KR102045063B1 - 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법에 관한 것이며, 상기 마그네슘 합금 판재는 전체 100중량%에 대해, 아연(Zn)은 0 초과 2.0중량% 이하, 망간(Mn)은 0 초과 1.0 중량% 이하, 세륨(Ce)은 0 초과 0.5 중량% 이하, 잔부 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함 할 수 있다.
Description
본 발명은 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 모바일 및 IT 분야에서 경량화(그램, gram) 마케팅이 활발하게 이루어지고 있다. 보다 구체적으로, 모바일 기기 분야의 기능이 다양화되면서 제품 중량이 가벼운 물질을 요구한다. 이에 따라 비강도(밀도 대비 강도)가 우수한 마그네슘 판재에 대한 관심이 증가하고 있다.
마그네슘의 밀도는 1.74g/㎤로 알루미늄 및 철강을 포함하는 구조용 금속 중에서 가장 가볍다. 또한 진동 흡수능, 전자파 차폐능 등이 우수하여 모바일 및 IT 분야에서 각광받고 있는 금속이다. 아울러, 자동차 분야에서도 유럽을 필두로 한 선진국에서 연비규제 및 성능향상을 이유로 차체 무게를 경량화하려는 연구가 활발하게 진행 중이며, 이에 대응하는 금속으로 마그네슘이 화두 되고 있다.
다만, 마그네슘은 알루미늄, 스테인리스강 등의 경쟁 소재와 비교하여, 가격이 비싸기 때문에 경량화가 꼭 필요한 일부 부품에만 적용이 제한되고 있다.
또한, 마그네슘은 육방밀집구조(Hexagonal close packing, HCP)를 가지므로 상온 성형이 어렵다. 제품에 적용되기 위해서는 성형 공정이 필수적이므로, 온간 성형을 위한 금형/가열장치 등의 투자비가 다량 발생할 수 있다. 뿐만 아니라, 금형과 소재간의 스티킹(sticking) 현상, 긁힘 현상 및 가열을 위한 시간이 소요되어 생산성이 저하되는 특징이 있다. 마그네슘 소재의 가격뿐만 아니라, 마그네슘 합금의 가공 비용도 경쟁 소재 대비 비싼 문제점이 있다.
또한, 기본 성형성이 우수하더라도 내부 미세조직에서 중심 편석이 존재하거나 조대한 금속간 화합물이 뭉쳐있는 경우, 압연 방향(RD)과 판재 폭 방향(TD)에 따른 성형성 차이가 심해지게 된다. 이에, 물성 편차가 심해지는 문제가 발생하게 된다. 성형성 뿐만 아니라, 내식성 또한 마그네슘 합금의 시장 확대를 저해하는 주된 요인이다. 마그네슘 합금은 대기 또는 습기에 노출된 상태에서 빠르게 부식이 되므로 상기와 같은 용도로 사용하기 위해서는 고가의 표면처리가 필요하다. 이러한 단점을 보완하기 위해 고내식 합금을 개발하고 있으나, 보통 주조재이거나 내식성만 향상을 시켜서 성형성이 좋지 않은 단점이 있다.
그러므로, 자동차용 및 IT용 가공재로 사용을 하기 위해서는 내식성과 더불어 상온 성형성도 같이 개선이 되어야 한다.
본 발명은 상온 성형성, 이방성 및 내식성이 우수한 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
구체적으로, Zn, Mn, 및 Ce 성분의 함량 및 관계를 제어하여, 마그네슘 합금 판재의 불순물과 이차상 등을 제어할 수 있다. 이로부터, 내식성, 성형성, 및 이방성이 우수한 마그네슘 합금 판재를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 구현예인 마그네슘 합금 판재는 전체 100중량%에 대해, 아연(Zn)은 0 초과 2.0중량% 이하, 망간(Mn)은 0 초과 1.0 중량% 이하, 세륨(Ce)은 0 초과 0.5 중량% 이하, 잔부 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 하기 관계식 (1)을 만족할 수 있다.
[Zn]>[Mn]+[Ce]------- 관계식 (1)
이때, 상기 [Zn], [Mn], 및 [Ce]은 각 성분의 중량%를 의미한다.
상기 기타 불가피한 불순물은 Al: 0.3중량% 이하 및 Fe: 100ppm 이하를 포함할 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재의 두께 대비 중심 편석의 두께 비율은 10% 이하일 수 있다.
Mg-Ce계 이차상의 평균 입경은1㎛ 내지 20㎛ 이고, 상기 마그네슘 합금 판재의 면적 100㎛2 당 1 내지 30개 포함될 수 있다.
Mn계 이차상의 평균 입경은1㎛ 내지 15㎛ 이고, 상기 마그네슘 합금 판재의 면적 100㎛2 당 1개 이상 포함될 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재의 [0001] 기저면 최대 집합 강도는 1 이상 및 4 이하일 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재의 상온 에릭슨 값은 7 내지 11 mm 일 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 2.0 mm/y 이하의 부식 속도를 가질 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 상온에서의 한계 굽힘 반경 값이 4 R/t 이하일 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 200℃에서의 한계 굽힘 반경 값이 1.5 R/t 이하일 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 압연 방향(RD)과 판재 폭 방향(TD)의 한계 굽힘 반경 값의 차이가 0.5 R/t이하일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예인 마그네슘 합금 판재의 제조방법은 전체 100중량%에 대해, 아연(Zn)은 0 초과 2.0중량% 이하, 망간(Mn)은 0 초과 1.0 중량% 이하, 세륨(Ce)은 0 초과 0.5 중량% 이하, 잔부 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 주조하여 주조재를 준비하는 단계, 상기 주조재를 균질화 열처리하는 단계, 상기 균질화 열처리된 주조재를 온간 압연하여 압연 판재를 준비하는 단계, 및 상기 압연 판재를 최종 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 합금 용탕은 하기 관계식 (1)을 만족할 수 있다.
[Zn]>[Mn]+[Ce]------- 관계식 (1)
이때, 상기 [Zn], [Mn], 및 [Ce]은 각 성분의 중량%를 의미한다.
상기 기타 불가피한 불순물은 Al: 0.3중량% 이하 및 Fe: 100ppm 이하를 포함할 수 있다.
상기 주조재를 균질화 열처리하는 단계는 300도(℃) 내지 500도(℃)에서 실시될 수 있다.
상기 주조재를 균질화 열처리하는 단계는 1 내지 30시간 동안 실시될 수 있다.
구체적으로, 상기 주조재를 균질화 열처리하는 단계는 1차 균질화 열처리 단계, 및 2차 균질화 열처리 단계를 포함할 수 있다.
