KR100602331B1 - 알루미늄-마그네슘 합금제품, 그 용접 구조체, 및 그 사용방법 - Google Patents

알루미늄-마그네슘 합금제품, 그 용접 구조체, 및 그 사용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용접된 기계 구조용 알루미늄-마그네슘 합금제품에 관한 것으로서, 중량%로,
Mg 3.5 - 6.0, Mn 0.4 - 1.2, Zn 0.4 - 1.5, Zr 최대 0.25, Cr 최대 0.3, Ti 최대 0.2, Fe 최대 0.5, Si 최대 0.5, Cu 최대 0.4, 및
하기 그룹으로부터 선택된 1 종 또는 2 종 이상
Bi 0.005 - 0.1, Pb 0.005 - 0.1, Sn 0.01 - 0.1, Ag 0.01 - 0.5, Sc 0.01 - 0.5, Li 0.01 - 0.5, V 0.01 - 0.3, Ce 0.01 - 0.3, Y 0.01 - 0.3, Ni 0.01 - 0.3,
기타 각각 최대 0.05, 전체적으로는 최대 0.15,
잔부는 알루미늄의 조성을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄-마그네슘 합금제품, 그 용접 구조체, 및 그 사용방법{ALUMINIUM-MAGNESIUM ALLOY PRODUCT, ITS WELDED STRUCTURE, AND ITS USE}
본 발명은 해상 및 육지 수송용 저장용기와 같은 용접 또는 결합 구조체의 시트, 플레이트 또는 압출품으로 사용하기에 적합한 압연품 및 압출품의 형태로, 3.5 내지 6wt% 마그네슘 함량을 갖는 알루미늄-마그네슘 합금에 관한 것이다. 본 발명의 합금의 압출품은 엔지니어링 구조물에서 보강재로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 합금을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 "International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminium and Wrought Aluminium Alloys"로 1997년 2월에 공표된 알루미늄 협회에 따른 지정 번호를 갖는 알루미늄 가공계 합금이 참조되었다.
알루미늄-마그네슘 합금에 있어서, 이론적으로는 실온에서 최대 약 1.8wt%의 Mg가 고용체내에 잔류될 수 있다. 그러나, 실질적인 조건하에서는 최대 약 3.0wt%의 Mg가 고용체내에 잔류될 수 있다. 따라서, 알루미늄-마그네슘 합금이 3.5wt% 이상의 마그네슘을 함유하면, 고용체내의 마그네슘은 불안정해지며, 이 불안정한 고용체는 입계(grain boundary)에 Al8Mg5 금속간화합물의 양극 석출물을 석출시켜 재료를 부식에 취약하게 만든다. 주로 이러한 이유로 인해, 소프트 템퍼(O-템퍼)처리된 AA5454 시리즈 재료가 65℃ 초과의 온도에서 사용되는 용기 구조물에 이용되고 있다. 65℃ 미만의 온도에서 사용되는 경우에 있어서는 소프트 템퍼 처리된 AA5083 시리즈 재료가 통상 사용되고 있다. AA5083 시리즈의 재료는 AA5454 시리즈보다 훨씬 더 강하다. 비록 강도는 강하지만, AA5083 시리즈의 낮은 내부식성은 실온 이상에서 장기간의 내부식성이 요구되지 않는 경우에만 사용될 수 있다. 부식성과 관련된 문제로 인해, 현재 최대 3.0wt%의 마그네슘을 함유하는 AA5xxx 시리즈 재료가 80℃ 초과의 온도에서 사용이 필요한 용도에 채택되고 있다. 마그네슘 레벨의 이러한 제한은 용접후에 달성될 수 있는 강도를 제한하며, 탱크로리와 같은 구조체에 사용될 수 있는 재료의 두께를 또한 제한한다.
종래기술 문헌의 다른 Al-Mg 합금은 이하에서 언급한다.
미국특허 4,238,233호에는 이하의 조성(중량%)으로 이루어지며 희생양극 특성과 내침식-부식성에서 우수한 피복금속용 알루미늄 합금이 개시되어 있다.
Zn 0.3 내지 3.0%
Mg 0.2 내지 4.0%
Mn 0.3 내지 2.0%
나머지는 알루미늄 및 불가결한 불순물, 및
In 0.005 내지 0.2%
삭제
Sn 0.01 내지 0.3%
Bi 0.01 내지 0.3%
In, Sn 및 Bi의 전체 함량은 최대 0.3%의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 성분을 더 포함한다.
