KR20200034729A

KR20200034729A - 알루미늄 합금판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20200034729A
Application number: KR1020207003047A
Authority: KR
Inventors: 요시후미 신자토; 다케시 나가이; 미네오 아사노
Original assignee: 가부시키가이샤 유에이씨제이
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2020-03-31
Also published as: JP2019026876A; WO2019021899A1; US20200157668A1; CN110945153A

Abstract

알루미늄 합금판은, 질량％ 로, Si : 0.03 ∼ 0.35 ％, Fe : 0.03 ∼ 0.35 ％, Mg : 3.0 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.09 ％ 초과 0.50 ％ 미만 및 Mn : 0.05 ％ 초과 0.35 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.

Description

알루미늄 합금판 및 그 제조 방법

이 발명은, 예를 들어 자동차 보디 시트, 보디 패널로 대표되는 각종 자동차에 사용되는 부재나 부품, 선박, 항공기 등에 사용되는 부재나 부품, 혹은 건축 재료, 구조 재료, 그 밖의 각종 기계 기구, 가전 제품이나 그 부품 등의 소재로서, 성형 가공 및 도장 (塗裝) 베이킹을 실시하여 사용되는 알루미늄 합금판, 특히 높은 인장 강도를 가지면서, 프레스 성형성 및 내응력 부식 균열성도 우수한 Al-Mg 계의 알루미늄 합금판, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

자동차에 사용되는 보디 시트에는, 종래에는 냉연 강판을 사용하는 경우가 많았지만, 최근에는 지구 온난화의 억제나 에너지 비용의 저감 등을 도모하는 관점에서, 자동차를 경량화하여 연비를 향상시키는 요망이 높아지고 있고, 그래서 종래의 냉연 강판 대신에 냉연 강판과 거의 동등한 강도이고 비중이 약 1/3 인 알루미늄 합금판을 자동차의 보디 시트에 사용하는 경향이 증가하고 있다.

그런데, 자동차 보디 시트용 알루미늄 합금으로는, Al-Mg 계 합금, 예를 들어 5056, 5082, 5182, 5083, 5086 등의 Mg 를 3.5 질량％ 이상 함유하는 5000 계 Al 합금이 사용되고 있다. 이들 Al-Mg 계 합금은, 높은 강도를 갖고, 성형성이 양호하며, 용접성도 우수하므로, 용접 구조 부재로서 사용되고 있다.

그러나, 상기의 Al-Mg 계 합금을 구조재로 하여 응력이 부하된 상태에서 장시간 사용한 경우, Mg 함유량이 많기 때문에, 응력 부식 균열이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 이 응력 부식 균열을 방지하기 위해서는, Al-Mg 계 합금으로 이루어지는 기재 상에, 도장 등의 표면 처리를 실시하는 것이 유효하지만, 이 기재를 구조재로 하여 무도장으로 사용해야만 하는 경우도 있는 점에서, Al-Mg 계 합금으로 이루어지는 기재 자체가, 우수한 내응력 부식 균열성을 가질 것이 요구되고 있다.

Al-Mg 계 합금에 있어서의 응력 부식 균열은, 시간의 경과와 함께 β 상 (Al₃Mg₂) 이 입계에 우선적으로 연속 석출되고, 이 입계 석출된 β 상에 의해 촉진되는 것이 알려져 있다. 이 때문에 종래부터, Mg 함유량이 많은 Al-Mg 계 합금의 응력 부식 균열을 방지하기 위해, β 상의 입계에 대한 연속적인 석출을 억제하는 것이 여러 가지로 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 열간 압연 및 냉간 압연에 계속해서 용체화 처리를 실시한 후의 냉각을, 고온역과 저온역에서 상이한 냉각 속도의 조건으로 2 단계로 실시하고, 저온역에서의 냉각 속도를 빠르게 함으로써, 냉각 중의 입계에 대한 β 상의 연속 석출을 방지할 수 있는 성형 가공용 Al-Mg-Cu 계 알루미늄 합금판의 제조 방법이 기재되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는, Mg : 3.5 ∼ 5.5 ％ 를 함유하고, 최종 어닐링 처리 후의 강도가 250 N/㎟ 이상이며, 상기 어닐링 처리 후의 도전율을 26.5 ∼ 29.6 IACS％ 로 한 구조용 알루미늄 합금판이 기재되고, 이러한 기재에 의하면, 상기 도전율을 29.6 IACS％ 이하라는, β 상을 포함한 석출물 토탈의 석출 및 고용 상태로 함으로써, 강도 특성을 저하시키지 않고, 내응력 부식 균열성을 향상시키는 것이 가능하다고 되어 있다.