상기 1차 균질화 열처리 단계는 300도(℃) 내지 400도(℃)에서 실시될 수 있다. 구체적으로, 0.5시간 내지 10시간 동안 실시될 수 있다.
상기 2차 균질화 열처리 단계는 400도(℃) 내지 500도(℃)에서 실시될 수 있다. 구체적으로, 0.5시간 내지 20시간 동안 실시될 수 있다.
상기 균질화 열처리된 주조재를 온간 압연하여 압연 판재를 준비하는 단계는 150도(℃) 내지 400도(℃)에서 실시될 수 있다.
구체적으로, 압연 1회 당 0 초과 40% 이하의 압하율로 실시될 수 있다.
상기 균질화 열처리된 주조재를 압연하여 압연 판재를 준비하는 단계는, 상기 압연 판재를 중간 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 압연 판재를 2회 이상 온간 압연하는 사이에 상기 중간 소둔을 1회 이상 실시하고, 이때 상기 압연 판재의 누적 압하율은 40% 이상일 수 있다.
상기 압연 판재를 중간 소둔하는 단계에서, 중간 소둔 실시율은 20% 이하일 수 있다.
상기 중간 소둔은 300 도(℃) 내지 500 도(℃)에서 실시될 수 있다.
또한, 상기 중간 소둔은 5시간 이하 (0시간 제외)로 실시될 수 있다.
상기 압연 판재를 최종 열처리하는 단계는 250 도(℃) 내지 500 도(℃)에서 실시될 수 있다.
구체적으로, 5시간 이하 (0시간 제외)로 실시될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면 Zn계 마그네슘 합금에 Mn 및 Ce을 미량 첨가하고 제조 단계를 제어함으로써, 상온 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 합금 판재를 제공할 수 있다.
구체적으로, Zn, Mn, 및 Ce의 함량 및 관계를 제어하여 마그네슘 합금 판재의 불순물과 이차상(금속간 화합물)을 제어할 수 있다. 이로부터, 내식성이 우수한 마그네슘 합금 판재를 제공할 수 있다.
또한, 저면 집합 조직을 분산시켜 성형성이 우수한 마그네슘 합금 판재를 제공할 수 있다. 더해서, 이차상의 중심 편석을 제어함으로써, 이방성이 우수한 마그네슘 합금 판재를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예 2와 비교예 4의 균질화 열처리 후(a), 최종 소둔 후(b)의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 사진이다.
도 2는 실시예 2에 존재하는 금속간 화합물을 주사전자현미경(SEM)을 통해 분석한 BSE(Backscattered electron)사진과 SEM-EDS를 이용하여 분석한 각 금속간 화합물의 성분 분석 결과 사진이다.
도 3은 실시예 1 내지 3과 비교예 4 및 5의 염수 침적 시험(Salt Immersion Test) 후 부식생성물을 제거한 표면 사진이다.
도 4는 실시예와 비교예의 {0001} XRD pole figure를 비교하여 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 2와 비교예 5의 {0001} XRD pole figure와 EBSD 사진이다.
도 6은 실시예 2의 상온(a)과 200℃(b)에서 V-bending 테스트 후, 단면의 RD (Rolling Direction)방향과 TD (Transverse Direction) 방향의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2는 실시예 2에 존재하는 금속간 화합물을 주사전자현미경(SEM)을 통해 분석한 BSE(Backscattered electron)사진과 SEM-EDS를 이용하여 분석한 각 금속간 화합물의 성분 분석 결과 사진이다.
도 3은 실시예 1 내지 3과 비교예 4 및 5의 염수 침적 시험(Salt Immersion Test) 후 부식생성물을 제거한 표면 사진이다.
도 4는 실시예와 비교예의 {0001} XRD pole figure를 비교하여 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 2와 비교예 5의 {0001} XRD pole figure와 EBSD 사진이다.
도 6은 실시예 2의 상온(a)과 200℃(b)에서 V-bending 테스트 후, 단면의 RD (Rolling Direction)방향과 TD (Transverse Direction) 방향의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 합금 판재는, 전체 100 중량%에 대해 아연(Zn)을 0 초과 2.0 중량% 이하, 망간(Mn)을 0 초과 1.0 중량% 이하, 세륨(Ce)을 0 초과 0.5 중량% 이하, 잔부 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
이때, 상기 마그네슘 합금 판재는 하기 관계식 (1)을 만족할 수 있다
[Zn]>[Mn]+[Ce]------- 관계식 (1)
이때, 상기 [Zn], [Mn], 및 [Ce]은 각 성분의 중량%를 의미한다.
마그네슘 합금 판재는 상기 관계식 (1)과 같이, Zn 성분의 함량이 Mn 및 Ce 성분의 합량보다 많을 수 있다. 상기 관계식 (1)과 같이 한정할 경우, 마그네슘 합금 판재는 압연성 및 성형성이 좋은 효과가 있을 수 있다.
후술하겠지만, 망간은 철(Fe), 실리콘(Si) 등의 불순물을 제어하는 역할을 한다. 따라서, 망간을 상기 범위만큼 포함할 경우, 전술한 특성 때문에 마그네슘 합금 판재에 포함되는 불순물의 함량을 효과적으로 저감할 수 있다.
구체적으로, 마그네슘 합금 판재 전체 100중량%에 포함되는 기타 불가피한 불순물 중 Fe 함량은 100ppm이하일 수 있다. 또한, Al 함량은 0.3중량% 이하일 수 있다. 다만, 불순물의 종류를 이에 제한하는 것은 아니며, 그 외 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
이와 같이, 불순물의 함량을 적게 제어함으로써 마그네슘 합금 판재의 내식성, 압연성 및 성형성이 향상될 수 있다.
또한 일 구현예에 따른 마그네슘 합금 판재는 알루미늄(Al)을 더 포함할 수 있다. 알루미늄은 전체 마그네슘 합금 판재에 대해 0.3중량% 이하로 포함될 수 있다. 알루미늄 성분의 조성 범위는 본 발명의 일 구현예에 의한 마그네슘 합금 판재에서 아연, 망간, 세륨과 같은 필수 첨가원소와 비교하여, 불순물 수준으로 첨가되는 정도일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 합금 판재의 성분 및 조성을 한정한 이유를 자세하게 설명한다.
아연(Zn)은 0 초과 2.0중량% 이하로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.5 내지 2.0중량% 이하일 수 있다.
