KR20060135849A - Al-mg alloy sheet with excellent formability at high temperatures and high speeds and method of production of same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고온 성형성과 고속 성형성이 우수한 Al-Mg 합금 박판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an Al-Mg alloy sheet having excellent high temperature formability and high speed formability and a method of manufacturing the same.
Al-Mg 합금은 경량이고 강도 및 내식성이 우수하여 자동차용 박판 재료 또는 기타 가공 재료 또는 성형 재료로 사용되고 있다. 그러나 실온에서의 연신율이 작기 때문에 Al-Mg 합금을 냉간 가공하여 복잡한 형상으로 제작하는 데에는 문제가 있다. 이러한 이유 때문에, 결정립의 크기를 감소시키기 위해 열간 가공시에 재결정을 억제시키고 500 내지 550℃ 정도의 고온 영역에서 수백%의 연신율을 얻을 수 있는 Al-Mg기 초소성 합금이 개발되어 다양한 분야에서 사용되고 있다.Al-Mg alloy is used as a thin plate material or other processing material or molding material for automobile because of its light weight, excellent strength and corrosion resistance. However, since the elongation at room temperature is small, there is a problem in producing an intricate shape by cold working Al-Mg alloy. For this reason, in order to reduce the grain size, an Al-Mg based superplastic alloy has been developed that can suppress recrystallization during hot working and obtain elongation of several hundred percent in the high temperature region of 500 to 550 ° C. have.
종래의 Al-Mg기 초소성 합금은 10-4 내지 10-3/sec의 느린 성형 속도(변형율) 하에서는 초소성 성질을 나타내는데, 매우 긴 시간이 소요되기 때문에 통상적인 프레스 성형에 적용시에 생산성이 낮게 되어 실용적이지 못하다.Conventional Al-Mg-based superplastic alloys exhibit superplastic properties under a slow molding rate (strain) of 10 -4 to 10 -3 / sec, which takes a very long time, resulting in high productivity when applied to conventional press molding. It is low and not practical.
따라서, 열간 가공하는 고온 영역에서 예를 들면, 기존의 성형 속도보다 100 배 이상 빠른 0.1/sec 변형율의 고속 성형하는 경우에도 충분한 연신율을 보유하며 성형 시에 공동(cavity) 형성이 억제되는 알루미늄 합금 박판이 개발되고 있다.Therefore, in the high temperature region to be hot worked, for example, aluminum alloy sheet having sufficient elongation even at high speed of 0.1 / sec strain rate 100 times faster than the existing molding speed and suppressing cavity formation during molding Is being developed.
예를 들면, 일본 공개 특허 공보 제10-259441호는 고속 성형시에 초소성 성형성이 우수하고 성형 후에 공동의 양이 감소된 알루미늄 합금 박판으로서, 질량%로, Mg 3.0~8.0%, Cu 0.21~0.50%, Ti 0.001~0.1%, 불순물로서 Fe 0.06% 이하 및 Si 0.06% 이하 및 잔부는 Al과 불순물을 포함하고 평균 결정립 크기가 20 내지 200㎛인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 박판을 제안하고 있다.For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-259441 is an aluminum alloy sheet having excellent superplastic formability during high-speed molding and a reduced amount of cavity after molding, which is in mass%, Mg 3.0 to 8.0%, Cu 0.21 ~ 0.50%, Ti 0.001 ~ 0.1%, Fe 0.06% or less, Si 0.06% or less, and the remainder are Al and impurities, and has proposed an aluminum alloy thin plate, characterized in that the average grain size is 20 to 200㎛. .
그러나, 선행 기술에서 최종 박판 제품에 대해 우수한 고온 성형성과 고속 성형성을 달성하기 위해서는 반 연속 주조에 의한 대형 슬래브의 주조, 표면 스캘핑(scalping), 균열 처리(soaking), 열간 압연, 냉간 압연, 중간 어닐링, 최종 압연 및 최종 어닐링 같은 많은 공정을 거쳐야 하므로 제조 비용이 상승하게 된다.However, in the prior art, casting of large slabs by semi-continuous casting, surface scalping, soaking, hot rolling, cold rolling, intermediate to achieve good hot formability and high formability for the final sheet product Many processes, such as annealing, final rolling and final annealing, have to go through, resulting in higher manufacturing costs.
게다가, 대형 슬래브 주조 시에는 예를 들면 약 1 내지 10℃/sec 정도로 냉각 속도가 느리기 때문에 Al6Mn 등과 같은 Al-Fe-Si 금속간화합물이 수십 ㎛ 또는 그 이상으로 조대해진다. 균열 처리, 열간 압연, 냉간 압연, 어닐링 등의 공정 후에도 최종 박판 제품 내에는 10㎛ 또는 그 이상의 조대한 금속간화합물이 여전히 존재한다. 공동은 고온 성형 시에 금속간화합물과 기지 사이의 계면에 필링(peeling)에 의해 쉽게 나타난다. 이에 대한 대응책으로서, Fe 및 Si의 함량을 0.1% 이하로 제한하는 방법이 채용되지만 이를 위해서는 고가의 고순도 금속을 사용해야 하기 때문에 결국에는 비용이 상승하는 문제점이 있다.In addition, during large slab casting, for example, Al-Fe-Si intermetallic compounds such as Al 6 Mn are coarsened to several tens of micrometers or more because the cooling rate is slow, for example, about 1 to 10 ° C / sec. Even after cracking, hot rolling, cold rolling, annealing or the like, coarse intermetallic compounds of 10 µm or more are still present in the final sheet product. The cavities easily appear by peeling at the interface between the intermetallic compound and the matrix during hot forming. As a countermeasure, a method of limiting the content of Fe and Si to 0.1% or less is employed, but there is a problem in that the cost increases in the end because an expensive high purity metal must be used.
