KR101520195B1 - 성형용 알루미늄 합금판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금판에서의 β상의 석출을 저감하여, 프레스 성형성을 향상시킨 성형용 알루미늄 합금판을 제공하는 것이다. 본 발명은 Mg: 6.0질량% 이상 15.0질량% 이하를 포함하는 Al-Mg계 합금으로 이루어지는 성형용 알루미늄 합금판으로서, 합금판의 표면에 설정된 전체 판 폭(W)을 1변으로 하는 정방 형상의 영역에 있어서, 판 폭 방향 및 판 길이 방향으로 소정의 간격(a, b)으로 설정된 복수의 판 폭 방향 측정점(Px)에서 Mg 농도를 측정하여, 복수의 판 폭 방향 측정점(Px)에서 측정된 Mg 농도의 평균값을 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)로 하고, 복수의 판 폭 방향 측정점(Px)에 대하여, 판 두께 방향으로 소정의 간격으로 전체 판 두께에 걸쳐 설정된 복수의 판 두께 방향 측정점(Py)에서 Mg 농도를 측정하여, 복수의 판 두께 방향 측정점(Py)에서 측정된 Mg 농도의 평균값을 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)로 했을 때, 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)와 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)의 차이(Ci-Co)로 정의되는 영역 Mg 편석도(X)의 절대값은, 최대값이 0.5질량% 이하이며, 평균값이 0.1질량% 이하이다.
Description
본 발명은 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금판으로서, 높은 성형성을 갖는 성형용 알루미늄 합금판에 관한 것이다.
주지된 대로, 종래부터, 자동차, 선박, 항공기 또는 차량 등의 수송기, 기계, 전기 제품, 건축, 구조물, 광학 기기, 기물의 부재나 부품용으로서, 각종 알루미늄 합금판이 합금마다의 각 특성에 따라서 범용되고 있다. 이들의 알루미늄 합금판은, 많은 경우, 프레스 성형 등으로 성형되어, 상기 각 용도의 부재나 부품으로 된다. 고성형성의 점에서는, 알루미늄 합금 중에서도, 강도·연성 균형이 우수한 Al-Mg계 합금이 유리하다. 이 Al-Mg계 합금으로서는, 예컨대, JIS A5052, 5182 등이 대표적인 합금이다. 그러나, 이 Al-Mg계 합금판은 종래의 냉연 강판과 비교하면, 연성이 뒤떨어지고, 성형성이 뒤떨어지고 있다. 이 때문에, 종래부터, Al-Mg계 합금판의 성분계의 검토나 제조 조건의 최적화 검토가 행해지고 있다.
예컨대, Mg 함유량이 6질량%, 가능하면 8질량%를 초과하도록 Al-Mg계 합금의 Mg 함유량을 증가시키면, 강도·연성 균형이 향상된다. 그러나, DC 주조 등으로 주조한 주괴를 균열 처리 후에 열간 압연하는 보통의 제조 방법에서는, 이러한 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금판을 공업적으로 제조하는 것은 곤란하다. 그 이유는, 주조 시에 주괴에 Mg이 편석하거나, 보통의 열간 압연 시에 Al-Mg계 합금의 연성이 현저히 저하되기 때문에 균열이 발생하기 쉬워지는 것이다.
한편, 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금판을, 균열이 발생하는 온도 대역을 피하여, 저온에서 열간 압연으로 제조하는 것도 곤란하다. 그 이유는, 이러한 저온 압연에서는, 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금의 재료의 변형 저항이 현저히 높아져, 현재의 압연기의 능력으로는, 제조할 수 있는 제품 크기가 극단적으로 한정되기 때문이다. 또한, Al-Mg계 합금의 Mg 함유 허용량을 증가시키기 위해서, Fe나 Si 등의 제3 원소를 첨가하는 방법 등도 제안되어 있다. 그러나, 이들 제3 원소의 함유량이 증가되면, 조대(粗大)한 금속간 화합물이 형성되기 쉽고, 알루미늄 합금판의 연성이 저하된다. 따라서, Mg 함유 허용량의 증가에는 한계가 있고, 8질량%를 넘는 양의 Mg을 함유시키는 것은 곤란했다.
이 때문에, 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금판을 쌍 롤식 등의 연속 주조법으로 제조하는 것이 여러가지 제안되어 있다.
예컨대, 특허문헌 1에 기재된 자동차용 알루미늄 합금판은 쌍 롤식 연속 주조법으로 제조되고 Mg 함유량이 6 내지 10질량%인 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금판이다. 여기에는, Al-Mg계 금속간 화합물의 평균 크기가 10㎛ 이하이다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 자동차 보디 시트용 알루미늄 합금판은 연속 주조법으로 제조되고 Mg 함유량이 2.5 내지 8질량%인 Al-Mg계 합금판이다. 여기에는, 10㎛ 이상의 Al-Mg계 금속간 화합물의 개수가 300개/mm2 이하이고, 평균 결정 입경이 10 내지 70㎛이다.
또한, 특허문헌 3에는, 쌍 롤식 연속 주조법으로 제조되고 Mg 함유량이 8 내지 14질량%인 Al-Mg계 합금판이 기재되어 있다. 여기에는, 판 두께 방향에 걸쳐 측정된 각 Mg 농도와 이들을 평균화한 평균 Mg 농도의 관계에서, 평균 Mg 농도로부터의 각 Mg 농도의 차이 폭의 최대값을 절대값으로 4질량% 이하, 평균값을 절대값으로 0.8질량% 이하로 하고 있다. 이에 의해, Al-Mg계 금속간 화합물의 석출이 억제되어 있다.
특허문헌 1, 2에 기재되어 있는 것과 같이, 주조 시에 정출(晶出)하는 Al-Mg계 금속간 화합물은 프레스 성형 시에 파괴의 기점이 되기 쉽다. 따라서, 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금판의 프레스 성형성을 향상시키기 위해서는, Al-Mg계 금속간 화합물(β상이라고도 말함)을 미세화시키는 것, 또는 조대한 β상을 적게 하는 것이 유효하다. 그리고, 특허문헌 1, 2에서는, 주조 공정에서의 냉각 속도(주조 속도)를 빠르게 하여, 주조 시에 정출하는 Al-Mg계 금속간 화합물을 억제하고 있다. 단, Al-Mg계 합금판의 Mg 함유량이 높아질수록, 주조 공정에서의 냉각 속도 제어만으로 프레스 성형성에 악영향이 없는 정도로 β상을 저감하는 것은 어렵다고 하는 문제가 있다.
특허문헌 3에서는, 균질화 열 처리와 최종 소둔 조건에 의해 판 두께 방향에 걸쳐 Mg의 편석 정도(Mg 농도 분포)를 억제함으로써 Mg의 편석(농도 불균일)에 기인하는 Al-Mg계 금속간 화합물(β상)의 석출이 억제되어 있다. 그러나, 종래 기술의 쌍 롤식 연속 주조법을 이용하여 제조된 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금판은 판의 폭 방향으로도 Mg의 편석이 발생한다. 그 때문에, 판 두께 방향에 걸쳐 Mg의 편석 정도를 억제한 것만으로는 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금판의 β상을 프레스 성형성에 악영향을 주지 않는 정도로 저감하는 것은 어렵다고 하는 문제가 있다.