이 특허는 용접된 기계적 구조체의 분야에 관한 것은 아니다.
일본특허 05331587호에는 2.0 내지 5.5% Mg와, Pb, In, Sn, Ga 및 Ti로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1이상의 성분 전체량에서 1 내지 300ppm, 및 나머지가 알루미늄 및 불순물의 화학 조성을 갖는 알루미늄 합금이 개시되어 있다. 선택적으로, Cu, Zn, Mn, Cr, Zr, Ti등의 다른 성분이 합금 성분으로 첨가될 수 있다. Pb, In, Sn, Ga 및 Ti의 첨가는 도장막의 접착성을 개선하기 위함이다. 또한, 이 발명은 용접된 기계적 구조체 분야에 관한 것은 아니다.
프랑스특허 제2,329,758호에는 2 내지 8.5% 범위의 Mg와 필수합금원소로서 0.4 내지 1.0% 범위의 Cr을 갖는 알루미늄-마그네슘 합금이 개시되어 있다. 이 발명은 용접된 기계적 구조체분야에 관한 것은 아니다.
미국특허 제5,624,632호에는 항공우주산업분야용 손상허용품(damage tolerant product)으로서 사용하기 위한 아연-프리 및 리튬-프리 알루미늄 합금이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 표준 AA5454 합금과 비교하여 용접후의 개선된 장기 내부식성과 표준 AA5083 합금과 비교하여 개선된 강도를 갖는 압연 또는 압출 또는 인발 제품 형태의 알루미늄-마그네슘 합금을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 표준 AA5083 합금과 비교하여 용접후 개선된 내박리성을 갖는 압연 또는 압출 또는 인발 제품 형태의 알루미늄-마그네슘 합금을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 표준 AA5083 합금과 비교하여 예민화 조건(sensitised condition)에서의 용접후 개선된 내박리성을 갖는 압연 또는 압출 또는 인발 제품 형태의 알루미늄-마그네슘 합금을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이하의 조성(중량%)을 가지며, 바람직하게는 용접 기계 구조물용의 압연 또는 압출 또는 인발 제품 형태인 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘 합금제품을 제공한다.
Mg 3.5 - 6.0
Mn 0.4 - 1.2
Zn 0.4 - 1.5
Zr 최대 0.25
Cr 최대 0.3
Ti 최대 0.2
Fe 최대 0.5
Si 최대 0.5
Cu 최대 0.4, 및
하기 그룹으로부터 선택된 1 종 또는 2종 이상
Bi 0.005 - 0.1
Pb 0.005 - 0.1
Sn 0.01 - 0.1
Ag 0.01 - 0.5
Sc 0.01 - 0.5
Li 0.01 - 0.5
V 0.01 - 0.3
Ce 0.01 - 0.3
Y 0.01 - 0.3
Ni 0.01 - 0.3
기타 (각각) 최대 0.05, (합계) 최대 0.15,
잔부 Al
본 발명에 의해, 표준 AA5454 합금과 비교하여 소프트-템퍼(O-템퍼) 및 가공 또는 변형 경화 템퍼(H-템퍼) 양쪽 모두에서의 개선된 장기 내부식성 및 동일한 템퍼에서 표준 AA5083 합금과 비교하여 개선된 강도를 갖는 압연 또는 압출 제품 형태의 알루미늄-마그네슘 합금을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 합금 제품은 AA5083 합금에 있어서의 최대 사용 온도인 80℃를 초과하는 온도에서 개선된 장기 내박리부식성을 갖는 것이 발견되었다. 또한, 본 발명에 따른 합금 제품은 특히 예민화 조건(sensitised condition)에서의 개선된 내박리부식성을 갖는 것이 발견되었다.
또한, 본 발명은 전술한 합금의 용접 판 또는 압출품을 적어도 하나 갖는 용접 구조체를 포함한다. 바람직하게는, 용접의 내력강도는 140MPa 이상이다.
또한, 본 발명은 바람직하게는 인발 와이어의 형태로 제공되는 용접 필러 와이어로서 본 발명의 알루미늄 합금을 이용한다.
