KR20180095116A

KR20180095116A - 알루미늄 합금판

Info

Publication number: KR20180095116A
Application number: KR1020187023407A
Authority: KR
Inventors: 히사오 시시도; 가쓰시 마쓰모토; 야스히로 아루가; 사토루 다카다; 다카히로 오자와; 아키히코 다쓰미
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2018-08-24
Also published as: CN106661680A; WO2016031941A1; KR20170038857A; US20170349978A1; CN106661680B; JP2016047948A; JP6315582B2

Abstract

본 발명은, 질량%로, Mg: 0.3∼1.0%, Si: 0.5∼1.5%, Sn: 0.005∼0.2%, Fe: 0.02∼1.0% 및 Mn: 0.02∼0.6%를 각각 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Al-Mg-Si계 알루미늄 합금판으로서, 상기 알루미늄 합금판의 조직으로서, 500배의 SEM에 의해 측정되고, X선 분광 장치에 의해 식별되는 화합물 중, Mn 및 Fe를 함유하고, Sn의 함유량이 1.0질량% 이상이고, 또한 원상당 직경이 0.3∼20μm의 범위인 Sn 화합물의 평균 수밀도가 500∼3000개/mm²의 범위임과 더불어, 상기 Sn 화합물과 알루미늄 매트릭스의 계면의 길이가, 상기 Sn 화합물의 전체 둘레 길이를 상기 SEM의 측정 면적으로 나눈 값으로서 평균으로 3∼20/mm의 범위인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판에 관한 것이다. 본 발명의 알루미늄 합금판은, 자동차 아우터 패널로서의 실온 시효 후의 성형성이나 BH성의 요구를 클리어함과 더불어, 내사청성도 우수하다.

Description

알루미늄 합금판{ALUMINUM ALLOY SHEET}

본 발명은 Al-Mg-Si계 알루미늄 합금판에 관한 것으로, 특히 성형성, BH성 및 내식성이 우수한 알루미늄 합금판에 관한 것이다. 본 발명에서 말하는 알루미늄 합금판이란, 열간 압연판이나 냉간 압연판 등의 압연판으로서, 용체화 처리 및 담금질 처리 등의 조질이 실시된 후이고, 베이킹 도장 경화 처리되기 전의 알루미늄 합금판을 말한다. 또한, 이하의 기재에서는 알루미늄을 알루미 또는 Al이라고도 말한다.

근년, 지구 환경 등에 대한 배려로 인해, 자동차 등의 차량의 경량화의 사회적 요구는 더욱 더 높아지고 있다. 이러한 요구에 부응하도록, 자동차 패널, 특히 후드, 도어, 루프 등의 대형 보디 패널(아우터 패널, 이너 패널)의 재료로서, 강판 등의 철강 재료 대신에, 성형성이나 베이킹 도장 경화성이 우수한, 보다 경량인 알루미늄 합금재의 적용이 증가하고 있다.

이 자동차의 대형 보디 패널 구조체 중, 후드, 펜더, 도어, 루프, 트렁크 리드 등의 아우터 패널(외판)에도, 박육 및 고강도 알루미늄 합금판으로서, Al-Mg-Si계의 AA 내지 JIS 6000계 알루미늄 합금판의 사용이 검토되고 있다.

상기 자동차 아우터 패널은, 소재인 6000계 알루미늄 합금판에 대해, 주지하는 바와 같이, 프레스 성형에 있어서의 장출 성형 시나 굽힘 성형 등의 성형 가공이 복합되어 행해져 제작된다. 예를 들면, 후드나 도어 등의 대형의 아우터 패널에서는, 장출 등의 프레스 성형에 의해, 아우터 패널로서의 성형품 형상으로 되고, 이어서, 이 아우터 패널 주연부의 플랫 헴 등의 헴(헤밍) 가공에 의해, 이너 패널과의 접합이 행해져, 패널 구조체로 된다.

이 6000계 알루미늄 합금판은, 우수한 BH성(베이크 하드성)을 갖는다는 이점이 있는 반면에, 실온 시효성을 가져, 용체화 담금질 처리 후의 실온 유지로 시효 경화되어서 강도가 증가하는 것에 의해, 패널로의 성형성이 저하되는 과제가 있었다. 더욱이, 이와 같은 실온 시효가 큰 경우에는, BH성이 저하되어서, 성형 후의 패널의 도장 베이킹 처리 등의 비교적 저온의 인공 시효(경화) 처리 시의 가열에 의해서는, 패널로서의 필요한 강도까지 내력이 향상되지 않게 된다는 문제도 있다.

이에 대한 야금적인 대책은, 종래부터 다수 제안되어 있지만, 그 하나로서, 6000계 알루미늄 합금판에 Sn을 적극적으로 첨가하여, 실온 시효 억제와 BH성 향상을 도모하는 방법이 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는 Sn을 적량 첨가하고, 용체화 처리 후에 예비 시효를 실시함으로써, 실온 시효 억제와 BH성을 겸비하는 방법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 6000계 알루미늄 합금판에 Sn과 성형성을 향상시키는 Cu를 첨가해서, 성형성, 베이킹 도장성, 내식성을 향상시키는 방법이 제안되어 있다.

일본 특허공개 평09-249950호 공보 일본 특허공개 평10-226894호 공보

이들 종래의 Sn을 적극적으로 첨가한 6000계 알루미늄 합금판에는, 자동차의 아우터 패널용의 소재로서, 장시간의 실온 시효 후의 양호한 성형성과 높은 BH성, 그리고 우수한 내사청성

등의 여러 특성을 복합해서 겸비하기 위해서는, 아직 개선의 여지가 있었다.

예를 들면, 내사청성의 향상은 자동차 아우터 패널(실외용의 패널)로서 필수이다. 자동차 아우터 패널은, 도장되어서 사용되지만, 자동차의 주행 환경으로서 해수나 염수 등의 부식 환경(도막하 부식 환경)에 노출된다. 이 때문에, 도막하의 알루미늄 합금판 표면에 사청(실모양 녹)이라고 불리는 석출물이나 개재물을 기점으로 하는, 사상(絲狀)의 녹이 발생, 성장하여, 부재의 강도의 저하나 외관 불량을 일으킨다는 문제가 있다. 따라서, Sn을 첨가한 Al-Mg-Si계 알루미늄 합금판을, 자동차 아우터 패널에 사용하기 위해서는, 우수한 내사청성(실모양 녹 저항성)을 가질 필요가 있다.

종래부터, 6000계 알루미늄 합금판에 있어서도, 내사청성을 향상시키는 모재측의 조성이나 조직 등의 개선 기술은 여러 가지 제안되어 있다. 그러나, Sn을 첨가한 경우의 야금적인 거동은, Sn을 첨가하고 있지 않는 경우에 비해서 상이한 점이 있어, 상기한 종래의 모재측의 개선 기술이, Sn을 첨가한 경우에도 과연 유효한지 여부는 확실하지는 않았다. 따라서, Sn을 적극적으로 첨가한 6000계 알루미늄 합금판의 내사청성을, 성형성이나 BH성 등의 상기 다른 특성과 함께 향상시키기 위해서는, Sn 첨가의 6000계 알루미늄 합금판에 독자적인 개선책의 탐구가 필요해진다.

또한, 상기 성형성에서도, 자동차의 아우터 패널용의 소재 6000계 알루미늄 합금판에 요구되는 과제가, 더욱 더 엄격해지는 경향이 있다. 자동차의 아우터 패널은, 변형이 없는 아름다운 곡면 구성과, 디자인되어 있는 캐릭터 라인을 그대로 실현시키는 것이 필요하다. 이것은, 아우터 패널 독특의 디자인으로부터 오는 문제이며, 아우터 패널에는, 손잡이대나 램프대, 라이선스(넘버 플레이트)대 등의, 기구나 부재를 장착하거나, 휠 아치를 묘사하는, 소정 깊이의 오목부(장출부, 엠보싱부)가 부분적으로 마련된다.