일본 공개특허공보 2003-231956호 일본 공개특허공보 2001-32031호

그러나, 특허문헌 1 에 기재된 알루미늄 합금판은, Cu 의 함유량이 0.5 ∼ 1.8 mass％ 로 많기 때문에, 열간 가공성이 저하됨과 함께 조대한 화합물이 형성되어, 성형성이 열등하다는 문제가 있고, 게다가, 이러한 알루미늄 합금판을 제조하기 위해서는, 용체화 처리를 실시한 후의 냉각을 2 단계로 실시함과 함께, 저온역에서의 냉각 속도를 빠르게 할 필요가 있지만, 냉각 속도를 빠르게 하면 처리 후의 평탄도 등의 형상 정밀도가 나빠진다는 문제도 있다.

또, 특허문헌 2 에 기재된 구조용 알루미늄 합금판은, Mg 만을 필수의 함유 성분으로 함과 함께, 최종 어닐링 처리 후의 강도와 도전율을 한정한 것이지만, Mg 이외의 특정 성분의 함유에 의해서는, 인장 강도, 프레스 성형성 및 내응력 부식 균열성의 우열에 영향을 미치는 점에 대해서는 개시도 시사도 없고, 또, 이와 같은 알루미늄 합금판을 제조하기 위해서는, 주조시의 냉각 속도를 빠르게 함과 함께, 냉간 압연시의 중간 어닐링, 및 냉간 압연 후의 최종 어닐링에서의 가열 후의 냉각에 있어서의 냉각 속도를 빠르게 할 필요가 있어, 이것은, 제조 공정수의 증가나, 제조 조건의 엄밀한 제어에 의해, 생산성의 저하를 초래한다는 문제가 있다.

이 발명은, 이와 같은 사정에 주목하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 높은 인장 강도를 가지면서, 프레스 성형성 및 내응력 부식 균열성도 우수한 알루미늄 합금판, 특히 Al-Mg 계의 알루미늄 합금판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 상기 문제점의 해결을 위해서, Al-Mg 계 합금의 조성 성분 및 제조 프로세스에 대해 여러 가지의 실험·검토를 실시한 결과, 조성 성분 및 제조 프로세스를 적절한 조건으로 한정함으로써, 알루미늄 합금판에 존재하는 금속 간 화합물의 사이즈 및 개수 밀도를 제어하는 것이 가능한 것을 알아내고, 이로써, 높은 인장 강도를 유지하면서, 우수한 프레스 성형성 및 내응력 부식 균열성도 갖는 알루미늄 합금판의 개발에 성공하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 알루미늄 합금판 및 그 제조 방법의 각 실시형태는 이하와 같다.

(1) 질량％ 로, Si : 0.03 ∼ 0.35 ％, Fe : 0.03 ∼ 0.35 ％, Mg : 3.0 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.09 ％ 초과 0.50 ％ 미만 및 Mn : 0.05 ％ 초과 0.35 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.

(2) 원 상당 직경이 0.1 ∼ 0.5 ㎛ 이고, Cu 를 함유하지 않는 금속 간 화합물의 개수 밀도는, 1 × 10⁶ 개/㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 알루미늄 합금판.

(3) 원 상당 직경이 0.3 ∼ 4 ㎛ 이고, Cu 를 함유하는 금속 간 화합물의 개수 밀도는, 1 × 10⁴ 개/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 알루미늄 합금판.

(4) Cu : 0.13 ∼ 0.35 질량％ 인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 알루미늄 합금판.

(5) 상기 조성은, Ti : 0.05 질량％ 이하 및 B : 0.05 질량％ 이하 중 1 종 또는 2 종을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 에 기재된 알루미늄 합금판.

(6) 질량％ 로, Si : 0.03 ∼ 0.35 ％, Fe : 0.03 ∼ 0.35 ％, Mg : 3.0 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.09 ％ 초과 0.50 ％ 미만 및 Mn : 0.05 ％ 초과 0.35 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 알루미늄 합금판을 제조하는 방법으로서,

상기 조성을 갖는 알루미늄 합금 소재를 주조하여 얻은 주괴에, 490 ∼ 580 ℃ 의 범위 내의 제 1 온도에서 균질화 처리를 실시하고, 그 후, 430 ∼ 500 ℃ 의 범위 내이고 또한 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도까지, 평균 냉각 속도를 500 ∼ 3000 ℃/h 의 범위 내로 냉각시키고 나서, 상기 제 2 온도인 채로 열간 압연을 개시하고, 이어서, 320 ∼ 380 ℃ 의 범위 내의 제 3 온도에서 권취하고, 그 후, 냉간 압연 및 최종 어닐링 처리를 순차 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판의 제조 방법.