본 발명으로 이용가능한 놀랍게 개선된 특성은 합금 원소의 조합의 신중한 선택에 의해 달성된다. 특히, 변형 또는 가공 경화(H-템퍼)와 소프트 템퍼(O-템퍼) 양쪽 모두에서의 고강도 값은 Mg, Mn의 증가 및 Zr의 첨가에 의해 달성되며, 높은 Mg 레벨에서의 장기 내부식성은 결정내에 양극 Mg 및/또는 Zn 함유 금속간 화합물을 석출시시키는 것에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 결정 내 석출물은 Bi 0.005 - 0.1, Pb 0.005 - 0.1, Sn 0.01 - 0.1, Ag 0.01 - 0.5, Sc 0.01 - 0.5, Li 0.01 - 0.5, V 0.01 - 0.3, Ce 0.01 - 0.3, Y 0.01 - 0.3 및 Ni 0.01 - 0.3로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 원소를 의도적으로 첨가하는 것에 의해 더 촉진될 수 있다.
결정내의 Mg 및/또는 Zn 함유 금속간 화합물의 석출은 석출한 입계의 용적 분율 및 양극 2원 AlMg 금속간화합물을 효과적으로 감소시키며, 이에 의해 높은 Mg 레벨이 채용된 알루미늄 합금에 내부식성에서의 상당한 개선을 제공한다. 또한, 상기 표시된 범위의 상기 원소의 의도적인 첨가는 양극 금속간화합물의 결정체 석출을 강화할 뿐만 아니라 입계 석출을 억제하거나 다른 방법으로 생성될 수 있는 양극 금속간화합물의 연속성을 중단시킨다.
합금원소의 제한 이유는 다음과 같다.
모든 조성은 중량%이다.
Mg : Mg는 합금에서의 주요한 강도 강화원소이다. 3.5% 미만의 Mg값은 요구된 용접강도를 제공하지 않으며, 6.0%를 초과하여 첨가되면 열간압연동안 심한 균열을 일으킨다. 바람직한 Mg값은 4.0 내지 5.6%, 더욱 바람직하게는 4.6 내지 5.6%의 범위이다.
Mn : Mn은 필수 첨가 원소이다. Mg와 조합하여 Mn은 압연제품과 합금의 용접결합부 양쪽 모두에 강도를 제공한다. 0.4% 미만의 Mn값은 합금의 용접결합부에 충분한 강도를 제공할 수 없다. 1.2% 초과하면 열간압연이 매우 어려워진다. 강도와 제작의 용이성을 절충하여, 바람직한 Mn의 범위는 0.4 내지 0.9%, 더욱 바람직하게는 0.6 내지 0.9%의 범위이다.
Zn : Zn은 합금의 내부식성을 위한 중요한 첨가 원소이다. 또한, 아연은 가공 경화 템퍼에서 합금 강도에 어느 정도 기여한다. 아연이 0.4% 미만이면, 5.0% 이상의 Mg값에서 AA5083과 동등한 충분한 입자간 내부식성이 제공되지 않는다. Zn값이 1.5% 초과이면, 제조를 위한 산업적 규모에서 주조 및 후속 열간압연이 어려워진다. 바람직한 최대 Zn값은 0.9%이다. 용접 전후의 기계적 특성과 용접후의 내부식성을 절충하여 Zn의 가장 적절한 범위는 0.5 내지 0.9%이다.
Zr : Zr은 본 발명의 합금을 이용하여 용접 결합부의 융합부에서의 미세 결정 미세구조(refined structure)를 얻기 위해 중요하다. Zr값이 0.25% 초과이면 합금의 제조성과 압연 또는 압출 제품의 성형성을 감소시키는 조대 침상형 1차 입자를 생성하는 경향이 있다. 바람직한 최소 Zr값은 0.05%이며, 충분한 결정 미세화를 제공하기 위한 바람직한 Zr의 범위는 0.10 내지 0.20%이다.
Cr : Cr은 합금의 내부식성을 개선한다. 그러나, Cr은 Mn과 Zr의 용해도를 제한한다. 따라서, 조대 1차 입자의 형성을 방지하기 위해, Cr은 0.3% 이하여야 한다. 바람직하게는 Cr은 최대 0.15%이다.
Ti : Ti는 본 발명의 합금을 이용하여 제조된 잉곳과 용접결합부 양쪽의 고형화동안 결정 미세화제(grain refiner)로서 중요하다. 그러나, Ti는 Zr과 조합하여 바람직하지 못한 조대 1차 입자를 형성한다. 이를 피하기 위해, Ti는 0.2% 이하여야 하며, 바람직한 Ti값의 범위는 0.1% 이하이다.
