KR101401060B1

KR101401060B1 - 높은 소성 요구에 적용하기 위한 ａｌｍｇｓｉ 스트립

Info

Publication number: KR101401060B1
Application number: KR1020127001479A
Authority: KR
Inventors: 헨크-잔 브린크만; 디에트마르 슈뢰더; 에이케 브륀거; 카이-프리에드리히 카르하우센; 토마스 비르츠
Original assignee: 하이드로 알루미늄 도이칠란트 게엠베하
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2014-05-29
Also published as: US10047422B2; WO2011000635A1; RU2516214C2; US20120222783A1; US10612115B2; RU2012102976A; EP2449145B1; JP2012531521A; EP2270249A1; US20160068939A1; CA2766327A1; CA2766327C; EP2270249B2; ES2426226T3; EP2270249B1; ES2746846T3; KR20120057607A; EP2449145A1; CN102498229A; JP5981842B2

Abstract

본 발명은 AlMgSi 합금으로 압연 잉곳을 주조하고, 상기 압연 잉곳을 균질화처리하고, 열간 압연 온도로 가져간 상기 압연 잉곳을 열간압연한 후 선택적으로 최종 두께로 냉간압연하는 AlMgSi 합금 스트립을 제조하는 방법에 관한 것이다. AlMgSi 합금으로 만든 알루미늄 스트립 제조방법 및 일정한 강도와 함께 더 높은 파단 연신율을 갖고, 따라서 금속 시트 제조시에 더 높은 참변형이 가능한 알루미늄 스트립을 제공하는데 있어서의 문제점은 열간 스트립이 마지막 압하 단계에서 바로 130℃ 이하, 바람직하게는 100℃ 이하의 온도를 가지며, 열간 스트립은 상기 온도 또는 이보다 더 낮은 온도에서 권취되는 것으로 해결된다.

Description

높은 소성 요구에 적용하기 위한 ＡＬＭＧＳＩ 스트립{ALMGSI STRIP FOR APPLICATIONS HAVING HIGH PLASTICITY REQUIREMENTS}

본 발명은 AlMgSi 합금으로 압연 잉곳을 주조하고, 상기 압연 잉곳을 균질화처리하고, 상기 압연 잉곳을 압연 온도에서 열간압연한 후, 선택적으로 최종 두께로 냉간압연 처리하는 AlMgSi 합금 스트립을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 AlMgSi 합금으로 제조된 알루미늄 스트립 및 그의 유리한 용도에 관한 것이다.

자동차 엔지니어링 뿐만 아니라 항공기 건조 또는 철도차량 건조와 같은 또 다른 적용 영역에 있어서, 알루미늄 합금으로 제조된 금속 시트는 특히 높은 강도값 뿐만 아니라 매우 양호한 성형특성 및 고도의 변형이 가능한 것을 요구한다. 자동차 엔지니어링에 있어서, 대표적 적용 영역은 차체 및 섀시 부품이다. 보이는 도장 부품, 예를 들어 외부에서 보이는 차체 판금에 있어서, 그 재료의 변형은 표면이 슬립 라인 또는 로핑과 같은 도장 후의 결함에 의해 손상되지 않게 발생되어야만 한다. 이는 알루미늄 합금 시트가 차량의 엔진 보닛 및 다른 차체 부품을 제조하는 데 사용될 때 특히 중요하다. 그러나, 또한 알루미늄 합금 재료를 선택하는 데 한계가 있다. 특히, 주 합금성분이 마그네슘과 실리콘인 AlMgSi 합금은 비교적 높은 강도를 가짐과 동시에 양호한 성형특성 및 우수한 내부식성을 갖는다. AlMgSi 합금은 예를 들면 AA6016, AA6014, AA6181, AA6060 및 AA6111 합금 유형인 AA6XXX 합금 유형이다. 알루미늄 스트립은 보통 압연 잉곳을 주조하고, 상기 압연 잉곳을 균질화하고, 이 압연 잉곳을 열간압연하고, 따뜻한 스트립을 냉간압연하는 것에 의한 AlMgSi 합금으로부터 제조된다. 압연 잉곳은 1시간 이상 동안 380℃ 내지 580℃의 온도에서 균질화된다. 최종 용체화 어닐링과 후속 담금질과 함께 자연시효는 적어도 3일 동안 대략 실온에서 이루어지며, 이 스트립은 T4 상태에 놓일 수 있다. T6 상태는 담금질 후에 100℃ 내지 220℃ 사이의 온도에서의 인공 시효에 의해 조정된다.

AlMgSi 합금으로 제조된 열간압연 알루미늄 스트립은 후속 냉간압연시에 그들의 고도의 변형에 의해 부서지고 그의 크기가 감소되는 Mg₂Si의 조대 석출물을 함유하는 것이 문제가 된다. AlMgSi 합금의 열간 스트립은 보통 3 ㎜ 내지 12 ㎜ 두께로 제조되며, 그 후 고도의 변형을 갖는 냉간압연 스테이지를 통과한다. AlMgSi 상이 형성되는 온도 범위는 전통적인 열간압연내에서 매우 천천히 통과하기 때문에 이에 의해 생산된 상은 매우 조대하다. 상기에서 언급한 상을 형성하기 위한 온도 범위는 합금에 따라 다르지만, 550℃ 내지 230℃ 사이이다. 열간 스트립내의 이들 조대 상은 최종 제품의 연신율을 악화시킨다는 것이 실험적으로 입증되었다. 이는 AlMgSi 합금으로 제조된 알루미늄 스트립의 성형특성을 완전히 이용할 수 있는 가능성이 없다는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명의 목적은 AlMgSi 합금으로부터 알루미늄 스트립을 제조하는 방법과, T4 상태(T4 state)에서 더 높은 연신율을 갖고, 예를 들면 구성 부품을 제조할 때 고도의 변형이 가능한 알루미늄 시트를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 알루미늄 스트립으로 제조된 금속 시트에 대한 이로운 용도를 제안하는 것이다.

