KR100706361B1 - 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성 저감방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성 저감 방법에 관한 것으로서, 열간 압연, 냉간 압연, T4 열처리 및 조질 압연 단계로 이루어지는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 공정에 있어서, AA6111 판재의 헤밍 이방성을 감소시켜 헤밍성을 증가시키고자, 수회로 진행되는 냉간압연 공정의 최종 패스에서 l/d인자값을 4.5 이상으로 유지하여 판재에 전단변형을 가함으로써, 표면에 전단집합조직인 RW 집합조직 {001}<110> 방위를 부피분률 30%이상으로 발달시켜 헤밍시 방향에 따른 굴곡 발생 혹은 크랙 발생을 억제시킬 수 있도록 한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성 저감 방법을 제공하고자 한 것이다.
알루미늄-마그네슘-실리콘 합금, 헤밍 이방성, 저감 방법
Description
도 1은 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 AA6111 판재의 집합조직의 발달을 보여주는 (111) 극점도,
도 2는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 AA6111 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 결과를 나타내는 현미경 사진,
도 3은 종래의 제조 공정에 의해 제조한 AA6111 판재의 집합조직 발달을 보여주는 (111) 극점도,
도 4는 종래의 제조 방법에 의해 제조된 AA6111 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 결과를 나타내는 현미경 사진,
도 5는 헤밍 이방성을 설명하는 개략도.
본 발명은 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성 저감 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차용 외판 부품의 원소재로 많이 사용되고 있는 AA6111 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조공정중 냉간압연시의 최종 패스 단계에서 l/d인자값을 4.5 이상으로 조절하여 판재에 전단변형을 가해줌으로써, 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 헤밍 이방성을 저감시키는 동시에 헤밍성을 증가시킬 수 있도록 한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성 저감 방법에 관한 것이다.
최근에 배기 가스에 의한 대기 오염이 극심화 되고, CO2의 다량 배출로 인한 지구온난화 문제 등으로 인해 환경에 대한 관심이 최근 들어 더욱 증가하고 있으며, 또한 석유 자원의 고갈로 인한 미래 에너지 확보 기술에 대한 요구가 점차적으로 증대되고 있는 점을 감안하여, 자동차 업계에서는 환경 오염 및 자원 고갈 문제를 풀기 위한 방법으로 고효율 엔진 개발, 공기역학적인 차체 디자인 및 경량화의 세 가지 범주로 연구를 진행하고 있다.
고효율 엔진 개발은 하이브리드 차량 개발, 전기 모터 개발 등을 모두 포함하는 것으로 상기 문제의 근원적인 대책이 될 수 있으나, 개발 기간 및 비용면에서 어려움이 있고, 디자인을 개선하여 공기 저항을 줄여 연비를 향상하고자 하는 노력은 소극적인 접근법으로 제품 컨셉을 얻기에는 최적이나, 디자인에 따른 공법 개발 및 적절한 소재 생산 문제로 인하여 적극적인 적용에는 한계가 있다.
따라서, 다른 방법에 비해 경량화는 손쉬운 연비 향상법이 되고 있다.
차체 경량화는 다른 것에 비해 비용 및 개발 기간면에서 장점이 많은 것은 사실이나, 적용 가능한 소재의 개발이 많이 되어 있지 않은 것이 문제가 될 수 있다.
현재 마그네슘, 알루미늄 등이 적절한 소재로 손꼽히고 있으나 성형성 문제 등으로 인해 적용 범위 및 적용량을 증가시키는 데 어려움이 있고, 꾸준한 연구로 현재 선진 메이커에서 자동차 내/외판에 알루미늄 합금을 성공적으로 적용하여 차체 경량화를 달성하고 있다.
자동차 차체 경량화 소재로 각광을 받고 있는 알루미늄 합금 판재는 주로 6XXX계로 명명된 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금이며, 이 소재는 비교적 높은 강도에 적절한 성형성을 확보하고 있는 장점이 있으며 도장 공정후 소부경화(Bake Hardening)이라는 현상으로 인해 항복강도가 20%이상 상승하여 외판에 적용하기에 적합하다.
상기 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금소재는 적절한 성형성을 확보하고 있는 장점이 있으며, 도장 공정후 소부경화(Bake Hardening)라는 현상으로 인해 항복강도가 20%이상 상승하여 차체 외판 강성을 향상시키기에 적합하여 차체 외판에 대한 적용량이 계속 증가하고 있다.
상기 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재는 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 처리 (T4 열처리) 및 조질 압연 등의 제조 공정에 의하여 제조되는 것이 일반적이다.
상기 열간 압연은 주조한 잉곳 혹은 슬라브에 존재하는 수지상정을 없애고 냉간 압연에 적절한 두께인 3∼12mm로 압연하는 공정이고, 상기 냉간 압연은 열간 압연한 슬라브를 사용하여 최종 제품 두께로 상온에서 압연을 하는 공정이며 생산 목적에 따라 중간 어닐(intermediate annealing)을 하기도 한다.