Fe : Fe는 주조동안 Al-Fe-Mn 화합물을 형성하며, 이에 의해 Mn에 의한 유익한 효과를 제한한다. Fe값이 0.5% 초과이면, 본 발명의 합금의 용접결합부의 피로수명을 감소시키는 조대 1차 입자의 형성을 일으킨다. 바람직한 Fe값의 범위는 0.15 내지 0.35%, 더욱 바람직하게는 0.20 내지 0.30%이다.
Si : Si는 4.4% 이상의 마그네슘을 함유하는 알루미늄-마그네슘 합금에서 불용성인 Mg2Si를 형성한다. 따라서, Si는 Mg의 유익한 효과를 제한한다. 또한, Si는 Fe와 조합하여 합금의 압연 또는 압출제품의 용접결합부의 피로수명에 영향을 줄 수 있는 조대 AlFeSi상 입자를 형성한다. 주요한 강도 강화원소로서의 Mg의 손실을 방지하기 위해, Si값은 0.5% 미만을 유지하여야 한다. 바람직한 Si의 범위는 0.07 내지 0.25%, 더욱 바람직하게는 0.10 내지 0.20%이다.
Cu : Cu값이 0.4% 초과이면, 본 발명의 합금의 내피팅부식성에서의 부적절한 악영향을 일으키기 때문에 Cu는 0.4% 이하여야 한다. 바람직한 Cu값은 0.1% 이하이다.
Bi : Bi가 예를 들면 0.005%의 낮은 값으로 첨가된 경우에 있어서 Bi는 결정입계에 우선적으로 편석된다. 결정입계에서의 Bi의 존재는 Mg 함유 금속간화합물의 석출을 방해한다. 0.1% 초과에서는 본 발명의 알루미늄 합금의 용접성이 부적절한 레벨로 저하된다. Bi 첨가의 바람직한 범위는 0.01 내지 0.1%, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.05%이다. 본 발명이 속하는 기술분야에서, 전형적으로 20 내지 200ppm의 소량의 비스무스가 고온 균열의 나트륨의 해로운 효과를 중화시키도록 알루미늄-마그네슘 시리즈 합금에 첨가될 수 있다는 것은 알려져 있다.
Pb 및/또는 Sn : 예를 들면 0.01%의 낮은 값으로 첨가된 경우에 있어서, Pb 및/또는 Sn이 결정입계에서 우선적으로 편석된다. 결정입계망에서의 Pb 및/또는 Sn의 존재는 Mg 함유 금속간화합물의 석출을 방해한다. 0.1% 초과의 Pb 및/또는 Sn의 값에서는 본 발명의 합금의 용접성이 부적절한 레벨로 저하된다. Pb 첨가의 바람직한 최소값은 0.005%이며, Sn의 바람직한 최소값은 0.01%이다. 더욱 바람직하게는 Pb는 0.01 내지 0.1%의 범위이며, 가장 바람직하게는 0.03 내지 0.1%이다. 더욱 바람직하게는 Sn은 0.01 내지 0.1%의 범위이며, 가장 바람직하게는 0.03 내지 0.1%이다. Sn과 Pb의 조합의 바람직한 범위는 0.01 내지 0.1%, 더욱 바람직하게는 0.03 내지 0.1%이다.
성분 Li, Sc 및 Ag는 단독 또는 조합하여 0.5% 초과의 값에서는, 결정입계상에 존재하는 Mg 함유 금속간화합물을 형성하며, 따라서 본 발명의 알루미늄 합금의 장기 사용 및 고온에서의 사용 동안에 연속적 2원계의 Mg 함유 금속간화합물의 형성을 중단시킨다. 양극 결정입계 금속간화합물망으로의 방해물을 생성하는 이들 성분의 임계값은 고용체에서의 다른 성분에 의존한다. 첨가시에, 바람직한 최대 Li 또는/및 Sc 또는/및 Ag는 0.3%이다. 바람직한 최소값은 0.01%, 더욱 바람직하게는 0.1%이다. 0.5% 초과의 Ag와 Sc의 첨가는 경제적으로 매력이 없어진다. Ag, Sc 및 Li의 단독 또는 조합의 존재는 Mg의 높은 함량에 대해, 바람직하게는 4.6 내지 5.6% 범위의 Mg값에 대해 가장 효과적인 것으로 발견되었다.