본 발명의 목적은 선행 기술의 상기의 문제점을 해결할 수 있는, 고 비용을 수반하는 고순도 금속을 사용하지 않으면서도 고온 성형성과 고속 성형성이 개선되고, 성형 후에 공동이 감소된 알루미늄 합금 박판과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to improve the high temperature formability and high formability without using high-purity high-purity metals, which can solve the above problems of the prior art, and to produce aluminum alloy thin plates having reduced cavities after molding and their production. To provide a way.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 성형 후에 공동의 양이 감소되고, 고온 성형성과 고속 성형성이 우수한 알루미늄 합금 박판으로서,In order to achieve the above object, according to the present invention, as the aluminum alloy thin plate excellent in high temperature formability and high-speed formability, the amount of the cavity after molding is reduced,
Mg:2.0 ~ 8.0중량%,Mg: 2.0-8.0 wt%,
Si:0.06 ~ 0.2중량%,Si: 0.06% to 0.2% by weight,
Fe:0.1 ~ 0.5중량%,Fe: 0.1-0.5 wt%,
Mn:0.1 ~ 0.5중량% 및 잔부는 Al 및 불가피한 불순물을 포함하고, 원 상당 직경(equivalent circle diameter)이 1 내지 5㎛인 금속간화합물의 밀도가 5000/㎟ 또는 그 이상이고 평균 결정립 크기가 20㎛ 또는 그 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 박판이 제공된다.Mn: 0.1 to 0.5% by weight and the balance include Al and unavoidable impurities, the density of the intermetallic compound having an equivalent circle diameter of 1 to 5㎛ is 5000 / ㎜ or more and the average grain size is 20 An aluminum alloy thin plate is provided, which is characterized in that it is m or less.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 본 발명에 따른 성형 후에 공동의 양이 감소되고, 고온 성형성과 고속 성형성이 우수한 알루미늄 합금 박판의 제조 방법으로서,In order to achieve the above object, according to the present invention, the amount of the cavity after molding according to the present invention is reduced, and as a method for producing an aluminum alloy thin plate excellent in high temperature formability and high speed formability,
본 발명에 따른 알루미늄 합금 박판의 조성을 가지는 합금 용탕을 준비하는 단계,Preparing an molten alloy having a composition of an aluminum alloy sheet according to the present invention,
트윈 벨트 주조 장치에서 5 내지 15㎜ 두께의 슬래브를 제조하기 위해 주조하는 동안에 슬래브 두께의 1/4 지점에서 냉각 속도 20 내지 150℃/sec로 주조하는 단계,Casting at a cooling rate of 20 to 150 ° C./sec at a quarter point of the slab thickness during casting to produce a 5 to 15 mm thick slab in a twin belt casting apparatus,
그 다음으로 코일로 슬래브를 감는 단계,Then winding the slab with a coil,
상기 코일로부터 슬래브를 빼서 70 내지 96%의 냉간 압연 압하율로 냉간 압연하는 단계,Removing the slab from the coil and cold rolling at a cold rolling reduction rate of 70 to 96%,
냉간 압연된 박판을 5℃/sec의 가열 속도로 420 내지 500℃까지 가열하는 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 박판 제조 방법이 추가적으로 제공된다.There is further provided an aluminum alloy thin plate manufacturing method comprising the step of annealing the cold rolled thin plate to a temperature of 420 to 500 ° C. at a heating rate of 5 ° C./sec.
본 발명에 의한 알루미늄 합금 박판은 화학 조성의 범위 및 미세 조직을 한정하고 금속간화합물을 미세하고 균일하게 분산시킴으로써 고순도 금속을 사용하지 않으면서 결정립을 더욱 미세화 함으로써 고온 성형성과 고속 성형성을 개선하고 성형 후에 공동을 감소시키게 된다.The aluminum alloy sheet according to the present invention defines the range and microstructure of the chemical composition and finely and uniformly disperses the intermetallic compound to further refine the grains without using high purity metal, thereby improving high temperature formability and high formability and forming Later the cavity is reduced.
추가적으로, 본 발명에 의한 제조 방법은 트윈 벨트 주조 시에 높은 냉각 속도를 보장하고, 냉간 압하율을 제한하며 냉간 압연 후에 어닐링 조건을 한정하여 금속간화합물을 균일하고 미세하게 분산시켜 결정립의 미세화를 증가시킨다.In addition, the manufacturing method according to the present invention ensures high cooling rate during twin belt casting, limits cold rolling reduction, and limits annealing conditions after cold rolling to uniformly and finely disperse intermetallic compounds to increase the refinement of grains. Let's do it.
본 발명에 의한 알루미늄 합금 박판의 사용에 의해, 높은 등급의 제품을 얻을 수 있으며, 성형 시간이 단축되고 생산성이 향상된다.By using the aluminum alloy sheet according to the present invention, a high grade product can be obtained, and the molding time is shortened and the productivity is improved.
[본 발명의 최선의 실시 형태]BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
본 발명에 따른 합금의 화학 성분의 한정 이유를 다음에서 설명한다. 본 명세서에서 화학 성분을 나타내는 "%"는 특별하게 언급하지 않은 한 "중량%"를 의미한다.The reason for limitation of the chemical composition of the alloy according to the present invention will be described below. As used herein, "%" refers to "% by weight" unless stated otherwise.
