KR101950595B1 - 알루미늄 합금 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법은 (a) 스트립 캐스팅 공정으로 Cr : 0.16 ~ 0.24중량%, Cu : 0.5 ~ 0.95중량%, Mn : 0.1 ~ 0.2중량%, Mg : 0.2 ~ 1.0중량%, Zn : 0.25 ~ 0.45중량%, Si : 0.7 ~ 0.85중량%, Ti : 0.25 ~ 0.3중량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진 주물재를 제공하는 단계; (b) 상기 주물재에 대하여 균질화 열처리 없이 20 ~ 40%의 압하율로 480 ~ 540℃에서 열간 압연하는 단계; (c) 열간 압연된 상기 주물재에 대하여 20 ~ 40%의 압하율로 냉간 압연하는 단계; 및 (d) 냉간 압연된 상기 주물재에 대하여 480 ~ 540℃에서 20 ~ 60 분 동안 재결정 열처리하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 알루미늄 합금 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 및 고성형성의 알루미늄 합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 자동차 차체의 경량화의 사회적 요구는 점점 증대되고 있다. 이러한 요구에 응답하기 위해, 자동차 차체 중 패널이나 도어 빔 등의 보강재 등을 부분적으로 강판 등의 철강 재료 대신에 알루미늄 합금 재료를 적용하는 시도가 진행되고 있다. 나아가, 자동차 차체의 보다 경량화를 위해서는 자동차 부재 중에서도 특히 경량화에 기여하는 프레임, 필러 등의 자동차 구조 부재에도 알루미늄 합금 재료의 적용을 확대하는 것이 요구되고 있다.
관련 선행기술로는 한국공개특허 제2010-0049722호(공개일: 2010.05.13, 발명의 명칭: 고강도 알루미늄합금 주물)가 있다.
본 발명의 목적은 균일한 기계적 특성을 구비하는 고성형성이 필요한 자동차용 알루미늄 판재에 적용할 수 있는 알루미늄 합금 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법은 (a) 스트립 캐스팅 공정으로 Cr : 0.16 ~ 0.24중량%, Cu : 0.5 ~ 0.95중량%, Mn : 0.1 ~ 0.2중량%, Mg : 0.2 ~ 1.0중량%, Zn : 0.25 ~ 0.45중량%, Si : 0.7 ~ 0.85중량%, Ti : 0.25 ~ 0.3중량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진 주물재를 제공하는 단계; (b) 상기 주물재에 대하여 균질화 열처리 없이 20 ~ 40%의 압하율로 480 ~ 540℃에서 열간 압연하는 단계; (c) 열간 압연된 상기 주물재에 대하여 20 ~ 40%의 압하율로 냉간 압연하는 단계; 및 (d) 냉간 압연된 상기 주물재에 대하여 480 ~ 540℃에서 20 ~ 60 분 동안 재결정 열처리하는 단계;를 포함한다.
상기 알루미늄 합금의 제조방법의 상기 (a) 단계에서 Mn, Cr 또는 Cu가 결합된 Mg2Si 강화상이 덴드라이트 형태로 정출되며, 상기 (b) 단계 및 (c) 단계에서 상기 Mg2Si 강화상은 구형 형태로 변형되며, 상기 (d) 단계는 상기 Mg2Si 강화상 주변부에 재결정이 진행되어 이방성 집합조직이 생성되어 성형성이 더욱 향상되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 제조방법의 상기 (a) 단계에서 정출되는 상기 Mg2Si 강화상은 20 ㎛ 이하의 크기를 가지고, 상기 (b) 단계 및 (c) 단계에서 상기 Mg2Si 강화상은 5 ㎛ 이하의 크기를 가질 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 제조방법의 상기 (a) 단계는 700℃ 이상의 합금화된 용탕을 100 ~ 150℃/s의 냉각속도로 300℃까지 냉각하여 3 ~ 6mm의 두께를 가지는 주물재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금은 Cr : 0.16 ~ 0.24중량%, Cu : 0.5 ~ 0.95중량%, Mn : 0.1 ~ 0.2중량%, Mg : 0.2 ~ 1.0중량%, Zn : 0.25 ~ 0.45중량%, Si : 0.7 ~ 0.85중량%, Ti : 0.25 ~ 0.3중량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
