KR101709289B1 - 성형성 및 내입간 부식성이 우수한 AlMg 스트립 - Google Patents

Abstract

본 발명은 AlMg 알루미늄 합금으로 제조되는 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립과 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 상기 알루미늄 합금 스트립으로 제조되는 적당한 부품들이 개시된다. 본 발명의 목적은 내입간 부식성이 충분하고 연성이 우수해서, 충분한 강도를 보유하는 예컨대 자동차 도어의 내부 부품 같은 대면적의 딥-드로잉 부품을 제조할 수 있는 단층 알루미늄 합금 스트립을 설계하는 것이다. 이러한 목적은, Si ≤ 0.2중량%, Fe ≤ 0.35중량%, Cu ≤ 0.15중량%, 0.2중량% ≤ Mn ≤ 0.35중량%, 4.1중량% ≤ Mg ≤ 4.5중량%, Cr ≤ 0.1중량%, Zn ≤ 0.25중량%, Ti ≤ 0.1중량%, 및 잔부는 Al 그리고 불가피한 불순물을 포함하되, 불가피한 불순물 각각의 최대량은 0.05중량%이고 불가피한 불순물 총량은 최대 0.15중량%인 AlMg 알루미늄 합금으로 제조된 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립에 의해 달성된다. 상기 알루미늄 합금 스트립은 재결정 미세조직을 가지고, 미세조직의 결정립 크기는 15㎛ 내지 30㎛, 바람직하기로는 15㎛ 내지 25㎛이며, 알루미늄 합금 스트립의 최종 연화 어닐링은 연속로에서 수행된다.

Description

성형성 및 내입간 부식성이 우수한 AlMg 스트립 {HIGHLY MALLEABLE AND IGC-RESISTANT ALMG STRIP}

본 발명은 AlMg 알루미늄 합금으로 이루어진 냉간압연 알루미늄 합금 스트립, 및 이러한 알루미늄 합금 스트립을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 이러한 알루미늄 합금 스트립으로 제조되는 해당 부품들도 제안된다.

선박, 자동차 및 비행기에서 용접하고 접합하여 구조물들을 제작하는 데에, 시트 또는 플레이트 또는 스트립 형태의 AA 5xxx 계열의 알루미늄-마그네슘-(AlMg)-합금이 사용된다. AA 5xxx 계열의 알루미늄-마그네슘-(AlMg)-합금은, 마그네슘 함량이 증가함에 따라, 강도가 증가하는 특성을 가진다. Mg 함량이 3%, 특히 4%를 초과하는 AA 5xxx 계열의 AlMg-합금이 고온에 노출될 때, 입간 부식(intercrystalline corrosion)이 증가하는 경향이 있다. 70-200℃의 온도에서, β-입자로 불리는 β-Al₅Mg₃ 상이 결정립을 따라 석출하는데, 이들은 부식성 매체가 존재하는 경우 선택적으로 용해된다. 이러한 결과로, 강도 물성이 우수하고, 특히 성형성이 상당히 우수한 AA5182 계열의 알루미늄 합금(Al4.5%Mg0.4%Mn)은, 수분 형태의 물과 같이 부식성 매체가 반드시 존재하는 열-응력 영역에 사용될 수 없게 된다. 특히, 이는 통상 캐소드 딥 페이팅(CDP: Cathode Dip Painting)되고, 스토빙 공정에서 건조되는 차량 부품에 관련된 것으로, 상기 스토빙 공정에서 통상적인 알루미늄 합금 스트립은 입간 부식에 민감할 수 있다. 또한, 자동차 분야에 사용하기 위해, 부품을 제조하고 후속하여 부품을 동작 스트레스를 할 때에 고려되어야 한다.

입간 부식에 대한 감도는 통상 ASTM G67에 따른 표준 시험(NAMLT 시험)으로 체크된다. 상기 시험 중에 시편들이 질산에 노출되며, 입간 부식에 의한 손실 질량이 측정된다. ASTM G67에 따르면, 입간 부식에 견디지 못해 손실되는 소재의 질량은 15㎎/㎠를 초과한다.

자동차 업계 예컨대 내부 도어 부품에 사용되는 금속 시트는 성형성이 매우 우수해야 한다. 여기서, 소재에 요구되는 사양은, 소재의 강도로 부수적인 역할을 하는 해당 부품의 강성으로 결정된다. 예컨대 윈도우 프레임이 통합되어 있는 도어와 같은 부품들은 종종 다단계의 성형 공정을 거친다.