이와 같은 오목부를, 그 오목부 형상 주위의 연속된 곡면을 포함시켜서 프레스 성형하는 경우, 강판보다도 성형성이 뒤떨어지는 6000계 알루미늄 합금판에서는, 면 변형이 발생하기 쉬워, 상기한 변형이 없는 아름다운 곡면 구성과 캐릭터 라인을 실현시키는 것이 어렵다. 따라서, 6000계 알루미늄 합금판에서는, 자동차 아우터 패널로의 성형 시에, 이 면 변형의 발생을 억제하는 것이 필수가 된다. 이와 같은 면 변형의 문제는, 상기한 오목부(장출부)만의 문제는 아니고, 도어 아우터 패널의 안장형부, 프론트 펜더의 종벽부, 리어 펜더의 윈드 코너부, 트렁크 리드나 후드 아우터의 캐릭터 라인의 소멸부, 리어 펜더 필러의 부근부 등, 면 변형을 일으키는 오목부(장출부)를 일부에 갖는, 자동차 패널에 공통되는 과제이다.

이와 같은 과제에 대해서, 상기 면 변형의 발생을 억제하기 위해서는, 프레스 성형될 때의(제조 후에 실온 시효한) 6000계 알루미늄 합금판의 0.2% 내력을 낮게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 이와 같이 프레스 성형 시의 내력을 저하시키면, 베이킹 도장 경화 처리(베이크 하드) 후의 고내력을 얻는 것이, 반대로 어려워진다.

본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 자동차 아우터 패널로서의 상기한 실온 시효 후의 성형성이나 BH성의 요구를 클리어함과 더불어, 내사청성도 향상시킨, Sn을 함유하는 6000계 알루미늄 합금판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 알루미늄 합금판의 요지는, 질량%로, Mg: 0.3∼1.0%, Si: 0.5∼1.5%, Sn: 0.005∼0.2%, Fe: 0.02∼1.0% 및 Mn: 0.02∼0.6%를 각각 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Al-Mg-Si계 알루미늄 합금판으로서, 상기 알루미늄 합금판의 조직으로서, 500배의 SEM에 의해 측정되고, X선 분광 장치에 의해 식별되는 화합물 중, Mn 및 Fe를 함유하고, Sn의 함유량이 1.0질량% 이상이고, 또한 원상당 직경이 0.3∼20μm의 범위인 Sn 화합물의 평균 수밀도가 500∼3000개/mm²의 범위임과 더불어, 상기 Sn 화합물과 알루미늄 매트릭스의 계면의 길이가, 상기 Sn 화합물의 전체 둘레 길이를 상기 SEM의 측정 면적으로 나눈 값으로서 평균으로 3∼20/mm의 범위인 것으로 한다.

Sn은 6000계 알루미늄 합금판의 조직에 있어서, 실온 상태에서는 원자 공공을 포획(포착, 트랩)하는 작용이 있다. 이 Sn의 작용에 의해, 실온에서의 Mg나 Si의 확산이 억제되어서, 실온 시효(경화)가 억제되고 강도 증가가 억제되어, 판의 패널로의 성형 시에, 헴 가공성이나 드로잉 가공이나 장출 가공 등의 프레스 성형성이 향상되는 효과가 초래된다. 한편으로, 패널의 도장 베이킹 처리 등의 인공 시효 처리 시에는, Sn은 포획하고 있던 공공을 방출하기 때문에, 반대로 Mg나 Si의 확산을 촉진하여, BH성을 높게 할 수 있다는 효과도 갖는다.

단, 본 발명자들의 지견에 의하면, 이들 Sn의 원자 공공의 포획이나 방출 효과는, Sn이 매트릭스에 고용되어 있어서 비로소 발휘된다. 그러나, Sn의 매트릭스에 대한 고용량은 극히 적어(낮아), 통상의 판의 제조 방법에서는, Sn의 첨가량을 이론 고용량 이하로 억제했다고 해도, 그 대부분이 고용되지 않고, 화합물로서 정출 또는 석출되어 버린다. 이와 같이 화합물로서 정출 또는 석출된 Sn에는, 후술하는 내사청성의 향상 효과는 있지만, 원자 공공의 포획이나 방출 효과가 없다.

이 때문에, 본 발명에서는, 판의 제조 방법도 굳이 재검토한 뒤에, 후술하는 바와 같이, 균열 처리 등의 제조 조건을 고안하여, 특정 조성과 사이즈의 Sn 함유 화합물의 수밀도를 제어해서, 함유하는 Sn의 고용과 석출의 밸런스를 제어하고, Sn의 고용량도 확보한다. 그리고, 고용 Sn의 원자 공공의 포획이나 방출 효과나, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 존재에 의한 효과를 발휘시켜서, 시효를 억제하여, 성형성이나 BH성의 향상을 도모한다. 즉, 제조된 판의 실온 시효 후의 특성으로서, 자동차 아우터 패널로의 프레스 성형 시(베이킹 도장 전)의 내력을 110MPa 이하, 헴 가공성이 실시예에서 후술하는 기준으로 2.0 이하, 또한 자동차 아우터 패널로서 185℃×20분의 베이킹 도장 조건에 의한 인공 시효 경화량(BH성)을 100MPa 이상으로 한다.

그 한편으로, 본 발명은, 내사청성의 향상을 위해서, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 알루미늄 매트릭스와의 계면이 많아(길어)지도록 석출 또는 정출시킨다. 이에 의해, Sn을 함유하고 있지 않는 화합물과 매트릭스의 계면을 적게(짧게) 할 수 있어, 양호한 내사청성을, 성형성, BH성과 함께 겸비하는 6000계 알루미늄 합금판을 제공할 수 있다.

이하에, 본 발명의 실시형태에 대하여, 요건마다 구체적으로 설명한다.

(화학 성분 조성)

우선, 본 발명의 Al-Mg-Si계(이하, 6000계라고도 말함) 알루미늄 합금판의 화학 성분 조성에 대해서, 이하에 설명한다. 본 발명이 대상으로 하는 6000계 알루미늄 합금판은, 자동차의 아우터 패널용의 판으로서, 상기 실온 시효 후의, 우수한 성형성이나 BH성, 내사청성 등의 여러 특성이 요구된다.

이와 같은 요구를 만족하기 위해서 필요한 판의 특성으로서, 판 제조 후에 T6 등의 조질한 후에 30일간 실온 시효 후의 특성으로서, 자동차 아우터 패널로의 프레스 성형 시(베이킹 도장 전)의 내력을 110MPa 이하, 헴 가공성이 실시예에서 후술하는 기준으로 2.0 이하, 또한 자동차 아우터 패널로서 185℃×20분의 베이킹 도장 조건에 의한 인공 시효 경화량(BH성)을 100MPa 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 바람직한 판 특성을 만족하기 위한 합금 조성측에서의 조건으로서, 알루미늄 합금판의 합금 조성은, 6000계 중에서도, 질량%로, Mg: 0.3∼1.0%, Si: 0.5∼1.5%, Sn: 0.005∼0.2%, Fe: 0.02∼1.0% 및 Mn: 0.02∼0.6%를 각각 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 특정 조성으로 한다. 한편, 각 원소의 함유량의 % 표시는 전부 질량%의 의미이다. 또한, 본 명세서에 있어서는, 질량을 기준으로 한 백분율(질량%)은, 중량을 기준으로 한 백분율(중량%)과 동일하다. 또한, 각 화학 성분의 함유량에 대해서, 「X% 이하(단, 0%를 포함하지 않음)」인 것을, 「0% 초과 X% 이하」라고 나타내는 경우가 있다.

여기에서, 상기 합금 조성 중에서도, BH성이 보다 우수한, Si와 Mg의 질량비 Si/Mg가 1 이상인, 과잉 Si형의 6000계 알루미늄 합금판으로 되는 것이 바람직하다.

상기 합금 조성으로서의, Mg, Si, Sn, Fe, Mn 이외의 그 밖의 원소는, 불가피적 불순물이며, AA 내지 JIS 규격 등에 따른 각 원소 레벨의 함유량(허용량)으로 한다. 즉, 자원 리사이클의 관점에서, 본 발명에서도, 합금의 용해 원료로서, 고순도 Al 지금뿐만이 아니라, 6000계 합금이나 그 밖의 알루미늄 합금 스크랩재, 저순도 Al 지금 등을 다량으로 사용한 경우에는, Mg, Si, Sn, Fe, Mn 이외의 그 밖의 원소가 필연적으로 실질량 혼입된다. 그리고, 이들 원소를 굳이 저감하는 정련 자체가 비용 상승이 되어, 본 발명 목적이나 효과를 저해하지 않는 함유 범위에서, 어느 정도의 함유를 허용하는 것이 필요해진다.