[Mg: 2.0 ~ 8.0%][Mg: 2.0-8.0%]
Mg는 강도를 향상시키는 원소이다. 강도를 향상시키기 위해서 Mg는 2.0% 또는 그 이상 함유되어야 한다. 그러나 Mg 함량이 8.0%를 초과하면 박 슬래브의 주조성이 저하된다. 따라서 Mg 함량은 2.0 ~ 8.0%로 제한된다. 만약 주조성이 강조되어야 하는 경우에는 Mg 함량의 상한은 추가적으로 6.0% 또는 그 이하로 한정되는 것이 바람직하다.Mg is an element which improves strength. In order to improve the strength, Mg should be contained 2.0% or more. However, if the Mg content exceeds 8.0%, the castability of the thin slab is lowered. Therefore, the Mg content is limited to 2.0 to 8.0%. If castability should be emphasized, the upper limit of the Mg content is preferably limited to 6.0% or less.
[Si: 0.06 ~ 0.2%][Si: 0.06-0.2%]
Si는 주조 시에 Al-Fe-Si기, Mg2Si 및 기타 금속간화합물의 미세 입자로 석출되며, 냉간 압연 후의 어닐링 시에 재결정 핵 생성 장소로 기능한다. 따라서 이러한 금속간화합물의 입자가 많으면 많을수록 생성되는 재결정 핵이 많아지고, 그 결과 생성되는 미세한 재결정의 수가 증가한다. 추가적으로, 상기 금속간화합물의 미세 입자는 생성되는 재결정립의 입계를 고정하여 결정립의 융합에 의한 성장을 억제시켜 미세한 재결정립이 안정적으로 유지되도록 한다.Si precipitates as fine particles of Al-Fe-Si groups, Mg 2 Si and other intermetallic compounds during casting, and functions as a recrystallization nucleation site during annealing after cold rolling. Therefore, the more particles of such an intermetallic compound, the more recrystallization nuclei are generated, and the number of fine recrystallizations is increased as a result. In addition, the fine particles of the intermetallic compound fix the grain boundaries of the recrystallized grains to suppress growth by fusing the crystal grains so that the fine recrystallized grains are stably maintained.
이러한 효과를 나타내기 위해서, Si 함량은 0.06% 또는 그 이상이어야 한다. 그러나 Si 함량이 0.2%를 초과하면 석출되는 금속간화합물이 조대해지는 경향이 커지기 때문에 고온 변형시에 공동의 형성이 촉진된다. 따라서 Si 함량은 0.06 내지 0.2%로 제한된다. 바람직한 범위는 0.07 내지 0.15%이다.In order to exhibit this effect, the Si content should be 0.06% or more. However, when the Si content exceeds 0.2%, the intermetallic compound to be precipitated tends to be coarsened, so that the formation of a cavity at high temperature deformation is promoted. The Si content is therefore limited to 0.06 to 0.2%. The preferred range is 0.07 to 0.15%.
일반적으로, Si는 다음에 설명되는 Fe와 같은 방식으로 제거되어야 하는 불순물로 여겨지지만, 본 발명에서는 그와 반대로 위에서 설명한 바와 같이 재결정립의 미세화를 증가시키기 위해서는 적당량의 Si가 존재해야 한다. 따라서 고순도 금속이 필요하지 않으며, 이에 따르는 비용 상승이 발생하지 않게 된다.In general, Si is considered to be an impurity to be removed in the same manner as Fe described below, but in the present invention, on the contrary, as described above, an appropriate amount of Si must be present to increase the refining of recrystallized grains. Therefore, high purity metals are not needed, and thus a cost increase does not occur.
[Fe: 0.1 ~ 0.5%][Fe: 0.1-0.5%]
Fe는 주조 시에 Al-Fe-Si기 또는 기타 금속간화합물의 미세 결정립으로 석출되며 냉간 압연 후 어닐링 시에 재결정의 핵 생성 사이트로 기능한다. 따라서, 이러한 금속간화합물 입자 수가 많으면 많을수록 생성되는 재결정 핵의 수가 많아지고 그 결과로서 생성되는 미세한 재결정립이 증가하게 된다. 추가적으로, 상기 금속간화합물의 미세 입자는 생성되는 재결정립의 입계를 고정하여 결정립의 융합에 의한 성장을 억제시켜 미세한 재결정립이 안정적으로 유지되도록 한다. 이러한 효과를 나타내기 위해서, Fe 함량은 0.1% 또는 그 이상이어야 한다. 그러나 Fe 함량이 0.5%를 초과하면 석출되는 금속간화합물이 조대해지는 경향이 커지기 때문에 고온 변형시에 공동의 형성이 촉진된다. 따라서 Fe 함량은 0.1 내지 0.5%로 제한된다. 바람직한 범위는 0.1 내지 0.3%이다.Fe precipitates as fine grains of Al-Fe-Si groups or other intermetallic compounds during casting and functions as nucleation sites for recrystallization during annealing after cold rolling. Therefore, the larger the number of such intermetallic particles, the greater the number of recrystallized nuclei to be produced and the more fine recrystallized grains are produced as a result. In addition, the fine particles of the intermetallic compound fix the grain boundaries of the recrystallized grains to suppress growth by fusing the crystal grains so that the fine recrystallized grains are stably maintained. In order to achieve this effect, the Fe content should be 0.1% or more. However, when the Fe content exceeds 0.5%, the precipitated intermetallic compound tends to coarsen, thereby promoting the formation of cavities during high temperature deformation. The Fe content is therefore limited to 0.1 to 0.5%. The preferred range is 0.1 to 0.3%.
