KR101781669B1 - 볼트용 알루미늄 합금선, 볼트 및 그들의 제조 방법 - Google Patents

볼트용 알루미늄 합금선, 볼트 및 그들의 제조 방법 Download PDF

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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

볼트용 알루미늄 합금선은, 질량%로, Si: 0.60 내지 1.5%, Fe: 0.02 내지 0.40%, Cu: 0.50 내지 1.2%, Mn: 0.50 내지 1.1%, Mg: 0.70 내지 1.3%, Cr: 0.01 내지 0.30%, Zn: 0.005 내지 0.50%, Ti: 0.01 내지 0.20%, Zr: 0.05 내지 0.20%를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진다. Si 및 Mg의 일부가 Mg2Si로서 포함되고, Mg2Si의 함유량과 Mn 및 Cr의 합계 함유량의 비율 Mg2Si/(Mn+Cr)이 1.0 내지 2.1이다.

Description

볼트용 알루미늄 합금선, 볼트 및 그들의 제조 방법{ALUMINUM ALLOY WIRE FOR USE IN BOLTS, BOLT, AND MANUFACTURING METHOD OF THESE}
본 발명은, 볼트용 알루미늄 합금선, 볼트 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 특히, 볼트 제조 시의 가공성이 우수하고, 또한 충분한 강도를 구비하는 볼트가 얻어지는 볼트용 알루미늄 합금선(線)에 관한 것이다.
알루미늄 합금 볼트의 재료로서 A6056이 알려져 있다. 그 외에, 특허문헌 1(일본 특허공개 제2011-1602호 공보)에 기재된 알루미늄 합금선 봉재(棒材)도 알려져 있다. 특허문헌 1에 기재의 알루미늄 합금선 봉재는, 6000계의 조성으로 압연 조직을 갖고, 소정의 평균 결정 입경으로 이루어지는 미세한 결정을 구비한다. 특허문헌 1에는, 이 알루미늄 합금선 봉재가 볼트 성형성이 우수하다는 것이 기재되어 있고, 또한 적절한 열 처리 및 가공을 실시함으로써 소정의 인장 강도를 얻을 수 있다는 것도 기재되어 있다.
일본 특허공개 제2011-1602호 공보
그러나, A6056은 성형성이 뒤떨어진다. 그 때문에, 주조 시 또는 압연 시에 발생하는 상처 등이 원인이 되어 볼트 가공 시에 크랙이 발생하거나, 미소한 균열이 원인이 되어 입계(粒界) 부식이 발생해 버린다. 또한, A6056으로 이루어지는 볼트는, 인공 시효 경화를 행하여도, 충분한 강도를 얻을 수 없다.
한편, 특허문헌 1에는, A6056의 성형성을 개선할 수 있고, 볼트로 한 경우에 강도도 얻어지는 알루미늄 합금선 봉재에 대하여 기재되어 있다. 그러나, 성형성을 확보하면서, 볼트로 성형된 후에, 더 한층 높은 강도가 얻어지는 알루미늄 합금선의 개발이 요망되고 있다. 특히, 고온 환경 하에서 볼트를 사용했을 때에, 강도의 저하가 작고, 여전히 고강도를 유지할 수 있는 볼트용 알루미늄 합금선의 개발이 기대되고 있다.
본 발명은, 상기의 사정에 비추어 이루어진 것으로, 그의 목적의 하나는, 볼트로 성형할 때에 충분한 성형성을 구비하고, 또한 볼트로서 높은 강도를 구비하는 볼트용 알루미늄 합금선과 그의 제조 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 본 발명의 볼트용 알루미늄 합금선을 이용한 볼트와 그의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 6000계의 알루미늄 합금의 조성을 기본으로 하고, 추가적인 성형성과 강도의 향상을 목표로 하여 예의 검토를 한 결과, Si 및 Mg의 일부가 Mg2Si로서 포함되는 경우에, Mg2Si의 함유량과 Mn 및 Cr의 합계 함유량의 비율 Mg2Si/(Mn+Cr)을 소정의 범위로 조정하는 것이 유효하다는 지견을 얻어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 볼트용 알루미늄 합금선은, 질량%로, Si: 0.60 내지 1.5%, Fe: 0.02 내지 0.40%, Cu: 0.50 내지 1.2%, Mn: 0.50 내지 1.1%, Mg: 0.70 내지 1.3%, Cr: 0.01 내지 0.30%, Zn: 0.005 내지 0.50%, Ti: 0.01 내지 0.20%, Zr: 0.05 내지 0.20%를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 그리고, 상기 Si 및 Mg의 일부가 Mg2Si로서 포함되고, Mg2Si의 함유량과 Mn 및 Cr의 합계 함유량의 비율 Mg2Si/(Mn+Cr)이 1.0 내지 2.1이다. 이 조성을 제 1 조성이라고 하는 경우가 있다.
Si와 Mg의 함유량에 따라서, 얻어지는 볼트의 강도에 차이가 난다. 알루미늄 합금 중에서, Si와 Mg의 적어도 일부는 용체화 처리 및 시효 처리에 의해 Mg2Si로서 석출되어, 볼트의 강도가 향상된다. 상기 조성의 합금선으로 함으로써, 볼트로 성형할 때의 성형성이 우수하고, 성형 후는 충분한 강도의 볼트를 얻을 수 있다. 특히, 비율 Mg2Si/(Mn+Cr)의 한정에 의해, 내열성도 우수한 볼트를 얻을 수 있다. 한편, 이 비율 Mg2Si/(Mn+Cr)은, 주조재의 단계에서 1.0 내지 2.1로 되어 있고, 그 후, 주조재를 압연 및 신선(伸線)된 신선재(伸線材), 또는 신선재로부터 성형된 볼트의 각 단계에서도 실질적으로 유지된다.
본 발명의 볼트용 알루미늄 합금선의 일 형태로서, 질량%로, Si: 0.80 내지 1.4%, Fe: 0.05 내지 0.30%, Cu: 0.50 내지 1.2%, Mn: 0.50 내지 1.1%, Mg: 0.80 내지 1.3%, Cr: 0.05 내지 0.30%, Zn: 0.05 내지 0.25%, Ti: 0.01 내지 0.10%, Zr: 0.10 내지 0.20%를 포함하는 것을 들 수 있다. 이 조성을 제 2 조성이라고 하는 경우가 있다.
제 1 조성에 대하여 상기의 원소의 함유량을 한정함으로써, 추가로 기계적 특성이 우수한 볼트를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 인장 강도: 400MPa 이상, 0.2% 내력(耐力): 360MPa 이상, 신도: 6% 이상의 볼트를 얻을 수 있다.
제 2 조성을 갖는 본 발명의 볼트용 알루미늄 합금선의 일 형태로서, 질량%로, Cu: 0.80 내지 1.2%, Mn: 0.70 내지 1.1%, Cr: 0.05 내지 0.30%를 포함하는 것을 들 수 있다. 이 조성을 제 3 조성이라고 하는 경우가 있다.