구체적으로는, 질량%로, Cr: 0.4% 이하(단 0%를 포함하지 않음), Zr: 0.3% 이하(단 0%를 포함하지 않음), V: 0.3% 이하(단 0%를 포함하지 않음), Ti: 0.1% 이하(단 0%를 포함하지 않음), Cu: 0.4% 이하(단 0%를 포함하지 않음), Ag: 0.2% 이하(단 0%를 포함하지 않음) 및 Zn: 1.0% 이하(단 0%를 포함하지 않음)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

상기 6000계 알루미늄 합금에 있어서의, 각 원소의 함유 범위와 의의, 또는 허용량에 대해서 이하에 차례로 설명한다.

Si: 0.5∼1.5%

Si는 주요 원소로서, 고용 강화와, 도장 베이킹 처리 등의 인공 시효 처리 시에, 강도 향상에 기여하는 Mg-Si계 석출물을 형성해서, 시효 경화능을 발휘하여, 자동차의 아우터 패널로서 필요한 강도(내력)를 얻기 위한 필수의 원소이다. 또한, 패널로의 성형 후의 도장 베이킹 처리에서의 우수한 시효 경화능을 발휘시키기 위해서는, Si/Mg를 질량비로 1.0 이상으로 하고, 일반적으로 말해지는 과잉 Si형보다도 더 Si를 Mg에 대해 과잉으로 함유시킨 6000계 알루미늄 합금 조성으로 하는 것이 바람직하다. Si 함유량이 지나치게 적으면, Mg-Si계 석출물의 생성량이 부족하기 때문에, BH성이 현저하게 저하된다.

한편, Si 함유량이 지나치게 많으면, 조대한 정출물 및 석출물이 결정립 내 및 결정립계에 형성되어서, 굽힘 가공성 및 사청성이 현저하게 저하된다. 따라서, Si는 0.5∼1.5%의 범위로 한다. 더 바람직한 하한값은 0.6%이고, 더 바람직한 상한값은 1.4%이다.

Mg: 0.3∼1.0%

Mg도 주요 원소로서, 고용 강화와, 도장 베이킹 처리 등의 인공 시효 처리 시에, 강도 향상에 기여하는 Mg-Si계 석출물을 형성해서, 시효 경화능을 발휘하여, 패널로서의 필요 내력을 얻기 위한 필수의 원소이다. Mg 함유량이 지나치게 적으면, Mg-Si계 석출물의 생성량이 부족하기 때문에, BH성이 현저하게 저하된다. 이 때문에 패널로서 필요한 내력이 얻어지지 않는다. 한편, Mg 함유량이 지나치게 많으면, 조대한 정출물 및 석출물이 형성되어서, 굽힘 가공성이 현저하게 저하된다. 따라서, Mg의 함유량은 0.3∼1.0%의 범위로 한다. 더 바람직한 하한값은 0.4%이고, 더 바람직한 상한값은 0.8%이다.

Fe: 0.02∼1.0%

Fe는 균열 처리 시 및 열간 압연 시에 Al이나, 다른 Si, Mn, Sn 등과, 본 발명에서 규정하는, Sn을 함유하는 특정 사이즈의 화합물을 특정의 수밀도로 생성시키는 필요 원소이다. 그의 함유량이 지나치게 적으면, Sn을 함유하는 상기 특정 화합물의 생성량이 지나치게 적어지고, Sn을 함유하는 상기 특정 화합물과 매트릭스의 계면이 적어(짧아)져, 사청성을 향상시키는 효과가 작아진다. 한편으로, Fe 함유량이 지나치게 많아지면, 결정립 내 및 결정립계에 Sn을 함유하는 상기 특정 화합물의 생성량이 지나치게 많아져, 헴 가공성 등의 성형성 및 사청성을 열화시킨다.

Mn: 0.02∼0.6%

Mn은 Fe와 마찬가지로, 균열 처리 시 및 열간 압연 시에 Al이나, 다른 Si, Fe, Sn 등과, 본 발명에서 규정하는, Sn을 함유하는 특정 사이즈의 화합물을 특정의 수밀도로 생성시키는 필요 원소이다. 그의 함유량이 지나치게 적으면, Sn을 함유하는 상기 특정 화합물의 생성량이 지나치게 적어지고, Sn을 함유하는 상기 특정 화합물과 매트릭스의 계면이 적어(짧아)져, 사청성을 향상시키는 효과가 작아진다. 한편으로, Mn 함유량이 지나치게 많아지면, 결정립 내 및 결정립계에 Sn을 함유하는 상기 특정 화합물의 생성량이 지나치게 많아져, 헴 가공성 등의 성형성 및 사청성을 열화시킨다.

Sn: 0.005∼0.2%

Sn은 필수의 원소이며, 고용된 상태로, 실온에 있어서 원자 공공을 포획함으로써, 실온에서의 Mg나 Si의 확산을 억제하고, 실온에 있어서의 강도 증가(실온 시효)를 장기에 걸쳐서 억제하여, 이 실온 시효 후의 판의, 패널로의 프레스 성형 시에, 프레스 성형성이나, 특히 헴 가공성을 향상시키는 효과가 있다. 그리고, 한편으로는, 성형된 패널의 도장 베이킹 처리 등의 인공 시효 처리 시에, 포획하고 있던 공공을 방출하기 때문에, 반대로 Mg나 Si의 확산을 촉진하여, BH성을 높게 할 수 있다.

이들 Sn의 효과는, Sn이 고용되어서 비로소 발휘된다. Sn의 함유량이 지나치게 적으면, Sn의 고용량이 줄어들어서, 충분히 공공을 완전히 트랩하지 못하여, 상기 Sn의 실온 시효 억제 효과를 발휘할 수 없다. 이 결과, 실온에 있어서의 강도 증가를 억제할 수 없어, 내력이 높아져서, 헴 가공성이 열화될 뿐만 아니라, BH 처리 시의 Mg-Si계 석출물의 생성량도 감소해서, BH성이 낮아지기 쉽다.

본 발명에서는, 상기 고용시키는 Sn 외에, 한편으로는, 일정량의 Sn을, Sn을 함유하는 화합물로서 석출 또는 정출시켜서, 내사청성을 향상시킨다. 단, Sn의 함유량이 지나치게 적으면, Sn을 함유하는 화합물도 줄어들어 버린다.

따라서, Mn 및 Fe를 함유하는 화합물 중, Sn의 함유량이 1.0질량% 이상이고, 또한 원상당 직경이 0.3∼20μm의 범위인 화합물의 평균 수밀도가 부족하다. 이 결과, 이들 화합물과 알루미늄 매트릭스의 계면의 길이도 부족해서, 내사청성을 향상시킬 수 없다.

단, Sn의 함유량이 지나치게 많더라도, Sn의 고용량에는 한계가 있어, 고용량이 늘어나는 것은 아니다. 또한, Sn의 함유량이 지나치게 많으면, Sn이 입계에 편석되어, 입계 균열의 원인이 되어서, 판의 제조 공정에 있어서의 열연 시에 균열이 생기기 쉬워진다.

따라서, Sn의 함유량은 0.005∼0.2%의 범위로 한다. 더 바람직한 하한값은 0.01%이고, 더 바람직한 상한값은 0.18%이다.

(조직)

다음으로, 본 발명의 6000계 알루미늄 합금판의 조직에 대해서, 이하에 설명한다.

Sn 화합물:

본 발명에서는, 제조 후(조질 후)의 판의 조직으로서, 500배의 SEM에 의해 측정되고, X선 분광 장치에 의해 식별되는, 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물의, 평균 수밀도와 알루미늄 매트릭스의 계면의 양을 규정한다.

이 특정 조성과 사이즈의 Sn의 화합물이란, Mn 및 Fe를 양쪽 함유하거나, 또는 Mn이나 Fe 중 어느 한쪽을 함유하고, Sn의 함유량이 1.0질량% 이상이고, 또한 원상당 직경이 0.3∼20μm의 범위인 Sn 화합물(Sn을 함유하는 화합물)이다.