일반적으로, Fe는 상기의 Si와 같은 방식으로 제거되어야 하는 불순물로 여겨지지만, 본 발명에서는 그와 반대로 위에서 설명한 바와 같이 재결정립의 미세화를 증가시키기 위해서는 적당량의 Fe가 존재해야 한다. 따라서 고순도 금속이 필요하지 않으며, 이에 따르는 비용 상승이 발생하지 않게 된다.In general, Fe is regarded as an impurity to be removed in the same manner as Si above, but in the present invention, on the contrary, as described above, an appropriate amount of Fe must be present to increase the refining of recrystallized grains. Therefore, high purity metals are not needed, and thus a cost increase does not occur.
[Mn: 0.1 ~ 0.5%][Mn: 0.1-0.5%]
Mn은 재결정립의 미세화를 증가시키는 원소이다. 이러한 효과를 나타내기 위해, Mn은 0.1% 또는 그 이상 첨가되어야 한다. 그러나 Mn이 0.5% 이상을 초과하게 되면 조대한 Al-(Fe·Mn)-Si기 금속간화합물이 형성되어 고온 변형시에 공동의 형성이 촉진된다. 따라서, Mn 함량은 0.1 내지 0.5%로 제한된다. 특히, 공동의 형성을 방지하는 것이 중요한 경우에는, Mn 함량의 상한은 추가로 0.3%로 제한되는 것이 바람직하다.Mn is an element that increases the refining of recrystallized grains. To exhibit this effect, Mn should be added at 0.1% or more. However, when Mn exceeds 0.5% or more, coarse Al- (Fe.Mn) -Si-based intermetallic compounds are formed to promote the formation of voids at high temperature deformation. Therefore, the Mn content is limited to 0.1 to 0.5%. In particular, when it is important to prevent the formation of cavities, it is preferable that the upper limit of the Mn content is further limited to 0.3%.
[임의의 성분 Cu: 0.1 ~ 0.5%][Optional Component Cu: 0.1-0.5%]
본 발명에 있어서, Cu는 알루미늄 합금 박판의 강도를 개선하기 위해 0.1 ~ 0.5% 범위 내에서 첨가될 수 있다. 충분한 석출 강화 효과를 얻기 위해서는 Cu 첨가량이 0.1% 또는 그 이상이어야 한다. 그러나 Cu 첨가량이 0.5%를 초과하면 주조성이 저하된다. 주조성이 중요한 경우에는, Cu 첨가량의 상한은 추가로 0.3% 또는 그 이하로 제한되는 것이 바람직하다.In the present invention, Cu may be added within the range of 0.1 to 0.5% to improve the strength of the aluminum alloy sheet. In order to obtain sufficient precipitation strengthening effect, the Cu addition amount should be 0.1% or more. However, castability will fall when Cu addition amount exceeds 0.5%. When castability is important, it is preferable that the upper limit of Cu addition amount is further limited to 0.3% or less.
[임의의 성분 Zr 및 Cr: 0.1 ~ 0.4%][Optional component Zr and Cr: 0.1 to 0.4%]
본 발명에 있어서, 재결정립 미세화 증진에 기여하기 위해 Zr 및 Cr 중 적어도 어느 하나가 0.1 ~ 0.4% 범위 내에서 첨가될 수 있다. Zr 및 Cr은 재결정립의 미세화를 증진시키는 원소이다. 이러한 효과를 나타내기 위해서, Zr 및 Cr 양방 모두의 첨가량은 0.1% 또는 그 이상이어야 한다. 그러나 첨가량이 0.4%를 초과하면 주조 시에 조대한 금속간화합물이 형성되어 고온 변형 후에 공동의 형성이 촉진된다. 특히 공동의 발현을 방지하는 것이 중요한 경우에는 첨가량의 상한을 추가로 0.2% 또는 그 이하로 제한하는 것이 바람직하다.In the present invention, at least one of Zr and Cr may be added in the range of 0.1 to 0.4% to contribute to the recrystallization refinement enhancement. Zr and Cr are elements that promote refinement of recrystallized grains. In order to exhibit this effect, the addition amount of both Zr and Cr should be 0.1% or more. However, when the addition amount exceeds 0.4%, coarse intermetallic compounds are formed during casting to promote the formation of voids after high temperature deformation. In particular, when it is important to prevent the expression of the cavity, it is preferable to further limit the upper limit of the amount to 0.2% or less.
[기타 원소][Other elements]
본 발명에 있어서, 주조 조직의 미세화를 증진시키기 위해 Ti를 0.001~0.15% 범위 내에서 첨가할 수 있다. 이러한 효과를 나타내기 위해서 Ti의 함량은 0.001% 또는 그 이상이어야 한다. 그러나 Ti 첨가량이 0.15%를 초과하면 TiAl3 같은 조대한 화합물이 생성되어 고온에서의 성형성이 악화되고 공동의 출현이 촉진된다. 바람직한 범위는 0.006~0.10%이다.In the present invention, in order to enhance the refinement of the cast structure, Ti may be added within a range of 0.001 to 0.15%. In order to exhibit this effect, the Ti content should be 0.001% or more. However, when the Ti addition amount exceeds 0.15%, coarse compounds such as TiAl 3 are formed to deteriorate formability at high temperatures and promote the appearance of cavities. Preferable range is 0.006 to 0.10%.
다음으로, 본 발명에 따른 합금 박판의 미세조직을 한정하는 이유를 설명한다.Next, the reason for limiting the microstructure of the alloy thin plate according to the present invention will be described.
