용어이다.) 최종 풀림은 데드 폴드 특성을 부여하는 것뿐만 아니라 표면으로부터 압연 오일 및 기타 윤활유를 제거함으로써 충분한 습윤성을 확보하는 역할을 한다.
또한 호일은 벨트 주조기, 블록 주조기 및 롤 주조기 등의 연속 주조 기계 상에서 시트로서 먼저 주조되는 1100, 1200, 8111 및 8015 등의 다른 합금으로 제조된다. 연속주조법은 보통 DC 주조법보다 더 생산적인데, 왜냐하면 이 주조법은 별도의 열간압연 단계뿐만 아니라, 균열(均熱: soaking) 및 예열 단계와 잉곳의 스캘핑(scalping) 단계를 제거하기 때문이다. 벨트 주조기 등의 연속주조기는 일반적으로 두께가 5㎝(2인치)보다 작고, 폭이 주조기의 설계 폭만큼[전형적으로 208㎝(82인치) 정도]되는 연속적인 알루미늄 합금 시트를 주조할 수 있다. 연속 주조된 합금은 연속적인 열간 또는 온간압연 공정(warm rolling process)에서의 주조 직후에 보다 얇은 게이지로 압연될 수 있다.
전형적으로 DC 주조된 재료에서와 같이, 연속적으로 주조된 시트는 한 번의 중간 풀림 처리와 한 번의 최종 풀림 처리를 받게 된다. 예를 들어, 합금은 연속 주조기에서 주조되어 약 0.127 내지 0.254㎝(0.05 내지 0.10인치)의 두께로 열간 또는 온간압연된 다음에, 약 0.005 내지 0.05㎝(0.002 내지 0.02인치)의 두께로 냉간압연된다. 이 단계에서 시트를 연질화를 위해 중간 풀림 처리된 다음, 0.00076 내지 0.00254㎝(0.0003 내지 0.001인치)의 최종 게이지로 냉간압연되고 325 내지 450℃의 온도에서 최종 풀림 처리된다.
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이 (종래에 1100, 1200 및 8111 등의 합금으로 제조된) 표준 가정용 호일보다 현저하게 더 높은 강도를 갖는 호일이 DC 주조된 8006 및 연속적으로 주조된 합금 8015 등의 임의의 현재 입수가능한 합금으로부터 제조될 수 있다. 불행히도, 이들 재료는 양자 모두 몇몇 문제점들을 발생시킨다. 상술한 바와 같이, 합금 8006에서 사용되는 DC 주조 공정은 비교적 고가이다. 그러나, 연속적으로 주조된 8015는 압연 및 주조하기가 매우 곤란하다. 모서리 균열 등의 문제점 때문에 주조 및 압연 중에 회복이 불량하다. 과도한 가공 경화율은 필요한 공형 수의 증가로 인해 압연 생산성의 저하를 초래하며, 이에 의해 비용을 증대시킨다. 이것은 연속주조법의 비용상의 잇점의 대부분, 또는 전부를 없애 버린다.
8006 (1.2 내지 2.0％ 철) 및 8015 (0.8 내지 1.4％ 철) 양자 모두에 있어서 높은 철 함량은 또 다른 문제점을 갖는다. 이러한 함량의 철을 갖는 합금은 재생된 금속중의 전체적인 철 함량을 감소시키기 위해 1차 합금중에서 브렌딩하여 전체적인 철함유량을 낮추지 않으면 유용한 철 합금(대표적인 예는 음료수 캔 시트)으로 재생될 수 없다. 따라서, 8006 및 8015 등의 합금은 때때로 재생용으로는 수용될 수 없다. 만일 이들이 수용된다고 하더라도 이것은 상당한 비용을 치러야만 할 것이다. 또한, 높은 철 함량은 이들 합금이 호일로 주조 및 압연되는 것을 곤란하게 만든다.
일본의 쇼와 알루미늄 코포레이션에 의해 1986년 2월 28일자로 출원된 일본 특허 공보 제62-149838호는 성형성이 양호한 알루미늄 합금 호일을 개시하고 있다. 이 호일은 소정량의 Fe 및 Mn을 함유한 합금을 균질화 처리, 열간 압연 처리한 다음에 냉간 압연 단계들 사이에 풀림 공정을 개재시켜 냉간 압연 처리함으로써 제조된다. 중간 풀림 처리는 한 시간동안 400℃에서 수행된다.