이와 같은 규정을 만족하는 Sn 화합물의 평균 수밀도를 500∼3000개/mm²의 범위, 바람직하게는 500∼2000개/mm²의 범위로 해서, 고용 Sn의 상기 실온 시효 억제 효과를 발휘시키기 위해서 필요한, Sn의 고용량을 확보한다.

또한, 이와 같은 규정을 만족하는 Sn 화합물과 알루미늄 매트릭스의 계면의 길이를, 이 Sn 화합물의 전체 둘레 길이를 상기 SEM의 측정 면적으로 나눈 값으로서 평균으로 3∼20/mm의 범위, 바람직하게는 평균으로 3∼10/mm의 범위로 한다. 이와 같이, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물의, 알루미늄 매트릭스의 계면이 많아지도록 석출 또는 정출시키는 것에 의해, 내사청성을 저하시키는 Sn을 함유하고 있지 않는 화합물과 매트릭스의 계면을 적게 하여, 내사청성을 향상시킨다.

Sn 화합물의 평균 수밀도:

상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 평균 수밀도가 3000개/mm²를 초과해서 지나치게 많은 경우, Sn의 고용량이 줄어들어서, 상기 Sn의 실온 시효 억제 효과를 발휘할 수 없다. 이 결과, 실온에 있어서의 강도 증가를 억제할 수 없어, 내력이 높아져서, 헴 가공성이 열화될 뿐만 아니라, BH 처리 시의 Mg-Si계 석출물의 생성량도 감소해서, BH성이 낮아지기 쉽다.

그 한편으로, 본 발명은, 내사청성의 향상을 위해서, Sn을 특정 조성과 사이즈의 화합물로 해서, 이 Sn 화합물과 매트릭스의 계면이 많아(길어)지도록, 어느 정도 석출 또는 정출시킨다.

본 발명자들은 Sn의 첨가와 내사청성의 관계를 연구했다. 이 결과, Al-Mg-Si계 알루미늄 합금판의 조직에 있어서는, 일정한 제조 조건하에서, 첨가한 Sn이 조대 화합물에 침투함으로써, 사청의 기점이 되기 어려워진다는 특이한 현상이 일어난다는 것을 지견했다.

여기에서, 조대 화합물이란, 주조나 균열, 열연 처리 중에 생기는, Al-Fe계, Al-Fe-Mn계, Al-Fe-Si계, Al-Fe-Mn-Si계의 금속간 화합물이며, 원상당 직경이 서브 μm∼수십 μm인 비교적 큰 금속간 화합물을 가리킨다. 이들 조대 화합물이 알루미늄 합금 중에 존재하면, 전위적으로 주위의 알루미늄보다도 귀(貴)가 되어, 소위 캐소드 사이트로서 작용한다.

따라서, 이들 조대 화합물과 알루미늄 모재의 계면에서는, 큰 전위차가 생겨, 매우 부식이 진행되기 쉬운 상태가 된다. 이와 같은 부식 현상은, 상기한 자동차 패널과 같이, 알루미늄 합금판(패널) 표면이 수지 피막으로 덮인 상태에 있어서는, 사청(사상으로 연신하는 녹)으로서 나타난다.

이에 비해서, 상기 조대 화합물이 Sn을 함유함으로써, 주위의 알루미늄과의 전위차가 작아지고, 캐소드 사이트로서 작용하기 어려워져, 사청의 기점이 되기 어려워진다. 즉, Sn 화합물과 알루미늄 매트릭스의 계면의 길이를 일정 이상의 범위로 하여, 내사청성을 저하시키는, Sn을 함유하고 있지 않는 화합물과 매트릭스의 계면을 적게 함으로써, 사청성을 향상시킬 수 있다.

이에 의해, 성형성, BH성과 함께, 양호한 내사청성을 겸비시킨다.

따라서, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 평균 수밀도의 규정은, Sn을 일정량(일정 수밀도와 일정 둘레 길이)만 석출 또는 정출시켜서, 내사청성을 향상시키는, Sn의 석출량 또는 정출량의 목표이기도 하다. 상기 특정의 Sn 화합물의 평균 수밀도가 500개/mm² 미만으로 지나치게 적은 경우, Mn 및 Fe를 함유하는 상기 특정의 Sn 화합물 자체가 얻어지지 않아, 내사청성을 향상시킬 수 없다.

Mn 및 Fe를 함유하는 Sn 화합물:

Sn은 상기한 판의 합금 조성에 있어서, 그의 함유하는 Mn 및 Fe와, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물을 형성하므로, 판이 이들 Mn 및 Fe를 함유하지 않으면, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물 자체가 생기지 않는다. 단, 이 Sn 화합물에 있어서의 Mn 및 Fe는, 후술하는 EDX에 의해 검출 가능한 레벨(범위)로 존재하면 그것으로 되고, Sn 화합물에 있어서의 함유량을 각각 정량적으로 규정할 필요는 없다.

Sn 화합물의 Sn 함유량과 사이즈:

또한, Sn 화합물 중에서도, Sn 함유량이 1.0질량% 미만으로 Sn이 지나치게 적은 화합물, 또는 원상당 직경이 0.3μm 미만인 지나치게 작은 화합물이, 아무리, 상기 평균 수밀도, 또는 상기 화합물의 계면의 양을 만족시켜서 존재하고 있었다고 해도, Sn의 고용량의 보증이 되지는 않는다. 그리고, 상기한 성형성이나, BH성, 내사청성 등을 향상시키는 효과가 작다. 따라서, 이들 화합물은, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물로부터는 제외한다.

이 특정 Sn 화합물의 Sn 함유량의 상한은 특별히 규정하지 않지만, 상한값은 제조 한계에서 보아 10질량% 정도이다. 또한, 이 특정 Sn 화합물의 원상당 직경이 20μm를 초과하는, 조대한 화합물이 되면, 균열의 원인이 되어서, 판의 제조 공정에 있어서의 열연 시 등에 균열이 생기기 쉬워진다.

Sn 화합물의 계면의 길이(양):

상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 판 조직에 있어서의 존재 상태로서, 이들 Sn 함유 화합물과 매트릭스의 계면을 길게(많게) 하면, 내사청성이 향상된다. 이들 Sn 함유 화합물과 매트릭스의 계면이 지나치게 적은 경우, 내사청성을 향상시키는 효과가 적어진다. 즉, 이들 Sn 화합물과 알루미늄 매트릭스의 계면의 길이가, 이들 화합물의 전체 둘레 길이(상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물 모두의 둘레 길이의 합계)를 상기 SEM의 측정 면적으로 나눈 값으로서 3/mm 미만인 경우, Sn 화합물과 매트릭스의 계면이 짧아진다. 이 때문에, 내사청성을 저하시키는, Sn을 함유하고 있지 않는 화합물과 매트릭스의 계면이 길어져(많아져), 내사청성을 향상시키는 효과가 적어진다.

한편, 이들 Sn 화합물과 매트릭스의 계면을 20/mm를 초과해서 지나치게 많게 하면, Sn 함유 화합물의 수밀도가 많아지게 되어, 고용 Sn량이 저감하여, 저내력과 높은 BH성이 얻어지지 않게 된다. 이 때문에 Sn 함유 화합물과 매트릭스의 계면은, 이들 화합물의 전체 둘레 길이를 상기 SEM의 측정 면적으로 나눈 값으로서 평균으로 3∼20/mm로 한다. 보다 바람직하게는, 평균으로 3∼10/mm의 범위로 한다.

Sn 화합물의 측정:

원상당 직경이 0.3∼20μm의 범위이고, 1.0질량% 이상의 Sn과, Mn 및 Fe 양쪽을 함유하는 화합물의 수밀도의 측정은, 500배의 SEM(주사형 전자 현미경, Scanning Electron Microscope)에 의해 행한다. 그리고, 이들 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물은, SEM에 부속되는 X선 분광 장치에 의해 식별되어, Sn의 함유량이 1.0질량% 미만이거나, Mn 또는 Fe를 함유하지 않는 화합물과 구별된다. 또한, 상기 SEM에 의해, 상기 범위의 사이즈를 만족시키지 않는 화합물과도 구별된다.

