KR20210032429A - 성형 및 조립에 적합한 7xxx 알루미늄 합금 박판 시트 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 자동차 산업을 위한 알루미늄 합금을 기반으로 한 압연 제품을 제조하는 방법으로서, 연속적으로 알루미늄 기반 합금으로부터 액체 금속 베스를 제조하는 단계로서, 이 알루미늄 합금은 4 내지 7 중량%의 Zn, 1.0 내지 3.0 중량%의 Cu, 1.5 내지 3.5 중량%의 Mg, 0.50 중량% 이하의 Fe, 0.40 중량% 이하의 Si, 그리고 Zr, Mn, Cr, Sc, Hf 및 Ti로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하며, 선택되는 경우 그 선택되는 원소의 양은 Zr은 0.05 내지 0.18 중량%이고, Mn은 0.1 내지 0.6 중량%, Cr은 0.05 내지 0.3 중량%, Sc은 0.02 내지 0.2 중량%, Hf은 0.05 내지 0.5 중량%, Ti은 0.005 내지 0.15 중량%이며, 다른 원소는 각각 0.05 중량% 이하 그리고 총 0.15 중량%이며, 잔부는 알루미늄인 것인 단계; 압연 잉곳을 액체 금속 베스로부터 주조하는 단계; 상기 압연 잉곳을 열간 압연 그리고 선택적으로 냉간 압연하여 용체화 처리하고 담금질하여 시트를 제공하는 단계; 상기 시트를 8 내지 16시간 동안 60℃ 내지 120℃, 바람직하게는 10 내지 14시간동안 80℃ 내지 100℃에 도달시키는 열처리를 수행하고 이러한 방식으로 열처리한 제품을 적어도 30일 동안 주위 온도에서 에이징하는 단계들을 포함한다. 또한 본 발명은 상기 방법에 의해 획득된 제품 및 자동차 제조를 위한 상기 방법의 용도에 관한 것이다.

Description

성형 및 조립에 적합한 7xxx 알루미늄 합금 박판 시트 제조 방법

본 발명은 특히 자동차 산업에 유용한, 7XXX 알루미늄 합금으로 만들어진 박판 시트들을 제조하는 방법에 관한 것이다.

다양한 알루미늄 합금이 자동차 분야 용례용 시트(sheet) 또는 블랭크(blank) 형태로 사용된다. 이러한 합금들 중에서 AA7075 합금과 같은 AA7XXX 시리즈 알루미늄 합금은 경도 및 내부식성과 같은 바람직한 화학적 및 기계적 특성들을 겸비한다. 그러나 AA7XXX 합금들은 비용 효율적인 제조 공정을 유지하면서 성형 및 조립하는 데에 있어 부딪히는 어려움 때문에 아직 자동차 산업에서 널리 사용되지 않는다.

성형 개선을 위해 고온 성형 처리가 수행될 수 있다. 예를 들어, 특허 출원 AT11744는 7000 시리즈 알루미늄 합금 시트로부터 성형된 부품을 생산하는 공정을 설명하는데, 상기 알루미늄 시트는 가열되고 이 가열된 상태에서 성형된 다음 냉각된다.

특허 출원 EP3265595은 자동차 산업에서 특별히 사용될 수 있는 합금을 설명하는데, 이 합금은 4 내지 15 중량%의 Zn, 0.1 내지 3.5 중량%의 Cu, 1.0 내지 4.0 중량%의 Mg, 0.05 내지 0.50 중량%의 Fe, 0.05 내지 0.30 중량%의 Si, 0.05 내지 0.25 중량%의 Zr, 0.25 중량% 이하의 Mn, 0.20 중량% 이하의 Cr, 0.15 중량% 이하의 Ti, 0.15% 중량% 이하의 불순물, 잔부로서 알루미늄을 포함한다.

특허 출원 WO2016094464은 7xxx 알루미늄 합금 시트로 원하는 강도 및 연신율을 달성하는 공정을 설명하며, 이 공정은 (a) 시트를 450℃ 내지 510℃의 온도로 급속 가열시키는 단계; (b) 시트를 450℃ 내지 510℃의 온도에서 20분 동안 유지하는 단계; (c) 초당 50℃ 이상의 속도로 시트를 주위 온도로 급속 냉각시키는 단계; (d) 시트를 약 50℃ 내지 150℃의 온도로 가열시키는 단계; (e) 시트를 약 50℃ 내지 150℃의 온도에서 약 0.5 내지 6시간 동안 유지하는 단계를 포함한다.

특허 출원 WO2014040939은 자동차 부품 제조 공정에 관한 것으로, 이 공정은 적어도 (a) 두께가 약 0.5mm 내지 4mm 범위인 시트로부터 생산된 무피복 또는 복합 압연 알루미늄 합금을 제공하는 단계로서, 이 시트 제품은 AA7xxx 시리즈 알루미늄 합금으로 만들어진 적어도 하나의 층을 포함하며, 시트 제품은 용체화 열처리 및 담금질(quenching) 및 이에 후속하여 적어도 1일의 시간 동안 자연 에이징을 받는 것인 단계; (b) 자연 에이징된 시트 제품을 복귀 어닐링 처리, 즉 100℃ 내지 350℃의 온도에서 0.1 내지 60초 동안 열처리하는 단계; (c) 가능하다면 가열된 시트 제품을 강제 냉각하는 단계; (d) 복귀 어닐링 처리로부터 2시간 이내, 바람직하게는 30분 이내에, 3차원 부품을 얻기 위해 시트 제품을 성형하는 단계들을 포함한다.

