KR20140080548A

KR20140080548A - 알루미늄-마그네슘 합금 및 그의 합금판

Info

Publication number: KR20140080548A
Application number: KR1020147013537A
Authority: KR
Inventors: 미츠히로 아베; 마코토 모리시타
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-06-30
Also published as: JP2013129909A; CN103842535A; WO2013077251A1; US20140255249A1; US9222152B2; DE112012004846T5; CN107881381A; JP5920723B2; KR101600214B1

Abstract

Be을 첨가하지 않아도 용탕 산화를 억제하는 것이 가능한 알루미늄-마그네슘 합금 및 그의 합금판은, Mg을 0.8∼15질량% 함유함과 더불어, P을 불가피적 불순물의 하나로서 0.001질량% 이상 함유하는 알루미늄-마그네슘 합금에, 0.20질량% 이상의 Cr 및 0.002질량% 이상의 Ca 중 적어도 1종 이상을 첨가한 것을 특징으로 한다.

Description

알루미늄-마그네슘 합금 및 그의 합금판{ALUMINUM-MAGNESIUM ALLOY AND ALLOY PLATE THEREOF}

본 발명은, 알루미늄-마그네슘 합금 및 그의 합금판에 관련된 것이며, 특히 P(인)을 불가피적 불순물로서 함유하는 원료로부터 제조된 알루미늄-마그네슘 합금 및 그의 합금판에 관한 것이다.

알루미늄 용탕은, 대기에 노출되면 용이하게 산화되어 다량의 산화물 등의 개재물을 형성시킨다. 이 개재물로서는, Al₂O₃, MgO, MgAl₂O₄, SiO₂, 규산염, AlSiO, FeO, Fe₂O₃ 등의 산화물 외에, 탄화물(Al₄C₃, Al₄O₄C, 흑연 탄소), 붕소화물(AlB₂, AlB₁₂, TiB₂, VB₂), Al₃Ti, Al₃Zr, CaSO₄, AlN 및 각종 할로젠화물이 있다.

한편, 알루미늄-마그네슘 합금(이하, 적절히 Al-Mg 합금이라고 한다) 용탕은, Mg의 산화물 생성 자유 에너지가 Al보다도 작기 때문에, Mg이 우선적으로 산화되어, MgO(마그네시아), Al₂O₃-MgO(스피넬)을 형성시킨다고 생각되고 있다. 그리고, 상기 산화물은 Al-Mg 합금 용탕(이하, 적절히 용탕이라고 한다)과의 젖음성이 높기 때문에, 용탕 중에 침강 또는 부유하는 개재물로서 존재하게 된다.

이들 개재물이 용탕 중에 존재하면, 최종적으로 비금속 개재물이 되어, 전신재(展伸材), 단조품, 다이 캐스팅품 등의 제품의 품질 저하를 초래해 버린다.

따라서, 용해로(爐), 유지로 등에 의한 각 제조 단계에 있어서 용탕으로부터 개재물을 분리 제거하기 위해서, 가스나 플럭스에 의한 노 내 용탕 처리, 필터 여과나 회전 노즐 처리와 같은 인라인(in-line) 처리 등이 행해지고 있다.

그러나, 상기 처리 후에 처리조(槽)로부터 용탕을 주조 주형으로 옮기는 공정, 및 주조 주형에 의해 주조를 행하는 공정에서는, 용탕이 대기에 노출되기 때문에, 용탕 표면에서 산화물이 생성되어 버린다.

그래서, Al-Mg 합금에 있어서의 Mg의 용탕 산화를 억제하기 위해서, 일반적으로 Be(베릴륨)을 수 ppm 첨가하는 처리가 행해지고 있다. 그리고, 이 처리를 행함으로써, MgO, Al₂O₃-MgO의 생성이 억제된다는 것이 확인되어 있다(비특허문헌 1).

그러나, 작업자가 상기 Be을 미(微)분말이나 퓸(fume)으로서 계속적으로 흡인하면, 만성 호흡 기능 장애를 야기하는 원인이 될 우려가 있다. 그 때문에, 작업자의 안전이나 작업 환경의 향상을 위해, Be의 첨가를 억제할 필요가 있었다.

또한, 최근의 에너지 절약화·환경 부하 경감의 관점에서, 리사이클에 대한 의식이 높아지고 있어, 알루미늄 스크랩을 함유함으로써 소정량의 P을 포함하는 원료로부터 제조된 Al-Mg 합금이 사용되고 있다. 따라서, 이와 같은 소정량의 P을 포함하는 원료를 이용한 경우이더라도, 용탕 산화를 억제할 수 있는 기술의 창출이 요망되고 있다.

