KR101023617B1

KR101023617B1 - 내소부 연화성이 우수한 알루미늄 합금판

Info

Publication number: KR101023617B1
Application number: KR1020067005994A
Authority: KR
Inventors: 피지 자오; 마사루 시노하라
Original assignee: 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2011-03-21
Also published as: WO2005061744A1; US8524015B2; AU2003296181A1; KR20060115355A; EP1698710A4; CN1860246A; CA2540409C; CN100549201C; US20080295922A1; CA2540409A1; EP1698710A1

Abstract

소부 처리 전의 강도가 높고, 게다가 내소부 연화성이 높은 Al-Mg계 합금판을 제공한다. 질량 ％로, Mg : 2 내지 5 ％, Fe : 0.05 초과 1.5 ％ 이하, Mn : 0.05 내지 1.5 ％ 및 결정립 미세화제를 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 불가피적 불순물 중 Si : 0.20 ％ 미만으로 하고, Fe + Mn > 0.3 ％이며, Fe의 고용량이 50 ppm 이상이고 원 상당 직경으로 1 내지 6 ㎛의 금속간 화합물이 5000 개/㎟ 이상 존재하고 게다가 재결정 입경의 평균치가 20 ㎛ 이하이다.

내소부 연화성, 결정립 미세화제, 알루미늄 합금판, 불가피적 불순물, 금속간 화합물

Description

내소부 연화성이 우수한 알루미늄 합금판 {ALUMINUM ALLOY SHEET EXCELLENT IN RESISTANCE TO SOFTENING BY BAKING}

본 발명은 가전 제품이나 자동차의 외판 등의 구조재과 같이, 예를 들어 도장 후에 소부(燒付) 처리가 실시되고, 게다가 소부 처리 후의 재료에 높은 강도가 요구되는 알루미늄 합금판에 관한 것이다.

Al-Mg계 합금은 성형성이 양호하므로 상술한 기술 분야에서는 다양하게 제안되어 있고, 시작품 및 그 밖의 물품에 사용되고 있다.

예를 들어, 일본 특허 공개 평7-278716호 공보는 특정량의 Mg를 함유하는 Al-Mg 합금에, Si, Fe의 허용량을 높은 듯하게 설정하여 첨가하고, 주조시에는 주조편 두께를 얇게 하여 용탕의 응고 속도를 규정하여 금속간 화합물의 사이즈를 제한할 수 있었던 국부 신장이 우수한 성형 가공용 알루미늄 합금판을 개시하고 있다.

그런데, 상술한 기술 분야에서는 소부 처리 후의 재료에 최근 점점 높은 강도가 요구되고 있으며, 소부 처리 전의 강도가 높고 게다가 소부 처리를 실시해도 강도 저하가 적은, 즉 소부 연화율이 작은 Al-Mg계 합금이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 소부 처리 전의 강도가 높고 게다가 내소부 연화성이 높은, 즉 소부 연화율이 작은 Al-Mg계 합금판을 제공하는 것이다.

본 발명자는, Al-Mg계 합금판 중의 Fe 고용량을 높게 하고, 게다가 재결정립 사이즈를 미세한 것으로 하면 소부 처리 전의 강도가 높고 또한 내소부 연화성이 우수한 것을 발견하여 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명은 질량 ％로, Mg : 2 내지 5 ％, Fe : 0.05 ％ 초과 1.5 ％ 이하, Mn : 0.05 내지 1.5 ％ 및 Zr : 0.001 내지 0.2 ％, Ti : 0.001 내지 0.3 ％, B : 0.0001 내지 0.1 ％ 중 어느 하나 이상을 포함하는 결정립 미세화제를 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 불가피적 불순물 중 Si : 0.15 ％ 미만으로 하고, Fe + Mn > 0.3 ％이고, Fe의 고용량이 50 ppm 이상이고, 원 상당 직경으로 1 내지 6 ㎛의 금속간 화합물이 5000 개/㎟ 이상 존재하고, 게다가 재결정 입경의 평균치가 15 ㎛ 이하인 재결정립 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 내소부 연화성이 우수한 알루미늄 합금판을 제공한다.