상기 알루미늄 합금에서, Mn, Cr 또는 Cu가 결합된 Mg2Si 강화상이 5 ㎛ 이하의 크기를 가지며, 상기 Mg2Si 강화상 주변부에 재결정이 진행되어 이방성 집합조직이 생성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 균일한 기계적 특성을 구비하는 고성형성이 필요한 자동차용 알루미늄 판재에 적용할 수 있는 알루미늄 합금 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에서 주물재의 응고 조건을 비교하여 도해한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 미세구조를 촬영한 사진들이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금의 미세구조를 촬영한 사진들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 강화상에 의한 강도 향상을 설명하기 위하여 촬영한 사진들이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 강화상에 의한 집합조직 제어를 설명하기 위하여 촬영한 사진들이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금의 인장 특성을 비교하여 도해한 그래프들이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에서 주물재의 응고 조건을 비교하여 도해한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 미세구조를 촬영한 사진들이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금의 미세구조를 촬영한 사진들이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 강화상에 의한 강도 향상을 설명하기 위하여 촬영한 사진들이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 강화상에 의한 집합조직 제어를 설명하기 위하여 촬영한 사진들이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 실험예에 따른 알루미늄 합금의 인장 특성을 비교하여 도해한 그래프들이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
박물주조재를 사용하여 알루미늄 판재를 제조하는 경우 불균일한 미세구조 형성으로 인한 기계적 물성이 하락하는 현상이 발생한다. 한편, 저원가 주조공정인 스트립 캐스팅(strip casting) 공정을 통하여 판재를 제조 시 압연공정 단순화로 인한 원가절감이 가능하지만, 압연공정 단순화로 인한 표면부와 중심부 간의 미세구조 제어가 어렵다. 미세구조 제어를 위한 박물주조재의 균질화 열처리 및 후처리 공정 추가로 인한 원가 절감 효과가 미비해진다. 따라서, 원가절감형 공정인 스트립 캐스팅 공정은 불균일한 미세구조로 인하여 사용이 제한적이다. 즉, 일반 판재제조공정인 다이렉트 칠 캐스팅(Direct chill casting) 공법에 비해 공정이 단순한 스트립 캐스팅 공법이 원가면에서 유리하지만, 물성달성 측면에서는 급속응고제어가 어렵기 때문에 자동차용 판재로 사용되고 있지 않다.
본 발명은 고성형성이 필요한 자동차용 알루미늄 판재의 경우 균일한 기계적 특성이 필요하다는 점을 고려하면서도 원가를 절감할 수 있는 스트립 캐스팅 공정으로 알루미늄 합금을 구현할 수 있는 알루미늄 합금의 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법은 (a) 스트립 캐스팅 공정으로 Cr : 0.16 ~ 0.24중량%, Cu : 0.5 ~ 0.95중량%, Mn : 0.1 ~ 0.2중량%, Mg : 0.2 ~ 1.0중량%, Zn : 0.25 ~ 0.45중량%, Si : 0.7 ~ 0.85중량%, Ti : 0.25 ~ 0.3중량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진 주물재를 제공하는 단계(S100); (b) 상기 주물재에 대하여 균질화 열처리 없이 20 ~ 40%의 압하율로 480 ~ 540℃에서 열간 압연하는 단계(S200); (c) 열간 압연된 상기 주물재에 대하여 20 ~ 40%의 압하율로 냉간 압연하는 단계(S300); 및 (d) 냉간 압연된 상기 주물재에 대하여 480 ~ 540℃에서 20 ~ 60 분 동안 재결정 열처리하는 단계(S400);를 포함한다.
상기 알루미늄 합금의 제조방법의 상기 (a) 단계에서 Mn, Cr 또는 Cu가 결합된 Mg2Si 강화상이 덴드라이트 형태로 정출되며, 상기 (b) 단계 및 (c) 단계에서 상기 Mg2Si 강화상은 구형 형태로 변형되며, 상기 (d) 단계는 상기 Mg2Si 강화상 주변부에 재결정이 진행되어 이방성 집합조직이 생성되어 성형성이 더욱 향상되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 제조방법의 상기 (a) 단계에서 정출되는 상기 Mg2Si 강화상은 20 ㎛ 이하의 크기를 가지고, 상기 (b) 단계 및 (c) 단계에서 상기 Mg2Si 강화상은 5 ㎛ 이하의 크기를 가질 수 있다.