본 발명의 합금에서 0.01% 초과의 단독 또는 조합으로 첨가될 때의 성분 V, Ce, Y 및 Ni는 우선 알루미늄과의 금속간화합물을 형성한다. 이들 금속간화합물은 결정 내부에 Mg 함유 양극 금속간화합물의 석출을 촉진한다. 또한, 이들이 존재할 때, 이들은 본 발명의 합금에 고온에서의 강도를 제공한다. 그러나, 0.3% 초과에서는 산업적 규모의 주조가 더 어려워진다. 이들 합금요소의 바람직한 범위는 단독 또는 조합으로 0.01 내지 0.05%의 범위이다.
잔부는 알루미늄 및 불가피한 불순물이다. 전형적으로 불순물은 각각 최대 0.05%, 합계 최대 0.15%이다.
본 발명의 다른 관점은, 전술한 바와 같은 알루미늄 합금의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 합금의 압연제품은 상기 선택된 조성의 Al-Mg 합금 잉곳의 예열, 열간압연, 중간 어닐링을 실시하거나 또는 실시하지 않고 선택적인 냉간압연, 및 마무리 어닐링/시효에 의해 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 처리경로를 한정하는 이유는 후술한다.
열간압연전의 예열은 보통 300 내지 530℃에서 수행된다. 예열전의 선택적인 균질화처리는 단일 또는 다중 단계로 350 내지 580℃의 온도에서 통상 수행된다. 어느 경우에 있어서도, 균질화는 주조된 재료에서의 합금원소의 편석을 감소시킨다. 다중 단계에 있어서, Zr, Cr 및 Mn은 고온 밀 출구 재료의 미세구조를 제어하기 위해 의도적으로 석출될 수 있다. 처리가 350℃ 미만에서 수행되면, 얻어진 균질화 효과는 불충분하다. 온도가 580℃ 초과이면, 공정 용융은 바람직하지 못한 기공 형성을 유발할 수도 있다. 균질화처리의 바람직한 시간은 1 내지 24시간 사이이다.
엄격하게 제어된 열간압연공정을 이용하여, 플레이트 제조를 위한 처리경로에서의 냉간압연 및/또는 어닐링단계를 생략할 수 있다.
전체 20 내지 90% 냉간압하율이 열간압연 플레이트 또는 마무리 어닐링전의 시트에 적용될 수 있다. 90%와 같은 냉간압하율은 압연동안의 균열을 방지하기 위해 중간 어닐링처리를 요구할 수 있다. 마무리 어닐링 또는 시효는 어닐링 온도로부터의 가열 및/또는 유지 및/또는 냉각 중 어느 경우에도 단일 또는 다중 단계를 포함하는 사이클에서 수행될 수 있다. 가열 시간은 2분 내지 15시간의 범위가 바람직하다. 어닐링 온도는 템퍼에 따라 80 내지 550℃의 범위이다. 200 내지 480℃의 온도 범위는 소프트 템퍼를 생성하는데 바람직하다. 어닐링 온도에서의 균열(soak) 시간은 10분 내지 10시간의 범위가 바람직하다. 실시한다면, 중간 어닐링 조건은 마무리 어닐링의 경우와 비슷하다. 또한, 어닐링 노에서 배출된 재료는 수냉 또는 공냉처리될 수 있다. 중간 어닐링의 조건은 마무리 어닐링과 비슷하다. 0.5 내지 10% 범위의 스트레칭 또는 레벨링이 최종 플레이트에 적용될 수 있다.
실시예
이하의 실시예는 본 발명을 제한하지 않는다.
실시예 1
실험실 규모의 8개의 합금 시료를 주조하였으며, 표 1에서, "-"는 ＜0.001wt%를 의미한다. 합금 1과 2는 비교예이며, 합금 1은 AA5454 범위이며, 합금 2는 AA5083 범위의 것이다. 합금 3 내지 합금 8은 본 발명에 따른 합금의 예이다.
주조 잉곳은 510℃에서 12시간동안 균질화된 후 80mm에서 13mm로 열간압연되었다. 그 후, 13mm에서 6mm 두께의 플레이트로 냉간압연되었다. 냉간압연 시트는 소프트-템퍼 재료를 제조하기 위해 30℃/h의 가열 및 냉각 속도를 이용하여 350℃에서 1시간동안 어닐링하였다. 직경 1.2mm의 AA5183 필러 와이어를 이용하여, 표준 MIG 용접 패널(1000x1000x6mm)이 준비되었다. 용접 패널 샘플로부터 인장 및 부식시험을 준비하였다.
