KR20150038678A

KR20150038678A - 자동차 부재용 알루미늄 합금판

Info

Publication number: KR20150038678A
Application number: KR1020157006704A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 아루가; 가츠시 마츠모토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-04-08
Also published as: AU2013319131A1; WO2014046047A1; AU2013319131B2; CN104619873A; US20150218677A1; EP2899287A4; CA2881789A1; EP2899287B1; EP2899287A1; US20180305794A1; CN104619873B; MX2015003449A

Abstract

본 발명의 과제는 강도와 내응력 부식 균열성을 겸비한 자동차 부재용 7000계 알루미늄 합금판을 제공하는 것이다. 통상의 방법에 의해 제조되는, 특정 조성의 Al-Zn-Mg계 알루미늄 합금판의 냉연율이나 용체화 처리 조건을 제어한다. 그리고, 평균 결정립경이 작고, 경사각 5 내지 15°의 소경사각 입계의 평균 비율이 15％ 이상, 경사각 15°를 초과하는 대경사각 입계의 평균 비율이 15 내지 50％인 조직으로 한다. 또는, 평균 결정립경이 작고, Brass 방위, S 방위, Cu 방위 등의 특정 방위의 합계 면적률이 일정 이상인 특정한 집합 조직으로 한다.

Description

자동차 부재용 알루미늄 합금판{ALUMINUM ALLOY PLATE FOR AUTOMOBILE PART}

본 발명은 고강도인 자동차 부재용 알루미늄 합금판에 관한 것이다.

최근, 지구 환경 등에의 배려로부터, 자동차 차체의 경량화의 사회적 요구는 점점 높아져 오고 있다. 이러한 요구에 응답하기 위해, 자동차 차체 중, 패널(후드, 도어, 루프 등의 아우터 패널, 이너 패널)이나, 범퍼 린포스먼트(범퍼 R/F)나 도어 빔 등의 보강재 등을, 부분적으로 강판 등의 철강 재료 대신에, 알루미늄 합금 재료를 적용하는 것이 행해지고 있다.

단, 자동차 차체의 보다 경량화를 위해서는, 자동차 부재 중에서도 특히 경량화에 기여하는, 프레임, 필러 등의 자동차 구조 부재에도, 알루미늄 합금 재료의 적용을 확대하는 것이 필요해진다. 단, 이들 자동차 구조 부재는, 요구되는 0.2％ 내력이 350㎫ 이상인 것 등, 상기 자동차 패널에 비해 고강도화가 필요하다. 이 점에서, 상기 자동차 패널에 사용되고 있는, 성형성이나 강도, 내식성, 그리고 저합금 조성으로 리사이클성이 우수한, JIS 내지 AA6000계 알루미늄 합금판에서는, 조성이나 조질(용체화 처리 및 켄칭 처리, 나아가서는 인공 시효 경화 처리)을 제어해도, 상기 고강도화를 달성하기 위해서는 조금 멀다.

따라서, 이와 같은 고강도인 자동차 구조 부재에는, 동일한 고강도가 요구되는 상기 보강재로서 사용되고 있는 JIS 내지 AA 7000계 알루미늄 합금판을 사용할 필요가 있다. 그러나, Al-Zn-Mg계 알루미늄 합금인, 7000계 알루미늄 합금은, Zn 및 Mg로 이루어지는 석출물 MgZn₂를 고밀도로 분포시킴으로써 고강도를 달성하는 합금이다. 그로 인해, 응력 부식 균열(이하, SCC)을 일으킬 위험성이 있고, 이를 방지하기 위해, 불가피하게 과시효 처리를 행하여, 내력 300㎫ 정도로 사용되고 있는 것이 실정이며, 고강도 합금으로서의 특징이 엷어지고 있다.

이로 인해, 강도와 내SCC성의 양쪽이 우수한 7000계 알루미늄 합금의 조성 제어나, 석출물 등의 조직 제어가, 종래부터 다양하게 제안되어 있다.

조성 제어의 대표예로서, 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 7000계 알루미늄 합금 압출재의, MgZn₂를 과부족 없이 형성하는 Zn 및 Mg량(MgZn₂의 화학양론비)으로부터 과잉으로 첨가된 Mg가, 고강도화에 기여하는 것을 이용하고, Mg를 MgZn₂의 화학양론비보다 과잉으로 첨가함으로써, MgZn₂양을 억제하고, 내SCC성을 저하시키지 않고, 고강도화하고 있다.

석출물 등의 조직 제어의 대표예로서, 예를 들어, 특허문헌 2에서는, 인공 시효 경화 처리 후의 7000계 알루미늄 합금 압출재의, 결정립 내에서의 입자경이 1 내지 15㎚의 석출물을 투과형 전자 현미경(TEM)에 의한 관찰 결과에 의해 1000 내지 10000개/㎛²의 밀도로 존재시켜, 입자 내와 입계와의 전위차를 작게 하여, 내SCC성을 향상시키고 있다.

이 밖에도, 전부는 예시할 수 없지만, 7000계 알루미늄 합금 압출재의 강도와 내SCC성의 양쪽을 우수하게 한 조성 제어예나 석출물 등의 조직 제어예는, 압출재에서의 실용화가 많은 것에 비례해서 다수 존재한다. 이에 대해, 7000계 알루미늄 합금판에 있어서의, 종래의 조성 제어나 석출물 등의 조직 제어예는, 판에서의 실용화가 적은 것에 따라서, 매우 적다.

예를 들어, 특허문헌 3에는, 7000계 알루미늄 합금판끼리가 용접 접합된 클래드판으로 이루어지는 구조재에 있어서, 강도 향상을 위해, 인공 시효 경화 처리 후의 시효 석출물의 직경을 50Å(옹스트롬) 이하의 구형상으로서 일정량 존재시키는 것이 제안되어 있다. 그러나, 내SCC성의 성능에 대해서는 전혀 개시가 없고, 실시예에 내식성의 데이터도 없다.

또한, 특허문헌 4에는, 인공 시효 경화 처리 후의 7000계 알루미늄 합금판의 결정립 내에서의 정석출물에 대해, 400배의 광학 현미경에서의 측정에 의해, 크기(면적이 등가인 원 상당 직경으로 환산)를 3.0㎛ 이하로 하고, 평균 면적 분율을 4.5％ 이하로 하여, 강도나 신장을 향상시키고 있다.

판의 조직이나 집합 조직의 제어에 관해서도 약간 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 5, 6에서는, 구조재용의 7000계 판의 고강도화, 고내SCC성화를 도모하기 위해, 주괴를 단조 후에, 온간 가공 영역에서 반복해서 압연하여, 조직을 미세하게 하고 있다. 이것은, 조직을 미세하게 함으로써, 내SCC성 저하의 원인이 되는 입계와 입자 내와의 전위차의 요인이 되는, 방위차가 20° 이상의 대경사각 입계를 억제하여, 3 내지 10°의 소경사각 입계가 25％ 이상인 조직을 얻기 위함이다. 단, 이와 같은 온간 압연의 반복은, 통상의 방법의 열간 압연, 냉간 압연의 방식에서는, 이와 같은 소경사각 입계가 25％ 이상인 조직을 얻을 수 없기 때문에 행해지고 있다. 따라서, 통상의 방법과는 크게 공정이 다르기 때문에, 판을 만들기 위해 실용적인 방법이라고는 말하기 어렵다.

이 조직이나 집합 조직의 제어에 관해서, 7000계 알루미늄 합금의 판이 아니라 압출재이지만, 특허문헌 7에서는, 온간 가공성을 우수하게 하기 위해, 아결정립으로 이루어지는 섬유상 조직으로 구성하고, 주 방위가 Brass 방위이며, ODF(결정 방위 분포 함수)로 표현되는 Brass 방위에의 집적도가 랜덤 방위의 10배 이상으로 한 집합 조직의 제안도 있다.