따라서, 주조 공정에서의 냉각 속도나, 주조 공정 이후에서의 균질화 열 처리와 최종 소둔 조건에 의한 판 두께 방향에 걸친 Mg의 편석 정도의 억제 외에, 또는 이에 더하여, 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금판의 β상을 프레스 성형성에 악영향이 없는 정도로 저감할 수 있는 기술이 요망되고 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 그 과제는, 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금판의 내부에서의 β상의 석출을 저감하여, 프레스 성형성을 향상시킨 성형용 알루미늄 합금판을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판은 Mg: 6.0질량% 이상 15.0질량% 이하를 포함하고, 잔부가 Al 및 불순물인 성형용 알루미늄 합금판으로서, 상기 성형용 알루미늄 합금판의 표면에 설정된 전체 판 폭을 1변으로 하는 정방 형상의 영역에 있어서, 판 폭 방향 및 판 길이 방향으로 소정의 간격으로 설정된 복수의 판 폭 방향 측정점에서 Mg 농도를 측정하여, 복수의 상기 판 폭 방향 측정점에서 측정된 Mg 농도의 평균값을 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)로 하고, 복수의 상기 판 폭 방향 측정점에 대하여, 판 두께 방향으로 소정의 간격으로 전체 판 두께에 걸쳐 설정된 복수의 판 두께 방향 측정점에서 Mg 농도를 측정하여, 복수의 상기 판 두께 방향 측정점에서 측정된 Mg 농도의 평균값을 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)로 했을 때, 상기 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)와 상기 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)의 차이(Ci-Co)로 정의되는 영역 Mg 편석도(X)의 절대값은, 그 최대값이 0.5질량% 이하이며, 또한 그 평균값이 0.1질량% 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의하면, 성형용 알루미늄 합금판의 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)와 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)의 차이로 정의되는 영역 Mg 편석도(X)가 소정값 이하의 최대값 및 평균값인 것에 의해, 성형용 알루미늄 합금판의 판 전체, 즉, 판 두께 방향 및 판 폭 방향의 양 방향에서의 Mg의 편석이 억제된다. 이 때문에, 성형용 알루미늄 합금판의 내부에서의 β상의 석출이 저감됨과 함께, 성형 시의 불균일 변형이나, 불균일 변형에 기인한 변형 집중이 억제된다.
본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판에 있어서는, 상기 영역 Mg 편석도(X)에 더하여, 상기 영역 Mg 편석도(X)의 산출에 있어서, 상기 판 폭 방향 측정점의 적어도 1개에서, 판 두께 방향으로 소정의 간격으로 전체 판 두께에 걸쳐 측정된 Mg 농도를 판 두께 방향 Mg 농도(Ct)로 했을 때, 상기 판 두께 방향 Mg 농도(Ct)와 상기 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)의 차이(Ct-Ci)로 정의되는 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 절대값은, 그 최대값이 4질량% 이하이며, 또한 그 평균값이 0.8질량% 이하인 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 상기 영역 Mg 편석도(X)에 더하여, 성형용 알루미늄 합금판의 판 두께 방향 Mg 농도(Ct)와 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)의 차이로 정의되는 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)가 소정값 이하의 최대값 및 평균값인 것에 의해, Mg의 편석이 더욱 억제된다. 이 때문에, 성형용 알루미늄 합금판의 내부에서의 β상의 석출이 더욱 저감됨과 함께, 성형시의 불균일 변형이나, 불균일 변형에 기인한 변형 집중이 더욱 억제된다.
본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판에 있어서는, 상기 Mg의 함유량이 8질량% 초과 14질량% 이하인 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, Mg 함유량을 소정 범위로 규정함으로써, 성형용 알루미늄 합금판의 강도, 연성이 향상됨과 함께, 성형용 알루미늄 합금판의 내부에서의 β상의 석출이 저감된다.
본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판에 있어서는, 상기 불순물이, Fe: 1.0질량% 이하, Si: 0.5질량% 이하, Ti: 0.1질량% 이하, B: 0.05질량% 이하, Mn: 0.3질량% 이하, Cr: 0.3질량% 이하, Zr: 0.3질량% 이하, V: 0.3질량% 이하, Cu: 1.0질량% 이하, Zn: 1.0질량% 이하 중의 적어도 1종 이상의 원소인 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 불순물로서의 Fe, Si의 함유량을 규제함으로써, 성형용 알루미늄 합금판의 내부에 Al-Mg-(Fe,Si) 등으로 이루어지는 Al-Mg계 금속간 화합물이나, Al-Fe, Al-Si 등으로 이루어지는 Al-Mg계 이외의 금속간 화합물이 석출되는 것이 억제된다. 이에 의해, 파괴 인성이나 프레스 성형성이 향상된다. 또한, 불순물로서의 Ti, B, Mn, Cr, Zr, V, Cu, Zn의 함유량을 규제함으로써, 프레스 성형성이 저해되지 않는다.
본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판에 의하면, Mg의 편석을 억제함으로써 β상의 형성이 저감되어, 우수한 프레스 성형성을 얻을 수 있다. 또한, 성형용 알루미늄 합금판은 Mg 함유량을 보다 좁은 범위로 규제하거나, Mg 이외에 Fe, Si, Ti, B, Mn, Cr, Zr, V, Cu, Zn의 적어도 1종 이상의 원소를 불순물로서 함유하고, 그 함유량을 규제함으로써, 프레스 성형성이 더욱 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판의 Mg 편석도를 산출할 때에 사용되는 Mg 농도의 복수의 측정점을 나타내고, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판의 제조 시에 사용되는 박판 연속 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판의 제조 시에 사용되는 박판 연속 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 요건을 만족하는 성형용 알루미늄 합금판에서의 영역 Mg 편석도의 산출 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 요건을 만족하지 않는 성형용 알루미늄 합금판에서의 영역 Mg 편석도의 산출 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 요건을 만족하는 성형용 알루미늄 합금판에서의 판 두께 방향 Mg 편석도의 산출 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 요건을 만족하지 않는 성형용 알루미늄 합금판에서의 판 두께 방향 Mg 편석도의 산출 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판의 제조 시에 사용되는 박판 연속 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판의 제조 시에 사용되는 박판 연속 주조 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 요건을 만족하는 성형용 알루미늄 합금판에서의 영역 Mg 편석도의 산출 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 요건을 만족하지 않는 성형용 알루미늄 합금판에서의 영역 Mg 편석도의 산출 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 요건을 만족하는 성형용 알루미늄 합금판에서의 판 두께 방향 Mg 편석도의 산출 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 요건을 만족하지 않는 성형용 알루미늄 합금판에서의 판 두께 방향 Mg 편석도의 산출 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판의 실시 형태에 대하여, 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 성형용 알루미늄 합금판(이하, 알루미늄 합금판으로 칭함)은, 고함유량의 Mg을 포함하는 알루미늄 합금으로서, 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co) 및 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)로 정의되는 영역 Mg 편석도(X)가 소정값 이하로 규제되어 있는 것을 특징으로 한다.