용접 패널의 인장 특성은 표준 인장시험을 이용하여 결정되었다. 패널의 내 피팅성 및 내박리부식성은 ASTM G66에 따른 ASSET 시험을 이용하여 평가하였다. 표 2는 얻어진 결과를 나타내며, 여기에서 N, PA 및 PB는 피팅없음, 약간의 피팅 및 보통의 피팅을 각각 나타낸다. 평가는 베이스 재료, 열 영향부(HAZ) 및 용접 접합부에 대해 실시하였다. 인장특성 "0.2% PS"는 0.2% 내력강도(proof strength), "UTS"는 극한인장강도, "연신"은 파단에서의 연신율을 나타낸다.
표 2로부터, 합금 1, 2와 비교하면, 본 발명에 따른 합금 제품의 인장특성이 매우 높다는 것을 알 수 있다. 또한, ASSET 시험 결과로부터, 본 발명에 따른 합금은 비교예의 합금과 비교하여 AA5454 재료와 비슷한 내부식성이 얻어진다는 것을 알 수 있고, 그 이유는 Bi, Ag 또는 Li가 첨가되었기 때문이다.
주조 잉곳의 화학 조성
합금 합금성분(중량%)
Mg Mn Zn Zr Cu Cr Fe Si Ti Bi Ag Li
1 2.70 0.75 0.02 0.01 0.05 0.10 0.30 0.15 0.10 - - -
2 4.50 0.53 0.09 0.01 0.03 0.05 0.15 0.09 0.10 - - -
3 4.85 0.65 0.59 0.10 0.03 0.04 0.15 0.09 0.10 0.07 - -
4 5.30 0.84 0.55 0.13 0.04 0.05 0.19 0.11 0.01 0.05 - -
5 4.62 0.65 0.52 0.12 0.03 0.03 0.15 0.09 0.10 - 0.05 -
6 5.15 0.84 0.55 0.13 0.01 0.05 0.19 0.11 0.01 - 0.07 -
7 4.79 0.65 0.61 0.12 0.03 0.05 0.15 0.09 0.10 - - 0.30
8 5.26 0.84 0.55 0.13 0.02 0.04 0.19 0.11 0.01 - - 0.15
실험 결과
합금 0.2%PS [MPa] UTS [MPa] 연신율 [%] ASSET 시험 결과
베이스 재료 HAZ 용접접합부
1 106 237 14 N/PA N/PA N
2 132 292 17 PB PA/PB N
3 150 325 20.5 N/PA N N
4 174 345 22 N N/PA N
5 152 331 20.7 N N N
6 170 349 31.3 N N/PA N
7 159 327 22.6 N N N
8 173 346 21.9 N/PA N/PA N
실시예 2
실험실 규모의 5개의 알루미늄 합금 시료를 주조하였다. 이들 5개의 합금의 화학 조성은 표 3에 나타나있다. 합금 1은 표준 AA5083 화학조성 범위내의 비교예의 합금이며, 합금 2 내지 5는 본 발명에 따른 알루미늄 합금 제품의 실시예이다.
주조 잉곳은 이하의 처리경로를 이용하여 1.6mm 게이지 시트 제품으로 처리되었다.
- 2단계 예열 : 약 35℃/h의 가열 속도로 410℃에서 4시간, 이어서 510℃에서 10시간
- 4.3mm 두께 시트로 열간압연
- 2.6mm 두께 시트로 냉간압연
- 480℃에서 10분동안 중간 어닐링
- 1.6mm 두께 시트로 마무리 냉간압연
- 이하의 템퍼를 제조하기 위한 어닐링
(a)O-템퍼 : 480℃에서 15분
(b)H321-템퍼 : 250℃에서 30분
- O-템퍼 재료에 대해 1%로 스트레칭 및 H321-템퍼 재료에 대해 2%로 스트레칭
- AA5183 필러 와이어를 이용하여 TIG 용접(실시예 1과 유사)
- 이하의 템퍼에 따른 용접 패널의 예민화
(a)O-템퍼 : 120℃에서 0, 10, 20, 40일
(b)H321-템퍼 : 100℃에서 0, 4, 9, 16, 25일
인장 특성은 미용접 H321-템퍼와 O-템퍼 시트 재료 양쪽에 대해 시험되었다. 유럽-표준 인장 견본은 시트의 압연 (L-) 및 LT-방향을 따라 기계가공되었다. 표준 인장 시험을 사용하여 재료의 인장 특성이 결정되었다. 표 4는 미용접 H321-템퍼 재료에 대한 인장 시험 결과를 나타내며, 표 5는 미용접 O-템퍼 재료에 대한 인장 시험 결과이다.