아연이 2.0중량%를 초과하여 첨가되는 경우, 아연은 마그네슘 및/또는 세륨과 결합하여 추가적인 금속간 화합물을 다량 만들고 기존 금속간 화합물 및/또는 추가적인 금속간 화합물을 조대하게 만들기 때문에 성형성에 악영향을 미칠 수 있으며, 이런 조대한 금속간 화합물에서 국부 부식이 발생하여 내식성이 저하될 수 있다. 또한, 주조 시, 스티킹(sticking) 발생이 심화되어 어려움이 발생할 수 있다. 이에 따라, 아연을 상기 범위만큼 포함하는 경우, 상온 성형성 및 내식성 향상 효과를 기대할 수 있다.
아연은 희토류 원소와 함께 첨가되는 경우, 입계 및 쌍정계에 편석되어 비저면 재결정립의 생성 및 성장에 기여할 수 있다. 이로 인해, 비저면의 연화 현상을 가져와 비저면 슬립을 활성화시킴으로써 판재의 성형성을 향상시키는 역할을 한다.
망간(Mn)은 0 초과 1.0 중량% 이하로 포함될 수 있다.
망간은 재결정 핵생성 사이트로써 미세한 결정립을 생성하고, 이후 결정립 성장을 억제하는 역할을 통해 미세하고 균일한 결정립을 제공할 수 있다. 후술하는 본 발명의 다른 일 구현예인 마그네슘 합금 판재 제조방법의 균질화 열처리 단계에서 미세 결정립을 제공할 수 있고, 최종 마그네슘 합금 판재의 결정립도 미세하게 제어할 수 있다.
망간을 전술한 함량 범위로 포함하는 경우, 균질화 열처리 판재의 결정립을 미세하게 제어하므로, 온간 압연 단계에서 비정상 결정립 성장 및 전단 밴드(shear band)에 의한 오렌지필, 표면 크랙 등의 결함을 방지할 수 있다. 일 구현예에 따른 마그네슘 합금 판재의 압연성이 용이할 수 있다.
또한, 망간을 전술한 함량 범위만큼 포함하면 철(Fe), 실리콘(Si)등의 불순물을 제어할 수 있으며, 이에 따라 마그네슘 합금 판재의 내식성이 향상될 수 있다. 망간 첨가를 통해 미세한 결정립을 가지는 판재를 제공함으로써, 강도 및 성형성이 모두 우수할 수 있다.
망간을 전술한 함량 범위 이상으로 포함할 경우, 압연성이 나빠지고 표면에 분산형 크랙을 유발하여 해당 두께의 판재 제조가 불가능할 수 있다.
마그네슘 합금 판재는 세륨(Ce)을 포함할 수 있으며, 일 예로 세륨 원소 단독으로 포함되거나 미시메탈(mischmetal) 형태로 포함할 수 있다. 미시메탈로 포함되는 경우, 상기 미시메탈은 La, Nd, Pr 또는 이들의 조합인 희토류 원소를 더 포함할 수 있다.
세륨은 마그네슘 합금 판재에 대해 0 초과 0.5 중량%이하로 포함될 수 있다.
세륨은 아연과 함께 첨가되는 경우, 비저면 재결정립의 생성 및 성장에 기여하여 비저면의 연화 현상을 가져와 비저면 슬립을 활성화시킴으로써 판재의 성형성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 범위 이상의 세륨을 첨가할 경우, 마그네슘 및/또는 아연과 결합하여 다량의 금속간 화합물을 형성하고 조대하게 만들기 때문에 압연성, 성형성 및 내식성을 저해할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 합금 판재는 상기 마그네슘 합금 판재의 전체 두께 대비 중심 편석의 두께 비율은 10% 이하일 수 있다. 이때, 중심 편석 두께 비율=(중심 편석 두께/최종 판재 두께) x 100 일 수 있다.
구체적으로, 중심 편석의 두께 비율이 상기 범위일 경우, 압연 방향(RD)과 판재 폭 방향(TD)의 물성의 차이인 이방성을 저감할 수 있다.
상기 중심 편석은 합금의 성분 및 조성 범위를 제어하여 상기와 같이 저감할 수 있다. 구체적으로, 이차상(금속간 화합물) 및 편석을 최소한으로 형성하도록 합금의 성분 및 조성 범위를 제어하고, 균질화 열처리 및 압연(중간 소둔) 단계 조건까지 제어한 데에 따른 결과일 수 있다.
구체적으로, 마그네슘 합금 판재 전체 두께 대비 중심 편석의 두께 비율이 10% 이하라는 것은 중심 편석이 거의 형성되지 않음을 의미할 수 있다. 이에 따라, 마그네슘 합금 판재 내 중심 편석이 상기 범위일 경우, 마그네슘 합금 판재의 이방성이 우수할 수 있다.
이하, 본 명세서에서 이방성이란 마그네슘 합금 판재의 방향별로 물성이 상이함을 의미한다. 구체적으로, 압연 방향(RD)과 판재 폭 방향(TD)에서의 물성이 상이함을 의미한다.
따라서, 중심 편석의 두께 비율이 상기 범위일 경우 마그네슘 합금 판재의 이방성은 우수할 수 있다. 또한 본 명세서에서, 이방성이 우수하다는 것은 압연 방향(RD)과 판재 폭 방향(TD)에서의 물성 차이가 적음을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 합금 판재는 평균 입경이 1㎛ 내지 20㎛인 Mg-Ce계 이차상(금속간 화합물) 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 합금 판재는 평균 입경이 1㎛ 내지 15㎛인 Mn계 이차상 입자를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 마그네슘 합금 판재는 Mg-Ce계, Mn계, 또는 이들의 조합인 이차상을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, Mg-Ce계 이차상은 Mg-Ce-(Zn) 입자를 포함하는 이차상일 수 있다. 한편, Mn계 이차상은 Mn-(Si)-(Fe) 입자를 포함하는 이차상일 수 있다.
또한 Mg-Ce계 이차상 입자는 상기 마그네슘 합금 판재의 면적 100㎛2 당 1 내지 30 개 포함될 수 있다.
또한, 상기 마그네슘 합금 판재의 면적 100㎛2 당 Mn계 이차상 입자는 1개 이상 포함될 수 있다.
전술한 범위의 크기 및 개수로 Mg-Ce계 및 Mn계 이차상 입자를 포함함으로써, 마그네슘 합금 판재의 성형성 및 내식성을 더욱 향상시킬 수 있다. 전술한 Mg-Ce계 및 Mn계 이차상 입자를 얻기 위해서는 첨가 원소의 조성 범위, 균질화 열처리 시 온도 및 시간 조건, 온간 압연 시, 온도 및 압연율 등이 정밀하게 조절될 필요가 있다.