제 2 조성에 대하여 상기의 원소의 함유량을 더욱 한정함으로써, 더 한층 기계적 특성이 우수한 볼트를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 인장 강도: 430MPa 이상, 0.2% 내력: 370MPa 이상, 신도: 6% 이상이고, 내열성이 우수한 볼트를 얻을 수 있다.
제 1 조성 내지 제 3 조성 중 어느 조성을 갖는 본 발명의 볼트용 알루미늄 합금선의 일 형태로서, 추가로 질량%로, Sr: 0.005 내지 0.05%를 포함하는 것을 들 수 있다.
이 구성에 따르면, 소정량의 Sr을 함유함으로써, 주조 시 또는 압연 시의 상처의 발생을 억제하여, 성형 시에 크랙 등의 발생을 저감할 수 있다.
Sr을 포함하는 본 발명의 볼트용 알루미늄 합금선의 일 형태로서, 질량%로, Sr: 0.005 내지 0.03%를 포함하고, Zr의 함유량과 Sr의 함유량의 비율 Zr/Sr이 3 내지 50인 것을 들 수 있다.
상기 제 1 조성으로부터 Sr의 함유량을 한정하고, 추가로 Zr과 Sr을 소정의 비율로 함유함으로써, 알루미늄 합금선의 내열성을 유지하면서, 충분한 성형성을 확보할 수 있다. Zr은 알루미늄 합금선의 내열성을 향상시키기 위해서 필요한 원소이지만, Zr을 함유하면 주조 온도가 높아져, 결정립을 미세화하는 것이 어렵다. 한편, Sr을 Zr에 대하여 소정의 비율이 되도록 함유하면, 결정립의 조대화를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, Sr은 알루미늄 합금선에 함유시키면, 강도가 향상되지만 취성이 되는 경향이 있으나, 소정량의 Zr의 존재 하에서 Sr을 함유시키면, 취화가 억제되고, 성형성이 확보된다.
본 발명의 볼트용 알루미늄 합금선의 제조 방법은, 다음 공정을 구비한다.
주조 공정: 질량%로, Si: 0.60 내지 1.5%, Fe: 0.02 내지 0.40%, Cu: 0.50 내지 1.2%, Mn: 0.50 내지 1.1%, Mg: 0.70 내지 1.3%, Cr: 0.01 내지 0.30%, Zn: 0.005 내지 0.50%, Ti: 0.01 내지 0.20%, Zr: 0.05 내지 0.20%를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 상기 Si 및 Mg의 일부가 Mg2Si로서 포함되고, Mg2Si의 함유량과 Mn 및 Cr의 합계 함유량의 비율 Mg2Si/(Mn+Cr)이 1.0 내지 2.1인 주조재를 얻는다.
압연 공정: 상기 주조재를 압연하여 압연재로 한다.
신선 공정: 상기 압연재를 신선하여 소정의 선 직경인 신선재로 한다.
중간 연화 공정: 상기 신선 공정 도중의 선재에 대하여 250 내지 500℃에서 0.5 내지 40시간의 연화 처리를 행한다.
이 방법에 의하면, 볼트의 제조에 적합한 알루미늄 합금선을 얻을 수 있다. 특히, 생산성과 기계적 특성이 우수한 볼트의 소재가 되는 알루미늄 합금선을 얻을 수 있다.
본 발명의 볼트는, 알루미늄 합금으로 이루어지는 볼트로서, 상기 알루미늄 합금이, 질량%로 Si: 0.60 내지 1.5%, Fe: 0.02 내지 0.40%, Cu: 0.50 내지 1.2%, Mn: 0.50 내지 1.1%, Mg: 0.70 내지 1.3%, Cr: 0.01 내지 0.30%, Zn: 0.005 내지 0.50%, Ti: 0.01 내지 0.20%, Zr: 0.05 내지 0.20%를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, 상기 합금에는, 상기 Si 및 Mg의 일부가 Mg2Si로서 포함되고, Mg2Si의 함유량과 Mn 및 Cr의 합계 함유량의 비율 Mg2Si/(Mn+Cr)이 1.0 내지 2.1이다. 그리고, 이 볼트는, 인장 강도: 380MPa 이상, 0.2% 내력: 350MPa 이상, 신도 :6% 이상이다.
상기의 조성의 소재를 이용하여 볼트로 함으로써, 인장 강도, 0.2% 내력, 신도 등의 기계적 특성이 우수한 볼트로 할 수 있다.
본 발명의 볼트의 제조 방법은, 다음 공정을 구비한다.
절단 공정: 전술한 본 발명의 알루미늄 합금선을 소정 길이로 절단한다.
헤더 공정: 절단된 볼트용 알루미늄 합금선을 헤더 가공하여 볼트의 두부(頭部)를 성형한다.
전조(轉造) 공정: 절단된 볼트용 알루미늄 합금선을 전조하여 볼트의 나사부를 성형한다.
열 처리 공정: 볼트용 알루미늄 합금선으로부터 볼트를 제조하기까지의 과정에서의 대상물에 용체화 처리 및 시효 처리를 행한다.
이 방법에 의하면, 볼트의 성형 중에 크랙 등이 발생하기 어렵고, 생산성 좋게 볼트를 제조할 수 있다. 또한, 수득된 볼트는, 인장 강도 등의 기계적 강도가 우수하다. 또한, 본 발명 알루미늄 합금선의 조성에 따라서는, 내열성도 우수한 볼트를 얻을 수 있다.
본 발명의 알루미늄 합금선 및 본 발명의 알루미늄 합금선의 제조 방법에 의해 수득된 알루미늄 합금선은, 제 1 조성을 갖기 때문에, 볼트 성형 시의 가공성이 우수하고, 또한 기계적 특성이 우수한 볼트를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 볼트는 기계적 특성이 우수하고, 또한 본 발명의 볼트의 제조 방법으로는 기계적 특성이 우수한 볼트를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 설명한다. 한편, 이하의 설명에서, 알루미늄 합금선의 조성은, 모두 질량%로 표시된다.