우선, 본 실시 형태에 따른 알루미늄 합금판의 화학 성분 조성에 대하여, 각 합금 원소의 의의, 및 그 수치 한정 이유에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 따른 알루미늄 합금판은, Mg: 6.0질량% 이상 15.0질량% 이하를 포함하고, 잔부가 Al 및 불순물인 알루미늄 합금, 즉 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금으로 구성된다. 또한, 본 실시 형태에 따른 알루미늄 합금판은, Mg 이외의 원소로서, Fe: 1.0질량% 이하, Si: 0.5질량% 이하, Ti: 0.1질량% 이하, B: 0.05질량% 이하, Mn: 0.3질량% 이하, Cr: 0.3질량% 이하, Zr: 0.3질량% 이하, V: 0.3질량% 이하, Cu: 1.0질량% 이하, Zn: 1.0질량% 이하의 적어도 1종 이상의 원소를 불순물로서 함유하는 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금으로 구성되는 것이 바람직하다.
(Mg)
Mg은 Al 합금판의 강도, 연성을 높이는 중요 합금 원소이다. Mg 함유량이 6.0질량% 미만이면, 강도, 연성이 부족하여, 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금의 특징이 나타나지 않고, 프레스 성형성이 부족하다. 한편, Mg 함유량이 15.0질량%를 초과하면, 제조 방법이나 조건의 제어를 행하여도, 알루미늄 합금판의 Mg의 편석, 즉 상기 영역 Mg 편석도를 소정 범위 내로 규정하는 것이 어려워진다. 영역 Mg 편석도가 소정 범위 내로 규정되지 않는 경우, 알루미늄 합금판에서의 β상의 석출이 많아지고, 프레스 성형성이 현저히 저하되는 것 외에, 가공 경화량이 커져, 냉간 압연성도 저하된다. 따라서, Mg 함유량은 6.0질량% 이상 15.0질량% 이하, 바람직하게는 8질량%를 초과하고 14질량% 이하이다.
(Fe 및 Si)
Fe 및 Si는 가능한 한 적은 양으로 규제되어야 하는 원소이다. Fe 및 Si는 Al-Mg-(Fe,Si) 등으로 이루어지는 Al-Mg계 금속간 화합물이나, Al-Fe, Al-Si 등의 Al-Mg계 이외의 금속간 화합물로 되어 석출한다. Fe 함유량이 1.0질량%를 초과하는 경우, 또는 Si 함유량이 0.5질량%를 초과하는 경우에는, 이들의 금속간 화합물의 석출량이 과대해져, 파괴 인성이나 성형성을 크게 저해한다. 그 결과, 프레스 성형성이 현저히 저하된다. 따라서, Fe 함유량은 1.0질량% 이하, 바람직하게는 0.5질량% 이하이며, Si 함유량은 0.5질량% 이하, 바람직하게는 0.3질량% 이하이다.
(Ti, B, Mn, Cr, Zr, V, Cu 및 Zn)
Ti 및 B는 주조판(주괴) 조직의 미세화 효과를 갖고, Mn, Cr, Zr 및 V에는 압연판 조직의 미세화 효과를 갖는다. 또한, Cu 및 Zn은 강도를 향상시키는 효과도 갖는다. 이 때문에, 본 발명의 합금판의 특성인 프레스 성형성을 저해하지 않는 범위에서, 이들의 효과를 겨냥하여 이들의 원소를 1종 이상 함유시키는 것은 허용된다. 이들의 원소의 허용량은, Ti: 0.1질량% 이하, B: 0.05질량% 이하, Mn: 0.3질량% 이하, Cr: 0.3질량% 이하, Zr: 0.3질량% 이하, V: 0.3질량% 이하, Cu: 1.0질량% 이하, Zn: 1.0질량% 이하가 바람직하다.
다음으로, 알루미늄 합금판의 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co), 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci), 및 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co) 및 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)로 정의되는 영역 Mg 편석도(X)에 대하여, 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다.
(판 폭 방향 평균 Mg 농도: Co)
도 1(a)에 나타낸 바와 같이, 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)를 산출하기 위해서는, 우선, 알루미늄 합금판(60)의 표면에, 전체 판 폭(W)을 1변으로 하는 정방 형상의 영역을 설정한다. 이 정방 형상의 영역, 즉 전체 판 폭(W)과, 전체 판 폭(W)과 같은 길이의 판 길이 L에 의해 둘러싸인 영역에서, 판 폭 방향으로 소정의 간격(a), 또한 판 길이 방향으로 소정의 간격(b)으로, 복수의 판 폭 방향 측정점(Px)을 설정한다. 이들 복수의 판 폭 방향 측정점(Px)에서, 알루미늄 합금판(60)의 표면에서의 Mg 농도를 측정한다. 이들의 측정된 Mg 농도의 평균값이, 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)이며, 알루미늄 합금판(60)의 표면에서의 판 폭 방향에서의 Mg의 편석 정도의 지표가 된다. 또한, Mg 농도의 측정에는, 선 분석이 가능한 EPMA(전자선 프로브 마이크로 애널라이저)가 사용되고, 알루미늄 합금판(60)의 판 폭 방향으로 주사하는 것에 의해 Mg 농도가 측정된다.
또한, 알루미늄 합금판(60)의 판 폭 방향의 Mg의 편석 정도의 재현성을 얻기 위해서는 알루미늄 합금판(60)의 표면에 전체 판 폭(W)을 1변으로 하는 정방 형상의 영역을 설정하고, 그 영역 내의 알루미늄 합금판(60)의 표면에서의 Mg 농도를 측정할 필요가 있다. 영역 내에 설정된 판 폭 방향 측정점(Px)의 개수(점수)는, 판 폭 방향에서 판단(板端)을 포함하지 않고서 5점 이상, 또한 판 길이 방향에서 5점 이상의 합계 25점 이상이 바람직하다. 그리고, 판 폭 방향 측정점(Px)의 개수가 25점 이상이 되도록, 판 폭 방향의 간격(a) 및 판 길이 방향의 간격(b)을 설정한다. 또한, 판 길이 방향의 간격(b)은 판 폭 방향의 간격(a)의 0.5 내지 2배로 설정하는 것이 바람직하다.
(판 두께 방향 평균 Mg 농도: Ci)
도 1(b)에 나타낸 것과 같이, 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)를 산출하기 위해서는, 우선, 상기 영역에 설정된 복수의 판 폭 방향 측정점(Px)의 전체에서, 판 두께 방향으로 소정의 간격(c)으로 전체 판 두께(T)에 걸쳐 복수의 판 두께 방향 측정점(Py)을 설정한다. 그리고, 각 판 두께 방향 측정점(Py)의 판 깊이 위치에서의 Mg 농도(후기하는 판 두께 방향 Mg 농도(Ct)와 동일한 의미)를 측정한다. 이들의 측정된 Mg 농도의 평균값이 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)이며, 알루미늄 합금판(60)의 판 두께 방향(판 깊이 방향)에서의 Mg의 편석 정도의 지표가 된다. 또한, Mg 농도의 측정에는, 상기와 같이 EPMA가 이용되고, 판 폭 방향의 단면을 판 두께 방향으로 주사함으로써 전체 판 두께(T)의 범위에서의 각 두께 위치 부분에서의 Mg 농도가 측정된다.