마그네슘 합금 판재는 결정립을 포함하고, 결정립의 평균 입경은 2 내지 15 ㎛이 될 수 있다. 전술한 범위에서 성형성 및 강도가 더욱 향상될 수 있다. 전술한 크기의 결정립경을 얻기 위해서는 첨가 원소의 조성 범위, 균질화 열처리 시 온도 및 시간 조건, 온간압연 시, 온도 및 압연율 등이 정밀하게 조절될 필요가 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 의한 마그네슘 합금 판재의 한계 돔 높이(limiting dome height)는 7 mm 이상일 수 있다. 보다 구체적으로는, 7 내지 11 ㎜ 일 수 있다.
일반적으로 한계 돔 높이란 재료의 성형성을 평가하는 지표로 활용되며, 이러한 한계 돔 높이가 증가할수록 재료의 성형성이 향상됨을 의미한다.
상기 한정된 범위는, 마그네슘 합금 판재 내 결정립 방위 분포도가 증가된 것에 기인하여, 일반적으로 알려진 마그네슘 합금 판재에 비해 현저히 높은 한계 돔 높이이다. 이에, 상기 마그네슘 합금 판재는 [0001]면을 기준으로 최대 집합 강도가 1 내지 4일 수 있다.
전술한 범위를 초과하는 경우, 마그네슘 합금 판재의 성형성이 열위할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 의한 마그네슘 합금 판재의 부식 속도는 2.0mm/y 이하일 수 있다. 구체적으로, 1.5mm/y 이하일 수 있다. 이는 전술한 마그네슘 합금 판재의 성분, 조성 범위 및 이에 따른 관계식을 한정 데에 따른 결과일 수 있다. 뿐만 아니라, 불순물 중 특히 Fe 함량을 제어한 후 균질화 열처리 및 압연 조건을 최적화한 데에 따른 결과일 수 있다.
상기 마그네슘 합금 판재는 상온에서의 한계 굽힘 반경 값이 4 R/t 이하일 수 있다. 또한, 200도(℃)에서의 한계 굽힘 반경 값은 1.5R/t 이하일 수 있다.
또한, 압연 방향(RD)에서의 한계 굽힘 반경 값에 대해, 판재 폭 방향(TD)에서의 한계 굽힘 반경 값의 차이는 0 내지 0.5 이하일 수 있다.
이로써, 상기 마그네슘 합금 판재의 이방성이 우수함을 의미할 수 있다. 전술한 바와 같이, 마그네슘 합금 판재의 이방성이 우수하다는 것은 압연 방향과 판재 폭 방향에서의 물성의 차이가 적음을 의미한다.
이는 전술한 첨가 원소의 함량, 균질화 열처리 조건, 압연 조건의 최적화에 의해 금속간 화합물의 크기와개수, 및 중심 편석의 두비 비율을 제어함으로써 얻을 수 있는 효과이다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 의한 마그네슘 합금 판재의 두께는 0.1 내지 5 mm가 될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 마그네슘 판재는 상기 두께 범위에서 요구되는 특성에 따라 선택될 수 있다. 다만, 이의 두께 범위에 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 일 구현예인 마그네슘 합금 판재의 제조방법은, 전체 100중량%에 대해, 아연(Zn)은 0 초과 2.0중량% 이하, 망간(Mn)은 0 초과 1.0 중량% 이하, 세륨(Ce)은 0 초과 0.5 중량% 이하, 잔부 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 주조하여 주조재를 준비하는 단계(S100), 상기 주조재를 균질화 열처리하는 단계(S200), 상기 균질화 열처리된 주조재를 온간 압연하여 압연 판재를 준비하는 단계(S300), 및 상기 압연 판재를 최종 열처리하는 단계(S400)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 주조재를 준비하는 단계(S100)에서 상기 용탕은 하기 관계식 (1)을 만족할 수 있다.
[Zn]>[Mn]+[Ce]---------- 관계식 (1)
이때, 상기 [Zn], [Mn], 및 [Ce]은 각 성분의 중량%를 의미한다.
또한, 상기 합금 용탕 전체 100중량%에 포함되는 기타 불가피한 불순물 중 Fe 함량은 100ppm이하일 수 있다. 또한, Al 함량은 0.3중량% 이하일 수 있다. 다만, 불순물의 종류를 이에 제한하는 것은 아니며, 그 외 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 합금 용탕의 성분 및 조성 범위를 한정한 이유는 전술한 마그네슘 합금 판재의 성분 및 조성 범위를 한정한 이유와 같으므로 생략한다.
구체적으로, 상기 주조하는 단계(S100)에서, 상기 합금 용탕은 중력주조, 연속주조, 스트립캐스팅(박판주조), 사형주조, 진공주조, 원심주조, 다이캐스팅, 또는 칙소 몰딩법으로 주조할 수 있다. 이에 제한되는 것은 아니며, 주조재를 제조할 수 있는 방법이라면 모두 가능하다.
이후, 상기 주조재를 균질화 열처리하는 단계(S200)는 300도(℃) 내지 500도(℃)에서 실시될 수 있다. 또한 상기 주조재를 균질화 열처리하는 단계는 1시간 내지 30시간 동안 실시될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 주조재를 균질화 열처리하는 단계(S200)는 1차 균질화 열처리 단계(S210)와 2차 균질화 열처리 단계(S220)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 1차 균질화 열처리 단계(S210)는 300도(℃) 내지 400도(℃)에서 실시할 수 있다. 또한, 0.5시간 내지 10시간 동안 1차 균질화 열처리를 실시할 수 있다.
또한, 2차 균질화 열처리 단계(S220)는 400도(℃) 내지 500도(℃)에서 실시할 수 있다. 또한, 0.5시간 내지 20시간 동안 2차 균질화 열처리를 실시할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기와 같이 1차 열처리 단계(S210)를 실시함에 따라 저융점상을 용체화 처리할 수 있다. 또한, 상기와 같이 2차 열처리 단계(S220)를 실시함에 따라, 균질화 열처리를 원활하게 진행할 수 있다. 따라서, 균질화 열처리 단계(S200)를 상기와 같이 2단계로 구분함으로써, 저융점상의 국부 용융으로 인한 표면 산화를 방지할 수 있다.
즉, 상기 온도 및 시간 범위에 따라 주조재를 균질화 열처리함으로써 과열처리에 의한 미세조직 불균일을 방지할 수 있고, 주조재의 미세조직 및 편석이 충분히 균질화 열처리될 수 있다.
