KR910008149B1 - 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 시이트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 시이트 및 그 제조방법

제1도는 어떤 입자도 갖지 않으며, 아이어닝했을 때, 1000번째의 캔 몸체 제조에서 파손이 일어나는 3004합금의 시이트에 해당하는 300배로 확대된 현미경사진.

제2도는 본 발명에 따른 입자를 가지며, 어떤 홈도 만들지 않고 200000회의 캔 몸체 제조가 가능한 동일 합금의 시이트에 해당하는 300배로 확대된 현미경사진.

본 발명은 인발과 아이어닝(ironing)에 의하여 캔의 몸체를 제조하기에 적합한 마그네슘 함유 알루미늄 합금 시이트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 분야의 숙련된 기술자는 프랑스 특허 제1198006호에서 설명된 것 같은 벨트 또는 실린더형 머신으로 알루미늄 합금이 스트립형태로 직접 연속주조될 수 있다는 것을 알고 있다. 이 스트립은 2m의 폭과 5 내지 30mm의 두께로 만들어질 수 있다. 매우 두꺼운 판을 연속주조하는 것에 대한 이런 종류의 연속주조의 잇점은 많은 횟수의 압연처리를 피할 수 있다는 것이다.

이와 같이 얻어진 스트립은 어닐링 조작과 교대로 실시되거나 실시되지 않을 수도 있는 일련의 냉간 또는 열간 압연 조작에 의하여 수 마이크론(1㎛)정도의 작은 두께를 가질 수 있다. 특히, 거품이 나거나 나지 않는 음료수를 포장하기 위하여 사용되는 캔의 몸체를 제조하기 위하여 상기 스트립을 사용하는 경우, 스트립은 수백 마이크론의 두께를 갖는 시이트로 변환되며, 원형 디스크가 시이트로부터 절단되어 인발에 의하여 그리고 펀치와 다이의 연속조작에 의하여 컵으로 변환된다. 벽을 보다 얇게 만들기 위한 소위 아이어닝 조작 후에 컵은 캔의 몸체로 사용될 수 있다.

특히 인발공정에서 편평한 디스크로부터 캔의 몸체로 형상이 변하는데는 강한 힘을 받아야 하며, 고착(sticking) 또는 강한 금속에 연한 금속이 부착되는 것으로 정의될 수 있는 "골링(galling)"현상이 따른다. 이 경우 알루미늄 입자는 시이트의 표면에서 제거되어 텅스텐 카바이드로 만들어진 인발공구의 표면에 부착된다. 강하게 인발되어 단단해진 입자는 캔의 몸체에 나타나는 균열을 만들며, 이것은 기계적 강도를 감소시키며, 심지어 파괴시키며, 어느 경우에서는 외관을 흉하게 만든다.

이런 고착을 피하고 캔의 몸체에 적합한 외관을 주기 위하여 몇가지 방법이 제안되었다.

알루미늄 협회에서 정의한 것 같은 Si 0.3%, Fe 0.5%, Cu 0.25%, Mn 1-1.5%, Mg 0.8-1.3%, Zn 0.25%, 잔여량의 Al으로 만들어진 3004형 합금을 사용하여 미합중국 특허 제3930895는 이런 문제점이 원통사이의 연속주조가 2마이크론 이하의 작은 크기를 갖는 Al-Mn 입자를 형성한다는 사실에 기인한다고 설명한다. 즉 이들 입자는 너무 작아 공구위에 청정 효과를 갖지 못하여 공구를 지저분하게 만든다. 이것은 종래 주조에 의한 판에서 얻어진 합금의 처리에서 입자는15 내지 20마이크론의 크기를 가지게 되어 깨끗하게 된다는 사실을 인용한다. 그러나 발명자는 특히 미세조직의 균일성에 관련되는 한, 원통사이의 연속주조의 잇점을 존속시키기를 원하였으므로, 망간함량을 2 내지 3%의 범위로 하여 3004합금의 성분을 변화시켜 입자의 크기를 증가시키는 것을 제안한다.

미합중국 특허 제4111721호에도 또한 3004합금 시이트 위에 골링 현상이 발생하는 것을 기재되었으며, 이 현상을 제거하기 위하여 Al-Mn과 Al-Mn-Fe 입자의 크기가 증가되어야 한다는 것에 동의한다. 그러나 여기에서는 성분을 변화시키는 것이 아니고 바람직하게는 16 내지 24시간 동안 620℃의 온도에서 열처리를 실시하는 것을 제안한다. 즉 이 열처리는 주조상태의 스트립이나 제1단계의 압연 처리를 받는 스트립에 가해진다.

