KR102613197B1 - 알루미늄 합금 압출재로 이루어지는 자동차의 도어 빔 - Google Patents

알루미늄 합금 압출재로 이루어지는 자동차의 도어 빔 Download PDF

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Abstract

자동차의 도어 빔의 소재로서, 지금까지보다 높은 강도 영역(내력이 460MPa 이상)에 있어서 우수한 내SCC성을 구비한 7000계 알루미늄 합금 압출재를 제공한다. 7000계 알루미늄 합금 압출재가, Zn: 7.5∼9.0질량%, Mg: 1.3∼2.0질량%, Cu: 0.1∼0.7질량%, Si: 0.15질량% 이하, Fe: 0.3질량% 이하, Ti: 0.005∼0.2질량%, 추가로 Mn, Cr, Zr 중 1종 이상을 Mn: 0.3질량% 이하, Cr: 0.25질량% 이하, Zr: 0.25질량% 이하의 범위 내에서 0.1∼0.5질량%, 잔부 Al 및 불순물로 이루어지고, Fe계 정출물을 포함하며, 그 평균 Cu 함유량이 5.0질량% 이하이다.

Description

알루미늄 합금 압출재로 이루어지는 자동차의 도어 빔
본 발명은 7000계 알루미늄 합금 압출재로 이루어지는 자동차의 도어 빔에 관한 것이다.
자동차의 도어 빔은, 차체의 측면 충돌로부터 승객을 지키기 위해서 도어 내부에 전후 방향으로 장착된다. 이 도어 빔에는 내충격흡수성능이 요구되고, 예를 들면 FMVSS(미국 연방 자동차 안전 기준) 등의 법규에서는, 도어 빔의 3점 굽힘 시험에 의해 구해지는 최대 하중치와 에너지 흡수량에 일정한 기준이 마련되어 있다.
내충격흡수성능의 고도화와 자동차 부품의 경량화를 양립시킬 목적으로, 도어 빔의 재료로서, 7000계(Al-Zn-Mg계)의 고강도 알루미늄 합금 압출재가 이용되고 있다.
특허문헌 1∼7에는, 도어 빔용 재료로서, 고강도이고, 또한 우수한 내응력부식균열성을 갖는다고 여겨지는 7000계 알루미늄 합금 압출재가 제안되어 있다. 그러나, 7000계 알루미늄 합금 압출재는, 고강도화될수록 응력부식균열(이하, SCC)을 일으킬 위험이 높아진다.
그 때문에, 현재 상태에서는, 도어 빔의 소재로서, Zn 및 Mg를 너무 고농도화하지 않고, 내력 430MPa 정도로 한 7000계 알루미늄 합금 압출재가 이용되고 있다. 그러나, 상기 FMVSS 등의 법규에 있어서 자동차의 도어에 대한 측돌(側突) 규제가 더 엄격화되는 가운데, 현행 레벨의 강도의 7000계 알루미늄 합금 압출재를 이용하여 보다 고도한 내충격흡수성능을 실현하려고 하면, 도어 빔의 중량이 증가해 버린다.
일본 특허공개 평9-268342호 공보 일본 특허공개 2007-119904호 공보 일본 특허공개 2008-274441호 공보 일본 특허공개 2011-144396호 공보 일본 특허공개 2014-105389호 공보 일본 특허공개 2014-145119호 공보 일본 특허공개 2018-90839호 공보
도어 빔의 중량 증가를 억제하고, 또한 내충격흡수성능을 보다 고도화하기 위해, 실용 가능한 도어 빔의 소재로서, 보다 고강도의 7000계 알루미늄 합금 압출재가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 자동차의 도어 빔의 소재로서, 지금까지보다 높은 강도 영역에 있어서 우수한 내SCC성을 구비한 7000계 알루미늄 합금 압출재를 제공하는 것이다.