일본 특허 공개 제2011-144396호 공보 일본 특허 공개 제2010-275611호 공보 일본 특허 공개 평9-125184호 공보 일본 특허 공개 제2009-144190호 공보 일본 특허 공개 제2001-335874호 공보 일본 특허 공개 제2002-241882호 공보 일본 특허 공개 제2009-114514호 공보

이와 같이, 강도와 내SCC성의 양쪽이 우수한 7000계 알루미늄 합금의 조성 제어나 석출물, 혹은 집합 조직 등의 조직 제어 등의 제안은, 종래부터 압출재나 상기 온간 압연 등의 특수한 압연 분야에 대해서는 다양하게 이루어져 있다. 그러나, 주괴를 균열 처리 후에 열간 압연 및 냉간 압연하는, 통상의 방법에 의해 제조되는 압연판에 대해서는, 상기 온간 압연을 반복하는 특수한 압연 이외에는, 그다지 제안이 없는 것이 실상이다.

그리고, 압출재는, 상기 압연판과는, 그 열간 가공 공정 등의 제조 과정이 전혀 다르고, 완성되는 결정립이나 석출물 등의 조직도, 예를 들어 결정립이 압출 방향으로 신장한 섬유상인 것 등, 결정립이 기본적으로 등축 입자의 압연판과는 크게 다르다. 이로 인해, 상기 압출재에서의 조성 제어나 석출물 등의 조직 제어 등의 제안이, 7000계 알루미늄 합금판에도, 그리고, 이 7000계 알루미늄 합금판으로 이루어지는 자동차 구조 부재에도, 그대로 적용할 수 있어, 강도와 내SCC성의 양쪽의 향상을 다하여 유효한 것인지 여부는 불분명하다. 즉, 실제로 확인하지 않는 한은, 어디까지나 예상의 영역을 나가지 않는다.

따라서, 상기 통상의 방법에 의해 제조되는 7000계 알루미늄 합금판의, 강도와 내SCC성의 양쪽이 우수한 조직 제어 기술에 대해서는, 아직 유효한 방법이 없고, 불분명한 점이 많아 해명의 여지가 있다고 하는 것이 현상황이다.

이상 설명한 과제를 감안하여, 본 발명의 목적은, 상기 통상의 방법에 의해 제조되는, 강도와 내SCC성의 양쪽이 우수한, 자동차 부재용의 7000계 알루미늄 합금판을 제공하는 것이다.

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 관한 자동차 부재용 알루미늄 합금판의 요지는, 질량％로, Zn:3.0 내지 8.0％, Mg:0.5 내지 4.0％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Al-Zn-Mg계 알루미늄 합금판이며, 평균 결정립경이 15㎛ 이하임과 함께, 경사각 5 내지 15°의 소경사각 입계의 평균 비율이 15％ 이상이고, 또한 경사각 15°를 초과하는 대경사각 입계의 평균 비율이 15 내지 50％인 조직을 갖는 것이다.

또한, 본 발명에 관한 자동차 부재용 알루미늄 합금판의 요지는, 질량％로, Zn:3.0 내지 8.0％, Mg:0.5 내지 4.0％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Al-Zn-Mg계 알루미늄 합금판이며, 평균 결정립경이 15㎛ 이하임과 함께, Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률이 30％ 이상인 집합 조직을 갖는 것이다.

본 발명에서 말하는 알루미늄 합금판이란, 주괴를 균열 처리 후에 열간 압연되고, 또한 냉간 압연된 냉연판이며, 또한 용체화 처리 등의 조질이 실시되는, 통상의 방법에 의해 제조된 7000계 알루미늄 합금판인 것을 말한다. 바꾸어 말하면, 상기 특허문헌 5, 6과 같은, 주괴를 단조한 후에 온간 압연을 몇 번이나 반복하는 특수한 압연 방법에 의해 제조되는 판을 포함하지 않는다. 그리고, 이와 같은 소재 알루미늄 합금판이 자동차 부재에 가공된다.

본 발명에서는, 이와 같은 통상의 방법에 의해 제조된 7000계 알루미늄 합금판의 조직을, 통상의 등축인 재결정 조직이 아니라, 상기 압출재에 유사한 가공 조직으로서, 섬유상 조직으로 구성한다. 그리고, 이를, 평균 결정립경이 15㎛ 이하임과 함께, 경사각 5 내지 15°의 소경사각 입계의 평균 비율이 15％ 이상이고, 또한 경사각 15°를 초과하는 대경사각 입계의 평균 비율이 15 내지 50％인 조직으로 규정한다. 이와 같은 조직으로 함으로써, 판에 변형이 생긴 경우에, 국소적으로 집중하지 않고, 균일하게 전위하는 조직으로 할 수 있다. 이에 의해, 통상의 방법에 의해 제조된 7000계 알루미늄 합금판이어도 0.2％ 내력이 350㎫ 이상인 고강도로 하고, 또한, 신장도 크게 하여 성형성을 확보할 수 있다. 또한, 이와 같은 고강도임에도 불구하고, 내SCC성의 저하를 억제한 것으로 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 이와 같은 통상의 방법에 의해 제조된 7000계 알루미늄 합금판의 조직을, 통상의 등축인 재결정 조직이 아니라, 상기 압출재에 유사한 가공 조직으로서, 섬유상 조직으로 구성한다. 그리고, 이를 집합 조직의 관점으로부터, 주 방위가 Brass 방위, S 방위, Cu 방위인 것으로 규정한다. 이와 같은 집합 조직으로 함으로써, 판에 변형이 생긴 경우에, 국소적으로 집중하지 않고, 균일하게 전위하는 조직으로 할 수 있다. 이에 의해, 통상의 방법에 의해 제조된 7000계 알루미늄 합금판이어도 0.2％ 내력이 350㎫ 이상인 고강도로 하고, 또한, 신장도 크게 하여 성형성을 확보할 수 있다. 또한, 이와 같은 고강도임에도 불구하고, 내SCC성의 저하를 억제한 것으로 할 수 있다.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 대해, 요건마다 구체적으로 설명한다.

알루미늄 합금 조성:

우선, 본 발명 알루미늄 합금판의 화학 성분 조성에 대해, 각 원소의 한정 이유를 포함하여, 이하에 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량의 ％ 표시는 모두 질량％의 의미이다.

본 발명 알루미늄 합금판의 화학 성분 조성은, Al-Zn-Mg-Cu계의 7000계 알루미늄 합금으로서, 본 발명에서 의도하는 자동차 부재의 강도나 내SCC성 등의 특성을 보증하기 위해 결정된다. 이 관점에서, 본 발명 알루미늄 합금판의 화학 성분 조성은, 질량％로, Zn:3.0 내지 8.0％, Mg:0.5 내지 4.0％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것으로 한다. 이 조성에, Cu:0.05 내지 0.6％, Ag:0.01 내지 0.15％의 1종 또는 2종을 선택적으로 더 포함해도 좋고, 이에 추가하여, 혹은 이와는 별도로, Mn:0.05 내지 0.3％, Cr:0.03 내지 0.2％, Zr:0.03 내지 0.3％의 1종 또는 2종 이상을 선택적으로 포함해도 좋다.

Zn:3.0 내지 8.0％:

필수적인 합금 원소인 Zn은, Mg와 함께, 미세 석출물을 형성해서 강도를 향상시킨다. Zn 함유량이 3.0 질량％ 미만에서는 강도가 부족하고, 8.0 질량％를 초과하면 입계 석출물 MgZn₂가 증가해서 SCC 감수성이 예민해진다. 따라서, Zn 함유량은 3.0 내지 8.0％의 범위, 바람직하게는 5.0 내지 7.0％의 범위로 한다. Zn 함유량이 높아지고, SCC 감수성이 예민해지는 것을 억제하기 위해, 후술하는 Cu 혹은 Ag를 첨가하는 것이 바람직하다.