[알루미늄 합금선]
본 발명에 따른 볼트용 알루미늄 합금선은, 0.60 내지 1.5질량%의 Si와, 0.02 내지 0.40질량%의 Fe과, 0.50 내지 1.2질량%의 Cu와, 0.50 내지 1.1질량%의 Mn과, 0.70 내지 1.3질량%의 Mg과, 0.01 내지 0.30질량%의 Cr과, 0.005 내지 0.50질량%의 Zn과, 0.01 내지 0.20질량%의 Ti과, 0.05 내지 0.20질량%의 Zr을 포함하고, 잔부로서 Al 및 불가피적 불순물을 포함한다. 본 발명에 따른 볼트용 알루미늄 합금선에서는, Si 및 Mg의 일부가 Mg2Si로서 포함되고, Mg2Si의 함유량과 Mn 및 Cr의 합계 함유량의 비율 Mg2Si/(Mn+Cr)이 1.0 내지 2.1이다(제 1 조성). 이에 의해, 볼트 성형 시의 가공성이 우수한 알루미늄 합금선을 얻을 수 있기 때문에, 기계적 특성이 우수한 볼트를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 볼트용 알루미늄 합금선은, 0.80 내지 1.4질량%의 Si와, 0.05 내지 0.30질량%의 Fe과, 0.50 내지 1.2질량%의 Cu와, 0.50 내지 1.1질량%의 Mn과, 0.80 내지 1.3질량%의 Mg과, 0.05 내지 0.30질량%의 Cr과, 0.05 내지 0.25질량%의 Zn과, 0.01 내지 0.10질량%의 Ti과, 0.10 내지 0.20질량%의 Zr을 포함하는 것이 바람직하다(제 2 조성). 이에 의해, 더 한층 기계적 강도가 우수하고, 내열성이 양호한 볼트를 제공할 수 있다.
제 2 조성에서, Cu의 함유량은 0.80 내지 1.2질량%이며, Mn의 함유량은 0.70 내지 1.1질량%이며, Cr의 함유량은 0.05 내지 0.30질량%인 것이 바람직하다(제 3 조성). 이에 의해, 더 한층 기계적 강도가 우수하고, 내열성이 양호한 볼트를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 볼트용 알루미늄 합금선은, 0.005 내지 0.05질량%의 Sr을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 알루미늄 합금선의 취화를 초래함이 없이, 더 한층 기계적 강도가 우수한 볼트를 제공할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 본 발명에 따른 볼트용 알루미늄 합금선이 0.005 내지 0.03질량%의 Sr을 포함하는 것이며, Zr의 함유량과 Sr의 함유량의 비율 Zr/Sr이 3 내지 50인 것이다. 비율 Zr/Sr을 3 내지 50으로 함으로써, Zr의 함유에 의한 재용융의 발생이나 Sr의 함유에 의한 알루미늄 합금선의 취화를 효과적으로 억제할 수 있다.
〔조성〕
(Si: 0.60 내지 1.5%)
Si는, Mg과 함께 일부가 알루미늄 합금의 매트릭스에 고용(固溶)되어, 알루미늄 합금선을 고용 강화한다. 또한, Si는 알루미늄 합금선의 인공 시효 시에 시효 석출물 등을 형성하여 강도를 향상시켜, 볼트에 요구되는 소정의 기계적 특성을 얻기 위해서 필요한 원소이다. Si 함유량의 하한값을 0.60%로 함으로써, 고용 강화나 시효 경화의 효과를 적절히 발현시킬 수 있고, 따라서, 소정의 강도의 볼트를 얻을 수 있다. 또한, 상한값을 1.5%로 함으로써, 주조재로부터 선재로의 가공성이나 볼트로의 성형성이 저해되지 않고, 또한 크랙의 기점이 되는 조대(粗大)한 정출물(晶出物)이나 석출물의 형성을 억제하기 때문에 볼트의 고강도화에 이바지할 수 있다. 보다 바람직한 Si의 함유량은 0.80 내지 1.4%이다. 이 범위로 함으로써 더 한층 기계적 강도가 우수한 볼트를 얻기 쉽다.
(Fe: 0.02 내지 0.40%)
Fe은, 알카리 토류 금속 원소(예컨대, Mg이나 Sr)의 존재 하에서, 주조 시에 Ti을 포함하는 결정 미세화제의 효과를 촉진하기 위해서 필요하다. Fe 함유량의 하한값을 0.02%로 함으로써, 합금에서의 결정립의 미세화에 유효하게 기여한다. 한편, 상한값을 0.40%로 함으로써, 합금 조직에서의 입계에 Fe계의 정출물이 생성되어 합금의 소성 가공성이 저하되는 것을 억제할 수 있다. 보다 바람직한 Fe의 함유량은 0.05 내지 0.30%, 더욱 바람직한 함유량은 0.05 내지 0.25%이다. 이 범위로 함으로써, 더 한층 기계적 강도가 우수한 볼트를 얻기 쉽다.
(Cu: 0.50 내지 1.2%)
Cu는, Mg, Si와 함께 강도의 향상에 기여한다. Cu 함유량의 하한값을 0.50%로 함으로써 그 효과가 얻어지기 쉽다. 한편, 상한값을 1.2%로 함으로써 볼트로의 성형성을 확보하기 쉽다. 보다 바람직한 Cu의 함유량은 0.80 내지 1.2%이다. 이 범위로 함으로써, 더 한층 기계적 강도가 우수하고, 내열성이 양호한 볼트를 얻기 쉽다.
(Mn: 0.50 내지 1.1%)
Mn은, 일부가 알루미늄 합금의 매트릭스에 고용되어, 알루미늄 합금선을 고용 강화한다. 또한, Mn은, Al-Mn계의 분산 입자를 형성하고, 이 선재 조직의 결정립을 미세화할 수 있고, 강도, 성형성, 내식성 등을 향상시킬 수 있다. Mn 함유량의 하한값을 0.50%로 함으로써, 알루미늄 합금선을 고용 강화하고, 따라서 볼트로서 충분한 강도가 얻어지기 쉽다. 또한, 상한값을 1.1%로 함으로써, 크랙의 기점이 되는 조대한 정출물이나 석출물의 형성을 억제하고, 따라서 볼트의 고강도화에 이바지할 수 있다. 보다 바람직한 Mn의 함유량은 0.70 내지 1.1%이다. 이 범위로 함으로써, 더 한층 기계적 강도가 우수하고, 내열성이 양호한 볼트를 얻기 쉽다.
(Mg: 0.70 내지 1.3%)
Mg은, 알루미늄 합금선을 고용 강화하여, 인공 시효 시에, Si와 함께 강도 향상에 기여하는 시효 석출물을 형성하여, 볼트에 요구되는 기계적 특성을 만족시키기 위해서 필요한 원소이다. Mg 함유량의 하한값을 0.70%로 함으로써, 충분한 고용 강화 기능이나 시효 경화 기능을 발휘할 수 있다. 상한값을 1.3%로 함으로써, 크랙의 기점이 되는 조대한 정출물이나 석출물의 형성을 억제하고, 따라서 볼트의 고강도화에 이바지할 수 있다. 보다 바람직한 Mg의 함유량은 0.80 내지 1.3%이다. 이 범위로 함으로써, 더 한층 기계적 강도가 우수하고, 내열성이 양호한 볼트를 얻기 쉽다.