[원 상당 직경이 1 내지 5㎛인 금속간화합물의 밀도 5000/㎟ 또는 그 이상][Density of intermetallic compound having circle equivalent diameter of 1 to 5㎛ 5000 / mm2 or more]
본 발명은 미세 금속간화합물 입자를 (1)재결정립의 핵 생성 장소 및 (2)재결정립의 입계를 고정하는 수단으로 이용하여 냉간 압연 후에 어닐링을 하여 미세한 재결정립을 생성한다. 이러한 방법에 의해 얻어진 미세한 결정 구조는 고온 및 고속 변형 시에 높은 연신율을 부여하고, 고온 성형성과 고속 성형성이 향상되게 한다.The present invention uses the fine intermetallic compound particles as a means for fixing the nucleation site of the recrystallized grains and (2) the grain boundaries of the recrystallized grains, followed by annealing after cold rolling to produce fine recrystallized grains. The fine crystal structure obtained by this method gives high elongation at high temperature and high speed deformation, and improves high temperature formability and high formability.
상기의 효과를 얻기 위해서, 원 상당 직경이 1 내지 5㎛인 금속간화합물은 5000/㎟ 또는 그 이상의 밀도로 존재해야 한다. 금속간화합물로서, 이미 언급한 바와 같이, Al-(Fe·Mn)-Si기 화합물, Mg2Si 및 Al6Mn 같은 금속간화합물이 주조 중에 석출된다. 이러한 금속간화합물에 의해 상기 (1) 및 (2)의 효과를 나타내기 위해서는, 원 상당 직경은 1 내지 5㎛이어야 한다. 만약 원 상당 직경이 1㎛ 보다 작으면, 입자들이 너무 작아서 상기의 (1) 및 (2)의 효과를 나타낼 수 없다. 그와 반대로, 입자의 크기가 5㎛를 초과하면 고온 및 고속 가공 시에 공동이 용이하게 생성되며 가공 종료 후 강도 및 연신율이 저하된다.In order to obtain the above effect, the intermetallic compound having a circle equivalent diameter of 1 to 5 mu m should be present at a density of 5000 / mm 2 or more. As the intermetallic compound, as already mentioned, intermetallic compounds such as Al- (Fe.Mn) -Si group compounds, Mg 2 Si and Al 6 Mn are precipitated during casting. In order to exhibit the effects of (1) and (2) by such an intermetallic compound, the equivalent circle diameter should be 1 to 5 mu m. If the circle equivalent diameter is smaller than 1 mu m, the particles are too small to exhibit the effects of (1) and (2) above. On the contrary, when the particle size exceeds 5 mu m, cavities are easily generated at high temperature and high speed processing, and the strength and elongation after the end of processing decrease.
상기 기재된 범위 내의 크기를 가지는 금속간화합물은 5000/㎟ 또는 그 이상의 밀도로 존재해야 한다.Intermetallic compounds having a size in the above-described range should be present at a density of 5000 / mm 2 or more.
만약 밀도가 5000/㎟ 보다 작으면 어닐링 시에 재결정립의 직경이 20㎛를 초과하며 고온 변형 시에 연신율이 저하된다.If the density is less than 5000 / mm 2, the diameter of the recrystallized grain at the time of annealing exceeds 20 μm and the elongation at the time of high temperature deformation decreases.
[평균 결정립 직경 20㎛ 또는 그 이하][Average Grain Diameter 20㎛ or Less]
본 발명에 따른 합금 박판에서, 평균 결정립 직경은 20㎛ 또는 그 이하이다. 만약 평균 결정립 직경이 20㎛를 초과하면 고온 변형 시에 연신율이 저하된다.In the alloy sheet according to the present invention, the average grain diameter is 20 mu m or less. If the average grain size exceeds 20 µm, the elongation at the time of high temperature deformation decreases.
본 발명의 제조 방법 조건을 제한하는 이유를 다음에서 설명하도록 한다.The reason for limiting the production method conditions of the present invention will be described below.
[트윈 벨트 주조법에 의해 주조되고 코일 형태로 감기는 슬래브 두께 5 내지 15㎜][Slab thickness 5-15mm cast by twin belt casting method and wound in coil form]
트윈 벨트 주조 방식은, 수직 방향으로 한 쪽 끝에서부터 서로 마주보며 회전하는 한 쌍의 수냉식 벨트의 몰드 내로 용탕을 주입하고, 상기 벨트 표면에서 냉각시켜 슬래브를 제작하기 위해 용탕을 응고시키고, 제작된 슬래브를 몰드의 다른 한 쪽 끝에서 잡아 당겨서 코일 형태로 감아 슬래브를 제작하는 연속 주조 방식이다.The twin belt casting method injects molten metal into a mold of a pair of water-cooled belts which rotate to face each other from one end in the vertical direction, solidify the molten metal to form a slab by cooling the surface of the belt, and then fabricate the slab. It is a continuous casting method in which the slab is manufactured by winding the coil at the other end of the mold in the form of a coil.
본 발명에 있어서, 상기의 트윈 벨트 주조 방식에 의해 주조되는 슬래브의 두께는 5 내지 15㎜이다. 슬래브의 두께가 상기 범위 내에 있을 때, 박판의 두께 방향의 중앙 부위에서도 높은 응고 속도로 응고될 수 있게 되어 균일한 주조 조직을 용이하게 얻을 수 있게 된다. 그와 동시에, 본 발명에 의한 성분을 가지는 합금에 대해 조대한 금속간화합물의 생성을 용이하게 억제하는 것이 가능하고 최종 박판 제품의 재결정립의 평균 결정립 크기를 20㎛ 또는 그 이하로 제어하는 것이 용이해 진다. 상기에 기재된 슬래브 두께 범위는 또한 트윈 벨트 주조 방식의 관점에서도 적당하다.In the present invention, the thickness of the slab cast by the twin belt casting method is 5 to 15 mm. When the thickness of the slab is in the above range, it is possible to solidify at a high solidification rate even in the center portion in the thickness direction of the thin plate, so that a uniform cast structure can be easily obtained. At the same time, it is possible to easily suppress the formation of coarse intermetallic compounds for the alloy having the component according to the present invention and to easily control the average grain size of the recrystallized grains of the final sheet product to 20 µm or less. It becomes The slab thickness ranges described above are also suitable in terms of twin belt casting methods.
