KR100964855B1

KR100964855B1 - 차체 외장 패널용 Ａｌ-Ｓｉ-Ｍｇ 합금 시트

Info

Publication number: KR100964855B1
Application number: KR1020047012157A
Authority: KR
Inventors: 호프만쟝-뤼; 샤아니라비; 레부페올리비에르
Original assignee: 알칸 레날루
Priority date: 2002-02-05
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2010-06-24
Also published as: AU2003216971A1; EP1472380A2; KR20040075980A; WO2003066919A2; AU2003216971A8; FR2835533B1; EP1472380B1; FR2835533A1; DE03712292T1; CA2471501A1; US20050028894A1; JP2009133006A; ATE413476T1; WO2003066919A3; ES2316738T3; DE60324526D1; JP2005525462A; CA2471501C

Abstract

본 발명의 목적은 0.8 내지 1.2 mm 두께의 차체 외장 패널 부품용 시트로서, Fe: 0.25 중량% 내지 0.40 중량%, 바람직하게는 0.25 중량% 내지 0.35 중량%, Si: 0.90 중량% 내지 1.20 중량%, 바람직하게는 0.95 중량% 내지 1.10 중량%, Cu: 0.10 중량% 내지 0.25 중량%, 바람직하게는 0.15 중량% 내지 0.20 중량%, Mg: 0.35 중량% 내지 0.50 중량%, 바람직하게는 0.40 중량% 내지 0.50 중량%, Mn: 0.05 중량% 내지 0.20 중량%, 바람직하게는 0.08 중량% 내지 0.15 중량%, 기타 원소로서, 개별 원소는 < 0.05 중량%이고 전체 원소는 < 0.15 중량%이며, 잔부는 알루미늄인 조성을 포함하며, 용체화 열처리, 담금질, 프리-에이징 또는 복원 및 3주 내지 6개월 동안 실온에서의 에이징 이후, L 방향에서의 항복 강도 R_0.2가 160 MPa, 바람직하게는 150 MPa 보다 작은 것인 차체 외장 패널 부품용 시트에 의하여 달성된다. 180 MPa 보다 큰 항복 강도는 도료를 경화시킨 이후에 스탬핑 가공된 본체 상에서 획득될 수 있다. 본 발명의 시트 금속은 부품의 두께를 감소시킬 수 있으면서 다른 모든 필요한 특성을 만족시킨다.

Description

차체 외장 패널용 Ａｌ-Ｓｉ-Ｍｇ 합금 시트{Al-Si-Mg Alloy Metal For Motor Car Body Outer Panel}

발명의 배경

본 발명은 윙(wing), 도어(door), 트렁크문(tailgate), 보닛(bonnet) 및 지붕(roof)과 같은 차체 외장 패널 부품을 인발 가공하여 제조하는데 사용되는 Al-Si-Mg 합금 시트, 특히 알루미늄 협회에 따른 6016형 합금으로 제조된 합금 시트 분야에 관한 것이다.

종래 기술

알루미늄은 차량의 중량을 감소시켜 연료 소비를 감소시키고 또한 오염물질과 온실효과 가스의 배출을 절감시키기 위하여 자동차 구조에서의 사용이 증가하고 있다. 특히, 차체 외장 패널 부품(특히, 도어)을 제조하는데 있어서 시트(sheet)를 사용한다. 이러한 용례 유형은 다수의 특성을 필요로 하지만, 다음과 같은 모순을 갖고 있다.

- 인발 및 헤밍 작업에 대한 양호한 성형성,

- 스프링백(springback)을 조절하기 위하여 시트의 이송 상태에서 조절 항복 강도,

- 부품의 중량을 최소화하면서 흠(dent) 형성에 대한 양호한 내성을 얻기 위하여 도료를 베이킹한 이후의 높은 기계적 강도,

- 도장된 부품의 부식, 특히 사상(絲狀) 부식에 대한 양호한 내성,

- 성형 및 도장 이후의 양호한 표면 품질,

- 스폿 용접, 레이저 용접, 접착(gluing), 클린칭(clinching) 및 리벳팅과 같은 자동차 차체에 사용되는 각종 조립 공정에서의 양호한 거동,

- 다량의 시리즈 생산의 경우에 만족스러운 가격.

전술한 필요조건을 만족시키기 위하여 6000 시리즈에서 Al-Mg-Si 합금을 선택하였다. 유럽에서, 상기 용례의 경우에 1 내지 1.2 mm 정도의 두께를 갖는 6016 및 6016A 합금을 가장 빈번히 사용하는데, 그 이유는, 상기 6016 및 6016A 합금은 각종의 요구되는 특성 중에서 양호한 절충, 특히 헤밍 가공에 대하여 양호한 성형성과, 미국에서 폭넓게 사용되는 6111 합금과 같이 높은 구리 함량을 갖는 합금보다 사상 부식에 대하여 보다 양호한 내성을 부여하기 때문이다. 6016형 합금은 Alusuisse의 프랑스 특허 제2360684호 및 본 출원인의 유럽 특허 제0259332호에 기술되어 있으며, 6111형 합금은 Alcan International Limited의 미국 특허 제4,614,552호에 기술되어 있다. Alcoa의 미국 특허 제4,614,552호 및 제5,919,323호에 기술된 것과 유사한 철 함량이 낮은(< 0.2%) 합금 또한 공개되어 있으며, 이러한 유형의 합금은 6022로서 등록되어 있다. 알루미늄 협회에 등록된 6016, 6016A, 6022 및 6111 합금의 조성물(주성분의 중량%)은 표 1에 기재되어 있다.