상기 SEM에 의한 측정은, 공시판의 표면으로부터 판 두께 방향 1/4부의 임의의 점, 10개소에 대해서 행하여(시료를 10개 채취하여), 이들 각 시료의, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 수밀도를 평균화해서 평균 수밀도(개/mm²)로 한다. 구체적으로는, 조질 처리 직후의 공시판의 판 두께 방향의 직각 단면에 대하여, 표면으로부터 판 두께 방향 1/4부의 임의의 점을 지나, 판 표면에 평행한 면에 대해서, 500배의 SEM을 이용해서 측정한다. 시료는, 상기 부위로부터 10개 샘플링한 판 단면 시료 표면을 기계 연마해서, 판 표면으로부터 약 0.25mm를 기계 연마에 의해 벗겨내고, 추가로, 버프 연마를 행해서 표면을 조정한 시료를 준비한다. 다음으로, SEM의 반사 전자상을 이용하여, 자동 해석 장치에 의해, 상기 원상당 직경 범위의 화합물의 개수를 측정해서, 수밀도를 산출한다. 측정 부위는 시료 연마 표면, 1시료당 측정 영역은 240μm×180μm로 한다.

X선 분광 장치는, 에너지 분산형 X선 분광법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)에 의한 분석 장치로서 주지이고, 통상 EDX라고 칭해지며, 상기 SEM에 부속되어서, 상기 원상당 직경 범위의 화합물의 조성을 정량 분석한다. 그리고, 상기 원상당 직경 범위의 화합물의 개수의 측정 시에, Sn의 함유량과 Mn과 Fe를 실질적으로 함유하는지 여부로부터, 다른 화합물과 구별된다. 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물만을 식별한다. 본 발명에서는, X선 분광 장치에 의해서도 화합물 중에 Mn이나 Fe를 검출할 수 없는 경우는, Sn의 함유량이 1.0질량% 미만인 경우와 마찬가지로, Mn이나 Fe를 함유하지 않는 화합물로 해서, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물과는 상이한 다른 화합물이라고 간주한다.

또, 상기 SEM의 반사 전자상의 해석으로부터, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 전체 둘레 길이(mm)를 구하고, 이것을 상기 SEM의 측정 면적(SEM의 시야 면적: 240μm×180μm를 mm² 환산)으로 나눈 값(mm/mm²)으로서 알루미늄 매트릭스와의 계면의 길이(/mm)를, 상기 시료수에 의한 평균으로 구한다.

종래 기술과의 차이:

이와 같이, 본 발명의 Sn을 함유한 6000계 알루미늄 합금판은, Sn의 고용 상태의 점, 및 이 고용 상태를 석출 또는 정출시킨 Sn 화합물과 밸런스 잡히게 하고 있다는 점에서, 조직적으로도 특성적으로도, 동일하게(동일한 양) Sn을 함유시킨 6000계 알루미늄 합금판과는 상이하다. 즉, 균열 처리 등의 제조 조건이 다르면, Sn의 고용량이나, Sn의 화합물의 상기 조성이나 수밀도, 그리고 상기 매트릭스와의 계면의 양 등의 존재 형태도 크게 상이하다.

바꾸어 말하면, 통상의 판의 제조 조건(통상적 방법)에서는, Sn이 화합물로서 석출되기 쉬워, 고용량이 현저하게 낮다(적다). 또한, Sn의 화합물의 상기 조성이나 수밀도도 상이하고, 그리고 상기 매트릭스와의 계면도 적어진다. 이 때문에, 동일하게(동일한 양의) Sn을 함유하고 있더라도, 본 발명과 같은 높은 레벨로 실온 시효를 억제함과 더불어, BH성이나 헴 가공성을 향상시키는 효과가 있는 조직이면서, 우수한 내사청성이 얻어지는 조직이 된다고는 할 수 없다.

덧붙여서, 종래의 Sn 함유 6000계 알루미늄 합금판에서는, 이와 같은 Sn의 효과를 충분히 발휘할 수는 없었다. 그 이유는, 종래에는, 주요 원소인 Mg나 Si의 고용이나 석출에는 항상 주목하면서도, 선택적인 첨가 원소의 하나에 지나지 않았던 Sn의 고용이나 석출의 존재 형태에는 그다지 주목하고 있지 않았기 때문이라고 추측된다. 또한, 통상적 방법에 의해 제조된 판의, Sn의 주된 존재 형태는, 화합물로서의 정출 또는 석출(이하, 간단히 석출이라고도 말함)이다. 이와는 달리, 더욱이, Sn을 고용시키는 것 자체가 어렵고, Sn의 고용 상태가 극히 드문 존재 형태이기 때문에, Sn의 고용에 의해 발휘되는 효과에 대해서 지견하기 어려웠기 때문이라고 추측된다.

(제조 방법)

다음으로, 본 발명 알루미늄 합금판의 제조 방법에 대해서 이하에 설명한다. 본 발명 알루미늄 합금판은, 제조 공정 자체는 통상적 방법 또는 공지의 방법이며, 상기 6000계 성분 조성의 알루미늄 합금 주괴를 주조 후에 균질화 열처리하고, 열간 압연, 냉간 압연이 실시되어서 소정의 판 두께가 되고, 추가로 용체화 담금질 등의 조질 처리가 실시되어서 제조된다.

단, 이들 제조 공정 중에서, 제조 후(조질 후)의 판의 조직으로서, 상기 특정의 Sn 함유 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 평균 수밀도를 규정 범위 내로 해서, Sn을 고용시키고, 또한 Sn의 고용과 석출을 밸런스 잡히게 하기 위해서는, 후술하는 바와 같이, 주조 시의 평균 냉각 속도 제어에 더하여, 냉간 압연 도중의 중간 소둔을 규정하는 바람직한 조건으로 한다. 이와 같은 중간 소둔 조건으로 하지 않으면, Sn을 고용시키는 것이 어려워진다.

또, 이에 더하여, 제조 후(조질 후)의 판의 조직으로서, 상기 특정의 Sn 함유 조성과 사이즈의 Sn 화합물과 알루미늄 매트릭스의 계면의 양을 규정 범위 내로 하기 위해서, 균열 처리를 특정의 조건에서의 2단계의 균열 처리를 행한다.

용해, 주조 냉각 속도:

우선, 용해, 주조 공정에서는, 상기 6000계 성분 조성 범위 내로 용해 조정된 알루미늄 합금 용탕을, 연속 주조법, 반연속 주조법(DC 주조법) 등의 통상의 용해 주조법을 적절히 선택해서 주조한다. 여기에서, 본 발명에서 규정하는 바와 같이 Sn을 고용시키기 위해서는, 주조 시의 평균 냉각 속도에 대해서, 액상선 온도로부터 고상선 온도까지를 30℃/분 이상으로, 가능한 한 크게(빠르게) 하는 것이 바람직하다.

이와 같은, 주조 시의 고온 영역에서의 온도(냉각 속도) 제어를 행하지 않는 경우, 이 고온 영역에서의 냉각 속도는 필연적으로 느려진다. 이와 같이 고온 영역에서의 평균 냉각 속도가 느려진 경우, 이 고온 영역에서의 온도 범위에서 조대하게 생성되는 정출물의 양이 많아져서, 주괴의 판 폭 방향, 두께 방향에서의 정출물의 사이즈나 양의 격차도 커진다. 이 결과, 본 발명의 규정 범위로 Sn을 고용시킬 수 없게 될 가능성이 높아진다.

균질화 열처리:

이어서, 상기 주조된 알루미늄 합금 주괴에, 열간 압연에 앞서, 균질화 열처리를 실시한다. 이 균질화 열처리(균열 처리)는, 조직의 균질화, 즉, 주괴 조직 중의 결정립 내의 편석을 없애는 것을 목적으로 한다.

단, 본 발명에서는, 상기 조질 처리 후에 실온 시효한 후의, 제조 후(조질 후)의 판의 조직으로서, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물과 알루미늄 매트릭스의 계면의 양을 규정 범위 내로 하기 위해서, 이하의 특정의 조건에서의 균열 처리로 한다.

