KR101246106B1

KR101246106B1 - 자동차 내,외장재용 알루미늄합금판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101246106B1
Application number: KR1020120062937A
Authority: KR
Inventors: 류재영
Original assignee: 주식회사 대호에이엘
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2013-03-20

Abstract

본 발명은 자동차 내,외장재용 알루미늄합금판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 마그네슘(Mg) 3.2~3.8중량%와, 망간(Mn) 0.5~0.8중량%와, 철(Fe) 0.05~0.3중량%와, 규소(Si) 0.01~0.3중량%와, 아연(Zn) 0.05~0.25중량%와, 크롬(Cr) 0.001~0.2중량%와, 구리(Cu) 0.05~0.15중량% 및 티타늄(Ti) 0.02~0.1중량%로 이루어진 합금원소와 상기 합금원소를 뺀 나머지 잔량부를 차지하는 알루미늄을 용해로에 장입시켜서 용해하고, 용해된 용탕은 유지로에 이탕시켜서 탈가스제의 투입으로 불순물을 제거하고, 불순물이 제거된 용탕은 주조기로 이탕시켜서 슬라브(Slab)를 주조하고, 주조된 슬라브는 열간압연하여 열간압연코일을 얻도록 하고, 열간압연 코일은 냉간압연하여 원하는 두께의 냉간압연코일을 얻도록 하며, 냉간압연코일은 소둔열처리 하여 연성이 회복된 알루미늄합금판을 얻도록 함으로서, 합금원소들의 최적의 합금비로 기존 알루미늄합금판이 갖는 성형성과 용접성 및 내식성을 지니도록 하면서 강도는 훨씬 강화된 알루미늄합금판을 얻을 수 있도록 하여 자동차 내,외장재로서의 사용시 충돌사고에 의한 피해를 최소화할 수 있도록 한 것이다.

Description

자동차 내,외장재용 알루미늄합금판 및 그 제조방법{ALUMINIUM ALLOY PLATE FOR AUTOMOBILE INTEROR/EXTERIOR MATERIALS AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 자동차 내,외장재용 알루미늄합금판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

근래에 들어 자동차 관련업계에서는 연비개선 등을 위한 경량화 추세에 따라 각종 내,외장재를 일반 금속에 비해 가볍고 또 성형성이 우수한 알루미늄합금으로 급속히 대체하고 있는 추세에 있다.

그러나 이제껏 자동차 내,외장재의 성형 제조시 이용되고 있는 알루미늄합금은 자동차의 특성을 고려한 합금방법이 적용된 것이 아니라 가전제품이나 일반기계기구의 부품제조시 가장 흔히 이용되고 있는 JIS규격 A5052재질로서, 이는 알루미늄을 마그네슘과 크롬, 규소, 철, 아연 등과 소정비율로 합금하여 구성함에 따라 성형성과 용접성 및 내식성 등이 우수하고 또 여타 다른 알루미늄합금들에 비해 강도가 강해 가전제품이나 일반산업기계기구의 부품 등 산업전분야에서 가장 널리 이용되고 있기는 하나 자동차 내,외장재용으로서는 만족할 수가 없게 된다.

즉, 자동차는 외부의 거친 환경에 노출될 뿐 아니라 충돌사고 발생시 큰 충격이 가해지게 됨을 감안할때 기존 JIS규격 A5052재질의 알루미늄합금으로 이루어진 내,외장재들은 충돌사고 등에 의해 큰 충격이 가해질시 쉽게 변형되거나 파손되므로 그로 인한 피해가 가중될 수밖에 없어 물적 피해가 더해지게 됨은 물론 돌이킬 수 없는 치명적인 인명사고로 이어질 수가 있게 되는 등의 문제점들이 있는 것이다.