상기 알루미늄 합금의 제조방법의 상기 (a) 단계는 700℃ 이상의 합금화된 용탕을 100 ~ 150℃/s의 냉각속도로 300℃까지 냉각하여 3 ~ 6mm의 두께를 가지는 주물재를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (a) 단계에서 개시된 주물재의 조성 범위에 대하여 설명한다.
Cr : 0.16 ~ 0.24중량%
Cr은 결정립을 미세화하는 원소이다. Cr이 0.16중량% 미만인 경우 결정립 미세화의 효과가 미미하며, 0.24중량%을 초과하는 경우 조대한 화합물을 생성하여 가공성이 열화될 수 있으므로, 크롬(Cr)의 함량을 0.16 ~ 0.24중량% 범위로 제한하였다.
Cu : 0.5 ~ 0.95중량%
구리(Cu)는 대부분 고용 강화에 의해 알루미늄 합금의 기계적 특성을 향상시키며 인성을 증가시킨다. 다만, 함량이 0.5중량%에 미달할 경우 인장강도의 향상효과가 크지 않으며, 함량이 0.95중량%를 초과할 경우 금속간 화합물의 석출에 의해 성형성이 감소하게 되므로 따라서 구리(Cu)의 함량을 0.5 ~ 0.95중량% 범위로 제한하였다.
Mn : 0.1 ~ 0.2중량%
망간(Mn)은 고용 강화로써 강도를 향상시키는 원소이다. 상기 망간(Mn)의 함량이 0.1중량% 미만인 경우 결정립 성장 억제 효과가 불충분하여 상기 알루미늄 합금의 강도가 저하될 수 있는 반면, 0.2중량% 초과인 경우 강도 및 가공성 향상 효과는 더 이상 증가하지 않고 수렴하는 반면 압출성이 오히려 저하될 수 있다.
Mg : 0.2 ~ 1.0중량%
마그네슘(Mg)은 실리콘(Si)과 Mg2Si 화합물을 형성해 강도를 향상시키는 원소이다. 함량이 0.2중량%에 미달할 경우 강도 향상효과가 크지 않지만, 함량이 1.0중량%를 초과할 경우 알루미늄 합금의 압출성, 표면조도, 치수정밀도 등이 크게 저하될 수 있으며, 나아가, 주조 시 용탕의 산화 경향이 증대하게 된다. 따라서 마그네슘(Mg)의 함량을 0.2 ~ 1.0중량% 범위로 제한하였다.
Zn : 0.25 ~ 0.45중량%
Zn은, 알루미늄 합금 중에서 Mg과 공존함으로써 η'상 및/또는 T'상을 석출시키는 원소이다. Mg과 함께 Zn을 함유시킴으로써, 석출 강화에 의한 강도 향상 효과를 얻을 수 있다. Zn의 함유량이 0.25중량% 미만인 경우에는, η'상 및 T'상의 석출량이 적어지기 때문에, 강도 향상 효과가 낮아진다. 따라서, Zn의 함유량은 0.25 중량% 이상으로 한다. 한편, Zn의 함유량이 0.45중량%을 초과하는 경우5.0% 이상인 경우에는, 연성이 저하될 우려가 있다. 따라서, Zn의 함유량은 0.25 ~ 0.45중량%로 한다.
Si : 0.7 ~ 0.85중량%
실리콘(Si)은 주조성 및 강도에 영향을 주는 주요 원소이다. 다만, 함량이 0.7중량%에 미달할 경우 주조성 및 강도 향상의 효과가 크지 않다. 반면, 함량이 0.85중량%를 초과할 경우 알루미늄 합금의 압출 가공시 동일 압출 속도에서표면 결함이 발생할 수 있다.