내식성 외에도, AlMg 알루미늄 합금의 성형성도 이들 소재의 사용 가능성에 영향을 미치는 주된 인자가 된다. 예를 들어, 지금까지 알려져 있는 소재들은 단일 시트를 딥-드로잉하여 제조되는 자동차의 측벽에 대해서는 사용될 수 없어서, 자동차 측벽의 재건조와 추가 공정 단계에 사용될 수 없다는 것을 의미한다.
예를 들어, 성형 거동은 에릭스 커핑 시험(DIN EN ISO 20482) 스트레치 드로잉 시험으로 측정될 수 있다. 에릭스 커핑 시험에서, 시편은 시트가 눌려져서 냉간 성형된다. 냉간 성형되는 중에, 크랙 발생에 의해 하중이 급강하할 때까지 시편에 가해지는 힘과 힘 변이가 측정된다. 본 출원에서 인용되는 SZ32 스트레치 드로잉 측정은, 펀치 헤드 직경이 32㎜이고 다이 직경이 35.4㎜이며, 마찰을 줄이기 위해 테플론 딥-드로잉 필름을 사용하여 이루어진다. 또한 딥드로잉성의 측정은, 펀치 직경이 100㎜인 펀치를 사용하며, DIN EN ISO 12004에 따른 나까지마 형상을 사용하는 소위 플레인-스트레인-커핑 시험에 의해 이루어진다. 이를 위해, 크랙 깊이가 소재의 성형성의 척도로 사용되므로, 특정 형상의 시편이 크랙이 나타날 때까지 드로잉 시험을 받는다.
일본 공개특허공보 JP2011-052290 A호에는, 두께가 작음에도 바람직하게 내하중성이 있는 캔 뚜껑용 알루미늄 합금 스트립이 공지되어 있다. 상기 공개특허공보에서 스트립은 재결정된 미세조직으로 되어 있다.

또한, 유럽 특허출원공개공보 EP 2 302 087 A1호에는 외각층으로 알루미늄 합금층을 구비하는 알루미늄 복합재로 제작된 샤시부가 공지되어 있다. 합금 성분들에 의해, 상기 Al 복합재는 경량으로 내식성이 우수한 고강도인 것을 특징으로 한다.

그러나, 고Mg 함량이며, 내부식성 알루미늄 합금 층이 외곽에 형성되어 있는 AA5xxx 알루미늄 합금으로 구성된 복합재는 제조 공정이 복잡하고, 알루미늄 복합재가 다른 부품들과 접합하는 접합 지점 예컨대 절삭날, 드릴-홀 및 브레이크아웃에서, 부식의 위험이 증가하게 된다.

이에 따라, 본 발명은 단층 알루미늄 소재에 관한 것이다. 이를 기초로, 본 발명의 목적은, 입간 부식에 대해 충분히 견딜 수 있으면서도 우수한 성형성을 구비하여, 자동차의 내부 부품과 같은 대면적의 딥드로잉 부품에 충분한 강도를 제공할 수 있는 단층 알루미늄 합금 스트립을 제공하는 것이다. 또한, 단층 알루미늄 합금 스트립이 제조될 수 있는 방법이 제시된다. 마지막으로, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 스트립으로 제조되는 부품들이 제시된다.

본 발명의 제1 교시에 따르면, 전술한 본 발명의 목적은,

AlMg 알루미늄 합금으로 구성된 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립으로,

상기 알루미늄 합금은,

0% ≤ Si ≤ 0.2중량%,

0% ≤ Fe ≤ 0.35중량%,

0% ≤ Cu ≤ 0.15중량%,

0.2중량% ≤ Mn ≤ 0.35중량%,

4.1중량% ≤ Mg ≤ 4.5중량%,

0% ≤ Cr ≤ 0.1중량%,

0% ≤ Zn ≤ 0.25중량%,

0% ≤ Ti < 0.1중량%, 및

잔부는 Al 그리고 불가피한 불순물을 포함하되, 불가피한 불순물 각각의 최대량은 0.05중량%이고 불가피한 불순물 총량은 최대 0.15중량%이며, 알루미늄 합금 스트립은 재결정 미세조직을 가지고, 미세조직의 결정립 크기는 15㎛ 내지 25㎛이며, 알루미늄 합금 스트립의 최종 연화 어닐링이 연속로에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립에 의해 달성된다.

AA5182 계열의 알루미늄 합금의 사양 범위에서, 예컨대 평균 결정립 크기와 최종 연화 어닐링의 유형과 같은 특정 구속을 고려하여 입간 부식에 대해 충분한 저항을 제공하는 동시에 극히 우수한 성형 거동을 나타내는 특정의 좁은 합금성분의 영역이 존재한다는 것을 알 수 있었다. 특히, 알루미늄 합금 스트립의 알루미늄 합금 성분들과 평균 결정립 크기를 조합한다는 것은 충분한 강도를 구비하는 대면적 형상, 딥-드로잉 시트 알루미늄 제품을 제조할 수 있도록 하는 정도이 성형성이 달성될 수 있다는 것을 의미한다. 특히, 챔버 노에서 수행되는 통상의 코일 어니링보다는 연속로를 사용함으로써 성형성을 추가로 상당히 증가시킬 수 있다.

본 발명의 알루미늄 합금 스트립의 제1 구성에 따르면, 알루미늄 합금은 아래와 같이 한정되는 합금 성분 중 하나 또는 그 이상을 구비한다:

0.03중량% ≤ Si ≤ 0.10중량%,

Cu ≤ 0.1중량%, 바람직하기는 0.04중량% ≤ Cu ≤ 0.08중량%,

Cr ≤ 0.05중량%,

Zn ≤ 0.05중량%,

0.01중량% ≤ Ti ≤ 0.05중량%.