7000계 알루미늄 합금에는, 불순물로서 소량의 Fe가 혼입되어 있다. Fe는 주조 시에 합금 중의 다른 원소와 금속간 화합물을 형성하여, 주괴 중에 Fe계 정출물을 생성한다. 주괴 중에 생성된 Fe계 정출물은, 압출 후의 재료 중에도 소멸되지 않고 존재한다.
본 발명자들은, 응력이 부하된 상태로 부식 환경하에서 여러 가지 시간 유지된 7000계 알루미늄 합금 압출재의 표면을 현미경 관찰한 바, Fe계 정출물의 주변의 Al 모재 부분에 발생하는 공식(孔食)이 SCC 발생의 요인라는 지견을 얻었다. Fe계 정출물은 입계에도 많이 존재하고, 시간 경과에 따라, 상기 공식으로부터 균열이 발생하고, 그 균열이 입계에 전파되어, SCC가 진행된다.
상기의 지견에 의하면, 7000계 알루미늄 합금 압출재의 내SCC성을 개선하기 위해서는, Fe계 정출물의 주변에서 공식의 발생을 억제할 필요가 있다.
본 발명은 이 생각에 기초하여 이루어진 것으로, 도어 빔의 소재가 7000계 알루미늄 합금 압출재이고, Zn: 7.5∼9.0질량%, Mg: 1.3∼2.0질량%, Cu: 0.1∼0.7질량%, Si: 0.15질량% 이하, Fe: 0.3질량% 이하, Ti: 0.005∼0.2질량%, 추가로 Mn, Cr, Zr 중 1종 이상을 Mn: 0.3질량% 이하, Cr: 0.25질량% 이하, Zr: 0.25질량% 이하의 범위 내에서 0.1∼0.5질량%, 잔부 Al 및 불순물로 이루어지고, Fe계 정출물을 포함하며, 그 평균 Cu 함유량이 5.0질량% 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 7000계 알루미늄 합금 압출재는, Zn 및 Mg가 고농도화된 것에 의해, 인공 시효 처리 후에 고강도(460MPa 이상의 내력)를 나타낸다. 또한, Fe계 정출물의 평균 Cu 함유량이 5.0질량% 이하이고, Fe계 정출물과 Al 모재 부분 사이의 전위차가 억제되어 있는 것에 의해, Fe계 정출물의 주변에 공식이 생기기 어려워, 내SCC성이 개선되어 있다. 따라서, 상기 7000계 알루미늄 합금 압출재로 이루어지는 도어 빔은, Zn 및 Mg가 고농도화되어, 고강도를 가짐에도 불구하고, 우수한 내SCC성을 갖는다. 이에 의해, 도어 빔의 중량 증가를 억제하고, 또한 내충격흡수성능을 보다 고도화하거나, 또는 내충격흡수성능을 저하시키지 않고, 더한층의 경량화를 달성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 도어 빔에 대하여, 보다 구체적으로 설명한다.
도어 빔의 소재로서 이용되는 7000계 알루미늄 합금 압출재의 조성은, Zn: 7.5∼9.0질량%, Mg: 1.3∼2.0질량%, Cu: 0.1∼0.7질량%, Si: 0.15질량% 이하, Fe: 0.3질량% 이하, Ti: 0.005∼0.2질량%, 추가로 Mn, Cr, Zr 중 1종 이상을 Mn: 0.3질량% 이하, Cr: 0.25질량% 이하, Zr: 0.25질량% 이하의 범위 내에서 0.1∼0.5질량%, 잔부 Al 및 불순물로 이루어진다. 이 조성 자체는, Zn 및 Mg가 고농도화되어 있는 점을 제외하고, 종래의 7000계 알루미늄 합금 압출재의 것과 특별히 바뀌는 바는 없다.
계속해서, 이 7000계 알루미늄 합금 압출재에 포함되는 개개의 원소에 대하여 설명한다.