또한, 알루미늄 합금판(60)의 판 두께 방향에서의 Mg의 편석 정도의 재현성을 얻기 위해서, 판 두께 방향의 간격(c)은 0.2mm 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 판 두께 방향 측정점(Py)의 첫회 측정점은, 이미 측정을 필한 상기 판 폭 방향 측정점(Px)이다.
(영역 Mg 편석도: X)
영역 Mg 편석도(X)는, 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)와 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)의 차이(Ci-Co)로 정의되며, 알루미늄 합금판(60) 전체, 즉 판 두께 방향 및 판 폭 방향의 양쪽에서의 Mg의 편석 정도의 지표가 된다. 그리고, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판(60)에서는, 영역 Mg 편석도(X)의 절대값이, 그 최대값으로 0.5질량% 이하, 또한 그 평균값으로 0.1질량% 이하이다. 한편, 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co), 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci) 및 영역 Mg 편석도(X)는, 알루미늄 합금판(60)의 화학 성분 조성, 후기하는 제조 조건, 구체적으로는 주조 시의 냉각 조건, 주조판 판 두께 또는 면삭량(面削量), 균질화 열 처리 조건, 최종 소둔 조건으로 제어된다.
영역 Mg 편석도(X)의 최대값이나 평균값이 (+)측으로 커진 경우, Mg의 편석에 기인하는 β상이 석출되기 쉬워진다. 파괴의 기점이 되는 β상이 증가하면, 강도, 신도가 저하되어, 성형성이 저하된다. 또한, 영역 Mg 편석도(X)의 최대값이나 평균값이 (-)측으로 커진 경우, Mg 농도가 대폭 낮아지는 부분이 국부적으로 많이 존재하는 것이 된다. Mg 농도가 대폭 낮아지는 부분에서는 강도가 낮아진다. 따라서, 성형에서의 인장 변형 시에, Mg 농도가 낮아지는 부분만이 우선적으로 변형하여, 불균일 변형이 생긴다. 이 때문에, 성형 시의 변형이 부분적으로 집중하는 것이 되어, 특히 신도가 저하되어, 성형성이 저하된다.
따라서, 영역 Mg 편석도(X)의 최대값이 절대값으로 0.5질량%를 초과하거나, 또는 그 평균값이 절대값으로 0.1질량%를 초과하는 경우, 즉 본 발명의 어느 것인가의 또는 양쪽의 요건을 만족하지 않는 경우에는, 알루미늄 합금판(60)에서의 성형성이 저하된다.
본 발명에 따른 알루미늄 합금판(60)에서는, 상기 영역 Mg 편석도(X)에 더하여, 판 두께 방향 Mg 농도(Ct) 및 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)로 정의되는 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)가 소정값 이하로 규제되는 것이 바람직하다.
(판 두께 방향 Mg 농도: Ct, 판 두께 방향 평균 Mg 농도: Ci)
판 두께 방향 Mg 농도(Ct)는, 상기한 것과 같이, 도 1(b)에 기재된 복수의 판 두께 방향 측정점(Py)에서 측정된 Mg 농도이다. 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)는 측정된 판 두께 방향 Mg 농도(Ct)의 평균값이다.
단, 판 두께 방향 Mg 농도(Ct) 및 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)는, 상기 영역 Mg 편석도(X)를 산출할 때에, 상기 영역 내의 적어도 1개의 판 폭 방향 측정점(Px)에서 측정된, 판 두께 방향에서의 Mg 농도이다. 판 두께 방향 Mg 농도(Ct)는, 판 폭 중앙부의 판 폭 방향 측정점(Px)의 1점에서 측정된 것으로부터 산출되는 것이 바람직하고, 판 폭 중앙부와 판 폭 양단부의 근방의 3점에서 측정되어, 그들을 평균화하여 산출되는 것이 더욱 바람직하다.
(판 두께 방향 Mg 편석도(Y))
판 두께 방향 Mg 편석도(Y)는, 판 두께 방향 Mg 농도(Ct)와 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)의 차이(Ct-Ci)로 정의되며, 알루미늄 합금판(60)의 판 두께 방향의 Mg의 편석 정도의 지표가 되는 것이다. 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)는, 상기 영역 Mg 편석도(X)와 병용함으로써, 알루미늄 합금판(60)의 판 전체의 Mg의 편석 정도를 양호하게 재현할 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판(60)에서는, 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 절대값이 최대값으로 4질량% 이하, 또한 평균값으로 0.8질량% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 판 두께 방향 Mg 농도(Ct), 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci) 및 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)는, 알루미늄 합금판(60)의 화학 성분 조성, 후기하는 제조 조건, 구체적으로는 주조 시의 냉각 조건, 주조판 판 두께 또는 면삭량, 균질화 열 처리 조건, 최종 소둔 조건으로 제어된다.
판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 최대값이나 평균값이 (+)측으로 커진 경우, Mg의 편석에 기인하는 β상이 석출되기 쉬워진다. 이 때문에, 파괴의 기점이 되는 β상이 증가하여, 강도, 신도가 저하되어, 성형성이 저하된다. 또한, 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 최대값이나 평균값이 (-)측으로 커진 경우, Mg 농도가 대폭 낮아지는 부분이 국부적으로 많이 존재하는 것이 된다. 그 때문에, 이러한 Mg 농도가 대폭 낮아지는 부분에서는 강도가 낮아진다. 이 때문에, 성형에서의 인장 변형 시에, Mg 농도가 낮아지는 부분만이 우선적으로 변형하여, 불균일 변형이 생긴다. 이 때문에, 성형 시의 변형이 부분적으로 집중하는 것이 되어, 특히 신도가 저하되어, 성형성이 저하된다.
따라서, 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 최대값이 절대값으로 4질량%를 초과하거나, 또는 그 평균값이 절대값으로 0.8질량%를 초과하는 경우에는, 알루미늄 합금판(60)에서의 성형성이 저하된다. 즉, 상기 어느 것인가의 요건을 만족하지 않는 경우, 또는 양쪽의 요건을 만족하지 않는 경우에는, 알루미늄 합금판(60)에서의 성형성이 저하된다.
(평균 결정 입경)
본 발명에 따른 알루미늄 합금판은, 그 표면의 평균 결정 입경이 100㎛ 이하인 것이 바람직하다.