프랑스 특허 제2505365호는 망간의 함량이 아니라 0.3 내지 0.6중량%의 범위를 갖는 실리콘을 사용하여 합금의 조성을 변화시키는 것을 제안하였다.

출원인의 프랑스 특허 제2525047호는 스트립의 표면을 기계적으로 청정 처리하고 공기 속에서 가열하여 변화시키는 것을 포함하는 매우 다른 용액을 추천하였다.

이런 방법들은 고착현상을 상당히 감소시켰지만 완전히 제거하지는 못하였다. 따라서 출원인은 이 문제를 해결하기 위하여 인발과 아이어닝 처리된 시이트는 특별한 표면상태를 갖는 것을 발견하였으며 이 표면상태는 이들 합금이 공통적으로 마그네슘을 갖는다면 매우 다른 성분의 알루미늄 합금에 의해 얻을 수 있다는 것을 발견하였다.

이 특별한 표면상태는 시이트가 그 표면의 10-25%에 걸쳐 5㎛보다 작은 두께와 2-15㎛의 평균치 주위에 분포한 지름의 평평한 디스크의 형태의 비결정형 알루미늄 산화물과 결정 마그네슘 및 알루미늄 산화물로 형성되는 균일하게 분포된 입자를 갖는다는 것으로 특징지워진다.

본 발명에 따라서 인발과 아이어닝에 적합한가의 여부는, 미합중국 특허 제3,930,895호에 기재된 바와 같이, 판에서 관찰되는 비교적 큰 크기의 입자의 존재여부에 관련된다. 그러나, 입자들은 여기서 분포와 조성 및 형상에서 서로 매우 다르기 때문에 유사성은 없다. 실제로,

●입자들은 시이트 전체에 골고루 분포되어 있지 않고 표면 특히 표면의 일부에만 분포되어 있다.

●입자들은 Al-Mn 또는 Al-Mn-Fe형의 금속간 화합물로 구성되지 않고, 비결정질 및 결정의 마그네슘과 알루미늄 산화물로 구성된다.

●입자들은 5 마이크론으로 제한된 두께와 평균치 주위에 널리 분포된 2 내지 15 마이크론의 평균 지름의 평평한 디스크의 매우 특별한 형상을 갖는다.

본 발명의 입자들은 특히 빛을 통과시켜 작동되는 전자 현미경으로 금속시이트를 시험하여 알 수 있으며, 여기서 입자들은 밝은색 기지에 규칙적으로 분산된 검은색의 큰 송이(cluster)의 형태로 나타난다. 즉 미세분석에 의해 입자들이 비결정형 알루미늄 산화물과 결정형의 알루미늄 및 마그네슘 산화물로 구성되어 있다는 것을 알 수 있다. 이런 입자들을 얻기 위하여 최초의 합금은 마그네슘을 함유하여야 한다. 그러나 마그네슘 함량은 0.1중량% 정도로 낮은 것이 적절한 반면 5%까지의 함량으로도 얻을 수 있다. 그러나, Mg가 0.1중량% 이하 함유되면, 결정 마그네슘 산화물 입자가 차지하는 시이트 표면이 10 내지 25%가 되지 못하게 되며, 5중량%를 초과하면, 이들 입자가 너무 많아진다. 그러나 본 발명은 2%의 망간 및/또는 1.5%의 실리콘을 함유하는 합금에도 적용할 수 있으며, 여기에 다음중 적어도 한 원소가 첨가될 수 있다. 즉, 최대함량 0.5중량%의 Cu, 최대함량 0.5중량%의 Zn, 최대함량 0.5중량%의 Cr, 최대함량 0.7중량%의 Fe과 또한 각기 0.1중량% 이하의 Ti과 B같은 정련원소가 첨가될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 표면을 가지고 0.8-1.3중량%의 Mg, 1.0-1.5중량%의 Mn, 0.3중량%의 Fe, 0.7중량%의 Cu, 0.25중량%의 Zn을 함유하는 알루미늄 협회기준에서 3004로 지정한 알루미늄 합금 시이트는 같은 공구장비를 가지고 파손이나 홈이 발견되지 않고 200000개의 캔을 생산하였다. 유사하게 4.0-5.0중량%의 Mg, 0.20중량%의 Si, 0.15중량%의 Cu, 0.25중량%의 Zn, 0.35중량%의 Fe를 함유하며, 본 발명의 구조를 가지는 5182합금 또한 문제없이 많은 캔을 생산할 수 있다.

출원인의 본 발명에 따른 인발과 아이어닝을 응용한 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 시트가 망간합금의 시이트보다 상당히 향상된 인장강도를 갖는다는 것을 주목해야 한다. 즉, 본 발명에 의해 두께가 감소되게 되었고 따라서 캔의 생산비를 개선시켰다.

