KR102393019B1 - 알루미늄 합금판재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 고강도 및 고성형성의 알루미늄 합금판재 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금판재는, 중량%로, 구리(Cu): 0% 초과 ~ 0.2%, 망간(Mn): 0% 초과 ~ 0.1%, 마그네슘(Mg): 0.55% ~ 0.6%, 실리콘(Si): 1.2% ~ 1.3%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.03%, 및 잔부는 알루미늄(Al)과 불가피한 불순물을 포함하고, 평균 입도 0.3 μm ~ 5 μm의 구상화 정출상을 포함하고, 인장강도(TS): 270 MPa ~ 280 MPa, 항복강도(YS): 135 MPa ~ 150 MPa, 연신율(EL): 27% ~ 32%를 만족한다.

Description

알루미늄 합금판재 및 그 제조방법{Aluminum alloy sheet and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 알루미늄 합금에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고강도 및 고성형성의 알루미늄 합금판재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 안전성 및 연비 효율을 향상시키기 위하여 소재를 경량화 및 고강도화하기 위한 기술의 수요가 증가하고 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.
알루미늄 합금의 경우 비강도가 우수하고 비교적 저렴한 소재가격으로 철강 다음으로 가장 많이 사용되는 경량 금속소재이다. 이와 같이 알루미늄 합금은 경량화 소재로서 각광받고 있으나, 철강 소재에 비하여 기계적 특성이 낮기 때문에 알루미늄 합금의 낮은 강도를 극복하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
기존의 알루미늄 합금판재는 DC(direct chill) 주조공법을 이용하여 슬라브와 같은 주조재를 제조한 후, 정출상을 모두 기지 내에 고용시켜 열간압연 및 냉간압연하여 제조된다. 예를 들어, 두께 500 mm 이상의 주조재를 열간압연하여, 약 3mm 두께로 제조할 수 있다. 이러한 DC 주조는 낮은 응고속도로 인하여 비평형의 정출상이 생성되며, 주조재의 열간 압연시 강도 하향을 목적으로, 정출상 재고용을 실시하여, α-Al 조건에서 열간 압연을 실시하게 된다. 상기 열간압연재는, S, Brass 및 Cu 방위를 갖는 결정립이 생성되고, 또한 Cube집합조직이 형성되어 는데, 상기 방위를 갖는 결정립으로 인하여 불균일한 연성과 낮은 항복강도와 낮은 인장강도를 가지며, 성형시 이방성을 보이는 한계가 있다.
한국특허등록번호 제10-1950595호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 고강도 및 고성형성의 알루미늄 합금판재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 고강도 및 고성형성의 알루미늄 합금판재 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 알루미늄 합금판재는, 중량%로, 구리(Cu): 0% 초과 ~ 0.2%, 망간(Mn): 0% 초과 ~ 0.1%, 마그네슘(Mg): 0.55% ~ 0.6%, 실리콘(Si): 1.2% ~ 1.3%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.03%, 및 잔부는 알루미늄(Al)과 불가피한 불순물을 포함하고, 평균 입도 0.3 μm ~ 5 μm의 구상화 정출상을 포함하고, 인장강도(TS): 270 MPa ~ 280 MPa, 항복강도(YS): 135 MPa ~ 150 MPa, 연신율(EL): 27% ~ 32%를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금판재는, 시효 열처리 후에, 인장강도(TS): 310 MPa ~ 330 MPa 및 항복강도(YS): 250 MPa ~ 280 MPa 를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구상화 정출상에 의하여 집합조직이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 구상화 정출상에 의하여, 이방성 Cube 집합조직이 감소하고, 등방성 {111} 집합조직의 형성이 촉진되고, CubeND 집합조직 및 P 집합조직을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금판재의 제조방법은, 중량%로, 구리(Cu): 0% 초과 ~ 0.2%, 망간(Mn): 0% 초과 ~ 0.1%, 마그네슘(Mg): 