Zn:
Zn은 Mg와 함께 MgZn2를 형성하여, 7000계 알루미늄 합금 압출재의 강도를 향상시킨다. 7000계 알루미늄 합금 압출재에 있어서 시효 처리 후에 높은 내력(0.2% 내력)을 얻기 위해서는, Zn 함유량은 7.5질량% 이상이 필요하다. 한편, Zn 함유량이 9.0질량%를 초과하면, 내SCC성의 저하를 억제할 수 없다. 따라서, Zn 함유량은 7.5∼9.0질량%의 범위 내로 한다. Zn 함유량의 하한치는 바람직하게는 7.7질량%, 보다 바람직하게는 8.0질량%, 더 바람직하게는 8.1질량%이고, 상한치는 바람직하게는 8.8질량%이다.
Mg:
Mg는 Zn과 함께 MgZn2를 형성하여, 7000계 알루미늄 합금 압출재의 강도를 향상시킨다. 7000계 알루미늄 합금 압출재에 있어서 시효 처리 후에 높은 내력을 얻기 위해서는, Mg 함유량은 1.3질량% 이상이 필요하다. 한편, Mg 함유량이 2.0질량%를 초과하면, 내SCC성의 저하를 억제할 수 없고, 또한 변형 저항의 증가에 의해 압출성을 열화시킨다. 따라서, Mg 함유량은 1.3∼2.0질량%의 범위 내로 한다. Mg 함유량의 하한치는 바람직하게는 1.4질량%, 상한치는 바람직하게는 1.8질량%이다.
MgZn2를 구성하는 Mg와 Zn의 화학량론비(질량비)는 1:5.38이다. 7000계 알루미늄 합금 압출재의 Zn 함유량(질량%)을 CZn으로 하고, Mg 함유량(질량%)을 CMg로 하면, Zn과 Mg가 화학량론비로 존재할 때, CZn=5.38×CMg가 성립한다. 한편, Zn이 화학량론비보다 과잉으로 존재할 때, CZn>5.38×CMg가 성립하고, 그때의 과잉 Zn량(EZn)은 EZn=CZn-5.38×CMg로 계산된다. 또한, Mg가 화학량론비보다 과잉으로 존재할 때, CZn＜5.38×CMg가 성립하고, 그때의 과잉 Mg량(EMg)은 EMg=CMg-0.186×CZn으로 계산된다.
과잉 Zn량(EZn)이 많으면, MgZn2를 형성하지 않는 Zn이 합금 중에 많이 존재하게 되어, 압출재의 내SCC성이 저하된다. 한편, 과잉 Mg량(EMg)이 많으면, MgZn2를 형성하지 않는 Mg가 합금 중에 많이 존재하게 되어, 변형 저항의 증가에 의해 압출성이 저하된다. 상기의 관점에서, 7000계 알루미늄 합금 압출재에 있어서, Zn 및 Mg는 화학량론비에 가까운 함유량인 것이 바람직하고, 보다 구체적으로는, 과잉 Zn량(EZn)은 1.0질량% 이하, 과잉 Mg량(EMg)은 0.5질량% 이하인 것이 바람직하다. 과잉 Zn량(EZn)은 보다 바람직하게는 0.5질량% 이하, 더 바람직하게는 0.3질량% 이하이다. 과잉 Mg량(EMg)은 보다 바람직하게는 0.4질량% 이하, 더 바람직하게는 0.3질량% 이하이다.
Cu:
Cu는 입계 석출물(MgZn2)에 고용됨으로써, 입계 석출물과 PFZ(무석출대)의 전위차를 작게 하여, 부식 환경하에서 입계 석출물의 우선(優先) 용해를 억제하고, 이에 의해 7000계 알루미늄 합금 압출재의 내SCC성을 개선한다. 또한, Cu는 7000계 알루미늄 합금 압출재의 강도를 향상시킨다. 그러나, Cu 함유량이 0.1질량% 미만이면 상기 작용이 불충분하다. 한편, Cu 함유량이 0.7질량%를 초과하면, 반대로 내SCC성을 열화시키고, 또한 변형 저항의 증가에 의해 압출성을 열화시키고, 압출재의 용접균열성도 열화시킨다. 따라서, Cu 함유량은 0.1∼0.7질량%의 범위로 한다. Cu 함유량의 하한치는 바람직하게는 0.2질량%, 상한치는 바람직하게는 0.5질량%이다.