본 발명을 실현하기 위하여 300배 확대한 시이트 표면의 2개의 현미경 사진을 첨부하였다.

본 발명은 또한 상기와 같은 알루미늄 합금 시이트를 얻는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 스트립이 주조기계로부터 직접 얻어지거나 한번 이상의 압연 처리 후에 얻어지며, 30분 이상 330 내지 450℃에서 공기중에 어닐링 처리되기 전에 최고 2㎛의 두께를 감소시키기 위하여 화학적 부식처리를 실시한다. 부식조건은 0.8 내지 1㎛의 두께의 감소를 발생하기 위하여 적절하게 선택된다.

연속주조로부터 생성된 알루미늄을 가성소다(NaOH)로 부식처리하는 것이 알려졌다. 독일 특허 제2418642호가 여기에 연관되어 인용될 수 있다. 본 발명의 근본 목적은 특히 스트립이 나중에 시이트와 벨트 및 얇은 시이트로 변화할 때 금속스트립에 매우 문제있는 영향을 미치는 편석과 기공 및 다른 유사결함의 형태로 스트립에 있는 비규칙성을 제거하는 것이다. 제거된 재료의 양은 10 내지 100g/㎡로서 3.7 내지 37 마이크론의 두께에 해당하므로 비교적 강한 부식을 수반한다. 이런 종류의 부식은 본 발명에서의 부식과는 아무런 관련이 없으며, 캔의 몸체를 아이어닝하는 공정에서 스티킹을 방지하기 위해 고안된 것도 아니다.

출원인은 30분 이상 동안 330 내지 450℃에서 공기중에서 어닐링된 후에 약간의 부식으로 스트립 표면에 앞에서 설명한 입자들을 가지는 단단한 구역을 노출시키며, 이 단단한 구역은 다음과 같은 효과를 갖는다.

즉, 표면을 경화하여 마찰계수를 감소시키며, 공구와 합금사이의 부착을 감소시키며, 영구히 인발 링을 청정화하여 금속이 인발링에서 제거되도록 하고 자기 청정작용을 수행하게 한다. 또한, 어닐링 온도가 330℃이하인 경우, 산화물의 형성을 촉진하기에 충분치 못하게 되며, 시이트에서 고착(sticking)이 발생하며, 450℃이상인 경우는 디스크의 두께가 5㎛이상이 되어 시이트의 비등방성(anisotropy)을 촉진하게 된다.

부식(Etching)은 어떤 부식제로도 실시될 수 있으나, 0.1 내지 10g/1의 NaOH를 함유하는 용액이 바람직하다. 즉 스트립은 2 마이크론 이상의 두께의 금속이 제거되지 않도록 충분히 오랫동안 부식제 속에 담가진다. 부식기간은 사용된 합금의 성분과 스트립에 행해진 압연조작에 의존한다. 부식은 처리시간은 짧게 하기 위하여 100℃이하의 어떤 온도에서 실시할 수 있지만, 분위기 온도 즉 약 20℃에서 실시될 수도 있다. 70℃ 내지 80℃가 바람직하다.

부가적인 시험에 의해, 스트립의 부식 후, 어닐링 전에 프랑스 특허 제2525047호에 기재된 것과 같은 브러싱에 의하여 결과가 더욱 향상될 수 있다는 것을 알게 되었다. 브러싱에 의해 스트립의 전 표면에서 단단한 구역의 분포가 향상되는 효과가 나타나며 따라서 더욱 균질의 고착되지 않은 표면을 생성시키게 되었다.

최적의 어닐링 조건은 350℃ 내지 400℃의 온도범위와 1 내지 2시간의 범위 내에서 얻어진다.

본 발명은 다음의 실시예에 의하여 설명될 수 있다. 즉 다음의 중량% 성분을 가지는 폭 1100mm와 두께 8mm의 스트립이 원통사이에서 주조하여 얻어졌다.

[실시예 1]

이것은 다음의 공정으로 실시된다.

-600℃에서 10시간 동안 균질화

-2.7mm로 냉간 압연

-350℃에서 2시간 동안 어닐링

-1.2mm로 냉간 압연

-부식 : 0.8㎛의 금속두께를 제거하기 위하여 70℃에서 5g/1의 NaOH 용액에서 45초 동안 실시

-브러싱

-400℃에서 2시간 동안 어닐링

-0.33mm로 냉간 압연

[실시예 2]

공정조건

-600℃에서 10시간 동안 균질화

-2.7mm로 냉간 압연

-350℃에서 2시간 동안 어닐링

-1.2mm로 냉간 압연

-부식 : 0.8㎛의 금속두께를 제거하기 위해 70℃에서 5g/1의 NaOH 용액에서 45초 동안 실시

-브러싱 : 없음

-400℃에서 2시간 동안 어닐링

-0.33mm로 냉간 압연

결과

고착(sticking) 발생없으며, R_0.2(H₁₉)=285MPa, R_0.2(H₂₈)=275MPa

[실시예 3]

공정조건

0.5㎛의 금속두께를 제거하기 위해 부식 실시하는 것 외에는 실시예 2와 동일함.