0.55% ~ 0.6%, 실리콘(Si): 1.2% ~ 1.3%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.03%, 및 잔부는 알루미늄(Al)과 불가피한 불순물을 포함하는 합금 조성의 주조재를 제조하는 단계; 상기 주조재를 500℃ 내지 550℃에서 균질화 열처리하는 단계; 상기 균질화 열처리된 주조재를 열간압연하는 단계; 상기 열간 압연된 주조재를 냉간압연하는 단계; 및 상기 냉간압연된 판재를 500℃ 내지 550℃에서 재결정 열처리하는 단계;를 포함하여 알루미늄 합금판재를 형성하고, 상기 알루미늄 합금판재는, 평균 입도 0.3 μm ~ 5 μm의 구상화 정출상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 재결정 열처리하는 단계를 수행한 후에, 상기 재결정 열처리된 판재를 180℃ 내지 200℃에서 시효 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열간압연하는 단계를 수행한 후에, 상기 열간압연된 주조재를 500℃ 내지 550℃에서 회복 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금판재는, 인장강도(TS): 270 MPa ~ 280 MPa, 항복강도(YS): 135 MPa ~ 150 MPa, 연신율(EL): 27% ~ 32%를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 알루미늄 합금판재는, 상기 시효 열처리를 수행한 후에, 인장강도(TS): 310 MPa ~ 330 MPa 및 항복강도(YS): 250 MPa ~ 280 MPa 를 만족할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 균일한 기계적 특성을 구비하는 고성형성이 필요한 자동차용 알루미늄 판재에 적용할 수 있는 알루미늄 합금판재 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 즉, 고강도 및 고성형성의 물성을 갖는 알루미늄 판재를 낮은 원가로 제조할 수 있다. 또한, 상기 알루미늄 합금판재는 예를 들면, 자동차용 내장 판재, 외장 판재 및/또는 무빙 파트로 적용될 수 있으며, 이러한 경우 경량화 특성이 우수하면서도 높은 강도를 구현하는 이점이 발휘되어 자동차의 연비 효율 및 안전성을 더욱 향상시키고, 제조 단가를 저감할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재의 공정 단계별 미세조직을 나타내는 사진들이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재의 망간 추가에 따른 미세조직의 변화를 나타내는 사진들이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재의 집합조직을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재의 기계적 성질을 나타내는 그래프들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
이하, 본 발명의 일 측면인 알루미늄 합금판재에 대하여 설명한다.
알루미늄 합금판재
본 발명의 일 측면인 알루미늄 합금판재는 중량%로, 구리(Cu): 0% 초과 ~ 0.2%, 망간(Mn): 0% 초과 ~ 0.1%, 마그네슘(Mg): 0.55% ~ 0.6%, 실리콘(Si): 1.2% ~ 1.3%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.03%, 및 잔부는 알루미늄(Al)과 불가피한 불순물로 이루어진다.
참고로, 종래 기술에 따른 알루미늄 합금판재는, 0.3 중량% 이하의 크롬(Cr), 0.2 ~ 0.7 중량%의 구리(Cu), 0.3 중량% 이하의 망간(Mn), 0.4 ~ 0.9 중량%의 마그네슘(Mg), 0.3 중량% 이하의 아연(Zn), 1.0 ~ 1.5 중량%의 실리콘(Si), 0.2 중량% 이하의 티타늄(Ti)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재는 크롬(Cr)과 아연(Zn)이 배제되어 있고, 구리(Cu), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 및 티타늄(Ti)의 함량이 적음을 알 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 알루미늄 합금판재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
구리(Cu): 0 중량% 초과 ~ 0.2 중량%
구리(Cu)는 고용 강화에 의해 알루미늄 합금의 기계적 특성을 향상시키며 인성을 증가시킨다. 상기 구리(Cu)의 함량이 0.2 중량%를 초과하는 경우에는, 금속간 화합물의 석출에 의해 성형성이 감소할 수 있다.