알루미늄 합금판 표면의 평균 결정 입경을 100㎛ 이하로 미세화시키는 것에 의해 프레스 성형성이 향상된다. 평균 결정 입경이 100㎛를 초과하여 조대화한 경우, 프레스 성형성이 저하되기 쉽고, 성형 시의 균열이나 거친 표면 등의 불량이 생기기 쉬워진다. 한편, 평균 결정 입경이 너무나 지나치게 세밀하여도, 5000계 알루미늄 합금판에 특유의 SS(stretcher strain) 마크가 프레스 성형 시에 발생한다. 이 관점에서는, 평균 결정 입경은 20㎛ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에서 말하는 결정 입경이란, 판 길이 방향의 결정립의 최대 직경이다. 이 결정 입경은, 알루미늄 합금판을 0.05 내지 0.1mm로 기계 연마한 후, 전해 에칭한 표면을 100배의 광학 현미경을 이용하여 관찰함으로써 상기 L 방향으로 라인 인터셉션(line interception)법으로 측정된다. 1 측정 라인 길이는 0.95mm로 하고, 1 시야당 각 3개로 합계 5 시야를 관찰함으로써 전체 측정 라인 길이를 0.95×15mm로 한다.
다음으로, 상기한 알루미늄 합금판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 알루미늄 합금판은, 용해 주조 공정과, 균질화 열 처리 공정과, 냉간 압연 공정과, 최종 소둔 공정을 경유하여 제조된다. 이하, 각 공정에 대하여 설명한다.
<용해 주조 공정>
용해 주조 공정은, 상기한 화학 성분 조성을 갖는 고 Mg 함유 Al-Mg계 합금을 용해하고, 박판 연속 주조법을 이용하여 용탕으로부터 주조판을 제조하는 공정이다. 박판 연속 주조법으로서는, 흑연 고정 주형식 연속 주조법이 바람직하다.
흑연 고정 주형식 연속 주조법은, 도 2에 나타내는 것과 같은 박판 연속 주조 장치(10)를 이용하여 행해진다. 우선, 보유로(爐)(1)에 저류(貯留)한 용탕(2)이, 주조 입구(1a)로부터 연속 주형(3)(흑연 고정 주형(4))의 내부로 주입된다. 이어서, 수냉 쟈켓(5)에 의해서 흑연 고정 주형(4)을 냉각하면서, 용탕(2)이 흑연 고정 주형(4)에서 응고된다. 이에 의해, 얇은 판 두께의 주조판(6)이 얻어진다. 제작된 주조판(6)은 롤(7)에 의해서 다음 공정으로 반출된다. 이 방법에서는, DC 주조법에 비하여 냉각 속도가 빠르기 때문에, 미세한 주조 조직이 얻어지고, 프레스 성형성이 향상된다. 또한, 비교적 얇은 5mm 정도의 판 두께가 얻어지기 때문에, 종래의 DC 주괴(두께 200 내지 600mm)에서 실시되고 있던 주조 후의 열간 조(粗)압연, 열간 마무리 압연 등의 공정이 생략될 수 있다.
(냉각 속도)
흑연 고정 주형식 연속 주조법에서는, 주조판(6)의 판 두께가 5 내지 20mm의 범위이면, 주조에서의 냉각 속도는 15℃/s로 한다. 냉각 속도가 느리면, Mg의 편석 정도가 커져, Mg 편석도(상기한 영역 Mg 편석도(X) 및 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)를, 이하, Mg 편석도로 칭함)를 본 발명의 범위 내로 억제하는 것이 어려워지고, 이것에 기인하는 β상의 석출을 억제할 수 없을 가능성이 있다. 또한, β상 전반이 조대화되어, 다량으로 석출되는 경향이 있다. 이 결과, 알루미늄 합금판의 프레스 성형성이 현저히 저하될 가능성이 높아진다.
한편, 이 냉각 속도를 직접적으로 계측하는 것은 어렵다. 따라서, 냉각 속도는, 주조된 주조판(6)의 덴드라이트 암 스페이싱(덴드라이트 2차 가지 간격: DAS(dendrite arm spacing))으로 공지된 방법(예컨대, 경금속학회, 1988년 8월 20일 발행, 「알루미늄 덴드라이트 암 스페이싱과 냉각 속도의 측정 방법」 등에 기재된 방법)에 의해 구해진다. 즉, 주조된 주조판(6)의 주조 조직에서 서로 인접하는 덴드라이트 2차 암(2차 가지)의 평균 간격(d)을 교선(交線)법으로 계측하고(시야수 3 이상, 교점수는 10 이상), 이 d를 이용하여 식: d=62×C-0.337(단, d: 덴드라이트 2차 암 간격(mm), C: 냉각 속도(℃/s))으로부터, 냉각 속도가 구해진다. 따라서, 이 냉각 속도는 응고 속도라고도 말할 수 있다.
(주탕(注湯) 온도)
흑연 고정 주형식 연속 주조법에서는, 용탕(2)을 흑연 고정 주형(4)에 주탕할 때의 주탕 온도는, 액상선 온도+50℃ 이상, 또한 액상선 온도+250℃ 이하의 범위이며, 바람직하게는 액상선 온도+100℃ 이상, 또한 액상선 온도+150℃ 이하이다. 주탕 온도가 액상선 온도+50℃ 미만인 경우에는, 주형 내에서 용탕이 응고하여, 주조판 파단이 발생하기 쉬워진다. 주탕 온도가 액상선 온도+250℃를 초과하는 경우에는, 주조 시의 냉각 속도가 늦어져, Mg의 편석 정도가 커진다. 이 경우에는, Mg 편석도를 본 발명의 범위 내로 억제하는 것이 어려워져서, Mg 편석도에 기인하는 β상의 석출이나 성형성의 저하를 억제할 수 없다.
(인발(引拔) 방법)
흑연 고정 주형식 연속 주조법으로서는, 주조의 안정화를 도모하기 위해서, 주조 방향으로 주조판(6)을 보내는 롤(7)을 주기적으로 주조 방향과는 반대 방향으로 회전시켜 주조판(6)을 후퇴시킨다. 후퇴 스트로크(stroke) 길이는 0.5mm 이상 5mm 이하의 범위이며, 바람직하게는 1mm 이상 3mm 이하이다. 또한, 후퇴 전에 1s 이하의 유지 시간이 수용되면, 보다 주조성이 안정된다.
후퇴 스트로크 길이가 5mm를 초과하는 경우에는, 주조판(6)의 표면에 생기는 고 Mg 농도의 편석층이 후퇴 시에 판 내부에 침입하여, 그 부위에서 주조판 균열이 발생하기 때문에 파단된다. 한편, 후퇴 스트로크 길이가 0.5mm 미만인 경우에는, 고액(固液) 공존부가 압축되지 않아, 파단되기 쉬운 고액 공존부 영역에서 주조판(6)이 파단된다. 따라서, 후퇴 스트로크 길이는 0.5mm 이상 5mm 이하의 범위이다.
(평균 주조 속도)
흑연 고정 주형식 연속 주조법에서는, 용탕(2)을 흑연 고정 주형(4)으로 주조할 때, 평균 주조 속도는 100mm/min 이상 500mm/min 이하의 범위이며, 바람직하게는 250mm/min 이상 350mm/min 이하이다. 평균 주조 속도가 100mm/min 미만인 경우에는, 주조 입구(1a) 부근에서 용탕(2)이 급속히 응고됨으로써 롤(7)로 인발할 때에 그 부위의 인출(引出) 저항이 증대되기 때문에, 주조판(6)이 파단되기 쉽다. 평균 주조 속도가 500mm/min을 초과하는 경우에는, 주조판 출구(4a) 부근에서, 냉각 부족에 의한 용탕 누출이 발생한다.