특허 출원 WO2012059505은 자동차용 알루미늄 합금 성형 부품을 제조하는 공정을 설명하는데, 이 공정은 (a) 압연 알루미늄 시트 제품을 제공하는 단계로서, 이 알루미늄 합금은 0.5 내지 4mm 범위의 두께를 가지는 AA7000이고, 용체화 열처리 및 냉각을 거친 것인 단계; (b) 3차원 성형 부품을 얻기 위해 알루미늄 합금 시트를 성형하는 단계; (c) 상기 3차원 성형 부품을 적어도 50℃ 내지 250℃의 사전 에이징 온도로 가열하는 단계; 및 (d) 상기 성형 부품 및 사전 에이징된 자동차 부품에 페인트 베이킹 사이클(paint baking cycle)을 거치게 하는 단계를 포함한다.

특허 출원 EP2514537은 셀프 피어싱 리벳팅(self-piercing riveting)에 의해 겹쳐지는 2개 이상의 금속 부품들에서 접합 부분을 제조하는 공정을 설명한다. 제 1 부품 및 제 2 부품 중 적어도 하나는 AA7000 시리즈 알루미늄 합금으로 만들어진 시트 재료이고, 적어도 상기 7000 시리즈 시트 재료로 제조된 부품의 접합 영역에서 인장 강도를 감소시키기 위해, 조립체 생산 전 120분 이내에 및/또는 조립체의 생산 중 그 시간의 적어도 일부 동안, 적어도 상기 7000 시리즈 재료로 제조된 부품에 열처리가 적용된다.

특허 출원 EP2479305은 알루미늄 합금 구조용 부품의 제조 공정에 관한 것으로, 이 공정은 (a) 압연 알루미늄 시트 제품을 제공하는 단계로서, 이 알루미늄 합금은 AA7000 시리즈이고 0.5 내지 4mm 범위의 두께를 가지며 용체화 열처리 및 냉각을 거친 것인 단계; (b) 3차원 성형 부품을 얻기 위해 알루미늄 합금 시트를 성형하는 단계; (c) 성형된 시트를 냉각제에 침지하여 영하 이하의 온도(T1)로 냉각하고 성형 부품이 온도 평형에 도달할 수 있도록 하는 단계; (d) 영하 이하의 온도(T1)로부터 40℃ 이상의 온도(T2)로 가열하고 이에 후속한 주위 온도로 냉각시키는 단계; 및 (e) 자동차 부품을 페인트 베이킹 사이클을 거치는 단계를 포함한다.

특허 출원 EP2440680은 페인트 베이킹 사이클을 거친 후 500MPa 이상의 항복강도를 갖는 자동차 부품을 제조하는 공정을 설명하는데, 이 공정은 (a) AlZnMgCu 합금으로 이루어진 알루미늄 압연 시트 제품을 제공하는 단계로서, 이 제품은 0.5 내지 4mm 범위의 두께를 갖고 용체화 열처리 및 담금질을 거쳤고 미세조직이 충분히 재결정되는 것인 단계; (b) 성형 부품을 얻기 위해 알루미늄 합금 시트를 성형하는 단계; (c) 성형 부품을 하나 이상의 다른 금속 부품과 조립하여 자동차 부품을 형성하는 조립체를 형성하는 단계; (d) 상기 자동차 부품이 페인트 베이킹 사이클을 거치는 단계로서, 성형 부품의 상기 알루미늄 합금 시트는 500MPa 이상의 항복 강도를 갖는 것인 단계를 포함한다.

특허 출원 WO2009130175은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금 시트로부터 구조용 부품을 성형하는 것으로 이루어진 제조 공정에 관한 것으로, 이 공정은 (i) 블랭크를 얻기 위해 알루미늄 합금 시트를 절단하는 단계; (ii) 상기 블랭크를 450℃ 이상의 온도로 가열하는 단계; (iii) 이렇게 하여 가열된 블랭크를 성형하는 단계; (iv) 냉각하는 단계; (v) 냉각되고 성형된 구조용 부품을 열처리하는 단계를 포함한다.

특허 출원 WO2015132932은 구조용 알루미늄 합금 시트 및 이 알루미늄 합금 시트를 제조하는 공정에 관한 것으로, 이 알루미늄 합금 시트는 7.0 내지 12.0 질량%의 Zn, 1.5 내지 4.5 질량%의 Mg, 1.0 내지 3.0 질량%의 Cu, 0.05 내지 0.30 질량%의 Zr 및 0.005 내지 0.5 질량%의 Ti을 함유하고, 0.5 질량% 이하로 감소된 함량의 Si, 0.5 질량% 이하로 감소된 함량의 Fe, 0.3 질량% 이하로 감소된 함량의 Mn 및 0.3 질량% 이하로 감소된 함량의 Cr을 가지며, 잔부로서 불가피한 불순물 및 알루미늄을 포함한다.