망간(Mn): 0 중량% 초과 ~ 0.1 중량%
망간(Mn)은 고용 강화로써 강도를 향상시키는 원소이다. 상기 망간(Mn)의 함량이 0.1 중량%를 초과하는 경우에는, 강도 및 가공성 향상 효과는 더 이상 증가하지 않고, 압출성이 오히려 저하될 수 있다.
마그네슘(Mg): 0.55 중량% ~ 0.6 중량%
마그네슘(Mg)은 실리콘(Si)과 Mg2Si 화합물을 형성해 강도를 향상시키는 원소이다. 상기 마그네슘(Mg)의 함량이 0.55 중량%에 미만인 경우에는, 강도 향상효과가 크지 않지만, 상기 마그네슘(Mg)의 함량이 0.6 중량%를 초과하는 경우에는, 알루미늄 합금의 압출성, 표면조도, 치수정밀도 등이 크게 저하될 수 있으며, 나아가, 주조 시 용탕의 산화 경향이 증대하게 된다.
실리콘(Si): 1.2 중량% ~ 1.3 중량%
실리콘(Si)은 주조성 및 강도에 영향을 주는 주요 원소이다. 상기 실리콘(Si)의 함량이 1.2 중량% 미만인 경우에는, 주조성 및 강도 향상의 효과가 크지 않다. 상기 실리콘(Si)의 함량이 0.85 중량%를 초과하는 경우에는, 알루미늄 합금의 압출 가공시 동일 압출 속도에서 표면 결함이 발생할 수 있다.
티타늄(Ti): 0 중량% 초과 ~ 0.03 중량%
티타늄(Ti)은 주조성을 향상시키며 알루미늄 합금에 첨가됨으로써 주괴 조직을 미세화하여 강도 향상에 기여하는 원소이다. 상기 티타늄(Ti)의 함량이 0.03 중량%를 초과하는 경우에는, 기공 및 편석 발생 등 결함이 발생하거나, 연신율과 성형성이 저하될 수 있다.
상기 합금 조성은 전술한 합금 원소 외에 나머지 알루미늄(Al)과 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 알루미늄 합금판재는 평균 입도 0.3 μm ~ 5 μm의 구상화 정출상을 포함하며, 인장강도(TS): 270 MPa ~ 280 MPa, 항복강도(YS): 135 MPa ~ 150 MPa, 연신율(EL): 27% ~ 32%를 만족할 수 있다.
상기 알루미늄 합금판재는 시효 열처리 후에, 인장강도(TS): 310 MPa ~ 330 MPa 및 항복강도(YS): 250 MPa ~ 280 MPa 를 만족할 수 있다.
상기 구상화 정출상에 의하여 집합조직이 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 구상화 정출상에 의하여, 이방성 Cube 집합조직이 감소하고, 등방성 {111} 집합조직의 형성이 촉진되고, CubeND 집합조직 및 P 집합조직을 가질 수 있다.
알루미늄 합금판재의 제조 방법
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재의 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 상기 알루미늄 합금판재의 제조방법은, 중량%로, 구리(Cu): 0% 초과 ~ 0.2%, 망간(Mn): 0% 초과 ~ 0.1%, 마그네슘(Mg): 0.55% ~ 0.6%, 실리콘(Si): 1.2% ~ 1.3%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.03%, 및 잔부는 알루미늄(Al)과 불가피한 불순물을 포함하는 합금 조성의 주조재를 제조하는 단계(S10); 상기 주조재를 500℃ 내지 550℃에서 균질화 열처리하는 단계(S20); 상기 균질화 열처리된 주조재를 열간압연하는 단계(S30); 상기 열간 압연된 주조재를 냉간압연하는 단계(S40); 및 상기 냉간압연된 판재를 500℃ 내지 550℃에서 재결정 열처리하는 단계(S50);를 포함한다.
상기 알루미늄 합금판재의 제조방법은, 상기 재결정 열처리된 판재를 180℃ 내지 200℃에서 시효 열처리하는 단계(S60);를 더 포함할 수 있다.