표 1

그러나, 도료를 베이킹한 이후에 6016 합금의 기계적 강도, 즉 덴트 저항성은 6111 합금 경우의 대응하는 수치보다 상당히 낮은데, 그 이유는, 베이킹 온도가 에이징(aging) 처리 동안 경화 처리가 덜 효과적이 되도록 베이킹 온도가 낮아지는 경향이 있기 때문이다. 이것은 자동차 제작자가 도장 이후에 보다 높은 기계적 강도를 요구하기 때문이다.

전술한 바를 달성하기 위하여, 본 출원인은 6016 합금의 신규 변이체(varient), 특히 항복강도가 120 MPa 정도의 T4 경도인 DR120 변이체를 개발하였다. 이러한 개발은 자동차 합금 1999에 게재된 "차체 외장 패널용의 최적 6xxx 알루미늄 합금 시트" 라는 논문(R. Shahani 등), TMS 연례 심포지움 학회지(2000), pp.193-203, 및 디트로이트에서 개최된 IBEC 1999 (International Body Engineering Conference 1999)의 "차체 외장 패널용의 6xxx 합금 알루미늄 시트 개발:베이크 경화, 성형성 및 트리밍 성능"(D. Daniel 등)이라는 SAE 기술 논문 제1999-01-3195호.

Alcan은 T4 경도에서 성형성을 감소시키지 않고 도료를 베이킹한 이후에 항복 강도가 증가한(통상 270 내지 280 MPa) 소위 6111-T4P라는 6111 합금의 신규 변이체를 제안하였다. 특히, 이러한 생성물은 SAE 기술 논문 제960164호의 "두 개의 신규 알루미늄 자동차 외장 패널 재료의 특성 및 특징"(A. K. Gupta 등, 1996)이라는 논문에 기술되어 있다. 상기 논문은 또한 소위 61xx-T4P라는 신규 합금을 언급하고 있는바, 그 조성물은 공개되지 않았으며, 도료 베이킹에 대하여 유사한 반응을 가지며 T4 상태에서 종래 6111-T4보다 항복 강도가 낮다.

이러한 신규 개발품 모두는 도료를 베이킹하는 동안 경화를 개선하기 위하여 담금질 이후에 수행되는 최적화된 프리-에이징 타입의 열처리를 포함한다. 이러한 타입의 열처리를 수행하지 않으면, 실온에서 담금질과 베이킹 사이의 대기 시간이 증가하기 때문에 베이킹 동안의 경화율은 감소하며, 공업 생산에서 여러 주(week)의 대기 시간이 거의 필연적이다. 이러한 현상은 "야금학 리뷰의 과학적 고찰"(1960년 12월 pp.930-942)의 "알루미늄-마그네슘-실리콘 합금의 예비 어닐링"(M. Renouard 및 R. Meillat)이라는 논문에 기술되어 있다.

바람직하지 않은 대기 효과를 방지하기 위하여, 단계별 담금질에 의한 프리-에이징을 수행하거나 담금질 직후에 열처리를 수행하거나, 차체 부품으로 보편적이지 않은 냉동기에 금속을 저장하거나, 또는 복원(reversion) 처리를 수행하는 것이 필요하다.

6000 합금에 대한 프리-에이징 온도 및 기간은 예를 들면 공학기술(Techniques de l'Ingenieur)(1986년)의 섹션 M 1290의 "알루미늄 합금용 열처리"(R. Develay), 금속학회저널 제94호(1966년 pp.41-49)의 "알루미늄-마그네슘-실리콘 합금에서의 지연 에이징: 구조 및 기계적 물성에 관한 효과"(D.W. Pashley 등), 및 유럽 특허 제0480402호(Surnitomo Light Metal)에 개시되어 있다. 또한, 프랑스 특허 제1243877호(Cegedur)는 프리-에이징용으로 사용될 수 있는 연속 노를 개시하고 있다.

대량 생산된 차체 외장 패널용 알루미늄 합금 시트의 사용이 증가하는 것을 고려하면, 다른 특성에 악영향을 주지 않고 두께를 감소시키기 위하여 보다 개선된 품질등급에 대한 요구가 여전히 존재한다. 두께 감소는 성형 부품의 경도가 부족하기 때문에 제한받는 것이 일반적이며, 이러한 제한은 1.4배의 강철로 제조된 등가 부품의 두께와 동일하다. 그러므로, 시트는 양호한 인발성과 헤밍 가공 성능을 유지하면서 1.4의 알루미늄/강철 두께 비에 대하여 강철 부품에 대한 저항과 적어도 동일하게 도료를 베이킹한 이후에 성형된 부품에 대한 덴트 저항성을 성취할 수 있다.