본 발명의 목적은 기존 JIS규격 A5052재질의 알루미늄 합금이 갖는 특성에 강도가 더욱 더해진 알루미늄합금을 제조할 수 있는 자동차 내,외장재용 알루미늄합금판 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적달성을 위한 본 발명 자동차 내,외장재용 알루미늄합금판 및 그 제조방법은 마그네슘(Mg) 3.2~3.8중량%와, 망간(Mn) 0.5~0.8중량%와, 철(Fe) 0.05~0.3중량%와, 규소(Si) 0.01~0.3중량%와, 아연(Zn) 0.05~0.25중량%와, 크롬(Cr) 0.001~0.2중량%와, 구리(Cu) 0.05~0.15중량% 및 티타늄(Ti) 0.02~0.1중량%를 나머지 잔량부를 이루는 알루미늄과 함께 용해로에 장입하여 용해시키고, 용해된 용탕은 유지로로 이탕시켜서 탈가스제의 투입에 의해 용탕내의 불순물이 제거되게 하고, 유지로 내의 용탕은 주조기로 이탕시켜서 슬라브를 주조하고, 주조된 슬라브는 재결정온도 이상의 온도로 열처리하여 슬라브내 조직을 균일하게 하고, 열처리된 슬라브는 열간압연하여 열간압연코일을 얻도록 하고, 열간압연코일은 냉간압연하여 원하는 두께의 냉간압연코일을 얻도록 하며, 냉간압연코일은 소둔열처리하여 원하는 두께를 지닌 고강도 알루미늄합금판을 얻도록 함을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 알루미늄합금판을 얻기 위한 최적의 합금비율을 제시함으로서, 기존 알루미늄합금판이 갖는 성형성과 용접성 및 내식성 등을 유지하도록 하면서 강도는 훨씬 강화된 알루미늄합금판을 얻을 수가 있어 자동차 내,외장재의 성형, 제조시 이용될 경우 강도가 강화된 만큼 충돌사고시 인적, 물적 피해를 최소화할 수가 있게 되는 등의 효과가 있는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 하며, 다만 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기술이나 기능 등에 대한 구체적인 설명으로 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 상세한 설명을 생략하기로 한다.

본 발명은 마그네슘(Mg) 3.2~3.8중량%와, 망간(Mn) 0.5~0.8중량%와, 철(Fe) 0.05~0.3중량%와, 규소(Si) 0.01~0.3중량%와, 아연(Zn) 0.05~0.25중량%와, 크롬(Cr) 0.001~0.2중량%와, 구리(Cu) 0.05~0.15중량% 및 티타늄(Ti) 0.02~0.1중량%로 이루어진 모합금(母合金)과 상기 모합금을 뺀 나머지 잔량부의 고순도 알루미늄을 용해로에 장입시켜서 용해하는 용해단계와, 용해로에 의해 용해된 용탕을 유지로로 이탕시켜서 용탕 내의 각종 불순물들을 제거하는 불순물 제거단계와, 불순물이 제거된 용탕을 주조기로 이탕시켜서 슬라브(Slab)를 주조하는 주조단계와, 주조된 슬라브를 열처리하는 균질단계와, 열처리된 슬라브를 열간압연하여 열간압연코일을 얻도록 하는 열간압연단계와, 열간압연코일을 냉간압연하여 원하는 두께의 냉간압연코일을 얻도록 하는 냉간압연단계 및 냉간압연코일을 소둔열처리하여 원하는 두께를 지닌 고강도 알루미늄합금판을 얻도록 하는 소둔단계로 구성된다.

한편 본 발명의 용해단계에서 모합금(母合金)을 구성하는 합금원소들 중 마그네슘(Mg)은 고용체로 존재하여 매트릭스에 고용됨으로써 고용강화에 의해 제품의 강도를 강화시켜 주게 되고 또 가공경화성을 증가시켜주게 됨은 물론 그에 따라 성형성 향상에도 기여할 수가 있게 되나, 그 함유량이 3.2중량%이하로서 고용량이 적어지게 되면 제품의 강도가 저하되고 또 함유량이 3.8중량%를 초과하게 되면 용탕의 유동성이 저하될 뿐 아니라 가공경화가 발생하여 성형성까지도 저하되므로 주어진 투입량을 지켜주어야만 다른 합금원소들과 어울어져 원하는 기능을 만족시켜 줄 수가 있게 된다.