균열 처리의 1단째는, 400∼500℃의 범위에서 1∼10시간 유지한다. 이에 의해, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물을 미세 분산시켜, 이 화합물의 수밀도와 알루미늄 매트릭스의 계면의 양을, 상기 규정 범위 내로 한다. 이 균열 온도가 400℃ 미만, 또는 유지 시간이 1시간 미만이면, 상기 특정의 Sn 함유 조성과 사이즈의 Sn 화합물을 미세 분산시켜서, 알루미늄 매트릭스와의 계면의 양을, 이들 화합물의 전체 둘레 길이를 상기 SEM의 측정 면적으로 나눈 값으로서 평균으로 3/mm 이상으로 하는 것이 어려워진다. 또한, 이 1단째의 유지 시간이 10시간을 초과하면, 상기 특정 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 수밀도가 3000개/mm²를 초과해서 지나치게 많아져, 실온 시효 억제에 필요한 Sn의 고용량이 부족하다.

이어서, 추가로 가열한 2단째의 균열 처리는 520∼560℃의 범위에서, 3시간 이상 유지한다. 이 2단째의 균열 처리에서는 주괴 정출물로서 존재하는 Mg-Si-Sn계의 화합물을 고용시켜, 고용 Sn량을 증가시킨다. 이 2단째의 균열 처리의 온도가 520℃ 미만이거나, 유지 시간이 3시간 미만이면, 주괴 정출물로서 존재하는 Mg-Si-Sn계의 화합물의 고용이 불충분하여, 실온 시효 억제에 필요한 Sn의 고용량이 부족하다. 한편, 이 2단째의 균열 온도가 560℃를 초과하면 주괴가 용손된다. 또한, 이 2단째의 유지 시간은 길어도 되지만, 생산 효율이나 경제상, 20시간을 초과할 필요는 없다.

400℃∼500℃의 온도역에서의 유지 시간을 1∼10시간으로 할 수 있으면, 후술의 실시예에 나타내는 바와 같이, 2단계의 균열 처리로 해서, 일정한 온도로 유지해도 되고, 승온이나 서냉 등에 의해 온도를 순차적으로 변경한 열처리로 해도 된다. 요점은, 승온이나 서냉 등으로, 연속적으로 온도가 변화해도, 400∼500의 온도역에 1시간 이상 10시간 이하 유지되고 있으면 된다.

열간 압연:

열간 압연은, 압연하는 판 두께에 따라서, 주괴(슬래브)의 조압연 공정과, 마무리 압연 공정으로 구성된다. 이들 조압연 공정이나 마무리 압연 공정에서는, 리버스식 또는 탠덤식 등의 압연기가 적절히 이용된다.

이때, 열연(조압연) 개시 온도가 고상선 온도를 초과하는 조건에서는, 버닝이 일어나기 때문에 열연 자체가 곤란해진다. 또한, 열연 개시 온도가 350℃ 미만이면 열연 시의 하중이 지나치게 높아져, 열연 자체가 곤란해진다. 따라서, 열연 개시 온도는 바람직하게는 350℃∼고상선 온도, 더 바람직하게는 400℃∼고상선 온도의 범위로 한다.

열연판의 소둔:

이 열연판의 냉간 압연 전의 소둔(초벌 소둔)은 반드시 필요하지는 않지만, 결정립의 미세화나 집합 조직의 적정화에 의해, 성형성 등의 특성을 더 향상시키기 위해서 실시해도 된다.

냉간 압연:

냉간 압연에서는, 상기 열연판을 압연해서, 원하는 최종 판 두께의 냉연판(코일도 포함함)으로 제작한다. 단, 결정립을 보다 미세화시키기 위해서는, 패스 수에 상관없이, 합계의 냉간 압연율은 60% 이상인 것이 바람직하다.

중간 소둔:

이 냉간 압연 전(열연 후)이나, 냉간 압연의 도중(패스간)에, 판을 480℃ 이상 융점 이하의 고온에서 0.1∼10초간 유지하고, 이어서, 3℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 실온까지 강제 냉각(급냉)하는 중간 소둔을 행하여, 지금까지의 열연 공정 등에서 화합물로서 생성된 Sn을 고용시키는 것이 바람직하다. 통상적 방법에서는 Sn은 석출되기 쉽고, 일단 석출된 Sn을 재차 고용시키는 것도 상당히 어려워, 본 발명에서 규정하는 바와 같이 Sn을 고용시키기 위해서는, 후술하는 용체화 처리만으로는 어려워, 중간 소둔에서 고온의 열처리를 행할 필요가 있다.

이 중간 소둔 조건에 대하여, 판의 온도가 480℃ 미만이면, Sn의 고용량이 부족하다. 또한, 소둔 후의 냉각을, 3℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 하는, 공냉이나 미스트, 수냉 등에 의한, 실온까지의 강제 냉각(급냉)으로 하지 않으면, 즉 평균 냉각 속도가 3℃/초 미만이면, 일단 고용된 Sn이 재석출되어서 화합물화되어 버린다.

이와 같은 조건에서의 소둔은, 급냉도 포함시켜서, 배치로에서는 무리여서, 판을 되감으면서 노에 통판해서 권취하는, 연속적인 열처리로가 필요해진다.

용체화 및 담금질 처리:

냉간 압연 후, 용체화 담금질 처리를 행한다. 용체화 처리 담금질 처리에 대해서는, 통상의 연속 열처리 라인에 의한 가열, 냉각이면 되고, 특별히 한정은 되지 않는다. 단, 각 원소의 충분한 고용량을 얻는 것, 및 판 조직의 결정립은 보다 미세한 것이 바람직하기 때문에, 520℃ 이상 용융 온도 이하의 용체화 처리 온도로, 가열 속도 5℃/초 이상으로 가열해서, 0∼10초 유지하는 조건에서 행하는 것이 바람직하다. 그리고, 용체화 온도로부터 담금질 정지 온도까지의 평균 냉각 속도를 3℃/초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 냉각 속도가 작으면, 상기 Sn 화합물의 수밀도가 많아져서, 고용 Sn이 지나치게 적어진다. 이 때문에, 성형 시의 0.2% 내력을 110MPa 이하의 저내력으로 하고, 헴 가공성이 2.0 이하이고, 또한 185℃×20분에서의 BH성 100MPa 이상을 만족시키는 것이 곤란해진다. 또한, 냉각 중에 Mg-Si계 화합물 등이 석출되기 쉬워져, 프레스 성형이나 굽힘 가공 시의 균열의 기점이 되기 쉬워, 이들 성형성이 저하된다. 이 냉각 속도를 확보하기 위해서, 담금질 처리는, 팬 등의 강제 공냉, 미스트, 스프레이, 침지 등의 수냉 수단이나 조건을 각각 선택해서 이용한다.

덧붙여서, 이 용체화 담금질 처리나, 상기 열연 후의 초벌 소둔 조건도, 온도 등이 상기 중간 소둔 조건과 근사하지만, 상기 중간 소둔이 없거나, 또는 행하고 있더라도 상기 520℃ 이상의 온도 등의 여러 조건을 만족시키지 않으면, 이 용체화 담금질 처리나 상기 열연 후의 초벌 소둔을 행한 것만으로는, Sn을 상기 필요량 또는 상기 규정량만 고용시킬 수 없다.

예비 시효 처리(재가열 처리):

이와 같은 용체화 처리 후에 담금질 처리해서 실온까지 냉각한 후, 1시간(60분) 이내의 가능한 한 단시간 내에, 판을 예비 시효 처리(재가열 처리)한다.

실온까지의 담금질 처리 종료 후, 예비 시효 처리 개시(가열 개시)까지의 실온 유지 시간이 1시간을 초과해서 지나치게 길면, 실온 시효가 진행되어서, BH성이 저하된다. 따라서, 이 실온 유지 시간은 짧을수록 좋고, 용체화 및 담금질 처리와 재가열 처리가, 시간차가 거의 없도록 연속되고 있어도 되며, 하한의 시간은 특별히 설정하지 않는다.

이 예비 시효 처리의 온도와 유지 시간은, 바람직하게는, 80∼150℃의 온도 범위에서, 3시간 이상 50시간 이하 유지하는 것으로 한다. 이때, 이 80∼150℃에서의 온도 유지를, 이 온도 범위에서, 일정한 온도 또는 승온, 서냉에 의해 온도를 순차적으로 변경한 열처리로 해도 된다. 요점은, 서냉이나 승온 등으로 연속적으로 온도가 변화해도, 80∼150℃의 온도역에 3시간 이상 50시간 이하 유지되고 있으면 된다. 재가열 처리 후의 실온까지의 냉각은, 방냉이어도 되고, 생산의 효율화를 위해서 상기 담금질 시의 냉각 수단을 이용해서 강제 급냉해도 된다.