발명의 주제

본 발명의 목적은, 재생하기에 적합한 조성물을 가지며, 혹독한 조건 하에서 딥 드로잉 및 헤밍 가공하기에 성형성이 충분하며, 종래 기술에 따른 6016형 합급의 시트와 비교하여 압입에 대하여 저항성이 개선되고, 또한, 양호한 접착 특성으로 스프링백을 조절하며, 슬라이버를 형성하지 않고 절삭하며, 사상 부식에 대하여 양호한 저항성을 갖는 차체 외장 패널용의 6016형 합금 시트를 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 0.8 내지 1.2 mm 두께의 차체 외장 패널 부품용 시트로서, 본 발명의 목적은 0.8 내지 1.2 mm 두께의 차체 외장 패널 부품용 시트로서, 하기의 조성을 포함하며,

삭제

Fe: 0.25 중량% 내지 0.40 중량%, 바람직하게는 0.25 중량% 내지 0.35 중량%,

Si: 0.90 중량% 내지 1.20 중량%, 바람직하게는 0.95 중량% 내지 1.10 중량%,

Cu: 0.10 중량% 내지 0.25 중량%, 바람직하게는 0.15 중량% 내지 0.20 중량%,

Mg: 0.35 중량% 내지 0.50 중량%, 바람직하게는 0.40 중량% 내지 0.50 중량%,

Mn: 0.05 중량% 내지 0.20 중량%, 바람직하게는 0.08 중량% 내지 0.15 중량%,

기타 원소로서, 개별 원소는 < 0.05 중량%이고 총 함량은 < 0.15 중량%인 기타 원소를 포함하고, 잔부는 알루미늄으로 이루어지며,

삭제

용체화(solution) 열처리, 담금질, 프리-에이징(pre-ageing) 또는 복원 및 3주 내지 6개월 동안 실온에서의 에이징 이후, L 방향에서의 항복 강도 R_0.2가 160 MPa 미만인, 바람직하게는 150 MPa 미만인 것인 차체 외장 패널 부품용 시트에 의하여 달성된다. 도료의 베이킹에 대응하는 열처리 이후에 인발 가공된 부품의 항복 강도는 180 MPa 초과, 바람직하게는 200 MPa 보다 크다.

발명의 설명

본 발명은 필요한 모든 특성을 얻기 위하여 알루미늄 협회에 등록된 6016A 조성물의 정의에 속하는 협소한 조성물 범위에 기반을 두고 있다.

실리콘 함량은 6016A의 함량 범위의 하위에 가까운 반면, 마그네슘 함량은 그 범위 중앙에 해당한다. 이러한 실리콘 함량의 강하는, 성형성에 바람직한 합금의 보다 완벽한 용체화 열처리에 기여한다. 철 함량은 0.25% 이상으로 유지하며, 이것은 6022와 같은 낮은 등급의 철과 달리, 재생 금속을 사용할 수 있도록 하며 인발 이후에 표면 외관을 보다 양호하게 한다.

구리 함량은 매우 협소한 한계치 내에서 조절된다. 즉, 기존의 6016 또는 6022 등급에 대한 함량보다 약간 많은 적어도 0.1%의 함량은 기계적 강도에 기여하지만, 0.25% 이상은 합금의 사상 부식 위험을 초래한다. 합금은 입경을 제어하기 위하여 또 예를 들면, 보닛용으로 사용되는 헤밍 가공과 같은 극심한 변형 동안 오렌지 껍질 모양의 외형을 방지하기 위하여 적어도 0.05%의 망간, 크롬, 바나듐 또는 지르코늄을 포함하여야 한다. 이와 반대로, 이러한 원소의 총 함량이 0.20%를 초과하면, 성형성이 나쁘다.

본 발명에 따른 시트 제조 공정은 플레이트의 주조, 상기 플레이트의 스캘핑(scalping), 및 플레이트를 6 내지 24 시간 동안 400 내지 570℃의 온도로 단순히 가열하는 것에 의한 균질화를 포함하는 것이 일반적이다. 510℃ 이상의 입력 온도로 열간 압연을 수행하는 것이 바람직하며, 이것은 기계적 강도를 낮은 입력 온도에서 획득될 수 있는 것보다 양호하게 하는데 기여한다. 열간 압연 처리된 스트립의 권취 온도는 기계적 특징을 보장하고 또 어떠한 압흔 흠결(ridging defect)을 방지하기 위하여 350℃ 미만, 바람직하게는 300℃미만이어야 한다. 그리고, 열간 압연 처리된 스트립은, 가능하게는 배치 로에서 수행되는 경우에 300 내지 450℃의 온도에서, 또는 연속적으로 수행되는 경우에 350 내지 570℃의 온도에서, 중간 어닐링과 함께 최종 두께로 냉간 압연된다. 최종 냉간 압연 통과는 예를 들면 전자빔 처리(EBT), 일렉트로 부식(electro-erosion; EDT) 또는 레이저 빔에 의하여 조직화된 실린더로 제조될 수 있으며, 이것은 도장 이후에 형성된 부품의 성형성과 표면 외관을 개선한다.