Ti : 0.25 ~ 0.3중량%
티타늄(Ti)은 주조성을 향상시키며 알루미늄 합금에 첨가됨으로써 주괴 조직을 미세화하여 강도 향상에 기여하는 원소이다. 티타늄(Ti) 함량이 0.25% 미만일 경우 용해 주조시 주물 조직이 조대하여 합금의 균열이 발생할 수 있으며, 티타늄(Ti) 함량이 0.3중량%을 초과하는 경우 Al과의 사이에 형성되는 AlTi계 금속간화합물 등이 원인이 되어, 점상 및 줄무늬 모양이 발생하기 쉬워지므로, 외관 특성이 불충분해질 우려가 있다. 따라서, Ti의 함유량은 0.25 ~ 0.3중량%로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에서 주물재의 응고 조건을 비교하여 도해한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에서 주물재의 응고 조건(①)은 720℃에서 합금화된 용탕을 114℃/s의 냉각속도로 300℃까지 제어냉각하는 스트립 캐스팅 조건이며, 형성된 주조재의 두께는 6mm 이다. 나아가, 720℃에서 합금화된 용탕을 100 ~ 150℃/s의 냉각속도로 300℃까지 제어냉각하는 조건에서 형성된 주조재의 두께는 3 ~ 6mm 임을 확인하였다.
이에 반하여, 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금의 제조방법에서 주물재의 응고 조건(②)은 720℃에서 합금화된 용탕을 40℃/s의 냉각속도로 300℃까지 제어냉각하는 조건이며, 형성된 주조재의 두께는 20mm 이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 미세구조를 촬영한 사진들이고, 도 4는 본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금의 미세구조를 촬영한 사진들이다.
본 발명의 비교예에 따른 알루미늄 합금은 Cr : 0.3중량% 이하(단, 0중량% 초과), Cu : 0.3중량% 이하(단, 0중량% 초과), Mn : 0.3중량% 이하(단, 0중량% 초과), Mg : 0.2 ~ 1.0중량%, Zn : 0.3중량% 이하(단, 0중량% 초과), Si : 0.2 ~ 1.0중량%, Ti : 0.2중량% 미만(단, 0중량% 초과)을 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지며 15mm 두께를 가지는 주물재를 제공하는 단계; (b) 상기 주물재에 대하여 530℃에서 4시간 동안 균질화 열처리하는 단계; (c) 상기 주물재에 대하여 20 ~ 40%의 압하율로 480 ~ 540℃에서 열간 압연하는 단계; (d) 열간 압연된 상기 주물재에 대하여 20 ~ 40%의 압하율로 냉간 압연하는 단계; 및 (d) 냉간 압연된 상기 주물재에 대하여 480 ~ 540℃에서 20 ~ 60 분 동안 재결정 열처리하는 단계;를 수행하여 구현한다.
본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 알루미늄 합금의 미세구조에서 재결정크기는 각각 30㎛ 및 43㎛이며, 재결정 비율은 85% 및 62%으로 나타났다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 강화상에 의한 강도 향상을 설명하기 위하여 촬영한 사진들이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금의 강화상에 의한 집합조직 제어를 설명하기 위하여 촬영한 사진들이다.
도 5를 참조하면, 박물의 주조재는 두께가 6 mm이며, 최종 판재의 두께는 1 mm이다. 박물의 주조재에서는 합금 설계를 통하여 20 ㎛ 이하의 새로운 정출상이 생성된다. 새로운 정출상은 Mn, Cr 또는 Cu가 결합된 Mg2Si이며, 열간 압연, 냉간 압연, 재결정 열처리 과정을 통해 구형의 정출상으로 변형되되 5 ㎛ 이하의 크기로 제어되어 알루미늄 합금의 강도가 향상된다. 이러한 강도의 향상은 소성 변형 시 분산된 상에 의한 전위 진행 방해를 통해 이루어진다.