특허 출원 WO2017075319은 자동차 용례용으로 특별히 의도된 고강도를 갖는 7xxx 시리즈 알루미늄 합금에 관한 것으로, 이 합금들은 4 내지 15 중량%의 Zn, 0.1 내지 3.5 중량%의 Cu, 1.0 내지 4.0 중량%의 Mg, 0.05 내지 0.50 중량%의 Fe, 0.05 내지 0.30 중량%의 Si, 0.05 내지 0.25 중량%의 Zr, 0.25 중량% 이하의 Mn, 0.20 중량% 이하의 Cr, 0.15 중량% 이하의 Ti 및 0.15 중량% 이하의 불순물, 잔부로서 알루미늄을 포함한다.

자동차 산업을 위해, 기계적 고강도와 페인트 베이킹 후 응력 부식 저항을 가지면서, 공지된 제품들과 비교하여 특히 성형 및 조립에 대한 적합성 측면에서 개선된 특성들을 구비하는, 통상적으로 0.5 내지 4mm의 두께의 알루미늄-아연-구리-마그네슘 합금 압연 제품들이 필요하다. 또한, 이러한 압연 제품들을 얻기 위한 간단하고 비용 효율적인 방법이 필요하다.

본 발명의 한 가지 목적은 특히 자동차 산업을 위한 알루미늄 합금을 기반으로 한 압연 제품을 제조하기 위한 방법으로서, 연속적으로

(a) 알루미늄 기반 합금으로 액체 금속 베스를 제조하는 단계로서, 이 합금은 4 내지 7 중량%의 Zn, 1.0 내지 3.0 중량%의 Cu, 1.5 내지 3.5 중량%의 Mg, 0.50 중량% 이하의 Fe, 0.40 중량% 이하의 Si, 그리고 Zr, Mn, Cr, Sc, Hf 및 Ti로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하며, 선택되는 경우 그 선택되는 원소의 양은 Zr은 0.05 내지 0.18 중량%이고, Mn은 0.1 내지 0.6 중량%, Cr은 0.05 내지 0.3 중량%, Sc은 0.02 내지 0.2 중량%, Hf은 0.05 내지 0.5 중량%, Ti은 0.005 내지 0.15 중량%이며, 다른 원소들은 각각 0.05 중량% 이하 그리고 총 0.15 중량% 이하이며, 잔부는 알루미늄인 것인 단계;

(b) 압연 잉곳을 상기 액체 금속 베스로부터 주조하는 단계;

(c) 선택적으로, 상기 압연 잉곳을 균질화하는 단계;

(d) 상기 압연 잉곳을 열간 압연 및 선택적으로 냉간 압연하여 시트를 제공하는 단계;

(e) 상기 시트를 용체화 열처리 및 담금질하는 단계;

(f) 선택적으로, 상기 시트에 0.5% 이상 그리고 3% 미만의 누적 변형으로 평탄화 및/또는 제어된 인장을 행하는 단계;

(g) 상기 담금질된 시트를 8 내지 16시간 동안 60℃ 내지 120℃의 온도에 도달시키는 열처리를 수행하는 단계;

(h) 상기 열처리된 시트를 주위 온도에서 적어도 30일 동안 에이징하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 목적은, A%(TL)≥-0.05 R_{p0 .2}(TL)+40 이고 A%(TL)는 17% 이상이 되도록 한 특성 R_{p0 .2}(TL) 및 A%(TL)의 조합을 갖는 본 발명에 따른 방법에 의해 획득된 압연 제품이다.

본 발명의 추가 목적은 자동차 제조를 위한 본 발명에 따른 방법에 의해 획득 가능한 또는 본 발명에 따른 압연 제품의 용도다.

도 1은 30일 동안 에이징 후 본 발명에 따른 방법에 의해 획득된 시트에 대한 TL 방향의 연신율과 항복 강도 R_{p0 .2} 사이의 관계를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 예 2의 1.5mm의 두께를 갖는 시트와 AA5182 합금의 1.2mm의 두께를 갖는 시트의 리벳된 조립체의 단면도를 도시한다.
도 3은 참조 예 2의 1.5mm의 두께를 갖는 시트와 AA5182 합금의 1.2mm의 두께를 갖는 시트의 리벳된 조립체의 단면도를 도시한다.

달리 명시되지 않는 한, 합금의 화학적 조성과 관련된 모든 정보는 합금의 총 중량을 기준으로 한 중량 백분율로 표시된다. 1.4 Cu라는 표현은 중량%로 표현된 구리 함량에 1.4를 곱한 것을 의미한다. 합금 명칭은 당업자에게 공지된 알루미늄 협회의 규칙에 따라 제공된다. 달리 명시되지 않는 한, 유럽 표준 EN 515(1993) 에 나타나는 금속학적 조건들의 정의를 적용한다.

정적 인장 기계적 특성들, 즉 파단 강도 R_m, 0.2% 연신율에서의 관습적 항복 강도 R_{p0 .2} 및 파단 시 연신율 A%는 표준 EN 485-1(2016)에 정의된 샘플링 및 테스트 방향과 함께 표준 NF EN ISO 6892-1(2016)에 따른 인장시험에 의해 결정된다. 인장 방향은 문자 L(종 방향) 또는 TL(횡 방향)로 표시된다. 사용된 시험편은 20mm의 폭, 80mm의 길이를 가져, 즉 표준 EN ISO 6892-1의 표 B.1에 따라 유형 2다.

본 발명의 범위 내에서 기계적 특성들은 전체 두께에서 측정된다.