망간(Mn)은 철(Fe) 및 규소(Si)와 공존하도록 함으로써 주조시 미세한 정출물(Al-Fe-Mn-Si계 금속간화합물α상)을 생성시켜서 제품의 강도를 강화하여 성형성을 개선해 주게 되나, 그 함유량이 0.5중량%이하에서는 효과가 충분치 않고 또 함유량이 0.8중량%를 초과하게 되면 주조시 조대한 정출물(MnAl₆)이 생성되어 성형성이 저하되므로 이 역시 주어진 투입량을 지켜주어야만 다른 합금원소들과 어울어져 원하는 기능을 만족시켜 줄 수가 있게 된다.

철(Fe)은 결정립을 미세화하는 효과가 있는 반면 철 고유의 특성으로 인하여 내식성을 저하시키게 되나, 망간(Mn) 및 크롬(Cr)이 함께 첨가되므로 응력부식 및 입계부식방지에 유효하고 또 망간(Mn) 및 규소(Si)와 공존하도록 함으로써, 주조시에 미세한 정출물(Al-Fe-Mn-Si계 금속간화합물α상) 생성에 의한 제품의 강도 강화로 성형성을 개선해 주게 되나, 그 함유량이 0.05중량%이하에서는 금속간 화합물의 생성량이 감소하여 성형성 개선에 도움을 줄 수가 없게 되고 또 함유량이 0.3중량% 이상이 되면 내식성이 저하되므로 이 역시 주어진 투입량을 지켜 주어야만 다른 합금원소들과 어울어져 원하는 기능을 만족할 수가 있게 된다.

규소(Si)는 용탕 내의 주조성을 향상시키는 역할을 하게 되고 또 철(Fe) 및 망간(Mn)과 공존하여 주조시 미세한 정출물(Al-Fe-Mn-Si계 금속간화합물α상) 생성에 의한 제품의 강도 강화로 성형성을 개선해 주게 된다. 즉 α상이 적절히 분포될 수 있도록 작용하여 성형성을 개선해 주게 된다.

그러나 규소의 함유량이 0.01중량% 이하에서는 주조성 향상을 기대할 수가없게되고 또 그 함유량이 0.3중량%를 초과하게 되면 조대한 화합물이 발생하여 제품의 성형성을 저하시키게 되므로 이 역시 주어진 투입량을 지켜주어야만 다른 합금원소들과 어울어져 원하는 기능을 만족할 수가 있게 된다.

아연(Zn)은 Al-Mg-Zn계 입자가 석출되어 제품의 강도를 향상시킬 수 있게 되나, 그 함유량이 0.05중량% 이하에서는 결정립 미세화 효과를 기대할 수가 없게 되고 또 함유량이 0.25중량%이상이 되면 석출의 입자가 조대해져 강도향상을 기대할 수가 없게 되므로 이 역시 주어진 투입량을 지켜주어야만 다른 합금원소들과 어울어져 원하는 기능을 만족할 수가 있게 된다.

크롬(Cr)은 주조시 슬라브의 내응력을 향상시켜서 균열발생을 예방해 주게 되는데, 그 함유량이 0.001중량%이하에서는 내응력저하로 주조시 슬라브의 균열이 발생되고 또 함유량이 0.2중량%이상이 되면 거대정출물이 생성되어 성형성 저하를 가져오게 되므로 이 역시 주어진 투입비율을 지켜 주어야만 다른 합금원소들과 어울어져 원하는 기능을 만족할 수가 있게 된다.