(Cr: 0.01 내지 0.30%)
Cr은, Mn, Zr과 마찬가지로 분산 입자를 형성하기 때문에, 알루미늄 합금선의 열 처리 시의 결정립의 조대화를 방지하여, 결정립을 미세화시키는 효과가 있다. 결정립을 미세화시킴으로써, 볼트의 강도나 볼트로의 성형성의 향상에 기여한다. 또한, Cr에는 내식성을 향상시키는 효과도 있다. Cr 함유량의 하한값을 0.01%로 함으로써 이들의 효과를 적절히 얻을 수 있다. 또한, 상한값을 0.30%로 함으로써, 결정립의 조대화를 억지하고, 결정립의 미세화 효과를 적절히 발현시킨다. 바람직한 함유량의 범위는 0.05 내지 0.30%이다. Cr을 0.05% 이상 함유함으로써, 강도뿐만 아니라 내열성도 우수한 볼트로 할 수 있다.
(Zn: 0.005 내지 0.50%)
Zn은, 알루미늄 모상(母相)에 고용되어 합금의 강도를 향상시키는 기능을 갖는다. Zn의 함유량의 하한값을 0.005%로 함으로써, 강도 향상 효과를 적절히 발휘시킬 수 있다. 또한, 상한값을 0.50%로 함으로써, 적절한 내식성을 확보할 수 있다. 보다 바람직한 Zn의 함유량은 0.05 내지 0.25%이다. 이 범위로 함으로써, 볼트의 성형에 필요한 인성을 확보하기 쉽고, 더 한층 기계적 강도가 우수하고, 가공성, 내열성, 내식성이 양호한 볼트를 얻기 쉽다.
(Ti: 0.01 내지 0.20%)
Ti은, 주조재의 결정 조직을 미세로 하거나, 주조재 중의 주상(柱狀) 결정 의 비율을 억제하고, 등축(等軸) 결정의 비율을 증가시키는 효과가 있다. 따라서, Ti을 함유함으로써, 주조재의 압연 가공성이나 신선 가공성, 및 볼트로의 성형성을 향상할 수 있다. 또한, 결정 조직이 미세화됨으로써, 소성 가공 시에 상처가 생기기 어렵기 때문에 상처가 적어, 표면 상태가 우수한 소성 가공재를 얻을 수 있다. Ti 함유량의 하한값을 0.01%로 함으로써, 결정립의 미세화 효과가 얻어지기 쉽다. Ti의 함유량이 많을수록, 결정립의 미세화, 미세화에 수반된 상처의 저감에 효과가 있지만, 0.20% 정도에서 이 효과가 포화되는 경향이 있고, 조대한 금속간 화합물의 생성도 억제할 수 있다. 그 때문에, Ti 함유량의 상한값은 0.20%로 한다. 보다 바람직한 Ti 함유량은 0.01 내지 0.10%이다. 이 범위로 함으로써, 더 한층 기계적 강도가 우수한 볼트를 얻기 쉽다. 또한, Ti은 TiB2로서 용탕(溶湯) 중에 혼합되는 경우가 있고, B도 Ti과 마찬가지로 결정 조직을 미세하게 하여 강도를 향상시키는 효과가 있다. 그 때문에, B의 함유도 50ppm(질량비) 이하 정도는 허용된다.
(Zr: 0.05 내지 0.20%)
Zr은, Mn과 같이 각각의 원소를 함유한 분산 입자를 형성하고, 알루미늄 합금선의 열 처리 시의 결정립의 조대화를 방지하여, 결정립을 미세화시키는 작용이 있다. 그것에 수반되어, 볼트의 강도나 볼트로의 성형성의 향상에 기여한다. 또한, Zr은 알루미늄 합금선의 내열성을 향상시키기 위해서도 필요한 원소이다. Zr 함유량의 하한값을 0.05%로 함으로써, 강도나 볼트로의 성형성 향상 효과를 적절히 얻을 수 있다. 상한값을 0.20%로 함으로써, 결정립의 조대화를 효과적으로 억제할 수 있다. 바람직한 Zr의 함유량은 0.10 내지 0.20%이다. 이 범위로 함으로써, 더 한층 기계적 강도가 우수하고, 내열성이 양호한 볼트를 얻기 쉽다.
(Mg2Si/(Mn+Cr): 1.0 내지 2.1)
Si와 Mg의 일부는, 알루미늄 합금의 매트릭스 중에 고용되어 강도 향상에 기여하며, 잔부는 Mg2Si로서 함유된다. 한편, Cr과 Mn은 어느 것이든 분산 입자를 형성하여, 조직의 조대화를 억제하여 강도의 향상에 기여하는 기능을 갖는다. 이 Mg2Si의 함유량과 Cr 및 Mn의 합계량의 비율을 규정함으로써, 높은 기계적 특성과 내열성을 구비하는 볼트를 얻을 수 있다. 그 이유는 확정되지는 않지만, Mg2Si와, Mn 및 Cr이 상호 작용함으로써, 고온 유지 시의 시효 진행에 의한 강도 저하를 억제하고 있다고 생각되고, Mg2Si 양에 대응되는 Mn 및 Cr을 첨가함으로써, 내열성이 향상된다고 생각된다. 이 비율은 1.0 내지 2.1로 한다. 더욱 바람직한 비율은 1.4 내지 2.0 정도, 특히 바람직한 비율은 1.5 내지 1.8 정도이다. 또한, 알루미늄 합금에 대하여, 인공 시효 후에 가공이 들어간 상태의 경우는, Mn 및 Cr이 전위의 이동을 억제하여, 가공 경화로 강도가 향상된 부분의 강도 저하를 억제하고 있는 것은 아닌 가라고 생각된다. 이 Mg2Si의 함유량은, Mg과 Si의 첨가량으로부터 계산된 값을 이용한다. 구체적으로는, 하기의 수학식 1에 의해 Mg2Si의 함유량이 구해진다. 이 계산값은, 용체화 처리 및 시효 처리를 실시하여 Mg2Si를 석출시킨 재료의 Mg2Si의 함유량을 나타내고 있다. Cr과 Mn의 합계량은 0.55 내지 1.5% 정도, 또한 0.70 내지 1.4% 정도, 특히 0.75 내지 1.3% 정도가 바람직하다.
[수학식 1]
{Mg 함유량[질량%]/(Mg의 원자량×2)}×(Mg2Si의 분자량)
(Sr: 0.005 내지 0.05%)
또한, 필수적이지는 않지만, 부가적 첨가 원소로서, Sr을 포함하여도 좋다. Sr도 주조재의 결정 조직을 미세화하는 기능이 있어, 수득된 볼트의 강도 향상에 기여한다. 특히, Zr의 존재 하에서 Sr을 함유하면, 알루미늄 합금선이 취화됨이 없이, 강도의 향상을 도모할 수 있다. Sr 함유량의 하한값을 0.005%로 함으로써, 볼트의 강도 향상 효과를 얻기 쉽다. 상한값을 0.05%로 함으로써, 알루미늄 합금선의 취화를 효과적으로 억제하고, 충분한 강도를 얻을 수 있다. 보다 바람직한 Sr의 함유량은 0.005 내지 0.03%이다. 이 범위로 함으로써, 더 한층 기계적 강도가 우수하고, 내열성이 양호한 볼트를 얻기 쉽다.