Mg:0.5 내지 4.0％

필수적인 합금 원소인 Mg는, Zn과 함께, 미세 석출물을 형성해서 강도와 신장을 향상시킨다. Mg 함유량이 0.5％ 미만에서는 강도가 부족하고, 4.0 질량％를 초과하면, 판의 압연성이 저하되고, SCC 감수성도 예민해진다. 따라서, Mg 함유량은 0.5 내지 4.0％, 바람직하게는 0.5 내지 1.5％의 범위로 한다.

Cu:0.05 내지 0.6％, Ag:0.01 내지 0.15％의 1종 또는 2종:

Cu 및 Ag는 Al-Zn-Mg계 합금의 내SCC성을 향상시키는 작용이 있다. 이들을 어느 한쪽 또는 양쪽 함유하는 경우, Cu 함유량이 0.05％ 미만 및 Ag 함유량이 0.01％ 미만에서는, 내SCC성 향상 효과가 작다. 한편, Cu 함유량이 0.6％를 초과하면, 압연성 및 용접성 등의 여러 특성을 오히려 저하시킨다. 또한 Ag 함유량은 0.15％를 초과하여 함유시켜도 그 효과가 포화되고, 고가가 된다. 따라서, Cu 함유량은 0.05 내지 0.6％, 바람직하게는 0.4％ 이하, Ag 함유량은 0.01 내지 0.15％로 한다.

Mn:0.05 내지 0.3％, Cr:0.03 내지 0.2％, Zr:0.03 내지 0.3％의 1종 또는 2종 이상:

Mn, Cr 및 Zr은, 주괴의 결정립을 미세화해서 강도 향상에 기여한다. 이들을 임의의 1종, 또는 2종 혹은 3종을 함유하는 경우, Mn, Cr, Zr의 함유량이 모두 하한 미만에서는 함유량이 부족하여, 재결정이 촉진되고, 내SCC성이 저하된다. 한편, Mn, Cr, Zr의 함유량이 각각의 상한을 초과한 경우에는, 조대 정출물을 형성하기 위해 신장이 저하된다. 따라서, Mn:0.05 내지 0.3％, Cr:0.03 내지 0.2％, Zr:0.03 내지 0.3％의 각 범위로 한다.

Ti, B:

Ti, B는, 압연판으로서는 불순물이지만, 알루미늄 합금 주괴의 결정립을 미세화하는 효과가 있으므로, 7000계 합금으로서 JIS 규격에 의해 규정하는 범위에서의 각각의 함유를 허용한다. Ti의 상한은 0.2％, 바람직하게는 0.1％, B의 상한은 0.05％ 이하, 바람직하게는 0.03％로 한다.

그 밖의 원소:

또한, 이들 기재한 것 이외의, Fe, Si 등의 그 밖의 원소는 불가피한 불순물이다. 용해 원료로서, 순 알루미늄 지금 이외에, 알루미늄 합금 스크랩의 사용에 의한, 이들 불순물 원소의 혼입 등도 상정(허용)하여, 7000계 합금의 JIS 규격에 의해 규정하는 범위에서의 각각의 함유를 허용한다. 예를 들어, Fe:0.5％ 이하, Si:0.5％ 이하이면, 본 발명에 관한 알루미늄 합금 압연판의 특성에 영향을 미치지 않고, 함유가 허용된다.

조직:

본 발명의 7000계 알루미늄 합금판 조직에 있어서는, 그 전제로서, 통상의 7000계 알루미늄 합금판과 마찬가지로, 상기 조성 및 상기 통상의 방법에 의한 제조 방법으로 하여, 미세한 나노 레벨의 사이즈 석출물이, 결정립 내에 다수 존재하여, 강도나 내SCC성 등의 기본 특성을 달성하고 있다. 이 석출물이란, 결정립 내에 생성하는, 상기 Mg와 Zn과의 금속간 화합물(조성은 MgZn₂ 등)이며, 이에 상기 조성에 따라서 Cu, Zr 등의 함유 원소가 더 포함되는 미세 분산상이다.

평균 결정립경과 결정립계 비율:

그리고 나서, 본 발명의 7000계 알루미늄 합금판 조직은, 한층 더한 고강도화나 내SCC성 등의 특성의 향상을 위해, 평균 결정립경을 15㎛ 이하로 한 섬유상의 미세 가공 조직으로 한다. 또한, 이 섬유상의 미세 가공 조직은, 경사각 5 내지 15°의 소경사각 입계의 평균 비율이 15％ 이상이고, 또한 경사각 15°를 초과하는 대경사각 입계의 평균 비율이 15 내지 50％가 되는 조직이다.

이와 같이, 소경사각 입계가 일정 비율 이상 존재함과 함께, 일정 비율의 대경사각 입계와 혼재되는, 섬유상의 미세 가공 조직으로 함으로써, 통상의 방법에 의해 제조된 7000계 알루미늄 합금판이어도, 판에 변형이 생긴 경우에, 국소적으로 변형이 집중하지 않고, 균일하게 변형되는 조직으로 할 수 있다. 이에 의해, 국소적인 파단을 방지할 수 있어, 0.2％ 내력이 350㎫ 이상인 고강도로 하고, 신장도 크게 하여 성형성을 확보할 수 있다. 또한, 이와 같은 고강도임에도 불구하고, 내SCC성의 저하를 억제한 것으로 할 수 있다.

한편, 이들 요건을 결여하여, 평균 결정립경이 15㎛를 초과하거나, 소경사각 입계의 평균 비율이 15％ 미만이 되거나, 혹은 대경사각 입계의 평균 비율이 15％ 미만으로 되면, 상기 고강도화를 달성할 수 없어, 신장도 저하되어 성형성이 저하된다.

본 발명에서 말하는 소경사각 입계란, 후술하는 SEM/EBSP법에 의해 측정한 결정 방위 중, 결정 방위의 차이(경사각)가 5 내지 15°로 작은 결정립의 사이의 입계이다. 또한, 본 발명에서 말하는 대경사각 입계란, 이 결정 방위의 차이(경사각)가 15°를 초과하고, 180° 이하의 결정립의 사이의 입계이다. 여기서, 방위차가 2 내지 5° 미만의 결정립계는, 고강도화에의 효과나 영향이 매우 작으므로, 본 발명에 있어서는 고려하지 않고, 규정하지 않는다.

이 소경사각 입계의 평균 비율로서, 본 발명에서는, 측정한 소경사각 입계의 결정립계 전체 길이(측정된 전체 소경사각 입자의 결정립계 합계 길이)의, 마찬가지로 측정한, 결정 방위의 차이가 2 내지 180°의 결정립계의 전체 길이(측정된 전체 결정립의 결정립계 합계 길이)에 대한 비율을, 경사각 5 내지 15°의 소경사각 입계의 비율로 규정하고 있다. 즉, 규정하는 경사각 5 내지 15°의 소경사각 입계의 비율(％)은, 〔(5 내지 15°의 결정립계의 전체 길이)/(2 내지 180)°의 결정립계의 전체 길이)〕×100으로 하여 계산할 수 있고, 이 값의 평균을 15％ 이상으로 한다. 또한, 제조의 한계로부터, 5 내지 15°의 소경사각 입계의 비율 상한은 60％ 정도이다.

한편, 대경사각 입계의 평균 비율은, 마찬가지로, 측정한 대경사각 입계의 결정립계 전체 길이(측정된 전체 소경사각 입자의 결정립계 합계 길이)의, 마찬가지로 측정한, 결정 방위의 차이가 2 내지 180°의 결정립계의 전체 길이(측정된 전체 결정립의 결정립계 합계 길이)에 대한 비율을, 경사각 15°를 초과하는 대경사각 입계의 비율로 규정한다. 즉, 규정하는 대경사각 입계의 비율(％)은, 〔(15°를 초과하고 180° 이하의 결정립계의 전체 길이)/(2 내지 180°의 결정립계의 전체 길이)〕×100으로 하여 계산할 수 있고, 이 값의 평균을 15 내지 50％의 범위로 한다.