본 발명의 한가지 태양에 따르면, 0.0015㎝(0.0006인치)의 게이지에서 항복강도가 적어도 89.6MPa(13ksi)이고, 극한 인장강도가 적어도 103.4MPa(15ksi)이며, 물렌 정격치가 적어도 89.6kPa(13psi)인 데드 폴드 호일 특성을 갖고, 알루미늄 합금이 주조되어 잉곳 또는 연속 시트를 형성하고, 잉곳 또는 연속 시트는 냉간압연되어 냉간 가공된 시트가 제조되며, 냉간 가공된 시트는 중간 풀림 처리되고, 중간 풀림 처리된 시트는 호일 두께의 최종 게이지 시트로 냉간압연되고, 최종 게이지 시트는 풀림 처리되는 알루미늄 호일 제조 공정이 제공된다. 본 발명에서, 알루미늄 합금은 0.05 내지 0.15wt(중량)％ 범위의 망간함량, 0.05 내지 0.6wt% 범위의 Si, 0.1 내지 0.7wt% 범위의 Fe, 최대 0.25wt%의 구리, 잔부 알루미늄 및 불가피한 불순물을 함유하도록 선택되고, 냉간 가공된 시트는 200 내지 260℃의 범위 내의 온도에서 중간 풀림 처리된다.
본 발명은 8006 및 8015 합금의 제조 및 압연과 관련된 곤란성과 비용 희생이 없이도 8006 또는 8015 합금제의 호일에 필적할 만한 기계적 특성을 갖는 고강도 알루미늄 호일 제조 공정을 제공한다. 이 공정은 양호한 회복율(전형적으로 압연 회복율은 약 80％임)을 갖고 주조 및 압연하기가 비교적 용이한 다수의 합금에 사용될 수 있다. 본 발명은 낮은 철 함량(즉, 중량으로 약 0.8％보다 작은, 바람직하게는 중량으로 0.1 내지 0.7％의)을 갖는 합금에서 가장 바람직하게 수행될 수 있는데, 이는 보다 높은 철 함량은 주조 및 압연을 더 곤란하게 만들고, 그 결과로 얻어진 스크랩(scrap)은 재생 비용이 더 비싸게 들게 하기 때문이다. 따라서, 상기 공정으로 만들어진 호일은 비교적 용이하게 제조되고 비용의 희생없이 재생될 수 있다.
본 발명은 합금의 망간 함량이 중량으로 약 0.05와 약 0.15％ 사이, 바람직하게는 약 0.1％ 내 0.12％일 것을 요구한다. 본 발명자는 8006 또는 8015 호일의 특성에 부합하는 특성을 갖는 호일을, 상기 범위 내에서 망간 함량을 제어하고 중간 풀림 및 선택적으로 최종 풀림 온도를 제어함으로써 우수한 회복과 기타 작동 잇점을 갖고 제조할 수 있음을 발견했다.
전술한 호일 제조 공정에서와 같이, 본 발명의 공정에서 제조되는 시트는 전형적으로 1개 또는 3개의 냉간압연 공형을 통과한 후에 중간 풀림 처리된다. 그러나, 본 발명의 공정은 풀림 온도를 합금으로부터 석출되는 망간의 양을 제어하는 비교적 낮은 수준으로 유지한다는 점에서 종래의 기술과는 상이하다. 본 발명자는 망간 석출이 중간 풀림 온도를 제어함으로써 제어될 수 있음을 발견했다. 이와 같이 제어되는 석출은 양호한 회복율을 갖는 최종 게이지로 압연될 수 있는 중간 풀림 처리된 시트를 만들어내며, 우수한 기계적 특성을 갖는 마무리된 호일을 만들어낸다.
중간 풀림 온도는 망간에 대한 수용불능의 석출을 야기하지 않고 냉간 가공된 시트의 사실상 완전한 재결정을 가져오는 수준으로 유지된다. 전형적으로, 본 발명의 공정에서의 중간 풀림 온도는 바람직하게는 약 200 내지 260℃, 보다 바람직하게는 약 230과 약 250℃ 사이이다. 풀림 처리된 시트는 고용체 속에서 적어도 약 0.05％, 바람직하게는 적어도 0.08％, 더욱 바람직하게는 약 0.09％ 내지 약 0.12％의 망간을 함유하게 되며, 이 함량에서 망간은 마무리된 호일의 기계적 특성에 최대의 영향력을 미칠 수 있다.