이후, 상기 균질화 열처리된 주조재를 온간 압연하여 압연 판재를 준비하는 단계(S300)는 150도(℃) 내지 400 도(℃)에서 실시될 수 있다.
150 도(℃) 보다 낮은 온도 범위에서 온간 압연을 하는 경우, 표면 분산형 크랙 또는 엣지 크랙이 다량 발생할 수 있다. 반면, 400 도(℃) 보다 높은 온도에서 온간 압연을 하는 경우, 고온으로 인해 마그네슘 합금 표면의 오렌지필 결함이 유발될 수 있다. 또한, 고온에서의 압연을 위해 설비 구성품을 내열소재로 변경해야 하는 등의 설비적인 문제가 발생할 수 있다. 이로 인해, 공정 비용 증가 및 생산성 저하 등의 문제가 야기되어 마그네슘 합금 판재의 양산이 어려울 수 있다.
또한, 상기 단계(S300)에서 균질화 열처리된 주조재를 압연 1회 당, 0 초과 40% 이하의 압하율로 1회 또는 2회 이상 온간 압연할 수 있다. 상기 균질화 열처리된 주조재는 온간 압연기를 이용하여 온간 압연할 수 있다.
상기 주조재를 2회 이상 온간 압연하는 경우, 상기 온간 압연 사이에 중간 소둔을 1회 이상 실시할 수 있다. 상기 중간 소둔은 300 도(℃) 내지 500 도(℃)에서 실시될 수 있다. 상기 중간 소둔은 5시간 이하 (0시간 제외)동안 실시할 수 있다. 상기 온도 및 시간 범위를 만족하지 못할 경우, 누적된 압하율에 의해 경화된 조직의 응력이 충분하게 해소되지 않아, 어닐링 처리가 제대로 이루어지지 않을 수 있다. 또한, 과한 소둔으로 인해 비정상 결정립이 성장할 수 있다.
또한, 상기 압연 판재의 누적 압하량 40% 이상에서 중간 소둔을 실시할 수 있다. 보다 더 구체적으로, 누적 압하량이 40% 이상일 때 중간 소둔을 실시하는 경우, 압연 중 생성된 조직에서 새로운 비저면 재결정립의 생성 및 성장이 용이할 수 있다. 마그네슘 판재의 성형성 향상에 기여할 수 있다.
상기 압연 판재를 중간 소둔하는 단계에서 중간 소둔 실시율은 20% 이하일 수 있다. 이때, 중간 소둔 실시율 = (중간 소둔 횟수 / 총 압연 횟수) x 100 일 수 있다.
이후, 상기 압연 판재를 최종 열처리하는 단계(S400)는 250 도(℃) 내지 500 도(℃)에서 실시될 수 있다. 상기 압연 판재를 최종 열처리하는 단계는 5시간 이하 (0시간 제외) 동안 실시될 수 있다.
구체적으로, 최종 열처리 온도가 250 도(℃) 미만일 경우, 재결정에 의한 비저면 재결정립의 형성 및 분산이 부족하여 본 발명의 범위에 의한 성형성을 만족하지 못할 수 있다. 한편, 최종 열처리 온도가 500 도(℃) 초과일 경우, 표면 산화가 발생하여 온전한 판재 제조가 불가능할 수 있다.
전술한 방법을 통해 제조된 마그네슘 합금 판재의 실시예 및 비교예에 대해 이하에서 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예
하기 표 1에 개시된 성분 및 조성으로 실시예와 비교예를 제조하였다.
구체적으로, 하기 표 1에 개시된 합금 용탕을 주조하여 주조재를 준비하였다.
이후, 상기 주조재를 300도(℃) 내지 500도(℃)에서 1 내지 30시간 동안 균질화 열처리 하였다. 다음 균질화 열처리 공정이 완료된 판재를 150도(℃) 내지 400도(℃)의 온도에서 40% 이하의 압하율로 온간 압연하였다. 상기 압연 판재의 누적 압하율이 40% 이상일 경우 중간 소둔(annealing)을 1회 이상 적용할 수 있다. 중간 소둔 공정은 300 도(℃) 내지 500 도(℃)에서 5시간 이하 (0시간 제외)동안 실시될 수 있다. 온간 압연 공정을 통해 제조된 판재는 성형성 향상을 위해서 250 도(℃) 내지 500 도(℃)에서 5시간 이하 (0시간 제외)동안 최종 열처리를 실시하였다.
| 구분 | Zn(중량%) | Mn(중량%) | Ce(중량%) | Mg(중량%) | 비고 | 관계식 (1) [Zn]>[Mn]+[Ce] |
| 실시예1 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | Bal. | O | |
| 실시예2 | 1.0 | 0.3 | 0.15 | Bal. | O | |
| 실시예3 | 1.5 | 0.6 | 0.15 | Bal. | O | |
| 비교예1 | 1.5 | 0.6 | 0.55 | Bal. | O | |
| 비교예2 | 0.6 | 1.3 | 0.15 | Bal. | X | |
| 비교예3 | - | 1.3 | 0.15 | Bal. | X | |
| 비교예4 | 1.0 | - | 0.15 | Bal. | O | |
| 비교예5 | 1.0 | - | - | Bal. | Al: 3.0 | O |
평가예
그 결과, 상기 실시예와 비교예의 에릭슨 수치, V-bending 테스트, 및 염수 침적 테스트 결과를 측정하여 하기 표 2에 개시하였다. 에릭슨 수치는 성형성의 우수한 정도를 알 수 있고, V-bending 테스트를 통해서는 성형성 및 이방성의 우수한 정도를 알 수 있으며, 염수 침적 테스트로부터 부식 특성을 평가할 수 있다.
이때, 각 물성의 평가 방법은 하기와 같다.
[에릭슨 수치 측정 방법]
가로, 세로 각각 50 내지 60mm 크기의 마그네슘 합금 판재를 사용하였으며, 판재의 겉면에는 판재와 구형 펀치간의 마찰을 감소시키기 위해 윤활제를 사용하였다.
이때, 다이 및 구형 펀치의 온도는 상온으로 하여 테스트를 실시하였다.
보다 더 구체적으로, 마그네슘 합금 판재를 상부 다이와 하부 다이 사이에 삽입한 후, 상기 판재의 외주부를 10kN의 힘으로 고정하였고, 이후 20mm의 직경을 가지는 구형 펀치를 사용하여 5mm/min의 속도로 상기 판재에 변형을 가해주었다. 이후, 상기 판재가 파단될 때까지 펀치를 삽입한 뒤, 파단 시 판재의 변형 높이를 측정하는 방식으로 수행하였다.