그래서, 특허문헌 1에는, Al-Mg 합금에 있어서, Be을 첨가하지 않아도 Mg의 용탕 산화를 억제할 수 있는 방법이 제안되어 있다. 상세하게는, Al-Mg 합금 중에 있어서의 Bi(비스무트) 함유량을 30ppm(0.003질량%) 이하로 하는 것에 의해, 용탕면에 있어서의 Bi의 존재를 적게 해서 Bi에 의한 Mg에 대한 산소의 공급을 방지함과 더불어, 용탕면을 산소의 확산 속도가 느린 Al이나 Mg 산화막에 의해서 덮음으로써, 용탕 중에 있어서의 MgO의 형성을 억제한다는 방법이다.

일본 특허공개 2008-260975호 공보

「경금속」, 경금속학회, No. 21(1956) 제68쪽

그러나, 공업적으로 자주 사용되는 Al, Mg 버진 잉곳이나 재생 알루미늄의 원료가 되는 알루미늄 스크랩에는 애당초 불순물로서 Bi는 포함되어 있지 않고, 종래부터 사용되고 있는 원료에 의해 제조된 Al-Mg 합금의 Bi 함유량은 30ppm(0.003질량%) 이하로 되어 있었다. 즉, Al-Mg 합금의 Bi 함유량을 30ppm 이하로 규정했다고 해도, 종래의 Al-Mg 합금과는 아무런 차이가 없었다.

또한, 상세한 결과에 대해서는 후기하지만, Al-Mg 합금에 포함되는 Bi 함유량을 30ppm 이하로 억제했다고 해도, 용탕 산화에 의해 개재물이 다수 형성되는 경우가 있었다.

따라서, 특허문헌 1에 기재된 종래 기술로는, 용탕 산화를 충분하게는 억제할 수 없다는 것이 현재의 상태이다.

본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 과제는, Be을 첨가하지 않아도 용탕 산화를 억제하는 것이 가능한 알루미늄-마그네슘 합금 및 그의 합금판을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 발명자들은, 종래 Al-Mg 합금 용탕에서는, Mg의 산화물 생성 자유 에너지가 Al보다도 작기 때문에, Mg이 우선적으로 산화되어, MgO, Al₂O₃-MgO을 형성시킨다고 생각되고 있었던 것에 관하여, 이하와 같은 검토를 행했다.

즉, 본 발명의 발명자들은 용탕 산화의 메커니즘에 대하여 예의 검토한 결과, Al-Mg 합금 용탕 중의 P(인)의 존재가 용탕 산화에 큰 영향을 준다는 것을 발견했다. 상세하게는, Al-Mg 합금 용탕 중에 소정량을 초과하는 P이 존재하면, 당해 P은 Mg과 화합물(이하, 적절히 P화 Mg이라고 한다)을 형성함과 더불어 용탕 내를 부상하고, 대기 분위기에서 산화됨으로써 Mg과 P의 복합 산화물(이하, 적절히 Mg-P 산화물이라고 한다)을 형성시킨다는 것을 알 수 있었다. 한편, Al-Mg 합금 용탕 중의 P이 소정량 이하이면, Mg-P 산화물이 거의 형성되지 않아, 용탕 산화를 억제할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

또한, 상기 Mg-P 산화물은 용탕과의 젖음성이 높기 때문에, 용탕 중에 침강 또는 부유하는 개재물로서 존재해 버린다는 것도 알 수 있었다. 이것은, Mg과 P의 화합물이 Al과 P의 화합물보다도 산화물 생성 자유 에너지가 낮아 안정되게 용탕 중에서 존재할 수 있음과 더불어, Mg과 P의 화합물이 Al 용탕보다도 비중이 작아 부상하기 때문이다.

한편, Al-Mg 합금 용탕 중의 P의 존재에 착안하여, 용탕으로부터의 P(P 화합물)의 제거를 시도하는 기술은 존재한다.

예컨대, 특정 온도 하에서 용탕을 여과하여 Al-P 화합물을 여과하는 방법(일본 특허공개 평4-276031호 공보)이나, 용탕 중에 MgO과 함께 산소를 불어넣어 P 산화물 또는 Mg-P 산화물을 생성시키고 이것을 분리하는 방법(일본 특허공개 평7-207366호 공보)이 제안되어 있다. 그러나, 모두 알루미늄 손실이 커서 경제적이지 않을 뿐만 아니라, 여과에 지나치게 시간이 걸리기 때문에 실용화에는 적용 불가능하다.

또한, 용탕에 Mg 등을 첨가하고, 염소 가스 또는 염화물을 불어넣어 P과 Mg의 화합물을 부상시켜 제거하는 방법(일본 특허 제3524519호 공보)도 제안되어 있지만, 당해 방법도 마그네슘 손실이 커서 경제적이지 않을 뿐만 아니라, 염소 사용량이 증가되기 때문에 실용화로의 적용은 어렵다. 게다가, 염소 가스 또는 염화물은, 작업자가 흡인해 버리면 건강이 나빠질 우려가 있기 때문에, 작업자의 안전이나 작업 환경의 점에서 생각하더라도 당해 방법은 바람직하지 않다.

이상의 사항을 감안하여, 본 발명을 창출했다.