선택적으로, 상기 알루미늄 합금판재의 제조방법은, 상기 열간압연된 주조재를 500℃ 내지 550℃에서 회복 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
주조재 제조단계(S10)
주조재를 제조하는 단계(S10)는 알루미늄 용탕에 상기 합금 조성을 만족하는 함량으로 합금 원소들을 첨가하여 용융시킴으로써, 예를 들면 반제품 상태의 주조재를 제조하는 것일 수 있다. 일 구체예에서, 주조재를 제조하는 단계(S100)는 고주파 용해로를 이용하여 800℃ 내지 880℃에서 순 알루미늄을 용해시킨 후, 해당 온도에서 Al-Mn 모합금을 각각 첨가하고, 800℃ 내지 850℃에서 Al-Cu와 Al-Si 모합금을 첨가하며, 720℃ 내지 750℃에서 Al-Mg 모합금을 첨가하는 방법을 포함할 수 있다. 마지막으로, 주조 3분 전 Al-Ti 모합금을 첨가한다. 이러한 경우, 모합금의 사용에 의해 용융성이 더욱 향상될 수 있으며, 합금 원소가 산화 및 기화에 의해 손실되는 것을 저감할 수 있다
균질화 열처리 단계(S20)
균질화 열처리 단계(S20)는 상기와 같이 제조된 주조재를 500℃ 내지 550℃에서 균질화 열처리함으로써, 주조 과정에서 생긴 석출상 및 정출상을 고용시켜 주조재를 균질화한다. 상기 균질화 열처리 온도가 500℃ 미만인 경우, 정출상을 고용시키기 어려우며 550℃ 초과인 경우, 주조재가 국소적으로 재용융되고 고융점 화합물이 석출되어 압연시 성형성이 낮아진다. 상기 균질화 열처리 온도는 구체적으로 420℃ 내지 550℃, 보다 구체적으로 500℃ 내지 550℃일 수 있다. 이러한 경우, 고융점을 갖는 S-phase(Al-Mg-Cu phase) 상을 알루미늄 기지 내로 확산시킴으로써 열간압연 성형성을 확보할 수 있다. 균질화 열처리 시간은 전체 주조재의 조성이 균일할 수 있도록 12 시간이상 진행되어야 한다. 상기 범위 내에서, 주조재의 균질화 효율 생산성 및 성형성이 향상될 수 있다.
열간압연 단계(S30)
열간압연 단계(S30)는 상기 균질화 열처리된 주조재를 열간압연한다. 구체적으로, 열간압연은 최종두께를 약 4 mm 내지 6 mm, 예를 들어 5 mm가 되도록 수행될 수 있다. 상기 범위 내에서, 알루미늄 합금판재의 표면 품질을 향상시킬 수 있다. 더욱 구체적으로, 열간압연은 각 압연패스 당 압하율 20% 내지 30%로의 두께감소가 이루어지도록 수행될 수 있다. 이러한 경우, 압연패스 수를 저감하면서도 후술하는 단계들에서 온도가 과도하게 냉각되지 않도록 적절한 열간압연 온도를 유지할 수 있어 생산성 및 표면 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
선택적으로, 상기 열간압연하는 단계(S30)를 수행한 후에, 상기 열간압연된 주조재를 500℃ 내지 550℃에서 회복 열처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 회복 열처리 단계(S400)는 상기 열간압연된 주조재의 내부 응력을 해소할 수 있다. 회복 열처리 온도가 500℃ 미만인 경우, 내부 응력 해소 효과가 미미하다. 반대로 회복열처리 온도가 550℃ 초과인 경우, 열간압연된 주조재가 재용융되어 정출상이 조대화되고, 분산도가 낮아진다. 회복 열처리 시간은, 예를 들어 30분 내지 2 시간일 수 있고, 바람직하게는 1 시간일 수 있다. 회복 열처리가 길어질 경우, 정출상이 조대화 되고, 결정립이 성장 할 수 있다. 상기 범위 내에서, 내부응력 해소 효율 및 생산성이 향상될 수 있다. 일 구체예에서, 상기 회복 열처리 온도는 균질화 열처리 온도와 같은 온도로 수행될 수 있다. 이러한 경우, 정출상을 더욱 미세화 및 분산화할 수 있으며, 열처리에 의한 품질 제어 효율을 높이면서도 효과적으로 내부 응력을 해소할 수 있다. 이러한 회복 열처리는 알루미늄 합금 판재의 조성에 따라서 생략될 수 있으며, 일반적으로 추가 원소의 함량이 낮은 경우에는 생략될 수 있다.