구리의 합금 함량을 최대 0.1중량%로 제한함으로써, 알루미늄 합금 스트립의 내식성이 개선되게 된다. Cu 함량을 0.04중량% 내지 0.08중량%로 하면, 구리가 강도를 증가시키는 데 기여를 하면서도 내식성이 급격하게 저하되지 않도록 한다. 실리콘, 크롬, 아연 및 티타늄 성분을 제시된 값보다 많이 함유하면, 알루미늄 합금의 성형성이 악화 된다. 합금 내에 0.03 내지 0.1중량% 존재하는 실리콘 함량은 전술한 양으로 존재하는 철 및 망간과 조합하여, 4 성분의 α-Al(Fe, Mn)Si-상의 컴팩트한 입자들을 특히 상대적으로 고르게 분산된 상태로 존재하도록 하여, 알루미늄 합금의 성형성이나 부식 거동과 같은 다른 물성에 악영향을 미치지 않으면서도 강도를 증가시키게 된다.

통상적으로 티타늄은 알루미늄 합금을 연속 주조하는 중에 예를 들어 티타늄 붕화물 와이어 또는 로드 형태의 결정립 미세화제로 첨가된다. 이에 따라, 추가의 실시형태에서 알루미늄 합금은 Ti 성분을 적어도 0.01중량% 함유한다.

알루미늄 합금은 아래와 같이 한정되는 합금 성분 중 하나 또는 그 이상을 가짐으로써, 부식 거동 및 성형성이 추가로 개선될 수 있게 된다.

Cr ≤ 0.02중량%,

Zn ≤ 0.02중량%.

크롬 성분이 오염 문턱치인 0.05중량% 미만인 경우, 알루미늄 합금 스트립의 성형성에 상당한 영향을 미치게 되므로, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 스트립의 알루미늄 합금 내에 크롬은 가능하면 적은 양이 함유되어야 한다. 알루미늄 합금 스트립의 일반적인 부식 거동을 손상시키지 않도록 하기 위해, 아연 함량은 오염 문턱치인 0.05중량% 미만으로 설정된다.

또한, AA5182 계열의 알루미늄 합금에 허용되는 범위에 속하는 철이 전술한 실리콘 및 망간 함량과 연계되어 성형성에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 철 성분이 실리콘 및 망간과 조합되어 알루미늄 합금 스트립의 열적 안정성에 기여하기 위해서는, 알루미늄 합금 스트립의 철 함량은 0.1중량% 내지 0.25중량% 또는 0.1중량% 내지 0.2중량%인 것이 바람직하다.

이러한 점은 알루미늄 합금 스트립의 추가의 구성에 있어 Mn 성분에 대해서도 동일하게 적용되며, 알루미늄 합금 스트립의 성형성이 최적으로 되도록 하기 위해, Mn은 0.20중량% 내지 0.30중량%인 것이 바람직하다.

알루미늄 합금 스트립의 추가의 구성에 따르면, Mg 함량이 4.2중량% 내지 4.4중량%이면, 고강도 특성, 우수한 내입간 부식성 및 성형 특성의 개선 간에 매우 우수한 양립이 달성될 수 있게 된다.

강도 특성이 필수적으로 요구되는 분야에 활용하기 위해, 다음의 실시형태에 따르는 알루미늄 합금 스트립의 두께는 0.5㎜ 내지 4㎜이다. 알루미늄 합금 스트립의 두께는 바람직하기로는 1㎜ 내지 2.5㎜인데, 이는 알루미늄 합금 스트립이 사용되는 대부분의 분야에서 이 정도 범위의 두께로 사용되기 때문이다.

마지막으로, 자동차 분야에서, 본 발명에 따른 알루미늄 합금 스트립은 연질 상태에서 알루미늄 합금 스트립의 항복점 R_{p0 .2}가 적어도 110㎫이고, 인장강도 R_m이 적어도 255㎫이다. 이러한 항복점과 인장강도를 갖는 알루미늄 합금 스트립은 자동차 분야에 특히 적합하다는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 제2 교시에 따르면, 전술한 본 발명의 목적은, 전술한 실시형태에 따르는 알루미늄 합금 스트립을 제조하는 방법으로,

- 바람직하기로는 DC 연속 주조 공정으로 압연 잉곳을 주조하는 단계;

- 상기 압연 잉곳을 480℃ 내지 550℃에서 적어도 0.5시간 동안 균질화하는 단계;

- 상기 압연 잉곳을 280℃ 내지 500℃ 온도에서 열간 압연하는 단계;

- 알루미늄 합금 스트립을 압연율 40% 내지 70% 또는 50% 내지 60%로 최종 두께로 냉간 압연하는 단계;

- 상기 최종-압연된 알루미늄 합금 스트립을 연속로에서 300℃ 내지 500℃에서 연화 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법에 의해 달성된다.