결정립경과 결정립계 비율의 측정:

이들 본 발명에 의해 규정하는 평균 결정립경이나 결정립계(소경사각 입계 및 대경사각 입계)의 각 평균 비율은, 모두 SEM/EBSP법에 의해 측정한다. 이 경우의 판 조직의 측정 부위는, 통상의 이러한 종류 조직의 측정 부위와 마찬가지로, 이 판의 폭 방향 단면으로 한다. 그리고, 이 판의 폭 방향 단면의 임의의 개소로부터 채취한 5개의 측정 시험편(5개소의 측정 개소)의 각 측정값을 평균화한 것을, 본 발명에 의해 규정하는 평균 결정립경이나, 소경사각 입계 및 대경사각 입계(결정립계)의 평균 비율로 한다.

상기 SEM/EBSP법은 집합 조직의 측정 방법으로서 범용되고, 전계 방출형 주사 전자 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope:FESEM)으로, 후방 산란 전자 회절상[EBSP:Electron Back Scattering(Scattered) Pattern] 시스템을 탑재한 결정 방위 해석법이다. 이 측정 방법은, 다른 집합 조직의 측정 방법에 비해, 고분해능이므로 고측정 정밀도이다. 그리고, 이 방법에 의해, 판이 동일한 측정 부위의 평균 결정립경과 결정립계의 평균 비율을 동시에 고정밀도로 측정할 수 있는 이점이 있다. 알루미늄 합금판의 결정립계의 평균 비율이나 평균 결정립경의 측정을, 이 SEM/EBSP법에 의해 행하는 것은, 종래부터, 예를 들어 일본 특허 공개 제2009-173972호, 혹은 상기 특허문헌 5, 특허문헌 6 등의 공보에서 공지이며, 본 발명에서도, 이 공지의 방법으로 행한다.

이들 개시된 SEM/EBSP법은, 상기 FESEM(FE-SEM)의 경통 내에 세트한 Al 합금판의 시료에, 전자선을 조사해서 스크린 상에 EBSP를 투영한다. 이를 고감도 카메라로 촬영하여, 컴퓨터에 화상으로서 도입한다. 컴퓨터에서는, 이 화상을 해석하여, 기지의 결정계를 사용한 시뮬레이션에 의한 패턴과의 비교에 의해, 결정의 방위가 결정된다. 산출된 결정의 각 방위는 3차원 오일러각으로서, 위치 좌표(x, y) 등과 함께 기록된다. 이 프로세스가 전체 측정점에 대해 자동으로 행해지므로, 측정 종료 시에는 수만 내지 수십만점의 결정 방위 데이터가 얻어진다.

집합 조직:

그리고 나서, 본 발명의 7000계 알루미늄 합금판 조직은, 한층 더한 고강도화나 내SCC성 등의 특성의 향상을 위해, 평균 결정립경을 15㎛ 이하로 한 섬유상의 미세 가공 조직으로 한다. 또한, 이 섬유상의 미세 가공 조직은, Brass 방위, S 방위, Cu 방위의 결정립의 평균 합계 면적률, 즉, 이들 각 방위를 갖는 결정립의 각각 면적률을 합계함과 함께 평균화한 「합계 면적률」이 30％ 이상인 집합 조직이다.

이와 같은 집합 조직으로 함으로써, 통상의 방법에 의해 제조된 7000계 알루미늄 합금판이어도, 판에 변형이 생긴 경우에, 국소적으로 변형이 집중하지 않고, 균일하게 변형되는 조직으로 할 수 있다. 이에 의해, 국소적인 파단을 방지할 수 있어, 0.2％ 내력이 350㎫ 이상인 고강도로 하고, 신장도 크게 하여 성형성을 확보할 수 있다. 또한, 이와 같은 고강도임에도 불구하고, 내SCC성의 저하를 억제한 것으로 할 수 있다. 여기서, 이들 본 발명에 의해 규정하는 결정립경이나, Brass 방위, S 방위, Cu 방위의 각 방위를 갖는 결정립의 각 면적률은, 모두 후술하는 EBSP법에 의해 측정한다(면적률의 경우는, 이들 각 방위를 갖는 결정립의 각각 면적률을 합계함).

이와 같은, Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률이 30％ 이상인 섬유상 조직은, 상기 통상의 방법에 의해 제조되어 용체화 처리된 후의 7000계 알루미늄 합금판 조직이다. 이것은, 상기한 압출재의 가공 조직의 쪽에 유사한, 말하자면 판의 가공 조직이며, 통상, 상기 통상의 방법에 의해 제조되어 용체화 처리된 후의 7000계 알루미늄 합금판의 조직인, 등축인 재결정 조직과는 완전히 다르다. 바꾸어 말하면, 이와 같은 통상의 등축인 재결정 조직에서는, Cube 방위를 갖는 결정립이 주체로 되어, Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률은 필연적으로 30％ 미만으로 된다. 또한, 평균 결정립경이 필연적으로 15㎛를 초과하게 된다. 이로 인해, 특히 강도나 내SCC성이 낮아져 버린다.

또한, Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률의 상한은, 제조 한계로부터, 90％ 정도이다. 이론적으로는 100％까지 제조 가능하지만, 이들 방위의 평균 합계 면적률을 증대시키기 위해서는, 후술하는 바와 같이, 한편으로는 냉간 압연율을 증대시킨다. 그러나, 이 냉간 압연율이 너무 높아지면, 판에 가공이 너무 들어가, 변형이 너무 도입되어, 용체화 처리 후의 재결정이 오히려 촉진되고, 조대인 등축의 재결정 조직이 형성된다. 이 재결정 조직의 결정 방위는, Brass 방위, S 방위, Cu 방위와는 다르므로, Brass 방위, S 방위, Cu 방위의 각 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률은 90％를 초과하는 것은, 통상은 일어나기 어렵다. 따라서, Brass 방위, S 방위, Cu 방위의 각 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률은 바람직하게는 90％ 이하로 한다.

집합 조직의 측정:

이들 본 발명에 의해 규정하는 평균 결정립경이나, Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률은, 모두 EBSP법에 의해 측정한다.

판의 조직의 측정 부위는, 통상의 이러한 종류 조직의 측정 부위와 마찬가지로, 이 판의 폭 방향 단면으로 한다. 그리고, 이 판의 폭 방향 단면의 임의의 개소로부터 채취한 5개의 측정 시험편(5개소의 측정 개소)의 각 측정값을 평균화한 것을, 본 발명에 의해 규정하는 평균 결정립경이나, Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률로 한다.

상기 SEM/EBSP법은, 집합 조직의 측정 방법으로서 범용되고, 전계 방출형 주사 전자 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope:FESEM)에, 후방 산란 전자 회절상[EBSP:Electron Back Scattering(Scattered) Pattern] 시스템을 탑재한 결정 방위 해석법이다. 이 측정 방법은, 다른 집합 조직의 측정 방법에 비해, 고분해능이므로 고측정 정밀도이다. 그리고, 이 방법에 의해, 판이 동일한 측정 부위의 평균 결정립경도 동시에 고정밀도로 측정할 수 있는 이점이 있다. 알루미늄 합금판의 집합 조직이나 평균 결정립경의 측정을 EBSP법에 의해 행하는 것 자체는, 종래부터, 예를 들어 일본 특허 공개 제2008-45192호, 특허 제4499369호, 일본 특허 공개 제2009-7617호, 혹은 상기 특허문헌 5, 특허문헌 6 등의 공보에서 공지이며, 본 발명에서도, 이 공지의 방법으로 행한다.