달리 명시되지 않는 한, 표준 EN 12258(2012)에 나와 있는 정의들을 적용한다.

본 발명에서 사용되는 바와 같은 굽힘성(bendability)은, mm로 모두 표시한 굽힘 반경(r)과 시트 두께(t) 사이의 관계인 "r/t 비율"을 사용하여 정량화된다. r/t 비율이 낮을수록 시트가 더 잘 휘어진다. 측정에 사용되는 장비는 예를 들어 특허 출원 US 2016/0168676의 도 2에 설명되어 있다. 측정은 표준 ASTM E290-97a 및 "Ford Laboratory Test Method"(FLTM) BB114-02에 따라 수행된다.

본 발명의 범위 내에서 재결정률이 70% 이상, 바람직하게는 90% 이상이 되는 입상조직을 충분히 재결정화한 입상조직이라고 한다. 재결정률은 재결정화한 결정립들이 차지하는 금속 조직(metallographic) 단면의 표면 분율로 정의된다.

본 발명자들은 본 발명에 따른 방법을 사용하여 기계적 강도, 응력 부식 저항성, 성형성 및 조립 적합성 사이의 유리한 절충을 제공하는 시트들을 얻었는데, 그 방법은 구체적으로 말하면, 구리를 함유하는 7XXX 합금과 열처리의 조합을 포함하고, 이 열처리에서 각 시트는 8 내지 16시간, 바람직하게는 10 내지 14시간 동안, 60℃ 내지 120℃, 바람직하게는 80℃ 내지 100℃의 온도에 도달한다.

본 발명에 따른 방법에서, 액체 금속의 베스가 제조되며, 이 액체 금속은 4 내지 7 중량%의 Zn, 1.0 내지 3.0 중량%의 Cu, 1.5 내지 3.5 중량%의 Mg, 0.50 중량% 이하의 Fe, 0.40 중량% 이하의 Si, 그리고 Zr, Mn, Cr, Sc, Hf 및 Ti로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하며, 선택되는 경우 그 선택되는 원소의 양은 Zr은 0.05 내지 0.18 중량%이고, Mn은 0.1 내지 0.6 중량%, Cr은 0.05 내지 0.3 중량%, Sc은 0.02 내지 0.2 중량%, Hf은 0.05 내지 0.5 중량%, Ti은 0.005 내지 0.15 중량%이며, 다른 원소들은 각각 0.05 중량% 이하 그리고 총 0.15 중량%이며 잔부는 알루미늄이다.

본 발명에 따른 제품들의 아연 함량은 4 내지 7 중량%이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 아연 함량은 5 중량% 이상, 바람직하게는 5.5 중량% 이상, 가장 바람직하게는 5.6 중량% 이상이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 아연 함량은 5.5 내지 6.2 중량%, 바람직하게는 5.6 내지 6.1 중량%이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 아연 함량은 6.5 중량% 이하이다. 본 발명의 일 실시예에서, 아연 함량은 6.1 중량% 이하이다. 아연 함량이 너무 높으면, 성형 및 조립 적합성이 저하될 수 있다. 아연 함량이 너무 낮으면, 최소한의 정적 기계적 특성들이 달성되지 못할 수 있다.

본 발명에 따른 제품의 구리 함량은 1.0 내지 3.0 중량%이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 구리 함량은 1.1 중량% 이상, 바람직하게는 1.2 중량% 이상, 가장 바람직하게는 1.3 중량% 이상이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 구리 함량은 1.2 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 1.4 내지 1.6 중량%이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 구리 함량은 2.5 중량% 이하, 가장 바람직하게는 2.0 중량% 이하이다. 본 발명의 일 실시예에서, 구리 함량은 1.8 중량% 이하이다. 구리 함량이 너무 높으면, 성형 및 조립 적합성이 저하될 수 있다. 구리 함량이 너무 낮으면, 최소한의 정적 기계적 특성들이 달성되지 않고 내부식성이 충분하지 않다.

본 발명에 따른 제품의 마그네슘 함량은 1.5 내지 3.5 중량%이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 마그네슘 함량은 1.8 중량% 이상, 바람직하게는 2.0 중량% 이상, 가장 바람직하게는 2.2 중량% 이상이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 마그네슘 함량은 2.2 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 2.4 내지 2.8 중량%이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 마그네슘 함량은 3.2 중량% 이하, 가장 바람직하게는 3.0 중량% 이하이다. 본 발명의 일 실시예에서, 마그네슘 함량은 2.8 중량% 이하이다. 마그네슘 함량이 너무 높으면, 성형 및 조립 적합성이 저하될 수 있다. 마그네슘 함량이 너무 낮으면, 최소한의 정적 기계적 특성들이 달성되지 않고 내부식성이 충분하지 않다.

철과 실리콘 함량은 각각 0.5 중량% 및 0.4 중량% 이하이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 철과 실리콘 함량은 0.2 중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.15 중량% 이하이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 철 함량은 0.05 내지 0.25 중량%, 바람직하게는 0.15 내지 0.20 중량%이다. 본 발명의 유리한 일 실시예에서, 실리콘 함량은 0.03 내지 0.15 중량%, 바람직하게는 0.06 내지 0.12 중량%이다. 제어되고 제한된 철과 실리콘 함량은 특성들 간의 절충을 향상시키는 것을 돕는다.