(7) 상기 제 1 온도가 500 ∼ 570 ℃ 의 범위 내이고,

상기 제 2 온도가 440 ∼ 490 ℃ 의 범위 내이고,

상기 제 3 온도가 340 ∼ 360 ℃ 의 범위 내인 것을 특징으로 하는 상기 (6) 에 기재된 알루미늄 합금판의 제조 방법.

일 실시형태에 의하면, 질량％ 로, Si : 0.03 ∼ 0.35 ％, Fe : 0.03 ∼ 0.35 ％, Mg : 3.0 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.09 ％ 초과 0.50 ％ 미만 및 Mn : 0.05 ％ 초과 0.35 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 가짐으로써, 높은 인장 강도를 가지면서, 프레스 성형성 및 내응력 부식 균열성도 우수한 알루미늄 합금판, 특히 Al-Mg 계의 알루미늄 합금판 및 그 제조 방법의 제공이 가능하게 되었다.

다음으로, 바람직한 실시형태에 대해 설명한다.

일 실시형태에 따른 알루미늄 합금판은 질량％ 로, Si : 0.03 ∼ 0.35 ％, Fe : 0.03 ∼ 0.35 ％, Mg : 3.0 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.09 ％ 초과 0.50 ％ 미만 및 Mn : 0.05 ％ 초과 0.35 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 가지고 있다.

이하, 일 실시형태에 따른 알루미늄 합금판의 화학 조성의 한정 이유를 나타낸다. 또한, 화학 조성에 있어서의 원소의 함유량의 단위는 모두「질량％」이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 간단히「％」로 나타낸다.

(I) 화학 조성

＜Si : 0.03 ∼ 0.35 ％＞

Si (규소) 는, 내응력 부식 균열성을 향상시키는 작용을 가져, 일 실시형태에서는 중요한 성분의 하나이다. Si 함유량이 0.03 ％ 미만이면, β 상 (Al₃Mg₂) 의 입계에 대한 우선 석출을 방지할 수 없어, 내응력 부식 균열성이 나빠지고, 최종 어닐링 후의 결정립이 조대화되어 표면 거칠어짐이 발생하기 쉬워지기 때문이다. 또, Si 함유량이 0.35 ％ 초과이면, 금속 간 화합물을 형성하여 프레스 성형성, 특히 장출성이나 딥드로잉성이 악화되기 때문이다. 이 때문에, Si 함유량은 0.03 ∼ 0.35 ％ 의 범위로 하고, 바람직하게는 0.09 ∼ 0.25 ％ 의 범위로 한다.

＜Fe : 0.03 ∼ 0.35 ％＞

Fe (철) 도 또한, Si 와 마찬가지로, 내응력 부식 균열성을 향상시키는 작용을 가져, 일 실시형태에서는 중요한 성분의 하나이다. Fe 함유량이 0.03 ％ 미만이면, β 상 (Al₃Mg₂) 의 입계에 대한 우선 석출을 방지할 수 없어, 내응력 부식 균열성이 나빠지고, 최종 어닐링 후의 결정립이 조대화되어 표면 거칠어짐이 발생하기 쉬워진다. 또, Fe 함유량이 0.35 ％ 초과이면, 금속 간 화합물을 형성하여 프레스 성형성, 특히 장출성이나 딥드로잉성이 악화된다. 이 때문에, Fe 함유량은 0.03 ∼ 0.35 ％ 의 범위로 하고, 바람직하게는 0.09 ∼ 0.25 ％ 의 범위로 한다.

＜Mg : 3.0 ∼ 5.0 ％＞

Mg (마그네슘) 는, 가공 경화성을 높이고, 장출성 및 딥드로잉성을 향상시키는 작용을 갖는 성분이다. 이러한 작용을 발휘하기 위해, Mg 함유량을 3.0 ％ 이상 함유시키는 것이 필요하다. 또, Mg 함유량을 5.0 ％ 초과로 해도, 상기 특성의 추가적인 향상 효과는 기대할 수 없을 뿐만 아니라, 내응력 부식 균열성이나 열간 압연성이 현저하게 저하된다. 이 때문에, Mg 함유량은 3.0 ∼ 5.0 ％ 의 범위로 하고, 바람직하게는 3.2 ∼ 4.7 ％ 의 범위로 한다.