이와 같이 Fe의 고용량을 높게 하고, 재결정립 사이즈를 미세화함으로써 강도가 높고 또한 내소부 연화성이 우수한 알루미늄 합금판으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상술한 조성에 Cu를, 0.05 ％ 초과 0.5 ％까지 더 함유시킬 수 있다. Cu를 함유시킴으로써 강도와 내소부 연화성이 더욱 향상된다.

본 발명의 알루미늄 합금판의 조성의 한정 이유를 설명한다. 또한, ％로 표시한 각 성분의 함유량의 단위는 특별한 기재가 없는 경우에는 질량 ％이다.

[Mg : 2 내지 5 ％]

Mg는 강도의 향상과 성형성 부여를 위해 첨가하는 것이며, 하한치 2 ％ 미만 에서는 상기한 효과가 적다. 상한치 5 ％를 초과하면 응력 부식 균열이 발생되기 쉬운 영역으로 들어가, 이것을 저지하기 위한 특별한 처리가 필요해지므로 바람직하지 않다. Mg 함유량은, 바람직하게는 4.5 ％ 이하이다.

[Fe : 0.05 ％ 초과 1.5 ％ 이하, Mn : 0.05 내지 1.5 ％, Fe + Mn > 0.3 ％]

Fe는 Fe의 고용량을 증가시켜 전위의 회복을 억제하고, 내소부 연화성을 부여하기 위한 것이다. 또한, Fe와 Mn을 공존시킴으로써 다수의 금속간 화합물 예를 들어 Al-Fe계, Al-Fe-Mn계 등의 정출을 촉진하고, 재결정 핵의 개수를 증가시켜 재결정립의 사이즈를 미세하게 한다. Fe 함유량이 0.05 ％ 이하이거나 Mn 함유량이 0.05 ％ 미만이라도 상기한 효과가 적어진다. 한편, Fe 함유량 및 Mn 함유량 중 어느 한쪽이라도 상한치 1.5 ％를 초과하면 조대 정출물이 생성되어 성형성이 열화되므로 바람직하지 않다.

본 발명에서 규정하는 사이즈 및 개수의 금속간 화합물을 정출시키기 위해서는, Fe와 Mn이 공존할 필요가 있다. 이 공존 효과를 얻기 위해서는 Fe 및 Mn의 합계 함유량(Fe + Mn)을 0.3 ％보다 크게 할 필요가 있다. Fe + Mn 합계 함유량은, 바람직하게는 0.35 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.4 ％ 이상이다. 또한, Fe 함유량 및 Mn 함유량의 각각의 상한치의 한정 이유로 설명한 관점에서 2 ％ > Fe + Mn인 것이 바람직하다.

[Cu : 0.05 ％ 초과 0.5 ％ 이하]

Cu는 강도와 내소부 연화성을 더욱 향상시키기 위해 첨가한다. Cu 함유량이 0.05 ％ 이하에서는 상기한 효과가 적고, 또한 상한치 0.5 ％를 초과하면 내식성이 저하한다.

[결정립 미세화제]

결정립 미세화제는, 용탕이 응고할 때의 급냉에 의한 주조 균열의 발생을 방지하기 위해 첨가한다. 결정립 미세화제로서는, Zr, Ti, B가 대표적인 원소이다. Zr : 0.001 내지 0.2 ％, Ti : 0.001 내지 0.3 ％ 중 어느 1 종류를 단독 첨가 또는 2 종류를 복합 첨가할 수 있다. B : 0.0001 내지 0.1 ％를 단독 첨가해도 좋지만 Zr 또는 Ti와 복합 첨가해도 좋다. 특히 Ti와 복합 첨가하면 효과가 상승한다. 결정립 미세화제의 합계 함유량은 0.001 내지 0.3 ％로 하는 것이 바람직하다.