또한 최종 풀림 온도는 바람직하게 제어되며, 기계적 특성과 처리 특성의 최량의 균형을 달성하기 위해서 합금의 중간 풀림 온도와 망간 함량에 조화된다. 중간 풀림 온도에서와 같이 최종 풀림 온도는 종래의 호일 제조 공정에서 이용되는 풀림 온도보다 현저하게 낮다. 본 발명의 공정에서 최종 풀림 온도는 바람직하게는 약 250℃ 내지 약 325℃, 보다 바람직하게는 약 260℃와 약 290℃ 사이이다. 중간 풀림 처리 다음에 오는 고용체 속에 잔류하는 망간 함량에서 최종 게이지 시트는 상기 온도에서 최종적으로 풀림 처리되어, 8015 호일과 동등한 강도 및 기타 기계적 특성을 여전히 보유하면서도 알루미늄 호일에서 아주 많이 요구되는 데드 폴드 특성을 갖는 연성의 성형 가능한 호일을 만들어낼 수 있다.
도 1은 알루미늄 합금에 대한 상이한 망간 함량의 정성적 효과를 예시한 풀림 곡선을 도시한 도면이다.
본 발명의 공정은 현재 호일 스톡(foil stock)의 제조에 이용되는 합금 조성의 변경을 포함해서, 광범위한 종류의 합금 조성으로 실행될 수 있다. 상술한 바와 같이, 합금은 본 발명의 잇점을 달성하기 위해서 중량으로 약 0.05 내지 약 0.15％의 망간을 함유한다. 강성 호일(strong foil)은 8015 등의 높은 수준의 망간을 함유한 합금으로 제조될 수 있지만, 이들 합금은 높은 가공 경화율 때문에 압연하기가 매우 곤란한 경향이 있다. 약 0.05％ 미만의 망간 함량에서 기계적 특성은 최종 풀림 온도가 증가함에 따라 급격하게 쇠퇴하며, 이것은 강성 호일을 획득하는 것을 매우 곤란하게 한다. 따라서, 망간 함량은 약 0.05％와 약 0.15％ 사이, 바람직하게는 약 0.095％와 0.125％ 사이에 있다.
실리콘, 철, 구리 및 마그네슘 등 호일 합금에서 자주 사용되는 다른 합금 제조 원소들은 망간과 동일한 방식으로 풀림 온도, 성형성 및 최종의 기계적 특성간의 상호 관계에 영향을 미치는 것으로 보이지는 않는다. 그러나, 통상적으로 어떤 다른 특성을 제어하기 위해서는 상기 원소들 중 적어도 몇 가지 원소를 포함하는 것이 바람직하다. 전형적으로, 합금은 잔부 알루미늄 및 불가피한 불순물과 더불어 약 0.05% 내지 약 0.6％ 실리콘, 약 0.1％ 내지 약 0.7％ 철, 및 최대 약 0.25％ 구리를 포함할 수 있다. 실리콘은 호일 스톡의 표면 품질에 영향을 미치며, 이에 의해 압연 공정시의 스멋(smut)을 예방하는 것으로 알려져 있다. 실리콘, 철 및 구리는 모두 마무리된 제품의 강도를 증대시킨다.
본 발명의 공정에서 유용한 합금들은 연속 주조 시스템 뿐만 아니라 DC 잉곳 주조 공정을 포함한 임의의 종래의 주조 공정으로 주조될 수 있다. 그러나, 연속 주조로 얻을 수 있는 처리의 경제성으로 인해 이 방법이 바람직하다. 벨트 주조기, 블록 주조기 및 롤 주조기를 포함해서 현재 상용화되어 있는 몇 가지 연속 주조 공정 및 기계가 적합하다. 이들 주조기는 일반적으로 두께가 1인치보다 작고, 폭이 주조기의 설계 폭[이 폭은 178 내지 216㎝(70 내지 85인치)]만큼 되는 연속적인 알루미늄 합금 시트를 주조할 수 있다. 연속적으로 주조된 합금은 필요에 따라 주조 직후에 연속적인 열간 및 온간 압연 공정에서 보다 얇은 게이지로 압연될 수 있다. 이러한 형태의 주조는 비교적 넓고 비교적 얇은 무단 시트(endless sheet)를 만들어낸다. 주조 직후에 냉간 및 온간 압연될 경우에 주조 및 압연 공정을 떠나는 시트는 코일링 시에 약 0.127 내지 0.254㎝(0.05 내지 0.1인치)의 두께를 가질 수 있다.