결과

고착 발생없으며, R_0.2(H₁₉)=355MPa, R_0.2(H₂₈)=310MPa

[실시예 4]

공정조건

-560℃에서 10시간 동안 균질화

-2.7mm로 냉간 압연

-부식 : 2㎛의 금속두께를 제거하기 위해 실시

-브러싱 : 없음

-350℃에서 30분간 어닐링

-1.2mm로 냉간 압연

-550℃에서 5분간 어닐링후 템퍼링

-0.33mm로 냉간 압연

결과

고착이 없으며, R_0.2(H₁₉)=265MPa, R_0.2(H₂₈)=275MPa

[실시예 5]

공정조건

균질화 온도가 530℃이며, 1.5㎛의 금속두께를 제거하기 위해 부식실시하는 것 외에는 실시예 4의 공정조건과 동일함.

결과

고착이 없으며, R_0.2(H₁₉)=290MPa, R_0.2(H₂₈)=300MPa

이 금속이 인발과 아이어닝에 의하여 지름 66mm와 평균 높이 130mm의 몸체를 만들기 위해 사용된다.

일련의 200000회의 캔 제조에서 어떤 홈도 생기지 않았다.

한편 어떤 부식도 실시하지 않고 같은 공정이 수행된 금속은 홈이 있는 캔을 만들지 못하였다.

즉, 500회의 캔 제조후에 제조횟수가 증가됨에 따라 홈이 증가되며 1000회 제조 후에 캔 몸체는 파손되었다.

Claims (10)

1. 스트립 주조후에 열처리와 압연처리하여 얻어지며 인발과 아이어닝에 의하여 거품성 또는 비거품성 음료수용 캔몸체를 제조하기에 적합한 0.1 내지 5중량%의 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 시이트에 있어서, 상기 시이트는 그 표면의 10 내지 25%에 걸쳐 5마이크론 이하의 두께와 2 내지 15 마이크론의 평균치 주위에 분포하는 지름을 갖는 평평한 디스크 형태의, 비결정형 알루미늄 산화물과 결정 마그네슘 및 알루미늄 산화물로 형성된 균일하게 분포된 입자들을 가지며, 최고함량 2중량%의 Mn과 최고함량 1.5중량%의 Si 중 적어도 한 원소를 함유하며, 각기 최고함량 0.5중량%인 Cu, Zn, Cr 및 최고함량 0.7중량%인 Fe중에서 적어도 하나의 원소를 함유하며, 각기 0.1중량% 이하의 B와 Ti를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 함유 알루미늄 합금 시이트.
2. 0.1 내지 5중량%의 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금 시이트의 제조방법에 있어서, 그 표면의 10 내지 25%에 걸쳐서 두께 5㎛이하이고 2 내지 15㎛의 평균치 주위에 분포된 지름을 가지는 평평한 디스크 형태의, 비결정형 알루미늄 산화물 및 경정 마그네슘 및 알루미늄 산화물의 균일하게 분포된 입자를 가지는 상기 합금의 시이트를 제조하기 위해, 주조기로부터 직접 또는 1회이상의 압연처리 후에 상기 합금의 스트립을 얻는 단계와, 최대 2㎛까지 두께를 감소시키기 위해 상기 스트립을 화학적 부식처리하는 단계와, 330℃ 내지 450℃에서 30분 이상 공기중에서 어닐링하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 시이트의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 두께가 0.8 내지 1㎛감소되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 시이트의 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 부식은 NaOH 용액으로 시행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 시이트의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, NaOH 용액은 0.1 내지 10g/1의 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 시이트의 제조방법.
6. 제2항에 있어서, 부식은 20 내지 100℃의 온도에서 시행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 시이트의 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 온도는 70 내지 80℃인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 시이트의 제조방법.
8. 제2항에 있어서, 부식단계와 어닐링단계 사이에서 브러싱이 실시되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 시이트의 제조방법.
9. 제2항에 있어서, 어닐링은 350 내지 400℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 시이트의 제조방법.
10. 제2항에 있어서, 어닐링 시간은 1 내지 2시간인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 시이트의 제조방법.

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