전술한 파라미터들과 전술한 알루미늄 함금 성분들이 연계하여, 충분한 정도의 내입간 부식성을 가지고, 충분한 강도 특성을 제공하며 매우 우수한 성형 특성을 구비하는, 결정립 크기가 15㎛-25㎛인 알루미늄 합금 스트립을 제조할 수 있게 함으로써, 대면적의 딥-드로잉 시트 금속 부품을 제조할 수 있게 한다. 압연 잉곳을 균질화함으로써, 압연되는 열간 압연 잉곳 내의 조직이 균질화되도록 하며, 합금 성분이 균질하게 분포되게 된다. 280℃-500℃의 온도에서 열간 압연하게 되면, 열간 압연하는 중에 재결정이 이루어지게 되는데, 여기서 열간 압연은 통상적으로 최대 2.8㎜-8㎜ 두께로 수행된다. 모든 경우에서, 연화 어닐링하는 중에 알루미늄 합금 스트립에 걸쳐 재결정이 이루어지도록 하기 위해, 최종 냉간 압연 단계에서의 압연 정도는 40% 내지 70% 또는 50% 내지 60%로 제한된다. 알루미늄 합금 스트립의 압연 정도가 높아질수록, 평균 결정립 크기가 작아지는데, 최종 연화 어닐링 시에 압연 정도가 70%를 상회하면, 평균 결정립 크기는 지나치게 작아질 수 있게 된다. 다른 한편으로, 연화 어닐링 중에 압연율이 40% 미만인 경우, 평균 결정립 크기는 지나치게 커져서, 내입간 부식성이 증가함에도 불구하고 성형성이 감소되게 된다. 최종적으로 압연된 알루미늄 합금 스트립의 연화 어닐링은, 코일 전체가 가열되는 챔버로가 아닌 연속로에서 통상적으로 가열속도 1-10℃/초로 이루어진다. 이는 급속한 가열은 알루미늄 합금 스트립의 조직의 추후 특성에 상당한 영향을 미치기 때문이다. 특히, 챔버로에서 어닐링하는 것에 비해, 연속로에서 연화 어닐링하는 중에 스트립의 성형성이 개선될 수 있다.

대안적으로, 본 발명 방법의 추가의 실시형태에 따르면, 알루미늄 합금 스트립은 중간 어닐링되어 제조될 수 있다. 이러한 대안적 실시형태에 따르면, 열간 압연한 후에 다음의 공정들이 선택적으로 수행된다:

- 열간 압연한 알루미늄 합금 스트립을 압연율 40% 내지 70% 또는 50% 내지 60%로 최종 두께로 냉간 압연하는 방식으로 결정되는 중간 두께로 냉간 압연하는 단계;

- 알루미늄 합금 스트립을 300℃ 내지 500℃에서 중간 어닐링하는 단계;

- 알루미늄 합금 스트립을 압연율 40% 내지 70% 또는 50% 내지 60%로 최종 두께로 냉간 압연하는 단계;

- 최종-압연된 알루미늄 합금 스트립을 연속로에서, 300℃ 내지 500℃에서 연화 어닐링하는 단계.

알루미늄 합금 스트립의 중간 어닐링은 챔버로 및 연속로 모두에서 수행될 수 있다. 성형성에 미치는 영향은 측정될 수 없었다. 여기서 결정적인 인자는, 냉간 압연에서 최종 수께로 수행되는 압연율과, 스트립의 연화 어닐링이 연속로에서이루어지는 지의 여부이다. 이는, 중간 어닐링 유형과는 관계없이, 합금 성분과 연계되어 성형성과 부식성을 결정하게 된다.

연화 어닐링 후 권취된 상태에서 미세조직이 추가로 변화하는 것을 방지하기 위해, 본 발명 방법의 추가의 구성에 따르는 알루미늄 합금 스트립은, 연화 어닐링 후에, 최대 온도 100℃, 바람직하기로는 최대 70℃로 냉각한 후 권취한다.

전술한 바와 같이, 본 발명 방법의 추가 구성에서, 중간 어닐링은 배치로 또는 연속로에서 수행된다.

알루미늄 합금 스트립이 최종 두께 0.5㎜ 내지 4㎜, 바람직하기로는 1㎜ 내지 2.5㎜로 냉간 압연되면, 성형성이 매우 우수하고, 대표면적으로 딥-드로잉될 수 있는 동시에 충분한 강도와 중분한 내입간 부식성을 제공하게 되므로, 특수 활용 분야 특히 자동차 제조에 사용될 수 있게 된다.

연화 어닐링은, 연속로에서 금속 온도 350℃ 내지 550℃, 바람직하기로는 400℃-450℃에서, 10초 내지 5분, 바람직하기로는 20초 내지 1분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 냉간 압연 스트립이 충분히 전반적으로 재결정되며, 매우 우수한 성형성 및 평균 결정립 크기와 관련되는 해당 특성이 신뢰성 있으면서 경제적으로 달성되게 된다.

마지막으로, 전술한 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 알루미늄 합금 스트립으로 구성된 차량용 부품에 의해 달성된다. 이들 부품은, 이미 기술한 바와 같이, 대표면적으로 딥-드로잉될 수 있으며, 이에 따라 예컨대 자동차용 대면적 부품에 사용될 수 있게 된다. 또한, 이들 부품에 제공되는 강도 특성으로 인해, 이들 부품은 자동차에 사용되기에 요구되는 필수적인 강성과 내식성을 가지게 된다.