또한, 연속 주조 또는 트윈 롤 주조나 트윈 벨트 주조에 의하여 직접 획득된 스트립을 사용하는 것이 가능하며, 동일한 조건 하에서 냉간 압연 및 후속 작업을 수행하는 것이 가능하다.

용체화 열처리는 과열을 방지하면서 합금 고용(solvus) 온도 이상의 온도에서 이루어진다. 본 발명에 따른 조성물은 매우 완전한 용체화 열처리를 가능케 함으로써, 미세구조에서 실리콘형 상(phase)이 거의 존재하지 않게 되고, 20℃/min의 온도 증가율로 테스트를 수행한 미분 엔탈피 분석 다이어그램에서 565 내지 580℃ 범위에서 1 J/g 미만의 매우 작은 피크 영역을 야기한다.

용체화 열처리를 수행한 이후에, 통상 상기 시트를 냉수 또는 공기로 담금질한다. 담금질은 베이킹 동안 도료의 경화 성능을 증진시키기 위하여 전술한 종래 기술에 기술된 것과 같은 프리-에이징 방식의 열처리에 의하여 즉시 수행될 수 있다.

프리-에이징은 등온을 필요로 하지 않으며, 그 지속기간은 온도에 종속한다. 이것은 하기의 방정식을 사용하여 등가 시간 T_eq을 한정함으로써 고려될 수 있다.

여기에서 T(in °K)는 온도이며, t는 프리-에이징 시간이고, T_ref는 373°K의 기준 온도, 즉 100℃이다. 프리-에이징이 유효하면, 프리-에이징이 0.3 내지 20 시간 동안 50℃ 이상의 온도로 수행되어야 한다는 점이 공지되어 있다. 등가 시간이 불충분하면, 베이킹을 수행하는 동안 도료의 경화율은 주위 온도에서 대기 시간 경과에 따라 감소한다. 반면, 등가 시간이 너무 길면, 기계적 특징은 프리-에이징 동안 매우 증가하고 시트의 성형성은 열화된다. 6016형 합금의 경우, 1 내지 10 시간의 등가 시간, 바람직하게는 3 내지 6 시간의 등가 시간이 상당히 적합하다. 시트는 이 단계에서 가변 시간 주기 동안 저장되는 것이 일반적이며, 시간 경과에 따라 항복 강도를 증가시키는 자연적 에이징을 초래한다. 3주간의 에이징 이후에, 본 발명에 따른 시트 두께는 0.9 내지 1 mm 정도이며, L 방향에서의 항복 강도는 130 MPa 정도로서, 이것은 전술한 R. Shahani 등의 논문에 기술된 고강도 등급의 DR100 및 DR120을 포함하는 모든 6016 변이체보다 높으며, 6022 경우의 수치보다 약간 낮다. 6개월의 에이징 이후에, 상기 항복 강도는 6022 및 6111 합금과 달리 160 MPa 미만 또는 심지어 150 MPa 미만으로 여전히 유지한다. 이러한 특징은 성형 동안 스프링백에 대한 컨트롤을 가능케 하여, 두께가 감소되는 시점과 항복 강도가 증가하는 시점을 제어하는 것을 더욱 곤란하며, 따라서 스탬핑 공구를 개발할 때 여러번의 반복이 필요하다. 성형 이전에, 시트는, 제조될 부품의 인발, 조립 및 표면 처리에 적합한 윤활제(오일 또는 건식 윤활제)로 코팅될 수 있다.

본 발명에 따른 시트는, LDH₀(평면 변형에서 "제한된 돔 높이") 파라미터로 측정한 결과 6111 및 6022 합금보다 우수하고 고강도 6016 등급만큼 양호한 성형성을 얻었다.

상기 LDH 파라미터는 0.5 내지 2 mm 두께의 시트의 인발성을 평가하는데 널리 사용된다. 다수의 간행물이 출간되었는데, 특히 1993년 디트로이트에서 개최된 SAE 컨퍼런스에서 "시트 금속 성형성을 평가하기 위한 LDH 테스트-북아메리카 딥 드로잉 리써치 그룹의 LDH 위원회 최종 보고서"(R. Thomson)라는 SAE 논문 제930815호가 있다.

LDH 테스트는 그 주변 둘레의 리테이닝 링에 의하여 차단된 블랭크에 관한 인발 테스트이다. 블랭크 클램프의 압력은 리테이닝 링 내부에서 미끄럼 이동하는 것을 방지하도록 제어된다. 120 ×160 mm 블랭크는 평면 변형과 유사한 모드로 강화된다. 스탬프와 시트 사이의 윤활은 플라스틱 필름과 그리스(Shell HDM2 그리스)를 사용하여 성취된다. 펀치 하강 속도는 50 mm/min이다. LDH 수치는 정지 시의 펀치 변위, 즉 인발 제한 깊이이다. 3회 테스트의 평균을 측정한바, ± 0.2 mm의 측정에 대하여 95%의 신뢰할만한 범위를 부여한다.