이렇게 측정한 판재의 변형 높이를 에릭슨 값 또는 한계돔높이(LDH)라고 한다.
[한계 굽힘 반경(V-bending) 측정 방법]
본 명세서에서 성형성의 이방성 정도를 측정하는 지표로 V-bending 시험을 실시하였고, 이에 따른 결과를 한계굽힘반경(LBR) 이라고 한다. 구체적으로, 한계굽힘반경(LBR) 값은 벤딩 테스트 후 판재의 내부 곡률 반경(R)/판재의 두께(t) 값을 의미한다.
가로, 세로 각각 100mm, 50mm 크기로 마그네슘 합금 판재를 절단하여 사용하였으며, 압연 방향(RD) 시편은 압연 방향이 가로가 되도록, 판재 폭 방향(TD) 시편은 판재 폭 방향이 가로가 되도록 시편을 준비하였다.
준비된 시편은 가로, 세로 각각 160mm, 80mm인 벤딩 다이 위에 올려 놓고, 가로 x 세로 크기가 30 x 70mm이며, 외부 곡률 반경이 0 내지 8R로 다양한 벤딩 펀치를 이용하여 20mm/s의 속도로 판재를 90˚벤딩하였다. 이때, 벤딩 표면의 크랙 유무를 확인하면서 벤딩 펀치의 R값을 달리하여 크랙이 발생하지 않을 때까지 측정하였다. 크랙이 발생하지 않는 R값에서 그 때의 시편의 두께를 나눠주면, 벤딩 이방성 지표인 한계굽힘반경(LBR) 값을 구할 수 있다.
상온의 경우는 다이와 펀치, 판재를 모두 가열하지 않고 사용하였고, 200℃ 측정 시에는 모두 200℃로 가열하여 사용하였다. 다이와 펀치는 미리 200℃로 예열하였고, 판재의 경우는 200℃ 가열 직후 바로 테스트를 진행하였다.
[부식 속도 측정 방법]
전술한 마그네슘 합금 판재를 길이 95mm, 폭 70mm로 절단한 후, 표면을 1000grit연마지를 이용하여 연마하였다. 이에, 표면 이물질 및 결함을 제거한 시편을 준비하였다.
이후, 상온에서 3.5 중량%의 염화나트륨(NaCl) 용액 1리터에 실시예 및 비교예에 따른 판재를 20시간 동안 침적한 후, 표면에 생성된 산화물을 제거하기 위해 하기 용액에 1분간 침적하였다. 보다 구체적으로, 90℃, 1 리터의 증류수에 100g의 무수 크롬산과 10g의 크롬산은을 포함하는 용액에 상기 산화물이 형성된 판재를 침적하여 표면 산화물을 제거하였다.
그 후, 산화물 형성 전 판재의 무게와 산화물 제거 후 판재의 무게를 통해 부식 속도를 도출하였다. 보다 구체적으로, 상기 부식 속도는 산화물 제거 후 판재의 무게 감소량을 시편 면적과 밀도, 염수침적시간으로 나누어 계산하였다.
부식속도 = (시편 초기무게 - 산화물 제거 후 무게) / (시편면적 x 밀도 x 염수 침적시간)
| 구분 | 에릭슨 수치 (mm) |
한계 굽힘 반경(R/t) 상온 |
한계 굽힘 반경(R/t) 200도(℃) |
부식속도(mm/y) | ||
| RD | TD | RD | TD | |||
| 실시예1 | 8.1 | 2.5 | 2.5 | 1.0 | 1.0 | 0.55 |
| 실시예2 | 9.4 | 2.3 | 2.3 | 0 | 0.3 | 0.81 |
| 실시예3 | 8.6 | 2.3 | 2.3 | 0 | 0.5 | 1.01 |
| 비교예1 | 6.7 | 2.5 | 3.0 | 0.8 | 1.3 | 3.19 |
| 비교예2 | 4.8 | 3.5 | 4.3 | 1.8 | 2.8 | 2.48 |
| 비교예3 | - | - | - | - | - | - |
| 비교예4 | 8.8 | 2.0 | 2.3 | 0 | 0.5 | 2.11 |
| 비교예5 | 3.2 | 8.3 | 8.3 | 6.7 | 5.0 | 5.55 |
표 1에 개시된 바와 같이, 실시예 1 내지 3은 에릭슨 수치가 7mm 이상임을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 8mm 이상임을 알 수 있다. 또한, 상온에서의 한계 굽힘 반경 값은 4이하이고, 200℃에서의 한계 굽힘 반경 값은 1.5 이하인 것을 확인할 수 있다. 또한, 압연 방향(RD)과 판재 폭 방향(TD)의 한계 굽힘 반경 값의 차이가 0.5이하로써 이방성도 우수한 것을 확인할 수 있으며, 상용 마그네슘인 비교예 5(AZ31)에 비해 내식성이 우수한 특성도 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 실시예는 높은 내식성과 상온 성형성, 및 이방성이 모두 우수함을 확인하였다.
또한, 비교예 2는 실시예 1과 비교하여 Mn의 조성 값이 상이하였다. 그 결과, 망간을 더 포함한 비교예 2는 실시예 1에 비해, 성형성이 열위함을 확인할 수 있었다. 또한, 비교예 2는 실시예 1과 달리 관계식 (1)을 만족하지 못하였다. 그 결과, 압연성이 저하되고 성형성이 열위한 결과가 도출되었다.
특히 비교예 3은 아연 첨가 없이 망간을 과하게 첨가하였더니, 크랙으로 인해 물성을 평가할 수 없었다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 실시예 및 비교예를 살펴본다.
도 1은 실시예 2와 비교예 4의 균질화 열처리 후(a), 최종 소둔 후(b)의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 사진이다.
구체적으로, 도 1은 Zn과 Ce 함량이 동일할 때 Mn의 첨가 유무에 따른 미세조직의 변화를 나타낸 것이다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 균질화 열처리 후(a) 및 최종 소둔 후(b) 단계에서 실시예 2의 미세조직이 비교예 4에 비해 미세한 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 실시예 2의 최종 소둔 후 미세 조직은 약 2 내지 15㎛ 수준임을 알 수 있다.
도 2는 실시예 2에 존재하는 금속간 화합물을 주사전자현미경(SEM)을 통해 분석한 BSE(Backscattered electron)사진과 SEM-EDS를 이용하여 분석한 각 금속간 화합물의 성분 분석 결과 사진이다.