Ti:
Ti는 7000계 알루미늄 합금의 주조 시에 결정립을 미세화시키는 작용이 있다. 그러나, Ti 함유량이 0.005질량% 미만이면 그 작용이 불충분하고, 한편 0.2질량%를 초과하면 그 작용이 포화되고, 또한 조대한 금속간 화합물이 정출하여 압출재의 성형성을 저하시킨다. 따라서, Ti 함유량은 0.005∼0.2질량%로 한다. Ti 함유량의 바람직한 상한치는 0.05질량%이다.
Mn, Cr, Zr:
Mn, Cr, Zr은, 균질화 처리에 의해 알루미늄 중에 미세 분산 입자로서 석출되어, 재결정을 억제하는 효과가 있고, 또한 재결정을 억제함으로써 내SCC성을 향상시키는 효과가 있고, 1종 이상이 합계로 0.1질량% 이상 첨가된다. Mn, Cr, Zr 중 1종 이상으로서, (1) 3원소 중 어느 1종만, (2) 3원소 중 2종의 조합(Mn과 Cr, Mn과 Zr, 또는 Cr과 Zr), 또는 (3) 3원소 모두의 조합이 생각되고, 상기 (1)∼(3) 중 어느 것이라도 선택할 수 있다. 그러나, Mn, Cr, Zr의 함유량이 각각 0.3질량%, 0.25질량%, 0.25질량%를 초과하거나, 또는 1종 이상의 합계 함유량이 0.5질량%를 초과하면, 압출성이 나빠지고, 또한 압출재의 담금질 감수성이 예민해진다. 따라서, Mn, Cr, Zr 중 1종 이상의 함유량은, Mn: 0.3질량% 이하, Cr: 0.25질량% 이하, Zr: 0.25질량% 이하의 범위 내에서, 합계가 0.1∼0.5질량%의 범위 내가 된다.
이 중 Zr은, Mn 및 Cr에 비해 7000계 알루미늄 합금 압출재의 담금질 감수성을 예민하게 하는 작용이 작기 때문에, 0.1∼0.25질량%의 범위에서 우선적으로 첨가하고, 필요에 따라서 보완적으로 Mn 및/또는 Cr을 첨가하는 것이 바람직하다. Zr 함유량의 바람직한 하한치는 0.12질량%, 보다 바람직한 하한치는 0.14질량%이고, 바람직한 상한치는 0.23질량%, 보다 바람직한 상한치는 0.20질량%이다. Cr 함유량의 바람직한 상한치는 0.1질량%, 보다 바람직한 상한치는 0.06질량%이다. Mn 함유량의 바람직한 상한치는 0.1질량%, 보다 바람직한 상한치는 0.06질량%이다.
Si:
7000계 알루미늄 합금에는, 소량의 Si가 혼입되어 있다. Si는 Mg와 함께 Mg2Si를 형성하여, 입계에 석출된다. Si 함유량이 0.15질량%를 초과하면, Mg2Si가 과잉으로 형성되고 Mg가 소비되어, 압출재의 강도 부족의 원인이 된다. 또한, Si 함유량이 0.15질량%를 초과하면, 압출재의 표면에 소부(燒付)가 생기기 쉬워, 압출성을 열화시킨다. 따라서, Si 함유량은 0.15질량% 이하(하한치는 0질량%)로 한다.