도 6을 참조하면, 냉간 압연 공정에서 정출상 주변으로 집중된 응력이 재결정 열처리 과정을 거쳐 정출상 주변부에 램덤한 재결정 발달로 인한 성형성이 향상된다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실험예
실험예들 중 일부는 본 발명의 실시예로서 표 1의 성분계를 갖는 알루미늄 합금을 형성한다. 예를 들어, 실시예1에 의한 알루미늄 합금은 Cr : 0.184중량%, Cu : 0.524중량%, Mn : 0.119중량%, Mg : 0.654중량%, Zn : 0.372중량%, Si : 0.836중량%, Ti : 0.29중량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 실시예2에 의한 알루미늄 합금은 Cr : 0.167중량%, Cu : 0.502중량%, Mn : 0.197중량%, Mg : 0.230중량%, Zn : 0.269중량%, Si : 0.735중량%, Ti : 0.258중량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 실시예3에 의한 알루미늄 합금은 Cr : 0.235중량%, Cu : 0.949중량%, Mn : 0.102중량%, Mg : 0.952중량%, Zn : 0.440중량%, Si : 0.759중량%, Ti : 0.266중량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
| Cr | Cu | Mn | Mg | Zn | Si | Ti | |
| 실시예1 | 0.184 | 0.524 | 0.119 | 0.654 | 0.372 | 0.836 | 0.29 |
| 실시예2 | 0.167 | 0.502 | 0.197 | 0.23 | 0.269 | 0.735 | 0.258 |
| 실시예3 | 0.235 | 0.949 | 0.102 | 0.952 | 0.44 | 0.759 | 0.266 |
실시예1 내지 실시예3의 조성을 가지는 합금화된 용탕을 720℃에서 120℃/s의 냉각속도로 300℃까지 제어냉각하여 두께가 6 mm인 주물재를 형성한 후, 균질화 열처리 없이 520℃에서 압하율 30%로 열간 압연하고, 압하율 30%로 냉간 압연한 후, 520℃에서 20분 동안 재결정 열처리한 시편에 대하여 각각 인장물성 평가를 수행한 결과를 도 7 내지 도 9에 도시하였다.
도 7과 표 2를 참조하면, 실시예1에 따른 알루미늄 합금은 항복강도 : 107 MPa, 인장강도 : 243 MPa, 연신율 : 29.2%의 물성값을 가지며, 도 8과 표 2를 참조하면, 실시예2에 따른 알루미늄 합금은 항복강도 : 73 MPa, 인장강도 : 195 MPa, 연신율 : 27.2%의 물성값을 가지며, 도 9와 표 2를 참조하면, 실시예3에 따른 알루미늄 합금은 항복강도 : 127 MPa, 인장강도 : 275 MPa, 연신율 : 30.4%의 물성값을 가진다.
| 실시예1 | 실시예2 | 실시예3 | |
| Y.S. (MPa) | 107 | 73 | 127 |
| T.S. (MPa) | 243 | 195 | 275 |
| E (%) | 29.2 | 27.2 | 30.4 |
도 10은 실험예들 중 비교예로서, 중량%로, Cr: 0.3%, Cu: 0.3%, Mn: 0.3%, Mg: 0.23%, Zn: 0.26%, Si: 0.73%, Ti: 0.15%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진 500mm 두께의 슬라브를 먼저 형성한 후에 균질화 열처리(530℃ 4시간), 열간 압연(530 ℃, 압하율 30%), 냉간 압연(압하율 30%) 및 열처리(530℃, 20분)를 순차적으로 수행하여 제조한 알루미늄 합금에 대하여 인장물성 평가를 수행한 결과를 나타낸 것이다. 상기 비교예에 의한 알루미늄 합금의 인장물성 평가 결과는 표 3에서 요약하였다. 표 3에서 RD, TD, 45°는 압연 공정에서 압연 방향을 기준으로 한 특정 방위를 나타낸다.