냉간압연 단계(S40)
냉간압연 단계(S40)는 상기 열간 압연된 주조재 또는 회복 열처리된 주조재를 냉간압연한다. 냉간 압연 시 압하율은 20% 내지 30%일 수 있다. 상기 범위 내에서, 알루미늄 합금판재의 강도 및 연신율을 더욱 향상시킬 수 있다.
재결정 열처리하는 단계(S50)
재결정 열처리하는 단계(S50)는 상기 냉간압연된 판재를 500℃ 내지 550℃에서 재결정 열처리한다. 재결정 열처리 온도가 500℃ 미만인 경우, 재결정 구동력이 낮아 재결정 속도가 느리며 연신된 결정립이 형성 될 수 있다. 뿐만 아니라, 상대적으로 낮은 온도 및 장시간의 재결정 열처리로 정출상 및 석출상이 성장하여 알루미늄 합금판재의 강도 및 성형성이 저하된다. 반대로, 재결정 열처리 온도가 550℃ 초과인 경우, 연신이 낮은 고온 석출상이 석출 될 수 있으며, 결정립이 성장하여 강도 및 성형성이 저하된다. 일 구체예에서, 상기 재결정 열처리하는 단계는 냉간압연된 판재를 500℃ 내지 550℃에서 1분 내지 30분 동안 재결정 열처리하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 재결정에 의해 형성된 결정립의 크기가 더욱 미세하여 강도 및 성형성이 더욱 우수할 수 있다.
시효 열처리하는 단계(S50)
시효 열처리하는 단계(S50)는 상기 재결정 열처리된 판재를 180℃ 내지 200℃에서 시효 열처리한다. 일반적으로, 알루미늄 합금판재에 도장 작업을 수행한 후에 수행되는 열처리에 의하여, 상기 시효 열처리가 수행할 수 있다. 시효 열처리 시간은, 예를 들어 10분 내지 1 시간일 수 있고, 바람직하게는 약 25분일 수 있다.
실시예
이하, 구체적인 실시예들을 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
시편 제조
본 발명의 실시예로서 표 1의 성분계를 갖는 알루미늄 합금을 형성한다. 비교예는 알루미늄 상용재 A6014를 사용하였다.
조성
(중량%)		 구리
(Cu)		 망간
(Mn)		 마그네슘
(Mg)		 실리콘
(Si)		 티타늄
(Ti)		 알루미늄
(Al)
실시예 0.2 0.1 0.6 1.3 0.03 Bal.
상기 알루미늄 상용재 A6014는 0.3 중량% 이하의 크롬(Cr), 0.2~0.7 중량%의 구리(Cu), 0.3 중량% 이하의 망간(Mn), 0.4~0.9 중량%의 마그네슘(Mg), 0.3 중량% 이하의 아연(Zn), 1.0~1.5 중량%의 실리콘(Si), 0.2 중량% 이하의 티타늄(Ti) 및 잔부는 알루미늄(Al)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 표 1의 성분 및 함량과, 잔부의 알루미늄(Al)과 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 880℃까지 가열하여 합금화하고, 상기 용탕을 300℃까지 냉각하여 두께 16 mm의 주조재를 제조하였다. 상기 주조재를 520℃에서 12 시간 동안 균질화 열처리하였다. 상기 주조재를 520℃에서 30%의 압하율 조건으로 열간압연하여 열연판재를 제조하였다. 상기 열연판재를 30%의 압하율 조건으로 냉간압연하여 냉연판재를 제조하였다. 그 다음에 상기 냉연판재를 520℃에서 30분 동안 재결정 열처리하여 알루미늄 합금판재를 제조하였다. 이어서, 상기 알루미늄 합금판재를 185℃ 에서 25분 동안 시효 열처리 하였다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재의 공정 단계별 미세조직을 나타내는 사진들이다.