Fe:
7000계 알루미늄 합금에는, 불순물로서 소량의 Fe가 혼입되어 있다. Fe는 주조 시에 합금 중의 다른 원소와 금속간 화합물을 형성하여, 주괴 중에 정출물(Fe계 정출물)을 생성한다. 본 발명에 있어서 Fe계 정출물이란, Al-Fe계, Al-Fe-Si계, Al-Mn-Fe계, A1-Fe-Mn-Si계, Al-Cr-Fe계 등, Fe를 포함하는 정출물(금속간 화합물)을 총칭하는 용어이다. 주괴 중에 생성된 Fe계 정출물은, 압출 후의 재료(압출재) 중에도 소멸되지 않고 존재한다.
Fe계 정출물이 많이 정출되면, 7000계 알루미늄 합금 압출재의 인성이 저하된다. 그 때문에, Fe 함유량은 0.3질량% 이하로 한다. Fe 함유량의 바람직한 상한치는 0.15질량%이다. Fe 함유량을 제한함으로써 Fe계 정출물이 감소하여, 후술하는 바와 같이 Fe계 정출물을 원인으로 하는 공식을 억제하는 효과도 기대할 수 있다.
기타의 불순물:
7000계 알루미늄 합금을 주조할 때, 주요 불순물인 Si, Fe 이외에도, 지금(地金), 첨가 원소의 중간 합금 등, 다양한 경로로부터 불가피적으로 불순물이 혼입된다. 이들 불순물의 혼입에 대해서도, 7000계 알루미늄 합금의 JIS 규격 등에 기초하여, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위에서 허용되고, 바람직하게는 개개의 원소의 함유량이 0.05질량% 이하, 합계 함유량이 0.15질량% 이하이다. 한편, 불순물 중 B에 대해서는, Ti의 첨가에 수반하여 알루미늄 합금 중에 Ti 함유량의 1/5 정도의 양으로 혼입되지만, 함유량은 바람직하게는 0.02질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.01질량% 이하이다.
Fe계 정출물의 평균 Cu 함유량:
여기에서, 본 발명에 따른 7000계 알루미늄 합금 압출재를 가장 특징짓는 Fe계 정출물 중의 평균 Cu 함유량에 대하여 설명한다.
앞서 기술한 대로, 7000계 알루미늄 합금 압출재가 부식 환경하에 놓여지면, Fe계 정출물의 주변의 Al 모재 부분에 공식이 발생하고, 상기 공식으로부터 균열이 발생하고, 그 균열이 입계에 전파됨으로써, SCC가 진행된다.
공식이 발생한 7000계 알루미늄 합금 압출재의 Fe계 정출물을 EDX(에너지 분산형 X선 분석 장치)로 분석하고, 원소 동정을 행한 바, 합금 성분인 Cu가 Fe계 정출물 중에 고농도로 포함되어 있었다. Fe계 정출물 중에 Cu가 농축됨으로써 Fe계 정출물의 전위가 올라가, Al 모재 부분과의 사이에서 전위차가 넓어지고, 그에 의해 부식 환경하에서 Fe계 정출물의 주변에 상기 공식이 발생하기 쉬운 상황이 된 것이라고 추측된다.
한편, SCC의 원래의 요인인 공식의 발생을 억제함으로써, 결과적으로 SCC의 발생을 억제할 수 있다고 생각된다. 그래서, 본 발명에서는, Fe계 정출물 중의 평균 Cu 함유량을 5.0질량% 이하로 억제하는 것으로 했다. 이에 의해, Fe계 정출물과 Al 모재 부분 사이의 전위차를 작게 하여, Fe계 정출물 주변에 있어서 공식의 발생을 억제하고, 나아가서는 SCC의 발생을 억제할 수 있었다. 본 발명에 있어서, Fe계 정출물 중의 Cu 함유량(CCu /(Fe+Cu))이란, Fe계 정출물 중의 Fe 함유량(CFe)과 Cu 함유량(CCu)의 합계를 기준(100%)으로 했을 때의 Cu 함유량의 100분율, 즉 CCu/(CFe+CCu)×100(질량%)을 의미한다.