즉, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금은, Mg을 0.8∼15질량% 함유함과 더불어, P을 불가피적 불순물의 하나로서 0.001질량% 이상 함유하는 알루미늄-마그네슘 합금에, 0.20질량% 이상의 Cr 및 0.002질량% 이상의 Ca 중 적어도 1종 이상을 첨가한 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금은, P을 함유하고 있어도, Cr, Ca을 소정량 첨가하고 있기 때문에, P은 우선적으로 Cr, Ca과 결합하여(P화 Cr 또는 P화 Ca을 형성하여), Mg과 결합하는 비율이 감소된다. 그 결과, P화 Mg의 발생을 억제할 수 있고, 최종적으로는 Mg-P 산화물(개재물) 발생의 억제로 이어진다. 즉, 용탕에 있어서 Mg-P 산화물이 거의 형성되지 않아, 용탕 산화를 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금은, Cr, Ca을 첨가시키고 있을 뿐이기 때문에, 별도로 여과 등의 공정도 필요로 하지 않고, 또한 알루미늄이나 마그네슘 손실 등의 문제도 존재하지 않기 때문에, 실용화에도 적합하다.

또한, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판(후(厚)판용)은, 상기 합금으로 이루어지는 알루미늄-마그네슘 합금판으로서, 상기 Mg의 함유량이 1.0∼5.5질량%인 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판(후판용)은, P을 함유하고 있어도, 상기 합금으로 이루어지는 것에 의해, P은 우선적으로 Cr, Ca과 결합하여, Mg-P 산화물(개재물)의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판(후판용)은, 상기 Mg의 함유량이 1.0∼2.5질량%인 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판(후판용)은, Mg 함유량을 더욱 소정값 이하로 규정하는 것에 의해, 내식성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판(성형 가공용)은, 상기 합금으로 이루어지는 알루미늄-마그네슘 합금판으로서, 상기 Mg의 함유량이 6.0∼15.0질량%인 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판(성형 가공용)은, P을 함유하고 있어도, 상기 합금으로 이루어지는 것에 의해, P은 우선적으로 Cr, Ca과 결합하여, Mg-P 산화물(개재물)의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 당해 Mg-P 산화물이 원인이 되는 「수축공(shrinkage cavity)」이 발생한 것과 같은 표면 결함의 문제를 회피할 수 있다.

본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금 및 그의 합금판에 의하면, 용탕에 있어서 Mg-P 산화물이 거의 형성되지 않아, 용탕 산화를 억제할 수 있다. 그 결과, 개재물이 거의 형성되지 않는 고품질의 알루미늄-마그네슘 합금 및 그의 합금판을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판의 730℃ 대기 분위기에서 1시간 유지 후에 냉각한 응고 시료의 용탕 표면의 주사형 전자 현미경에 의한 관찰 결과이다.
도 2는 상이한 응고 시료의 용탕 표면의 주사형 전자 현미경에 의한 관찰 결과이다.
도 3은 또 다른 상이한 응고 시료의 용탕 표면의 주사형 전자 현미경에 의한 관찰 결과이다.

이하, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금 및 그의 합금판을 실시하기 위한 형태에 대하여, 상세하게 설명한다.

[알루미늄-마그네슘 합금]

본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금은, 소정량의 Mg을 함유함과 더불어, P을 불가피적 불순물의 하나로서 함유하는 알루미늄-마그네슘 합금에, 0.20질량% 이상의 Cr 및 0.002질량% 이상의 Ca 중 적어도 1종 이상을 첨가한 것을 특징으로 한다.

이하에, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금에 포함되는 각 합금 성분을 규정한 이유에 대하여 설명한다.

(Mg: 0.8∼15질량%)

Mg은, 최종 판 제품 또는 최종 압출 제품에 높은 강도 및 내력을 부여하기 위해서 필수적인 원소이다.

Mg 함유량이 0.8질량% 미만이면, 최종 판 제품 또는 최종 압출 제품을 제조한 경우에 충분한 강도 및 내력을 얻을 수 없다. 한편, Mg 함유량이 15질량%를 초과하면, Mg의 편석에 의해 주조 깨짐이 발생하여, 조괴(造塊)가 곤란해지기 때문에, 제품 가공에 적합하지 않게 된다.

따라서, Mg 함유량은 0.8∼15질량%로 한다.

(P: 불가피적 불순물)

P은 불순물 원소이다.

P 함유량이 소정량 이상이면 상기와 같이, Mg-P 산화물의 형성이 촉진되어 버려, 최종 판 제품 또는 최종 압출 제품의 품질을 열화시켜 버린다.

상세하게는, P 함유량이 0.001질량% 이상이면, Mg-P 산화물(개재물)이 다수 발생하는 것에 의해, 최종 판 제품 또는 최종 압출 제품에 깨짐, 수축공 등을 발생시킬 가능성이 높다. 바꿔 말하면, P을 함유하는 Al-Mg 합금 중에서도, 특히 P 함유량이 0.001질량% 이상인 Al-Mg 합금에 대해서, P을 제거(P을 감소)할 필요가 있다.