도 2를 참조하면, 알루미늄 합금판재의 주조 직후, 균질화 열처리후, 냉간압연후 및 재결정 열처리 후의 미세조직이 나타나있다. 재결정 열처리 후의 결정립 크기는 약 25 μm 내지 35 μm 범위, 예를 들어 약 29 μm로 나타났다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재의 망간 추가에 따른 미세조직의 변화를 나타내는 사진들이다.
도 3을 참조하면, 망간(Mn)을 포함하지 않은 경우의 주조 직후의 미세구조와 0.1 중량%의 망간(Mn)을 포함한 경우의 주조 직후 및 최종 판재의 미세구조가 나타나 있다. 미량의 망간(Mn)이 포함되는 경우 정출상이 미세화 및 구상화됨을 알 수 있고, 예를 들어 약 0.3 μm 내지 약 5 μm 범위의, 예를 들어 약 1 μm의 정출상이 주조 직후에 나타나고, 상기 정출상은 상술한 공정을 수행하여 형성된 최종 판재에서도 존재하게 된다. 이러한 정출상은 강화상으로서 작용하게 되어, 상기 알루미늄 합금판재의 강도가 향상될 수 있다. Mn의 함량이 0.1 중량%를 초과하는 경우 편석이 발생하여 연신율이 저하될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재의 집합조직을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 재결정 열처리 후의 알루미늄 합금판재의 미세조직에 대한 집합조직을 분석하였다. 상기 집합조직에서는, 결정립이 미세화 되고, 등방성을 가지며, 특정한 방향성을 갖지 않는 무작위 집합조직의 형태를 가짐을 알 수 있다. 상기 미세조직은 미세 정출상 및 일부의 1 μm 이상의 크기를 가지는 정출상에 의한 입자 자극 핵생성(particle stimulated nucleation, PSN)의 영향을 갖는다. 따라서, 결정립 미세화와 강도 향상이 발생하고, 이방성이 큰 큐브(Cube) 집합조직이 감소하고, 등방성이 높은 {111} 집합조직이 다량으로 생성되며, 입자 자극 핵생성에 의해 발현되는 CubeND 집합조직과 P 집합조직이 생성됨을 알 수 있다. 이에 따라 무작위 집합조직의 형성이 우세하게 되고, 등방성을 가지게 된다.
표 2는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재의 기계적 성질을 나타낸다.
방향 항복
강도
(MPa)		 인장
강도
(MPa)		 연신율
(%)		 이방성
계수
(r)		 평균
이방성
계수 (r)		 Δr
비교예 0 134 241 26 0.69 0.64
45 135 238 28 0.50
90 134 241 26 0.74
실시예
(재결정
열처리후)		 0 141 275 31 0.754 0.744 0.008
45 140 278 30 0.736
90 139 280 27 0.750
실시예
(시효
열처리후)		 0 263 325 - - - -
45 253 313 - -
90 279 326 - -
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재의 기계적 성질을 나타내는 그래프들이다.