(Zr/Sr: 3 내지 50)
전술한 것과 같이, Zr은 내열성을 향상시키기 위해서 필요한 원소이지만, 이것이 함유되면, 합금의 융점이 올라, 주조 온도가 높아져 응고가 어려워진다. 빌릿(billet) 주조 등에서는 비교적 문제가 되지 않지만, 연속 주조의 경우, 용탕의 응고 시에 수축이 생기면, 주조재의 외표면이 변형되는 현상이 일어나기 쉽다. 이 변형 개소는, 주조재가 주형과 접촉하지 않게 됨으로써 냉각이 늦어지고, 주조재 내부의 열에 의해 융점 이상의 온도로 재상승하여 재용융 현상이 일어나, 결정립의 조대화나, 주조재의 표면 성상의 악화를 초래한다. 그 결과, 이 결정립의 조대화 개소나 표면 성상의 악화 개소가 기점이 되어, 주조 후의 압연이나 신선 가공에서 상처가 되기 쉽다. 한편, Sr은 알루미늄 합금의 강도를 향상시키는 기능을 갖지만, 취화도 초래하기 쉽다. Zr과 Sr의 비율을 소정의 범위로 규정함으로써, Zr의 함유에 의한 재용융의 발생이나 Sr의 함유에 의한 취화를 효과적으로 억제할 수 있다. 이 비율의 하한값을 3으로 함으로써, Sr에 대하여 적량의 Zn이 함유되어 있다고 하며, 취화를 효과적으로 억제하여 강도의 향상에 기여할 수 있다. 비율의 상한값을 50으로 함으로써, Zn에 대하여 적량의 Sr이 함유되어 있다고 하며, 재용융에 수반되는 문제를 해소하기 쉽다. 보다 바람직한 비율의 범위는 5 내지 20 정도이다. 이 범위로 함으로써, 더 한층 기계적 강도가 우수하고, 내열성이 양호한 볼트를 얻기 쉽다. 이 비율의 한정은, 본 발명에서 필수적이지는 않다.
〔선 직경〕
본 발명의 알루미늄 합금선의 선 직경은, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 12mm 내지 3mm 정도를 선택할 수 있다. 이러한 선 직경의 알루미늄 합금선으로 함으로써, 자동차 부품의 체결 등에 적합한 크기의 볼트를 제조할 수 있다.
[알루미늄 합금선의 제조 방법]
알루미늄 합금선은, 대표적으로는, 주조, 압연, 신선 및 중간 연화를 경유하여 제조된다. 각 공정의 상세한 것은 다음과 같다.
〔주조〕
전술한 조성의 주조재를 주조한다. 주조는, 연속 주조가 적합하다. 본 발명의 알루미늄 합금선의 제조 방법에서는, 알루미늄 합금을 소정의 조성으로 함으로써, 연속 주조에 의해서도 표면 성상이 우수하고, 상처가 적은 주조재로 할 수 있다. 이러한 주조재를 이용함으로써, 압연 시나 신선 시에 크랙이나 상처가 발생하는 것을 저감할 수 있고, 표면 성상이 우수한 압연재나 신선재로 할 수 있다. 특히, 본 발명의 알루미늄 합금선의 제조 방법에서는, 종래와 같이 신선 도중의 박피(剝皮) 수를 많게 하거나, 박피량을 많게 하거나, 탐상기(探傷機)의 감도를 높이거나 하지 않아도, 표면 상태가 우수한 신선재를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 알루미늄 합금선의 제조 방법은, 수율이 좋고, 표면 상태가 우수한 알루미늄 합금선을 생산성 좋게 제조할 수 있다. 연속 주조 방법으로서는, 벨트 앤드 휠(belt and wheel) 방식이 바람직하다.
주조 시의 냉각은 5℃/sec 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 8℃/sec 이상, 더욱 바람직하게는 20℃/sec 이상이다. 냉각 속도를 5℃/sec 이상으로 함으로써, 결정립이 조대화되는 것을 방지하여, 미세한 조직의 주조재로 하거나, 단위 단면적당 등축 결정의 비율이 높은 주조재로 할 수 있다. 또한, 냉각 과정에 있는 용탕의 어떤 위치에서도 냉각 속도가 5℃/sec 이상인 것, 즉 전체가 균일적으로 냉각되는 것이 바람직하다. 예컨대, 수냉 구리 주형이나 강제 수냉 기구 등을 갖는 연속 주조기를 이용하면, 전술한 것과 같은 냉각 속도에 의한 급냉 응고를 실현할 수 있다.
〔압연〕
주조재는 압연 가공되어 압연재로 된다. 이 압연은 열간 또는 온간(溫間)으로 행하는 것이 바람직하다. 또한, 압연은 주조에 연속하여 행하는 것이 바람직하다. 압연을 주조에 연속하여 행하면, 주조재에 축적된 열을 이용하여 열간 압연을 용이하게 행하여, 에너지 효율이 좋은 데다가, 배치식의 주조 방법과 비교하여, 주조 압연재의 생산성이 우수하다. 예컨대, 벨트와 휠을 조합시킨 주조기와 이 주조기에 연속해 있는 압연기를 이용하여 행한다. 이러한 장치로서는, 프로페르치(Properzi)식 연속 주조 압연기를 들 수 있다.
〔신선〕
압연재는 신선되어 소정의 선 직경의 신선재로 가공된다. 이 신선은 냉간으로 행하는 것이 바람직하다. 신선 전의 압연재의 표면 상태에 따라, 박피 가공을 행하여도 좋다.
〔중간 연화〕
상기 신선 도중의 선재에 대하여, 연화 처리를 행한다. 이 중간 연화 처리는, 처리 후의 선재의 신도가 10% 이상이 되도록 하는 조건에서 행한다. 이 중간 연화 처리는, 결정 조직의 미세화, 및 가공 경화에 의해서 높인 선재의 강도를 극심하게 저하시킴이 없이 연화시켜, 선재의 인성을 높이기 위해서 행한다.
연화 처리는, 배치 처리가 적합하게 이용될 수 있다. 연화 처리 중의 분위기는, 처리 중의 열에 의해 선재의 표면에 산화막이 생성되는 것을 억제하기 위해서, 비산화성 분위기가 바람직하다. 예컨대, 진공 분위기(감압 분위기), 질소(N2)나 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스 분위기, 수소 함유 가스(예컨대, 수소(H2)만, N2, Ar, 헬륨(He) 등의 불활성 가스와 수소(H2)의 혼합 가스 등)나 탄산 가스 함유 가스(예컨대, 일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)의 혼합 가스 등) 등의 환원 가스 분위기를 들 수 있다.