본 발명에 따른 시트는 6111 또는 6022 합금 시트보다 양호한 권축성(crimpability)을 가지며, 상기 권축성(crimpability)은 종래 기술에 따른 고강도 6016 합금 시트와 마찬가지로 양호하다. 헤밍 성능은 90°의 플랜지 가공, 45°의 프리-헤밍(pre-hemming) 가공 및 최종의 플랫 헤밍(flat hemming)을 포함하는 실험실 테스트에 의하여 평가된다.

또한, 본 발명에 따른 시트는, 압연 방향과 평행한 주 변형에 대한 LDH와 압연 방향과 직각인 주 변형에 대한 LDH 사이의 차이점에 의하여 측정될 수 있다. 이러한 차이는 1 mm 미만, 바람직하게는 0.6 mm 미만이다.

차체 외장 패널 부품은 블랭크를 시트로 절단하며, 이 블랭크를 인발하고 프레스로 트리밍 작업하여 제조되는 것이 일반적이다. 스탬핑 가공 동안, 최종 도료 외관을 열화시키고 또 압연 방향에 직각 방향으로의 격심한 변형의 경우에 성형성을 감소시킬 수 있는 로핑(roping) 또는 리징의 발생을 방지하는 것이 필수적이다. 본 출원인의 유럽 특허 제0259232호에 기재된 바와 같이, 상기 목적을 위하여, 예를 들면 270 내지 340℃의 열간 압연 배출 온도를 제어하기 위하여 상이한 수단이 제공되었다. 또한, 도장 이후에 육안에 의한 외관 결함에 기여하는 "오렌지 껍질" 스탬핑의 발생을 방지하는 것이 중요하다. 이것은 입경을 50μm보다 작게 유지하는 것에 의하여 이루어지며, 따라서, 합금 내에 충분한 양의 망간(또는 크롬, 바냐듐이나 지르코늄과 같은 비슷한 역할을 수행하는 다른 원소)의 존재에 의하여, 용체화 열처리의 시간 및 온도 제어에 의하여, 그리고 냉간 압연에 의한 적어도 30%의 충분한 감축에 의하여 성취될 수 있다. 보닛과 같은 다수의 부품의 경우에, 인발 가공된 블랭크의 가장자리는 90°로 플랜지 가공되고, 라이닝 스탬핑이 삽입되며, 여기에 프리-헤밍 가공하고 다시 최종 플랫 헤밍 가공한다.

또한, 인발 가공 이후에 블랭크 절단 및 터닝 작업 동안 슬라이버(sliver) 형성을 방지하는 것이 필요하고, 이러한 슬라이버는 수작업으로 마무리해야하는 결함을 발생시킬 수 있다. 이러한 점에서 절삭 공구의 설계가 중요하며, 전술한 D. Daniel 등이 작성한 논문에서 권고되었다.

스탬핑 가공 및 헤밍 가공 이후에, 부품은 하나 이상의 도료 코팅으로 피복되며, 각각의 피복 단계 이후에 베이킹 단계를 수행한다. 중요한 단계는 전기영동층의 베이킹으로서, 이것은 15 내지 30분 동안 150 내지 200℃의 온도로 수행되는 것이 일반적이다. 베이킹 온도는 전기영동이 없는 경우에 170℃를 거의 초과하지 않는다. 도료 베이킹은 부품의 에이징 처리에 도움을 준다. 165℃에서 20분 동안 베이킹한 본 발명에 따른 시트로 제작된 부품의 항복 강도는 180 MPa 보다 높고 간혹 200 MPa 보다 높다. 따라서, 0.9 mm 두께의 시트로 제조된 부품의 경우, 동적 압입에 대한 저항성은 250 내지 300 MPa 정도의 항복강도와 0.7 mm 두께를 갖는 통상의 차체 강철 시트로 제조된 부품의 경우와 수치가 유사하며, 다른 6016 등급에 대한 경우는 아니다.

본 발명에 따른 시트는 헤밍, 클린칭, 리벳팅, 스폿 용접, 레이저 용접 및 접착과 같이 하체 외장 패널 부품을 제조하기 위해 실시되는 상이한 작업을 수행하기 위해 이용될 수 있다. 특히, 예를 들면 포스포-크로믹(phospho-chromic) 화합물 또는 티타늄, 지르코늄 또는 실란계 제품을 사용하여 화학적 변환 또는 패시베이션과 같은 화학적 표면 처리를 우선적으로 수행하지 않고 보닛을 제조하는데 사용되는 헤밍 가공된 조인트를 접착하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 시트로 제조된 부품은 6111 합금과 같이 높은 구리 함량을 갖는 합금보다 우수한 페이팅 이후의 사상 부식에 대하여 양호한 저항성을 갖는다.

경제적인 이유로, 윙, 지붕 및 도어와 같은 동일한 차체에 관한 알루미늄 차체 외장 패널 부품과 강철 구조체를 결합하는 것이 유용할 수 있다. 이러한 유형의 조립체에 있어서, 주요한 난점은 도료가 베이킹될 때, 특히 160 내지 200℃에서 보통 행해지는 전기 영동 중에 2개의 재료 사이의 열팽창 차이를 관리하는 것이다. 차량의 외양에 용인될 수 있는 레벨로 베이킹 가공 이후에 잔류 변형을 제한하는 것이 필수적이다.