도 2의 SEM-EDS 사진에 도시된 바와 같이, 실시예 2에는 1 내지 3과 같은 금속간 화합물이 혼재하는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 상기 금속간 화합물(1, 2)는 Ce 첨가에 따라 형성된 Mg-(Zn)-Ce 금속간 화합물임을 알 수 있다. 한편, 금속간 화합물(3)은 Mn 첨가에 따라 형성된 Mn-(Si)-(Fe) 금속간 화합물임을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 금속간 화합물 1, 2와 같은 경우 마그네슘 기지와의 화학 포텐셜 차이가 크지 않은 특성이 있다. 이에 따라, 상기 금속간 화합물 1, 2는 마그네슘 기지와의 포텐셜 차이로 인한 갈바닉 부식을 감소시킬 수 있다. 한편, Ce을 포함하는 않는 상용 마그네슘 합금에서 발생하는 Mg-Al금속간 화합물은 마그네슘 기지와의 포텐셜 차이로 인해 갈바닉 부식이 유발될 수 있다.
또한, 상기 금속간 화합물 3과 같은 경우, Si, Fe 등의 불순물을 정제해 주는 역할을 한다. 이에 따라, Mn을 포함하지 않는 마그네슘 합금에 비해 불순물 Fe의 함량이 낮을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 합금 판재는 Fe 함량이 100ppm 수준 이하가 되어, 부식속도가 2mm/y이하일 수 있다.
반면에, Mn을 포함하지 않고, Fe(불순물) 함량이 100ppm 수준 이상인 비교예 4의 경우, 성형성은 실시예와 유사하지만 내식성(부식속도)이 2.11mm/y로 본 실시예보다 열위한 것을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 금속간 화합물 1 내지 3과 같은 금속간 화합물을 포함함으로써, 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 합금 판재는 내식성이 향상되어 부식속도가 2mm/y 이하일 수 있다.
도 3은 실시예 1 내지 3과 비교예 4 및 5의 염수 침적 시험(Salt Immersion Test) 후 부식생성물을 제거한 표면 사진이다.
구체적으로, 부식 후 각각의 판재를 90도(℃)로 가열한 크롬산수용액에 1분간 침적시켜 부식 생성물을 제거한 표면 이미지이다.
실시예 1 내지 3은 부식이 거의 발생하지 않고 금속 광택을 유지하고 있는 표면을 확인할 수 있다. 반면, Mn이 포함되지 않은 비교예 4의 경우 부식이 많이 발생하였고, 상용 마그네슘 합금인 비교예 5(AZ31)의 경우는 심한 갈바닉 부식에 의해 부식이 매우 많이 발생하였다.
도 4는 실시예와 비교예의 {0001} XRD pole figure를 비교하여 나타낸 것이다.
구체적으로, 극점도법(pole figure)에 따른 등고선은 임의로 고정된 결정좌표계의 방향을 시편 좌표계에 스테레오 투영하여 나타낸 것이다. 보다 더 구체적으로, 다양한 방위의 결정립들의 [0001]면에 대한 극을 기준 좌표계에 표시하고, 이를 극밀도 분포에 따라 밀도 등고선을 그림으로써 극점도를 나타낼 수 있다. 이때, 극은 브래그 각에 의해 특정한 격자 방향으로 고정한 것이고, 단결정에 대해 여러 개의 극들이 표시될 수 있다.
따라서, 극점도법으로 나타낸 등고선의 밀도 분포 값이 작을수록 다양한 방위의 결정립이 분포하는 것이며, 밀도 분포 값이 클수록 [0001]//C축 방위의 결정립이 많이 분포하는 것으로 해석할 수 있다. [0001]면의 최대 집합 강도는 전술한 XRD 분석기로 마그네슘 합금 판재의 결정방위를 분석한 결과이다.
실시예 1 내지 3의 경우 [0001]면의 최대 밀도 분포 값(집합 강도)이 4이하로 매우 작은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한 {0001} 저면 집합조직이 RD, TD방향으로 많이 분산되어 비저면 집합조직이 많이 분포되어있는 것을 확인할 수 있다. 즉, 실시예는 최대 집합 강도 값이 작고, 등고선이 넓게 퍼져있어 다양한 방위의 결정립이 분포하고 있음을 도출할 수 있다.
반면, 비교예 5의 경우, {0001} 저면 집합조직이 집중되어 최대 집합 강도(peak intensity) 값이 매우 높은 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 1의 경우, {0001} 저면 집합조직이 RD, TD 방향으로 고르게 분산되지 않은 것을 알 수 있다. 즉, 비교예는 최대 집합 강도 값이 크고, 등고선이 밀집되어 있는 것으로부터, 비교예는 실시예에 비해 [0001]//C축 방위의 결정립을 많이 포함하는 것을 알 수 있다. 이로부터, 실시예는 비교예에 비해 성형성이 더 우수함을 알 수 있다.
도 5는 실시예 2와 비교예 5의 {0001} XRD pole figure와 EBSD 사진이다.
앞서 기술한 극점도법(pole figure) 뿐만 아니라, EBSD이미지를 통해서도 결정립의 결정방위를 측정할 수 있다. 보다 구체적으로, EBSD는e 전자빔을 통해 시편에 전자를 입사하고, 시편 후방에서의 비탄성 산란 회절을 이용하여 결정립의 결정방위를 측정할 수 있다.
구체적으로, 실시예 2의 최대 집합 강도 값은 2.79로써 매우 낮은 반면, 비교예 5의 최대 집합 강도 값은 12.11로 매우 높은 것을 알 수 있다. 이로부터, 실시예 1은 저면 집합조직에서 방위가 벗어난 비저면 집합조직이 많이 분포되어있는 것을 도출할 수 있다
EBSD 이미지에도 도시되어 있듯이, 실시예 2는 비교예 5에 비해 다양한 색상의 결정립이 분포하고 있음을 통해, 비저면의 집합 조직이 많이 분포되어 있음을 알 수 있다. 구체적으로, 비교예 5는 [0001]//C축 방위의 결정립에 해당하는 결정립(빨간색)이 실시예 2에 비해 많음을 육안으로 확인할 수 있다.
도 6은 실시예 2의 상온(a)과 200℃(b)에서 V-bending 테스트 후, 단면의 RD (Rolling Direction)방향과 TD (Transverse Direction) 방향의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 실시예 2의 상온(a)과 200℃(b)에서 RD 방향과 TD 방향 모두 마그네슘 합금 판재에 중심 편석이 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 상기 실시예 2의 중심 편석의 두께 비율은 10% 이하일 수 있다.