구리(Cu)는 구리 고유의 특성상 내식성을 저하시키게 되나, 망간(Mn) 및 크롬(Cr)을 첨가함으로써 응력부식 및 입계부식 방지에 유효하고 또 제품의 강도 및 성형성을 향상시켜 주게 되는데, 그 함유량이 0.05중량%이하에서는 강도약화를 가져오게 되고 또 함유량이 0.15중량%이상이 되면 Al-Mg계 합금의 장점인 내식성 저하를 가져오게 되므로 이 역시 주어진 투입량을 지켜주어야만 다른 합금원소들과 어울어져 원하는 기능을 만족할 수가 있게 된다.

티타늄(Ti)은 주조시 Al-Ti-B계의 결정립 미세화제로서 첨가되어 주조시 슬라브의 크랙발생을 방지해 주게 되는데, 그 함유량이 0.02중량%이하에서는 결정립 미세화 효과를 기대할 수가 없게 되고 또 함유량이 0.1중량%이상에서는 주조시 조대한 Al-Ti계 금속간 화합물이 정출되기 때문에 성형성을 저하시키게 되므로 이 역시 주어진 투입비율을 지켜 주어야만 다른 합금원소들과 어울어져 원하는 기능을 만족할 수가 있게 된다.

그리고 알루미늄 모합금(母合金)을 용융하는 용융단계는 용해로를 이용하여 알루미늄과 여러 합금원소들을 용해하여 합금하기 위한 것으로서, 본 발명에서는 약730~760℃온도하에서 용해가 이루어지도록 하게 되나, 이러한 용해온도조건은 생산성 향상을 위한 최적의 조건일 뿐 알루미늄과 합금원소들의 용융점 이상 온도하에서 충분한 용융이 이루어질 수 있는 시간동안 용융해 주는 것이면 모두 만족한다.

또한 용해단계에서 용해된 용탕 내의 불순물을 제거하는 불순물 제거단계는 용해로로부터 유지로로 이탕된 용탕 내에 탈가스제를 투입하여 용탕내의 불필요한 불순물(개재물 및 가스 등)들을 제거해 주도록 하게 되는데, 이러한 불필요한 불순물들의 효과적인 제거를 위하여 유지로에는 약720~750℃온도가 주어지게 된다.

또한 주조단계는 유지로 내에서 불순물 제거단계를 거친 용탕을 주조기로 이탕시켜서 주조기를 이용하여 슬라브를 주조해 주게 된다.

또한 균질단계는 주조단계에서 주조된 슬리브를 균질기를 이용하여 약520~540℃온도하에서 1차 열처리가 이루어지도록 하고 또 1차열처리후 약500~520℃온도하에서 2차 열처리가 이루어지도록 한 뒤 이후의 열간압연단계시 열간압연에 적합한 약500~570℃ 온도하에서 출고되게 한다.

또한 열간압연단계는 균질처리된 슬리브를 열간압연기가 갖는 두개의 롤러 사이로 통과시켜서 약3~7㎜의 열간압연코일을 얻도록 하게 된다.

또한 냉간압연단계는 열간압연된 코일을 얻고자 하는 최종두께로 성형하기 위한 단계로서, 열간압연된 코일을 냉간압연기가 갖는 두개의 롤러 사이로 통과시켜서 원하는 두께의 냉간압연코일을 얻도록 하게 된다.

그리고 소둔단계는 냉간압연코일을 최고온도 약380~400℃와 유지온도 약330~370℃에서 소둔한 후 공랭하여 냉간압연코일의 가공경화해소로 연성이 회복된 고강도 알루미늄합금판을 얻도록 하게 된다.

아래 표 1은 JIS규격의 기존 알루미늄합금과 본 발명에 의해 제조되는 알루미늄합금(A5000)의 합금원소들의 분포량을 비교한 비교표이다.

위 합금원소 비교표에서 확인되는 바와 같이 JIS규격의 기존 알루미늄합금과 본 발명에 의해 제조되는 알루미늄합금(A5000)은 각 합금원소들의 분포량을 전혀 달리하고 있음을 알 수가 있으며, 이러한 차이로 인하여 본 발명은 기존 알루미늄합금이 갖는 성형성과 용접성 및 내식성 등을 지니도록 하면서 강도는 훨씬 강화된 알루미늄합금판을 얻을 수가 있게 된다.