따라서, 본 발명은, P 함유량이 0.001질량% 이상인 Al-Mg 합금에 대하여 적용하는 것이 바람직하고, 현저한 효과를 발휘하게 된다.

한편, 시중 스크랩(outside company scrap)이나 회수 스크랩(return scrap) 등의 알루미늄 스크랩에는, 통상 P이 0.0005∼0.01질량%(5∼100ppm), 또는 그 이상 함유되어 있다. 따라서, Al-Mg 합금에 상기 알루미늄 스크랩의 첨가량이 많으면 필연적으로 P 함유량이 0.001질량%(10ppm) 이상이 된다.

따라서, 본 발명은, 알루미늄 스크랩을 사용한 Al-Mg 합금에 대하여 적용하는 것이 바람직하고, 특히 효과를 발휘한다.

한편, P 함유량의 상한값에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 통상 알루미늄 스크랩(캔캡) 100%로 구성되는 Al-Mg 합금이어도, P 함유량은 100ppm이 되기 때문에 100ppm 이하이다. 또한, P이 100ppm 이하이면, 본 발명으로 대응할 수 있다.

(Cr: 0.20질량% 이상)

Cr은, Al-Mg 합금(용탕) 중에 있어서, P과 결합하여 P화 Cr을 형성하는 원소이다.

Cr을 Al-Mg 합금에 0.20질량% 이상 첨가하는 것에 의해, Cr이 P과 우선적으로 결합하여(P화 Cr을 형성하여), Mg과 P이 결합하는 비율을 감소시켜, Mg-P 산화물의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 최종 판 제품 또는 최종 압출 제품의 품질 열화를 방지할 수 있다. 한편, Cr 첨가량이 0.20질량% 미만이면, Mg-P 산화물의 발생을 충분히 억제할 수 없다.

따라서, Cr 첨가량은 0.20질량% 이상으로 한다.

한편, Cr 첨가량의 상한에 대해서는, 특별히 한정하지 않지만, 초정(初晶)으로서 조대한 금속간 화합물 (Mn, Cr)Al₇이 정출(晶出)되는 점을 고려하면, 0.3질량% 이하인 것이 바람직하다.

(Ca: 0.002질량% 이상)

Ca은, Al-Mg 합금(용탕) 중에 있어서, P과 결합하여 P화 Ca을 형성하는 원소이다.

Ca을 Al-Mg 합금에 0.002질량% 이상 첨가하는 것에 의해, Ca이 P과 우선적으로 결합하여(P화 Ca을 형성하여), Mg과 P이 결합하는 비율을 감소시켜, Mg-P 산화물의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 최종 판 제품 또는 최종 압출 제품의 품질 열화를 방지할 수 있다. 한편, Ca 첨가량이 0.002질량% 미만이면, 상기 효과를 충분히 발휘할 수 없다.

따라서, Ca 첨가량은 0.002질량% 이상으로 한다.

한편, Ca 첨가량의 상한에 대해서는, 특별히 한정하지 않지만, 열간 압연 시에 모서리 깨짐이 발생하는 경우가 있기 때문에, 0.1질량% 이하인 것이 바람직하다.

상기 첨가량의 Cr 및 Ca 중 어느 1종을 첨가하는 것에 의해, Al-Mg 합금은 용탕 산화의 억제라는 효과를 발휘할 수 있지만, 상기 첨가량의 Cr 및 Ca의 2종을 첨가해도, 당연히 상기 효과를 발휘할 수 있다.

(알루미늄 및 마그네슘 함유량의 합계: 90질량% 이상)

알루미늄 및 마그네슘 함유량의 합계가 90질량% 이상이면, 규정하고 있지 않는 다른 원소의 함유량을 적게 할 수 있다. 따라서, 다른 원소에 의한 영향을 받기 어려워지기 때문에, 용탕 산화의 억제 효과를 적절히 발휘할 수 있다. 한편, 알루미늄 및 마그네슘 함유량의 합계가 90질량% 미만이면, Mg 이외의 다른 원소를 다량으로 함유하게 되어, 다른 원소의 영향도 커지기 때문에, 용탕 산화의 억제 효과가 저감되어 버린다.

따라서, 알루미늄 및 마그네슘 함유량의 합계는 90질량% 이상인 것이 바람직하다.

(그 밖의 성분)

알루미늄-마그네슘 합금은, 상기 성분 외에, 용도에 따라, Si, Fe, Cu, Mn, Zn 등을 함유함과 더불어, 잔부로서 Al 및 불가피적 불순물을 함유한다. 한편, 이와 같은 그 밖의 성분은, 단체(單體)로의 함유량이 5질량%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

[알루미늄-마그네슘 합금의 제조 방법]

본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금은, 소정의 Mg과 불가피적 불순물인 P을 함유한 합금(원재료)을 용해하여 용탕으로 하고, 그 후 탈가스 처리, 개재물 제거 처리 등과 같은 용탕 처리를 실시하여, 주형에 주입하게 된다. 그리고, Cr, Ca은 상기 합금(원재료)을 주형에 주입하기까지의 어느 공정에서 첨가되어도 좋다.