| RD | TD | 45° | |
| 항복강도 (MPa) | 125 | 125 | 125 |
| 인장강도 (MPa) |
248 | 242 | 239 |
| 연신율 (%) |
26.5 | 27 | 28.3 |
표 2에 나타난 본 발명의 실시예의 결과를 표 3에 나타난 본 발명의 비교예의 결과와 비교하면, 본 발명의 실시예에 의한 제조 방법으로 구현한 알루미늄 합금의 재질 특성은 종래의 제조 방법(비교예)으로 구현한 합금의 재질 특성과 동등함을 확인할 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 저원가 주조공정인 스트립 캐스팅을 적용할 수 있고, 두께운 반제품을 적용할 때 요청되는 균질화 열처리를 생략할 수 있다는 유리한 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 개시된 실시예뿐만 아니라, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 개시된 실시예로부터 도출할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포함한다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
Claims (6)
- (a) 스트립 캐스팅 공정으로 Cr : 0.16 ~ 0.24중량%, Cu : 0.5 ~ 0.95중량%, Mn : 0.1 ~ 0.2중량%, Mg : 0.2 ~ 1.0중량%, Zn : 0.25 ~ 0.45중량%, Si : 0.7 ~ 0.85중량%, Ti : 0.25 ~ 0.3중량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어진 주물재를 제공하는 단계;
(b) 상기 주물재에 대하여 균질화 열처리 없이 20 ~ 40%의 압하율로 480 ~ 540℃에서 열간 압연하는 단계;
(c) 열간 압연된 상기 주물재에 대하여 20 ~ 40%의 압하율로 냉간 압연하는 단계; 및
(d) 냉간 압연된 상기 주물재에 대하여 480 ~ 540℃에서 20 ~ 60 분 동안 재결정 열처리하는 단계;
를 포함하는, 알루미늄 합금의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 Mn, Cr 또는 Cu가 결합된 Mg2Si 강화상이 덴드라이트 형태로 정출되며, 상기 (b) 단계 및 (c) 단계에서 상기 Mg2Si 강화상은 구형 형태로 변형되며, 상기 (d) 단계는 상기 Mg2Si 강화상 주변부에 재결정이 진행되어 이방성 집합조직이 생성되어 성형성이 더욱 향상되는 단계를 포함하는, 알루미늄 합금의 제조방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 정출되는 상기 Mg2Si 강화상은 20 ㎛ 이하의 크기를 가지고, 상기 (b) 단계 및 (c) 단계에서 상기 Mg2Si 강화상은 5 ㎛ 이하의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 합금의 제조방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 (a) 단계는 700℃ 이상의 합금화된 용탕을 100 ~ 150℃/s의 냉각속도로 300℃까지 냉각하여 3 ~ 6mm의 두께를 가지는 주물재를 형성하는 단계를 포함하는, 알루미늄 합금의 제조방법. - Cr : 0.16 ~ 0.24중량%, Cu : 0.5 ~ 0.95중량%, Mn : 0.1 ~ 0.2중량%, Mg : 0.2 ~ 1.0중량%, Zn : 0.25 ~ 0.45중량%, Si : 0.7 ~ 0.85중량%, Ti : 0.25 ~ 0.3중량%를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지고
Mn, Cr 또는 Cu가 결합된 Mg2Si 강화상이 5 ㎛ 이하의 크기를 가지며, 상기 Mg2Si 강화상 주변부에 재결정이 진행되어 이방성 집합조직이 생성된 것을 특징으로 하는
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112143920A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-12-29 | 新疆众和股份有限公司 | 一种5087铝合金焊丝线坯的生产方法 |
| KR20220011289A (ko) | 2020-07-21 | 2022-01-28 | 현대제철 주식회사 | 알루미늄 합금판재 및 그 제조방법 |
| KR20220041505A (ko) | 2020-09-25 | 2022-04-01 | 현대제철 주식회사 | 알루미늄 합금판재 및 그 제조방법 |
| KR20230045419A (ko) | 2021-09-28 | 2023-04-04 | 현대제철 주식회사 | 알루미늄 합금재 및 그 제조방법 |
| KR20230045415A (ko) | 2021-09-28 | 2023-04-04 | 현대제철 주식회사 | 알루미늄 합금 전신재 및 그 제조방법 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07252570A (ja) * | 1994-03-17 | 1995-10-03 | Kobe Steel Ltd | 自動車パネル用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板 |
| JPH07278716A (ja) * | 1994-02-21 | 1995-10-24 | Nippon Steel Corp | 機械的性質に優れた成形加工用アルミニウム合金板およびその製造方法 |
| KR960001157B1 (ko) * | 1993-09-13 | 1996-01-19 | 이상진 | 이중벽체로 된 스피커캐비닛 |
| JPH10102178A (ja) * | 1996-09-25 | 1998-04-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の直接鋳造圧延板とその製造方法 |
