KR101600224B1 - 접속 부품용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

도전성을 유지하면서, 내크리프성 및 굽힘 가공성도 우수한 접속 부품용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다. 이를 위해서, Si: 0.3∼1.5질량%, Mg: 0.3∼1.0질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 구성되며, 도전율이 45.0% IACS 이상이고, 결정 방위 분포 함수 해석에 의한 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도가 15 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

접속 부품용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법{ALUMINUM ALLOY SHEET FOR CONNECTING COMPONENTS AND MANUFACTURING PROCESS THEREFOR}
본 발명은, 전기 자동차를 비롯한 전기를 동력원으로 한 각종 전동 수송 기기 등에 탑재되어 있는 전기 기기(전지군, 인버터, 모터 등) 간 또는 전기 기기 내부의 부품 간을 전기적으로 접속시키는 접속 부품에 이용하는 접속 부품용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
전기 자동차를 비롯한 전기를 동력원으로 한 각종 전동 수송 기기(하이브리드 자동차, 연료 전지 자동차, 전기 기관차 등)에는, 전지군, 인버터, 모터 등의 각종 전기 기기가 탑재되어 있다. 그리고, 이들 전기 기기 간 또는 전기 기기 내부의 부품 간을 전기적으로 접속시킴에 있어서, 버스 바(bus-bar)라고 불리는 접속 부품이 사용되고 있다.
이 접속 부품은 전기를 통과시켜야 하기 때문에, 당연히 도전성이 우수할 필요가 있다.
또한, 당해 접속 부품을 볼트 등의 연결구에 의해 연결하는 경우, 통전 시의 발열에 의해 접속 부품(1)의 연결부(1a)(도 1 참조)의 변형(크리프(creep) 변형)이 생기는 것에 의해, 연결구의 조임 토크가 저하되어, 연결구가 느슨해지거나 빠지거나 하는 일이 없도록, 접속 부품은 높은 내크리프성을 구비할 필요가 있다.
게다가, 전기 기기의 공간 절약화(소형화)의 요망을 만족시키기 위해서, 접속 부품은 굽힘 반경(R)이 작은 만곡 부분을 갖는 형상으로 설계되는 경우가 많다. 따라서, 접속 부품은 굽힘 가공성도 우수할 필요가 있다.
지금까지, 상기와 같은 조건을 만족시키는 접속 부품에 대하여, 구리를 주체로 한 소재에 대하여 검토되어 왔다.
그러나, 최근 자동차의 연료 소비율을 저감하기 위해서, 자동차의 경량화, 나아가서는 자동차에 탑재되는 전기 기기의 경량화가 요구되고 있다.
상기의 사정을 감안하여, 구리보다도 경량인 알루미늄 합금으로 이루어지는 접속 부품이 제안되어 있다.
예컨대, 특허문헌 1에는, 성분 조성을 특정함과 더불어, 도전율 및 조질(調質)의 조건을 특정한 접속 부품용 알루미늄 합금이 개시되어 있다. 그리고, 특허문헌 1에는, 당해 알루미늄 합금은 도전성이 우수함과 더불어, 내크리프성도 우수하다고 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 성분 조성이 특정된 주괴에 소정 조건의 균질화 열처리, 열간 압연, 냉간 압연, 최종 소둔을 실시하는 알루미늄 합금판의 제조 방법이 개시되어 있다. 그리고, 특허문헌 2에는, 당해 제조 방법으로 제조된 알루미늄 합금판은 프린트 기판에 요구되는 굽힘 가공성을 갖는다고 기재되어 있다.
나아가, 특허문헌 3, 4에는, 접속 부품용이 아니라 자동차 패널용의 알루미늄 합금판에 관한 기술이기는 하지만, Al-Mg-Si계 합금(JIS 6000계의 Al 합금)의 굽힘 가공성을 향상시키기 위해서, 집합 조직을 제어하여 Cube 방위 분포 밀도를 소정값으로 하는 기술(특허문헌 3)이나, 모든 결정립 간의 입계(粒界) 길이의 합계에 대하여, 방위차가 20° 이하로 되는 결정립 간의 입계 길이를 특정하는 기술(특허문헌 4)이 개시되어 있다.
일본 특허 제3557116호 공보 일본 특허공개 2009-242813호 공보 일본 특허공개 2005-298922호 공보 일본 특허 제3749687호 공보
그러나, 특허문헌 1에 개시된 기술은, 내크리프성의 향상에 착안한 기술이기는 하지만, 굽힘 가공성에 대하여 전혀 고려하지 않고 있는 기술이기 때문에(특허문헌 1의 단락 0010 등 참조), 당연히 접속 부품에 요구되는 굽힘 가공성을 만족시킬 수 없었다. 따라서, 특허문헌 1에 개시된 기술을 접속 부품에 적용한 경우, 성형 가공 시에 표면에 굽힘 균열이 발생해 버릴 가능성이 있다.
또한, 특허문헌 2에 개시된 기술은, 굽힘 가공성의 향상에 착안한 기술이기는 하지만, 내크리프성에 대하여 전혀 고려하지 않고 있는 기술이기 때문에(특허문헌 2의 단락 0001 등 참조), 당연히 접속 부품에 요구되는 내크리프성을 만족시킬 수 없었다. 따라서, 특허문헌 2에 개시된 기술을 접속 부품에 적용한 경우, 통전 시의 발열에 의해 접속 부품(1)의 연결부(1a)(도 1 참조)가 변형됨으로써, 당해 접속 부품을 연결하는 볼트 등의 연결구가 느슨해지거나 빠지거나 해 버릴 가능성이 있다.
한편, 특허문헌 3, 4에 개시된 기술은, 특허문헌 2와 마찬가지로, 굽힘 가공성에 대해서는 고려하고 있지만, 내크리프성에 대하여 전혀 고려하지 않고 있는 기술임과 더불어, 접속 부품용이 아니라 자동차 패널용의 기술이다. 따라서, 특허문헌 3, 4에 개시된 기술은 접속 부품에 요구되는 내크리프성을 만족시킬 수 있는 것은 아니다. 게다가, 판 두께 1mm 정도의 자동차 패널에 요구되는 굽힘 가공성을 갖는다고 해도, 접속 부품은 통상 판 두께 2mm 정도이기 때문에, 접속 부품에 요구되는 것과 같은 높은 굽힘 가공성을 갖는다고는 생각하기 어렵다.
상기 특허문헌 1∼4의 기재로부터 알 수 있듯이, 알루미늄 합금판에 대하여, 접속 부품으로서 필수적인 특성인 도전성을 유지하면서, 접속 부품에 요구되는 내크리프성과 굽힘 가공성을 양립시킨 기술은 존재하지 않는다고 생각된다.
한편, 이 실정은 기술 상식(금속으로 구성되는 판재의 내크리프성을 향상시키기 위해서는 강도를 향상시킬 필요가 있지만, 강도를 향상시키면 판재의 굽힘 가공성이 저하되어 버린다. 즉, 내크리프성과 굽힘 가공성은 상충(trade-off) 관계에 있다)에 합치하는 것으로, 당연한 일이라고 생각되어 왔다.
그래서, 본 발명은 도전성을 유지하면서, 내크리프성 및 굽힘 가공성도 우수한 접속 부품용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 발명자들은 접속 부품용 알루미늄 합금판의 판 표면에서의 Cube 방위 분포 밀도나, 성분 조성 등이 내크리프성과 굽힘 가공성에 큰 영향을 준다는 것을 발견하여, 본 발명을 창출했다.
즉, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판은, Si: 0.3∼1.5질량%, Mg: 0.3∼1.0질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 구성되며, 도전율이 45.0% IACS 이상이고, 결정 방위 분포 함수 해석에 의한 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도가 15 이상이다.