본 발명의 첫 번째 교시에 따르면, 전술한 바와 같은 AlMgSi 합금으로부터 스트립을 제조하는 방법은 마지막 열간압연 패스로부터 배출된 후에 즉시 이 열간 스트립을 130℃를 초과하지 않는 온도, 바람직하게는 100℃를 초과하지 않는 온도를 갖도록 하며, 상기 열간 스트립을 상기 온도 또는 이보다 더 낮은 온도에서 권취하는 것으로 해결된다.

도 1a는 압연 잉곳을 생산하고 균질화하는 단계를 도시하는 도면이다.
도 1b는 열간 압연 단계를 도시하는 도면이다.
도 1c는 냉간 압연 단계를 도시하는 도면이다.
도 1d는 용체화 어닐링 및 담금질을 도시하는 도면이다.

AlMgSi 합금의 열간 스트립내의 Mg₂Si 석출물의 크기는 담금질, 다시 말해서 가속 냉각에 의해 상당히 감소되는 것을 발견하였다. 230℃ 내지 550℃ 사이의 열간 스트립 온도를 마지막 열간압연 패스로부터의 배출시에 130℃ 이하, 바람직하게는 100℃ 이하로 빠르게 냉각하는 것에 의해, 열간 스트립의 미세조직 상태가 동결되며, 따라서 조대 석출물은 더 이상 형성되지 않는다. 최종 두께를 얻기 위한 용체화 어닐링 및 담금질 후에, 얻어지는 알루미늄 스트립은 T4 상태에서 통상의 강도와 함께 상당히 개선된 연신율을 가지며, T6 상태(T6 state)에서 동일한 또는 훨씬 좋은 시효경화능을 갖는다. 이 특성의 조합은 AlMgSi 합금으로부터 제조된 스트립으로는 사전에 달성되지 않는다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예에 따르면, 위와 같은 냉각 작업은 마지막 2개의 열간압연 패스에서 실시되는데, 다시 말해서 수초 이내에 그리고 아무튼 5분 이내에 130℃ 이하로 냉각이 실시된다. 이 방법으로, T4 상태에서의 통상 강도 및 항복점 값과 함께 증가된 연신율값을 발견하였으며, T6 상태에서의 개선된 시효경화능은 특별한 고도의 공정 신뢰성을 달성할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 방법의 제 1 실시예에 따르면, 열간 스트립이 적어도 하나의 판형 냉각기를 사용하는 것 그리고 에멀젼으로 충전된 열간압연 패스 자체에 의해 담금질된다면, 이 방법을 실시하기 위한 특별히 비용 효율적인 배치가 제공된다. 판형 냉각기는 알루미늄 스트립상에 압연 밀 에멀젼을 분사하는 냉각제 어레이와 윤활제 노즐을 포함한다. 판형 냉각기는 압연된 열간 스트립을 열간압연 스테이지 전에 압연 온도로 냉각시키고 권취 온도를 설정하기 위해 열간 압연 밀내에 종종 존재한다. 본 발명에 따른 방법은 임의의 특별한 추가 설비없이 종래의 시스템에서 실시될 수 있다. 정의상, 열간압연 온도는 금속의 재결정온도 보다 더 높은 온도이며, 알루미늄의 경우에는 약 230℃ 보다 더 높은 것을 의미한다. 하지만, 본 발명의 교시에 따르면, 130℃에서의 권취 온도는 공정을 위한 이들 표준 조건의 상당한 아래이다.

본 발명에 따른 방법의 제 2 실시예에 따르면, 열간 스트립의 열간압연 온도가 끝에서 두 번째의 열간압연 패스 전에 적어도 230℃, 바람직하게는 400℃ 보다 더 높으면, 합금의 주된 성분, 마그네슘 및 실리콘이 이들 온도에서 용해된 상태로 알루미늄 매트릭스 내에 존재하기 때문에, 담금질된 열간 스트립 내에 매우 작은 Mg₂Si 석출물이 존재하는 것을 보장하는 것이 가능하다. 열간 스트립의 이 이로운 상태는, 이를테면 담금질 단계에 의해 "동결(frozen)"되는 것이다.

최종 열간 스트립의 두께는 3 ㎜ 내지 12 ㎜, 바람직하게는 3.5 ㎜ 내지 8 ㎜이며, 이는 표준 냉간압연 밀이 냉간압연에 사용될 수 있다는 것을 의미한다.