(주조판 두께)
흑연 고정 주형식 연속 주조법에서는, 연속 주조하는 주조판(6)의 판 두께는 5mm 이상 20mm 이하의 범위이다. 판 두께가 5mm 미만인 경우에는, 주조 입구(1a) 부근에서 용탕(2)이 급속히 응고됨으로써, 롤(7)로 인발할 때에, 그 부위의 인출 저항이 증대되기 때문에, 주조판(6)이 파단되기 쉽다. 판 두께가 20mm를 초과하는 경우에는, 주조의 냉각 속도가 현저히 늦어져, Mg의 편석 정도가 커진다. 이 경우에는, Mg 편석도를 본 발명의 범위 내로 억제하는 것이 어려워져서, Mg 편석도에 기인하는 β상의 석출을 억제할 수 없을 가능성이 있다. 또한, β상 전반이 조대화되거나, 다량으로 석출되는 경향이 있다. 이 결과, 프레스 성형성이 현저히 저하될 가능성이 높아진다.
(면삭 처리)
흑연 고정 주형식 연속 주조법에서는, 주조판(6)의 표면에서 Mg 편석이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 제작된 주조판(6)의 판 양면을 소정량 깎는 면삭 처리를 행하는 것이 바람직하다. 면삭 처리에 의해 판 양면의 Mg 편석부를 제거함으로써 Mg 편석도를 본 발명의 범위 내로 억제할 수 있다. Mg 편석부의 깊이는 후퇴 스트로크 길이에 대응되기 때문에, 면삭량은 상기한 인발 방법의 후퇴 스트로크 길이로 한다.
이상, 박판 연속 주조 방법에 대하여, 흑연 고정 주형식 연속 주조법을 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않는다. 알루미늄 합금판의 Mg 편석도를 본 발명의 범위 내로 억제할 수 있는 방법이면 어떠한 방법이어도 좋고, 예컨대, 쌍 롤식 연속 주조법이어도 좋다.
쌍 롤식 연속 주조법은, 도 3에 나타내는 것과 같은 박판 연속 주조 장치(100)를 이용하여 행해진다. 우선, 회전하는 한 쌍의 수냉 구리 주형(쌍 롤(500)) 사이에, 보유로(200)의 급탕 노즐(400)로부터 용탕(300)이 주탕되어, 응고된다. 응고 직후에, 이 쌍 롤(500) 사이에서 압하(壓下) 및 급냉을 행하는 것에 의해, 얇은 판 두께의 주조판(600)이 얻어진다. 이 쌍 롤식 연속 주조법으로서, 헌터법이나 3C법 등이 알려져 있다. 이 방법에서는, 비교적 얇은 1 내지 13mm의 판 두께가 얻어지기 때문에, 종래의 DC 주괴(두께 200 내지 600mm)에서 실시되고 있던 주조 후의 열간 조압연, 열간 마무리 압연 등의 공정이 생략될 수 있다.
<균질화 열 처리 공정>
균질 가열 처리 공정은, 상기 공정에서 제작된 주조판(6)에 소정의 균질화 열 처리를 실시하는 공정이다. 균질화 열 처리는, 400℃ 이상 액상선 온도 이하에서, 필요 시간 행하여진다. 연속 열 처리로를 사용하여, 박판 연속 주조법에 의한 주조판(6)에 균질화 열 처리를 실시하는 경우, 열 처리 시간은 1초(1s) 이하가 표준이다. 이 균질화 열 처리에 의해서, Mg의 편석 정도가 작아져서, Mg 편석도를 본 발명의 범위 내로 억제할 수 있다.
균질화 열 처리에서는, 주조판(6)의 승온 시와 냉각 시의 양쪽의 과정 도중에서, 승온 속도와 냉각 속도가 작으면, Al-Mg계 금속간 화합물(β상)이 발생할 가능성이 충분히 있다. 특히, β상이 발생할 가능성이 높은 온도 대역은, 승온 시는 주조판 중심부의 온도가 200 내지 400℃까지의 범위, 냉각 시는 균질화 열 처리 온도 내지 100℃까지의 범위이다. 따라서, β상의 발생을 억제하기 위해서, 균질화 열 처리 온도로의 가열에 있어서, 주조판 중심부의 온도가 200 내지 400℃까지의 범위에서의 평균 승온 속도가 5℃/s 이상인 것이 바람직하다. 또한, 균질화 열 처리 온도로부터의 냉각에 있어서, 균질화 열 처리 온도 내지 100℃까지의 범위의 평균 냉각 속도는 5℃/s 이상인 것이 바람직하다.
<냉간 압연 공정>
냉간 압연 공정은, 균질화 열 처리가 실시된 주조판(6)을 제품 판의 판 두께, 예컨대 0.1mm 이상 13mm 이하로 냉연 처리하는 공정이다. 냉간 압연에 의해서, 주조 조직이 가공 조직화된다. 따라서, 냉간 압연되는 주조판(6)의 판 두께가 두꺼운 경우에는, 냉연 도중에 중간 소둔을 넣어, 최종의 냉간 압연에서의 냉연율을 60% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 냉간 압연에서의 가공 조직화의 정도는 냉간 압연의 냉연율에도 의존하기 때문에, 상기한 집합 조직 제어를 위해 주조 조직이 잔류하는 경우도 있지만, 성형성이나 기계적인 특성을 저해하지 않는 범위 내에서 허용된다.
<최종 소둔 공정>
최종 소둔 공정은, 상기 공정에서 제작된 냉연판에, 소정의 최종 소둔을 실시하는 공정이다. 최종 소둔 공정에서는, 400℃ 이상이며 액상선 온도(℃) 미만인 온도에서 냉간 압연판에 최종 소둔을 실시한다. 이 최종 소둔에 의해서, Mg의 편석 정도가 작아져서, Mg 편석도를 본 발명의 범위 내로 억제할 수 있어, 이것에 기인하는 β상의 석출이나 프레스 성형성의 저하를 억제할 수 있다.