이들 개시된 EBSP법은, 상기 FESEM(FE-SEM)의 경통 내에 세트한 Al 합금판의 시료에, 전자선을 조사해서 스크린 상에 EBSP를 투영한다. 이를 고감도 카메라로 촬영하여, 컴퓨터에 화상으로서 도입한다. 컴퓨터에서는, 이 화상을 해석하여, 기지의 결정계를 사용한 시뮬레이션에 의한 패턴과의 비교에 의해, 결정의 방위가 결정된다. 산출된 결정의 각 방위는 3차원 오일러각으로서, 위치 좌표(x, y) 등과 함께 기록된다. 이 프로세스가 전체 측정점에 대해 자동으로 행해지므로, 측정 종료 시에는 수만 내지 수십만점의 결정 방위 데이터가 얻어진다.

이와 같이, SEM/EBSP법에는, 투과 전자 현미경을 사용한 전자선 회절법보다도, 관찰 시야가 넓고, 수백개 이상의 다수의 결정립에 대한, 평균 결정립경, 평균 결정립경의 표준 편차, 혹은 방위 해석의 정보를, 수시간 이내로 얻어지는 이점이 있다. 또한, 결정립마다의 측정이 아니라, 지정한 영역을 임의의 일정 간격으로 주사하여 측정하기 때문에, 측정 영역 전체를 망라한 상기 다수의 측정 포인트에 관한, 상기 각 정보를 얻을 수 있는 이점도 있다. 이들 FESEM에 EBSP 시스템을 탑재한 결정 방위 해석법의 상세는, 고베 제강 기보/Vol.52 No.2(Sep.2002) P66-70 등에 상세하게 기재되어 있다.

여기서, 알루미늄 합금판의 경우, 통상은, 이하에 나타내는 바와 같은 Cube 방위, Goss 방위, Brass 방위(이하, B 방위라고도 함), Cu 방위(이하, Copper 방위라고도 함), S 방위 등이라고 불리는 많은 방위 인자(이들 각 방위를 갖는 결정립)로 이루어지는 집합 조직을 형성하고, 그들에 따른 결정면이 존재한다. 이 사실은, 예를 들어 나가시마 신이치 편저, 「집합 조직」(마루젠 가부시끼가이샤 발간)이나 경금속 학회 「경금속」해설 Vol.43, 1993, P285-293 등에 기재되어 있다.

이들 집합 조직의 형성은 동일한 결정계의 경우에서도 가공, 열처리 방법에 의해 다르다. 압연에 의한 판재의 집합 조직의 경우는, 압연면과 압연 방향으로 표현되어 있고, 압연면은 {ABC}로 표현되고, 압연 방향은 <DEF>로 표현된다(ABCDEF는 정수를 나타냄). 이러한 표현에 기초해서, 각 방위는 하기와 같이 표현된다.

Cube 방위 {001} <100>

Goss 방위 {011} <100>

Rotated-Goss 방위 {011} <011>

Brass 방위(B 방위) {011} <211>

Cu 방위(Copper 방위) {112} <111>

(혹은 D 방위 {4411} <11118>

S 방위 {123} <634>

B/G 방위 {011} <511>

B/S 방위 {168} <211>

P 방위 {011} <111>

본 발명에 있어서는, 기본적으로, 이들 결정면으로부터 ±5° 미만의 방위의 어긋남(경사각)의 것은 동일한 결정면(방위 인자)에 속하는 것으로 한다. 또한, 인접하는 결정립의 방위차(경사각)가 5° 이상의 결정립의 경계를 결정립계라고 정의한다.

그리고, 상기한 FESEM에 EBSP 시스템을 탑재한 결정 방위 해석법을 사용해서, 상기 판의 집합 조직을 측정하여, 본 발명에 의해 규정한 Brass 방위, S 방위, Cu 방위의 각 결정 방위의 평균 합계 면적률의 산출을 행했다. 이때, 상기 기재한 Cube 방위로부터 P 방위까지의 각 결정 방위(전체 결정 방위)의 합계의 면적을 100으로 하여, 본 발명에 의해 규정한 각 방위의 합계 면적률 산출을 행했다.

또한, 상기 평균 결정립경도, 경사각이 5° 이상의 입계로 측정, 산출한다. 바꾸어 말하면, 본 발명에서는, ±5° 미만의 방위의 어긋남은 동일한 결정립에 속하는 것으로 정의하고, 인접하는 결정립의 방위차(경사각)가 5° 이상의 결정립의 경계를 결정립계로 정의한 후에, 평균 결정립경을 이하의 식에 의해 산출했다. 평균 결정립경=(Σx)/n(여기서, n은 측정한 결정립의 수, x는 각각의 결정립경을 나타냄).

이들 측정 시에는, 대상으로 되는 용체화 처리 후의 냉연판의 폭 방향 단면을 기계 연마하고, 또한, 버프 연마에 이어서 전해 연마하여, 표면을 제조한 시료를 준비했다. 그 후, FESEM을 사용해서, EBSP에 의한 결정 방위 측정 및 결정립경 측정을 행했다. EBSP 측정ㆍ해석 시스템은, EBSP:TSL사제(OIM)를 사용했다.

(제조 방법)

본 발명에 있어서의 7000계 알루미늄 합금 압연판의 제조 방법에 대해, 이하에 구체적으로 설명한다.

본 발명에서는, 7000계 알루미늄 합금 압연판의 통상의 제조 공정에 의한 제조 방법으로 제조 가능하다. 즉, 주조(DC 주조법이나 연속 주조법), 균질화 열처리, 열간 압연의 통상의 각 제조 공정을 거쳐서 제조되고, 판 두께가 1.5 내지 5.0㎜인 알루미늄 합금 열연판으로 된다. 이 단계에서 제품판으로 해도 좋고, 또한 냉간 압연 전 혹은 냉간 압연의 중도에서 1회 또는 2회 이상의 중간 어닐링을 선택적으로 행하면서, 더욱 냉간 압연하여, 판 두께가 3㎜ 이하의 냉연판의 제품판으로 해도 좋다.

또한, 본 발명에서는, 7000계 알루미늄 합금판의 통상의 제조 공정에 의한 제조 방법으로 제조 가능하다. 즉, 주조(DC 주조법이나 연속 주조법), 균질화 열처리, 열간 압연의 통상의 각 제조 공정을 거쳐서 제조되고, 판 두께가 1.5 내지 5.0㎜인 알루미늄 합금 열연판으로 된다. 계속해서, 냉간 압연되어 판 두께가 3㎜ 이하의 냉연판으로 된다. 이때, 냉간 압연전 혹은 냉간 압연의 중도에 있어서 1회 또는 2회 이상의 중간 어닐링을 선택적으로 행해도 좋다.

(용해, 주조 냉각 속도)

우선, 용해, 주조 공정에서는, 상기 7000계 성분 조성 범위 내에 용해 조정된 알루미늄 합금 용탕을, 연속 주조법, 반연속 주조법(DC 주조법) 등의 통상의 용해 주조법을 적절히 선택해서 주조한다.

(균질화 열처리)

계속해서, 상기 주조된 알루미늄 합금 주괴에, 열간 압연에 앞서서, 균질화 열처리를 실시한다. 이 균질화 열처리(균열 처리)는 조직의 균질화, 즉, 주괴 조직 중의 결정립 내의 편석을 없애는 것을 목적으로 한다. 균질화 열처리 조건은, 바람직하게는 400 내지 550℃ 정도의 온도에서, 2시간 이상의 균질화 시간의 범위로부터 적절히 선택된다.

(열간 압연)

열간 압연은, 열연 개시 온도가 고상선 온도를 초과하는 조건에서는, 버닝이 일어나므로 열연 자체가 곤란해진다. 또한, 열연 개시 온도가 350℃ 미만에서는 열연 시의 하중이 너무 높아져, 열연 자체가 곤란해진다. 따라서, 열연 개시 온도는 350℃ 내지 고상선 온도의 범위로부터 선택해서 열간 압연하고, 2 내지 7㎜ 정도의 판 두께의 열연판으로 한다. 이 열연판의 냉간 압연 전의 어닐링(거친 어닐링)은 반드시 필요하지 않지만 실시해도 좋다.