알루미늄 합금은 바람직하게는 합금 유형 AA6XXX, 바람직하게는 AA6014, AA6016, AA6060, AA6111 또는 AA6181이다. 모든 AA6XXX 합금 유형의 공통 특성은 T4 상태에서 높은 연신율값으로 특징되는 특별히 양호한 성형성 및 T6 사용가능 상태에서, 예를 들면 205℃에서 30분 동안의 인공 시효 후에 매우 높은 강도 또는 항복점을 갖는다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 최종적으로, 압연된 알루미늄 스트립은 열처리되며, 알루미늄은 100℃ 이상으로 가열된 후 권취되고 55℃ 이상, 바람직하게는 85℃ 이상의 온도에서 시효처리된다. 본 발명의 방법의 이 실시예는 시트 또는 스트립이 이 적용에 사용되는 부품으로 형상화되는 상태에서, 알루미늄 스트립 또는 시트에서의 T6 상태를 조정하도록 자연시효 후에 낮은 온도로 짧은 시간의 가열 단계를 실행하는 것이 가능하다. 이를 위해, 이들 빠른 시효 알루미늄 스트립은 T6 상태에서 더 높은 항복점 값에 도달하기 위해 정확히 20분 동안 약 185℃의 온도로 가열된다. 하지만, 본 발명에 따른 방법의 이 실시예로 생산된 알루미늄 스트립의 파단 연신율값 A₈₀은 약간 29% 미만이다. 그러나, 본 발명에 따라 제조된 알루미늄 스트립은 T4 상태에서의 시효 후에 주목할 만하며, 여전히 25% 이상의 매우 양호한 균일 연신율 A_g를 가진다. 용어 "균일 연신율 A_g"는 시편의 신장시험 동안 네킹 전조가 관찰되지 않는 최대 연신율에 관한 것이다. 다시 말해서, 시편을 균일 연신율 범위내에서 균등하게 신장시킨 것이다. 이전에는, 유사한 재료는 22% 내지 23% 이상의 균일 연신율에 대한 값에 도달하지 못했다. 균일 연신율은 성형 거동에서의 결정적 인자인데, 이는 실제로 재료에 적용될 수 있는 변형의 최대 정도를 결정하는 것이기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 매우 양호한 성형 특성을 구비한 알루미늄 스트립을 제공하는데 사용될 수 있으며, 가속 인공 시효 공정(185℃에서 120분)으로 T6 상태로 전환시킬 수 있다.

유형 AA6016의 알루미늄 합금은 중량%로 하기의 합금 성분을 포함한다.

0.25% ≤ Mg ≤ 0.6%

1.0% ≤ Si ≤ 1.5%

Fe ≤ 0.5%

Cu ≤ 0.2%

Mn ≤ 0.2%

Cr ≤ 0.1%

Zn ≤ 0.1%

Ti ≤ 0.1%

잔부: Al과, 총합이 0.15% 이하이고 개별적으로는 0.05% 이하인 불가피한 불순물.

마그네슘 함량이 0.25 중량% 미만이면, 구조용에 적용되는 알루미늄의 강도가 너무 낮아지며, 마그네슘 함량이 0.6 중량%를 상회하면 성형성이 악화된다. 실리콘과 마그네슘 모두는 알루미늄 합금의 경화능에 본질적으로 관여하며, 따라서 적용 케이스, 예를 들면 도료를 소부한 후에 높은 강도가 달성될 수 있다. Si 함량이 1.0 중량% 보다 낮으면, 알루미늄 스트립의 시효 경화성이 감소되고, 그에 따라서 적용 케이스에 있어서는 감소된 강도 특성만이 달성될 수 있다. 그러나, Si 함량이 1.5 중량% 이상이면 압연 잉곳의 생산과 관련된 주조 문제점이 생긴다. Fe는 조대 석출물을 방지하기 위해 0.5 중량% 이하로 한정된다. 구리 함량을 최대 0.2 중량%로 제한하는 것은 특정 적용에서의 알루미늄 합금의 개선된 내부식성의 특별한 결과가 얻어진다. 망간 함량이 0.2 중량% 이하이면 조대 망간 석출물을 형성시키는 경향이 감소된다. 크롬은 미세한 마이크로조직에 관여하지만, 또한 조대 석출물을 방지하기 위해 0.1 중량%로 제한되어야 한다. 반대로, 망간의 존재는 균열(crack)에 대한 경향 및 담금질에 대한 민감성을 감소시키는 것에 의해 본 발명에 따른 알루미늄 합금의 용접성을 개선시킨다. 아연 함량을 0.1 중량% 이하까지 감소시키면 각각의 적용에 있어서 알루미늄 합금 또는 최종 판금의 내식성을 특히 향상시킨다. 반대로, 티타늄은 주조 동안 결정립 미세화를 제공하지만, 알루미늄 합금이 쉽게 주조될 수 있도록 하기 위해 0.1 중량% 이하로 제한되어야 한다.

유형 AA6060의 알루미늄 합금은 중량%로 하기의 합금 성분을 포함한다.

0.35% ≤ Mg ≤ 0.6%

0.3% ≤ Si ≤ 0.6%

0.1% ≤ Fe ≤ 0.3%

Cu ≤ 0.1%

Mn ≤ 0.1%

Cr ≤ 0.05%

Zn ≤ 0.10%

Ti ≤ 0.1%

알루미늄 합금에서, 신중하게 미리설정한 마그네슘 함량과 제 1 실시예의 경우 보다 더 낮은 Si 함량의 조합 및 엄밀하게 특정화된 Fe 함량은 본 발명에 따른 방법에서의 열간 압연 후의 Mg₂Si 석출물의 형성이 매우 효과적으로 방지될 수 있으며, 따라서 전통적으로 생산된 금속 시트와 비교하여 개선된 연신율 및 높은 항복점을 갖는 금속 시트를 생산하는 것이 가능하다. 합금 성분 Cu, Mn 및 Cr의 상한이 낮아질수록 본 발명에 따른 방법의 효과를 더 강화시킨다. Zn 및 Ti의 상한 효과와 관련하여서는, 제 1 실시예의 알루미늄 합금에 관한 기술을 참조한다.

유형 AA6014의 알루미늄 합금은 중량%로 하기의 합금 성분을 포함한다.

0.4% ≤ Mg ≤ 0.8%

0.3% ≤ Si ≤ 0.6%

Fe ≤ 0.35%

Cu ≤ 0.25%

0.05% ≤ Mn ≤ 0.20%

Cr ≤ 0.20%

Zn ≤ 0.10%

0.05% ≤ V ≤ 0.20%

Ti ≤ 0.1%

유형 AA6181의 알루미늄 합금은 중량%로 하기의 합금 성분을 포함한다.