Fe계 정출물 중의 평균 Cu 함유량을 5.0질량% 이하로 억제하는 수단으로서, 7000계 알루미늄 합금 주괴의 균질화 처리를 고온 장시간의 조건에서 행하는 것을 들 수 있다. 490∼550℃의 온도 조건에서 4시간 이상의 균질화 처리를 행함으로써, Fe계 정출물 중에 고농도로 존재하고 있던 Cu가 Al 모재로 확산되고, Fe계 정출물 중의 Cu 함유량이 저하된다. Fe계 정출물 중의 평균 Cu 함유량을 저감하기 위해서는, 균질화 처리 온도는 고온일수록 바람직하다. 그러나, 너무 고온에서는 재결정을 억제하는 원소(Zr, Cr, Mn)의 입계에 대한 핀 고정 작용이 저하되어, 압출재 조직의 조대화가 생길 우려가 있다. 따라서, 균질화 처리의 온도는 500∼540℃의 범위가 바람직하고, 510∼530℃의 범위가 보다 바람직하다. 또한, 균질화 처리의 시간은, Fe계 정출물 중의 평균 Cu 함유량을 저감하기에는 길수록 바람직하지만, 너무 길면 압출재 조직의 조대화가 생길 우려가 있다. 따라서, 균질화 처리의 시간은 10시간 이하가 바람직하다. 종래 일반적으로 행해지고 있는 균질화 처리 조건(470℃×6시간)에서는, Fe계 정출물 중의 Cu 함유량이 충분히 저하되지 않는다. 균질화 처리 후의 냉각은, 특별히 한정적은 아니지만, 예를 들면 100∼200℃/h의 범위 내의 냉각 속도로 행하면 된다.
또한, 본 발명에서는, 7000계 알루미늄 합금 자체의 Cu 함유량이 0.7질량% 이하로 제한되어 있지만, 이 점도 Fe계 정출물 중의 Cu 함유량의 상승을 억제하여, 내SCC성을 개선하는 데 유효하다.
본 발명에 따른 7000계 알루미늄 합금 압출재는, 균질화 처리의 조건을 상기한 대로 설정하는 것 외는, 통상의 7000계 알루미늄 합금 압출재의 제조 방법으로 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 7000계 알루미늄 합금 압출재는, 시효 처리 후에 고강도를 나타냄에도 불구하고, 우수한 내SCC성을 나타내어, 도어 빔의 고강도화(내충격흡수성능의 고도화), 경량화에 공헌할 수 있다.
실시예
반연속 주조하여 얻어진 직경 155mm의 7000계 알루미늄 합금 빌렛을 균열(均熱) 처리한 후, 재가열하고, 압출 온도 500℃, 압출 속도 3m/분으로 압출 성형하고, 압출 직후부터 팬 공랭을 실시하여, 7000계 알루미늄 합금 압출재(No. 1∼7)를 제조했다. 각 압출재의 단면 형상은 두께 3mm×폭 110mm의 장방형이고, 압출재의 냉각 속도는 약 290℃/분이었다. 압출재를 실온까지 냉각한 후, 90℃×3시간+140℃×8시간의 시효 처리를 실시했다.
표 1에 No. 1∼7의 압출재의 합금 조성, 균열 조건을 나타낸다. 한편, No. 1∼6의 압출재는, Mg가 화학량론비보다 과잉으로 존재하고, 이 중 No. 1∼4의 압출재는 EMg=0.075(질량%), No. 5, 6의 압출재는 EMg=0.203(질량%)이다. No. 7의 압출재는, Zn이 화학량론비보다 과잉으로 존재하고, EZn=0.298(질량%)이다.