＜Cu : 0.09 ％ 초과 0.50 ％ 미만＞

Cu (구리) 는, Mg 와 마찬가지로 가공 경화성을 높이고, 장출성 및 딥드로잉성을 향상시키는 작용을 갖는 성분이다. 또, Cu 는, Al-Mg-Cu 계의 화합물을 형성함으로써, β 상의 입계 석출을 억제하여 내응력 부식 균열성을 향상시키는 작용도 갖는다. 이러한 작용을 발휘하기 위해, Cu 함유량을 0.09 ％ 초과로 함유 시키는 것이 필요하다. 또, Cu 함유량이 0.50 ％ 이상이면, 열간 가공성이 저하됨과 함께 조대한 화합물이 형성되어, 프레스 성형성이 저하된다. 이 때문에, Cu 함유량은 0.09 ％ 초과 0.50 ％ 미만의 범위로 하고, 바람직하게는 0.09 초과 0.35 ％ 이하의 범위로 한다.

＜Mn : 0.05 ％ 초과 0.35 ％ 이하＞

Mn (망간) 은, 최종 열처리 후의 재결정립의 미세화와 강도를 향상시키는 작용을 갖는 성분이다. 상기 작용을 발휘하기 위해, Mn 함유량은 0.05 ％ 초과로 하는 것이 필요하다. 한편, Mn 함유량이 0.35 ％ 초과이면, 재결정립의 크기가 지나치게 작아져서 프레스 성형한 합금판의 표면에, 스트레처·스트레인 마크 (합금판의 표면에 나타나는 변형 모양 (주름)) 가 발생하기 쉬워지고, 또한 성형성도 저하된다.

일 실시형태의 알루미늄 합금판은, 상기 서술한 바와 같이, Si, Fe, Mg, Cu 및 Mn 을 필수의 함유 성분으로 하지만, 필요에 따라 Ti : 0.05 ％ 이하 및 B : 0.05 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종을 추가로 함유시킬 수 있다.

＜Ti : 0.05 ％ 이하 및 B : 0.05 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종＞

Ti 및 B 는, 주괴의 결정립을 미세화하는 작용을 갖는 성분이다. Ti 및 B 의 함유량은, 모두 0.05 ％ 보다 많지 않으면 프레스 성형성이나 내응력 부식 균열성에 악영향을 미치지 않는 점에서 0.05 ％ 이하의 범위로 한다.

＜잔부 : Al 및 불가피적 불순물＞

상기 각 원소 외에는, Al (알루미늄) 및 불가피적 불순물이다.

V, Sc, Na, Be, Bi 가 0.1 ％ 이하의 범위로 함유되어 있어도, 일 실시형태의 실시에는 영향이 없다.

(II) 금속 간 화합물의 개수 밀도

(i) 원 상당 직경이 0.1 ∼ 0.5 ㎛ 이고, Cu 를 함유하지 않는 금속 간 화합물의 개수 밀도는, 1 × 10⁶ 개/㎟ 이하인 것

일 실시형태의 알루미늄 합금판은, 원 상당 직경이 0.1 ∼ 0.5 ㎛ 이고, Cu 를 함유하지 않는 금속 간 화합물의 개수 밀도는, 1 × 10⁶ 개/㎟ 이하인 것이 바람직하다. Cu 를 함유하지 않는 금속 간 화합물은, 원 상당 직경이 0.5 ㎛ 초과이거나, 혹은, 개수 밀도가 1 × 10⁶ 개/㎟ 초과이면, 프레스 성형성 및 내응력 부식 균열성이 저하되는 경향이 있기 때문이다. 또, Cu 를 함유하지 않는 금속 간 화합물의 원 상당 직경이 0.1 ㎛ 미만이면, 성형성은 양호하지만, 내응력 부식 균열성은 저하되는 경향이 있기 때문이다. 이 때문에, 원 상당 직경이 0.1 ∼ 0.5 ㎛ 이고, Cu 를 함유하지 않는 금속 간 화합물의 개수 밀도는, 1 × 10⁶ 개/㎟ 이하인 것이 바람직하다. 또한, Cu 를 함유하지 않는 금속 간 화합물의 개수 밀도의 하한값은, 특별히 한정은 하지 않지만, 프레스 성형성의 관점에서, 0.5 × 10⁴ 개/㎟ 로 하는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 말하는「원 상당 직경」이란, 관찰된 입자의 면적을 원 (圓) 등가로 환산했을 때의 직경 (원 상당 직경) 을 의미한다.