0.6% ≤ Mg ≤ 1.0%

0.8% ≤ Si ≤ 1.2%

Fe ≤ 0.45%

Cu ≤ 0.10%

Mn ≤ 0.15%

Cr ≤ 0.10%

Zn ≤ 0.20%

Ti ≤ 0.1%

유형 AA6111의 알루미늄 합금은 중량%로 하기의 합금 성분을 포함한다.

0.5% ≤ Mg ≤ 1.0%

0.7% ≤ Si ≤ 1.1%

Fe ≤ 0.40%

0.50% ≤ Cu ≤ 0.90%

0.15% ≤ Mn ≤ 0.45%

Cr ≤ 0.10%

Zn ≤ 0.15%

Ti ≤ 0.1%

더 높은 구리 함량 때문에, AA6111 합금은 일반적으로 T6 적용 상태에서 더 큰 강도값을 보이지만, 부식에 더욱 민감하다는 것으로 분류되어야 한다.

알루미늄 합금의 모든 합금 성분은 서로다른 적용에 관해 특별하게 조정되어 왔다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 따라 생산된 이들 알루미늄 합금으로부터 제조된 스트립은 예를 들면 205℃에서 30분 동안의 후속 인공 시효에 대한 항복점의 특별한 증가와 조합하여, T4 상태에서의 특히 높은 연신율값을 보인다. 이는 또한 열처리 후의 용체화 어닐닝을 겪은 T4 상태에서의 알루미늄 스트립에도 적용된다.

본 발명의 두 번째 교시에 따르면, 전술한 목적은 AlMgSi 합금으로 구성된 알루미늄 스트립, 즉 T4 상태에서 80 내지 140 MPa의 항복점 Rp0.2와 함께 적어도 30%의 파단 연신율 A₈₀을 갖는 알루미늄 스트립에 의해 달성된다. T4 상태는 용체화 어닐링과 함께 담금질에 이어, 3일 이후 용체화-어닐링 금속 시트 또는 스트립의 특성이 안정되기 때문에 적어도 3일 동안 실온에서 저장하는 것에 의해 통상적으로 달성된다. 본 발명에 따른 알루미늄 스트립의 파단 연신율 A₈₀과 항복점 Rp0.2의 조합은 이미 공지된 AlMgSi 합금으로 달성되지는 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 알루미늄 스트립은 최종 시트 또는 구성부품에서 항복점 Rp 0.2에 대한 최대값과 함께 높은 연신율값에 의해 최대 성형성을 달성할 수 있다.

MgSi 알루미늄 스트립의 일실시예는 부가적으로 그의 균일 연신율 A_g가 25% 이상이기 때문에 특히 이로운 성형 특성을 타고난다. 균일 연신율은 제조 동안 체크되지 않은 네킹을 피하기 위해 꼭 필요하기 때문에, 알루미늄 스트립 및 부품 제조시에 알루미늄 스트립으로부터 생산된 금속 시트의 최대 성형성을 결정하는데 있어 결정적인 인자이다. 본 발명에 따른 알루미늄 스트립은 네킹에 관한 특히 높은 변형능을 가지며, 따라서 더 큰 공정 신뢰성으로 부품을 생산하도록 성형될 수 있다.

T6 상태에 있을 때, 다시 말해서 사용 또는 적용을 위해 준비된 상태에서, 본 발명에 따른 알루미늄 스트립은 바람직하게는 적어도 15%의 파단 연신율 A₈₀에 대해 185 MPa 보다 더 큰 항복점 Rp0.2를 갖는다. 이들 값은 본 발명에 따라 생산된 알루미늄 스트립 및 용체화 어닐링 및 담금질(T4)에 이어서, 205℃에서 30분 동안의 인공 시효 처리한 T6 상태에서 측정되었다. T6 상태에서의 그의 높은 항복점과 T4 상태에서의 훌륭한 연신율값 때문에, 본 발명에 따른 알루미늄 스트립은 예를 들면 자동차 제조에 특히 적합하다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 용체화 어닐링 및 담금질되고, 205℃에서 30분 인공 시효처리한 후의 T6 상태에서의 상기 알루미늄은 적어도 80 MPa의 T6과 T4 사이의 항복점 차 ㅿRp0.2를 가진다. T4 상태와 T6 사이의 항복점의 증가는 본 발명에 따른 알루미늄 스트립에 대해 특히 높다. 따라서, 본 발명에 따른 알루미늄 스트립은 T4 상태에서 성형하기에 매우 적합하며, 이어서 인공 시효에 의해 매우 강한 사용 상태(T6 상태)로 변태될 수 있다. 예를 들면, 자동차 제조산업에서 요구된, 필요하고 매우 복잡한 성형 조작 및 고 강도값 및 항복점을 고려해 볼 때, 양호한 경화능은 복잡한 부품을 제조하는데 특히 이롭다. 뛰어난 성형 특성을 갖는 빠르게 시효된 MgSi 알루미늄 스트립은, 본 발명에 따라 생산된 알루미늄 스트립이 용체화 어닐링 공정에 이어서 생산된 후에 열처리 공정을 받을 때 생산될 수 있으며, T4 상태에서 80 내지 140 MPa의 항복점 Rp0.2와 함께 25% 이상의 균일 연신율 A_g를 갖는다. 전술한 바와 같이, 이 변종으로 빠른 시효가 가능하며, 동시에 매우 양호한 성형성을 갖는 MgSi 알루미늄 스트립을 생산할 수 있다. T6 상태를 생성하기 위한 인공 시효 공정은 요구된 항복점 증대를 달성하도록 20분 동안 185℃에서 실시될 수 있다.