다시 말해서, 만약 슬래브 두께가 5㎜ 보다 작으면, 단위 시간 당 상기 주조 장치를 통과하는 알루미늄 합금 용탕의 양이 너무 작아지게 되어 트윈 벨트 주조 방식에 의한 주조가 어려워진다. 만약 슬래브 두께가 15㎜를 초과하면, 슬래브를 코일로 감는 것이 어려워진다.In other words, if the slab thickness is smaller than 5 mm, the amount of molten aluminum alloy passing through the casting apparatus per unit time becomes too small, making casting by the twin belt casting method difficult. If the slab thickness exceeds 15 mm, it is difficult to wind the slab with a coil.
[주조 시의 냉각 속도 20 내지 150℃/sec][20 to 150 ° C / sec cooling rate at the time of casting]
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 5 내지 15㎜ 두께의 슬래브는 트윈 벨트 주조 방식으로 주조된다. 주조할 때에, 본 발명에 의한 합금을 제조하기 위해 1 내지 5㎛의 원 상당 직경의 금속간화합물을 5000/㎟ 또는 그 이상의 밀도로 석출시키기 위해, 주조 중에 슬래브 두께의 1/4 지점에서의 냉각 속도는 20 내지 150℃/sec이어야 한다. 본 발명에 따른 알루미늄 합금에 있어서, Al-(Fe·Mn)-Si기 화합물 및 Mg2Si 같은 금속간화합물들이 주조하는 동안에 석출된다. 만약 냉각 속도가 20℃/sec 보다 작으면, 이들 금속간화합물들은 조대해져서 화합물들은 5㎛를 초과하게 된다. 그와 반대로, 만약 냉각 속도가 150℃/sec를 초과하면, 상기 금속간화합물은 미세해져서 상기 화합물의 크기는 1㎛ 이하가 된다. 결국에는, 상기 두 경우 중 어느 경우이더라도, 1 내지 5㎛의 원 상당 직경의 금속간화합물의 밀도는 5000/㎟ 보다 작아지고, 최종 어닐링(CAL) 시에 재결정립의 핵은 점점 적어져서 재결정립은 조대해진다. In the production method according to the invention, the slabs of 5 to 15 mm thickness are cast by twin belt casting. When casting, cooling at a quarter point of slab thickness during casting, in order to precipitate an intermetallic compound having a circular equivalent diameter of 1 to 5 탆 to a density of 5000 / mm 2 or more for producing an alloy according to the present invention. The rate should be 20 to 150 ° C./sec. In the aluminum alloy according to the present invention, intermetallic compounds such as Al- (Fe.Mn) -Si group compounds and Mg 2 Si are precipitated during casting. If the cooling rate is less than 20 ° C./sec, these intermetallic compounds become coarse and the compounds exceed 5 μm. On the contrary, if the cooling rate exceeds 150 ° C./sec, the intermetallic compound becomes fine so that the size of the compound is 1 μm or less. Eventually, in either of the two cases, the density of the intermetallic compound having a circle equivalent diameter of 1 to 5 탆 is smaller than 5000 / mm 2, and the nuclei of the recrystallized grains become smaller and smaller at the time of final annealing (CAL). Becomes coarse.
[냉간 압연시 냉간 압하율 70 내지 96%][Cold rolling reduction rate 70-96% during cold rolling]
냉간 압연에 의한 소성 가공에 의해 형성되는 전위(dislocation)의 상기 금속간화합물 주위에서의 축적은 최종 어닐링 시에 미세한 재결정 조직을 형성하기 위해서는 필요 불가결한 것이다. 만약 냉간 압연 압하율이 70% 보다 작으면, 전위의 축적이 불충분해져서 미세한 재결정 조직을 얻을 수 없게 된다. 만약 냉간 압연 압하율이 96%를 초과하면, 냉간 압연을 하는 중에 에지 크랙이 발생하여 냉간 압연이 어려워진다.Accumulation of dislocations around the intermetallic compound formed by plastic working by cold rolling is indispensable for forming fine recrystallized structures at the time of final annealing. If the cold rolling reduction rate is less than 70%, the accumulation of dislocations becomes insufficient and a fine recrystallized structure cannot be obtained. If the cold rolling reduction rate exceeds 96%, edge cracking occurs during cold rolling, making cold rolling difficult.
[420 내지 500℃로 가열하여 어닐링 하기 위한 승온 속도 5℃/sec 또는 그 이상][Temperature heating rate 5 ° C./sec or higher for annealing by heating to 420 to 500 ° C.]
본 발명에 있어서, 상기 어닐링은 냉간 압연 후에 최종 어닐링으로서 행해진다. 일반적으로는 연속 어닐링 방식으로 수행되지만, 상기 어닐링을 연속 어닐링으로 특별하게 제한할 필요는 없다.In the present invention, the annealing is performed as the final annealing after cold rolling. Although generally carried out in a continuous annealing manner, it is not necessary to specifically limit the annealing to continuous annealing.