(ii) 원 상당 직경이 0.3 ∼ 4 ㎛ 이고, Cu 를 함유하는 금속 간 화합물의 개수 밀도는, 1 × 10⁴ 개/㎟ 이상인 것

일 실시형태의 알루미늄 합금판은, 원 상당 직경이 0.3 ∼ 4 ㎛ 이고, Cu 를 함유하는 금속 간 화합물의 개수 밀도는, 1 × 10⁴ 개/㎟ 이상인 것이 바람직하다. Cu 를 함유하는 금속 간 화합물은, 원 상당 직경이 0.3 ㎛ 미만이거나, 혹은, 개수 밀도가 1 × 10⁴ 개/㎟ 미만이면, 성형성은 양호하지만, β 상 (Al₃Mg₂) 의 입계에 대한 석출 억제가 충분히 얻어지지 않게 되어, 내응력 부식 균열성이 저하되는 경향이 있기 때문이다. 또, Cu 를 함유하는 금속 간 화합물의 원 상당 직경이 4 ㎛ 초과이면, 프레스 성형성이 악화되는 경향이 있기 때문이다. 이 때문에, 원 상당 직경이 0.3 ∼ 4 ㎛ 이고, Cu 를 함유하는 금속 간 화합물의 개수 밀도는, 1 × 10⁴ 개/㎟ 이상인 것이 바람직하다. 또한, Cu 를 함유하는 금속 간 화합물의 개수 밀도의 상한값은, 특별히 한정은 하지 않지만, 프레스 성형성의 관점에서, 7 × 10⁵ 개/㎟ 로 하는 것이 바람직하다. 또한, 알루미늄 합금판 중에 존재하는 금속 간 화합물의 원 상당 직경이나 개수 밀도는, 알루미늄 합금판으로 제작한 박막 샘플을, 투과형 전자 현미경에 의해 관찰하여 얻어지는 관찰 사진을 해석함으로써 측정할 수 있다. 또, 관찰되는 석출물이, Cu 를 함유하는 금속 간 화합물인지, 혹은 구리를 함유하지 않는 금속 간 화합물인지는, 투과형 전자 현미경에 구비되어 있는 원소 분석 장치를 사용하여 개개의 석출물의 원소 분석을 실시함으로써 동정할 수 있다. 또한, Cu 를 함유하는 금속 간 화합물 및 구리를 함유하지 않는 금속 간 화합물의 원 상당 직경이나 개수 밀도는, 제조 중의 열처리 등, 금속 간 화합물의 고용 상태나 석출 상태가 변화하는 제조 조건 (처리 또는 공정) 에 따라 크게 바뀌므로, 후술하는 제조 방법으로 알루미늄 합금판을 제조함으로써 제어할 수 있다.

(III) 알루미늄 합금판의 제조 방법

다음으로, 일 실시형태의 알루미늄 합금판의 제조 방법의 바람직한 실시형태를 이하에서 설명한다.

일 실시형태에 관련된 알루미늄 합금판의 제조 방법은, 주괴에 균질화 처리를 실시한 시점으로부터의 냉각 속도, 및 그 후에 실시하는 열간 압연의 개시 온도를 적정 범위로 제어하는 것이 특히 중요하다.

먼저, 상기 성분 조성 (질량％ 로, Si : 0.03 ∼ 0.35 ％, Fe : 0.03 ∼ 0.35 ％, Mg : 3.0 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.09 ％ 초과 0.50 ％ 미만 및 Mn : 0.05 ％ 초과 0.35 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성) 의 알루미늄 합금을 통상적인 방법에 따라 용제하고, 연속 주조법, 반연속 주조법등의 통상적인 주조법을 적시 선택하여 주조한다. 그리고 얻어진 주괴에 대해, 490 ∼ 580 ℃, 바람직하게는 500 ∼ 570 ℃ 의 범위 내의 제 1 온도에서 균질화 처리를 실시한다. 상기 제 1 온도가 490 ℃ 미만이면, 주조시에 형성된 첨가 원소의 편석이 해소되지 않아, 충분한 성형성이 얻어지지 않을 우려가 있고, 또, 580 ℃ 초과이면, 처리시에 공정 융해가 발생하여, 열연시에 균열이 발생할 우려가 있기 때문이다. 균질화 처리의 처리 시간은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 0.5 시간 이상 24 시간 이하의 범위로 할 수 있다.