다음으로, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금으로 이루어지는 합금판에 대하여 설명한다.

[후판용 알루미늄-마그네슘 합금판]

종래, 알루미늄 스크랩을 함유한 원료로부터 제조된 Al-Mg 합금을 후판용 판재에 적용하면, 소정량 이상의 P이 존재하는 것에 의해 용탕 중에 개재물(Mg-P 산화물)이 다수 발생하고, 최종적으로는, 이 개재물이 면삭 공정 시에 탈락되어 버려, 표면에 「수축공」이 발생한 것과 같은 표면 결함을 생기게 해 버린다는 문제가 있었다.

이 문제에 대하여, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판은, 이하에 나타내는 바와 같이 대처할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판(후판용)에 의하면, Cr, Ca이 첨가되어 있는 것에 의해, P은 Cr, Ca과 우선적으로 결합하여, Mg과 결합하는 비율이 감소된다. 따라서, P화 Mg의 발생을 억제할 수 있고, 최종적으로는 Mg-P 산화물(개재물)의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기와 같은 표면 결함의 문제를 회피할 수 있다.

본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판(후판용)은, Mg을 1.0∼5.5질량% 함유함과 더불어, P을 불가피적 불순물의 하나로서 함유하는 Al-Mg 합금에, 0.20질량% 이상의 Cr 및 0.002질량% 이상의 Ca 중 적어도 1종 이상을 첨가한 Al-Mg 합금으로 이루어지는 Al-Mg 합금판이다.

한편, Cr 및 Ca 함유량을 수치 한정한 이유는 상기와 같다.

(Mg: 1.0∼5.5질량%: 후판용 Al-Mg 합금판)

Mg 함유량이 1.0질량% 미만이면 후판의 강도가 부족하고, Mg 함유량이 5.5질량%를 초과하면 열간 압연 시에 깨짐이 발생하기 쉬워지기 때문에, 제품 가공에 적합하지 않게 된다. 따라서, Mg 함유량은 1.0∼5.5질량%로 한다.

한편, Mg 함유량이 2.5질량%를 초과하면, 내SCC(내응력 부식 깨짐)성이 저하된다. 따라서, 내식성이 요구되는 경우에 바람직한 Mg 함유량은 1.0∼2.5질량%로 한다.

그 밖의 성분에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 성분 이외의 성분은, JIS H 4000에 규정되는 합금 번호 5052나 5083과 같은 조성이면 좋다. 예컨대, Si: 0.25질량% 이하, Fe: 0.4질량% 이하, Cu: 0.1질량% 이하, Mn: 0.5질량% 이하, Zn: 0.3질량% 이하, Ti: 0.1질량% 이하, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 구성되어 있으면 좋다. 여기서, 불가피적 불순물은 B, Zr, V 등이다.

한편, Al-Mg 합금판(후판용)을 제조할 때의 제조 방법에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 방법을 이용하면 좋다.

예컨대, 소정의 합금을 용해하여, 거기에 상기 소정량의 Cr, Ca을 첨가하고, DC 주조법을 이용하여 주괴(합금)를 제작한 후, 이 주괴에 균열(均熱) 처리, 조(粗)열연을 실시하여, Al-Mg 합금판(후판용)으로 하는 것과 같은 방법이다. 한편, 상기 Al-Mg 합금판(후판용)은, 조열연 후에, 필요에 따라, 마무리 열간 압연을 실시해도 좋고, 추가로 필요에 따라, 마무리 열간 압연 후에 냉간 압연을 실시해도 좋다.

[성형 가공용 알루미늄-마그네슘 합금판]

종래, 알루미늄 스크랩을 함유한 원료로부터 제조된 Al-Mg 합금을 성형 가공용 판재(자동차 패널재)에 적용하면, 소정량 이상의 P이 존재하는 것에 의해 용탕 중에 개재물(Mg-P 산화물)이 다수 발생하고, 최종적으로는, 이 개재물이 프레스 가공 시에 탈락되어 버려, 표면에 「수축공」이 발생한 것과 같은 표면 결함을 생기게 해 버린다는 문제가 있었다.

이 문제에 대하여, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금은, 이하에 나타내는 바와 같이 대처할 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판(성형 가공용)에 의하면, Cr, Ca이 첨가되어 있는 것에 의해, P은 Cr, Ca과 우선적으로 결합하여, Mg과 결합하는 비율이 감소된다. 따라서, P화 Mg의 발생을 억제할 수 있고, 최종적으로는 Mg-P 산화물(개재물)의 발생을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기와 같은 표면 결함의 문제를 회피할 수 있다.