(냉간 압연)

냉간 압연에서는, 상기 열연판을 압연하여, 1 내지 3㎜ 정도의 원하는 최종 판 두께의 냉연판(코일도 포함함)에 제작한다. 냉간 압연 패스간에서 중간 어닐링을 행해도 좋다.

단, 냉연율은, 평균 결정립경을 15㎛ 이하로 한 섬유상의 미세 조직으로 하고, Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률이 30％ 이상인 집합 조직으로 하기 위해 중요해진다. 이로 인한 바람직한 냉연율은 30％ 이상, 95％ 이하의 범위이다.

냉연율이 30％ 미만으로 너무 작은 것은, 판에 가공이 들어가지 않고, 변형이 도입되지 않으므로, 가공 조직으로 되지 않고, 용체화 처리 후의 조직이 등축인 재결정 조직이 된다. 이로 인해, 용체화 처리 후의 조직을, 평균 결정립경이 15㎛ 이하인 섬유상의 미세 조직으로 할 수 없다. 또한, Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률이 30％ 이상인 집합 조직으로 할 수 없다. 이 결과, 강도나 내SCC성이 저하된다.

한편, 냉연율이 95％를 초과하여 너무 커져도, 판에 가공이 너무 들어가, 변형이 너무 도입되어, 용체화 처리 후의 재결정이 오히려 촉진되고, 조대한 등축의 재결정 조직이 된다. 이로 인해, 역시, 용체화 처리 후의 조직을, 평균 결정립경이 15㎛ 이하인 섬유상의 미세 조직으로 할 수 없다. 또한, Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률이 30％ 이상인 집합 조직으로 할 수 없다. 이 결과, 역시 강도나 내SCC성이 저하된다.

(용체화 처리)

냉간 압연 후는 조질로 해서 용체화 처리를 행한다. 이 용체화 처리에 대해서는, 통상의 연속 열처리 라인에 의한 가열, 냉각이어도 좋고, 특별히 제한은 되지 않는다. 단, 각 원소의 충분한 고용량을 얻는 것이나 결정립의 미세화를 위해서는, 450 내지 550℃의 용체화 처리 온도로 하는 것이 바람직하다.

용체화 처리 시의 가열(승온) 속도는 평균적으로 0.01℃/s 이상, 100℃/s 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다. 평균 가열 속도가 0.01℃/s 미만으로 너무 작은 것은, 조대한 결정립이 생겨, 용체화 처리 후의 조직을, 평균 결정립경이 15㎛ 이하인 섬유상의 미세 조직으로 할 수 없다. 또한, 경사각 15°를 초과하는 대경사각 입계의 평균 비율이 15 내지 50％이고, 경사각 5 내지 15°의 소경사각 입계의 평균 비율이 15％ 이상인 조직으로 할 수 없다. 이 결과, 강도나 내SCC성이 저하된다. 한편, 용체화 처리로의 설비 능력의 한계로부터, 평균 가열 속도는 100℃/s를 넘어 크게는 할 수 없다.

또한, 용체화 처리 후의 평균 냉각(강온) 속도는 1℃/s 이상, 500℃/s 이하로 하는 것이 바람직하다. 평균 냉각 속도가 1℃/s 미만으로 너무 작은 것은, 조대한 재결정이 생겨, 용체화 처리 후의 조직을, 평균 결정립경이 15㎛ 이하인 섬유상의 미세 조직으로 할 수 없다. 또한, 경사각 15°를 초과하는 대경사각 입계의 평균 비율이 15 내지 50％이고, 경사각 5 내지 15°의 소경사각 입계의 평균 비율이 15％ 이상인 조직으로 할 수 없다. 그리고, 강도나 성형성을 저하시키는 조대한 입계 석출물도 형성된다. 이 결과, 강도나 내SCC성이 저하된다.

한편, 용체화 처리로의 설비 능력의 한계로부터, 평균 냉각 속도는 500℃/s를 넘어 크게는 할 수 없다. 이 냉각 속도를 확보하기 위해, 용체화 처리 후의 냉각은 팬 등의 공냉, 미스트, 스프레이, 침지 등의 수냉 수단 등, 강제적인 냉각 수단이나 조건을 각각 선택해서 사용한다. 덧붙여서 말하면, 용체화 처리는 기본적으로 1회뿐이지만, 실온 시효가 장시간화되어 재료의 강도가 높아진 경우 등에는, 성형성의 확보 때문에, 용체화 처리를 상기 바람직한 조건에 의해 다시 실시하여, 이 너무 진행한 실온 시효 경화를 일단 캔슬해도 좋다.

또한, 용체화 처리 시의 가열(승온) 속도는 평균적으로 0.01℃/s 이상, 100℃/s 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다. 평균 가열 속도가 0.01℃/s 미만으로 너무 작은 것은, 조대한 결정립이 생겨, 용체화 처리 후의 조직을, 평균 결정립경이 15㎛ 이하인 섬유상의 미세 조직으로 할 수 없다. 또한, Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률이 30％ 이상인 집합 조직으로 할 수 없다. 이 결과, 강도나 내SCC성이 저하된다. 한편, 용체화 처리로의 설비 능력의 한계로부터, 평균 가열 속도는 100℃/s를 넘어 크게는 할 수 없다.

또한, 용체화 처리 후의 평균 냉각(강온) 속도는 특별히 상관없지만, 용체화 처리 후의 냉각은, 팬 등의 공냉, 미스트, 스프레이, 침지 등의 수냉 수단 등, 강제적인 냉각 수단이나 조건을 각각 선택해서 사용한다. 덧붙여서 말하면, 용체화 처리는 기본적으로 1회뿐이지만, 실온 시효 경화가 너무 진행된 경우 등에는, 자동차 부재에의 성형성의 확보 때문에, 용체화 처리를 상기 바람직한 조건에 의해 다시 실시하여, 이 너무 진행된 실온 시효 경화를 일단 캔슬해도 좋다.

그리고, 본 발명의 알루미늄 합금판은, 소재로서, 자동차 부재에 성형 가공되어, 자동차 부재로서 조립된다. 또한, 자동차 부재에 성형 가공된 후에, 별도 인공 시효 경화 처리되어, 자동차 부재 혹은 자동차 차체가 된다.

인공 시효 경화 처리:

본 발명의 7000계 알루미늄 합금판은, 상기 인공 시효 경화 처리에 의해 자동차 부재로서의 원하는 강도로 된다. 이 인공 시효 경화 처리를 행하는 것은, 소재 7000계 알루미늄 합금판의 자동차 부재에의 성형 가공 후가 바람직하다. 인공 시효 경화 처리 후의 7000계 알루미늄 합금판은 강도는 높아지지만, 성형성은 저하되어 있고, 자동차 부재의 형상의 복잡화에 따라서는 성형할 수 없는 경우도 생기기 때문이다.

이 인공 시효 경화 처리의 온도나 시간의 조건은, 원하는 강도나 소재의 7000계 알루미늄 합금판의 강도, 혹은 실온 시효의 진행 정도 등으로부터 자유롭게 결정된다. 덧붙여서 말하면, 인공 시효 경화 처리의 조건을 예시하면, 1단의 시효 처리이면, 100 내지 150℃에서의 시효 처리를 12 내지 36시간(과시효 영역을 포함함) 행한다. 또한, 2단의 공정에 있어서는, 1단째의 열 처리 온도가 70 내지 100℃의 범위에서 2시간 이상, 2단째의 열 처리 온도가 100 내지 170℃의 범위에서 5시간 이상의 범위(과시효 영역을 포함함)로부터 선택한다.