또 다른 실시예에서와 같이, 알루미늄 스트립이 압연 방향, 압연 방향에 대한 횡단 방향 및 압연 방향에 대한 대각선 방향에서 25% 이상의 균일 연신율 A_g를 갖는다면, 특히 등방성 성형성(isotropic formability)이 가능하다.

바람직하게는, 알루미늄 스트립은 0.5 ㎜ 내지 12 ㎜ 두께를 갖는다. 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜ 두께를 갖는 알루미늄 스트립은 예를 들면 자동차 제조산업의 차체 부품에 바람직하게 사용되는 반면, 2 ㎜ 내지 4.5 ㎜의 더 큰 두께의 알루미늄 스트립은 예를 들면 자동차제조에서의 섀시 부품에 적용하기에 적합할 수 있다. 최대 6 ㎜의 두께를 갖는 단일 부품이 또한 냉간 스트립으로 생산될 수 있다. 이들 외에, 최대 12 ㎜ 두께를 갖는 알루미늄 스트립이 특정 적용에 사용될 수 있다. 매우 두꺼운 이들 알루미늄 스트립은 보통 열간 압연에 의해서만 생산될 수 있다.

본 발명에 따른 알루미늄 스트립의 또 다른 실시예에 따르면, 알루미늄 스트립의 알루미늄 합금은 합금 유형 AA6XXX, 바람직하게는 AA6014, AA6016, AA6060, AA6111 또는 AA6181이다. 이들 알루미늄 합금의 이점과 관해서는 본 발명에 따른 방법의 설명을 참조한다.

T4 상태에서의 양호한 성형성, 적용 상태(T6 상태)에서의 높은 내식성 및 높은 값의 항복점 Rp0.2의 뛰어난 조합에 의해, 전술한 목적은 자동차, 항공기 또는 철도차량 제작의 부품, 섀시 또는 구조 부품 및 패널, 특히 자동차 제조에서의 부품, 섀시 부품, 외부 또는 내부 패널, 바람직하게는 차체 부품과 같은, 본 발명에 따른 알루미늄 스트립으로부터 생산된 금속 시트의 사용에 의한 본 발명의 제 3 교시에 따라 해결된다. 특히 가시성 차체 부품, 예를 들면 보닛, 펜더, 또한 철도차량 또는 항공기의 외피 패널은 높은 항복점 Rp2.0 및 고도의 변형으로 성형한 후에도 양호한 표면 특성으로 득을 본다.

본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 알루미늄 스트립 뿐만 아니라 이로부터 창조된 금속 시트의 사용을 개선하고 개발하는 수많은 방식이 가능하다. 이를 위하여, 특허청구범위 제 1 항 및 제 6 항에 종속된 청구범위 및 도면과 연계한 예시적 실시예의 서술을 참조한다.

도면에 있어서, MgSi 알루미늄 합금으로 만든 스트립을 생산하기 위한 본 발명에 따른 방법의 예시적 실시예의 개략 플로우차트로서, 도 1a는 압연 잉곳을 생산하고 균질화하는 단계, 도 1b는 열간 압연 단계, 도 1c는 냉간 압연 단계 및 도 1d는 용체화 어닐링 및 담금질을 도시한다.

첫 번째로, 압연 잉곳(1)은 중량%로 하기의 합금 성분을 갖는 알루미늄 합금으로부터 주조된다.

0.35% ≤ Mg ≤ 0.6%

0.3% ≤ Si ≤ 0.6%

0.1% ≤ Fe ≤ 0.3%

Cu ≤ 0.1%

Mn ≤ 0.1%

Cr ≤ 0.05%

Zn ≤ 0.1%

Ti ≤ 0.1%

이 방식으로 만든 압연 잉곳은 합금 성분이 도 1a의 압연 잉곳 전체에 걸쳐 완전히 균질하게 분포되도록 8시간 동안 약 550℃의 균질화 온도에서 노(2)내에서 균질화된다.

도 1b는 본 발명에 따른 방법의 현 실시예에 있어서 압연 잉곳(1)이 열간 압연 밀(3)을 거꾸로 통과되는 것에 의해 어떻게 열간 압연되는가를 도시하며, 압연 잉곳(1)은 열간 압연 동안 230℃ 내지 550℃의 온도에 도달한다. 이 실시예에 있어서, 열간 스트립(4)은 바람직하게는 스트립이 열간 롤러(3)를 떠난 후 끝에서 두 번째의 열간 압연 패스 전에 적어도 400℃의 온도를 갖는다. 따뜻한 스트립(4)의 담금질은 바람직하게는 판형 냉각기(5) 및 열간 압연 밀(3)의 워킹 롤러를 사용하여 적어도 400℃의 이 열간 스트립 온도에서 거행된다. 단지 도식적으로 나타낸 판형 냉각기(5)는 열간 스트립(4)에 냉간 압연 에멀젼을 분사하여 열간 스트립(3)이 빠르게 냉각되는 것을 보장한다. 압연 밀(3)의 워킹 롤러는 에멀전으로 충전되며 열간 스트립(4)을 추가로 냉각시킨다. 마지막 압연 패스 후, 본 실시예에서의 판형 냉각기(5')로부터 배출구에서, 열간 스트립(4)은 정확히 95℃의 온도를 가지며, 리코일러(6)에 권취될 것이다.