표 2 및 도 5를 참조하면, 비교예에 비하여 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재는 더 높은 항복강도와 인장강도를 가짐을 알 수 있고, 연신율도 증가되었다. 또한, 시효 열처리 후에는 상기 항복강도와 인장강도가 더 증가되었다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 합금판재는 이방성 계수가 방향에 따라 거의 동일한 수치를 나타냄에 따라, 등방성 특성이 우세함을 알 수 있다. 이러한 등방성 특성에 따라 강도와 연신율이 증가된 것으로 분석된다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 알루미늄 합금판재 및 그 제조 방법에 의하면, 고강도 및 고성형성의 물성을 갖는 알루미늄 판재를 낮은 원가로 제조할 수 있다. 구체적으로, 추가원소의 낮은 함량의 합금 설계를 통해 저원가 합금 개발할 수 있다. 또한, 주조재에서 미세하고 구형의 정출상을 분산시킬 수 있으며, 열간 및 냉간압연을 통해 약 1~2 μm 이하의 정출상을 분산시킬 수 있다. 재결정 열처리 공정을 통해 강화상 주변에 재결정 및 PSN을 통해 집합조직 제어할 수 있으며, 따라서 등방성 및 성형성을 향상시킬 수 있다. 이러한 미세한 강화상 분산을 통해 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 시효 열처리 과정을 통하여 강도 및 연신율이 함께 우수한 높은 물성의 알루미늄 합금판재를 제공할 수 있고, 이에 따라 차량의 경량화를 실현할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (9)

  1. 중량%로, 구리(Cu): 0% 초과 ~ 0.2%, 망간(Mn): 0% 초과 ~ 0.1%, 마그네슘(Mg): 0.55% ~ 0.6%, 실리콘(Si): 1.2% ~ 1.3%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.03%, 및 잔부는 알루미늄(Al)과 불가피한 불순물을 포함하고,
    평균 입도 0.3 μm ~ 5 μm의 구상화 정출상을 포함하고,
    시효 열처리전에, 인장강도(TS): 270 MPa ~ 280 MPa, 항복강도(YS): 135 MPa ~ 150 MPa, 연신율(EL): 27% ~ 32%를 만족하는,
    알루미늄 합금판재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금판재는, 시효 열처리 후에, 인장강도(TS): 310 MPa ~ 330 MPa 및 항복강도(YS): 250 MPa ~ 280 MPa 를 만족하는,
    알루미늄 합금판재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구상화 정출상에 의하여 집합조직이 제어되는,
    알루미늄 합금판재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 구상화 정출상에 의하여, 이방성 Cube 집합조직이 감소하고, 등방성 {111} 집합조직의 형성이 촉진되고, CubeND 집합조직 및 P 집합조직을 가지는,
    알루미늄 합금판재.
  5. 중량%로, 구리(Cu): 0% 초과 ~ 0.2%, 망간(Mn): 0% 초과 ~ 0.1%, 마그네슘(Mg): 0.55% ~ 0.6%, 실리콘(Si): 1.2% ~ 1.3%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.03%, 및 잔부는 알루미늄(Al)과 불가피한 불순물을 포함하는 합금 조성의 주조재를 제조하는 단계;
    상기 주조재를 500℃ 내지 550℃에서 균질화 열처리하는 단계;
    상기 균질화 열처리된 주조재를 열간압연하는 단계;
    상기 열간 압연된 주조재를 냉간압연하는 단계; 및
    상기 냉간압연된 판재를 500℃ 내지 550℃에서 재결정 열처리하는 단계;를 포함하여 알루미늄 합금판재를 형성하고,
    상기 알루미늄 합금판재는, 평균 입도 0.3 μm ~ 5 μm의 구상화 정출상을 포함하고,
    인장강도(TS): 270 MPa ~ 280 MPa, 항복강도(YS): 135 MPa ~ 150 MPa, 연신율(EL): 27% ~ 32%를 만족하는,
    알루미늄 합금판재의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 재결정 열처리하는 단계를 수행한 후에,
    상기 재결정 열처리된 판재를 180℃ 내지 200℃에서 시효 열처리하는 단계;를 더 포함하는,
    알루미늄 합금판재의 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 열간압연하는 단계를 수행한 후에,
    상기 열간압연된 주조재를 500℃ 내지 550℃에서 회복 열처리하는 단계;를 더 포함하는,
    알루미늄 합금판재의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금판재는, 상기 시효 열처리를 수행한 후에,
    인장강도(TS): 310 MPa ~ 330 MPa 및 항복강도(YS): 250 MPa ~ 280 MPa 를 만족하는,
    알루미늄 합금판재.
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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