본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 합금판(성형 가공용)은, Mg을 6.0∼15.0질량% 함유함과 더불어, P을 불가피적 불순물의 하나로서 함유하는 Al-Mg 합금에, 0.20질량% 이상의 Cr 및 0.002질량% 이상의 Ca 중 적어도 1종 이상을 첨가한 Al-Mg 합금으로 이루어지는 Al-Mg 합금판이다.

한편, Cr 및 Ca 함유량을 수치 한정한 이유는 상기와 같다.

(Mg: 6.0∼15.0질량%: 성형 가공용 Al-Mg 합금판)

Mg 함유량이 6.0질량% 미만이면 성형 가공용 판재(자동차 패널재)로서의 강도가 부족하고, Mg 함유량이 15.0질량%를 초과하면, 성형성이 뒤떨어져, 실용에 적합하지 않다.

따라서, Mg 함유량은 6.0∼15.0질량%로 한다.

그 밖의 성분에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 상기 성분 이외의 성분은, Fe: 1.0질량% 이하, Si: 0.5질량% 이하, Ti: 0.1질량% 이하, B: 0.05질량% 이하, Mn: 0.3질량% 이하, Zr: 0.3질량% 이하, V: 0.3질량% 이하, Cu: 1.0질량% 이하, Zn: 1.0% 질량 이하 중 적어도 1종 이상의 원소를 불순물로서 함유하는 고Mg 함유 Al-Mg계 합금으로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, Al-Mg 합금판(성형 가공용)을 제조할 때의 제조 방법에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 종래 공지된 방법을 이용하면 좋다.

예컨대, 소정의 합금을 용해하여, 거기에 상기 소정량의 Cr, Ca을 첨가하고, DC 주조법을 이용하여 주괴(합금)를 제작한 후, 이 주괴에 균열 처리, 열간 압연(조압연, 마무리 압연)을 실시하고, 추가로 이 열간 압연판에 냉간 압연을 실시하여, Al-Mg 합금판(성형 가공용)으로 하는 것과 같은 방법을 이용하면 좋다.

실시예

다음으로, 알루미늄-마그네슘 합금 및 그의 합금판에 대하여, 본 발명의 요건을 만족시키는 실시예와 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예를 비교하여 구체적으로 설명한다.

[시료]

시료로서, 후판용 판재에 적용하는 Al-Mg 합금을 상정한 시료 A(Mg: 1.0∼5.5질량%), 성형 가공용 판재에 적용하는 Al-Mg 합금을 상정한 시료 B(Mg: 6.0∼15.0질량%)를 준비했다. 그리고, 각각의 시료에 대하여 소정량의 P, Cr, Ca을 첨가하고 알루미늄-마그네슘 합금을 주입했다.

[시험 방법]

소정량의 P, Cr, Ca을 첨가한 후이고 상기 알루미늄-마그네슘 합금 용탕(시료)을 주입하기 직전에 홈통으로부터 레이들(ladle)로 채취한 용탕을 약 45mmφ×약 30mm 높이의 주형에 주입하여 냉각함으로써 샘플용 주편을 제작하고, 그 주편의 캐스팅 표면(casting surface)을 선반 등으로 절삭하여 평활화한 표면에 대해 글로우 방전 질량 분석법을 이용하여 P 등의 정량 분석을 행했다. 한편, 후판용 판재 및 성형 가공용 판재(제품판)에 대해 글로우 방전 질량 분석법을 이용하여 정량 분석을 행했지만 동일한 값을 나타내었다.

표 1, 2는, 상기 시험 방법으로 글로우 방전 질량 분석법을 이용하여 정량 분석을 행한 결과이다. 또한, Bi 함유량, Be 함유량에 대해서도 마찬가지의 방법에 의해 구했지만, 모든 시료의 Bi 함유량, Be 함유량은 모두 0질량%(0ppm)였다.

소정량의 P, Cr, Ca을 첨가한 후의 시료를 50g 용해한 후, 용해 시까지 생성된 용탕면의 산화물을 제거했다. 그 후, 730℃의 대기 분위기에서 1시간 유지 후에 냉각하여, 용탕면에 생성된 산화물 수 및 평균 산화물 사이즈(원 상당 직경)를 조사했다. 한편, 산화물 수와 평균 산화물 사이즈의 측정은, 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 배율 350배로 20시야(합계 2.4mm²) 관찰하여, 평균값을 구하는 방법으로 행했다.

상세한 시료의 조성, 및 시험 결과를 표 1, 2에 나타낸다. 한편, 표 1, 2에 있어서, 본 발명의 구성을 만족시키지 않는 것에 대해서는, 수치에 밑줄을 그어서 나타낸다. 그리고, 주사형 전자 현미경(SEM) 관찰의 결과의 일례를 도 1∼3에 나타낸다.

또한, 도 1 내지 3의 주사형 전자 현미경(SEM) 관찰의 결과에 있어서의 「SEM 저배율」의 결과는 350배, 「SEM 고배율」의 결과는 2000배로 관찰한 결과이다.