이 접속 부품용 알루미늄 합금판에 의하면, 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도를 소정 이상으로 특정하고 있기 때문에, 내크리프성을 향상시킴과 더불어, 굽힘 가공성을 향상시킬 수 있다. 즉, 이 접속 부품용 알루미늄 합금판에 의하면, 접속 부품에 요구되는 내크리프성과 굽힘 가공성을 양립시킬 수 있다.
또한, 이 접속 부품용 알루미늄 합금판에 의하면, Si 및 Mg의 함유량을 소정 범위로 특정하고 있기 때문에, 내크리프성의 향상이라는 효과를 확실한 것으로 할 수 있다.
나아가, 이 접속 부품용 알루미늄 합금판에 의하면, 도전율을 45.0% IACS 이상으로 특정하고 있기 때문에, 접속 부품에 요구되는 도전율을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판은, 상기 불가피적 불순물 중, Fe: 0.5질량% 미만, Zn: 0.5질량% 미만인 것이 바람직하다.
이 접속 부품용 알루미늄 합금판에 의하면, 불가피적 불순물 중, Fe, Zn의 함유량을 소정값 미만으로 특정하고 있기 때문에, 굽힘 가공성의 향상이라는 효과를 확실한 것으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판은, 상기 알루미늄 합금이, Cu: 1.0질량% 미만, Mn: 1.0질량% 미만, Cr: 0.5질량% 미만, Zr: 0.3질량% 미만, Ti: 0.1질량% 미만으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 함유하는 것이 바람직하다.
이 접속 부품용 알루미늄 합금판에 의하면, 소정값 미만의 Cu, Mn, Cr, Zr, Ti으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 함유하기 때문에, 굽힘 가공성의 향상이라는 효과를 확보하면서, 내크리프성의 향상이라는 효과를 더욱 확실한 것으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 상기 알루미늄 합금으로 이루어지는 주괴에 500∼570℃, 1∼24시간의 균질화 열처리를 실시하는 균질화 열처리 공정과, 상기 균질화 열처리를 실시한 주괴에 열간 압연을 실시하여 열간 압연판을 제조하는 열간 압연 공정과, 상기 열간 압연판에 냉간 압연을 실시하지 않고서, 500∼570℃, 60초 이하 유지하는 용체화 열처리를 실시하는 용체화 열처리 공정과, 상기 용체화 열처리를 실시한 열간 압연판에 인공 시효 처리를 실시하는 인공 시효 처리 공정을 포함한다.
이 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 의하면, 사용하는 알루미늄 합금의 성분 조성을 특정하고, 균질화 열처리 및 용체화 열처리의 조건을 특정함과 더불어, 냉간 압연을 실시하지 않는 것에 의해, 당해 제조 방법에 의해 제조되는 접속 부품용 알루미늄 합금판의 도전율, 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도 및 내력을 소정값 이상으로 할 수 있다.
상기 결정 방위 분포 함수 해석에 의한 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도가 20 이상, 판 표면에서의 압연 방향의 평균 결정 입경이 150㎛ 이하인 것이 바람직하다.
결정 입경을 미세화함으로써, 굽힘 표면 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 상기 알루미늄 합금으로 이루어지는 주괴에 500∼570℃, 1∼24시간의 균질화 열처리를 실시하는 균질화 열처리 공정과, 상기 균질화 열처리를 실시한 주괴에 압연 개시 온도를 350∼450℃로 한 복수의 패스로 이루어지는 압연을 실시하여 열간 압연판을 제조하는 열간 압연 공정과, 상기 열간 압연판에 냉간 압연을 실시하지 않고서, 500∼570℃, 100초 이하 유지하는 용체화 열처리를 실시하는 용체화 열처리 공정과, 상기 용체화 열처리를 실시한 열간 압연판에 인공 시효 처리를 실시하는 인공 시효 처리 공정을 포함한다.
이 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 의하면, 사용하는 알루미늄 합금의 성분 조성을 특정하고, 균질화 열처리, 열간 압연 및 용체화 열처리의 조건을 특정함과 더불어, 냉간 압연을 실시하지 않는 것에 의해, 당해 제조 방법에 의해 제조되는 접속 부품용 알루미늄 합금판의 도전율, 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도 및 내력을 소정값 이상, 결정 입경을 소정값 이하로 할 수 있다.
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판에 의하면, 도전율, 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도를 소정값 이상으로 특정함과 더불어, Si 및 Mg의 함유량을 소정 범위로 특정하고 있기 때문에, 도전성을 유지하면서, 내크리프성 및 굽힘 가공성도 우수하므로, 접속 부품으로서 적합하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 의하면, 사용하는 알루미늄 합금의 조성을 특정하고, 균질화 열처리 및 용체화 열처리의 조건을 특정함과 더불어, 냉간 압연을 실시하지 않는 것에 의해, 도전성을 유지하면서, 내크리프성 및 굽힘 가공성도 우수한 접속 부품용 알루미늄 합금판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 접속 부품(버스 바)의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 있어서의 굽힘 시험의 방법을 설명하는 모식도이다
제 1 실시형태
이하, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세히 설명한다.
[접속 부품용 알루미늄 합금판]
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판(이하, 적절히 알루미늄 합금판이라고 한다)은, 소정량의 Si 및 Mg을 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 구성되며, 도전율, 및 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도가 소정값 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판은, 불가피적 불순물 중 Fe, Zn이 소정값 미만인 것이 바람직하고, 소정값 미만의 Cu, Mn, Cr, Zr, Ti으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 더 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 각 합금 성분, 도전율, 및 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도에 대하여 수치 한정한 이유를 설명한다.
(Si: 0.3∼1.5질량%)
Si는 Mg과 함께 용체화 열처리 후의 인공 시효 처리 시에 시효 석출물을 형성한다. Si가 고온 환경 하에서의 전위의 이동을 저해함으로써, 내크리프성을 향상시키기 때문에, Si는 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판에 필수적인 원소이다.
Si의 함유량이 0.3질량% 미만이면, 원하는 내크리프성을 얻을 수 없다. 한편, Si의 함유량이 1.5질량%를 초과하면 조대한 정출물, 석출물이 형성되어, 특히 굽힘 가공성을 열화시킨다.
따라서, Si의 함유량은 0.3∼1.5질량%이다.
한편, 굽힘 가공성과 내크리프성의 향상이라는 효과를 보다 확실한 것으로 하기 위해서, Si의 함유량은 0.4∼1.5질량%인 것이 바람직하고, 0.5∼1.3질량%인 것이 더 바람직하다.
(Mg: 0.3∼1.0질량%)
Mg은 Si와 함께 용체화 열처리 후의 인공 시효 처리 시에 시효 석출물을 형성한다. Mg이 고온 환경 하에서의 전위의 이동을 저해함으로써, 내크리프성을 향상시키기 때문에, Mg은 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판에 필수적인 원소이다.
Mg의 함유량이 0.3질량% 미만이면, 원하는 내크리프성을 얻을 수 없다. 한편, Mg의 함유량이 1.0질량%를 초과하면 조대한 정출물, 석출물이 형성되어, 특히 굽힘 가공성을 열화시킨다.
따라서, Mg의 함유량은 0.3∼1.0질량%이다.
한편, 굽힘 가공성과 내크리프성의 향상이라는 효과를 보다 확실한 것으로 하기 위해서, Mg의 함유량은 0.5∼0.8질량%인 것이 바람직하다.
(불가피적 불순물)
불가피적 불순물로서, Fe, Zn 등이 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위로 함유되어 있어도 좋다. 상세하게는, Fe와 Zn은 각각 0.50질량% 미만인 것(0.50질량% 미만으로 제한되어 있는 것)이 바람직하다. Fe의 함유량 또는 Zn의 함유량이 0.50질량% 이상으로 되면 굽힘 가공성 또는 내식성이 저하되어 버리기 때문이다.