본 발명에 따른 제품의 합금은 Zr, Mn, Cr, Sc, Hf 및 Ti로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하며, 선택되는 경우 그 선택되는 원소의 양은 Zr은 0.05 내지 0.18 중량%, Mn은 0.1 내지 0.6 중량%, Cr은 0.05 내지 0.3 중량%, Sc은 0.02 내지 0.2 중량%, Hf은 0.05 내지 0.5 중량%, Ti은 0.005 내지 0.15 중량%이다.

유리하게는, 선택되는 원소들은 크롬 및 티타늄이고, 크롬 함량은 0.15 내지 0.25 중량%, 바람직하게는 0.17 내지 0.23 중량%, 가장 바람직하게는 0.18 내지 0.22 중량%이고, 티타늄 함량은 0.01 내지 0.10 중량%, 바람직하게는 0.02 내지 0.06 중량%이다. 어쩌면 붕소 및/또는 탄소와 결합되는 티타늄의 첨가는, 특히 주조 중에 입상조직을 제어하는 데 도움이 된다.

다른 실시예에서, 선택되는 원소들은 지르코늄과 티타늄이며, 지르코늄 함량은 0.07 내지 0.15 중량%, 바람직하게는 0.08 내지 0.13 중량%, 가장 바람직하게는 0.09 내지 0.12 중량%이고, 티타늄 함량은 0.01 내지 0.10 중량%, 바람직하게는 0.02 내지 0.06 중량%이다.

다른 원소들은 불가피한 불순물들이며, 이들은 각각 0.05 중량% 이하, 그리고 총 0.15 중량% 이하의 함량으로 유지된다.

유리하게는, 상기 합금은 AA7010, AA7012, AA7022, AA7122, AA7023, AA7032, AA7033, AA7040, AA7140, AA7050, AA7050A, AA7150, AA7250, AA7075, AA7175 및 AA7475 중 하나, 바람직하게는 AA7010, AA7050, AA7075, AA7175 및 AA7475 중 하나이다.

본 발명에 따른 박판 시트를 제조하는 방법은 주조, 선택적 균질화, 열간 압연 및 선택적 냉간 압연, 용체화 열처리, 담금질, 선택적 평탄화 및/또는 제어된 인장, 열처리 및 에이징의 단계들을 포함한다.

제조된 액체 금속 베스는 압연 잉곳 형태로 주조된다.

이어서, 상기 압연 잉곳은, 선택적으로 450℃ 내지 500℃의 온도에서 균질화된다. 균질화 시간은 바람직하게는 5 내지 60시간이다. 유리하게는, 균질화 온도는 460℃ 이상이다. 일 실시예에서, 균질화 온도는 490℃ 미만이다.

균질화에 후속해서, 압연 잉곳은 일반적으로 열간 성형을 위해 예열하기 전에 주위 온도로 냉각된다. 예열의 목적은 열간 압연 입구 온도에 도달하는 것으로, 열간 압연에 의한 성형을 가능케 하는 그 온도는 바람직하게는 350℃ 내지 450℃이다.

열간 압연은 3 내지 8mm의 통상의 두께의 시트를 획득하도록 수행된다.

열간 압연 후에, 특히 0.4 내지 4mm의 최종 두께를 얻기 위해, 획득된 시트를 선택적으로 냉간 압연하는 것이 가능하다. 최종 두께는 바람직하게는 3.0mm 이하, 보다 바람직하게는 2.5mm 이하이다. 유리하게는, 최종 두께는 0.5mm 이상, 바람직하게는 0.8mm 이상이다.

이어서 획득된 시트는 450℃ 내지 515℃에서 용체화 열처리된다. 용체화 열처리는 노(furnace)에서 하나의 시트씩 수행될 수 있으며, 이 실시예에서 용체화하는 시간은 유리하게는 1분 내지 1시간이다. 다른 실시예에서, 용체화 열처리는 연속 처리 라인에서 수행되며, 이 실시예에서 용체화 시간은 유리하게는 5초 내지 1분이다. 용체화 열처리된 시트는 그 다음 담금질 된다. 유리하게는, 담금질은 20℃ 내지 60℃, 바람직하게는 30℃ 내지 50℃의 온도의 물을 사용하여 수행된다.

고용체에 경화 원소들을 배치하기 위해서는, 용체화 열처리를 위한 정확한 조건들이 두께 및 조성을 기준으로 선택되어야 한다는 것은 당업자에게 공지되어 있다.

이어서, 상기 시트는 0.5% 이상 3% 미만의 영구 변형으로 평탄화 및/또는 제어된 인장에 의해 냉간 성형을 거칠 수 있다.

상기 시트가 8 내지 16시간 동안 60℃ 내지 120℃, 바람직하게는 10 내지 14시간 동안 80℃ 내지 100℃에 도달하게 하는 열처리가 수행된다. 120℃ 및 100℃의 특정한 온도는 열처리 중에 시트가 도달할 수 있는 최대 온도이다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 시트가 도달하는 최대 온도는 110℃ 또는 105℃ 또는 95℃ 또는 90℃이다. 일 실시예에서, 열처리는 연속적인 용체화 열처리 및 담금질 라인의 출구에서 수행된다. 이 실시예에서, 담금질에 후속하여, 상기 시트는 코일링(coiling) 후 시트가 8 내지 16시간 동안 60℃ 내지 120℃, 바람직하게는 10 내지 14시간 동안 80℃ 내지 100℃의 온도에 도달하도록 보장하기에 충분한 온도로 재가열되고, 유리하게는 시트는 20℃ 내지 40℃의 온도로 담금질한 후 냉각하고 70℃ 내지 90℃의 온도로 재가열한 후 온도가 최소 10시간 동안 60℃ 이상의 온도로 유지되는 것을 보장하도록 천천히 냉각한다. 마지막으로 열처리된 제품은 주위 온도에서 적어도 30일 동안 에이징된다.