연화 처리는, 가열 온도를 250℃ 이상으로 함으로써, 선재의 신도를 10% 이상으로 할 수 있다. 배치 처리의 경우, 바람직한 조건은, 가열 온도: 250℃ 이상 500℃ 이하, 유지 시간: 0.5시간 이상, 보다 바람직하게는 1시간 이상이다. 가열 온도가 250℃ 미만, 유지 시간이 0.5시간 미만에서는 연화 처리의 효과가 부족하고, 가열 온도가 500℃ 초과에서는, 결정립 및 결정 석출물이 조대화되고, 가공성이 저하되기 쉽다. 특히 가열 온도는 300℃ 이상 450℃ 이하, 유지 시간은 2시간 이상 40시간 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 가열 온도는 380 내지 420℃이며, 유지 시간은 24시간 이하, 특히 15시간 이하이다.
〔기타〕
또한, 최종 신선 후에도 연화 처리(최종 연화 처리)를 행하여도 좋다. 이 최종 연화 처리도 300℃ 이상에서 1시간 이상 행하는 것이 적합하다. 최종 연화 처리에 의해, 볼트 가공 시의 성형성을 향상시킬 수 있다.
[볼트]
〔조성〕
볼트의 조성은 전술한 알루미늄 합금선과 마찬가지이다.
〔기계적 특성〕
제 1 조성의 알루미늄 합금선에 의하면, 볼트 성형 후의 특성으로서, 인장 강도: 380MPa 이상, 0.2% 내력: 350MPa 이상, 신도: 6% 이상을 얻을 수 있다. 또한, 제 2 조성의 알루미늄 합금선에 의하면, 볼트 성형 후의 특성으로서, 인장 강도: 400MPa 이상, 0.2% 내력: 360MPa 이상, 신도: 6% 이상을 얻을 수 있다. 또한, 제 3 조성의 알루미늄 합금선에 의하면, 볼트 성형 후의 특성으로서, 인장 강도: 430MPa 이상, 0.2% 내력: 370MPa 이상, 신도: 6% 이상을 얻을 수 있다. 또한, 알루미늄 합금선이 0.005 내지 0.05질량%의 Sr을 포함하고 있으면, 알루미늄 합금선의 취화를 초래함이 없이 기계적 강도가 우수한 볼트를 얻을 수 있다. 또한, 알루미늄 합금선이 0.005 내지 0.03질량%의 Sr을 포함하고, 또한 Zr의 함유량과 Sr의 함유량의 비율 Zr/Sr이 3 내지 50이면, Zr의 함유에 의한 재용융의 발생이나 Sr의 함유에 의한 알루미늄 합금선의 취화를 초래함이 없이 기계적 강도가 더욱 우수한 볼트를 얻을 수 있다.
이들 특성은, 어느 것이든 최종 신선 후의 알루미늄 합금선에 대하여 볼트 가공을 행하고, 그 가공에서 용체화 처리 및 시효 처리를 행한 후의 특성이다. 어느 특성도 JIS B1051에 준거하여, 제품인 볼트를 시험편으로 하는 인장력 시험에 의해 측정할 수 있다.
[볼트의 제조 방법]
볼트는, 대표적으로는, 상기 알루미늄 합금선의 절단, 헤더 가공, 전조 및 용체화 처리와 시효 처리를 경유하여 제조된다. 그 때문에, 상기 〔기계적 특성〕에 기재된 특성을 갖는 볼트를 얻을 수 있다. 각 공정의 상세한 것은 다음과 같다.
〔절단〕
절단은 상기 알루미늄 합금선을 볼트의 가공에 적합한 길이로 절단한다. 얻어지는 절단편의 길이는, 제조하는 볼트의 크기에 따라 적절히 선택하면 좋다.
〔헤더 가공〕
헤더 가공은 절단 공정에서 수득된 절단편의 단부(端部)를 단조하여, 볼트의 두부를 성형한다. 이 가공 조건에는 공지된 조건이 적용될 수 있다.
〔전조〕
전조 가공은 절단 공정에서 수득된 절단편에 나사부를 성형한다. 이 가공 조건에는 공지된 조건이 적용될 수 있다. 보통, 헤더 가공을 행한 후에 전조가 행해진다.
〔용체화 + 시효〕
용체화 처리와 시효 처리는 볼트로의 가공 대상에 대하여 실시함으로써, 합금 중에 석출물을 생성하고, 가공 대상의 강도를 향상시킨다. 이 용체화와 시효를 행하는 순서는, 다음 패턴이 있다.
(1) 절단 → 헤더 가공 → 용체화 + 시효 → 전조
(2) 절단 → 중간 단조 → 용체화 + 시효 → 헤더 가공 → 전조, 또는
절단 → 용체화 + 시효 → 헤더 가공 → 전조.
즉, 중간 단조는 실시하여도 좋고, 실시하지 않아도 좋다.
(3) 절단 → 헤더 가공 → 전조 → 용체화 + 시효
(4) 절단 → 용체화 → 헤더 가공 → 전조 → 시효, 또는
절단 → 용체화 → 예비 시효 → 헤더 가공 → 전조 → 시효.
즉, 예비 시효는 실시하여도 좋고, 실시하지 않아도 좋다.
(5) 용체화 → 신선 → 절단 → 헤더 가공 → 시효 → 전조
(6) 용체화 → 신선 → 절단 → 중간 단조 → 시효 → 헤더 가공 → 전조
(7) 용체화 → 신선 → 절단 → 헤더 가공 → 전조 → 시효.
상기 중, 패턴 (1), (2), (5) 및 (6)에서는, 최종 공정에서 전조를 행함으로써 나사부의 치수 정밀도가 높다. 또한, 전조에 의해서 나사부가 되는 개소에 소성 가공을 가함으로써, 소재를 가공 경화시켜, 볼트의 강도를 약간 높일 수 있다.
패턴 (2) 및 (6)에서는, 시효 후에 소성 가공을 행함으로써, 소재를 가공 경화시켜, 더욱 강도를 높일 수 있다.
패턴 (3), (4) 및 (7)에서는, 시효 전에 소성 가공을 행하기 때문에, 가공성이 비교적 낮은 재료에서도, 나사로 가공할 수 있다. 패턴 (7)에서는, 석출물이 적은 상태로 소성 가공을 행하기 때문에, 보다 가공성이 낮은 재료에서도 나사로 가공할 수 있다.
패턴 (4), (5), (6) 및 (7)에서는, 용체화 후에 소성 가공을 가함으로써 결정립의 미세화나 변형의 도입이 일어나기 때문에, 각각 소성 가공 후에 용체화를 실시한 경우와 비교하여, 볼트의 강도를 높일 수 있다.