최종 어닐링의 어닐링 온도는 420 내지 500℃ 범위 이내이다. 만약 온도가 420℃ 보다 낮으면, 재결정을 위한 에너지가 불충분해져서 재결정이 불충분해지며 미세한 재결정 조직을 얻을 수 없게 된다. 그러나 만약 온도가 500℃를 초과하면, 재결정립 직경이 20㎛를 초과하여 미세한 재결정 조직을 얻을 수 없게 된다.The annealing temperature of the final annealing is within the range of 420 to 500 ° C. If the temperature is lower than 420 DEG C, the energy for recrystallization becomes insufficient so that recrystallization becomes insufficient and fine recrystallization structure cannot be obtained. However, if the temperature exceeds 500 ° C., the recrystallized grain diameter exceeds 20 μm, whereby fine recrystallized structures cannot be obtained.
어닐링 온도까지의 가열 속도는 5℃/sec 또는 그 이상이어야 한다. 만약 가열 속도가 5℃/sec 보다 느리게 되면, 재결정립이 조대해져서 미세한 재결정 조직을 얻을 수 없게 된다.The heating rate up to the annealing temperature should be 5 ° C./sec or higher. If the heating rate is slower than 5 ° C./sec, the recrystallized grains become coarse and fine recrystallized structures cannot be obtained.
마지막으로, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 박판의 성형은 400 내지 500℃ 범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 만약 성형 온도가 400℃ 보다 낮으면, 충분한 연신율을 얻을 수 없게 된다. 만약 성형 온도가 550℃를 초과하면, 결정립의 조대화가 일어난다. 게다가, 본 발명에 의한 합금 조성 범위 내에서 Mg를 많이 함유하는 합금 내에서 버닝(burning)이 발생하여 연신율이 저하된다. 성형 시의 변형율은 0.1/sec 또는 그 이상인 것이 바람직하다. 만약 변형율이 0.1/sec 보다 작으면 성형 시에 결정립의 조대화가 일어나서 연신율 저하를 초래한다.Finally, the molding of the aluminum alloy sheet according to the invention is preferably carried out in the 400 to 500 ℃ range. If the molding temperature is lower than 400 ° C., sufficient elongation cannot be obtained. If the molding temperature exceeds 550 ° C., coarsening of grains occurs. In addition, burning occurs in the alloy containing much Mg within the alloy composition range according to the present invention, and the elongation is lowered. It is preferable that the strain rate at the time of shaping | molding is 0.1 / sec or more. If the strain is less than 0.1 / sec, coarsening of the crystal grains occurs at the time of molding, resulting in a lowering of the elongation.
표 1에 나타낸 성분의 알루미늄 합금 용탕을 트윈 벨트 주조 방식으로 주조하여 두께 7 내지 9㎜의 슬래브를 성형하였다. 각 슬래브를 두께 1㎜로 냉간 압연하고, 450℃에서 어닐링하고 나서 JIS H7501에 기재된 시편으로 절단하여 인장 시험을 한 후에 연신율을 측정하였다. 추가적으로, 파손된 샘플의 단면을 연마하여 이미지 분석기를 사용하여 공동의 단면 비율(공동비,cavity ratio)을 측정하였다. 생산 공정 및 시편의 특성을 표 2에 나타내었다.The aluminum alloy molten metal of the component shown in Table 1 was cast by the twin belt casting system, and the slab of thickness 7-9 mm was formed. Each slab was cold rolled to a thickness of 1 mm, annealed at 450 ° C., cut into specimens described in JIS H7501, and subjected to a tensile test, followed by elongation. In addition, the cross section of the broken sample was polished to measure the cross-sectional ratio of the cavity (cavity ratio) using an image analyzer. The production process and the characteristics of the specimens are shown in Table 2.
표 1의 합금 성분으로부터 명백한 바와 같이, 모든 샘플의 Fe 함량이 0.1% 또는 그 이상 및 Si 함량이 0.06% 또는 그 이상 임에도 불구하고, 트윈 벨트 주조 장치로 주조된 박 슬래브를 냉간 압연하여 얻은 박판들(본 발명의 제품, 샘플 번호 1 내지 7)은, 원 상당 직경이 1 내지 5㎛인 금속간화합물의 밀도가 5000/㎟ 또는 그 이상이며 결정립 크기는 20㎛ 또는 그 이하이다. 이러한 이유 때문에, 인장 온도 500℃에서 연신율이 좋은 것은 200% 또는 그 이상이며 고온 인장 시험 후 공동비가 좋은 것은 0.15~0.27% 또는 1% 보다 작았다.As evident from the alloying components of Table 1, the thin plates obtained by cold rolling the thin slab cast by twin belt casting apparatus, despite the Fe content of all samples being 0.1% or more and the Si content of 0.06% or more (Product of this invention, the sample numbers 1-7) have the density of the intermetallic compound whose round equivalent diameter is 1-5 micrometers, and are 5000 / mm <2> or more, and a grain size is 20 micrometers or less. For this reason, a good elongation at a tensile temperature of 500 ° C. was 200% or more, and a good cavity ratio after a high temperature tensile test was less than 0.15 to 0.27% or 1%.
트윈 롤 주조 장치로 주조된 박 슬래브를 냉간 압연하여 제작한 박판(비교예, 샘플 번호 8)은 주조 시에 냉각 속도가 상대적으로 높은 300℃/sec이기 때문에 원 상당 직경이 1㎛ 미만인 매우 미세한 금속간화합물을 다량 함유한다. 따라서 최종 박판 내의 원 상당 직경이 1 내지 5㎛인 금속간화합물의 밀도는 5000/㎟ 미만으로 되고 결정립 크기는 20㎛ 또는 그 이상이 된다. 이러한 이유 때문에, 고온 인장 후의 공동비는 상대적으로 낮아서 0.12%이나 500℃에서 인장 시험에서의 연신율은 80%로 좋지 않다.A thin plate produced by cold rolling a thin slab cast by a twin roll casting device (Comparative Example, Sample No. 8) is a very fine metal having a circle equivalent diameter of less than 1 μm because the cooling rate is relatively high at 300 ° C./sec during casting. Contains large amounts of liver compounds. Therefore, the density of the intermetallic compound having a circle equivalent diameter of 1 to 5 탆 in the final thin plate is less than 5000 / mm 2 and the grain size is 20 탆 or more. For this reason, the void ratio after high temperature tension is relatively low so that the elongation in the tensile test at 500 ° C. is not as good as 80%.