다음에, 시트는 냉간 압연기를 통한 일련의 공형 속에서 최종 게이지로 냉간 압연된다. 이러한 유형의 압연 공정에서 통례가 되어 있는 바와 같이 보통 제 1 또는 제 2 공형 통과 후에는 중간 풀림이 수행되는데, 이로써 시트는 최종 호일 게이지로 압연될 수 있으며, 그리고 소망하는 수준의 성형성을 갖는 연성의 데드 폴드(dead fold) 호일을 제조하기 위해서 호일이 소망하는 게이지로 압연되었을 때 호일에는 최종적인 풀림 처리가 주어진다. 그러나, 본 발명의 공정에서는 종래의 공정과는 달리, 처리 특성을 희생시키지 않고 최종 호일에서 우수한 기계적 특성을 만들어내기 위해서 중간 풀림 온도 및 최종 풀림 온도 모두가 합금 속의 망간 함량으로 제어되고 조정된다.
도 1은 본 발명의 호일 제조 공정에서 사용되는 알루미늄 합금에 대한 각종 풀림 온도에서의 풀림 온도와 항복 강도간의 관계를 정성적으로 도시하고 있다. 곡선 A는 고용체 속에 약 0.03％ 망간을 갖는 합금을 나타낸다. 곡선 B는 고용체 속에 약 0.15％ 망간을 갖는 합금을 나타낸다. 이들 곡선에서 합금의 온도가 초기에, 통상 회복 영역이라 불리는 곡선의 평탄한 초기 선분 위에서 증가함에 따라서 이전의 냉간 가공에서 야기된 전위의 재배열이 시작된다. 재결정 영역이 이어지고, 이 영역에서 냉간 가공 전의 합금의 원래 결정 구조가 회복된다. 합금이 재결정화됨에 따라 기계적 특성은 떨어지는 반면 연신율은 증대한다. 곡선의 저부는 약간의 결정 성장(grain growth)이 발생하는 동안에 그 특성이 비교적 일정한 상태로 남아 있는 재결정화된 재료를 보여주고 있다.
종래의 풀림 온도는 보통 재결정중에 망간 등의 합금 제조 성분의 석출을 야기한다. 약 0.05％와 약 0.15％ 사이의 망간 함량에서 망간은 260℃를 초과하는 중간 풀림 온도에서 빠르게 석출된다. 이는 도1의 곡선 A로부터 알 수 있는 바와 같이, 그 특성이 최종 풀림 온도가 증가함에 따라 급격하게 쇠퇴하는 호일을 남기게 되며, 이것은 8015 호일에 필적할 만한 기계적 특성을 획득하는 것을 곤란하게 하거나, 그렇지 않으면 아예 불가능하게 만든다. 이것은 곡선 B로 표시된, 고용체 속에 약 0.15％의 망간을 갖는 호일과 대조하면 자명해진다. 망간 함량이 증대하면, 호일의 기계적 특성은 최종 풀림 온도의 증가와 더불어 서서히 쇠퇴한다. 이것은 8006 또는 8015 합금과 필적할 만한 기계적 특성 및 데드 폴드 특성을 모두 가져오는 풀림 온도를 선택하는 것을 가능하게 한다.
본 발명자는 8015 합금에 필적할 만한 기계적 특성을 갖는 호일이 통상적으로 8015 합금의 제조와 관련된 과도한 가공 경화, 모서리 균열, 불량한 회복 및 기타 문제점들이 없이 제조될 수 있음을 발견하였다. 이것은 약 0.05％와 약 0.15％ 사이, 바람직하게는 약 0.095％ 내지 0.125％의 망간을 함유한 합금 조성과, 약 200℃와 약 260℃ 사이, 바람직하게는 약 230℃와 약 250℃ 사이의 온도로 중간 풀림 처리함으로써 달성된다. 이러한 발견은 망간이 극히 낮은 확산 계수를 갖고 약 300℃ 이하 온도에서의 석출율이 크게 높을 것으로 기대되지 않기 때문에 놀랄만한 일이다. 그럼에도 불구하고, 하기에서 제시된 예들이 시사하는 바와 같이 약 0.05％와 0.15％ 사이의 망간 함량을 갖는 합금은 여기에서 설명된 보다 낮은 온도에서 성공적으로 중간 풀림 처리될 수 있으며, 중간 풀림 처리된 시트는 추가로 압연되고 최종적으로 풀림 처리되어 우수한 특성을 갖는 호일 스톡을 만들어낸다.