삭제

본 발명에 따른 시트는 선택된 조립 모드 및 부품의 기하학적 형태에 상관없이 이들 변형을 제한할 수 있다. 따라서, 출원인은 베이킹 가공 이후에 조립이 이루어지면 베이킹 온도에서 높은 항복 강도, 예컨대 본 발명에 따른 합금의 경우 160℃에서 140 MPa 보다 큰 항복 강도가 변형 레벨에 유리한 효과를 갖는다는 것을 증명하였으며, 따라서 베이킹 온도를 제한하는 것이 바람직하다.

다른 요인, 예컨대 알루미늄 패널을 보강하도록 구성된 리브의 존재 또는 조립 지점 사이의 간극도 또한 변형을 제한할 수 있다. 또한, 접착제와 같은 연속적인 링크를 갖는 조립체가 베이킹 전에 접착제의 부분적인 중합 또는 투명한 레이저 용접과 함께 사용될 수 있다.

예 1

500 mm 두께의 플레이트를 표 1에 나타낸 바와 같은 조성(중량%)을 갖는 8개의 합금 A 내지 I로 주조하였다.

조성물 A는 종래의 6016 합금을 나타내고, B는 전술한 논문에서 설명된 출원인의 등급 DR100이고, C와 D는 6111 합금이며, E는 6022 합금이고, F, G, H 및 I는 본 발명에 따른 조성 I와 Cu(F) 또는 Mn(G와 H)이 상이할 뿐 유사한 조성을 갖는 합금들이다.

상기 플레이트를 스캘핑 가공하고 570℃에서 10 시간 동안 균질화 처리한 다음, 먼저 가역 밀, 그 다음 탠덤 밀 위에서 균질한 열로 직접 열간 압연하였다. 적층 시작 온도는 540℃ 정도이고, 열간 스트립 와인딩 온도는 310℃ 정도이었다.

그 후, 3 ㎜로 압연된 열간 압연 스트립을 1 ㎜의 최종 두께로 냉간 압연한다. 350℃의 온도로 가열된 코일에서 10시간 동안 "배치(batch)" 어닐링 처리하고 후속하여 2시간의 대기 시간 후에 느리게 냉각하는 공정으로 이루어지거나, 또는 400℃의 온도로 가열된 연속로에서 약 1분간 "플래시(flash)" 어닐링 처리하고 즉시 냉각하는 공정으로 이루어지는 중간 어닐닝 처리를 2.5㎜의 두께로 실행한다. 스트립으로부터 취한 샘플을 570℃의 온도에서 1분 미만 동안 용체화 열처리를 실시한 이후, 냉각수에서 담금질한다. 합금 B, D, F, G, H 및 I로 제조된 샘플에, 산업적인 프리-에이징을 모사하도록 담금질 직후에 오일 욕에서 100℃의 온도로 2시간 동안 보완적 처리를 적용한다.

실온에서 3주 및 6개월의 에이징 처리 이후에 L 방향에서의 항복 강도(R_0.2; MPa 단위)를 측정하고, 이어서 165℃ 또는 185℃에서 30분 동안 에이징 처리를 행하여, 도료 베이킹 처리를 모사하였다. LDH 파마리터를 이용하여 (mm 단위로) 성형성을 또한 측정하였는데, 주요 변형은 압연 방향에 대해 각각 수평 및 수직을 이루었다. 그 결과를 표 2에 기재한다.

3주의 에이징 처리 이후에, 본 발명에 따른 샘플 I가, 종래의 6016(샘플 A)과 동일한 수준이고 6111 합금(C 및 D) 및 6022 합금(E)의 대응하는 수치보다 현저하게 낮은 수준의 항복 강도를 갖는 것으로 확인되었다. 다른 합금 샘플에 관련한 샘플 I의 항복 강도의 위치는 6개월의 에이징 처리 이후에도 변경되지 않았다.

LDH 파라미터에 의해 측정한 성형성은 실질적으로 베스트 합금(DR 100)의 성형성과 같은 수준으로 우수하다. 또한, 압연 방향 및 이 압연 방향에 수직한 방향으로 LDH의 측정값은 실질적으로 동일한데, 이는 다른 샘플의 경우에는 항상 적용되는 것이 아니며, 이로 인하여 성형 시에 양호한 등방성을 제공할 수 있다.

반대로, 프리-에이징 처리에 후속하여 도료를 베이킹 처리한 이후에 샘플 I의 항복 강도의 수치는 크고, 6016 및 DR100 합금의 수치보다 현저히 크며, 구리 함량이 많은 함금 F의 수치와 동일한 수준이고, 최종 부품의 높은 덴트 저항성을 보장하는 2가지 6111 등급의 수치의 중간값이다.

또한, 두께가 1 mm인 시트 상에서 압연에 평행한 방향과 압연에 직각인 방향으로 헤밍 가공 동안의 반응을 측정하였으며, 인산염 처리, 전기영동 및 도장 이후의 사상 부식에 대한 저항성과, 인발 가공 이후에 절단 또는 트리밍 가공을 행하는 경우에 필라멘트 슬라이버의 발생 또는 발생 부족을 측정하였다.