한편, Fe, Zn은 스크랩이나 재생 지금(地金)(예컨대, 브레이징 시트(brazing sheet) 등의 클래드재용 알루미늄 합금재의 부스러기 등)에 어느 정도 함유되어 있기 때문에, 제조(용해) 시에 스크랩이나 재생 지금을, 알루미늄 합금판에 있어서의 Fe, Zn의 함유량이 상기 범위 미만으로 되는 정도로 배합할 수 있어, 원료 비용을 저감할 수 있다.
또한, 불가피적 불순물로서, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 정도로, Fe, Zn 이외의 원소가 포함되어 있어도 좋다.
(Cu: 1.00질량% 미만)
Cu는 용체화 열처리 후의 인공 시효 처리에 있어서의 시효 석출물 형성을 촉진한다. Cu가 고온 환경 하에서의 전위의 이동을 저해함으로써, 내크리프성을 향상시킨다.
당해 효과를 얻기 위해서는, Cu를 0.05질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
한편, Cu의 함유량이 1.00질량% 이상이면 내응력부식균열성이나 용접성, 굽힘 가공성을 현저히 열화시킨다.
따라서, Cu를 알루미늄 합금판에 함유시키는 경우, Cu의 함유량은 1.00질량% 미만이다.
(Mn: 1.00질량% 미만)
Mn은 균질화 열처리 시에 분산 입자(분산상(相))를 생성하고, 이들 분산 입자는 재결정 후의 입계 이동을 방해한다. 따라서, Mn은 결정립을 미세화시키는 효과가 있는 원소이다. 한편, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 굽힘 가공성은 알루미늄 합금 조직의 결정립이 미세할수록 향상된다.
당해 효과를 얻기 위해서는, Mn을 0.01질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
한편, Mn의 함유량이 1.00질량% 이상이면 용해, 주조 시에 조대한 Al-Fe-Si-Mn계의 정출물을 생성하기 쉬워, 오히려 굽힘 가공성을 저하시키는 원인이 된다.
따라서, Mn을 알루미늄 합금판에 함유시키는 경우, Mn의 함유량은 1.00질량% 미만이다.
(Cr: 0.50질량% 미만)
Cr은 Mn과 마찬가지로 균질화 열처리 시에 분산 입자(분산상)를 생성하고, 이들 분산 입자는 재결정 후의 입계 이동을 방해한다. 따라서, Cr은 결정립을 미세화시키는 효과가 있는 원소이다.
당해 효과를 얻기 위해서는, Cr을 0.01질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
한편, Cr의 함유량이 0.50질량% 이상이면 용해, 주조 시에 조대한 금속간 화합물이 생성되기 쉬워, 오히려 굽힘 가공성을 열화시킨다.
따라서, Cr을 알루미늄 합금판에 함유시키는 경우, Cr의 함유량은 0.50질량% 미만이다.
(Zr: 0.30질량% 미만)
Zr은 Mn과 마찬가지로 균질화 열처리 시에 분산 입자(분산상)를 생성하고, 이들 분산 입자는 재결정 후의 입계 이동을 방해한다. 따라서, Zr은 결정립을 미세화시키는 효과가 있는 원소이다.
당해 효과를 얻기 위해서는, Zr을 0.01질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
한편, Zr의 함유량이 0.30질량% 이상이면 용해, 주조 시에 조대한 금속간 화합물이 생성되기 쉬워, 오히려 굽힘 가공성을 열화시킨다.
따라서, Zr을 알루미늄 합금판에 함유시키는 경우, Zr의 함유량은 0.30질량% 미만이다.
(Ti: 0.10질량% 미만)
Ti은 미량 함유시킴으로써 주괴의 결정립을 미세화하여, 굽힘 가공성을 향상시키는 효과가 있는 원소이다.
당해 효과를 얻기 위해서는, Ti을 0.01질량% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
한편, Ti의 함유량이 0.10질량% 이상이면 조대한 화합물을 형성하여 굽힘 가공성을 열화시킨다.
따라서, Ti을 알루미늄 합금판에 함유시키는 경우, Ti의 함유량은 0.10질량% 미만이다.
(도전율: 45.0% IACS 이상)
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 도전율은 45.0% IACS 이상으로 한다.
도전율이 45.0% IACS 이상이면, 접속 기기로서의 도전 성능을 확보할 수 있다. 한편, 전기 저항이 높으면, 즉 도전율이 45.0% IACS 미만이면, 원하는 전류를 흐르게 하기 위해서 접속 부품의 단면적을 증가시킬 필요가 생겨, 부품 중량의 증가로 이어져 버린다.
한편, 도전율에 대해서는, 높으면 높을수록 좋고, 바람직하게는 47.0% IACS 이상, 더 바람직하게는 50.0% IACS 이상이다.
한편, 도전율의 조정은 알루미늄 합금판에 있어서의 Si의 함유량, Mg의 함유량, 알루미늄 합금판의 제조 공정에 있어서의 균질화 열처리 조건, 용체화 열처리 조건, 인공 시효 처리 조건을 제어하는 것에 의해 달성된다.
한편, 도전율을 지나치게 높게 하면, 즉 과도한 고용(固溶)량 감소 및 석출물 조대화가 발생하는 것에 의해 내크리프성이 저하되는 경향이 있기 때문에, 도전율은 60% IACS 이하인 것이 바람직하다.
(Cube 방위 분포 밀도: 15 이상)
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 판 표면에서의 Cube 방위 분포 밀도는 15 이상으로 한다.
판 표면에서의 Cube 방위 분포 밀도가 15 이상인 것에 의해, 접속 부품에 요구되는 내크리프성과 굽힘 가공성을 양립시킬 수 있다. 한편, 판 표면에서의 Cube 방위 분포 밀도가 15 미만이면, 굽힘 가공성이 저하되어 버린다.
한편, 내크리프성 및 굽힘 가공성의 향상이라는 효과를 보다 확실한 것으로 하기 위해서, Cube 방위 분포 밀도는, 바람직하게는 20 이상, 더 바람직하게는 30 이상이다.
한편, 일반적인 제조 방법에 의하면, Cube 방위 분포 밀도는 15 미만으로 되는데, 이것은 판 표면의 결정 방위가 비교적 랜덤인 것을 나타낸다.
한편, 본 발명이 규정하는 바와 같이, Cube 방위 분포 밀도를 15 이상으로 하면, 즉 Cube 방위가 일정량 이상 집적되면, 이웃하는 결정립과의 방위차가 작은 소각 입계의 비율이 커져, 변형 시의 입계 단차를 작게, 또는 생기지 않게 한다.
또한, Cube 방위에 있어서는, 다른 방위와 비교하여 균일한 미끄럼 변형이 가능해지기 때문에 전단대(剪斷帶)의 형성이 억제된다.
이 결과, 굽힘 가공 시에 균열의 기점 또는 전파 경로가 되는 입계 단차나 결정립 내에서의 전단대 형성이 억제되기 때문에, Cube 방위 분포 밀도를 15 이상으로 하는 것에 의해, 굽힘 가공성을 개선(향상)시킬 수 있다.
한편, 과도하게 Cube 방위 분포 밀도를 높이고자 하면, 제조 조건이 엄격해져 생산성의 저하를 초래하기 때문에, Cube 방위 분포 밀도는 100 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에서는, Cube 방위 분포 밀도를 규정함에 있어서, 결정 집합 조직의 측정 정밀도가 보다 정확한, 결정 방위 분포 함수 해석(이하, 적절히 ODF 해석이라고 한다)에 의한 Cube 방위 분포 밀도로 규정한다.