망간 함량이 증가함에 따라 보다 높은 중간 풀림 온도가 허용될 수 있다. 예를 들어, 0.2％의 망간 함량 즉 합금 8015의 수준에서, 275℃의 중간 풀림 온도는 표 1에서 나타낸 우수한 기계적 특성을 가져온다. 그러나, 이러한 고수준의 망간은 이러한 조성으로 얻어지는 우수한 특성을 크게 상쇄시키는 높은 가공 경화, 모서리 균열 및 기타 문제점들로 인해 생산성의 저하를 초래한다.
본 발명자는 망간이 용액으로부터 석출되기 시작하는 시점보다 약간 아래의 온도에서 중간 풀림 처리하는 쪽을 취하고 있다. 상술한 바와 같은 전형적인 합금 조성과 약 0.1％의 망간 함량에서, 이 온도는 통상적으로 약 240℃ 내지 250℃가 될 것이다. 어떤 특정 합금에 대한 최적의 중간 풀림 조건과 최종 풀림 조건은 다양한 풀림 온도에서 시험을 수행함으로써 경험적으로 결정될 수 있다. 중간 풀림은 전형적으로 코일의 중심 근처에 위치되는 열전쌍(thermocouple)에 의해 측정된 풀림 온도를 갖는 종래의 배치(batch) 풀림로에서 수행된다. 풀림 시간은 전형적으로 약 4 내지 8시간이며, 몇몇 합금에 대해서는 2 내지 3시간이면 충분한 것으로 여겨진다. 소정 온도에서의 보다 긴 풀림 시간은 시트의 특성에 유해한 것이라서가 아니라, 보다 덜 경제적이기 때문에 선호되지 않는다. 또한, 시트를 코일링 전에 풀림 처리하는 연속적인 풀림 공정은 30초나 되는 짧은 풀림 시간으로도 소망하는 결과를 달성할 수 있다.
종래의 공정에서와 같이 중간 풀림 후에 시트는 최종 게이지로 냉간 압연된다. 전형적으로, 시트의 두께는 3개 내지 5개의 공형에서 약 80 내지 99％만큼 감소되어 약 0.00076 내지 0.00254㎝(0.0003 내지 0.001인치)의 최종 게이지로 된다. 다음에 시트는 최종적으로 풀림 처리되어 마무리된 호일에서 소망하는 특성을 달성한다.
본 발명은 호일의 특성에 있어서 제어 가능한 감소율에 최종 풀림 온도를 제공한다. 따라서, 마무리된 호일에 소망하는 특성을 제공하는 최종 풀림 온도를 선택하는 것이 가능하다. 이들 온도는 약 250℃ 내지 약 325℃ 사이, 보다 바람직하게는 약 260℃와 약 290℃ 사이일 수 있는데, 전형적으로 8015 또는 8006 등의 높은 망간 합금에 사용되는 온도보다 다소 낮다. 온도가 그 공정에서 사용되는 압연 윤활유의 비등점을 초과하는 한, 상기의 보다 낮은 온도에서 풀림 처리되는 호일에 대해 만족할만한 습윤성을 획득할 수 있다. 잔류 오일 속의 휘발성 재료에 대한 제거율이 보다 낮은 풀림 온도에서 감소하는 경우에 최종 풀림 시간은 이를 보상하기 위해서 증가될 수 있다.
본 발명의 공정에서의 최종 풀림 온도는 연성의 데드 폴드 호일을 제공하도록 선택된다. 최종 풀림 시간은 압연 윤활유의 완전한 제거를 확보하도록 선택된다. 따라서, 배치 풀림 공정을 사용하는 최소한의 최종 풀림 시간은 코일의 크기와 풀림 온도에 좌우된다. 압연 오일 증기가 이동하는 경로가 보다 긴 대형 코일은 보다 긴 풀림 시간을 필요로 한다. 마찬가지로, 보다 낮은 풀림 온도는 압연 윤활유의 제거율을 감소시킨다. 전형적으로, 넓이가 30㎝(12인치)인 코일에 대해서는 290℃에서 18 내지 24 시간의 풀림 처리가 수용할 만하다. 각각의 코일 크기에 대한 정확한 최종 풀림 처리 실행은 시행오차에 의해 결정될 수 있다. 이하의 예로부터 알 수 있는 바와 같이, 최종 풀림 온도는 최적의 조건을 제공하도록 중간 풀림 온도와 합금 속의 망간 함량에 의해 조정된다.