[불가피적 불순물]

불가피적 불순물은 알루미늄 지금(地金), 반재(返材), 용제 지그 등으로부터 혼입되는 것이며, Si, Cr, Ni, Zn, Ca, V가 대표적인 원소이다.

특히 Si는 반재로부터 많이 혼입되므로 배합에는 주의를 필요로 한다. 지나치게 함유하면, Mg₂Si가 정출되어 성형성이 열화된다. 따라서, 함유량의 상한을 0.2 ％ 미만으로 억제해야 한다. 바람직하게는 0.15 ％ 미만이다.

Cr은 Al-Mg계 합금의 응력 부식 균열 방지에 첨가되므로 반재로부터 혼입되기 쉽지만, 본 발명에 있어서는 0.3 ％ 미만이면 허용할 수 있다.

Ni는 0.2 ％ 미만, Ga 및 V는 각각 0.1 ％ 미만으로 하는 것이 바람직하다.

상기한 것 이외의 불가피적 불순물은, 특히 성형성 확보의 관점에서 합계 함 유량을 0.3 ％ 미만으로 억제해야 한다.

[Fe의 고용량 : 50 ppm 이상]

Fe의 고용량을 많게 하는 것은 강도와 내소부 연화성 부여를 위한 것이며, Fe의 고용량을 증가시킴으로써 압연 가공에 있어서 가공 후의 강도가 향상하고, 소부 처리에 있어서 전위의 회복을 억제하여 연화의 정도를 적게 한다. 바람직한 Fe의 고용량은 60 ppm 이상, 더욱 바람직하게는 70 ppm 이상이다.

[원 상당 직경으로 1 내지 6 ㎛의 금속간 화합물이 5000 개/㎟ 이상]

원 상당 직경으로 1 내지 6 ㎛의 금속간 화합물은 재결정립의 핵이 될 수 있는 것으로, 재결정립의 미세화에 기여한다. 1 ㎛ 미만의 금속간 화합물은 재결정립의 핵이 될 수 없다. 또한, 1 내지 6 ㎛의 금속간 화합물의 개수가 5000 개/㎟ 미만에서는 본 발명에 따른 미세 재결정립이 얻어지지 않는다. 바람직하게는, 6000 개/㎟ 이상이다.

[재결정 입경의 평균치가 20 ㎛ 이하]

최종 소둔(燒鈍) 후의 재결정립의 미세화는, 조대 결정립의 집합체인 판에 대해 판 강도를 향상시키기 위한 것이다. 재결정 입경의 평균치가 상한치를 초과하면, 강도의 향상이 적어 바람직하지 않다. 바람직한 재결정 입경의 평균치는 15 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다.

다음에, 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다. 단, 이 방법으로 한정할 필요는 없다.

본 발명의 알루미늄 합금의 용제에 있어서는, 용탕 조성을 조정 후에 탈가 스, 진정하고 필요에 따라 조성의 미조정을 실시하고 결정립 미세화제를 노(爐) 내 또는 홈통 내에서 첨가하여 주조에 이용한다.

주조 방법은 특별히 한정하지 않는다. 북 몰드, 두께가 얇은 DC, 쌍롤, 벨트 캐스터, 3C, 블록 캐스터 등 어떠한 것이라도 좋다.

주조시의 용탕의 냉각 속도는 슬래브 두께의 1/4의 위치에서 40 내지 90 ℃/초의 범위로서 미세한 금속간 화합물을 다수 형성시킨다. 본 발명의 조성 범위 내에 있어서 용탕의 냉각 속도가 40 ℃/초 미만이면 화합물의 사이즈가 커져 원 상당 직경으로 1 내지 6 ㎛의 화합물 밀도가 5000 개/㎟ 미만이 되고, 또한 90 ℃/초를 초과하면 화합물의 사이즈가 작아져 원 상당 직경으로 1 내지 6 ㎛의 화합물 밀도가 5O00 개/㎟ 미만이 된다. 금속간 화합물의 원 상당 직경 평균 사이즈는, 2 내지 3 ㎛이다.