예를 들어, 추가의 구성에 따른 부품은 고강도 사양 외에도 열적 스트레스를 받는, 차량의 바디 부품 또는 바디 액세서리일 수 있다. 바람직하기로는, 차량의 내부 도어 부품 또는 내부 뒷문 부품과 같은 차체 부품이 본 발명에 따른 알루미늄 합금 스트립으로 제조될 수 있다.

이하에서, 도면을 참고로 하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.
도 1은 알루미늄 합금 스트립의 제조 방법에 대한 일 실시형태의 개략 흐름도이다.
도 2a는 DIN EN ISO 12004에 따른 평면-스트레인 커핑 시험용 시편 형상의 평면도이다.
도 2b는 DIN EN ISO 12004에 따른 평면-스트레인 커핑 시험용 시험 장치의 개략 측면도이다.
도 3은 DIN EN ISO 20482에 따른 에릭슨 커핑 시험에서 SZ32 스트레치 드로잉 측정을 하기 위한 시편 설비의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 딥드로잉된 대면적의 금속부에 대한 전형적인 일 실시형태이다.

도 1은 알루미늄 스트립을 제조하기 위한 실시형태의 순서를 보여주고 있다. 도 1의 흐름도는 본 발명에 따른 알루미늄 합금 스트립 제조 공정의 다양한 제조 단계를 개략적으로 나타내고 있다.

단계 1에서, 아래의 합금 성분을 구비하는 AlMg 알루미늄 합금의 압연 잉곳을 예를 들어 DC 연속 주조법으로 주조한다.

0% ≤ Si ≤ 0.2중량%,

0% ≤ Fe ≤ 0.35중량%,

0% ≤ Cu ≤ 0.15중량%,

0.2중량% ≤ Mn ≤ 0.35중량%,

4.1중량% ≤ Mg ≤ 4.5중량%,

0% ≤ Cr ≤ 0.1중량%,

0% ≤ Zn ≤ 0.25중량%,

0% ≤ Ti ≤ 0.1중량%, 및

잔부는 Al 그리고 불가피한 불순물을 포함하되, 불가피한 불순물 각각의 최대량은 0.05중량%이고 불가피한 불순물 총량은 최대 0.15중량%이다.

그런 다음, 공정 단계 2에서, 압연 잉곳을 균질화한다. 균질화는 하나 또는 그 이상의 단계로 수행될 수 있다. 균질화 하는 동안에, 압연 잉곳은 적어도 0.5시간에 480℃ 내지 550℃의 온도에 이른다. 공정 단계 3에서, 압연 잉곳을 열간 압연한다. 열간 압연 온도는 통상적으로 280℃ 내지 500℃이다. 열간 압연된 스트립의 최종 두께는 예컨대 2.8㎜ 내지 8㎜이다. 열간 압연된 스트립 두께는, 단일 냉간 압연 단계 4에서 40% 내지 70%, 바람직하기로는 50% 내지 60%의 압연율로 최종 두께로 감소되도록 정해질 수 있다.

그런 다음, 최종 두께로 냉간 압연된 알루미늄 합금 스트립은 연화 어닐링된다. 본 발명에 따르면, 연화 어닐링은 연속로에서 수행된다. 표 1에 기재되어 있는 실시형태에서, 중간 어닐링을 거치는 제2 루트가 적용된다. 이를 위해, 공정 단계 3에 따라 열간 압연된 열간 압연 스트립은 냉간 압연 4a로 들어가며, 냉간 압연 단계에서 알루미늄 합금 스트립은 중간 두께로 냉간 압연된다. 중간 두께는 최종 두께로의 최종 냉간 압연율이 40% 내지 70% 또는 50% 내지 60%가 되도록 정해진다. 후속 중간 어닐링 단계에서, 알루미늄 합금 스트립은 바람직하기로는 재결정된다. 중간 어닐링은 400℃ 내지 450℃의 연속로 또는 330℃ 내지 380℃의 챔버로에서 수행된다.

도 1에서, 중간 어닐링은 공정 단계 4b로 도시되어 있다. 도 1에 따른 공정 단계 4c에서, 중간 어닐링된 알루미늄 합금 스트립은 냉간 압연을 통해 최종 두께로 된다. 공정 단계 4c에서 압연율은 40% 내지 70% 또는 50% 내지 60%이다. 그런 다음, 알루미늄 합금 스트립은 다시 연화 어닐링에 의해 연질 상태로 변태된다. 본 발명에 따르면, 연화 어닐링은 400℃ 내지 450℃의 연속로에서 수행된다. 표 4에 기재되어 있는 비교 실시예에서의 어닐링은 330℃ 내지 380℃의 챔버로(KO)에서 수행되었다. 다양한 시도를 하는 중에, 다양한 알루미늄 합금 외에, 중간 어닐링 후 다양한 압연율이 설정되었다. 중간 어닐링 후 압연율 값은 표 1 및 표 4에 기재되어 있는 바와 같다. 연화 어닐링된 알루미늄 합금 스트립의 평균 결정립 크기를 측정하였다. 이를 위해, 바커법(Barker method)에 따라 종단면을 애노다이징 하였고, 그런 다음 ASTM E1382에 따라 현미경으로 결정립경을 측정하였으며, 평균 결정립경으로부터 평균 결정립 크기를 결정하였다.