실시예 1
0.1％ 망간, 0.4％ 실리콘 및 0.6％ 철을 함유한 알루미늄 합금은 트윈(twin) 벨트 주조기 상에서 시트로 주조되어 0.145㎝(0.057인치)의 두께로 온간 압연되었다. 시트는 0.011㎝(0.0045인치)의 두께로 냉간 압연되었다. 이 재료의 1/2(코일 A)은 275℃에서 중간 풀림 처리되었으며, 다른 1/2(코일 B)은 245℃에서 중간 풀림 처리되었다. 이들 2개의 소형 코일들은 0.00145㎝(0.00057인치)의 두께로 냉간 압연되었다. 시료가 각 코일로부터 채취되어 실험실에서 상이한 온도에서 풀림 처리되었으며, 다음과 같은 결과를 가져왔다.
중간풀림 최종풀림 UTS(MPa) 항복강도(MPa) 물렌(KPa)
코일 온도(℃) 온도(℃) (ksi) (ksi) (psi)
A 275 245 107.63 94.04 37.92
(15.61) (13.64) (5.5)
255 71.36 71.36 60.67
(10.35) (10.35) (8.8)
270 66.05 66.05
(9.58) (9.58)
290 68.81 68.81
(9.98) (9.98)
B 245 250 149.62 138.86 127.55
(21.7) (20.14) (18.5)
270 134.10 124.24 110.32
(19.45) (18.02) (16)
290 113.62 113.63 68.95
(16.48) (16.48) (10)
상기 예는 상이한 온도에서의 최종 풀림 처리 후의 호일의 기계적 특성에 관한 중간 풀림 온도의 효과를 나타내고 있다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이 중간 풀림 온도가 275℃일 때 항복 강도 또는 UTS 등의 기계적 특성은 최종 풀림 온도의 증가와 더불어 급격하게 떨어져서, 8015에 필적할 만한 특성(표 1)을 획득할 수 있는 최종 풀림 온도를 선택하는 것을 극히 곤란하게 한다. 그러나, 중간 풀림 온도가 245℃로 감소할 때 최종 온도의 증가에 따른 기계적 강도의 감소율은 현저하게 둔화되어, 8015에 필적할 만한 특성을 획득할 수 있는 온도에서 호일을 풀림 처리하는 것을 가능하게 한다.
실시예 2
예 1에서 얻어진 코일 B에 대해 330℃ 온도의 최종 풀림 처리가 가해졌으며, 다음과 같은 결과를 가져왔다.
UTS 항복강도 물렌 연신율
MPa(ksi) MPa(ksi) KPa(psi)
82.53 57.85 68.95 1.5％
(11.97) (8.59) (10)
이 재료의 최종 특성은 최종 풀림 온도가 너무 높았기 때문에 소망하는 범위 안에 있지 못했다.
실시예 3
0.1％ 망간, 0.4％ 실리콘 및 0.6％ 철을 함유한 알루미늄 시트 코일이 예 1에서 설명된 연속 주조 공정에 의해 제조되었다. 이 코일은 0.011㎝(0.0045인치)의 두께로 냉간 압연되었고, 230℃의 온도에서 중간 풀림 처리되었으며, 0.0015㎝(0.00059인치)의 최종 두께로 압연되었다. 다음에 이 코일은 공장에서 290℃의 온도로 최종 풀림 처리되었다. 호일의 특성은 다음과 같았다.
UTS 항복강도 물렌 연신율
MPa(ksi) MPa(ksi) KPa(ksi)
111.70 88.25 75.84 1.5％
(16.2) (12.8) (11)
이 코일의 특성은 비록 물렌 값이 다소 낮았지만 소망하는 수준들과 아주 근사하다. 보다 낮은 최종 풀림 온도는 틀림없이 상기 수준들을 8015 호일의 특성과 근사한 수준으로 되게 할 것이다.
실시예 4
0.1％ 망간, 0.4％ 실리콘 및 0.6％ 철을 함유한 다른 알루미늄 시트 코일이 동일한 벨트 주조 공정을 사용해서 주조되었다. 이 코일은 0.011㎝(0.0045인치)의 두께로 냉간 압연되었고, 245℃에서 풀림 처리되었다. 풀림 처리된 코일은 0.0015㎝(0.00060인치)의 두께로 추가로 냉간 압연되었으며, 285℃에서 최종적으로 풀림 처리되었다. 그 특성은 다음과 같았다.