열간 스트립(4)이 열간 압연 패스로부터의 배출구에서 즉시 130℃ 이하 또는 100℃ 이하의 온도를 갖거나, 또는 판형 냉각기(5)와 열간 압연 밀(3)의 워킹 롤러의 사용에 의해 마지막 2개의 열간 압연 패스에서 130℃ 이하 또는 100℃ 이하의 온도로 선택적으로 냉각되기 때문에, 후속 석출 단계에서 이용가능한 열 형태의 추가적인 에너지가 없으므로 이를 테면 열간 스트립(4)의 결정체 마이크로조직이 냉동된다. 3 ㎜ 내지 12 ㎜, 바람직하게는 3.5 ㎜ 내지 8 ㎜의 두께를 갖는 열간 스트립은 리코일러(6)에 권취된다. 전술한 바와 같이, 본 실시예에서의 권취 온도는 95℃ 이하이다.

본 발명에 따른 방법에 있어서, 권취된 열간 스트립(4)내에는 조대 Mg₂Si 석출물이 없거나 또는 매우 적게 형성될 수 있다. 열간 스트립(4)은 추가 공정에 매우 적합한 결정질 상태를 가지며, 예를 들면 도 1c의 디코일러(7)에 의해 풀려져 냉간 압연 밀(9)로 공급되고 그 후 코일러(8)에 다시 권취될 수 있다.

얻어지는 냉간 압연 스트립(11)이 권취된다. 그 후, 도 1d의 용체화 어닐링 및 담금질을 위해 노(10)로 이동된다. 이 목적을 위해, 코일(12)로부터 다시 풀려지며, 노(10)에서 용체화 어닐링되고, 담금질되어 코일(13)로 복귀된다. 그 후, 실온에서의 자연 시효 후에, 최대 성형성을 구비한 T4 상태의 알루미늄 스트립이 출하될 수 있다. 선택적 실시예(도시되지 않음)에서, 알루미늄 스트립(11)은 여러 개의 개별적인 시트들로 분할될 수 있으며, 자연 시효 후에 T4 상태에서 이용가능하다.

더 큰 알루미늄 스트립 두께를 가질 때, 예를 들면 섀시 용도 또는 백킹 플레이트(backing plate)와 같은 부품에 대해, 선택적으로 구간적 어닐닝이 실행될 수 있으며, 그 직후 시트는 담금질된다.

T6 상태에서, 알루미늄 스트립 또는 알루미늄 패널은 항복점에 대한 최대값을 얻기 위해 인공 시효 공정에서 100℃에서 220℃로 가열된다. 예를 들면, 인공 시효는 205℃에서 30분 동안 실행될 수 있다.

전술한 실시예에 따라 생산된 알루미늄 스트립은, 예를 들면 자연 시효 후에 0.5 ㎜ 내지 4.5 ㎜의 두께를 갖는다. 0.5 ㎜ 내지 2 ㎜ 두께의 스트립은 일반적으로 차체 용도로 사용되며, 2.0 ㎜ 내지 4.5 ㎜ 두께의 스트립은 자동차 제조에서의 섀시 부품으로 사용된다. 이 양쪽 적용 영역에 있어서, 개선된 연신율 값은 시트에 대한 대부분의 조작이 광범위한 성형을 수반하지만, 동시에 최종 제품의 적용 상태(T6)에서 높은 강도가 꼭 제공되어야 하기 때문에 부품 제조에서 결정적인 이점을 나타낸다.

표 1은 종래의 또는 독창적인 방법에 의해 생산된 알루미늄 스트립의 알루미늄 합금의 합금 조성을 나타낸다. 도시된 합금 성분 함량 이외에, 알루미늄 스트립의 나머지 조성은 알루미늄 및 총합으로는 0.15% 이하, 개별적으로는 0.05% 이하인 불순물로 이루어져 있다.

스트립	Si %wt	Fe %wt	Cu %wt	Mn %wt	Mg %wt	Cr %wt	Zn %wt	Ti %wt
409	1.29	0.17	0.001	0.057	0.29	＜0.0005	＜0.001	0.02
410	1.30	0.17	0.001	0.056	0.29	＜0.0005	＜0.001	0.0172
491-1	1.39	0.18	0.002	0.062	0.30	0.0006	0.01	0.0158
491-11	1.40	0.18	0.002	0.063	0.31	0.0006	0.0104	0.0147

스트립(시편) 409와 410은 본 발명에 따른 방법에 따라 생산되었으며, 마지막 2개의 열간 압연 패스로, 열간 스트립은 판형 냉각기 및 열간 롤러 자체를 사용하여 약 400℃에서 95℃로 냉각되었고, 권취되었다. 이 스트립에 대한 측정값은 표 2에 "본 발명"으로 나타내었다. 그 후, 1.04 ㎜의 최종 두께로 냉간 압연되었다.

스트립(시편) 491-1과 491-11은 종래의 열간 압연과 냉간 압연을 사용하여 생산되었으며, 라벨 "종래예"로 나타내었다.

표 2에 나타낸 기계적 특성의 결과는 달성가능한 연신율 값 A₈₀이 다르다는 것을 명확하게 나타낸다.

스트립			T4				T6 205℃/30min
		두께 (㎜)	Rp0.2 (MPa)	R_m (MPa)	A_g (%)	A₈₀ (%)	Rp0.2 (MPa)	R_m (MPa)	A₈₀ (%)	ㅿRp0.2 (MPa)
409	본 발명	1.04	100	220	26.3	31.3	187	251	16.2	87
410	본 발명	1.04	98	217	25.6	30.3	195	256	15.5	97
491-1	종래예	1.04	92	202	23.1	27.8	180	235	14.7	88
491-11	종래예	1.04	88	196	23.0	27.4	179	232	14.3	91

T4 상태를 달성하기 위해, 스트립을 용체화 어닐링 및 후속 담금질 하고, 이어서 실온에서 자연 시효 하였다. T6 상태는 30분 동안 205℃에서 인공 시효로 달성되었다.