이러한 방식으로 제작된 알루미늄 합금 스트립은 표 2 및 표 5에 기재되어 있는 기계적 특성 특히 항복점 R_{p0 .2}, 인장강도 R_m, 균일 연신률 A_g 및 파단 연신률 A_80mm을 가진다. EN 10002-1 또는 ISO 6892에 따라 측정된 알루미늄 합금 스트립의 기계적 특성 외에, ASTM E1382에 따른 평균 결정립 크기가 단위로 기재되어 있다. 또한, ASTM G67에 따라 입간 부식에 대한 내식성을 측정하였다. 초기 상태(0h)에서는 열처리를 추가로 하지 않았다. 부식 시험을 하기 전에, 차량에 알루미늄 합금 스트립의 사용을 시뮬레이션하기 위해, 다양한 열처리를 시행하였다. CDP 사이클을 모델링하기 위해, 제1 열처리에서는 알루미늄 스트립을 185℃에서 20분간 유지하였다.

추가의 일련의 측정에서, 알루미늄 합금 스트립을 80℃에서 200시간 또는 500시간 저장하였고, 그런 다음 부식성 시험을 하였다. 알루미늄 합금 스트립 또는 시트의 형성은 내식성에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 알루미늄 합금 스트립을 약 15% 정도 추가로 스트레치 하였고, 열처리 또는 상승된 온도에서 저장하였고, 그런 다음 ASTM G67에 따라 입간 부식(intercrystalline corrosion) 시험을 하여 질량 손실을 측정하였다.

표 1은 4개의 다른 알루미늄 합금의 합금 성분을 기재하고 있다. 이들 합금은 AA5182 계열의 알루미늄 합금 사양에 속한다. 기준 합금은 현재 사용되고 있는 소재로 구성되어 있으며, 비교를 위해 변형례 1, 2 및 3이 기재되어 있다. 표 1은 최종 어닐링 타입, 최종 압연률 및 측정된 단위의 평균 결정립 크기(결정립경)의 상세 사항을 포함하고 있다. 변형례 1과 2는 단지 최종 압연률이 상이하며, 이로 인해 크기가 다른 결정립이 형성된다. 이에 따라, 변형례 1과 변형례 2는 합금 성분이 거의 동일한 것과 관계없이, 동일한 연속로 조건에서 최종 압연률이 57%라는 측면에서 서로 다르다. 이로 인해, 변형례 1에서의 평균 결정립 크기가 33인 것에 비해 변형례 2에서의 평균 결정립 크기는 18㎛이다. 표 1에 기재되어 있는 스트립은 연속로에서 20초 내지 1분간 가열되어 400℃ 내지 450℃로 되며, 그런 다음 냉각되어 100℃ 미만에서 권취된다. 표 2에 기재되어 있는 바와 같이, DIN EN ISO 표준에 따라 시편의 물성을 측정하였다.

표 2로부터 명확하게 알 수 있듯이, 변형례 1은 항복점이 110㎫으로 신뢰성 있는 수치에 이르지 못했고, 심벌 D로 규정되어 있는 대각선 측정에서는 110㎫ 미만이었다. 그러나, 변형례 1에 있어서, 압연 방향 L과 압연 방향을 횡단하는 방향 Q에서의 측정은 항복점 R_{p0 . 2}이 실제로 110㎫에 도달했다. 기준치와 변형례 2 및 변형례 3은 이러한 항복점의 하한을 상당히 상회하였다. 변형례 2에서, 본 발명에 따른 실시형태는 모든 인장방향에서 측정한 항복점이 110㎫에 신뢰성 있게 도달하였다. 4.95중량%의 고망간 함량의 변형례 3이 가장 높은 항복점과 인장강도를 달성하고 있음을 명확하게 알 수 있다. 변형례 1과 변형례 2 간의 다른 압연률은 결정립 크기뿐만 아니라, 특히 항복점을 110㎫을 상당히 상회하도록 하는 데에 상당한 영향을 미쳤다는 것도 알 수 있다.

특히 변형례 2에서 본 발명에 따른 합금은 기준에 비해 이방성이 낮았는데, 평면 이방성 Δr이 낮았다. 여기서, 평면 이방성은 Δr은 1/2*(r_L+r_Q-2r_D)로 정의되며, r_L, r_Q 및 r_D는 종방향, 횡방향 및/또는 대각 방향에서의 r-값에 해당한다. 여기서, 1/4*(r_L+r_Q+2r_D)로부터 산출되는 평균 r-값인

는 기준 재료의 값과 크게 다르지 않다.