이러한 열간 및 냉간 압연 공정을 거치게 되면 가공경화로 인해 소재의 강도는 증가하나 연성이 떨어지게 되어 최종 열처리를 하여 강도를 낮추고 연성을 회복시켜 성형에 적합한 소재를 생산하게 된다.
일반적으로 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재와 같은 면심입방격자 금속은 냉간 압연하면 β섬유조직이라 불리는 구리 방위 {112}<111>, S 방위 {123}<634>, 황동 방위 {112}<110> 이 발달하게 된다. 여기서, {}는 결정의 압연면을 말하며 <>는 압연방향과 평행한 결정의 방향을 말한다.
통상적인 열처리 조건인 T4처리를 통해 판재의 집합조직은 입방정 집합조직 {001}<100>이 되고, 이 입방정 집합조직은 β섬유조직이 약간이라도 발달하게 되면, T4 열처리를 통해 급격히 발달하게 되므로, 냉간 압연 중 β섬유조직이 발달하지 않도록 세심한 주의가 필요하나, 통상적인 압연법으로는 이의 발달을 막을 수는 없다.
이러한 방위의 소성 이방성으로 인해 판재의 헤밍 이방성이 나타나는 것으로, 통상적인 압연법으로는 입방정 방위의 발달을 막을 수는 없으며, 현재까지는 냉간 압연 중에 중간 어닐을 실시하여 압연중에 발달한 β섬유집합조직이 입방정 방위로 발달하게 한 후, 다시 냉간 압연을 실시하여 입방정 방위의 결정립이 다시 β섬유집합조직 방위로 발달하게 만든 다음, 최종 T4처리후 입방정 방위 대비 β섬유집합조직 방위의 비가 4:1 정도가 되도록 조업 변수를 조절하여 헤밍 이방성을 줄일 수 있다.
그러나, 이러한 헤밍 이방성을 줄이는 방법은 생산비 상승 등의 문제로 인해 많이 시행되고 있지는 않다. 또한 판재의 성분에 따라 입방정 방위 발달 양상이 다르므로 이를 제어하기 위한 변수가 공업적으로 감당하기 어려운 현실로 인해 많이 사용되는 방법은 아니다.
이와 같이, 압연 과정 중 발달하게 되는 결정립의 방향성(집합조직)으로 인해 드로잉 성형 공정 이후, 판재 내/외판의 기계적 결합인 헤밍 공정에서 판재의 방향에 따라 헤밍성 차이가 나타나는 문제로 인해 제품 불량률이 증가하고 있다.
통상, 헤밍(hemming)이란 내판을 외판에 얹고 외판의 플랜지를 펀치로 미는 동시에 접어서 내판과 외판을 결합하는 가공 공정으로서, 차량의 도어, 후드, 트렁크 리드 등에 실시하고 있으며, 이러한 헤밍의 목적은 외관을 향상시키면서(전단가공 후 날카로운 가장자리를 속으로 집어 넣음) 강판 부품을 다른 것과 결합하는데 있다.
여기서 상기 판재의 방향에 따라 헤밍성 차이가 나타나는 것을 헤밍 이방성 (Anisotropy of Hemming)이라고 칭하는 바, 이를 첨부한 도 6을 참조로 간략히 설명하면 다음과 같다.
압연 방향에 수직으로 헤밍하는 경우(압연 방향⊥헤밍 방향)에는 굴곡 및 터짐 현상이 적게 나타나지만, 압연 방향과 평행하게 헤밍하는 경우(압연방향//헤밍 방향)에는 판재 결정립의 결을 따라 크랙 혹은 굴곡 발생이 빈번하게 나타난다.