No. 1∼7의 각 압출재를 이용하여 이하의 측정을 행했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
내력의 측정:
No. 1∼7의 각 압출재의 폭 방향 중앙부로부터, 길이 방향이 압출 방향에 평행이 되도록 JIS13B 인장 시험편을 기계 가공에 의해 채취했다. 채취한 시험편은 각 압출재에서 2개씩으로 했다. 이 시험편을 이용하여 JISZ2241의 규정에 준거해서 인장 시험을 행하여, 내력(0.2% 내력)을 측정했다. 크로스 헤드 스피드는 내력치에 이를 때까지 5.0mm/분으로 하고, 그 후, 10.0mm/분으로 했다. 표 1에 기재된 No. 1∼7의 내력치는, 2개의 시험편으로 측정된 내력치의 평균치로 했다. 내력치는 460MPa 이상을 합격으로 평가했다.
내SCC 임계 응력의 측정:
No. 1∼7의 각 압출재의 폭 방향 중앙부로부터, 길이 방향이 압출 방향에 수직이 되도록 폭 10mm×길이 50mm의 SCC 시험편을 기계 가공으로 채취했다. 채취한 시험편은, 다음에 설명하는 SCC 시험의 부하 응력마다 2개씩으로 했다.
SCC 시험은 판 굽힘 시험(JISH8711:2001)의 3점 부하 방식을 채용하고, No. 1∼7의 시험편으로의 부하 응력은 90MPa, 100MPa, 110MPa, 120MPa의 4단계로 했다. 판 굽힘 시험에 있어서, 인장 응력이 최대가 되는 시험편의 길이 방향 중앙부 볼록면에 변형 게이지를 첩부하고, 영률을 70×109Pa로 해서, 상기 부하 응력에 대응하는 변형을 시험편에 부가했다.
SCC 시험에 이용하는 부식액은 Cr산 수용액(증류수 1리터당 NaCl: 3g, K2Cr2O7: 30g, CrO3: 36g)으로 하고, SCC를 촉진시키기 위해, 시험 동안, 온도를 90℃ 이상으로 유지했다.
부하 응력을 부하한 상태로 시험편(각 부하 응력에 대하여 2개씩)을 부식액 중에 침지하고, 2시간마다 취출하여 육안에 의해 균열 발생의 유무를 관찰하고, 균열의 발생이 없는 시험편에 대해서는 재침지를 행했다. 이 수순을 SCC 시험 개시 후 16시간까지 반복했다. 2개의 시험편이 모두 시험 종료까지 균열의 발생이 없는 최대 부하 응력을, 그 시험편의 내SCC 임계 응력으로 평가했다. 내SCC 임계 응력은 100MPa 이상을 합격으로 평가했다.
Fe계 정출물의 Cu 함유량의 측정:
No. 1∼7의 각 압출재의 폭 방향 중앙 부근의 압출 방향에 대해 수직인 단면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 관찰했다. 배율 1000배의 SEM상에 있어서, 입경(장경) 1μm 이상의 Fe계 정출물 입자 중에서, 임의로 15개 이상을 선택하고, EDX로 점 분석했다. EDX 점 분석의 결과를 토대로, 입자마다 Cu 함유량(CCu/(Fe+Cu))을 계산하고, 이어서 그들의 평균치(각 Fe계 정출물 입자의 Cu 함유량의 평균치)를 구했다.
한편, SEM의 관찰 위치(시야의 중심 위치)는, 상기 단면의 표면으로부터 약 100μm의 깊이로 했다. SEM은 니혼덴시 주식회사제의 「JSM-IT100」, EDX는 동 SEM에 탑재된 장치이다.
Figure 112021107296114-pct00001
표 1에 나타내는 No. 1∼6의 압출재는, 합금 조성이 본 발명의 규정 범위 내이다. 이 중 No. 1, 5의 압출재는, 빌렛의 단계에서 받은 균열 처리의 조건이 종래 레벨로 처리 온도가 낮고, Fe계 정출물의 평균 Cu 함유량이 5.0질량%를 초과한다. 이 때문에, No. 1, 5의 압출재는, Zn 및 Mg가 고농도로 함유되어 고강도를 나타내지만, SCC 임계 응력이 낮다.