다음으로, 주괴에 상기의 균질화 처리를 실시한 후에, 430 ∼ 500 ℃ 의 범위 내, 바람직하게는 440 ∼ 490 ℃ 의 범위 내이고, 또한 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도까지, 평균 냉각 속도, 보다 바람직하게는 주괴의 1/4 두께 위치에서 측정한 평균 냉각 속도가 500 ∼ 3000 ℃/h 의 범위 내로 냉각시키고 나서, 상기 제 2 온도인 채로 열간 압연을 개시한다. 여기서, Cu 를 함유하는 금속 간 화합물의 형성은 내응력 부식 균열성을 향상시키는 작용을 갖고, 한편, Cu 를 함유하지 않는 금속 간 화합물의 형성은, 내응력 부식 균열성을 저하시키는 작용을 갖지만, 상기 평균 냉각 속도가 3000 ℃/h 초과이면, Cu 를 함유하는 금속 간 화합물의 형성이 방해를 받아 내응력 부식 균열성이 저하되는 경향이 있고, 또, 상기 평균 냉각 속도가 500 ℃/h 미만이면, Cu 를 함유하지 않는 금속 간 화합물의 형성이 촉진되어 내응력 부식 균열성이 저하되는 경향이 있다. 여기서, 평균 냉각 속도의 측정 위치를「1/4 두께 위치」로 한 것은, 1/4 두께 위치의 온도 이력이 재료의 성능에 미치는 영향이 크기 때문이다. 또, 제 2 온도를 430 ∼ 500 ℃ 의 범위 내로 한정한 이유는, 제 2 온도가 430 ℃ 미만이면, 열연시에 말려들어감 불량이 발생할 우려가 있고, 또, 제 2 온도가 500 ℃ 초과이면, 열연시에 균열이 발생할 우려가 있기 때문이다. 이 때문에, 일 실시형태에서는, 주괴에 상기의 균질화 처리를 실시한 후에, 430 ∼ 500 ℃ 의 범위 내이고 또한 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도까지, 평균 냉각 속도가 500 ∼ 3000 ℃/h 의 범위 내로 냉각시키고 나서, 제 2 온도인 채로 열간 압연을 개시한다.

상기 열간 압연 후에, 320 ∼ 380 ℃ 의 범위 내, 바람직하게는 340 ∼ 360 ℃ 의 범위 내의 제 3 온도에서 권취하고, 그 후, 냉간 압연 및 최종 어닐링 처리를 순차 실시한다. 권취 온도를 320 ∼ 380 ℃ 의 범위 내의 제 3 온도로 한정하는 이유는, 제 3 온도가 320 ℃ 미만이면, 열간 압연 후에 재결정 조직이 얻어지지 않아, 프레스 성형 후에 표면 불량 (압연 방향의 줄무늬) 이 발생할 우려가 있고, 또, 제 3 온도가 380 ℃ 초과이면, 열간 압연 후에 결정립이 조대화되어, 표면 거칠어짐이 발생할 우려가 있기 때문이다.

상기 서술한 바는, 이 발명의 몇 개의 실시형태를 나타낸 것에 지나지 않고, 청구의 범위에 있어서 여러 가지의 변경을 더할 수 있다.

실시예

이하에, 일 실시형태의 실시예를 설명한다.

표 1 에 나타내는 조성을 갖는 알루미늄 합금을 용해하고, DC 주조에 의해 조괴 (造塊) 하였다. 얻어진 주괴 (두께 30 ㎜, 폭 175 ㎜) 를 560 ℃ (제 1 온도) 까지 가열하고, 이 제 1 온도에서 4 시간 유지한 후, 주괴를 상기 제 1 온도에서 표 2 에 나타내는 제 2 온도까지의 온도 범위를, 표 2 에 나타내는 평균 냉각 속도로 냉각시키고, 제 2 온도에서 15 분 유지한 후에, 제 2 온도 (열연 개시 온도) 에서 열간 압연을 개시하여, 4 ㎜ 두께의 판재로 하였다. 열간 압연 후의 권취 온도 (제 3 온도) 는 360 ℃ 로 하였다. 다음으로, 이 판재를 1 ㎜ 두께까지 냉간 압연하고, 그 후, 염욕로에서 540 ℃, 30 초의 조건으로 가열하고, 실온 부근까지 팬으로 강제 공랭시키는 연화 처리 (최종 어닐링 처리) 를 실시하였다. 이상의 공정에 의해, 실시예 및 비교예의 알루미늄 합금판을 제조하였다.