ODF 해석에 의한 Cube 방위 분포 밀도는, Cube 방위를 랜덤 방위(표준 샘플인 무배향성의 Al 분말 시료)로부터의 비(무차원)로 나타내기 때문에, 넓은 범위를 정량적으로 표현할 수 있다. 이에 비하여, 적분 강도에 의한 측정에서는, 면 내(100면)의 회전 방위를 분리할 수 없기 때문에, 순수한 Cube 방위만을 추출할 수 없다.
이 알루미늄 합금판의 판 표면에서의 ODF 해석에 의한 Cube 방위 분포 밀도의 측정은, 예컨대 주식회사 리가쿠(Rigaku Corporation)제의 X선 회절 장치[형식 「리가쿠 RAD-rX」(Ru-200B)]를 이용하여, 판 표면을 계측함으로써 행한다. 상기 X선 회절 장치는 불완전 극점도에 의한 ODF 해석이 가능하다. 즉, Schulz의 반사법에 의해, {100}면, {111}면의 불완전 극점도를 작성하고, Bunge의 반복 급수 전개법(positivity법)을 적용해 ODF 해석을 실시하여, Cube 방위 분포 밀도를 구할 수 있다.
한편, 알루미늄 합금판에 굽힘 가공을 실시할 때에 있어서의 굽힘 방향과 Cube 방위(배향 방향)의 관계에 대하여, 판의 Cube 방위가 판의 굽힘 방향과 평행하게 되도록(판의 굽힘 가공 방향을 소재판의 압연 방향과 평행 또는 직각으로 해서) 굽힘 가공한 경우에는, 변형 중의 Cube 방위가 안정되어져, 양호한 굽힘 가공성이 얻어진다. 판의 Cube 방위는 90도 회전해도 동일한 구조이기 때문에, 0도, 90도의 구별이 없다. 이 때문에, 판의 굽힘 가공 방향을 소재판의 압연 방향과 평행 또는 직각으로 해도, Cube 방위는 동일한 구조가 되어, 양호한 굽힘 가공성이 얻어진다.
단, 판의 압연 방향이 판의 굽힘 방향과 45도의 방향이 되는 등, 상기 두 개의 방향 이외의 판의 굽힘 방향과 판의 Cube 방위(배향 방향)의 관계에서는, Cube 방위는 변형 중에 회전하여, 결정 방위가 랜덤화되어, 굽힘 가공성이 뒤떨어질 가능성이 있기 때문에, 굽힘 가공을 실시할 때에 있어서의 판의 굽힘 방향은 상기 두 개의 방향으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 판 표면에서의 Cube 방위 분포 밀도의 조정은, 알루미늄 합금판에 있어서의 Si의 함유량, Mg의 함유량, 알루미늄 합금판의 제조 공정에 있어서의 열간 압연 조건 및 냉간 압연의 불실시에 의해서 달성된다.
(내력: 180MPa 이상)
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 내력(0.2% 내력)은 180MPa 이상인 것이 바람직하다.
내력이 180MPa 이상이면, 접속 부품에 요구되는 내크리프성을 확보할 수 있다. 한편, 내력이 180MPa 미만이면, 내크리프성이 저하되어 버린다.
한편, 내크리프성의 확보라는 효과를 보다 확실한 것으로 하기 위해서, 내력은, 바람직하게는 190MPa 이상, 더 바람직하게는 195MPa 이상이다.
한편, 내력의 조정은, 알루미늄 합금판에 있어서의 Si의 함유량, Mg의 함유량, 알루미늄 합금판의 제조 공정에 있어서의 균질화 열처리 조건, 용체화 처리 조건 및 인공 시효 처리 조건에 의해서 달성된다.
(접속 부품)
접속 부품이란, 복수의 부재를 전기적으로 접속하는 부품이다. 구체적으로는, 전기를 동력원으로 한 각종 전동 수송 기기 등에 탑재되어 있는 전지군, 인버터, 모터 등의 각종 전기 기기 간 또는 전기 기기 내부의 부품 간을 전기적으로 접속시키는 버스 바이다.
그리고, 버스 바는, 형상에 대하여 특별히 한정되지 않지만, 소정의 두께를 가짐과 더불어, 판 형상이나 각재(角材) 형상을 띠는 부품이다. 예컨대, 버스 바는 도 1에 나타내는 바와 같은 형상을 띠는 부품이다.
여기서, 알루미늄은 구리보다도 도전율이 낮기 때문에, 도전 성능을 확보하기 위해서, 알루미늄 합금제의 버스 바는 구리제의 버스 바와 비교하여 단면적을 크게 하지 않으면 안 된다. 부품의 설치 면적을 고려한 경우에는 부품의 폭 치수의 증가는 곤란한 경우가 많아, 판 두께가 증가하게 된다. 일반적으로 판 두께가 증가한 경우에는, 굽힘 표면에서의 변형량이 커지기 때문에, 알루미늄 합금으로 구성되는 버스 바에는, 굽힘 가공 시에서의 굽힘 균열의 발생이라는 문제가 생기게 된다. 즉, 굽힘 가공성을 향상시키지 않으면 안 된다는 과제가 명확히 나타나게 된다.
바꿔 말하면, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판은, 접속 부품 중에서도, 두께가 1.5mm 이상, 특히 1.8∼5.0mm인 버스 바에 적용하는 것이 바람직하여, 현저한 효과(내크리프성 및 굽힘 가공성의 양립이라는 효과)를 발휘하게 된다.
다음으로, 제 1 실시형태에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 대하여 도 2를 참조하면서 설명한다.
[접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법]
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 균질화 열처리 공정(S2)과, 열간 압연 공정(S3)과, 용체화 열처리 공정(S4)과, 인공 시효 처리 공정(S5)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기 각 공정을 중심으로 설명한다.
(주조 공정)
주조 공정(S1)에서는, 상기의 성분 조성인 알루미늄 합금을 용해하여, DC 단조법 등의 공지된 주조법에 의해 주조하고, 알루미늄 합금의 고상선 온도 미만까지 냉각시켜 두께 400∼600mm 정도의 주괴로 하고, 필요에 따라 면삭을 행한다.
(균질화 열처리 공정)
균질화 열처리 공정(S2)에서는, 주조 공정(S1)에서 주조한 주괴를 압연하기 전에, 소정 온도에서 균질화 열처리(균열(均熱) 처리)를 실시한다. 주괴에 균질화 열처리를 실시하는 것에 의해, 내부 응력이 제거되고, 주조 시에 편석된 용질 원소가 균질화되며, 또한 주조 냉각 시나 그 이후에 석출된 금속간 화합물이 성장한다. 나아가, 이 균질화 열처리는 후속의 열간 압연 공정(S3)을 위한 예비 가열을 겸하는 것이다.
균질화 열처리 공정(S2)에 있어서의 열처리 온도(주괴 온도)는 500∼570℃이다. 열처리 온도가 500℃ 미만이면, 주조 시에 정출된 Si 또는 Mg이 미고용된 채로 잔존하여, 용체화 열처리 및 인공 시효 처리 후에 적절한 석출물 분포를 얻을 수 없어, 내력 및 내크리프성이 저하된다. 한편, 570℃를 초과하면, 주괴의 표면에서 국부적인 용융(버닝, burning)이 생겨 버린다. 더 바람직하게는 560℃ 이하이다.
균질화 열처리 공정(S2)에 있어서의 열처리 시간(유지 시간)은, 균질화를 완료시키기 위해서는 1시간 이상이면 좋고, 제조 효율의 점에서 24시간 이내이면 좋다.