어느 패턴이어도, 용체화 처리의 조건은 520 내지 560℃에서 1 내지 5시간, 시효 처리의 조건은 160 내지 180℃에서 4 내지 30시간 정도가 적합하다. 이 용체화 처리와 시효 처리에 의해서도 Mg2Si의 석출 상태를 제어함으로써, 볼트의 기계적 특성을 조정할 수 있다. 한편, 예비 시효 처리를 실시하는 경우에는, 그 열 처리 조건으로서는 50 내지 160℃에서 4 내지 50시간 정도가 적합하다.
실시예
<시험예 1>
주조 → 압연 → 신선 → 중간 연화 → 신선의 공정에 의해 알루미늄 합금선을 제작한다. 그 제작 과정에서, 주조재·신선재의 표면 성상의 평가를 행하고, 추가로, 수득된 알루미늄 합금선을 볼트로 가공하여, 성형 시의 크랙이나 내열성에 대하여 평가함과 함께, 볼트의 기계적 특성을 평가했다. 시료의 조성을 표 1에, 주된 평가 결과를 표 2에 나타낸다. 표 1 및 표 2에서, 비교예 1은 A6056 상당재(相當材)이다.
《합금선의 제작》
우선, 베이스(base)가 되는 순알루미늄을 용해하고, 그 용탕에 첨가 원소를 소정의 농도가 되도록 투입한다. 성분 조정한 알루미늄 합금의 용탕은, 적절히, 수소 가스 제거 처리나, 이물질 제거 처리를 행한다. 이 알루미늄 합금선 용탕을 벨트-휠식의 연속 주조 압연기에 의해 주조와 열간 압연을 행하고, φ 9.5mm의 와이어 로드(wire rod)를 제작한다. 주조 시에서의 냉각 속도는 5℃/sec 이상으로 한다. 또한, 수냉 구리 주형을 이용하여, 냉각 과정에 있는 용탕의 어떤 위치에서도 냉각 속도가 5℃/sec 이상이 되도록 했다. 조직 미세화를 위한 Ti과 B는 Al-3%Ti-1%B(질량%)의 와이어를 준비하고, 주형 내에 용탕과 와이어가 동시에 공급되도록 하여 주조를 행함으로써 첨가했다. 계속해서, 이 와이어 로드를 냉간으로 φ 8.3mm까지 신선한 후, 400℃×5시간의 중간 연화 처리를 배치 처리로 행하고, 추가로 그의 연화 처리재를 φ 7.05mm까지 신선한다. 그리고, 수득된 합금선에 350℃×5시간의 최종 연화 처리를 배치 처리로 행하여, 알루미늄 합금선으로 한다. 한편, 어느 시료도, Si를 화학 양론 조성보다도 과잉으로 첨가하였기 때문에, 표 1 중의 Mg2Si의 함유량은, 하기의 수학식 1에 의해 연산으로 구했다.
[수학식 1]
{Mg 함유량[질량%]/(Mg의 원자량×2)}×(Mg2Si의 분자량)
《재용융 부분의 평가》
수득된 주조재를 적절히 샘플링하여 외관을 관찰하여, 응고 시의 재용융에 수반되어 생성된 재용융 부분의 수를 조사한다. 재용융 부분의 평가는, Sr을 포함하는 시료와 Sr을 포함하지 않는 시료의 재용융 부분의 수를 비교함으로써 평가했다.
《탐상(探傷) 수의 평가》
연속 주조 압연에 의해 수득된 압연재를 11.7mm까지 신선 가공한 단계에서 박피 다이스에 의해 두께 0.2mm의 박피를 행한다. 한편, 박피는 행하지 않아도 좋다. 이 박피에 의해, 재용융 이외의 원인, 예컨대 열간 압연이나, 그 후의 신선 가공에서 발생하는 비교적 작은 상처를 제거할 수 있다. 탐상 수의 평가는, 우선, 상기의 박피재에 대하여, 신선기에 구비되는 온-라인(on-line) 와류형 탐상기를 이용하여 표면의 상처의 개수를 관찰하여, 탐상 카운트부에 마킹을 행한다. 그리고, Sr을 포함하는 시료와 Sr을 포함하지 않는 시료의 탐상 수의 수를 비교함으로써 평가했다.
《볼트의 제작》
수득된 알루미늄 합금선으로 볼트를 제작한다. 본 예에서는, M8 볼트의 T6 처리재와, T6 처리재에 냉간 가공(중간 단조)을 가한 T9 처리재를 제작했다. 각 볼트의 제조 과정은 다음과 같다. 어느 것이든 용체화 처리는 550℃×2시간, 시효 처리는 175℃×8시간으로 했다. 한편, 비교예 4, 5에 대해서는, T9 처리재의 가공 시에 크랙이 발생했기 때문에, 후술하는 내열성 시험과 기계적 특성의 평가를 행하지 않고 있다.
·T6 처리재
절단 → 헤더 가공 → 용체화 처리 → 시효 처리 → 전조
·T9 처리재
절단 → 중간 단조 → 용체화 처리 → 시효 처리 → 헤더 가공 → 전조
·T8 처리재
절단 → 용체화 처리 → 헤더 가공 → 전조 → 시효.
《볼트의 크랙의 평가》
수득된 볼트 500개 중의 크랙의 발생률로 평가한다. 이 크랙의 유무는, 헤더 가공 시 또는 전조 시 등에 생긴 크랙을 육안으로 관찰하여 판단한다. 이 평가는, Sr을 포함하는 시료와 Sr을 포함하지 않는 시료의 크랙의 발생률을 비교함으로써 평가했다.
《내열성 시험》
제작한 볼트를 150℃에서 1000시간 유지한 후, 실온에서 인장력 시험을 행하고, 이 열 처리 전의 인장 강도에 대한 열 처리 후의 인장 강도의 저하율로 내열성을 평가했다. 비교예 1을 기준으로 하여, 상기 저하율이 악화되면 C, 동등하면 B, 20% 이상 개선되었다면 A로 했다. 20% 이상의 개선이란, 예컨대 비교예 1의 저하율이 10%인 것으로 했을 때, 시료의 저하율이 8% 이하가 되는 것이다.
《기계적 특성의 평가》
볼트를 시료로 하여 상온에서 인장력 시험을 행하고, 인장 강도, 0.2% 내력 및 신도를 평가했다. 이 인장력 시험은 JIS B1051에 준거하여 행한다. 단, 전술한 T9 처리재에 대해서는, 인장 강도와 0.2% 내력만을 표 2에 나타내고 있다.