<실시예>

하기 표 1에 나타내는 각 성분 조성의 7000계 알루미늄 합금의 냉연판의 조직을 다양하게 바꾼 것에 대해, 강도 등의 기계적인 특성과 내SCC성과의 관계를 평가했다. 이 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

또한, 하기 표 3에 나타내는 각 성분 조성의 7000계 알루미늄 합금의 냉연판의 집합 조직을 다양하게 바꾼 것에 대해, 강도 등의 기계적인 특성과 내SCC성과의 관계를 평가했다. 이 결과를 하기 표 4에 나타낸다.

냉연판의 조직은, 주로, 표 2에 나타내는, 용체화 처리 시의 평균 가열 속도와 평균 냉각 속도를 제어했다. 구체적으로는, 각 예 모두 공통적으로, 하기 표 1에 나타내는 각 성분 조성의 7000계 알루미늄 합금 용탕을 DC 주조하고, 45㎜ 두께×220㎜ 폭×145㎜ 길이의 주괴를 얻었다. 이 주괴를 470℃×4시간의 균질화 열 처리 후에, 이 온도를 개시 온도로서 열간 압연을 행하고, 판 두께 5.0㎜의 열연판을 제조했다. 이 열연판을, 거친 어닐링(어닐링)하는 일 없이 또한 패스간에서의 중간 어닐링 없이 냉간 압연하여, 공통적으로 판 두께 2.0㎜의 냉연판으로 했다.

또한, 냉연판의 집합 조직은, 주로, 표 4에 나타내는 냉연율과 용체화 처리 시의 평균 가열 속도를 제어했다. 구체적으로는, 각 예 모두 공통적으로, 하기 표 3에 나타내는 각 성분 조성의 7000계 알루미늄 합금 용탕을 DC 주조하고, 45㎜ 두께×220㎜ 폭×145㎜ 길이의 주괴를 얻었다. 이 주괴를 470℃×4시간의 균질화 열 처리 후에, 이 온도를 개시 온도로서 열간 압연을 행하고, 냉연율을 바꾸기 위해 판 두께 2.5 내지 25㎜의 열연판을 제조했다. 이 열연판을, 거친 어닐링(어닐링)하는 일 없이 또한 패스간에서의 중간 어닐링 없이 냉간 압연하여, 공통적으로 판 두께 2.0㎜의 냉연판으로 했다.

이 냉연판을, 표 1에 나타내는 각 예 모두 공통적으로 500℃×30초의 용체화 처리를 실시했지만, 이 용체화 처리 온도에의 평균 가열(승온) 속도와, 이 온도로부터의 평균 냉각(강온) 속도는, 표 2에 나타내는 바와 같이 다양하게 조절했다. 이 용체화 처리 후의 알루미늄 합금판으로 시험편을 채취해서 조직을 이하와 같이 하여 조사했다. 이 결과를 각각 표 2에 나타낸다.

또한, 이 냉연판을, 표 3에 나타내는 각 예 모두 공통적으로 500℃×30초의 용체화 처리를 실시했지만, 이 용체화 처리 온도에의 평균 가열(승온) 속도와, 이 온도로부터의 평균 냉각(강온) 속도는, 표 4에 나타내는 바와 같이 다양하게 조절했다. 또한, 용체화 처리 후의 평균 냉각(강온) 속도는 각 예 모두 공통적으로 50 내지 80℃/s로 했다. 이 용체화 처리 후의 알루미늄 합금판으로부터 판상 시험편을 채취해서 집합 조직을 이하와 같이 하여 조사했다. 이 결과를 각각 표 4에 나타낸다.

(결정립계의 평균 비율, 평균 결정립경)

상기 용체화 처리 후의 시험편의 평균 결정립경과 결정립계의 평균 비율의 측정은, 판의 폭 방향 단면의 조직을 상기한 측정 방법에 의해 행했다.

(집합 조직, 평균 결정립경)

상기 용체화 처리 후의 판상 시험편의 집합 조직, 평균 결정립경의 측정은, 판의 폭 방향 단면의 조직을 상기한 측정 방법에 의해 행했다.

그리고, TSL사제 EBSP 측정ㆍ해석 시스템(OIM)을 탑재한, 니혼덴시사제 SEM(JEOL JSM 6500F)을 사용해서, 이 조직에 있어서의 입계의 비율(％)과 평균 결정립경(㎛)의 측정을 행했다. 각 예 모두, 이 측정을, 상기한 바와 같이, 판의 폭 방향 단면의 임의의 개소로부터 채취한 시험편 5개에 대해 각각 행하고, 이들 측정값을 각각 평균화했다. 각 시험편의 측정 영역은 공통적으로 압연 방향에 평행한 단면의 압연 방향 400㎛×최표층으로부터 판 두께 방향 100㎛의 영역으로 하고, 측정 스텝 간격도 공통적으로 0.4㎛로 했다.

또한, TSL사제 EBSP 측정ㆍ해석 시스템(OIM)을 탑재한, 니혼덴시사제 SEM(JEOL JSM 6500F)을 사용해서, 이 집합 조직에 있어서의 Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률(％)과 평균 결정립경(㎛)의 측정을 행했다. 각 예 모두, 판의 폭 방향 단면의 임의의 개소로부터 채취한 시험편 5개에 대해 각각 행하고, 이들 측정값을 각각 평균화했다. 각 시험편의 측정 영역은 공통적으로 압연 방향에 평행한 단면의 압연 방향 400㎛×최표층으로부터 판 두께 방향 100㎛의 영역으로 하고, 측정 스텝 간격도 공통적으로 0.4㎛로 했다.

또한, 자동차 부재에의 성형 가공 후의 인공 시효 경화 처리를 모의하여, 이 용체화 처리 후의 알루미늄 합금판을, 120℃×24시간이 공통되는 조건에서, 인공 시효 경화 처리를 행했다. 이렇게 하여 얻어진 인공 시효 경화 처리 후의 알루미늄 합금판의 임의의 개소로부터 시험편을 채취해서, 기계적 특성이나 내식성을 이하와 같이 하여 조사했다. 이 결과도 각각 표 2 및 표 4에 나타낸다.

(기계적 특성)

각 예 모두 상기 인공 시효 경화 처리 후의 시험편 압연 직각 방향의 실온 인장 시험을 행하고, 인장 강도(㎫), 0.2％ 내력(㎫), 전체 신장(％)을 측정했다. 실온 인장 시험은 JIS2241(1980)에 기초해서, 실온 20℃에서 시험을 행했다. 인장 속도는 5㎜/분으로, 시험편이 파단될 때까지 일정한 속도로 행했다.

(미세 석출물)

표 1에 나타내는 각 예 모두, 참고로 하여, 배율 300000배의 투과형 전자 현미경으로 관찰하고, 결정립 내의 2.0 내지 20㎚의 사이즈의 석출물 평균 수밀도(개/㎛²)를 측정했다. 또한, 표 3에 나타내는 각 예 모두, 참고로 하여, 상기 인공 시효 경화 처리 후의 판상 시험편의 동일한 표면으로부터 판 두께 중심인 1/2t 깊이부의 단면을, 배율 300000배의 투과형 전자 현미경에 의해 관찰하고, 결정립 내의 2.0 내지 20㎚의 사이즈의 석출물 평균 수밀도(개/㎛²)를 측정했다. 이 관찰을 시험편 5개에 대해 행하고, 결정립 내의 2.0 내지 20㎚의 사이즈의 석출물의 수밀도를 각각 구하여, 평균화(평균 수밀도로)한 결과, 각 발명예 모두, 2.0 내지 20㎚의 사이즈의 석출물의 수밀도는 평균적으로 2 내지 9×10⁴개/㎛³의 범위이었다. 여기서, 석출물의 사이즈는, 면적이 등가인 원의 직경으로 환산해서 측정했다.