용접 재료의 부식 특성은 ASTM G66 방법에 따라 실행된 ASSET 시험을 이용하여 평가되었다. 표 6 및 7은 H321-템퍼 및 O-템퍼 재료에 대해 각각 얻어진 결과를 나타내며, N, PA, PB 및 PC는 피팅없음, 약간 피팅, 보통의 피팅 및 심한 피팅정도를 각각 나타낸다. EA와 EB는 약간 및 보통의 박리성을 나타낸다. 평가는 베이스 재료와 열 영향부(HAZ)에 대해 실시되었다. 모든 경우에 있어서, 용접 결합부(weld seam)에 대한 평가는 "N"이다.
표 4 및 5로부터, 본 발명에 따른 합금 제품은 AA5083 합금 재료와 비교하여 변형 경화 H321- 및 소프트 어닐링 O-템퍼 양쪽에서 상당히 높은 인장 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 합금 2 내지 4의 3개의 다른 Bi값을 비교하면, Bi값의 증가는 인장 특성에 영향이 없음을 발견할 수 있다.
표 6 및 7로부터, H-템퍼 재료 및 O-템퍼 재료 양쪽에 있어서, 본 발명에 따른 합금 제품으로부터 제조된 용접 합금 제품은 표준 AA5083 합금 재료와 비교하여 개선된 내박리부식성을 가진다는 것을 알 수 있다. 이 효과는 Bi와 V의 첨가 양쪽에 대해 증명되었다. 이 효과는 예민화 처리(sensitisation)를 증가시키면 더욱 현저해진다.
잉곳의 화학 조성
합금 성분(중량%)
합금 Mg Mn Zn Zr Fe Si Cu Cr Ti Bi V
1 4.50 0.53 0.02 0.01 0.30 0.15 0.05 0.08 0.010 - -
2 5.45 0.81 0.58 0.14 0.08 0.09 0.01 0.01 0.020 0.012 -
3 5.45 0.83 0.58 0.14 0.09 0.09 0.01 0.01 0.020 0.029 -
4 5.27 0.79 0.47 0.13 0.13 0.08 0.01 0.01 0.020 0.047 -
5 5.53 0.80 0.59 0.14 0.08 0.09 0.01 0.01 0.020 - 0.05
H321 템퍼에서의 베이스 재료의 인장 특성
합금 LT-방향 L-방향
0.2%PS [MPa] UTS [MPa] 연신율 [%] 0.2%PS [MPa] UTS [MPa] 연신율 [%]
1 253 335 12.6 269 340 9.4
2 294 403 11.6 315 410 8.8
3 282 400 12.1 308 399 9.0
4 275 394 11.1 309 391 9.6
5 279 399 13.4 317 394 9.8
O-템퍼에서의 베이스 재료의 인장 특성
합금 LT-방향 L-방향
0.2%PS [MPa] UTS [MPa] 연신율 [%] 0.2%PS [MPa] UTS [MPa] 연신율 [%]
1 132 294 19.0 145 296 17.8
2 163 339 21.0 180 335 18.1
3 163 342 20.7 181 340 17.8
4 166 345 21.5 171 344 17.3
5 164 336 19.0 166 332 19.7
H321 템퍼에서의 합금의 부식 성능
합금 예민화처리 100℃ ASSET 시험결과 베이스 재료 대 HAZ
1 0 PB PA
4일 P PA
9일 PB PA
16일 PC/EA PB
25일 PC/EB PC
2 0 N/PA N
4일 N/PA N
9일 N/PA N
16일 PA N/PA
25일 PA N/PA
3 0 N/PA N
4일 N/PA N
9일 N/PA N
16일 PA PA
25일 PA/PB PA
4 0 N/PA N
4일 N/PA N
9일 PA N/PA
16일 PA PA
25일 PA/PB PA
5 0 N/PA N
4일 N/PA N
9일 PA N/PA
16일 PA/PB PA
25일 PA/PB PA/PB
O-템퍼에서의 합금의 부식 성능
합금 예민화처리 120℃ ASSET 시험 결과 베이스 재료 대 HAZ
1 0 PA/PB PA
10일 PA/PB PA
20일 PA/PB PA
40일 PC/EA PB/PC
2 0 N/PA N
10일 N/PA N
20일 PA N
40일 PA/PB N/PA
3 0 N/PA N
10일 N/PA N
20일 PA N
40일 PB PA
4 0 N/PA N
10일 N/PA N
20일 PA/PB N
40일 PB N/PA
5 0 N/PA N
10일 N/PA N
20일 PA N
40일 PA/PB N/PA
전술한 전형적인 실시예와 관련하여 기술된 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의해 다양한 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 전술한 본 발명의 전형적인 실시예는 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술사상을 일탈하지 않는 범위내에서 다양한 변경이 가능하다.