본 발명에 따른 방법을 통해서는 스트립 409와 410에 이로운 마이크로조직이 생성됨이 밝혀졌고, 더 높은 항복점 Rp0.2 및 증가된 강도 R_m을 제공할 뿐만 아니라 연신율 A₈₀의 증가도 가능해졌음이 밝혀졌다. 이 마이크로조직은 적어도 30%의 높은 파단 연신율, 또는 80 내지 140 MPa의 매우 높은 항복점 Rp0.2 값과 함께 적어도 30%의 높은 파단 연신율 A₈₀의 특히 이로운 조합이 얻어진다. T6 상태에 있어서, 항복점은 185 MPa 이상으로 상승될 수 있으며, 이 경우에 연신율 A₈₀은 여전히 15% 이상 유지될 수 있다. 87 또는 97 MPa의 항복점 차 ㅿRp0.2를 갖는 경화능은 본 발명에 따른 실시예가 15% 이상의 증가된 연신율 값에도 불구하고 205℃에서 30 분 동안의 인공 시효 하에서 인공적으로 시효된 T6 상태에서 항복점의 매우 양호한 증가가 나타나는 것을 보여준다.

본 발명에 따른 스트립과 종래의 스트립의 균일 연신율 A_g의 비교는 또한 25% 이상 값을 갖는 균일 연신율 A_g를 나타내는 본 발명의 스트립 409와 410은 23%의 값을 갖는 종래의 스트립을 상당히 능가하는 것으로 측정되었다. 표 2는 압연 방향에 대한 횡단 방향의 균일 연신율 값을 나타낸다. 표 2에 나타내지 않았지만, 본 발명에 따른 방법에 의한 스트립에 대해 측정된, 압연 방향 및 압연 방향에 대한 대각선 방향의 균일 연신율 A_g도 25% 보다 큰 값을 기록하였다. 이들 결과는 본 발명에 따른 스트립의 우수한 성형성을 강조한다.

하기 표 3에서 균일 연신율 A_g와 파단 연신율 A₈₀, 항복점 Rp0.2 및 최대 인장강도 R_m의 값들은 DIN EN에 따라 측정되었다. 측정된 값은 다른 스트립에서 취한 측정 수단에 의해 T4 상태에서 확인되었다. 스트립 A와 B의 알루미늄 합금은 하기 조성을 가졌다.

0.25% ≤ Mg ≤ 0.6%

1.0% ≤ Si ≤ 1.5%

Fe ≤ 0.5%

Cu ≤ 0.2%

Mn ≤ 0.2%

Cr ≤ 0.1%

Zn ≤ 0.1%

Ti ≤ 0.1%

스트립 A와 스트립 B는 마지막 두 압하 단계 중에 본 발명에 따른 방법의 적용에 의해 열간 스트립을 95℃로 담금질하여 권취한 후 1.0 ㎜와 3.0 ㎜의 최종 두께로 각각 냉간 압연되었다. T4 상태를 달성하기 위해, 스트립 A와 스트립 B를 용체화 어닐링하고 담금질 후에 자연 시효시켰다.

하기 표 3의 측정 값은 두 스트립에 대해 알아낸 것이다.

스트립		T4
	두께(㎜)	Rp0.2 (MPa)	R_m (MPa)	A₈₀ (%)
A	1.0	107	221	31.1
B	3.0	108	212	32.0

연신율 값의 추가 증가는 제조 동안 T4 상태에서의 매우 고도의 변형이 T6 상태에서의 최대 인장강도 R_m 및 항복점 Rp0.2와 조합되어야 하는 부품을 생산하기 위한 이들 알루미늄 스트립에 어떻게 이상적으로 알맞는가를 나타낸다.

또한, 제품이 생산된 후에 바람직하게는 바로 알루미늄 스트립에 추가적인 열처리, 예를 들면 용체화 어닐링과 담금질 후에 바로 추가적인 열처리를 실시한 다른 알루미늄 스트립을 시험하였다. 이를 위해, 알루미늄 스트립은 100℃ 이상으로 잠시 가열된 후 85℃ 이상의 온도, 본 발명에서는 88℃에서 권취하고 자연적으로 시효시켰다.

표 4는 용체화 어닐링 및 담금질 후에 추가적인 열처리를 한 스트립 342의 조성을 나타낸다.

스트립	Si중량%	Fe중량%	Cu중량%	Mn중량%	Mg중량%	Cr중량%	Zn중량%	Ti중량%
342	1.3	0.17	0.00	0.06	0.3	≤0.0005	≤0.001	0.02

예비 풀림 단계로 불리는 열처리는 파단 연신율 A₈₀이 30% 이하였기 때문에 파단 연신율 특성의 악화를 초래하였다. 놀랍게도, 알루미늄 스트립 P342의 균일 연신율은 표 5에 나타낸 바와 같이 열처리를 하지 않은 변종으로부터의 변화없이 25% 이상에서 유지되었다. 개선된 균일 연신율이 더 고도의 변형을 가능하게 하고 따라서 제조시의 더 큰 공정 신뢰성 또는 더 적은 성형단계를 가능하게 하기 때문에 균일 연신율은 알루미늄 스트립을 부품으로 성형할 때 매우 중요한 인자이다.

표 5는 다양하게 측정된 값을 나타낸다. 한편, 스트립 P342-BA의 개시점과 스르립 P342-BE의 말단에서 3개의 측정 값을 취하였다. "상태(state)" 칼럼은 스트립이 T4 상태에 있는 것을 나타내며, 즉 용체화 어닐링되고 담금질되고, 실온에서 8일 동안 자연 시효 처리된 것을 말한다. 스트립 개시점으로부터 스트립 말단까지의 스트립을 절단하여 길이방향(L), 즉 압연 방향, 압연 방향에 대한 횡단 방향(Q) 및 압연 방향에 대한 대각선 방향(D)에서 측정하였다. 경우에 따라서는 파단 연신율 A_80㎜이 30% 이하로 떨어졌을 경우에도 균일 연신율 A_g가 모든 방향에서 측정했을 때 여전히 25% 이상으로 유지되었으며, 열처리를 하지 않은 스트립의 파단 연신율에 비해 놀랍게도 일정했다.