중심 편석의 두께 비율이 10% 초과하여 포함할 경우, 마그네슘 합금 판재의 이방성이 열위할 수 있다. 이에, 실시예 2는 중심 편석의 두께 비율이 10% 이하여서 RD 및 TD 방향으로의 이방성이 우수할 수 있다.
이상에 따르면, 본 발명의 실시예에 따라 Zn, Mn, Ce원소의 함량을 제어하는 경우, 미세한 크기의 Mg-Ce계, 및 Mn계 이차상을 형성할 수 있다. 이에 따라, [0001] 기저면의 집합 강도(peak intensity)가 1 내지 4를 나타내어 비저면 집합조직이 다수 분포하는 미세조직을 가질 수 있다. 또한 7 내지 11mm의 높은 상온 에릭슨 수치와 2.0mm/y이하의 낮은 부식속도를 가지는 고성형, 고내식의 마그네슘 합금 판재를 제조할 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
Claims (31)
- 전체 100중량%에 대해,
아연(Zn)은 0 초과 2.0중량% 이하,
망간(Mn)은 0 초과 1.0 중량% 이하,
세륨(Ce)은 0 초과 0.5 중량% 이하,
잔부 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
두께 대비 중심 편석의 두께 비율은 10% 이하인 마그네슘 합금 판재.
- 제1항에서,
상기 마그네슘 합금 판재는 하기 관계식 (1)을 만족하는 마그네슘 합금 판재.
[Zn]>[Mn]+[Ce]------- 관계식 (1)
(이때, 상기 [Zn], [Mn], 및 [Ce]은 각 성분의 중량%를 의미한다.)
- 제2항에서,
상기 기타 불가피한 불순물은 Al: 0.3중량% 이하 및 Fe: 100ppm 이하를 포함하는 마그네슘 합금 판재.
- 삭제
- 제1항에서,
Mg-Ce계 이차상의 평균 입경은1㎛ 내지 20㎛ 이고,
상기 마그네슘 합금 판재의 면적 100㎛2 당 1 내지 30개 포함되는 마그네슘 합금 판재.
- 제5항에서,
Mn계 이차상의 평균 입경은1㎛ 내지 15㎛ 이고,
상기 마그네슘 합금 판재의 면적 100㎛2 당 1개 이상 포함되는 마그네슘 합금 판재.
- 제6항에서,
상기 마그네슘 합금 판재의 [0001] 기저면 최대 집합 강도는 1 이상 및 4 이하인 마그네슘 합금 판재.
- 제7항에서,
상기 마그네슘 합금 판재의 상온 에릭슨 값은 7 내지 11 mm 인 마그네슘 합금 판재.
- 제8항에서,
상기 마그네슘 합금 판재는 2.0 mm/y 이하의 부식 속도를 가지는 마그네슘 합금 판재.
- 제9항에서,
상기 마그네슘 합금 판재는 상온에서의 한계 굽힘 반경 값이 4 R/t 이하 인 마그네슘 합금 판재.
- 제10항에서,
상기 마그네슘 합금 판재는 200℃에서의 한계 굽힘 반경 값이 1.5 R/t 이하인 마그네슘 합금 판재.
- 제11항에서,
상기 마그네슘 합금 판재는 압연 방향(RD)과 판재 폭 방향(TD)의 한계 굽힘 반경 값의 차이가 0.5 R/t이하인 마그네슘 합금 판재.
- 전체 100중량%에 대해, 아연(Zn)은 0 초과 2.0중량% 이하, 망간(Mn)은 0 초과 1.0 중량% 이하, 세륨(Ce)은 0 초과 0.5 중량% 이하, 잔부 마그네슘(Mg) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 합금 용탕을 주조하여 주조재를 준비하는 단계;
상기 주조재를 균질화 열처리하는 단계;
상기 균질화 열처리된 주조재를 온간 압연하여 압연 판재를 준비하는 단계; 및
상기 압연 판재를 최종 열처리하는 단계를 포함하고,
상기 주조재를 균질화 열처리하는 단계는, 300도(℃) 내지 500도(℃)에서 1 내지 30시간 동안 실시되며,
상기 균질화 열처리된 주조재를 온간 압연하여 압연 판재를 준비하는 단계는, 150도(℃) 내지 400도(℃)에서 압연 1회 당 0 초과 40% 이하의 압하율로 실시되고,
상기 압연 판재를 최종 열처리하는 단계는, 250 도(℃) 내지 500 도(℃)에서 5시간 이하 (0시간 제외)로 실시되는 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
- 제13항에서,
상기 합금 용탕은 하기 관계식 (1)을 만족하는 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
[Zn]>[Mn]+[Ce]------- 관계식 (1)
(이때, 상기 [Zn], [Mn], 및 [Ce]은 각 성분의 중량%를 의미한다.)
- 제14항에서,
상기 기타 불가피한 불순물은 Al: 0.3중량% 이하 및 Fe: 100ppm 이하를 포함하는 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제13항에서,
상기 주조재를 균질화 열처리하는 단계는,
1차 균질화 열처리 단계; 및
2차 균질화 열처리 단계를 포함하는 마그네슘 합금 판재의 제조 방법.
- 제18항에서,
상기 1차 균질화 열처리 단계는 300도(℃) 내지 400도(℃)에서 실시되는 마그네슘 합금 판재의 제조 방법.
- 제19항에서,
상기 1차 균질화 열처리 단계는 0.5시간 내지 10시간 동안 실시되는 마그네슘 합금 판재의 제조 방법.
- 제18항에서,
상기 2차 균질화 열처리 단계는 400도(℃) 내지 500도(℃)에서 실시되는 마그네슘 합금 판재의 제조 방법.
- 제21항에서,
상기 2차 균질화 열처리 단계는 0.5시간 내지 20시간 동안 실시되는 마그네슘 합금 판재의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제13항에서,
상기 균질화 열처리된 주조재를 압연하여 압연 판재를 준비하는 단계는, 상기 압연 판재를 중간 소둔하는 단계를 더 포함하는 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
- 제25항에서,
상기 압연 판재를 2회 이상 온간 압연하는 사이에 상기 중간 소둔을 1회 이상 실시하고, 상기 압연 판재의 누적 압하율은 40% 이상인 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
- 제26항에서,
상기 압연 판재를 중간 소둔하는 단계에서,
중간 소둔 실시율은 20% 이하인 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
- 제27항에서,
상기 중간 소둔은 300 도(℃) 내지 500 도(℃)에서 실시되는 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
- 제28항에서,
상기 중간 소둔은 5시간 이하 (0시간 제외)로 실시되는 마그네슘 합금 판재의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
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