Claims (17)

  1. 중량%로,
    Mg 4.0 - 5.6
    Mn 0.4 - 1.2
    Zn 0.4 - 1.5
    Zr 최대 0.25
    Cr 최대 0.3
    Ti 최대 0.2
    Fe 최대 0.5
    Si 최대 0.5
    Cu 최대 0.4, 및
    하기 그룹으로부터 선택된 1 종 또는 2종 이상
    Bi 0.01 - 0.1
    Sn 0.03 - 0.1
    Ce 0.01 - 0.3
    Y 0.01 - 0.3
    기타 (각각) 최대 0.05, (합계) 최대 0.15,
    잔부 Al
    의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 용접 기계 구조물용 알루미늄-마그네슘 합금제품.
  2. 중량%로,
    Mg 4.6 - 5.6
    Mn 0.4 - 1.2
    Zn 0.4 - 1.5
    Zr 최대 0.25
    Cr 최대 0.3
    Ti 최대 0.2
    Fe 최대 0.5
    Si 최대 0.5
    Cu 최대 0.4, 및
    하기 그룹으로부터 선택된 1 종 또는 2종 이상
    Bi 0.01 - 0.1
    Sn 0.03 - 0.1
    Sc 0.01 - 0.5
    Li 0.01 - 0.5
    Ce 0.01 - 0.3
    Y 0.01 - 0.3
    기타 (각각) 최대 0.05, (합계) 최대 0.15,
    잔부 Al
    의 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 용접 기계 구조물용 알루미늄-마그네슘 합금제품.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 Bi함량은 0.01 내지 0.05wt%의 범위인 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘 합금제품.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 Li함량은 0.1 내지 0.3wt%의 범위인 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘 합금제품.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 Mg함량은 4.6 내지 5.6wt%의 범위인 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘 합금제품.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 Zn함량은 0.4 내지 0.9wt%의 범위인 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘 합금제품.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 Zr함량은 0.05 내지 0.25wt%의 범위인 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘 합금제품.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제품은 압연제품, 압출제품 또는 인발제품의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘 합금제품.
  9. 소프트 템퍼 및 가공경화 템퍼로부터 선택된 템퍼를 갖는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 알루미늄-마그네슘 합금제품.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 알루미늄-마그네슘 합금 제품으로 제조된 적어도 하나의 용접 플레이트 또는 압출품을 포함하는 용접 구조체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플레이트 또는 압출품의 용접 내력강도는 140MPa 이상인 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
  12. 제 10 항에 있어서,
    120℃에서 10일 이상 예민화 처리될 때 개선된 내박리성을 갖는 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
  13. 제 10 항에 있어서,
    120℃에서 20일 동안 소프트 템퍼에서 예민화 처리될 때 ASTM G66에 따른 ASSET 시험에 있어서 PA 또는 그 이상의 내박리성을 갖는 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
  14. 제 10 항에 있어서,
    100℃에서 16일 동안 가공경화 템퍼에서 예민화 처리될 때 ASTM G66에 따른 ASSET 시험에 있어서 PA 또는 그 이상의 내박리성을 갖는 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 용접 구조체는 해양 용기 구조물인 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 용접 구조체는 육지 수송용 용기 구조물인 것을 특징으로 하는 용접 구조체.
  17. 80℃ 초과의 작동온도에서 사용되는 것을 특징으로 하는 제 1 항 또는 제 2항에 따른 알루미늄-마그네슘 합금 제품의 사용방법.
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