표 3은 내입간 부식성과 관련하여 측정된 값들이 기록되어 있다. 본 발명에 따른 변형례 2는, 기준 측정값과 관련하여 특히 장기간 스트레싱과 관련하여, 스트레치 상태 및 언스트레치 상태 모두에서 상당한 값을 가짐을 알 수 있었다. 여기서, 변형례 2 및 기준은 거의 동일하다. 변형례 3은 고항복점 및 고인장강도를 가짐에도 불구하고, Mg 함량이 높기 때문에, 185℃에서 20분의 짧은 시간 시험 외에도 80℃에서 200 시간의 긴 시간을 포함하는 특히 장기간의 부식성 시험에서 상당한 질량 손실을 나타내고 있다.

성형성과 관련된 표 3의 측정치들로부터, 특히 변형례 2는, SZ32 커핑 시험과 플레인-스트레인 커핑 시험에서 기준 합금에 비해 스트레치 성형 특성이 우수하다는 것을 알 수 있었다. 기준 알루미늄 합금에 비해 변형례 2에 따른 알루미늄 합금 스트립의 성형 거동이 상당히 개선되었다는 것은, Mg 함량이 낮은 경우일지라도, 입간 부식에 대한 저항이 손상되지 않으면서도 상당한 크기의 항복점 값과 인장강도 값이 얻어질 수 있다는 것을 보여주는 것이다. 이러한 점은 특히 NAML 시험에서 ASTM G67에 따라 수행된 질량 손실 측정으로 입증되었다. 변형례 2에 있어서, 에릭슨 커핑 시험에서 딥드로잉 거동이 7%, 플레인-스트레인 커핑 시험에서 약 10%가 개선됨을 알 수 있었고, 이는 본 발명에 따른 알루미늄 합금 스트립이 추가로 더 성형될 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 보여주는 것이다. 이와 같이 추가로 성형될 수 있는 잠재력은 딥-드로잉되는 대면적 금속 시트 부품 예컨대 차량의 내부 도어 부품에 사용될 수 있다.

이하에서, DIN EN ISO 20482에 따른 “SZ32 커핑” 시험과, DIN EN ISO 12004에 따른 나까지마 형상의 플레인-스트레인 커핑 시험과 관련된 시험 설정에 대해 설명한다.

도 2a는 시편(1)의 기하학적 형상을 보여주고 있다. 웨브(4)의 폭이 100㎜, 허리부에서의 반경(2)이 20㎜가 되도록, 원형 금속 시트에서 절개부를 가진 테이퍼진 시편(1)을 잘라내었다. 100㎜인 치수(3)는 펀치의 직경을 나타낸다. 도 2b는 2개의 홀더(5, 6) 사이에 고정되어 있는 시편(1)을 도시하고 있다. 마운트(8) 위에 위치하며, 홀더(5, 6)에 의해 서포트에 대해 눌려지는 시편(1)이, 반경이 100㎜인 반원 팁을 가지는 펀치(7)에 의해 화살표 방향으로 밀어진다. 마운트(8)와 마주하는 홀더 측면 상에는 5㎜ 또는 10㎜의 진입 반경이 형성되어 있다. 성형하는 중에 커핑 시험이 수행되는 힘이 측정되며, 크랙이 형성되었음을 보여주는 하중의 급하강이 나타날 때 해당 펀치 깊이를 측정한다.

에릭슨에 따르는 "SZ32 커핑" 시험은 유사한 설정을 구비하지만, 허리부가 있는 시편이 사용되지 않는다. 여기서, 시편(9)은 단순히 홀더(10)와 서포트(11) 사이에 유지되어 있으며, 펀치(12)를 사용하여 드로잉력의 하중이 급강하할 때까지 시편(9)을 드로잉한다. 그런 다음, 펀치의 해당 위치를 측정한다. 도 3에서, 다이의 개구부는 35.4㎜이고, 펀치 직경은 32㎜인데, 이는 펀치 반경이 16㎜인 것을 의미한다. SZ32 딥-드로잉 시험에서, 마찰을 줄이기 위해 테플론 딥-드로잉 필름을 사용하였다.

표 4 및 표 5에, 추가의 실시형태 및 비교 실시예들을 수행하였고, 이들에 대한 기계적 특성과 내입간 부식성을 측정한 결과를 나타내었다. 연속로를 사용하고, 결정립 크기를 15㎛-25㎛로 특별히 선택함으로써, 내식성과 기계적 특성이 매우 우수하게 양립할 수 있음을 알 수 있었다. 이에 따라, 예컨대, 본 발명에 따른 실시형태 No. 3, 4는 내입간 부식이 만족스러울 뿐 아니라, 기계적 특성 R_p0.2 및 R_m이 자동차 분야에 사용되기에 필수인 정도를 나타내었으며, 이에 따라 대면적의 딥-드로잉 부품을 제공하는 데에 이상적이라는 것을 알 수 있었다.