UTS 항복강도 물렌 연신율
MPa(ksi) MPa(ksi) KPa(ksi)
142.72 122.73 170.30 2.1％
(20.7) (17.8) (24.7)
이들 예들은 망간 함량, 중간 풀림 온도 및 최종 풀림 온도의 올바른 조합을 선택함으로써 8015보다 훨씬 우수한 특성을 갖는 고강도 호일을 얻을 수 있음을 증명한다. 본 발명의 공정은 8015 호일 제조에 있어 흔히 발생되는 과도한 가공 경화, 모서리 균열 및 기타 문제점들이 없이 우수한 호일을 제조할 수 있다. 본 기술 분야에 숙련된 자는 본 명세서에서 설명된 조성 및 공정에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 상기에서 설명한 예들과 조성은 단순히 예시적일 뿐이다. 이들은 이하의 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 받아들여져서는 않된다.

Claims (15)

  1. 0.0015㎝(0.0006인치)의 게이지에서 항복 강도가 89.6MPa(13ksi) 이상이고, 극한인장강도가 103.4MPa(15ksi) 이상이며, 물렌 정격치가 89.6kPa(13psi) 이상인 데드 폴드 호일 특성을 갖고, 알루미늄 합금이 주조되어 잉곳 또는 연속 시트를 형성하고, 잉곳 또는 연속 시트는 냉간 압연되어 냉간 가공된 시트로 제조되며, 냉간 가공된 시트는 중간 풀림 처리되고, 중간 풀림 처리된 시트는 호일 두께의 최종 게이지 시트로 냉간 압연되고, 최종 게이지 시트는 풀림 처리되는 알루미늄 호일 제조 공정에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은 0.05 내지 0.15wt％ 범위의 Mn, 0.05 내지 0.6wt% 범위의 Si, 0.1 내지 0.7wt% 범위의 Fe, 최대 0.25wt%의 Cu, 잔부 Al 및 불가피한 불순물을 함유하도록 선택되고, 상기 냉간 가공된 시트는 200 내지 260℃범위의 온도에서 중간 풀림 처리되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉간 가공된 시트는 230 내지 250℃ 범위의 온도에서 중간 풀림 처리되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 최종 게이지 시트는 250 내지 325℃ 범위의 온도에서 풀림 처리되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 최종 게이지 시트는 260 내지 290℃ 범위의 온도에서 풀림 처리되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주조된 알루미늄 합금은 중간 풀림 후에 고용체 속에 0.05wt％ 이상의 망간을 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주조된 알루미늄 합금은 0.1wt％ 이상의 망간을 포함하고, 상기 중간 풀림 처리된 시트는 고용체 속에 0.08wt％ 이상의 망간을 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 중간 풀림 처리된 시트는 고용체 속에 0.095wt％ 이상의 망간을 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉간 가공된 시트는 고용체 속에 0.05wt％ 이상의 망간을 갖는 중간 풀림 처리된 시트가 제조되는 온도로 중간 풀림 처리되지만, 두께가 80％ 이상 압하된 최종 게이지로 압연시킬 수 있게 하도록 시트를 충분히 연질화하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중간 풀림 처리된 시트는 0.05 내지 0.005㎝(0.02 내지 0.002인치)의 두께로부터 0.0008 내지 0.0025㎝(0.0003 내지 0.001인치)의 최종 게이지로 압연되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중간 풀림 처리된 시트는 0.0015㎝(0.0006인치)의 최종 게이지로 냉간 압연되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 최종 게이지 시트는 250℃ 내지 325℃의 온도에서 최종 풀림 처리되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은 0.095wt％ 이상의 망간을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은 0.095wt％ 내지 0.125wt％ 망간을 함유하고, 상기 냉간 가공된 시트는 230℃ 내지 250℃의 온도에서 중간 풀림 처리되어 고용체 속에서 0.08wt％ 이상의 망간을 함유한 중간 풀림 처리된 시트로 제조되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은 0.8wt％보다 작은 철 함량을 갖도록 선택되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은 0.1 내지 0.7wt％ 범위의 철 함량을 갖도록 선택되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 호일 제조 공정.
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