예비 시효 처리를, 이들 바람직한 조건 범위 내로 하지 않으면, 자동차 패널 성형 시의 판의 0.2% 내력을 110MPa 이하로 낮게 함과 더불어, BH성을 100MPa 이상으로 하기 어려워진다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예

본 발명의 실시예를 설명한다. 상기 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 평균 수밀도량이나, 이 Sn 화합물의 알루미늄 매트릭스와의 계면의 양이 상이한, 6000계 알루미늄 합금판을, 상기 균열 처리 조건이나 중간 소둔 조건에 의해 구분 제작하여, 이 판을 제조 후에 실온에 30일간 유지 후의, 강도, BH성(도장 베이킹 경화성)이나, 헴 가공성, 내사청성을 평가했다. 이 결과를 표 2에 나타낸다.

이들 알루미늄 합금판의 구체적인 제조 조건은 이하와 같이 했다. 표 1에 나타내는 각 조성의 알루미늄 합금 주괴를, DC 주조법에 의해 공통되게 용제했다. 이때, 각 예 모두 공통되게, 주조 시의 평균 냉각 속도에 대해서, 액상선 온도로부터 고상선 온도까지를 50℃/분으로 했다. 한편, 각 예의 6000계 알루미늄 합금판의 조성을 나타내는, 표 1 중의 각 원소의 함유량의 표시에 있어서, 각 원소에 있어서의 수치를 블랭크로 하고 있는 표시는, 그의 함유량이 검출 한계 이하로, 이들 원소를 포함하지 않는 0%인 것을 나타낸다.

상기 주괴를, 표 2에 나타내는 각 조건에서 균열 처리한 후, 2단째의 각 예의 온도에서 열간 조압연을 개시했다. 그리고, 각 예 모두 공통되게, 계속되는 마무리 압연으로, 두께 2.5mm까지 열연하여, 열간 압연판으로 했다. 이 열간 압연판을, 각 예 모두 공통되게, 냉간 압연의 패스 도중(패스간)에, 표 2에 나타내는 바와 같이, 연속 소둔로에 의한 중간 소둔을 여러 가지의 조건에서 행해서, 최종적으로 두께 1.0mm의 냉연판(제품판)으로 했다.

추가로, 이들 각 냉연판을, 각 예 모두 공통되게, 560℃의 초석(硝石)로에서 용체화 처리를 행하고, 목표 온도에 도달 후 10초 유지하고, 용체화 온도로부터 담금질 정지 온도까지의 평균 냉각 속도를 50℃/초로 한 수냉으로 담금질 처리했다. 이 담금질 후 즉시, 100℃에서 5시간 유지하는 예비 시효 처리를 행했다(유지 후에는 냉각 속도 0.6℃/시간으로 서냉).

이들 조질 처리 직후의 각 판으로부터 공시판(블랭크)을 잘라내고, 각 공시판의 조직으로서, 상기 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 평균 수밀도량이나, 이 Sn 화합물의 알루미늄 매트릭스와의 계면의 양을 측정했다. 또한, 상기 조질 처리 후에 30일간 실온에서 방치한 후의 각 판으로부터 공시판(블랭크)을 잘라내고, 각 공시판의 강도(As 내력: 판 제조 후에 30일간 실온 시효한 후의 0.2% 내력)와 BH성을 조사했다. 이들의 결과를 표 2에 나타낸다.

(공시판의 조직)

조질 처리 직후의 각 공시판의, Mn 및 Fe를 함유하는 화합물 중, Sn의 함유량이 1.0질량% 이상이고, 또한 원상당 직경이 0.3∼20μm의 범위인 화합물의 평균 수밀도(개/mm²)를, 상기한 500배의 SEM와 X선 분광 장치를 이용한 측정 방법에 의해 구했다. 또한, 상기 조성과 사이즈의 Sn 화합물과 알루미늄 매트릭스의 계면의 길이를, 상기 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 전체 둘레 길이(상기 조성과 사이즈의 Sn 화합물 모두의 둘레 길이의 합계)를 상기 SEM의 측정 면적으로 나눈 값(/mm)으로서, 상기한 500배의 SEM와 X선 분광 장치를 이용한 측정 방법에 의해 구했다.

(인장 시험)

상기 인장 시험은, 상기 조질 처리 후에 30일간 실온에서 방치한 후의 각 공시판으로부터, 각각 JIS Z2201의 5호 시험편(25mm×50mmGL×판 두께)을 채취하여, 실온에서 인장 시험을 행했다. 이때의 시험편의 인장 방향을 압연 방향의 직각 방향으로 했다. 인장 속도는, 0.2% 내력까지는 5mm/분, 내력 이후는 20mm/분으로 했다. 기계적 특성 측정의 N수는 5로 하여, 각각 평균값으로 산출했다. 한편, 상기 BH 후의 내력 측정용의 시험편에는, 이 시험편에, 판의 프레스 성형을 모의한 2%의 예비 변형을 이 인장 시험기에 의해 부여한 후에, 상기 BH 처리를 행했다.

상기 30일간 실온 시효 후에 성형할 때의 판의 특성으로서, 표 2에 나타내는 As 0.2% 내력(성형 시의 0.2% 내력)이 110MPa 이하, 헴 가공성이 실시예에서 후술하는 기준으로 2 이하인 것을, 자동차 아우터 패널용의 소재판의 성형성으로서 합격으로 했다.

(BH성)

각 공시판을 각각 공통되게, 상기 30일간의 실온 시효시킨 후에, 185℃×20분의 인공 시효 경화 처리한 후의 공시판의 0.2% 내력(BH 후의 0.2% 내력)을 상기 인장 시험에 의해 구했다. 그리고, 표 2에 나타내는 내력의 증가량(상기 BH 후의 0.2% 내력과 상기 As 0.2% 내력의 차)으로부터, 각 공시판의 BH성을 평가하여, 0.2% 내력의 증가량이 100MPa 이상인 경우를, BH성 합격으로 했다.

(헴 가공성)

헴 가공성은, 상기 30일간 실온 방치 후의 각 공시판에 대해서 행했다. 시험은, 30mm 폭의 단책상 시험편을 이용하고, 다운 플랜지에 의한 내부 굽힘 R 1.0mm의 90° 굽힘 가공 후, 1.0mm 두께의 이너를 끼우고, 절곡부를 더 내측으로, 차례로 약 130도로 절곡하는 프리헴 가공, 180도 절곡해서 단부를 이너에 밀착시키는 플랫 헴 가공을 행했다. 이 플랫 헴의 굽힘부(연곡부)의, 표면 거칠음, 미소한 균열, 큰 균열의 발생 등의 표면 상태를 육안으로 관찰하고, 이하의 기준으로 육안으로 평가하여, 기준 0∼2까지를 합격으로 했다.

0; 균열, 표면 거칠음 없음, 1; 경도의 표면 거칠음, 2; 심한 표면 거칠음, 3; 미소 표면 균열, 4; 선상으로 연속된 표면 균열, 5; 파단

(내사청성)

상기 실온 시효시킨 각 공시판의 내사청성을 평가했다. 평가를 위한 시험 방법은, 상기 3일간의 실온 시효한 각 공시판으로부터 80×150mm의 판을 잘라내고, 탄산 소다계 탈지욕에 40℃×2분간 침지(스터러에 의한 교반 있음)해서, 공시재 표면을 탈지 처리했다. 다음으로, 실온의 아연계 표면 조정욕에 1분간 침지(스터러에 의한 교반 있음)한 후, 35℃ 인산 아연욕에 2분간 침지해서 인산 아연 처리를 실시하고, 추가로 통상의 자동차용 부재의 도장 공정에 따라서 전착 도장(두께 20μm)을 행하여, 185℃에서 20분의 베이킹 처리를 행했다. 그 후, 도막에 길이 50mm의 크로스컷 흠집내기, 염수 분무 24시간→습윤(습도 85%, 40℃) 120시간→자연 건조(실온) 24시간의 사이클을 8사이클 행하고, 크로스컷부의 한쪽 녹의 폭을, 사청의 길이로 해서 측정했다.