(열간 압연 공정)
열간 압연 공정(S3)에서는, 균질화 열처리 공정(S2)으로부터 연속해서, 균질화된 주괴를 열간 압연한다. 우선, 균질화 열처리 공정(S2)의 열처리 완료 시의 온도를 유지하여 주괴를 조(粗)압연하고, 추가로 마무리 압연에 의해, 원하는 판 두께의 열간 압연판(핫 코일, hot coil)으로 한다. 열간 압연판의 판 두께는 알루미늄 합금판의 최종 판 두께로부터 역산하여 설정하면 된다. 또한, 열간 압연 종료 온도에 의해 Cube 방위 분포 밀도를 제어할 수 있다. Cube 방위 분포 밀도를 특별히 향상시켜 우수한 굽힘 가공성을 얻기 위해서는, 열간 압연 종료 온도를 360℃ 이하로 하여, 열간 압연 종료 시에도 재결정을 억제해서, 가공 조직을 잔류시키는 것이 바람직하고, 330℃ 이하로 하는 것이 더 바람직하다.
(용체화 열처리 공정)
용체화 열처리 공정(S4)에서는, 열간 압연 공정(S3)에서 제조한 열간 압연판을 용체화 열처리한다. 여기서, 용체화 열처리 공정(S4)에 있어서의 열처리 온도(주괴 온도)는 500∼570℃이다. 열처리 온도가 500℃ 미만이면, 미고용된 Si 또는 Mg이 잔존하기 때문에, 용체화 열처리 및 인공 시효 처리 후에 적절한 석출물 분포를 얻을 수 없어, 원하는 내력 및 내크리프성을 얻을 수 없다. 한편, 570℃를 초과하면, 판 표면에서 국부적인 용융(버닝)이 생겨 버린다. 더 바람직하게는 520∼550℃이다.
용체화 열처리 공정(S4)에 있어서의 상기 열처리 온도에서의 유지 시간에 대해서는, 60초 이내(0초여도 좋다)이다. 60초를 초과하면, 그의 효과가 포화됨과 더불어 생산성이 저하되어 버리기 때문이다.
한편, 열간 압연 공정(S3) 후에 냉간 압연을 실시하지 않음과 더불어, 용체화 열처리 공정(S4)에 있어서의 열처리 온도를 상기 범위로 하는 것에 의해, Cube 방위가 적절히 발달하게 되고, 판 표면에서의 Cube 방위 분포 밀도가 소정값 이상으로 된다.
용체화 열처리 공정(S4)에 있어서, 200℃로부터 상기 열처리 온도까지의 승온 속도는 5℃/s 이상인 것이 바람직하고, 상기 열처리 온도로부터 200℃까지의 강온 속도는 10℃/s 이상인 것이 바람직하다.
승온 속도 및 강온 속도를 상기 속도 이상으로 하는 것에 의해, Cube 방위가 적절히 발달하는 것을 보다 확실한 것으로 할 수 있다.
(인공 시효 처리 공정)
인공 시효 처리 공정(S5)에서는, 용체화 열처리 공정(S4)에서 용체화 열처리를 실시한 열간 압연판에 소정 온도·소정 시간으로 인공 시효 처리를 실시한다.
인공 시효 처리 공정(S5)에 있어서의 열처리 온도에 대해서는, 특별히 한정되지 않지만 150∼250℃인 것이 바람직하다. 150℃ 미만이면 원하는 내력, 내크리프성을 얻을 수 없고, 250℃를 초과하면 석출물이 조대화되어 내력, 내크리프성이 저하되기 때문이다. 또한, 열처리 시간에 대해서도, 특별히 한정되지 않지만 1∼30시간인 것이 바람직하다. 1시간 미만이면 특별히 양산 시를 상정한 경우에는 코일 또는 시트 내에서의 불균일한 온도 분포를 발생시켜, 재료 특성이 불안정해지기 쉽다. 생산성을 고려하여 30시간을 상한으로 한다.
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법은 이상 설명한 바와 같지만, 본 발명을 행함에 있어서, 상기 각 공정에 악영향을 주지 않는 범위에서, 상기 각 공정 사이 또는 전후에 다른 공정을 포함해도 좋다. 예컨대, 인공 시효 처리 공정(S5) 후에, 소정의 크기로 재단하는 재단 공정이나, 도 1에 나타내는 바와 같은 소정의 형상으로 가공(굽힘 가공, 천공 가공 등)하는 가공 공정을 포함해도 좋다.
또한, 상기 각 공정에 있어서, 명시하지 않고 있는 조건에 대해서는, 종래 공지된 조건을 이용하면 되고, 상기 각 공정에서의 처리에 의해서 얻어지는 효과를 나타내는 한에서, 그 조건을 적절히 변경할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
제 2 실시형태
이하, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세히 설명한다.
[접속 부품용 알루미늄 합금판]
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판(이하, 적절히 알루미늄 합금판이라고 한다)은, 소정량의 Si 및 Mg을 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 구성되며, 도전율, 및 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도가 소정값 이상, 결정 입경이 소정값 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판은, 불가피적 불순물 중 Fe, Zn이 소정값 미만인 것이 바람직하고, 소정값 미만의 Cu, Mn, Cr, Zr, Ti으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 더 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도, 및 결정 입경에 대하여 수치 한정한 이유를 설명한다. 한편, 접속 부품용 알루미늄 합금판의 각 합금 성분 및 도전율은 제 1 실시형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
(Cube 방위 분포 밀도: 20 이상)
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 판 표면에서의 Cube 방위 분포 밀도는 20 이상으로 한다.
판 표면에서의 Cube 방위 분포 밀도가 20 이상인 것에 의해, 접속 부품에 요구되는 내크리프성과 굽힘 가공성을 양립시킬 수 있다. 한편, 판 표면에서의 Cube 방위 분포 밀도가 20 미만이면, 굽힘 가공성이 저하되어 버린다.
한편, 내크리프성 및 굽힘 가공성의 향상이라는 효과를 보다 확실한 것으로 하기 위해서, Cube 방위 분포 밀도는, 바람직하게는 30 이상, 더 바람직하게는 50 이상이다.
한편, 일반적인 제조 방법에 의하면, Cube 방위 분포 밀도는 20 미만으로 되는데, 이것은 판 표면의 결정 방위가 비교적 랜덤인 것을 나타낸다.
한편, 본 발명이 규정하는 바와 같이, Cube 방위 분포 밀도를 20 이상으로 하면, 즉 Cube 방위가 일정량 이상 집적되면, 이웃하는 결정립과의 방위차가 작은 소각 입계의 비율이 커져, 변형 시의 입계 단차를 작게, 또는 생기지 않게 한다.
또한, Cube 방위에 있어서는, 다른 방위와 비교하여 균일한 미끄럼 변형이 가능해지기 때문에 전단대의 형성이 억제된다.
이 결과, 굽힘 가공 시에 균열의 기점 또는 전파 경로가 되는 입계 단차나 결정립 내에서의 전단대 형성이 억제되기 때문에, Cube 방위 분포 밀도를 20 이상으로 하는 것에 의해, 굽힘 가공성을 개선(향상)시킬 수 있다.
한편, 과도하게 Cube 방위 분포 밀도를 높이고자 하면, 제조 조건이 엄격해져 생산성의 저하를 초래하기 때문에, Cube 방위 분포 밀도는 100 이하인 것이 바람직하다.
또한, Cube 방위 분포 밀도를 20 이상으로 함으로써, 동일 레벨의 내력으로 비교한 경우에도, 접속 부품에 요구되는 내크리프성을 양호하게 할 수 있다. 이 이유에 대해서는 반드시 명확하다고는 되어 있지 않지만, Cube 방위는 Taylor 인자가 작고, 전위의 운동량이 적다는 것이 알려져 있어(사이 키(Sai Ki) 외: 경금속, 49(1999), P. 583), 고온 유지 중의 회복이 억제되는 것에 의한 것으로 추정된다.