본 발명자들은 열처리가 너무 짧거나 및/또는 온도가 충분하지 않다면 시트의 기계적 특성들이 너무 불안정하다는 것을 발견했다. 바람직하게는, 에이징 단계 동안 R_{p0 .2}(TL)의 변화는 15MPa 미만, 바람직하게는 10MPa 미만, 가장 바람직하게는 7MPa 미만이다. 또한, 본 발명자들은 열처리가 너무 짧거나 및/또는 온도가 충분하지 않다면 시트의 기계적 특성들이 만족스러운 성형, 특히 냉간 성형을 허용하지 않는다는 것을 발견했다. 만약 열처리가 너무 길거나 및/또는 온도가 너무 높다면 시트의 기계적 특성들은 안정적이지만, 기계적 강도가 너무 높거나 및/또는 성형성이 너무 낮아서 성형 및 조립 작업을 만족스러운 방식으로 수행할 수 없다.

본 발명의 유리한 실시예에서, 에이징 단계에 후속하여,

(h) 2% 이상에 달하는 국부 변형으로 상기 시트 상에 성형 작업을 수행하는 단계;

(i) 성형된 시트를 바람직하게는 용접 또는 리벳팅에 의해 미도색 자동차의 바디에 조립하는 단계; 및

(j) 베이킹을 수행하는 단계로서, 상기 시트는 15분 내지 1시간 동안 160℃ 내지 200℃, 바람직하게는 170℃ 내지 190℃의 온도에 도달하는 것인 단계가 행해진다.

일 실시예에서, 상기 성형 작업은 150℃ 내지 250℃의 온도에서 스탬핑(stamping)에 의해 수행된다. 이 실시예는 변형이 상당한, 변형이 통상적으로 국부적으로 5% 이상에 달하는 성형에 특히 유리하다.

다른 실시예에서, 성형 작업은 주위 온도에서 압연 또는 굽힘 또는 스탬핑에 의해 수행되며, 이는 변형이 보다 작은, 변형이 통상적으로 국부적으로 5% 미만에 달하는 경우에 특히 유리하다.

본 발명에 따른 방법에 의해 획득된 제품들은, 특히 알루미늄으로 제조된 다른 제품과의 리벳팅 작업에 특히 적합하다. 유리하게는, 십자 인장 시험(cross tension test) 동안 제품의 균열 없이, 특히 150 daN 이상의 높은 정적 저항을 획득하는 O-상태에서의 AA5182 합금과 본 발명에 따른 제품의 리벳팅이 가능하다.

본 발명에 따른 방법에 의해 얻을 수 있는 압연 제품들은 A%(TL)≥-0.05 R_p0.2(TL)+40 및 A%(TL)가 17% 이상, 바람직하게는 18% 이상이 되도록 특성 R_{p0 .2}(TL) 및 A%(TL)의 조합을 제공한다. 사용된 시험편은 20mm의 폭, 80mm의 길이를 가져, 즉 표준 EN ISO 6892-1의 표 B.1에 따라 유형 2이므로, 상기 연신율은 또한 A80%(TL)로 기록될 수도 있다.

유리하게는, ASTM E290-97a 및 FLTM BB114-02 표준에 따라 결정된, mm로 표시되는 굽힘 반경(r)과 시트 두께(t) 사이의 관계인 TL 방향에서의 r/t 비율은 본 발명에 따른 압연 제품의 경우 2.25 이하, 바람직하게는 2.0 이하이다. 일 실시예에서, 본 발명에 따른 압연 제품은 370MPa 이상, 바람직하게는 380MPa 이상의 항복 강도 R_p0.2(TL)와 19% 이상, 바람직하게는 20% 이상의 파단 연신율 A%(TL)을 갖는다. 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 압연 제품은 430MPa 이상, 바람직하게는 440MPa 이상의 항복 강도 R_{p0 .2}(TL) 및 18% 이상의 바람직하게는 19% 이상의 파단 연신율 A%(TL)을 갖는다.

유리하게는, 본 발명에 따른 압연 제품들의 기계적 특성들은 열처리에 후속한 주위 온도에서의 30일 동안 에이징 후 획득된다.

통상적으로 페인트 베이킹 동안 수행될 수 있는 베이킹 단계 후 본 발명에 따른 제품들의 기계적 특성들이 특히 유리하다. 유리하게는, 본 발명에 따른 제품들은 베이킹 후 450MPa 이상, 바람직하게는 470MPa 이상, 가장 바람직하게는 490MPa 이상의 항복 강도 R_{p0 .2}(TL) 및 510MPa 이상, 바람직하게는 530MPa 이상, 가장 바람직하게는 540MPa 이상의 파단 강도 R_m(TL)을 갖는다.