최종 소둔 온도가 400℃ 미만에서는, 용체화 효과가 얻어지지 않을 가능성이 높고, 또한, Mg의 편석 정도를 작게 하는 효과가 없다. 이 때문에, 최종 소둔 온도는, 바람직하게는 450℃ 이상이다. 또한, 이 최종 소둔 후에는, 500 내지 300℃의 온도 범위를 10℃/s 이상의 가능한 한 빠른 평균 냉각 속도로 냉각할 필요가 있다. 최종 소둔 후의 평균 냉각 속도가 10℃/s 미만으로 느린 경우에는, 냉각 과정에서, Mg의 편석 정도가 역으로 커진다. 이 경우에는, Mg 편석도를 본 발명의 범위 내로 억제할 수 없고, Mg 편석도에 기인하는 β상의 석출이나 프레스 성형성의 저하를 억제할 수 없을 가능성이 있다. 또한, 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 15℃/s 이상이다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
표 1에 나타내는 여러가지 화학 성분 조성의 Al-Mg계 합금(실시예 A 내지 E, 비교예 F, G)의 용탕을 상기한 흑연 고정 주형식 연속 주조법 및 쌍 롤식 연속 주조법에 의해, 표 2에 나타내는 조건으로, 표 2에 나타내는 각 판 두께로 주조했다. 그리고, 각 주조판이 표 2에 나타내는 조건으로 선택적으로 면삭 처리, 균질화 열 처리가 실시된 후, 열간 압연하지 않고서, 판 두께 1.0mm 또는 판 두께 11.0mm까지 냉간 압연되었다. 한편, 냉간 압연 중, 중간 소둔은 행해지지 않았다. 다음으로, 이들 각 냉연판을, 표 2에 나타내는 온도와 냉각 조건으로, 연속 소둔로에서 최종 소둔(소둔 온도에서의 유지 시간은 1초 이하)을 행하고, 성형용 알루미늄 합금판(실시예 No.1 내지 5, 비교예 No.6 내지 20)으로 했다. 여기서, 성형용 알루미늄 합금판(비교예 No.6)은 특허문헌 3에 기재된 쌍 롤식 연속 주조법을 이용한 제조 방법에 의해서 제작되어 있다.
또한, 흑연 고정 주형식 연속 주조법의 조건은, 후퇴 스트로크 길이: 3mm, 평균 주조 속도: 300mm/min, 주조 온도(주탕 온도): 액상선 온도+140℃이다. 쌍 롤식 연속 주조법에서는, 쌍 롤의 주속(周速)이 70m/min, 용탕을 쌍 롤에 주탕할 때의 주탕 온도가 액상선 온도+20℃이며, 쌍 롤 표면의 윤활은 행하지 않았다.
각 합금의 액상선 온도의 산출에는 열역학 계산 소프트 Thermo-Calc Ver.R(Al-DATA Ver.6)이 사용된다.
수득된 성형용 알루미늄 합금판(실시예 No.1 내지 5, 비교예 No.6 내지 22)에 대하여, 각 합금판의 영역 Mg 편석도(X) 및 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)가 하기 순서로 산출 및 평가된다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
또한, 실시예 No.1의 영역 Mg 편석도(X)의 산출 결과를 도 4, 비교예 No.6의 영역 Mg 편석도(X)의 산출 결과를 도 5에 나타낸다. 그리고, 실시예 1의 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 산출 결과를 도 6, 비교예 No.16의 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 산출 결과를 도 7에 나타낸다.
(영역 Mg 편석도(X)의 산출 및 평가)
우선, 성형용 알루미늄 합금판의 표면에, 1변의 길이가 100mm의 정방 형상의 영역을 설정했다. 이어서, 그 영역 내의 판 폭 방향으로 16.6mm 간격(간격(a))으로 판단(板端)을 포함하지 않고서 5점 설정하고, 판 길이 방향으로 25mm 간격(간격(b))으로 5점 설정했다. 이에 의해, 합계로 25점의 판 폭 방향 측정점(Px)(No.1 내지 25)이 설정된다(도 1(a) 참조). 그리고, 각 측정점에서의 알루미늄 합금판의 표면에서의 Mg 농도를 측정하고, 각 측정점에서의 Mg 농도의 평균값을 산출하여 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)로 했다.
다음으로, 판 폭 방향 측정점(Px)(No.1 내지 25)의 각 측정점에서, 판 두께 방향으로 0.01mm 간격(간격(c))으로 복수의 판 두께 방향 측정점(Py)이 설정된다(도 1(b) 참조). 그리고, 각 측정점(소정 판 두께 위치(소정 깊이 위치))에서의 알루미늄 합금판의 Mg 농도를 측정하고, 각 측정점에서의 Mg 농도의 평균값을 산출하여 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)로 했다.
그리고, 판 폭 방향 측정점(Px)(No.1 내지 25)의 각 측정점에서의 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci) 및 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)로부터, 양자의 차이(Ci-Co)로 정의되는 영역 Mg 편석도(X)가 산출된다(도 4, 도 5 참조). 한편, Mg 농도의 측정에는 EPMA(니폰전자제 X선 마이크로 애널라이저: JXA-8800 RL)가 사용된다.
영역 Mg 편석도(X)의 평가에 있어서, 영역 Mg 편석도(X)의 최대값은, 절대값이 0.5질량% 이하인 때 만족(○), 0.5질량%를 초과한 때 불만족(×)으로 했다. 또한, 영역 Mg 편석도(X)의 평균값은, 절대값이 0.1질량% 이하인 때 만족(○), 0.1질량%를 초과한 때 불만족(×)으로 했다.
(판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 산출 및 평가)
상기 판 폭 방향 측정점(No.1 내지 25) 중에서 1점(No.13)을 선택하여, 그 측정점에서 측정된 판 두께 방향(복수의 판 두께 방향 측정점(Py))에서의 Mg 농도를 판 두께 방향 Mg 농도(Ct)로 했다. 그리고, 각 측정점에서의 Mg 농도의 평균값으로서 상기에서 산출된 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)를 이용하는 것에 의해, 양자의 차이(Ct-Ci)로 정의되는 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)가 산출된다. 한편, 판 두께 방향 측정점(Py)이 0.01mm 또는 1.0mm이면, 판 두께 방향 측정점(Py)은 합금판의 표면에 위치하고 있다(도 6, 도 7 참조).
판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 평가에 있어서, 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 최대값은, 절대값이 4질량% 이하인 때 만족(○), 4질량%를 초과한 때 불만족(×)으로 했다. 또한, 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 평균값은, 절대값이 0.8질량% 이하인 때 만족(○), 0.8질량%를 초과한 때 불만족(×)으로 했다.
(평균 결정 입경)
또한, 수득된 성형용 알루미늄 합금판(실시예 No.1 내지 5, 비교예 6 내지 22)에 대하여, 상기한 측정 방법에 따라서, 각 합금판의 평균 결정 입경을 측정했다.
실시예 No.1 내지 5, 비교예 No.6 내지 10, 12 내지 17, 19 내지 22의 평균 결정 입경은 30 내지 60㎛의 범위였다. 또한, 비교예 No.11, 18의 평균 결정 입경은 100㎛를 초과해 있었다.
(프레스 성형성의 평가)
또한, 수득된 성형용 알루미늄 합금판(실시예 No.1 내지 5, 비교예 No.6 내지 22)에 대하여, 각 합금판의 프레스 성형성을 하기 순서로 평가했다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
합금판으로부터 채취한 시험편을 이용하여 인장력 시험을 행하여, 인장 강도(TS(MPa)), 전체 신도(EL(%))를 측정했다. 프레스 성형성은 (TS)×(EL)로 정의되는 강도·연성 균형값으로 평가되어, 강도·연성 균형값이 11000 이상인 때 합격(○), 11000 미만인 때를 불합격(×)으로 평가된다.