즉 본 발명의 알루미늄합금판을 구성하는 합금원소들 중 마그네슘(Mg)은 고용체로 존재하여 매트릭스에 고용됨으로써 고용강화에 의해 제품의 강도를 강화시켜 주게 되고 또 가공경화성을 증가시켜 주게 됨은 물론 그에 따라 성형성을 향상시켜 주게 된다.

또한 망간(Mn)은 철(Fe) 및 규소(Si)와 공존하도록 함으로써 주조시 미세한 정출물(Al-Fe-Mn-Si계 금속간화합물 α상) 생성에 의한 제품의 강도 강화로 성형성을 개선해 주게 된다.

또한 철(Fe)은 결정립을 미세화하는 효과가 있는 반면 철 고유의 특성상 내식성을 저하시키게 되나, 망간(Mn) 및 크롬(Cr)을 첨가하여 응력부식 및 입계부식을 방지해 주도록 하면서 망간(Mn) 및 규소(Si)와 공존하도록 함으로서 주조시 미세한 정출물(Al-Fe-Mn-Si계 금속간화합물 α상) 생성에 의한 제품의 강도 강화로 성형성을 개선해 주게 된다.

또한 규소(Si)는 용탕 내의 주조성을 향상시키는 역할을 하게 되고 또 철(Fe) 및 망간(Mn)과 공존하도록 함으로서 주조시 미세한 정출물(Al-Fe-Mn-Si계 금속간화합물 α상) 생성에 의한 재품의 강도 강화로 성형성을 개선해 주게 된다.

또한 아연(Zn)은 Al-Mg-Zn계 입자가 석출되어 제품의 강도를 향상시켜 줄 수가 있게 된다.

또한 크롬(Cr)은 주조시 슬라브의 내응력을 향상시켜서 균열발생을 예방해 주게 된다.

또한 구리(Cu)는 고유의 특성상 내식성을 저하시키게 되나, 망간(Mn) 및 크롬(Cr)을 첨가함으로써 응력부식 및 입계부식방지에 유효하고 또 제품의 강도 및 성형성을 향상시켜 줄 수가 있게 된다.

그리고 티타늄(Ti)은 주조시 Al-Ti-B계의 결정립 미세화제로서 첨가되어 주조시 슬라브의 크랙발생을 방지해 주게 된다.

따라서 본 발명은 기존 알루미늄합금과 같이 성형성과 용접성 및 내식성 등을 만족하면서 강도는 훨씬 강화된 알루미늄합금판을 얻을 수가 있게 된다.

아래의 제1시험결과에 게재된 TEST REPORT는 한국화학융합시험연구원의 시험결과로서, 시험의뢰한 시료명 A5000 재질의 알루미늄합금은 본 발명을 통하여 얻게되는 알루미늄합금판이 합금원소들을 모두 포함하고 있고 또 시료를 구성하는 합금원소들의 투입비율은 본 발명에서 제시된 투입비율 범위내에 포함되는 것임을 확인할 수가 있다.

제1시험결과

아래의 제2시험결과에 게재된 TEST REPORT 역시 한국화학융합시험연구원의 시험결과로서, 본발명을 통하여 얻게 되는 시료명 A5000 알루미늄합금판은 내열성 시험 및 내한성 시험에 각각 이상없음으로 기재되어 있음을 확인할 수가 있다.

제2시험결과

아래의 제3시험결과에 게재된 TESR REPORT 역시 한국화학융합시험연구원의 시험결과로서, 본발명을 통하여 얻게 되는 시료명 A5000p(0.85T) 알루미늄합금판의 시험결과 인장강도는 272N/㎟이고 또 항복강도는 144N/㎟이며 연신율은 22%인 고강도를 지니고 있음을 확인할 수가 있다.