본 발명에 따른 압연 제품들을 베이킹 한 후 응력 부식 저항성은 높다. 응력 부식은, 항복 강도의 75%에 이르는 응력이 4점 굽힘으로 얻어지고, 조건들이 ASTM G85에 의해 정의되는 시험에 의해 통상적으로 평가된다. 유리하게는, 베이킹 후 본 발명에 따른 제품들은 15일 이전 및 바람직하게는 30일 이전에 어떠한 응력 부식 균열도 나타내지 않는다.

자동차 제조를 위한 본 발명에 따른 방법에 의해 획득 가능한 또는 본 발명에 따른 압연 제품의 용도는 특히 구조용 부품들, 통상적으로 침입 방지 구조용 부품들에 유리하다.

예

예 1

이 예에서, 액체 금속 합금의 베스가 제조되었으며, 그 조성은 표 1에 제공된다. 압연 잉곳이 액체 금속 베스로부터 주조되었다.

상기 압연 잉곳은 1.5mm의 두께의 시트를 제공하기 위해 열간 및 냉간 압연되었다. 획득된 시트는 480℃에서 10분 동안 용체화 열처리 및 담금질(quenching)되었다.

표 2에 나열된 다양한 열처리들은 수행되었고, 0 내지 90일 동안 대기한 후 기계적 특성들은 측정되었다. 이 대기 시간 후, 페인트 베이킹을 시뮬레이션 하는, 185℃에서 20분 동안의 베이킹 처리가 수행되었고 또한 기계적 특성들도 측정되었다.

정적 기계적 특성들은 TL 방향(긴 횡 방향)으로 규정되었으며 표 2에 제공된다. 사용된 시험편은 20mm의 폭, 80mm의 길이를 가져, 즉 표준 EN ISO 6892-1의 표 B.1에 따라 유형 2이다.

표준 ASTM E290-97a 및 "Ford Laboratory Test Method"(FLTM) BB114-02에 따라 방향 L과 방향 TL에서의 굽힘 반경 및 상응하는 r/t 비율도 측정되었다. 결과는 표 3에 제공된다.

예 2

이 예에서 액체 금속 합금의 베스가 제조되었으며, 그 조성은 표 4에 제공된다. 압연 슬래브(slab)가 이 액체 금속 베스로부터 주조되었다. 압연 잉곳은 475℃에서 19시간 동안 균질화되었다.

상기 압연 잉곳은 두께 1.5mm의 시트를 제공하기 위해 열간 및 냉간 압연되었다. 획득된 시트는 500℃의 터널로(tunnel furnace)에서 25초 동안 용체화 열처리한 다음 주위 온도까지 20℃의 물로 담금질시킨 다음, 0.2%의 연신율로 평탄화했다.

코일로 감기 전에 시트를 80℃의 온도로 재가열하고 60℃ 이상으로 10시간 동안 유지하는 열처리가 수행되었고, 기계적 특성들은 4 내지 62일 동안 대기한 후 측정되었다. 이 대기 시간 후, 페인트 베이킹을 시뮬레이션하는 185℃에서 20분 동안의 베이킹 처리가 수행되었고 또한 기계적 특성들도 측정되었다.

정적 기계적 특성들은 TL 방향에서 규정되었으며 표 5에 제공된다. 사용된 시험편은 20mm의 폭, 80mm의 길이를 가져, 즉 표준 EN ISO 6892-1의 표 B.1에 따라 유형 2이다.

예 3

이 예에서, 예 2의 1.5mm의 두께를 갖는 시트와 AA5182 합금에서 1.2mm의 두께를 갖는 시트의 리벳팅 조립체가 시험되었다. 상기 시트는 스탬핑에 의한 성형 작업을 시뮬레이션하기 위해 200℃에서 1분 동안 처리를 받았다. 비교를 위해, 120℃에서 24시간 동안 열처리를 거친 AA7075 합금 시트의 조립체도 시험되었다.

조립체는, Henrob로부터의 참조 매트릭스 EHG14032와 4.5mm 길이를 갖는 표준 K50E46AM 리벳을 사용하여, 상부의 시트와 리벳의 헤드에 대해 실질적으로 0mm의 평평한 마감 처리를 달성하기 위해 65 내지 85kN의 힘을 적용함으로써 구성 5182 O 1.2mm / 7XXX 1.5mm로 제조되었다.

본 발명에 따른 시트에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 균열이 검출되지 않았다. 120℃에서 24시간 동안 열처리를 거친 7075 합금 시트에서, 도 3에 도시된 바와 같이 균열이 검출되었다.

또한, 본 발명에 따른 시트를 갖는 조립체의 기계적 특성들은 전단 시험 또는 십자 인장 시험에 의해 시험되었다.

결과는 표 6에 제공된다.

전술한 리벳을 갖는 구성 5182 O 1.2mm / Invention 1.5mm은 어떠한 균열도 나타내지 않고, 십자 인장 시험 동안 특히 150daN 이상의 우수한 정적 저항을 나타낸다.