내사청성의 평가는, 상기 크로스컷부의 한쪽 녹의 최대의 폭으로 평가하고, 최대의 폭이 1mm 미만인 것을 ◎, 1mm 이상 2mm 미만인 것을 ○, 2mm 이상 3mm 미만인 것을 △, 3mm 이상의 길이인 것을 ×라고 평가하여, ◎ 및 ○인 것을 내사청성이 우수한 재료(합격)라고 판단했다.

표 2의 번호 1∼3, 9, 12, 14∼21에 나타내는 각 발명예는, 본 발명 성분 조성 범위 내(표 1의 합금 번호 1∼11)에서, 또한 균열 처리나 중간 소둔을 포함시켜서 상기한 바람직한 조건 범위 내에서 제조하고 있다. 이 때문에, 이들 각 발명예는, 표 2에 나타내는 대로, 본 발명에서 규정하는, 상기 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 평균 수밀도나, 이 Sn 화합물의 알루미늄 매트릭스와의 계면의 양을 만족하고 있어, Sn의 고용과 석출의 밸런스가 잡혀 있다.

이 결과, 상기 각 발명예는, 표 2에 나타내는 대로, 상기 조질 처리 후 30일의 실온 시효 후라도, 자동차 아우터 패널로의 프레스 성형 시(베이킹 도장 전)의 As 0.2% 내력을 110MPa 이하로 하고, 헴 가공성의 평가가 0∼2로 우수하고, 또한 자동차 아우터 패널로서 185℃×20분의 베이킹 도장 조건에 의한 인공 시효 경화량(BH성)을 100MPa 이상으로 할 수 있다. 또한, 내사청성도 우수하다.

한편, 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 성분 조성 범위 내의 표 1의 합금 번호 1, 2, 3 또는 18, 19를 이용하고 있지만, 균열 처리 조건이나 중간 소둔 조건이 바람직한 범위를 벗어나 있는 비교예 4∼8, 10, 11, 13, 28, 29는, 표 2에 나타내는 대로, 본 발명에서 규정하는, 상기 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 평균 수밀도나, 이 Sn 화합물의 알루미늄 매트릭스와의 계면의 양 중 어느 하나가 규정으로부터 벗어나, Sn의 고용과 석출의 밸런스가 잡혀 있지 않다.

이 결과, 상기 각 비교예는, 표 2에 나타내는 대로, 상기 조질 처리 후 30일의 실온 시효 후의, 자동차 아우터 패널로의 프레스 성형 시의, 내력이 110MPa을 초과해서 지나치게 높거나, BH성이 100MPa 미만으로 지나치게 낮거나, 내사청성이 뒤떨어져 있다.

비교예 4, 6, 13은 1단째의 균열 처리의 유지 시간이 지나치게 짧거나, 또는 1단째의 균열 처리가 실시되어 있지 않다. 이 때문에, 상기 조성과 사이즈의 Sn 화합물의 평균 수밀도가 지나치게 적어서, Sn 화합물과 매트릭스의 계면이 3/mm 미만이 되어, 사청성이 뒤떨어진다.

비교예 5, 7, 10은 1단째의 균열 처리의 유지 시간이 지나치게 길거나, 또는 2단째의 균열 처리 온도가 지나치게 낮다. 이 때문에 Sn 화합물이 지나치게 많아져, 고용 Sn을 충분히 확보할 수 없기 때문에, As 내력이 높고, 내력 증가량도 낮다. 또한, 비교예 7은 중간 소둔도 실시하고 있지 않고, 비교예 10은 중간 소둔 후의 냉각 속도도 지나치게 낮다.

비교예 8, 11은 중간 소둔 온도가 지나치게 낮다. 이 때문에 Sn 화합물이 지나치게 많아져, 고용 Sn을 충분히 확보할 수 없기 때문에, As 내력이 지나치게 높고, 내력 증가량도 낮다.

비교예 28, 29는 본 발명 성분 조성 범위 내의 표 1의 합금 번호 18, 19를 이용하고 있지만, 중간 소둔 온도를 실시하고 있지 않거나, 중간 소둔 후의 냉각 속도가 지나치게 낮다. 이 때문에 Sn 화합물이 지나치게 많아져, 고용 Sn을 충분히 확보할 수 없기 때문에, As 내력이 지나치게 높고, 내력 증가량도 낮다.

또한, 표 2의 비교예 22∼27, 30∼32는 상기 바람직한 조건 범위에서 제조하고 있지만, 표 1의 합금 번호 12∼17, 20∼22를 이용하고 있고, 필수 원소인 Mg, Si, Sn 중 어느 것의 함유량이 각각 본 발명 범위를 벗어나 있다. 이 때문에, 이들 비교예 22∼27, 30∼32는, 표 2에 나타내는 대로, 상기 조질 처리 후 30일의 실온 시효 후의 프레스 성형 시에 있어서의 내력이 110MPa을 초과해서 지나치게 높거나, BH성이 100MPa 미만으로 지나치게 낮거나, 내사청성이 뒤떨어져 있다.

비교예 22는 표 1의 합금 12이고, Si가 지나치게 적다.

비교예 23은 표 1의 합금 13이고, Si가 지나치게 많다.

비교예 24는 표 1의 합금 14이고, Sn이 지나치게 적다

비교예 25는 표 1의 합금 15이고, Sn 함유량이 지나치게 많다. 이 때문에, 열연 시에 균열이 발생해서 열연판 자체를 제조할 수 없었다.

비교예 26은 표 1의 합금 16이고, Fe가 지나치게 많다.

비교예 27은 표 1의 합금 17이고, Mn이 지나치게 많다.

비교예 30은 표 1의 합금 20이고, Fe, Mn이 지나치게 적다.

비교예 31은 표 1의 합금 21이고, Mg가 지나치게 적다.

비교예 32는 표 1의 합금 22이고, Mg가 지나치게 많다.

이상의 실시예의 결과로부터, Sn을 포함하는 6000계 알루미늄 합금판의 실온 시효 후의 강도나, 성형성, 특히 헴 가공성, BH성, 내사청성을 겸비하는 것에 대해, 본 발명에서 규정하는 조성이나 Sn의 고용과 석출을 밸런스 잡히게 하는 것, 또는 바람직한 제조 조건의, 임계적인 의의 내지 효과가 뒷받침된다.

본 발명을 특정 태양을 참조하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것은 당업자에게 분명하다.

한편, 본 출원은 2014년 8월 27일자로 출원된 일본 특허출원(특원 2014-173277)에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

본 발명에 의하면, 자동차 아우터 패널로서의 실온 시효 후의 성형성이나 BH성의 요구를 클리어함과 더불어, 내사청성도 향상시킨, Sn을 함유하는 6000계 알루미늄 합금판을 제공할 수 있다. 이 결과, 특히, 자동차 아우터 패널에 6000계 알루미늄 합금판의 적용을 확대할 수 있다.

Claims

질량%로, Mg: 0.3∼1.0%, Si: 0.5∼1.5%, Sn: 0.005∼0.2%, Fe: 0.02∼1.0% 및 Mn: 0.02∼0.6%를 각각 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Al-Mg-Si계 알루미늄 합금판으로서,
상기 알루미늄 합금판의 조직으로서, 500배의 SEM에 의해 측정되고, X선 분광 장치에 의해 식별되는 화합물 중, Mn 및 Fe를 함유하고, Sn의 함유량이 1.0질량% 이상이고, 또한 원상당 직경이 0.3∼20μm의 범위인 Sn 화합물의 평균 수밀도가 500∼3000개/mm²의 범위임과 더불어, 상기 Sn 화합물과 알루미늄 매트릭스의 계면의 길이가, 상기 Sn 화합물의 전체 둘레 길이를 상기 SEM의 측정 면적으로 나눈 값으로서 평균으로 3∼20/mm의 범위인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.
제 1 항에 있어서,
추가로, 질량%로, Cr: 0% 초과 0.4% 이하, Zr: 0% 초과 0.3% 이하, V: 0% 초과 0.3% 이하, Ti: 0% 초과 0.1% 이하, Cu: 0% 초과 0.4% 이하, Ag: 0% 초과 0.2% 이하 및 Zn: 0% 초과 1.0% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 알루미늄 합금판.