헤밍 시험은 3가지 작업, 즉 90 ℃에서 에지를 플랜징하는 작업과, 45 ℃에서 프리-헤밍 가공하는 작업과, 두께가 0.7 mm인 라이닝판을 편평하게 헤밍 가공 작업으로 실시된다. 그 후, 헤밍 가공된 가장자리는 Daniel 등이 IBEC 99에 발표한 논문에 기술된 바와 같이 시각 검사에 의해 분류된다.

사상 부식에 대한 저항성은 도장 및 스크래칭을 행한 150 ×60 ×1 mm의 샘플에 대하여 표준 EN 3665에 따라 평가된다. 시험 과정에는 1 시간 동안 HCl 증기에 의한 부식을 활성화한 후, 습한 실내에 1000 시간 동안 40 ℃에서 노출시키는 것이 포함된다. 부식 필라멘트의 최대 길이를 측정하고, 각 경우마다 3 개의 시편의 평균값을 취하여, < 2 mm = 우등, 2∼5 mm = 중간, > 5 mm = 열등으로 분류한다. 절단 시험은 앞서 언급된 Daniel 등이 IBEC 99에 발표한 논문에 기술되어 있다.

클리어런스는 두께의 10%이었고, 절삭각은 0°이였다.

그 결과를 표 3에 제공된다.

	A	B	C	D	E	F	G	H	I
헤밍	양호	양호	균열	균열	균열	오렌지 껍질	양호	양호	양호
프리헤밍	양호	양호	균열	균열	오렌지 껍질	오렌지 껍질	균열 시작	오렌지 껍질	양호
사상부식	양호	양호	나쁨	나쁨	양호	중간	양호	양호	양호
슬라이버	없음	없음	필라멘트	필라멘트	슬라이버	없음	없음	없음	없음

샘플 I의 거동은 전술한 여러 평가 기준을 만족시키므로, 완벽한 외관을 갖는 차체 외장 패널 부품이 제조될 수 있는 것으로 확인되었다.

예 2

예 1과 유사하지만 표 4에서도 언급되어 있는 바와 같이, 성형 이후 및 조립 이전의 열 처리 단계와 프리-에이징 단계를 반드시 포함하는 것은 아닌 제조 과정을 이용하여, 표 4에 표시된 조성물을 갖는 알루미늄 합금 패널을 제조하였다. 패널의 치수는 1.6 m ×0.9 m 이다.

각 합금에 대해, 폴딩 가공에 의해 획득되고 직사각형의 짧은 쪽에 평행한 리브를 각각 포함하고 있는 상이한 기하학적 형상의 3개의 패널을 테스트하였다.

이들 패널을, 차체 외장 패널 시트가 차량의 강제 구조체상에 알루미늄 합금으로 이루어진 경우를 모사하기 위해 직사각형 강제 프레임에 리벳팅하였다. 조립은 직사각형의 긴 쪽에서 50㎜의 피치로 리벳팅함으로써 이루어진다. 전기영동 베이킹을 모사하기 위해 160℃에서 20분 동안 열처리 한 후에 패널의 잔류 변형을 관찰하였다. 또한, 상온 및 160℃의 베이킹 온도에서의 패널의 기계적 특성[극한 강도 R_m 및 항복 강도 R_0.2 (㎫ 단위)]을 약 20℃/min과 동일한 온도 상승율로 측정하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다.

샘플	패널 1 변형	패널 2 변형	패널 3 변형	R_0.2 실온	R_m 실온	R_0.2 160℃	R_m 160℃
J	극저			261	321	239	250
K	저	극저	극저	160	282	148	208
L	고			164	309	137	220
M	고	저	극저	142	263	127	186
N	극저			122	230	106	161

본 발명에 따른 합금은 베이킹 후의 잔류 두께가 효율적으로 감소한다는 것이 확인되었다. 합금의 성능은 베이킹 온도에서의 항복 강도와 명백하게 서로 관련이 있다. 마지막으로, 조립 전에 열처리하고 리브를 추가하게 되면 변형을 감소시키는 데에 유리하다.

예 3

5 시간의 평가 시간 동안의 프리-에이징을 실시하고 도료의 베이킹을 모사하기 위해 상이한 온도에서 20분간 열처리하는 것을 포함하는 예 1에 제시한 형태의 제조 과정에 따라 생성되고, 본 발명에 따른 합금 및 6016 DR100 합금으로 이루어진 1 ㎜ 두께의 시트의 동적 압입에 대한 저항성을 평가하여, 도료의 베이킹 후에 290㎫과 동일한 항복 강도를 갖는 0.7 ㎜ 두께의 강제 시트의 대응하는 값과 비교하였다. 베이킹 가공 이후에, 차체에 사용하기 위한 강제 시트의 항복 강도의 290 MPa 수치는 최근에 유럽제 차량에서 종종 사용하는 본체 외장 패널에 사용하는 강제 시트의 평균 항복 강도에 거의 상응한다. 1 mm 두께의 알루미늄 시트는 0.7 mm 두께의 알루미늄 시트에 비해 약 50% 이상의 신장율을 견딜 수 있다.