(시험 방법)

[결정 입경의 측정 방법]

제조된 상기 각 알루미늄 합금판에 대해, 결정 입경을 측정하였다. 확인의 방법으로서, 알루미늄 합금판의 폭 중앙부로부터 샘플을 채취하고, 압연 표면에 있어서, 그 결정립 조직을 촬영하고, 3 ㎜ × 3 ㎜ 의 시야에 있어서, 세로 방향 및 가로 방향으로 5 개씩 등간격으로 직선을 그어, 절편법 (切片法) 에 의해 결정 입경을 측정하고, 측정된 결정 입경의 평균값을 평균 결정 입경 (㎛) 으로서 산출하였다. 본 실시예에서는, 결정 입경이 50 ㎛ 미만인 것을 합격, 50 ㎛ 이상인 것을 불합격 (표면 거칠어짐 발생) 으로 하였다.

[금속 간 화합물의 개수 밀도의 산출 방법]

제조된 상기 각 알루미늄 합금판에 대해, 판폭 중앙부로부터 압연면과 평행한 단면의 중앙부를, 니혼 전자 주식회사 제조 JEM-2010 을 사용하여, 10,000 배의 배율로 투과형 전자 현미경 (TEM) 에 의해 관찰하였다. 얻어진 화상 중의 금속 간 화합물의 면적을, 화상 해석 소프트「Winroof」를 사용하여 측정하고, 원 등가로 환산했을 때의 직경 (원 상당 직경) 으로 평가한 값이다. 또한, 화합물에 Cu 를 함유하는지의 여부는 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 를 사용하여 분석하였다. 원 상당 직경이 0.1 ∼ 0.5 ㎛ 인 Cu 를 함유하지 않는 금속 간 화합물의 개수 밀도 (개/㎟) 와, 원 상당 직경이 0.3 ∼ 4 ㎛ 인 Cu 를 함유하는 금속 간 화합물의 개수 밀도 (개/㎟) 를 구하였다. 관찰은 3 시야에서 실시하여, 평균값을 채용하였다.

[인장 특성]

제조된 상기 각 알루미늄 합금판에 대해, 압연 방향에 대해 직각인 방향으로 JIS 5 호 시험편을 잘라내고, 인장 시험에 의해 인장 강도 (㎫), 내력 (㎫) 및 파단 신장 (％) 을 측정하였다. 또한, 본 실시예에서는, 인장 강도가 240 ㎫ 이상인 것을 합격, 240 ㎫ 미만인 것을 불합격으로 하고, 또, 내력에 관해서는, 100 ㎫ 이상인 것을 합격, 100 ㎫ 미만인 것을 불합격으로 하였다.

[프레스 성형성]

프레스 성형성을 조사하기 위해 장출 성형 시험과 드로잉 성형 시험을 실시하였다.

장출 성형 시험은, 제조된 상기 각 알루미늄 합금판의 폭 중앙부로부터, 1 변이 120 ㎜ 인 정방형의 블랭크를 잘라내고, 에릭센 시험기에 의해 비드가 형성된 금형을 사용하여, 직경 50 ㎜ 의 펀치에 의해, 블랭크 홀딩력 40 kN, 성형 속도 2.0 ㎜/s 의 조건으로 실시하여, 균열이 발생하지 않는 한계의 장출 높이 (㎜) 를 측정하고, 장출 높이의 측정값으로부터 프레스 성형성을 평가하였다.

드로잉 성형 시험은, 제조된 상기 각 알루미늄 합금판으로부터 직경 110 ㎜의 원판을 성형하고, 저점도 윤활유를 도포하여 시험재로 하고, 에릭센 시험기를 사용하여, 다이스에는 로크 비드를 형성하지 않고, 직경 50 ㎜ 의 평두 (平頭) 펀치에 의해, 블랭크 홀딩력 10 kN, 성형 속도 2.0 ㎜/s 의 조건으로 실시하여, 균열이 발생하지 않는 한계의 드로잉 높이 (㎜) 를 측정하고, 드로잉 높이의 측정값으로부터 프레스 성형성을 평가하였다.

또한, 프레스 성형성의 평가는, 본 실시예에서는, 장출 성형성에서는, 장출높이가 17 ㎜ 이상인 것을 합격, 17 ㎜ 미만인 것을 불합격으로 하고, 또, 딥드로잉성에서는, 드로잉 높이가 15 ㎜ 이상인 것을 합격, 15 ㎜ 미만인 것을 불합격으로 하였다.