[결과의 검토]

표 1, 2의 결과에 기초하여, 실시예에 따른 합금과 비교예에 따른 합금의 결과를 비교하면, Cr 첨가량을 본원에서 규정하는 값 이상으로 한 실시예에 따른 합금판은, 용탕면의 산화물 수가 80개/mm² 이하가 됨과 더불어, 용탕면의 평균 산화물 사이즈(㎛)가 10㎛ 이하가 되었다. 또한, Ca 첨가량을 본원에서 규정하는 값 이상으로 한 실시예에 따른 합금판은, 용탕면의 산화물 수가 40개/mm² 이하가 됨과 더불어, 용탕면의 평균 산화물 사이즈(㎛)가 10㎛ 이하가 되었다.

한편, Cr, Ca 첨가량이 본 발명에서 규정하는 값 미만이었던 비교예에 따른 합금판은, 용탕면의 산화물 수(개/mm²)가 80개/mm²를 크게 초과해 3배 이상이 되는 것이 많았다. 그리고, 용탕면의 평균 산화물 사이즈(㎛)도, 15㎛인 것도 있었지만, 30㎛가 되는 것도 있었다.

한편, 주사형 전자 현미경(SEM)에 부속된 에너지 분산형 X선 분석 장치(EDX)로 산화물의 동정(同定)을 행했다. 비교예에 따른 합금의 용탕면에 생성된 산화물을 EDX에 의해 측정한 바, 형성된 산화물의 성분은 Mg, P, O이고, Mg과 P의 복합 산화물이었다. 또한, 시료 저부의 단면을 SEM에 의해 관찰한 결과, 상기 Mg과 P의 복합 산화물이 관찰되었기 때문에, 용탕면의 산화물은 용탕 중에 침강 또는 부유하는 개재물로서 존재하고 있다는 것을 알 수 있었다.

도 1 내지 3의 주사형 전자 현미경 관찰의 결과로부터, Cr을 0.20질량% 첨가한 것(실시예 2-1)에 대해서는, 표면에 존재하는 Mg-P 산화물(개재물)의 수는 매우 적고, 또한 사이즈도 비교적 작다는 것을 알 수 있었다. Ca을 0.003질량% 첨가한 것(실시예 2-2)에 대해서는, Mg-P 산화물(개재물)의 존재를 거의 확인할 수 없었다. 한편, Cr을 0.1질량%, Ca을 0.001질량% 첨가한 것(비교예 2-7)에 대해서는, 표면에 존재하는 Mg-P 산화물(개재물)의 수는 많고, 사이즈도 비교적 크다는 것을 알 수 있었다.

이상으로부터, Cr, Ca을 소정량 이상 첨가함으로써, Be을 첨가하지 않아도 Mg의 용탕 산화를 억제하여, 고품질인 Al-Mg 합금을 제조할 수 있다는 것을 알 수 있었다.

(후판용 판재: 결과)

표 1에 기재된 합금을 용해하여, 탈수소 처리, 여과를 행한 후, DC 주조법을 이용하여 두께 500mm의 주괴를 제작했다. 이 주괴에, 500℃의 균열 처리 온도에서 4시간 유지하는 것에 의해 균질화하고 나서, 열간 압연(조·마무리)하여, 두께 약 25mm의 알루미늄 합금 열연판을 제작했다. 이 알루미늄 합금 열연판을 압연 방향 길이 2000mm×폭 1000mm로 절단한 후, 압연면(양면)에 대해 엔드밀 가공에 의한 평활화 처리를 행하여, 두께 20mm의 알루미늄 합금 후판(절단판)으로 했다. 추가로, 표면에 황산 알루마이트 처리(15% 황산, 20℃, 전류 밀도 2A/dm²)에 의해 두께 10㎛의 알루마이트 피막을 형성했다.

상기 방법에 의해 후판을 40매 제조했다. 당해 후판의 표면을 육안에 의해 관찰하고, 표면에 「수축공」이 발생한 것과 같은 표면 결함이 발견된 것이 1매도 없는 경우를 판 표면 외관이 「양호」, 1매 이상 있는 경우를 「수축공 발생」(불량)이라고 판단했다.

표 1에 기재된 실시예 1-1 내지 1-5와, 3-1 내지 3-3에 따른 합금을 후판에 적용한 바, 표면에 「수축공」이 발생한 것과 같은 표면 결함이 발생하지 않은 양호한 후판을 제조할 수 있었다.

한편, 표 1에 기재된 비교예 1-6 내지 1-7과, 3-4에 따른 합금을 후판에 적용한 바, 개재물(Mg-P 산화물)이 절단 시 또는 평활화 처리 시에 탈락되어 버려, 표면에 「수축공」이 발생한 것과 같은 표면 결함을 생기게 해 버렸다.