이에, 자동차 외판 부품의 원소재로 많이 사용되는 AA6022 알루미늄-마그네 슘-실리콘 합금 판재를 자동차 부품용으로 용이하게 적용하기 위해 헤밍 이방성이 발생하게 되는 주요 원인인 집합조직을 능동적으로 제어하여 알루미늄-마그네슘 합금 판재의 헤밍 이방성을 저감시키는 동시에 헤밍성을 증가시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구 개발된 것으로서, 열간 압연, 냉간 압연, T4 열처리 및 조질 압연 단계로 이루어지는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 공정에 있어서, AA6111 판재의 헤밍 이방성을 감소시켜 헤밍성을 증가시키고자, 수회로 진행되는 냉간압연 공정의 최종 패스에서 l/d인자값을 4.5 이상으로 유지하여 판재에 전단변형을 가함으로써, 표면에 전단집합조직인 RW 집합조직 {001}<110> 방위를 부피분률 30%이상으로 발달시켜 헤밍시 방향에 따른 굴곡 발생 혹은 크랙 발생을 억제시킬 수 있도록 한 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성 저감 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 처리 (T4 열처리) 및 조질 압연 공정을 포함하여 이루어지는 AA6111 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 방법에 있어서, 상기 냉간 압연시 마지막 패스 단계에서 l/d(l: 압연롤 바이트 내에서 롤을 판재에 투영한 길이, d: 판재의 평균 두께) 인자값을 4.5 이상으로 유지시켜 판재에 전단 변형이 가해지도록 하여, 판재 표면에 RW 집합조직 {001}<110> 방위를 부피분률 30%이상으로 발달시킨 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성 저감 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 처리 (T4 열처리) 및 조질 압연 공정을 통하여 제조되는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성을 저감시키기 위한 방법으로서, 여러회의 단계(패스)로 진행되는 냉간압연 단계중 최종 단계에서 l/d인자값을 4.5 이상으로 유지시켜 판재에 전단변형이 가해지도록 함으로써, 판재의 표면에 RW 집합조직이 발달되어 헤밍 이방성을 감소시킬 수 있도록 한 점에 주된 특징이 있다.
보다 상세하게는, 상기 냉간 압연의 마직막 단계에서 l/d인자값을 4.5 이상 으로 유지시켜 판재에 전단변형을 가함으로써, 표면에 전단집합조직인 {001}<110> 방위를 부피분률 30%이상으로 발달시켜 헤밍시 방향에 따른 굴곡 발생 혹은 크랙 발생을 억제시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 냉간 압하율을 조절하여 판재 표면에 β섬유조직의 발달을 억제하도록 전단 변형을 부과하여 RW집합조직이라 불리는 {001}<110>이 발달하게 한다. 이 집합조직은 T4열처리를 통해서도 재결정 되지 않고 본래의 방위를 유지하는 특성이 있다(이를 연속재결정이라고 한다).
이에, 냉간압연시 압하율로 판재에 전단 변형을 가하기 위해서는 주의가 필요하며, 전단 변형을 부과하는 척도로 다음 수학식 1을 사용한다.
여기서, l: 압연롤 바이트 내에서 롤을 판재에 투영한 길이
d: 판재의 평균 두께
R: 압연롤 반지름
di: 판재의 초기 두께
df: 판재의 최종 두께
위의 수학식 1에 나타낸 l/d인자를 4.5이상으로 유지하는 경우 판재 표면에 전단변형이 부과되고, 이는 RW 집합조직이라 알려진 {001}<110> 방위가 발달하게 되며 이는 헤밍 이방성을 억제하는 효과를 가져 온다.
물론, 냉간 압연시의 다양한 패스 변형을 통해 집합조직을 제어할 수는 있지만, 본 발명의 효과를 극대화시킬 수 있도록 최종 패스에서의 l/d인자값을 조절하는 것이다.
즉, 통상적으로 5패스로 구성된 냉간 압연 단계에서 매 조건마다 변형시킨 최소 25이상의 예를 드는 것은 무의미하므로, 본 발명의 효과를 명확히 얻을 수 있는 최종 패스에서 l/d인자값을 조절하는 것이 바람직하다.
또한, 냉간압연시 이전 패스에서 전단변형을 주어 최종 패스전에 이미 {001}<110> 방위가 발달했다고 하더라도 최종 패스에서 l/d를 4.5 미만으로 하는 경우 β섬유집합조직이 나타나게 되고, 이는 최종 제품에서 입방정 집합조직이 발달하게 되는 원인이 된다.
그러나, 이전 패스에서 β섬유집합조직이 발달했다고 하더라도 최종 패스에서 l/d를 4.5 이상으로 유지하게 되면 {001}<110> 방위가 발달할 수 있고, 이는 전단 변형에서의 안정 방위(stable orientation)가 {001}<110>이기 때문이다. 그러므로, 최종 패스에서의 l/d 인자값을 조절하여 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.
다시 말하면, 본 발명에 의거 최종 패스에서의 l/d 인자값을 4.5 이상으로 조절하면, 판재는 소성이방성이 없어지고 등방적(isotropic)이게 된다. 이로 인해 헤밍 이방성이 없어지게 되는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 않는다는 것은 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1-2
일반적인 DC 주조법을 사용하여 알루미늄 0.5∼1.0중량%, 마그네슘 0.7∼1.1중량%, 실리콘 0.5∼0.9 중량%, 구리 및 기타 불순물로 이루어진 상기 AA6111 합금을 두께 150mm로 주조한 후, 480℃에서 48시간 동안 균질화 처리를 한 후 5mm까지 열간 압연하였다. 열간 압연 시작 온도는 480℃이고 최종 권취 온도는 320℃였다.