또한, 시험편의 채취는, 합금판의 길이 방향에 걸쳐, 서로의 간격을 100mm 이상 벌린 임의의 5개소에서 행했다. (TS)값 및 (EL)값은 5장의 시험편의 측정값의 평균값을 이용했다. 또한, 인장력 시험은 JIS Z2201에 따라서 행함과 함께, 시험편 형상은 JIS 5호 시험편으로 행한다. 시험편은, 길이 방향이 합금판의 압연 방향과 일치하도록 제작된다. 한편, 크로스 헤드(cross head) 속도는 5mm/분이며, 시험편이 파단할 때까지 일정한 속도로 실시했다.
표 1, 2의 결과로부터, 본 발명의 요건을 만족하는 실시예 No.1 내지 5는 본 발명의 요건을 만족하지 않는 비교예 No.6 내지 22에 비하여, 프레스 성형성이 우수했다.
구체적으로는, 비교예 No.6은 특허문헌 3에 기재된 합금판이지만, Mg 편석도(영역 Mg 편석도)가 본 발명의 범위 내로 억제되어 있지 않기 때문에, 프레스 성형성이 뒤떨어져 있었다. 비교예 No.7, 14는 Mg 편석도에 관해서는 본 발명의 범위 내로 억제되어 있지만, Mg 함유량이 하한치를 하회하고 있기 때문에, 강도·연성 균형이 낮아서, 프레스 성형성이 뒤떨어져 있었다. 비교예 No.8, 15는 Mg 함유량이 상한값을 초과하기 때문에, Mg 편석도가 커서, 프레스 성형성이 뒤떨어져 있었다. 비교예 No.9, 10, 16, 17은 균질화 열 처리를 행하고 있지 않기 때문에, Mg 편석도가 커서, 프레스 성형성이 뒤떨어져 있었다. 비교예 No.11, 18은 주조 시의 냉각 속도가 느리기 때문에, Mg 편석도가 커서, 프레스 성형성이 뒤떨어져 있었다. 비교예 No.12, 19는 최종 소둔 온도가 낮기 때문에, Mg 편석도가 커서, 프레스 성형성이 뒤떨어져 있었다. 비교예 13, 20은 최종 소둔 시의 냉각 속도가 느리기 때문에, Mg 편석도가 커서, 프레스 성형성이 뒤떨어져 있었다. 비교예 21은 쌍 롤식 연속 주조법에 의해 제작된 주조판의 판 양면을 1.75mm 깎는 면삭 처리를 행했지만, Mg 편석도(영역 Mg 편석도)가 본 발명의 범위 내로 억제되어 있지 않기 때문에, 프레스 성형성이 뒤떨어져 있었다. 비교예 22는 흑연 고정 주형식 연속 주조법에 의해 제작된 주조판의 판 양면에의 면삭 처리를 행하고 있지 않기 때문에, Mg 편석도가 커서, 프레스 성형성이 뒤떨어져 있었다.
이상, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 특허청구의 범위에 기재된 한도에서 여러가지로 변경하여 실시하는 것이 가능한 것이다. 본 출원은 2010년 8월 25일 출원된 일본 특허출원(특허출원 2010-187756)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 도입한다.
a, b, c: 간격
L: 판 길이
W: 판 폭
T: 판 두께
Px: 판 폭 방향 측정점
Py: 판 두께 방향 측정점
1: 보유로(爐)
1a: 주조 입구
2: 용탕
3: 연속 주조 주형
4: 흑연 고정 주형
4a: 주조판 출구
5: 수냉 쟈켓
6: 주조판
7: 롤
10: 박판 연속 주조 장치
100: 박판 연속 주조 장치
200: 보유로
300: 용탕
400: 급탕 노즐
500: 쌍 롤
600: 주조판
L: 판 길이
W: 판 폭
T: 판 두께
Px: 판 폭 방향 측정점
Py: 판 두께 방향 측정점
1: 보유로(爐)
1a: 주조 입구
2: 용탕
3: 연속 주조 주형
4: 흑연 고정 주형
4a: 주조판 출구
5: 수냉 쟈켓
6: 주조판
7: 롤
10: 박판 연속 주조 장치
100: 박판 연속 주조 장치
200: 보유로
300: 용탕
400: 급탕 노즐
500: 쌍 롤
600: 주조판
Claims (4)
- Mg: 6.0질량% 이상 15.0질량% 이하를 포함하고, 잔부가 Al 및 불순물인 성형용 알루미늄 합금판으로서,
용해 주조 공정에 있어서 흑연 고정 주형식 연속 주조법에 의해 주조되고,
상기 성형용 알루미늄 합금판의 표면에 설정된 전체 판 폭을 1변으로 하는 정방 형상의 영역에 있어서, 판 폭 방향 및 판 길이 방향으로 측정점의 개수가 합계 25점 이상이 되는 간격으로 설정된 복수의 판 폭 방향 측정점에서 Mg 농도를 측정하여, 복수의 상기 판 폭 방향 측정점에서 측정된 Mg 농도의 평균값을 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)로 하고,
복수의 상기 판 폭 방향 측정점에 대하여, 판 두께 방향으로 0.2 mm 이하의 간격으로 전체 판 두께에 걸쳐 설정된 복수의 판 두께 방향 측정점에서 Mg 농도를 측정하여, 복수의 상기 판 두께 방향 측정점에서 측정된 Mg 농도의 평균값을 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)로 했을 때,
상기 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)와 상기 판 폭 방향 평균 Mg 농도(Co)의 차이(Ci-Co)로 정의되는 영역 Mg 편석도(X)의 절대값은, 그 최대값이 0.5질량% 이하이며, 그 평균값이 0.1질량% 이하인 것을 특징으로 하는 성형용 알루미늄 합금판. - 제 1 항에 있어서,
상기 영역 Mg 편석도(X)에 더하여,
상기 영역 Mg 편석도(X)의 산출에 있어서, 상기 판 폭 방향 측정점의 적어도 1개에서, 판 두께 방향으로 0.2 mm 이하의 간격으로 전체 판 두께에 걸쳐 측정된 Mg 농도를 판 두께 방향 Mg 농도(Ct)로 했을 때,
상기 판 두께 방향 Mg 농도(Ct)와 상기 판 두께 방향 평균 Mg 농도(Ci)의 차이(Ct-Ci)로 정의되는 판 두께 방향 Mg 편석도(Y)의 절대값은, 그 최대값이 4질량% 이하이며, 그 평균값이 0.8질량% 이하인 것을 특징으로 하는 성형용 알루미늄 합금판. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 Mg의 함유량이 8질량% 초과 14질량% 이하인 것을 특징으로 하는 성형용 알루미늄 합금판. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 불순물이, Fe: 1.0질량% 이하, Si: 0.5질량% 이하, Ti: 0.1질량% 이하, B: 0.05질량% 이하, Mn: 0.3질량% 이하, Cr: 0.3질량% 이하, Zr: 0.3질량% 이하, V: 0.3질량% 이하, Cu: 1.0질량% 이하, Zn: 1.0% 질량 이하 중의 적어도 1종 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 성형용 알루미늄 합금판.
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