(압연 방향의 평균 결정 입경: 150㎛ 이하)
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판은, 판 표면에서의 압연 방향의 평균 결정 입경을 150㎛ 이하로 한다.
압연 방향의 평균 결정 입경이 150㎛ 이하이면, 굽힘 가공 시에서의 표면의 품질을 향상시킬 수 있다. 한편, 압연 방향의 평균 결정 입경이 150㎛를 초과하면 굽힘 가공 시에서의 표면에 표면 거칠음이나 균열이 발생할 가능성이 높아진다.
한편, 압연 방향의 평균 결정 입경에 대해서는, 굽힘 가공 시의 표면 품질의 향상이라는 효과를 보다 확실한 것으로 하기 위해서, 바람직하게는 100㎛ 이하, 더 바람직하게는 50㎛ 이하이다. 또한, 압연 방향의 평균 결정 입경에 대해서는, 과도하게 작게 하고자 하면, 제조 조건이 엄격해져 생산성의 저하를 초래하기 때문에, 10㎛ 이상이 바람직하다.
압연 방향의 평균 입경은 알루미늄 합금판으로부터 측정편을 잘라내어, 판 표면을 연마하고, 전해액으로 에칭한 후, 광학 현미경에 의해 100배 정도로 관찰하는 것에 의해 측정할 수 있다.
한편, 압연 방향의 평균 결정 입경은 알루미늄 합금판의 제조 공정에 있어서의 열간 압연 개시 온도, 압연 종료 온도를 제어하는 것에 의해 달성된다.
다음으로, 제 2 실시형태에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법에 대하여 도 2를 참조하면서 설명한다.
[접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법]
본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 균질화 열처리 공정(S2)과, 열간 압연 공정(S3)과, 용체화 열처리 공정(S4)과, 인공 시효 처리 공정(S5)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 제 1 실시형태와 상이한 공정에 대하여 설명한다. 그 밖에는, 제 1 실시형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
(열간 압연 공정)
열간 압연 공정(S3)에서는, 균질화된 주괴를 열간 압연한다. 이 때의 압연 개시 온도를 350∼450℃로 한다. 복수의 패스로 이루어지는 열간 압연을 실시함으로써, 원하는 판 두께의 열간 압연판(핫 코일)으로 한다.
(균질화 열처리 후의 냉각의 태양)
여기서, 균질화 열처리 후에 열간 압연을 개시하는 350∼450℃의 온도 범위까지 냉각할 때의 태양은, 이 온도 범위까지 직접 냉각하고, 이 온도 범위에서 열간 압연을 개시해도 좋다(이하, 2단 균열(均熱)이라고도 한다). 또한, 350℃ 이하의 온도 범위까지 냉각하고, 그 후 추가로 열간 압연을 개시하는 350∼450℃의 온도 범위까지 재가열하여, 이 온도 범위에서 열간 압연을 개시해도 좋다(이하, 2회 균열이라고도 한다).
열간 압연 개시 온도가 450℃를 초과한 경우, 굽힘 가공 시의 표면 거칠음의 원인이 된다. 또한, 열간 압연 개시 온도가 350℃ 미만이면, 열간 압연 자체가 곤란해진다.
후술하는 바와 같이, 본 발명에서는 열간 압연 후에 냉간 압연 공정을 실시하지 않는 것을 특징으로 하기 때문에, 열간 압연판의 조직 제어가 매우 중요하다. 특히, 열간 압연 중에 생긴 재결정립은 조대해지기 쉽고, 이 조직이 용체화 열처리 후에도 유지되기 때문에, 굽힘 가공 시의 표면 거칠음의 원인이 된다는 것을 발견했다. 열간 압연 개시 온도를 450℃ 이하로 함으로써, 열간 압연 중의 재결정을 억제할 수 있고, 그 후의 용체화 열처리 후의 결정 입경을 소정값 이하로 할 수 있다. 게다가, 균질화 열처리 후, 열간 압연 개시 온도까지의 냉각 중에, 주괴 내에는 Mg2Si 화합물이 형성되어, 이 Mg2Si 화합물이 용체화 열처리 시의 재결정립의 핵생성 사이트로서 작용하기 때문에, 결정 입경을 미세화할 수 있다.
균질화 열처리 후, 열간 압연 개시 온도 범위까지의 냉각 속도는 특별히 규정하지 않지만, 바람직하게는 20∼200℃/h의 범위이다. 냉각 속도가 20℃/h 이하로 되면, Mg2Si 화합물이 조대해지기 때문에, 원하는 강도를 얻기 위해서 이것을 재고용시키고자 하면, 용체화 열처리가 장시간 필요해져, 생산성이 저하된다.
한편, 냉각 속도가 200℃/h로 지나치게 빨라지면, 주괴 내에서의 온도 분포가 불균일해져, 열수축에 의한 변형이나 휨 등의 이상이 생기는 새로운 문제가 발생할 가능성도 있다.
또한, 냉각 속도가 지나치게 빠르면, 균질화 열처리 후, 열간 압연 개시 온도 범위까지 냉각하는 동안에 형성되는 Mg2Si 화합물의 평균 사이즈가 지나치게 작아져, 재결정립의 핵 생성 사이트로서 필요한, 직경이 2㎛ 이상인 비교적 조대한 Mg2Si 화합물을 적당한 수만큼 분포시킬 수 없게 될 우려가 있다.
(균질화 열처리 후의 냉각 수단)
주괴를 냉각하는 방법으로서는, 예컨대 균열로 내 또는 로 밖에서의 강제 팬 공냉, 접촉 냉각, 미스트나 스프레이에 의한 냉각이 있다.
열간 압연 종료 온도는 특별히 규정하지 않는다. 단, 열간 압연 종료 온도를 특히 300℃ 이하로 저온화함으로써, 열간 압연 중의 축적 변형을 증가시켜, 그 후의 용체화 열처리에 있어서의 재결정 구동력을 증가시킬 수 있기 때문에, 표면에서의 Cube 방위 분포 밀도를 높임과 동시에, 재결정 입경을 더욱 미세화할 수 있다.
(용체화 열처리 공정)
용체화 열처리 공정(S4)에 있어서의 상기 열처리 온도에서의 유지 시간에 대해서는, 100초 이내(0초여도 좋다)이다. 100초를 초과하면, 그의 효과가 포화됨과 더불어 생산성이 저하되어 버리기 때문이다. 그 밖에는, 제 1 실시형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
용체화 열처리 공정(S4)에 있어서, 200℃로부터 상기 열처리 온도까지의 승온 속도는 5℃/s 이상인 것이 바람직하고, 상기 열처리 온도로부터 200℃까지의 강온 속도는 10℃/s 이상인 것이 바람직하다.
승온 속도를 상기 속도 이상으로 하는 것에 의해, Cube 방위가 적절히 발달하는 것을 보다 확실한 것으로 할 수 있다. 또한, 강온 속도를 상기 속도 이상으로 하는 것에 의해, 원하는 강도를 확실히 얻을 수 있다.
실시예
제 1 실시예(제 1 실시형태의 실시예)
다음으로, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법에 대하여, 본 발명의 요건을 만족시키는 실시예와 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예를 비교하여 구체적으로 설명한다.