(내SCC성)

상기 인공 시효 경화 처리 후의 시험편 내SCC성을 평가하기 위해, 크롬산 촉진법에 의한 내응력 부식 균열 시험을 행했다. 압연 직각 방향으로 4％의 변형의 부하를 시험편에 가해, 120℃×24시간의 시효 경화 처리를 행한 후, 90℃의 시험 용액에 최대 10시간까지 침지하고, SCC를 육안으로 관찰했다. 또한, 응력 부하는 지그의 볼트ㆍ너트를 조임으로써 시험편의 외표면에 인장 응력을 발생시켜, 부하 변형은 이 외표면에 접착한 변형 게이지에 의해 측정했다. 또한, 시험 용액은 증류수에 산화크롬 36g, 2크롬산 칼륨 30g 및 염화나트륨 3g(1리터당)을 첨가해서 제작했다. SCC가 발생하지 않았던 것을 ○, 10시간까지 SCC가 발생한 것을 ×로 평가했다.

표 1, 2로부터 명백해진 바와 같이, 각 발명예는, 본 발명의 알루미늄 합금 조성의 범위 내이며, 냉연율 및 용체화 처리 시의 평균 가열 속도와 평균 냉각 속도가 상기한 바람직한 범위 내에서 제조되어 있다. 이 결과, 용체화 처리 후의 조직으로서, 평균 결정립경이 15㎛ 이하임과 함께, 경사각 5 내지 15°의 소경사각 입계의 평균 비율이 15％ 이상이고, 또한 경사각 15°를 초과하는 대경사각 입계의 평균 비율이 15 내지 50％인 조직을 갖고 있다. 이 결과, 상기 인공 시효 처리 후의 0.2％ 내력이 350㎫ 이상, 바람직하게는 400㎫ 이상이며, 내SCC성에도 우수하다. 여기서, 전체 신장은 자동차 부재용으로서 13.0％ 이상이 바람직하다.

이에 대해, 각 비교예는, 합금 조성이 표 1과 같이, 본 발명의 범위로부터 벗어난다. 비교예 7은 Zn이 하한에서 벗어난다. 비교예 8은 Mg가 하한에서 벗어난다. 비교예 9는 Cu가 상한을 초과하고 있으므로, 열연 중에 대폭적인 균열이 발생해서 제조를 중단했다. 비교예 10은 Zr이 상한에서 벗어난다. 이로 인해, 이들 비교예는, 바람직한 제조 방법으로 제조되고, 본 발명에 의해 규정하는 용체화 처리 후의 집합 조직은 충족하지만, 강도가 너무 낮다.

또한, 비교예 11, 12는, 합금 조성은 표 1과 같이, 본 발명의 범위 내이지만, 용체화 처리 시의 평균 가열 속도와 평균 냉각 속도가 너무 작은 것 등, 적절하지 않으며, 용체화 처리 후의 조직이, 본 발명에 의해 규정하는 범위로부터 벗어나, 통상의 등축인 재결정 조직으로 되어 있다. 즉, 평균 결정립경이 15㎛를 초과하고, 경사각 5 내지 15°의 소경사각 입계의 평균 비율이 15％ 미만이고, 또한 경사각 15°를 초과하는 대경사각 입계의 평균 비율이 15％ 미만이다. 이로 인해, 상기 인공 시효 처리 후에서도 고강도화되어 있지 않다.

표 3, 4로부터 명백해진 바와 같이, 각 발명예는, 본 발명의 알루미늄 합금 조성의 범위 내이며, 냉연율 및 용체화 처리 시의 평균 가열 속도와 평균 냉각 속도가 상기한 바람직한 범위 내에서 제조되어 있다. 이 결과, 용체화 처리 후가 조직으로서, 평균 결정립경이 15㎛ 이하임과 함께, Brass 방위, S 방위, Cu 방위의 각 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률이 30％ 이상인 집합 조직을 갖고 있다. 이 결과, 상기 인공 시효 처리 후의 0.2％ 내력이 350㎫ 이상, 바람직하게는 400㎫ 이상이며, 내SCC성에도 우수하다. 여기서, 전체 신장은 자동차 부재용으로서 13.0％ 이상이 바람직하다.

이에 대해, 각 비교예는, 합금 조성이 표 3과 같이, 본 발명의 범위로부터 벗어난다. 비교예 36은 Zn이 하한에서 벗어난다. 비교예 37은 Mg가 하한에서 벗어난다. 비교예 38은 Cu가 상한을 초과하고 있으므로 열연 중에 대폭적인 균열이 발생해서 제조를 중단했다. 비교예 39는 Zr이 상한에서 벗어난다. 이로 인해, 이들 비교예는, 바람직한 제조 방법으로 제조되고, 본 발명에 의해 규정하는 용체화 처리 후의 집합 조직은 충족하지만, 강도가 너무 낮다.

또한, 비교예 40, 41은, 합금 조성은 표 3과 같이, 본 발명의 범위 내이지만, 냉연율이 너무 낮거나, 혹은 용체화 처리 시의 평균 가열 속도와 평균 냉각 속도가 너무 작은 것 등, 각각 적절하지 않으며, 용체화 처리 후의 집합 조직이, 평균 결정립경이 15㎛를 초과함과 함께, Brass 방위, S 방위, Cu 방위의 각 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률이 30％ 미만이다. 이로 인해, 용체화 처리 후의 집합 조직이, 본 발명에 의해 규정하는 범위로부터 벗어나, 통상의 등축인 재결정 조직으로 되어 있다. 이로 인해, 상기 인공 시효 처리 후에서도 고강도화되어 있지 않다.

이상의 결과로부터, 본 발명 알루미늄 합금판이 고강도와 고연성 그리고 내SCC성을 겸비하기 위한 본 발명 각 요건의 임계적인 의의를 뒷받침할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 강도와 내응력 부식 균열성을 겸비한 자동차 부재용 7000계 알루미늄 합금판을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 차체 경량화에 기여하는, 프레임, 필러 등의 자동차 구조 부재나, 이외의 다른 자동차 부재에도 바람직하다.

Claims

질량％로, Zn:3.0 내지 8.0％, Mg:0.5 내지 4.0％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Al-Zn-Mg계 알루미늄 합금판이며, 평균 결정립경이 15㎛ 이하임과 함께, 경사각 5 내지 15°의 소경사각 입계의 평균 비율이 15％ 이상이고, 또한 경사각 15°를 초과하는 대경사각 입계의 평균 비율이 15 내지 50％인 조직을 갖는 것을 특징으로 하는, 자동차 부재용 알루미늄 합금판.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄 합금이, 질량％로, Cu:0.05 내지 0.6％, Ag:0.01 내지 0.15％ 중 1종 또는 2종을 더 포함하는, 자동차 부재용 알루미늄 합금판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 알루미늄 합금이, 질량％로, Mn:0.05 내지 0.3％, Cr:0.03 내지 0.2％, Zr:0.03 내지 0.3％ 중 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는, 자동차 부재용 알루미늄 합금판.
질량％로, Zn:3.0 내지 8.0％, Mg:0.5 내지 4.0％를 포함하고, 잔량부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 Al-Zn-Mg계 알루미늄 합금판이며, 평균 결정립경이 15㎛ 이하임과 함께, Brass 방위, S 방위, Cu 방위를 갖는 결정립의 평균 합계 면적률이 30％ 이상인 집합 조직을 갖는 것을 특징으로 하는, 자동차 부재용 알루미늄 합금판.
제4항에 있어서,
상기 알루미늄 합금이, 질량％로, Cu:0.05 내지 0.6％, Ag:0.01 내지 0.15％ 중 1종 또는 2종을 더 포함하는, 자동차 부재용 알루미늄 합금판.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 알루미늄 합금이, 질량％로, Mn:0.05 내지 0.3％, Cr:0.03 내지 0.2％, Zr:0.03 내지 0.3％ 중 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는, 자동차 부재용 알루미늄 합금판.