한편, No. 2, 3, 4, 6의 압출재는, 모두 빌렛의 단계에서 고온 장시간의 균열 처리를 받고 있어, Fe계 정출물의 평균 Cu 함유량이 5질량% 이하로 저감되어 있다. No. 2, 3, 4, 6의 압출재는, 모두 460MPa 이상의 내력을 갖고, 또한 100MPa 이상의 SCC 임계 응력을 가져, Zn 및 Mg가 고농도로 함유되어 고강도임에도 불구하고, No. 1, 5의 압출재에 비해 내SCC성이 상당히 개선되어 있다.
한편, No. 4의 압출재는 Fe계 정출물의 Cu 함유량이 가장 낮지만, SCC 임계 응력이 No. 2, 3에 비해 약간 낮아졌다. 이는, No. 4의 균열 처리의 온도가 높아, 재결정을 억제하는 원소(Zr, Cr, Mn)의 작용이 저하되어, 압출재 조직의 조대화가 진행되었기 때문은 아닌가 생각된다.
No. 7의 압출재는, 빌렛의 단계에서 고온 장시간의 균열 처리를 받아, Fe계 정출물의 평균 Cu 함유량이 5.0질량% 이하로 저감되어 있다. 그러나, Zn 함유량이 지나치게 많기 때문에, Fe계 정출물의 평균 Cu 함유량을 저감시킨 것에 의한 내SCC성 개선 효과가 나타나고 있지 않다.
이상, 각종 실시의 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자이면, 특허청구범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 또한, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 상기 실시의 형태에 있어서의 각 구성 요소를 임의로 조합해도 된다.
한편, 본 출원은, 2019년 3월 28일 출원된 일본 특허출원(특원 2019-064438)에 기초하는 것으로, 그 내용은 본 출원 중에 참조로서 원용된다.

Claims (3)

  1. 7000계 알루미늄 합금 압출재로 이루어지는 자동차의 도어 빔이고, 상기 7000계 알루미늄 합금 압출재가, Zn: 8.1∼9.0질량%, Mg: 1.3∼2.0질량%, Cu: 0.1∼0.7질량%, Si: 0.15질량% 이하, Fe: 0.3질량% 이하, Ti: 0.005∼0.2질량%, Zr: 0.1~0.25질량%, 잔부 Al 및 불순물로 이루어지고, Fe계 정출물을 포함하며, 그 평균 Cu 함유량이 5.0질량% 이하이고, 내SCC 임계 응력이 100MPa 이상인 것을 특징으로 하는 자동차의 도어 빔.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 7000계 알루미늄 합금 압출재에 있어서, MgZn2의 화학량론비보다 과잉의 Zn 함유량이 1.0질량% 이하, 또는 상기 화학량론비보다 과잉의 Mg 함유량이 0.5질량% 이하인 것을 특징으로 하는 자동차의 도어 빔.
  3. 7000계 알루미늄 합금 압출재로 이루어지는 자동차의 도어 빔의 제조 방법이고, 상기 7000계 알루미늄 합금 압출재가, Zn: 8.1∼9.0질량%, Mg: 1.3∼2.0질량%, Cu: 0.1∼0.7질량%, Si: 0.15질량% 이하, Fe: 0.3질량% 이하, Ti: 0.005∼0.2질량%, Zr: 0.1~0.25질량%, 잔부 Al 및 불순물로 이루어지고, Fe계 정출물을 포함하며, 500∼540℃의 온도 조건에서 4시간 이상 10시간 이하의 균질화 처리를 행하여, 상기 Fe계 정출물 중 평균 Cu 함유량을 5.0질량% 이하로 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 도어 빔의 제조 방법.
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