[공시재의 제작]
표 1에 나타내는 조성의 알루미늄 합금(합금 1∼17)을 용해하여, 반연속 주조로 주괴를 제작하고, 면삭 처리를 했다. 이 주괴에, 표 2에 나타내는 조건에서 균질화 열처리를 행한 후, 냉각하는 일 없이 연속해서, 압연율 99%의 열간 압연을 실시하여(열간 압연 종료 온도는 표 2), 열간 압연판으로 했다. 그 후, 냉간 압연을 실시하지 않고(공시재 20, 21은 냉간 압연을 실시하고), 표 2에 나타내는 조건에서 용체화 열처리를 행했다. 그리고, 용체화 열처리 후, 200℃에서 2시간 유지하는 인공 시효 처리를 실시함(공시재 20은 실시하지 않는다)으로써, 공시재(두께 2mm)를 제작했다.
[평가]
(인장 시험)
공시재로부터 인장 방향이 압연 방향과 평행하게 되도록 JIS 5호의 시험편을 잘라내었다. 이 시험편을 이용해 JIS Z 2241에 준거하여 인장 시험을 실시하여, 인장 강도, 내력(0.2% 내력) 및 신도를 측정했다.
한편, 크로스헤드 속도는 5mm/분이고, 시험편이 파단될 때까지 일정한 속도로 행했다.
(Cube 방위 분포 밀도)
제작한 공시재의 표면을, 주식회사 리가쿠제의 X선 회절 장치[형식 「리가쿠 RAD-rX」(Ru-200B)]를 이용하여 계측함으로써, Cube 방위 분포 밀도를 구했다. 당해 X선 회절 장치를 이용하여 불완전 극점도에 의한 ODF 해석을 행했다. 상세하게는, Schulz의 반사법에 의해, {100}면, {111}면의 불완전 극점도를 작성하고, Bunge의 반복 급수 전개법(positivity법)을 적용해 ODF 해석을 실시하여, Cube 방위 분포 밀도를 구했다.
(도전율)
도전율의 측정은, 일본 푀르스터 주식회사(FOERSTER JAPAN Limited)제의 와류(渦流) 도전율 측정 장치[형식 「시그마 테스트 D2.068」]에 의해서 측정했다. 또한, 도전율의 측정은, 공시재 표면이 서로 간격을 100mm 이상 둔 임의의 5개소에서 행했다. 그리고, 본 발명에 있어서의 도전율은, 측정된 각 도전율을 평균화한 것으로 했다.
(굽힘 가공성)
공시재로부터 시험편 길이 방향이 압연 방향과 일치하도록 JIS 3호(JIS Z 2204)의 시험편을 잘라내었다. 이 시험편을 JIS Z 2248에 준거하여 V 블록법에 의해 굽힘 시험을 실시하여(도 3 참조), 굽힘 가공성을 평가했다. 한편, 굽힘 시험은 θ(굽힘 각도): 90°, r(내측 굽힘 반경): 0mm, t(공시재 판 두께): 2mm라는 조건에서 실시했다.
굽힘 시험 후의 굽힘부(만곡부, 폭: 30mm)의 균열의 발생 상황을 관찰하여, 5장의 시험편 중, 모든 시험편에 있어서 균열 길이 2mm 이상의 굽힘 균열이 확인되지 않았던 것을 극히 양호(○), 어느 1장 이상에 균열이 생긴 경우를 양호(△), 모든 시험편에 균열이 생겨 버린 경우를 불량(×)이라고 평가했다.
(잔류 응력비)
잔류 응력비는, 일본 전자 재료 공업회(Japan Electronics and Information Technology Industries Association) 표준 규격 EMAS-3003에 기재된 캔틸레버(cantilever) 방식에 의해 측정했다.
상세하게는, 시험편 길이 방향이 압연 방향에 대하여 직각이 되도록 폭 10mm, 길이 250mm의 스트립 형상의 시험편(공시재 판 두께: 2mm)을 잘라내었다. 그 시험편의 한쪽 끝을 강체(剛體) 시험대에 고정했다. 시험편에 스팬 150mm, 초기 변형량(δ0=10mm)을 부여하고, 그 상태인 채로 120℃에서 100시간 유지한 후, 응력을 제거하고 시험편의 변형량(ε)을 측정했다. 잔류 응력비는 「잔류 응력비=(δ0-ε)÷δ0×100」으로 구했다. 이 잔류 응력비의 값이 75% 이상인 것을, 고온 시의 지속적인 응력에 의해 변형되는 현상(크리프)에 대하여 견디는 성능을 갖는다고 평가, 즉 접속 부품에 요구되는 내크리프성을 갖는다고 평가했다.
상세한 알루미늄 합금의 성분, 공시재의 제조 조건 및 재료 특성(시험 결과)을 표 1 또는 표 2에 나타낸다. 한편, 표 1, 2에 있어서, 본 발명의 구성을 만족시키지 않는 것에 대해서는, 수치에 밑줄을 그어서 나타낸다.
Figure 112014074394950-pct00001
Figure 112014074394950-pct00002
[결과의 검토]
공시재 1∼9에 대해서는, 본 발명이 규정하는 요건을 모두 만족시키고 있기 때문에, 내측 굽힘 R=0mm로 매우 까다로운 굽힘 가공 조건으로 한 경우에도, 굽힘 가공성이 극히 양호(○) 또는 양호(△)로 평가됨과 더불어, 접속 부품에 요구되는 내크리프성을 갖는다고 평가되었다.
공시재 10(합금 9)은 Si의 함유량이 본 발명에서 규정하는 수치 범위의 하한값 미만임과 더불어, Mg의 함유량이 본 발명에서 규정하는 수치 범위의 상한값을 초과하고 있었기 때문에, 내력이 소정값 이상으로 되지 않고, 그 결과, 굽힘 가공성 및 내크리프성이 우수하지 않다고 평가되었다.
공시재 11(합금 10)은 Si의 함유량이 본 발명에서 규정하는 수치 범위의 상한값을 초과함과 더불어, Mg의 함유량이 본 발명에서 규정하는 수치 범위의 하한값 미만이기 때문에, 내력이 소정값 이상으로 되지 않음과 더불어, 굽힘 가공성 및 내크리프성이 우수하지 않다고 평가되었다.
공시재 12∼18(합금 11∼17)은 Fe, Zn, Cu, Mn, Cr, Zr, Ti 중 어느 하나가 본 발명에서 규정하는 수치 이상으로 되어 있었기 때문에, 굽힘 가공성이 불량(×)이라고 평가되었다.
공시재 19는 균질화 열처리의 열처리 온도가 본 발명에서 규정하는 수치 범위의 상한값을 초과해 버렸기 때문에, 버닝이 발생해 버려, 이후의 제조 및 시험을 행할 수 없게 되었다.
공시재 20, 21은 냉간 압연을 행했기 때문에, Cube 방위 분포 밀도가 소정값 미만으로 되어 버리고, 그 결과, 굽힘 가공성이 불량(×)이라는 결과가 되었다. 게다가, 공시재 20에 대해서는, 용체화 열처리로서 배치로(batch furnace) 소둔(240℃×5시간(승온 속도: 50℃/시간, 강온 속도: 50℃/시간))을 행했기 때문에, 내크리프성이 우수하지 않다고 평가되었다.
공시재 22는 용체화 열처리의 열처리 온도가 본 발명에서 규정하는 수치 범위의 상한값을 초과해 버렸기 때문에, 버닝이 발생해 버려, 이후의 제조 및 시험을 행할 수 없게 되었다.
한편, 공시재 20은 특허문헌 2에 기재된 알루미늄 합금판을 상정한 것이고, 공시재 21은 특허문헌 1에 기재된 알루미늄 합금판을 상정한 것이다.