이와 같이 하여 얻어진 시트 슬래브는 요망에 따라 열간 압연을 실시하고, 냉간 압연하여 원하는 두께의 판으로 하여 이것을 최종 소둔하여 재결정시킨다. 이 사이 냉간 압연 전, 또는 도중에서 소둔해도 좋지만, 최종 소둔 처리에 이용되는 압연판의 압연율은 85 ％ 이상으로 한다. 최종 소둔은 연속 소둔(CAL) 혹은 배치(batch) 소둔에 의해 행한다. 연속 소둔은, 코일을 권취하면서 연속적으로 소둔하는 것이며, 판의 승온 속도를 5 ℃/초 이상으로 하고, 400 내지 520 ℃의 온도로 1초 내지 10분간 정도 유지하여 재결정시킨다. 배치 소둔은, 코일을 소둔 노 내에서 처리하는 것이며, 판의 승온 속도는 40 ℃/시간 정도에서, 300 내지 400 ℃의 온도로 10분 내지 5시간 정도 유지하여 재결정시킨다. 판의 재결정 입경의 평균치 는 상기 금속간 화합물의 사이즈 및 수 및 최종 소둔 전의 압연율이 아울러 20 ㎛ 이하가 된다. 이러한 판은, 그 상태로 혹은 평탄도를 얻기 위해 압연율 0.5 내지 5 ％ 정도의 스킨패스, 혹은 레벨러를 통해 실용에 이용된다.

(제1 실시예)

표1에 기재된 조성의 용탕을 탈가스 진정 후, 슬래브 두께를 얇게 하여 DC 주조법으로 주조하였다. 이 시트 슬래브를 면삭 후 냉간 압연하고, 두께 1 mm의 판으로 하였다. 계속해서 이 판을 연속 소둔(CAL)하였다. 소둔 후의 판의 금속간 화합물 사이즈, 개수, 재결정 입경 평균치, Fe의 고용량 및 0.2 ％ 내력(YS), 항장력(UTS), 신장(EL)을 측정하였다. 다음에 상기한 소둔 후의 판에 5 ％의 인장의 예비 왜곡을 부여하여 0.2 ％의 내력을 측정하였다. 계속해서 예비 왜곡을 부여한 판에 180 ℃ × 30분의 소부 처리를 상정한 가열 처리를 실시하여, 냉각 후 0.2 ％의 내력을 측정하였다. 이상의 공정 및 측정 결과를 표2 및 표3에 정리하여 나타낸다.

다음에 비교예로서, 상기 용탕을 DC 주조법에 의해 냉각 속도를 바꾸어 주조하였다. 이와 같이 하여 얻어진 슬래브를 압연하여, 소부 처리를 상정한 가열 처리를 실시하였다. 공정 및 측정 결과를 실시예와 마찬가지로 표2 및 표3에 정리하여 나타낸다.

[표1]

[표2]

[표3]

표1 내지 표3에 기재한 결과로부터, 본 발명에 따른 시료 번호 1, 2, 3, 4, 5 및 6은 금속간 화합물의 밀도가 높기 때문에 재결정 입경의 평균치가 작고, 0.2 ％ 내력이 높고, Fe의 고용량이 많으므로 소부 연화율이 낮은 것을 알 수 있었다. 한편, 비교예에 따른 시료 번호 7 및 8은 금속간 화합물의 밀도가 낮으므로 재결정 입경이 크고, 0.2 ％ 내력이 낮고, Fe의 고용량이 적으므로 연화율이 큰 것을 알 수 있다. 비교예의 시료 번호 9는 최종 소둔 전의 냉간 압연율이 낮으므로, 재결정 입경의 평균치가 크고 0.2 ％ 내력이 낮고, Fe의 고용량이 적으므로 연화율이 크다.