Figure 112013069891337-pct00001
Figure 112013069891337-pct00002
《고찰》
표 1과 표 2에 나타낸 것과 같이, Mg2Si/(Mn+Cr)이 1.0 내지 2.1인 실시예 1 내지 10의 T6 처리재는, 인장 강도가 380MPa 이상(특히 420MPa 이상)이며, 0.2% 내력이 350MPa 이상(특히 370MPa 이상)이며, 신도가 6% 이상이며, 내열성도 양호하다. 실시예 1 내지 10의 T9 처리재는, 인장 강도가 460MPa 이상(특히 490MPa 이상)이며, 0.2% 내력이 440MPa 이상(특히 480MPa 이상)이라고 하는 등 더 한층 높은 기계적 강도를 구비하고 있다. 제 2 조성을 갖는 실시예 10은, 제 1 조성을 갖는 실시예 1, 8에 비하여, T9 처리재의 인장 강도나 0.2% 내력이 향상되어 있다는 것을 알 수 있다. 특히, 제 3 조성을 갖는 실시예 2 내지 7, 9의 T6 처리재는, 인장 강도가 430MPa 이상이며, 0.2% 내력이 370MPa 이상이며, 신도가 6% 이상이며, 우수한 내열성도 구비하고 있다. 또한, 실시예 2 내지 7, 9의 T9 처리재는, 인장 강도가 510MPa 이상이며, 0.2% 내력이 500MPa 이상이며, 높은 내열성도 갖고 있다. 또한, 실시예 7의 T8 처리재는, 인장 강도가 502MPa이며, 0.2% 내력이 482MPa이며, 높은 내열성도 갖고 있다. Sr을 0.005% 이상 함유하는 실시예 7 내지 9는, 재용융, 탐상 수, 크랙 중 어느 것도, Sr을 포함하지 않는 실시예 1 내지 6, 10에 비하여 감소했다. 한편, Mg2Si/(Mn+Cr)이 1.0 내지 2.1의 범위로부터 벗어나 있거나, 제 1 조성을 만족시키지 않는 비교예 1 내지 5는, 어느 것이든 내열성이나 가공성(크랙)의 점에서 불충분했다. 특히, 내열성이 20% 이상 개선된 것이 비교예에는 존재하지 않는다.
한편, 본 발명은, 전술한 실시형태로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다.
본 발명의 알루미늄 합금선 및 그의 제조 방법은, 볼트의 소선(素線) 또는 그의 제조에 이용될 수 있고, 본 발명의 볼트 및 그의 제조 방법은, 자동차 부품의 체결용 볼트 또는 그의 제조에 적합하게 이용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 질량%로,
    Si: 0.60 내지 1.5%,
    Fe: 0.02 내지 0.40%,
    Cu: 0.50 내지 1.2%,
    Mn: 0.50 내지 1.1%,
    Mg: 0.70 내지 1.3%,
    Cr: 0.01 내지 0.30%,
    Zn: 0.005 내지 0.50%,
    Ti: 0.01 내지 0.20%,
    Zr: 0.05 내지 0.20%
    Sr: 0.005 내지 0.05%
    를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지며,
    상기 Si 및 Mg의 일부가 Mg2Si로서 포함되고,
    Mg2Si의 함유량과 Mn 및 Cr의 합계 함유량의 비율 Mg2Si/(Mn+Cr)이 1.0 내지 2.1인 것을 특징으로 하는 볼트용 알루미늄 합금선.
  2. 제 1 항에 있어서,
    질량%로,
    Si: 0.80 내지 1.4%,
    Fe: 0.05 내지 0.30%,
    Cu: 0.50 내지 1.2%,
    Mn: 0.50 내지 1.1%,
    Mg: 0.80 내지 1.3%,
    Cr: 0.05 내지 0.30%,
    Zn: 0.05 내지 0.25%,
    Ti: 0.01 내지 0.10%,
    Zr: 0.10 내지 0.20%
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼트용 알루미늄 합금선.
  3. 제 2 항에 있어서,
    질량%로,
    Cu: 0.80 내지 1.2%,
    Mn: 0.70 내지 1.1%,
    Cr: 0.05 내지 0.30%
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼트용 알루미늄 합금선.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    질량%로, Sr: 0.005 내지 0.03%를 포함하고,
    Zr의 함유량과 Sr의 함유량의 비율 Zr/Sr이 3 내지 50인 것을 특징으로 하는 볼트용 알루미늄 합금선.
  6. 질량%로,
    Si: 0.60 내지 1.5%,
    Fe: 0.02 내지 0.40%,
    Cu: 0.50 내지 1.2%,
    Mn: 0.50 내지 1.1%,
    Mg: 0.70 내지 1.3%,
    Cr: 0.01 내지 0.30%,
    Zn: 0.005 내지 0.50%,
    Ti: 0.01 내지 0.20%,
    Zr: 0.05 내지 0.20%
    Sr: 0.005 내지 0.05%
    를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 상기 Si 및 Mg의 일부가 Mg2Si로서 포함되고, Mg2Si의 함유량과 Mn 및 Cr의 합계 함유량의 비율 Mg2Si/(Mn+Cr)이 1.0 내지 2.1인 주조재를 얻는 공정과,
    이 주조재를 압연하여 압연재로 하는 공정과,
    상기 압연재를 신선(伸線)하여 소정의 선 직경의 신선재(伸線材)로 하는 공정과,
    상기 신선 공정 도중의 선재에 대하여 250 내지 500℃에서 0.5 내지 40시간의 연화 처리를 행하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 볼트용 알루미늄 합금선의 제조 방법.
  7. 알루미늄 합금으로 이루어지는 볼트로서,
    상기 알루미늄 합금이, 질량%로
    Si: 0.60 내지 1.5%,
    Fe: 0.02 내지 0.40%,
    Cu: 0.50 내지 1.2%,
    Mn: 0.50 내지 1.1%,
    Mg: 0.70 내지 1.3%,
    Cr: 0.01 내지 0.30%,
    Zn: 0.005 내지 0.50%,
    Ti: 0.01 내지 0.20%,
    Zr: 0.05 내지 0.20%
    Sr: 0.005 내지 0.05%
    를 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지며,
    상기 Si 및 Mg의 일부가 Mg2Si로서 포함되고, Mg2Si의 함유량과 Mn 및 Cr의 합계 함유량의 비율 Mg2Si/(Mn+Cr)이 1.0 내지 2.1이며,
    인장 강도: 380MPa 이상,
    0.2% 내력: 350MPa 이상,
    신도: 6% 이상
    인 것을 특징으로 하는 볼트.
  8. 제 1 항에 기재된 볼트용 알루미늄 합금선을 소정 길이로 절단하는 공정과,
    절단된 볼트용 알루미늄 합금선을 헤더 가공하여 볼트의 두부(頭部)를 성형하는 공정과,
    절단된 볼트용 알루미늄 합금선을 전조(轉造)하여 볼트의 나사부를 성형하는 공정과,
    볼트용 알루미늄 합금선으로부터 볼트를 제조하기까지의 과정에서의 대상물에 용체화 처리 및 시효 처리를 행하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 볼트의 제조 방법.
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