Claims (15)

1. 특히 자동차 산업을 위한 알루미늄 합금을 기반으로 한 압연 제품을 제조하는 방법으로서, 연속적으로
   (a) 알루미늄 기반 합금으로 액체 금속 베스를 제조하는 단계로서, 이 합금은 4 내지 7 중량%의 Zn, 1.0 내지 3.0 중량%의 Cu, 1.5 내지 3.5 중량%의 Mg, 0.50 중량% 이하의 Fe, 0.40 중량% 이하의 Si, 그리고 Zr, Mn, Cr, Sc, Hf 및 Ti로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하며, 선택되는 경우 그 선택되는 원소의 양은 Zr은 0.05 내지 0.18 중량%이고, Mn은 0.1 내지 0.6 중량%, Cr은 0.05 내지 0.3 중량%, Sc은 0.02 내지 0.2 중량%, Hf은 0.05 내지 0.5 중량%, Ti은 0.005 내지 0.15 중량%이며, 다른 원소들은 각각 0.05 중량% 이하 그리고 총 0.15 중량%이며, 잔부는 알루미늄인 것인 단계;
   (b) 압연 잉곳을 상기 액체 금속 베스로부터 주조하는 단계;
   (c) 선택적으로, 상기 압연 잉곳을 균질화하는 단계;
   (d) 상기 압연 잉곳을 열간 압연 및 선택적으로 냉간 압연하여 시트(sheet)를 제공하는 단계;
   (e) 상기 시트를 용체화 열처리 및 담금질(quenching)하는 단계;
   (f) 선택적으로, 상기 담금질된 시트에 0.5% 이상 및 3% 미만의 누적 변형으로 평탄화 및/또는 제어된 인장을 행하는 단계;
   (g) 상기 시트를 8 내지 16시간 동안 60℃ 내지 120℃의 온도에 도달시키는 열처리를 수행하는 단계;
   (h) 상기 열처리된 시트를 주위 온도에서 적어도 30일 동안 에이징하는 단계
   를 포함한 것인, 압연 제품 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 시트의 두께는 0.4 내지 4mm, 바람직하게는 0.8 내지 3mm인 것인, 압연 제품 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 시트는 상기 단계 (g)에서 상기 열처리 동안 10 내지 14시간 동안 80℃ 내지 100℃의 온도에 도달하는 것인, 압연 제품 제조 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단계 (g)에서의 상기 열처리는 연속적인 용체화 열처리 및 담금질 라인의 출구에서 수행되며, 상기 시트는 코일링(coiling) 후 시트가 8 내지 16시간 동안 60℃ 내지 120℃의 온도, 바람직하게는 10 내지 14시간 동안 80℃ 내지 100℃에 도달하도록 보장하기에 충분한 온도로 재가열되는 것인, 압연 제품 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 시트는 20℃ 내지 40℃의 온도로 담금질된 후 냉각되고 70℃ 내지 90℃의 온도로 재가열된 다음 온도가 적어도 10시간 동안 60℃ 이상의 온도로 유지되도록 서서히 냉각되는 것인, 압연 제품 제조 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 담금질은 물을 사용하여 수행되며, 상기 물의 온도는 20℃ 내지 60℃, 바람직하게는 30℃ 내지 50℃인 것인, 압연 제품 제조 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 합금은, AA7010, AA7012, AA7022, AA7122, AA7023, AA7032, AA7033, AA7040, AA7140, AA7050, AA7050A, AA7150, AA7250, AA7075, AA7175, AA7475 중 하나인 것인, 압연 제품 제조 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단계 (h) 동안 R_{p0 .2}(TL)의 변화는 15MPa 미만, 바람직하게는 10MPa 미만, 가장 바람직하게는 7MPa 미만인 것인, 압연 제품 제조 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단계 (h) 후에,
   (i) 2% 이상에 달하는 국부 변형으로 상기 시트 상에 성형 작업을 수행하는 단계;
   (j) 상기 성형된 시트를 바람직하게는 용접 또는 리벳팅에 의해 미도색 자동차의 바디에 조립하는 단계;
   (k) 베이킹을 수행하는 단계로서, 상기 시트는 15분 내지 1시간 동안 160℃ 내지 200℃, 바람직하게는 170℃ 내지 190℃의 온도에 도달하는 단계
   를 포함한 것인, 압연 제품 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 성형 작업은 150℃ 내지 250℃의 온도에서 스탬핑(stamping)에 의해 수행되는 것인, 압연 제품 제조 방법.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 성형 작업은 주위 온도에서 프로파일링(profiling), 굽힘 또는 스탬핑에 의해 수행되는 것인, 압연 제품 제조 방법.
12. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항을 따르는 방법에 의해 획득될 수 있는 압연 제품으로서,
    A%(TL)≥-0.05 R_{p0 .2}(TL)+40 및 A%(TL)가 17% 이상이 되도록 하는 특성 R_p0.2(TL) 및 A%(TL)의 조합을 제공하는 것인, 압연 제품.
13. 제 12 항에 있어서,
    mm 단위로 표시한, 표준 ASTM E290-97a 및 FLTM BB114-02에 따라 결정된 굽힘 반경(r)과 시트 두께(t) 사이의 관계인 TL 방향에서의, r/t 비율이 2.25 이하, 바람직하게는 2.0 이하인 것인, 압연 제품.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    370MPa 이상의 R_{p0 .2}(TL) 및 19% 이상의 A%(TL), 또는 430MPa 이상의 R_{p0 .2}(TL) 및 18% 이상의 A%(TL)로부터 선택된 특성 R_{p0 .2}(TL) 및 A%(TL)의 조합을 제공하는 것인, 압연 제품.
15. 자동차 제조를 위한 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 방법에 따라 획득 가능한, 또는 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항을 따르는 압연 제품의 용도.

Images