[내응력 부식 균열성]

내응력 부식 균열성은, 제조된 상기 각 알루미늄 합금판의 폭 중앙부로부터 채취한 시험편을 30 ％ 의 가공률로 냉간 압연한 후, 120 ℃, 7 일간의 열처리를 실시하는 예민화 처리를 실시하고, 이 예민화 처리를 실시한 시험편을, 굽힘 반경이 2 ㎜ 및 3 ㎜ 인 U 자상으로 구부리고, U 자상의 양 단을 구속한 응력 부하 상태에서, 95 ℃ 로 가열한 크롬산 용액 (순수 1 리터에 CrO₃ : 36 g, K₂Cr₂O₇ : 30 g 및 NaCl : 3 g 을 함유하는 수용액) 에 침지시켜, 응력 부식 균열이 발생할 때까지의 시간을 측정하고, 굽힘 반경 2 ㎜ 에서 24 시간 이내에 균열이 발생한 경우를「×」, 24 시간 동안 균열이 발생하지 않은 경우를「○」, 그리고, 96 시간 동안 균열이 발생하지 않은 경우를「◎」로 하였다.

본 실시예에서 제조한 알루미늄 합금 판재의 인장 특성, 프레스 성형성 및 내응력 부식 균열성의 평가 결과를 표 3 에 나타낸다.

표 3 에 나타내는 평가 결과로부터, 본 발명예 1 ∼ 23 은 모두, 인장 강도가 240 ㎫ 이상으로 높고, 장출 높이가 17 ㎜ 이상이며 드로잉 높이도 15 ㎜ 이상으로 높고, 내응력 부식 균열성도 우수하였다. 이에 반해, 본 발명의 적정 범위 외의 조성을 갖는 비교예 1 ∼ 10 및 17 ∼ 19, 및 본 발명의 적정 범위 외의 제조 조건으로 제조한 비교예 11 ∼ 16 은 모두, 인장 특성, 프레스 성형성 및 내응력 부식 균열성의 적어도 하나가 열등하였다.

산업상 이용가능성

일 실시형태의 알루미늄 합금판은, 강도가 높고, 프레스 성형성이 양호하며 또한 내응력 부식 균열성도 우수한 점에서, 특히 자동차 보디 시트, 보디 패널로 대표되는 각종 자동차에 사용되는 부재나 부품 외에, 선박, 항공기 등에 사용되는 부재나 부품, 혹은 건축 재료, 구조 재료, 그 밖의 각종 기계 기구, 가전 제품이나 그 부품 등의 소재에 사용하기에 적합하여, 그 공업적 가치는 크다.

Claims

질량％ 로, Si : 0.03 ∼ 0.35 ％, Fe : 0.03 ∼ 0.35 ％, Mg : 3.0 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.09 ％ 초과 0.50 ％ 미만 및 Mn : 0.05 ％ 초과 0.35 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.
제 1 항에 있어서,
원 상당 직경이 0.1 ∼ 0.5 ㎛ 이고, Cu 를 함유하지 않는 금속 간 화합물의 개수 밀도는, 1 × 10⁶ 개/㎟ 이하인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.
제 1 항에 있어서,
원 상당 직경이 0.3 ∼ 4 ㎛ 이고, Cu 를 함유하는 금속 간 화합물의 개수 밀도는, 1 × 10⁴ 개/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.
제 1 항에 있어서,
Cu : 0.13 ∼ 0.35 질량％ 인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.
제 1 항에 있어서,
상기 조성은, Ti : 0.05 질량％ 이하 및 B : 0.05 질량％ 이하 중 1 종 또는 2 종을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판.
질량％ 로, Si : 0.03 ∼ 0.35 ％, Fe : 0.03 ∼ 0.35 ％, Mg : 3.0 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.09 ％ 초과 0.50 ％ 미만 및 Mn : 0.05 ％ 초과 0.35 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 알루미늄 합금판을 제조하는 방법으로서,
상기 조성을 갖는 알루미늄 합금 소재를 주조하여 얻은 주괴에, 490 ∼ 580 ℃ 의 범위 내의 제 1 온도에서 균질화 처리를 실시하고, 그 후, 430 ∼ 500 ℃ 의 범위 내이고 또한 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도까지, 평균 냉각 속도를 500 ∼ 3000 ℃/h 의 범위 내로 냉각시키고 나서, 상기 제 2 온도인 채로 열간 압연을 개시하고, 이어서, 320 ∼ 380 ℃ 의 범위 내의 제 3 온도에서 권취하고, 그 후, 냉간 압연 및 최종 어닐링 처리를 순차 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 온도가 500 ∼ 570 ℃ 의 범위 내이고,
상기 제 2 온도가 440 ∼ 490 ℃ 의 범위 내이고,
상기 제 3 온도가 340 ∼ 360 ℃ 의 범위 내인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금판의 제조 방법.