또한, 이와 같은 표면 결함은 진공 챔버 용도에서는 기능 결함이 된다. 진공 챔버 용도에서는, 소재 표면 그대로 사용되는 경우는 거의 없고, 내식성, 내후성을 높이기 위해서 알루마이트 처리나 도금 처리가 실시된다. 그러나, 상기 표면 결함부에서는 충분한 알루마이트 피막이 형성되지 않고, 진공 장치용 챔버의 내부 부재에 이들 결함이 있으면, 고진공으로 감압했을 때에 부재에 고용되어 있는 가스 원자가 표면으로 방출되는 것에 의해, 진공도가 저하된다.

그 때문에, 목표의 진공도에 도달하기까지의 시간이 필요하여, 생산 효율이 저하된다.

(성형 가공용 판재: 결과)

표 2에 기재된 합금을 용해하여, 소정량의 Cr, Ca을 첨가하고, DC 주조법 및 쌍롤 연속 주조법을 이용하여 각 주괴 두께로 주조했다. 쌍롤 연속 주조법의 경우에는 각 알루미늄 합금 박판 주괴를 표 2에 나타내는 조건으로 균열 처리한 후, 열간 압연하는 일 없이, 판 두께 1.0mm까지 냉간 압연했다. 또한, DC 주조법의 경우에는 표 2에 나타내는 조건으로 균열 처리한 후, 480℃의 개시 온도, 350℃의 종료 온도로 판 두께 4mm까지 압연하는 열간 압연을 행하고, 그 후 판 두께 1.0mm까지 냉간 압연했다. 한편, 이들 냉간 압연 중의 중간 소둔은 행하지 않았다. 이들 각 냉간 압연판을 연속 소둔로에서 소둔 온도 450℃(1s 이하), 냉각 속도 20℃/s의 조건으로 최종 소둔을 행했다. 쌍롤 연속 주조 시의 쌍롤 주속은 70mm/min, 알루미늄 합금 용탕을 쌍롤에 주탕할 때의 주탕 온도는 액상선 온도+20℃로 하고, 쌍롤 표면의 윤활은 행하지 않았다. 한편, 비교예 2-10에 따른 합금은 Mg이 15% 이상이기 때문에, Mg의 편석에 의해 주조 깨짐이 발생하여, 조괴할 수 없었다.

이렇게 하여 얻어진, 판 두께 1.00mm의 알루미늄 합금판을 패널로 하여 프레스 성형 후에 플랫 헴(flat hem) 가공시키는 것을 모의하여, 상온에서, 시험편에 10%의 스트레치를 행한 후, 굽힘 시험을 행하여 평가했다. 시험편 조건은, 상기 알루미늄 합금판을 JIS Z 2204에 규정되는 3호 시험편(폭 30mm×길이 200mm)을 이용하여, 시험편 길이 방향이 압연 방향과 일치하도록 제작했다. 굽힘 시험은 JIS Z 2248에 규정되는 V 블록법에 의해, 플랫 헴 가공을 모의하여, 선단 반경 0.3mm, 굽힘 각도 60도의 누름 금구로 60도로 굽힌 후, 추가로 180도로 굽혔다.

그리고, 굽힘 시험 후의 굽힘부(만곡부)의 깨짐의 발생 상황을 관찰하여, 10회(10매)의 시험에서 굽힘부 표면에 깨짐이 없는 것을 ○, 1회라도 깨짐이 있는 것을 ×로 평가했다.

표 2에 기재된 실시예 2-1 내지 2-6에 따른 합금을 굽힘 시험을 행하여 굽힘부 가공성을 평가한 바, 양호한 결과가 얻어졌다.

한편, 표 2에 기재된 비교예 2-7 내지 2-9에 따른 합금을 굽힘 시험을 행하여 굽힘부 가공성을 평가한 바, 굽힘부 표면에 깨짐이 발생하고, 깨짐부에는 개재물(Mg-P 산화물)이 관찰되었다.

Claims

Mg을 0.8∼15질량% 함유함과 더불어, P을 불가피적 불순물의 하나로서 0.001질량% 이상 함유하는 알루미늄-마그네슘 합금에,
0.20질량% 이상의 Cr 및 0.002질량% 이상의 Ca 중 적어도 1종 이상을 첨가한 것을 특징으로 하는 알루미늄-마그네슘 합금.
제 1 항에 기재된 상기 합금으로 이루어지는 알루미늄-마그네슘 합금판으로서,
상기 Mg의 함유량이 1.0∼5.5질량%인 것을 특징으로 하는 후판용 알루미늄-마그네슘 합금판.
제 2 항에 있어서,
상기 Mg의 함유량이 1.0∼2.5질량%인 것을 특징으로 하는 후판용 알루미늄-마그네슘 합금판.
제 1 항에 기재된 상기 합금으로 이루어지는 알루미늄-마그네슘 합금판으로서,
상기 Mg의 함유량이 6.0∼15.0질량%인 것을 특징으로 하는 성형 가공용 알루미늄-마그네슘 합금판.