| JP2000239810A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-09-05 | Nippon Light Metal Co Ltd | 薄肉押出形材の製造方法，押出装置及びアルミニウム押出形材 |
| JP2001020027A (ja) * | 1999-05-06 | 2001-01-23 | Nippon Steel Corp | 耐食性および成形性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金板とその製造方法 |
| JP2001262265A (ja) * | 2000-03-22 | 2001-09-26 | Kobe Steel Ltd | 高成形性アルミニウム合金板の熱間圧延材 |
| JP2003105472A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | アルミニウム合金板およびその製造方法 |
| US20040094249A1 (en) * | 2001-03-28 | 2004-05-20 | Hidetoshi Uchida | Aluminum alloy sheet excellent in formability and hardenability during baking of coating and method for production thereof |
| KR20060135711A (ko) * | 2003-12-26 | 2006-12-29 | 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤 | 베이크 경화성이 우수한 Ａｌ-Ｍｇ-Ｓｉ계 알루미늄합금판의 제조방법 |
| US20140000768A1 (en) * | 2012-06-15 | 2014-01-02 | Alcoa Inc. | Aluminum alloys and methods for producing the same |
-
2017
- 2017-08-22 KR KR1020170105887A patent/KR101950595B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR960001157B1 (ko) * | 1993-09-13 | 1996-01-19 | 이상진 | 이중벽체로 된 스피커캐비닛 |
| JPH07278716A (ja) * | 1994-02-21 | 1995-10-24 | Nippon Steel Corp | 機械的性質に優れた成形加工用アルミニウム合金板およびその製造方法 |
| JPH07252570A (ja) * | 1994-03-17 | 1995-10-03 | Kobe Steel Ltd | 自動車パネル用Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板 |
| JPH10102178A (ja) * | 1996-09-25 | 1998-04-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金の直接鋳造圧延板とその製造方法 |
| JP2000239810A (ja) * | 1999-02-23 | 2000-09-05 | Nippon Light Metal Co Ltd | 薄肉押出形材の製造方法，押出装置及びアルミニウム押出形材 |
| JP2001020027A (ja) * | 1999-05-06 | 2001-01-23 | Nippon Steel Corp | 耐食性および成形性に優れたＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金板とその製造方法 |
| JP2001262265A (ja) * | 2000-03-22 | 2001-09-26 | Kobe Steel Ltd | 高成形性アルミニウム合金板の熱間圧延材 |
| US20040094249A1 (en) * | 2001-03-28 | 2004-05-20 | Hidetoshi Uchida | Aluminum alloy sheet excellent in formability and hardenability during baking of coating and method for production thereof |
| JP2003105472A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | アルミニウム合金板およびその製造方法 |
| KR20060135711A (ko) * | 2003-12-26 | 2006-12-29 | 니폰게이긴조쿠가부시키가이샤 | 베이크 경화성이 우수한 Ａｌ-Ｍｇ-Ｓｉ계 알루미늄합금판의 제조방법 |
| US20140000768A1 (en) * | 2012-06-15 | 2014-01-02 | Alcoa Inc. | Aluminum alloys and methods for producing the same |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220011289A (ko) | 2020-07-21 | 2022-01-28 | 현대제철 주식회사 | 알루미늄 합금판재 및 그 제조방법 |
| CN112143920A (zh) * | 2020-09-08 | 2020-12-29 | 新疆众和股份有限公司 | 一种5087铝合金焊丝线坯的生产方法 |
| KR20220041505A (ko) | 2020-09-25 | 2022-04-01 | 현대제철 주식회사 | 알루미늄 합금판재 및 그 제조방법 |
| KR20230045419A (ko) | 2021-09-28 | 2023-04-04 | 현대제철 주식회사 | 알루미늄 합금재 및 그 제조방법 |
| KR20230045415A (ko) | 2021-09-28 | 2023-04-04 | 현대제철 주식회사 | 알루미늄 합금 전신재 및 그 제조방법 |
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