이렇게 열간 압연한 AA6111 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재를 최종 80% 냉간 압연하여 두께 1mm가 되도록 하였다. 냉간 압연이 끝난 판재를 T4열처리하였다.
특히, 상기 냉간 압연단계는 5패스로 진행되며, 마지막 패스 단계(4패스→5패스)에서 실시예 1 및 2는 l/d인자값을 각각 5.1과 4.5로 적용하였다.
비교예 1-5
비교예 1 내지 5는 실시예와 동일한 방법으로 AA6111 합금을 주조하여, 동일한 조건으로 열간압연, 냉간압연, T4 열처리를 하였다.
단, 비교예1 내지 5는 냉간압연의 마지막 패스 단계(4패스→5패스)에서 l/d인자값을 4.5 미만으로 적용하였다.
위의 실시예 및 비교예에 따른 냉간압연시의 각 패스에서의 l/d인자값은 다음의 표 1에 기재된 바와 같다.
실험예 1
실시예에 따른 판재의 {111}극점도와 비교예1(기존 방법) 및 나머지 비교예에 대한 극점도를 측정하여, 그 결과를 도 1 내지 도 4에 나타내었다.
첨부한 도 3은 기존 방법(비교예)으로 제조된 판재의 {111} 극점도를, 도 1은 실시예에 따른 판재의 {111} 극점도를 표시하고 있는 바, 그 결과를 살펴보면 다음과 같다.
도 3에서 볼 수 있듯이, 기존의 방법 의해 생산한 판재의 경우 {001}<100>이 주방위인 입방정 집합조직을 보이고 있다. 이는 통상적인 방법으로 생산한 판재의 경우에 발달하는 방위이다. 이와는 달리 도 1에 표시한 본 발명으로 제조한 판재의 경우 {001}<110> 방위가 주 방위인 RW집합조직이 발달함을 알 수 있었다.
실험예2
실시예 및 비교예에 대한 집합조직 부피 분률을 측정하고, 압연 방향⊥헤밍 방향의 경우와 압연방향//헤밍 방향의 경우에 크랙 발생 상태를 관찰하였고 그 결과는 다음의 표 2에 나타낸 바와 같다.
위의 표 2에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 2(냉간압연시 최종 패스에서 l/d인자값이 4.5 이상)이 크랙 혹은 굴곡 발생이 거의 나타나지 않았고(도 2의 현미경 사진 참조), 비교예 1 내지 5의 경우에는 압연 방향과 평행하게 헤밍하는 경우(압연방향//헤밍 방향)에는 판재 결정립의 결을 따라 크랙 혹은 굴곡 발생이 빈번하게 나타남(도 4의 현미경 사진 참조)을 알 수 있었다.
따라서, 냉간압연시 마지막 패스에서 l/d인자값을 4.5 이상으로 유지시켜 판재에 전단변형을 가함으로써, 표면에 전단집합조직인 {001}<110> 방위를 부피분률 30%이상으로 발달시켜 헤밍시 방향에 따른 굴곡 발생 혹은 크랙 발생을 억제시킬 수 있음을 알 수 있었다.
이상에서 본 바와 같이, 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성 저감 방법에 의하면, 냉간압연시 마지막 패스단계에서 l/d인자값을 4.5 이상으로 유지시켜 판재에 전단변형을 가함으로써, 판재 표면에 전단집합조직인 {001}<110> 방위를 부피분률 30%이상으로 발달시켜 헤밍시 방향에 따른 굴곡 발생 혹은 크랙 발생을 용이하게 억제시킬 수 있는 효과를 제공한다.
Claims (1)
- 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 처리 (T4 열처리) 및 조질 압연 공정을 포함하여 이루어지는 AA6111 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 제조 방법에 있어서,상기 냉간 압연시 마지막 패스 단계에서 l/d(l: 압연롤 바이트 내에서 롤을 판재에 투영한 길이, d: 판재의 평균 두께)인자값을 4.5 이상으로 유지시켜 판재에 전단 변형이 가해지도록 하여, 판재 표면에 RW 집합조직 {001}<110> 방위를 부피분률 30%이상으로 발달시킨 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성 저감 방법.
Priority Applications (1)
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| KR1020040094479A KR100706361B1 (ko) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성 저감방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020040094479A KR100706361B1 (ko) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금 판재의 헤밍 이방성 저감방법 |
Publications (2)
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|---|---|
| KR20060055598A KR20060055598A (ko) | 2006-05-24 |
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Country Status (1)
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Citations (1)
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| KR20040091295A (ko) * | 2003-04-21 | 2004-10-28 | 현대자동차주식회사 | 알루미늄-마그네슘-실리콘 합금판재의 리징 발생 억제방법 |
-
2004
- 2004-11-18 KR KR1020040094479A patent/KR100706361B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
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