스트립/ 포지션	상태	Pos	a₀ (mm)	Rp0.2 (Mpa)	R_m (MPa)	A_g (%)	A_80mm (%)
P342-BA	T4(8d RT)	L	1.009	97	209	25.3	28.9
P342-BA	T4(8d RT)	Q	1.006	90	206	25.5	28.5
P342-BA	T4(8d RT)	D	1.005	92	207	25.6	29.1
P342-BE	T4(8d RT)	L	1.002	95	208	25.9	30.1
P342-BE	T4(8d RT)	Q	1.000	89	204	25.3	28.3
P342-BE	T4(8d RT)	D	1.000	90	205	25.7	29.8

후속 인공 시효 단계에 있어서, T6 상태는 185℃에서 20분 후에 도달되었다. T6 상태에서 측정된 인장 항복점에 대한 전형적인 값은 인공 시효 후에는 140 MPa 보다 더 높았으며, 인공 시효 후 추가 2% 신장한 후에는 165 MPa 보다 더 높았다. 본 발명에 따라 제조되어 열처리도 받은 알루미늄 스트립은 중요한 여러 특성들을 결합시킨다. T4 상태에 있어서, 높은 균일 연신율 때문에 아주 쉽게 변형가능하고 이와 아울러 185℃에서의 20분 동안의 인공 시효 후에 소망 강도에 도달한다.

Claims

알루미늄 합금인 AlMgSi 합금으로부터 스트립을 제조하는 방법으로, AlMgSi 합금으로부터 압연 잉곳을 주조하고, 상기 압연 잉곳을 균질화처리하고, 열간 압연 온도에 도달한 상기 압연 잉곳을 열간압연한 후 선택적으로 최종 두께로 냉간압연하여 알루미늄 스트립을 제조하는 방법에 있어서,
상기 알루미늄 합금은 합금 유형이 AA6014, AA6016, AA6060, AA6111 또는 AA6181이고,
마지막 열간압연 패스로부터 배출된 직후에 이 열간 스트립의 배출 온도는 130℃ 이하이고, 상기 열간 스트립은 상기 온도 또는 이보다 더 낮은 온도에서 권취되며, 상기 열간 스트립은 적어도 하나의 평판 냉각기 및 열간 압연 패스 자체에 충전된 에멀젼을 사용하여 상기 배출 온도로 담금질 되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스트립 제조방법.
제 1 항에 있어서,
상기 열간 스트립의 열간압연 온도는 끝에서 두 번째의 열간압연 패스 전에 적어도 230℃인 것을 특징으로 하는 알루미늄 스트립 제조방법.
제 1 항에 있어서,
마지막 열간압연 패스 후에 상기 열간 스트립의 최종 두께는 3 ㎜ 내지 12 ㎜인 것을 특징으로 하는 알루미늄 스트립 제조방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
마무리 압연된 알루미늄 스트립은 100℃ 이상으로 가열되는 열처리를 거친 후 권취되고, 55℃ 이상의 온도에서 시효처리되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스트립 제조방법.
알루미늄 합금인 AlMgSi 합금을 포함하며, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 생산된 알루미늄 스트립에 있어서,
상기 알루미늄 합금은 합금 유형이 AA6014, AA6016, AA6060, AA6111 또는 AA6181이고,
T4 상태에서 상기 알루미늄 스트립은 80 내지 140 MPa의 항복점 Rp0.2와 함께 적어도 30%의 파단 연신율 A₈₀을 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스트립.
제 5 항에 있어서,
T4 상태에서 상기 알루미늄 스트립은 25% 이상의 균일 연신율 A_g를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스트립.
제 5 항에 있어서,
용체화 어닐링 및 담금질 후에, 205℃에서 30분 동안 인공 시효처리한 T6 상태에서 상기 알루미늄 스트립은 185 MPa 이상의 항복점 Rp0.2을 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스트립.
제 5 항에 있어서,
용체화 어닐링 및 담금질 후에, 205℃에서 30분 동안 인공 시효처리한 T6 상태에서 상기 알루미늄 스트립은 적어도 80 MPa의 T6 상태와 T4 상태 간의 항복점 차 ㅿRp0.2를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스트립.
알루미늄 합금인 AlMgSi 합금을 포함하고, 제 4 항에 따른 방법으로 생산된 알루미늄 스트립에 있어서,
상기 알루미늄 합금은 합금 유형이 AA6014, AA6016, AA6060, AA6111 또는 AA6181이고,
상기 알루미늄 스트립은 80 내지 140 MPa의 항복점 Rp0.2과 함께 25% 이상의 균일 연신율 A_g를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스트립.
제 9 항에 있어서,
상기 알루미늄 스트립은 압연 방향, 압연 방향에 대한 횡단 방향 및 압연 방향에 대한 대각선 방향 중 적어도 하나의 방향에서 25% 이상의 균일 연신율 A_g를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스트립.
제 9 항에 있어서,
상기 알루미늄 스트립은 0.5 내지 12 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 스트립.
제 5 항에 따른 알루미늄 스트립으로 제조된 금속 시트에 있어서,
상기 금속 시트는 자동차, 항공기 또는 철도차량 제조산업에서의 부품, 섀시나 구조 부재 또는 패널을 생산하기 위한 원재료로 사용되는 것을 특징으로 하는 금속 시트.
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