(제2 실시예)

표4에 기재된 조성의 용탕을 탈가스 진정 후, 쌍벨트 주조법을 채용하여 용탕의 냉각 속도 75 ℃/초로 두께 7 mm의 슬래브를 주조하였다. 이 슬래브를 냉간 압연하여, 두께 1 mm의 판(압연율 86 ％)으로 하였다. 계속해서, 이 판을 연속 소둔(CAL)하였다. 소둔 후의 판의 금속간 화합물 사이즈, 개수, 재결정 입경, Fe의 고용량 및 0.2％ 내력(YS), 항장력(UTS), 신장(EL)을 측정하였다. 다음에 상기한 소둔 후의 판에 5 ％의 인장의 예비 왜곡을 부여하여 0.2 ％의 내력을 측정하였다. 계속해서 예비 왜곡을 부여한 판에 180 ℃ × 30분의 소부 처리를 상정한 가열 처리를 실시하여 냉각 후 0.2 ％의 내력을 측정하였다. 이상의 공정 및 측정 결과를 표5 및 표6에 정리하여 나타낸다.

다음에 비교예로서, 상기 용탕을 냉각 속도 30 ℃/초에서 두께 38 mm의 슬래브를 주조하였다. 또한, 쌍롤법으로(냉각 속도 30O ℃/초) 7 mm 슬래브도 주조하였다. 공정 및 측정 결과를 실시예와 마찬가지로 나타낸다.

[표4]

[표5]

[표6]

표4 내지 6에 기재한 결과로부터, 본 발명에 관한 시료 번호 1 내지 5의 것은, 금속간 화합물의 밀도가 높으므로 재결정 입경이 작고, O.2 ％ 내력이 높고, Fe의 고용량이 많으므로 소부 연화율이 낮은 것을 알 수 있다. 한편 비교예에 관한 시료 번호 6의 것은, 금속간 화합물의 밀도가 낮으므로 재결정 입경이 크고, 0.2 ％ 내력이 낮아 Fe의 고용량이 적으므로 연화율이 큰 것을 알 수 있다. 비교예의 시료 번호 7의 것은, 금속간 화합물의 밀도가 낮으므로 재결정 입경이 크고, 0.2 ％ 내력이 낮은 것을 알 수 있다. 비교예의 시료 번호 8의 것은, 최종 소둔 전의 냉간 압연율은 85 ％에 충족하고 있지 않으므로 재결정 입경이 크고, 0.2 ％ 내력이 낮고, Fe의 고용량이 적으므로 연화율이 크다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판은 내소부 연화성이 우수하므로 성형 후 도장 등을 실시한 후, 도료를 소부 처리해도 연화의 정도가 낮고, 예를 들어 자동차의 보디 시트 등의 용도에 폭 넓게 사용할 수 있으므로 공업적 가치가 매우 높다.

Claims

질량 ％로, Mg : 2 내지 5 ％, Fe : 0.05 ％ 초과 1.5 ％이하, Mn : 0.05 내지 1.5 ％ 및 Zr : 0.001 내지 0.2 ％, Ti : 0.001 내지 0.3 ％, B : 0.0001 내지 0.1 ％ 중 어느 하나 이상을 포함하는 결정립 미세화제를 함유하고, 잔부 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 불가피적 불순물 중 Si : 0.15 ％ 미만으로 하고, Fe + Mn > 0.3 ％이며, Fe의 고용량이 50 ppm 이상이고, 원 상당 직경으로 1 내지 6 ㎛의 금속간 화합물이 5000 개/㎟ 이상 존재하고, 게다가 재결정 입경의 평균치가 15 ㎛ 이하인 재결정립 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 내소부 연화성이 우수한 알루미늄 합금판.
제1항에 있어서, Cu를, 0.05 ％ 초과 0.5 ％ 이하 더 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 내소부 연화성이 우수한 알루미늄 합금판.