디시(DC) 주조 장치로 주조된 보통의 슬래브를 균열 처리한 박판을 두께 7㎜ 이하의 슬래브로 열간 압연한 후 냉간 압연한 박판(비교예, 샘플 번호 9)은 주조 시에 냉각 속도가 상대적으로 낮은 5℃/sec이기 때문에 원 상당 직경이 5㎛를 초과하는 금속간화합물이 생성된다. 따라서 최종 박판 내의 원 상당 직경이 1 내지 5㎛인 금속간화합물의 밀도는 5000/㎟ 미만으로 되고 결정립은 20㎛를 초과하여 약간 조대해진다. 이러한 이유 때문에, 고온 인장 시험 후의 공동비는 15.%로 높고 500 ℃에서 인장 시험에서의 연신율은 160%로 좋지 않다.The hot rolled sheet (Comparative Example, Sample No. 9) after hot-rolling a slab with a crack of about 7 mm or less in a cracked sheet of a normal slab cast by a DC casting apparatus has a relatively low cooling rate at the time of casting. The low 5 ° C./sec results in intermetallic compounds with circle equivalent diameters exceeding 5 μm. Therefore, the density of the intermetallic compound having a circle equivalent diameter of 1 to 5 µm in the final thin plate becomes less than 5000 / mm 2 and the grains slightly coarse to exceed 20 µm. For this reason, the void ratio after the high temperature tensile test is high as 15.% and the elongation in the tensile test at 500 ° C. is not as good as 160%.
트윈 벨트 주조 장치로 주조된 박 슬래브를 냉간 압연하고, 350℃에서 상기 슬래브를 중간 어닐링 한 후 두께 1㎜로 냉간 압연한 박판(비교예, 샘플 번호 10)은 최종 박판 내의 원 상당 직경이 1 내지 5㎛인 금속간화합물의 밀도는 5000/㎟ 또는 그 이상이다. 그러나 최종 어닐링 전의 냉간 압하율이 70% 미만으로 낮기 때문에 결정립은 20㎛를 초과하여 약간 조대해진다. 500℃에서 인장 시험에서의 연신율은 200% 미만으로 좋지 않다.The thin slab cast by twin belt casting apparatus is cold rolled, the sheet is cold rolled to a thickness of 1 mm after the intermediate annealing of the slab at 350 ℃ (Comparative Example, Sample No. 10) has a circle equivalent diameter in the final thin plate 1 to The density of the intermetallic compound having a thickness of 5 µm is 5000 / mm 2 or more. However, since the cold reduction rate before final annealing is low, less than 70%, the grains slightly coarse beyond 20 µm. Elongation in the tensile test at 500 ° C. is not good, less than 200%.
트윈 벨트 주조 장치로 주조된 박 슬래브를 냉간 압연하여 제작한 박판(비교예, 샘플 번호 11)은 최종 박판 내의 원 상당 직경이 1 내지 5㎛인 금속간화합물의 밀도는 5000/㎟ 또는 그 이상이고 결정립은 20㎛ 또는 그 이하이다. 그러나 인장 시험 시의 인장 온도가 상대적으로 낮은 350℃이므로 연신율은 200% 미만으로 좋지 않다.A thin plate produced by cold rolling a thin slab cast by a twin belt casting device (Comparative Example, Sample No. 11) has a density of 5000 / mm 2 or more in an intermetallic compound having a circle equivalent diameter of 1 to 5 μm in the final thin plate. The crystal grain is 20 mu m or less. However, the elongation is less than 200% because the tensile temperature in the tensile test is relatively low 350 ℃.
트윈 벨트 주조 장치로 주조된 박 슬래브를 냉간 압연하여 제작한 박판(비교예, 샘플 번호 12)은 최종 박판 내의 원 상당 직경이 1 내지 5㎛인 금속간화합물의 밀도는 5000/㎟ 또는 그 이상이고 결정립은 20㎛ 또는 그 이하이다. 그러나 인장 시험 시의 인장 속도가 상대적으로 낮은 0.01/sec이기 때문에 고온 인장 후의 공동비는 1.8%로 좋지 않고 500℃에서 인장 시험의 연신율은 200% 미만으로 좋지 않다.A thin sheet produced by cold rolling a thin slab cast by a twin belt casting device (Comparative Example, Sample No. 12) has a density of 5000 / mm 2 or more between the intermetallic compounds having a circle equivalent diameter of 1 to 5 µm in the final sheet. The crystal grain is 20 mu m or less. However, the void ratio after high temperature tension is not good as 1.8% and the elongation of tensile test at 500 ° C. is not good as less than 200% because the tensile speed at the tensile test is relatively low 0.01 / sec.
본 발명은 성형 후에 공동의 양이 감소되며 고온 성형성과 고속 성형성이 우수한 알루미늄 합금 박판 및 그 제조 방법을 제공한다.The present invention provides an aluminum alloy sheet and a method for producing the same, in which the amount of the cavity is reduced after molding and excellent in high temperature formability and high speed formability.
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