제3시험결과

아래의 제4시험결과에 게재된 TEST REPORT 역시 한국화학융합시험연구원의 시험결과로서, 본발명을 통하여 얻게 되는 시료명 A5000(1.0T) 알루미늄합금판의 시험결과 인장강도는 276N/㎟이고 또 항복강도는 135N/㎟이며 연신율은 22%인 고강도를 지니고 있음을 확인할 수가 있다.

제4시험결과

아래의 제5시험결과에 게재된 TEST REPORT 역시 한국화학융합시험연구원의 시험결과로서, 본 발명을 통하여 얻게 되는 시료명 A5000(1.4T) 알루미늄합금판의 시험결과 인장강도는 275N/㎟이고 또 항복강도는 153N/㎟이며 연신율은 21%인 고강도를 지니고 있음을 확인할 수가 있다.

제5시험결과

따라서 본 발명을 통하여 얻게 되는 알루미늄합금판은 기존 알루미늄합금이 갖는 성형성과 용접성 및 내식성 등을 모두 지니도록 하면서 강도는 기존 알루미늄합금에 비해 훨씬 강화시켜 줄 수가 있게 되므로 자동차 내,외장재로서 요구되는 강도를 충분히 만족시켜 줄 수가 있게 된다.

이상에서 본 발명에 따른 알루미늄합금판 및 그 제조방법에 대하여 설명하였으나, 그 사용용도는 자동차 내,외장재용으로 한정하는 것이 아니라 무게가 무거운 일반금속부품을 대체하는 산업전분야에 적용가능함을 유의하여야 하며, 특허권리범위는 여기에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 기재된 사항과 균등한 범위의 모든 기술적 사항에 대하여 미친다 할 것임은 자명하다 할 것이다.

Claims

삭제
마그네슘(Mg)과 망간(Mn)과, 철(Fe)과, 규소(Si)와, 아연(Zn)과, 크롬(Cr)과, 구리(Cu) 및 티타늄(Ti)으로 이루어진 합금원소들과 상기 합금원소들을 뺀 나머지 잔량부를 차지하는 고순도 알루미늄을 용해로에 잠입시켜서 용해하는 용해단계와, 상기 용해단계에서 용해된 용탕을 유지로로 이탕시켜서 탈가스제의 투입으로 용탕 내의 불순물들을 제거하는 불순물 제거단계와, 상기 불순물 제거단계에서 불순물이 제거된 용탕을 주조기에 이탕시켜서 슬라브(slab)를 주조하는 주조단계와, 상기 주조단계에서 주조된 슬라브를 열처리하여 균질화하는 균질단계와, 상기 균질단계에서 균질화된 슬라브를 열간압연하여 열간압연코일을 얻도록 하는 열간압연단계와, 상기 열간압연단계에서 열간압연된 열간압연코일을 냉간압연하여 원하는 두께의 냉간압연코일을 얻도록 하는 냉간압연단계 및 상기 냉간압연코일을 소둔열처리하여 연성이 회복된 알루미늄합금판을 얻도록 하는 소둔단계로 이루어지는 자동차 내,외장재용 알루미늄 합금판의 제조방법에 있어서, 상기 용해단계의 합금원소들은 마그네슘(Mg) 3.2~3.8중량%와, 망간(Mn) 0.5~0.8중량%와, 철(Fe) 0.05~0.3중량%와, 규소(Si) 0.01~0.3중량%와, 아연(Zn) 0.05~0.25중량%와, 크롬(Cr) 0.001~0.2중량%와, 구리(Cu) 0.05~0.15중량% 및 티타늄(Ti) 0.02~0.1중량%로 이루어져 잔량부를 차지하는 고순도 알루미늄과 함께 730~760℃ 온도하에서 용해가 이루어지도록 함을 특징으로 하는 자동차 내,외장재용 알루미늄 합금판의 제조방법.
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