제 2 실시예
(제 2 실시형태의 실시예)
다음으로, 본 발명에 따른 접속 부품용 알루미늄 합금판 및 그의 제조 방법에 대하여, 본 발명의 요건을 만족시키는 실시예와 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예를 비교하여 구체적으로 설명한다. 한편, 제 1 실시형태와 상이한 점을 설명하고, 그 밖에는 제 1 실시형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
[공시재의 제작]
표 1에 나타내는 조성의 알루미늄 합금(합금 1∼17)을 용해하여, 반연속 주조로 주괴를 제작하고, 면삭 처리를 했다. 이 주괴에, 표 3에 나타내는 조건에서 균질화 열처리를 행한 후, 냉각하는 일 없이 연속해서, 압연율 99%의 열간 압연을 실시하여(열간 압연 종료 온도는 표 3), 열간 압연판으로 했다. 그 후, 냉간 압연을 실시하지 않고(공시재 24, 25는 냉간 압연을 실시하고), 표 3에 나타내는 조건에서 용체화 열처리를 행했다. 그리고, 용체화 열처리 후, 200℃에서 2시간 유지하는 인공 시효 처리를 실시함(공시재 24는 실시하지 않는다)으로써, 공시재(두께 2mm)를 제작했다.
한편, 공시재 1∼4에 대해서는 열간 압연을 2단 균열로 행하고, 공시재 5∼18, 20, 23에 대해서는 열간 압연을 2회 균열로 행했다.
(평균 결정 입경의 측정)
공시재 표면을 연마하고, 이 연마한 면을 전해액으로 에칭하여, 광학 현미경에 의해 100배로 사진 촬영했다. 이 현미경 사진으로 절편법(切片法)에 의해 압연 방향의 결정 입경을 측정했다. 결정 입경은 5개소에서 측정하고, 평균값을 표 3에 나타낸다.
(굽힘 가공성)
굽힘 시험 후의 굽힘부(만곡부, 폭: 30mm)의 균열의 발생 상황을 관찰하여, 5장의 시험편 중, 모든 시험편에 있어서 표면 거칠음 및 균열 모두 발생하지 않은 것을 극히 양호(○), 어느 1장 이상에 허용 레벨의 근소한 표면 거칠음이 생긴 것을 양호(△), 현저한 표면 거칠음이 발생한 것(×), 또는 균열 길이 2mm 이상의 균열이 생긴 것을 불량(××)이라고 평가했다. 그 밖에는, 제 1 실시형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다.
상세한 알루미늄 합금의 성분, 공시재의 제조 조건 및 재료 특성(시험 결과)을 표 1 또는 표 3에 나타낸다. 한편, 표 1, 3에 있어서, 본 발명의 구성을 만족시키지 않는 것에 대해서는, 수치에 밑줄을 그어서 나타낸다.
Figure 112014074394950-pct00003
[결과의 검토]
공시재 1부터 19에 대해서는, 제 1 실시형태와 마찬가지이기 때문에 설명을 생략한다. 단, 공시재 12∼18(합금 11∼17)은 Fe, Zn, Cu, Mn, Cr, Zr, Ti 중 어느 하나가 본 발명에서 규정하는 수치 이상으로 되어 있었기 때문에, 굽힘 가공성이 불량(××)이라고 평가되었다.
공시재 20은 용체화 열처리의 열처리 온도가 본 발명에서 규정하는 수치 범위의 상한값을 초과해 버렸기 때문에, 버닝이 발생해 버려, 이후의 제조 및 시험을 행할 수 없게 되었다.
공시재 21, 22는 열간 압연의 개시 온도가 본 발명에서 규정하는 수치 범위의 상한값을 초과해 버렸기 때문에, 압연 방향의 평균 결정 입경이 소정값을 초과해 버리고, 그 결과, 굽힘 가공성이 불량이라는 결과가 되었다. 한편, 공시재 23은 열간 압연의 개시 온도가 본 발명에서 규정하는 수치 범위의 하한값 미만이었기 때문에, 열간 압연이 곤란해져, 이후의 제조 및 시험을 행할 수 없게 되었다.
공시재 24, 25는 냉간 압연을 행했기 때문에, Cube 방위 분포 밀도가 소정값 미만으로 되어 버리고, 그 결과, 굽힘 가공성이 불량이라는 결과가 되었다. 나아가, 공시재 24에 대해서는, 용체화 열처리로서 배치로 소둔(240℃×5시간(승온 속도: 50℃/시간, 강온 속도: 50℃/시간))을 행했기 때문에, 내크리프성이 우수하지 않다고 평가되었다.
한편, 공시재 24는 특허문헌 2에 기재된 알루미늄 합금판을 상정한 것이고, 공시재 25는 특허문헌 1에 기재된 알루미늄 합금판을 상정한 것이다.
1: 접속 부품(버스 바)
1a: 연결부

Claims (10)

  1. Si: 0.3∼1.5질량%, Mg: 0.3∼1.0질량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 알루미늄 합금으로 구성되며,
    도전율이 45.0% IACS 이상이고, 결정 방위 분포 함수 해석에 의한 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도가 15 이상인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 알루미늄 합금판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불가피적 불순물 중, Fe: 0.5질량% 미만, Zn: 0.5질량% 미만인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 알루미늄 합금판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금이, Cu: 1.0질량% 미만, Mn: 1.0질량% 미만, Cr: 0.5질량% 미만, Zr: 0.3질량% 미만, Ti: 0.1질량% 미만으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 알루미늄 합금판.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금이, Cu: 1.0질량% 미만, Mn: 1.0질량% 미만, Cr: 0.5질량% 미만, Zr: 0.3질량% 미만, Ti: 0.1질량% 미만으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 알루미늄 합금판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정 방위 분포 함수 해석에 의한 판 표면의 Cube 방위 분포 밀도가 20 이상, 판 표면에서의 압연 방향의 평균 결정 입경이 150㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 알루미늄 합금판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 불가피적 불순물 중, Fe: 0.5질량% 미만, Zn: 0.5질량% 미만인 것을 특징으로 하는 접속 부품용 알루미늄 합금판.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금이, Cu: 1.0질량% 미만, Mn: 1.0질량% 미만, Cr: 0.5질량% 미만, Zr: 0.3질량% 미만, Ti: 0.1질량% 미만으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 알루미늄 합금판.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금이, Cu: 1.0질량% 미만, Mn: 1.0질량% 미만, Cr: 0.5질량% 미만, Zr: 0.3질량% 미만, Ti: 0.1질량% 미만으로부터 선택되는 1종 이상을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 알루미늄 합금판.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 알루미늄 합금으로 이루어지는 주괴에 500∼570℃, 1∼24시간의 균질화 열처리를 실시하는 균질화 열처리 공정과,
    상기 균질화 열처리를 실시한 주괴에 열간 압연을 실시하여 열간 압연판을 제조하는 열간 압연 공정과,
    상기 열간 압연판에 냉간 압연을 실시하지 않고서, 500∼570℃, 60초 이하 유지하는 용체화 열처리를 실시하는 용체화 열처리 공정과,
    상기 용체화 열처리를 실시한 열간 압연판에 인공 시효 처리를 실시하는 인공 시효 처리 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법.
  10. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 알루미늄 합금으로 이루어지는 주괴에 500∼570℃, 1∼24시간의 균질화 열처리를 실시하는 균질화 열처리 공정과,
    상기 균질화 열처리를 실시한 주괴에 압연 개시 온도를 350∼450℃로 한 복수의 패스로 이루어지는 압연을 실시하여 열간 압연판을 제조하는 열간 압연 공정과,
    상기 열간 압연판에 냉간 압연을 실시하지 않고서, 500∼570℃, 100초 이하 유지하는 용체화 열처리를 실시하는 용체화 열처리 공정과,
    상기 용체화 열처리를 실시한 열간 압연판에 인공 시효 처리를 실시하는 인공 시효 처리 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 접속 부품용 알루미늄 합금판의 제조 방법.
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