도 4는, 본 발명 알루미늄 합금 스트립을 단일 딥-드로잉 시트로부터 제작한 도어의 내부 부품 형태의 차체 부품의 일례를 보여주고 있다. 여기서, 시트 두께는 1.0㎜-2.5㎜인 것이 바람직하다. 또한, 차량의 다른 부품들, 성형성 및 내결절립 부식성 관점에서 사양이 엄격하게 요구되는 차량 뒷문, 보닛 및 차량 구조물의 내부 부품과 같은 금속 시트 쉘 구조물도 제작될 수 있다.

Claims (16)

1. AlMg 알루미늄 합금으로 구성된 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립으로,
   상기 알루미늄 합금은,
   0% ≤ Si ≤ 0.2중량%,
   0% ≤ Fe ≤ 0.35중량%,
   0% ≤ Cu ≤ 0.15중량%,
   0.2중량% ≤ Mn ≤ 0.35중량%,
   4.1중량% ≤ Mg ≤ 4.5중량%,
   0% ≤ Cr ≤ 0.1중량%,
   0% ≤ Zn ≤ 0.25중량%,
   0% ≤ Ti ≤ 0.1중량%, 및
   잔부는 Al 그리고 불가피한 불순물을 포함하되, 불가피한 불순물 각각의 최대량은 0.05중량%이고 불가피한 불순물 총량은 최대 0.15중량%이며, 알루미늄 합금 스트립은 재결정 미세조직을 가지고, 미세조직의 결정립 크기는 15㎛ 내지 25㎛이며, 알루미늄 합금 스트립의 최종 연화 어닐링이 연속로에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립.
2. 제1항에 있어서,
   알루미늄 합금은 아래와 같이 한정되는 합금 성분 중 하나 또는 그 이상을 가지는 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립.
   0.03중량% ≤ Si ≤ 0.10중량%,
   0% ≤ Cu ≤ 0.1중량%,
   0% ≤ Cr ≤ 0.05중량%,
   0% ≤ Zn ≤ 0.05중량%,
   0.01중량% ≤ Ti ≤ 0.05중량%.
3. 제1항에 있어서,
   알루미늄 합금은 아래와 같이 한정되는 합금 성분 중 하나 또는 그 이상을 가지는 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립.
   0% ≤ Cr ≤ 0.02중량%,
   0% ≤ Zn ≤ 0.02중량%.
4. 제1항에 있어서,
   Fe 함량이 0.10중량% 내지 0.25중량% 또는 0.10중량% 내지 0.2중량%인 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립.
5. 제1항에 있어서,
   Mn 함량이 0.20중량% 내지 0.30중량%인 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립.
6. 제1항에 있어서,
   Mg 함량이 4.2중량% 내지 4.4중량%인 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립.
7. 제1항에 있어서,
   알루미늄 합금 스트립의 두께가 0.5㎜ 내지 4㎜인 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립.
8. 제1항에 있어서,
   연질 상태의 알루미늄 합금 스트립의 항복점 R_p0.2가 적어도 110㎫이고, 인장강도 R_m이 적어도 255㎫인 것을 특징으로 하는, 냉간 압연 알루미늄 합금 스트립.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 알루미늄 합금 스트립을 제조하는 방법으로,
   - 압연 잉곳을 주조하는 단계;
   - 상기 압연 잉곳을 480℃ 내지 550℃에서 적어도 0.5시간 동안 균질화하는 단계;
   - 상기 압연 잉곳을 280℃ 내지 500℃ 온도에서 열간 압연하는 단계;
   - 알루미늄 합금 스트립을 압연율 40% 내지 70% 또는 50% 내지 60%로 최종 두께로 냉간 압연하는 단계;
   - 상기 최종-압연된 알루미늄 합금 스트립을 연속로에서 300℃ 내지 500℃에서 연화 어닐링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
10. 제9항에 있어서,
    열간 압연 후에,
    - 열간 압연 알루미늄 합금 스트립을, 최종 두께로 냉간 압연하는 압연율이 40% 내지 70% 또는 50% 내지 60%가 되도록 결정되는 중간 두께로 냉간 압연하는 단계;
    - 알루미늄 합금 스트립을 300℃ 내지 500℃에서 중간 어닐링하는 단계;
    - 알루미늄 합금 스트립을 압연율 40% 내지 70% 또는 50% 내지 60%로 최종 두께로 냉간 압연하는 단계;
    - 상기 최종-압연된 알루미늄 합금 스트립을 연속로에서 300℃ 내지 500℃에서 연화 어닐링하는 단계가 선택적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
11. 제9항에 있어서,
    연화 어닐링한 후, 알루미늄 합금 스트립을 최대 온도 100℃로 냉각한 후 권취하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
12. 제10항에 있어서,
    중간 어닐링이 배치로 또는 연속로에서 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
13. 제9항에 있어서,
    알루미늄 합금 스트립을 최종 두께 0.5㎜ 내지 4㎜로 냉간 압연하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
14. 제9항에 있어서,
    연화 어닐링이, 연속로에서 금속 온도 350℃ 내지 550℃에서 10초 내지 5분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
15. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 알루미늄 합금 스트립으로 구성된 차량용 부품.
16. 제15항에 있어서,
    상기 부품은 차량의 바디 부품 또는 바디 액세서리인 것을 특징으로 하는 차량용 부품.

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