압입 경도 시험에 사용되는 장치는 직경이 15 mm이고, 중량이 138g인 압입체로 구성되며, 이 압입체는 1 m 높이에서 약 16 km/h의 속도로 두 개의 강판 사이에 클램핑되어 있는 샘플 시트로 낙하된다. 압입 깊이(mm)를 측정한다. 이 결과는 표 6에 제시되어 있다.

베이킹 온도	R_0.2 본발명전체	R_0.2 DR100	R_0.2 강철	압입 본발명전체	압입 DR100	압입 강철
170℃	193	161	290	1.55	1.80	1.45
185℃	217	189	290	1.45	1.62	1.45
205℃	230	207	290	1.38	1.46	1.45

185℃의 도료 베이킹 온도에 있어서, 본 발명에 따른 1 mm 두께의 시트는 0.7 mm 두께의 강제 시트와 동일한 덴트 저항성을 갖는다. DR100 합금에 있어서, 이것은 차량 제작에 통상적으로 채용되는 온도보다 높은 205℃의 도료 베이킹 온도에서만 실현된다. 6111과 같은 보다 강한 합금은 시장에서 요구하는 덴트 저항성을 초과하겠지만, 이것은 특히 헤밍 가공 중에 성형성을 손실할 수 있다.

Claims

0.8 내지 1.2 mm 두께의 차체 외장 패널 부품용 시트로서,

Fe: 0.25 중량% 내지 0.35 중량%,

Si: 0.95 중량% 내지 1.10 중량%,

Cu: 0.15 중량% 내지 0.20 중량%,

Mg: 0.40 중량% 내지 0.50 중량%,

Mn: 0.08 중량% 내지 0.15 중량%, 및

총 함량이 0.15% 미만인 기타 원소를 포함하고,

상기 기타 원소는 각각 0.05중량% 미만인 크롬, 바나듐 및 지르코늄, 그리고 불순물로 이루어지며,

잔부는 알루미늄으로 이루어지고,

용체화(solution) 열처리, 담금질, 프리-에이징(pre-ageing) 또는 복원(reversion) 및 3주 내지 6개월 동안 실온에서의 에이징 이후, L 방향에서의 항복 강도 R_0.2가 160 MPa 보다 작은 것인 차체 외장 패널 부품용 시트.
제1항에 있어서, 용체화 열처리, 담금질, 프리-에이징 또는 복원 및 3주 내지 6개월 동안 실온에서의 에이징 이후, L 방향에서의 항복 강도 R_0.2가 150 MPa 보다 작은 것인 차체 외장 패널 부품용 시트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용체화 열처리는, 20℃/min의 온도 증가율로 테스트를 수행한 미분 엔탈피 분석 다이어그램에서 피크 영역이 565 내지 580℃ 범위에서 1 J/g 보다 작도록 이루어지는 것인 차체 외장 패널 부품용 시트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프리-에이징은

[여기서 T(°K)는 온도이며, t는 프리-에이징 시간이고, T_ref는 373°K]에 의해 정의되는 등가 시간 T_eq가 1 내지 10시간 사이에 있도록 소정 온도와 시간에서 수행되는 것인 차체 외장 패널 부품용 시트.
제4항에 있어서, T_eq는 3 시간 내지 6 시간 사이에 있는 것을 특징으로 하는 차체 외장 패널 부품용 시트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압연 방향과 이에 대한 직각 방향 사이의 성형성의 이방성 LDH₀이 1 mm보다 작은 것인 차체 외장 패널 부품용 시트.
제6항에 있어서, 상기 압연 방향과 이에 대한 직각 방향 사이의 성형성의 이방성 LDH₀은 0.6 mm보다 작은 것인 차체 외장 패널 부품용 시트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 160℃에서 측정된 항복강도는 140 MPa보다 큰 것을 특징으로 하는 차체 외장 패널 부품용 시트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 입경이 50 μm 보다 작은 것인 차체 외장 패널 부품용 시트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 조직화된 표면(textured surface)을 갖는 것인 차체 외장 패널 부품용 시트.
제1항 또는 제2항에 있어서, 건식 윤활제로 피복된 것인 차체 외장 패널 부품용 시트.
제1항 또는 제2항에 따른 시트로 제조된 외장 패널 부품으로서, 용체화 열처리하고, 템퍼링 및 담금질하여, 자연적 에이징 처리하고, 인발하여, 도료 베이킹에 의한 인공적 에이징 처리한 상태에서 (L 또는 TL 방향에서의) 항복 강도 R_0.2가 180 MPa 보다 큰 것인 외장 패널 부품.
제12항에 있어서, 용체화 열처리하고, 템퍼링 및 담금질하여, 자연적 에이징 처리하고, 도료 베이킹에 의한 인공적 에이징 처리된 상태에서 (L 또는 TL 방향에서의) 항복 강도 R_0.2가 200 MPa 보다 큰 것인 외장 패널 부품.
제1항 또는 제2항에 따른 시트로 제조된 외장 패널 부품으로서,

상기 부품은 도료 베이킹 처리 이전에 강철 구조상에 조립되는 것을 특징으로 하는 외장 패널 부품.