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WO2024143788A1 - Ultra-high strength aluminum alloy sheet material and manufacturing method therefor - Google Patents

Ultra-high strength aluminum alloy sheet material and manufacturing method therefor Download PDF

Info

Publication number
WO2024143788A1
WO2024143788A1 PCT/KR2023/014549 KR2023014549W WO2024143788A1 WO 2024143788 A1 WO2024143788 A1 WO 2024143788A1 KR 2023014549 W KR2023014549 W KR 2023014549W WO 2024143788 A1 WO2024143788 A1 WO 2024143788A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
aluminum alloy
ultra
alloy sheet
manufacturing
heat treatment
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/014549
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
김수현
이윤수
조영희
김원경
손현우
김지수
천현석
김병주
Original Assignee
한국재료연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국재료연구원 filed Critical 한국재료연구원
Publication of WO2024143788A1 publication Critical patent/WO2024143788A1/en

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/04—Casting aluminium or magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/04—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon
    • C22F1/053—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of aluminium or alloys based thereon of alloys with zinc as the next major constituent

Definitions

  • the 7000 series aluminum alloy sheet currently used is a high-strength aluminum alloy represented by Al-Zn-Mg-Cu and has excellent mechanical properties, processing characteristics, and corrosion resistance.
  • the current commercial alloy sheet standard which can only achieve a tensile strength of less than 700MPa, and the development of a 7000 series alloy sheet with even higher strength is necessary.
  • the technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide an ultra-high strength aluminum alloy sheet having a yield strength of 750 MPa or more and a tensile strength of 780 MPa or more and a method of manufacturing the same.
  • these tasks are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.
  • an ultra-high strength aluminum alloy sheet and a manufacturing method thereof are provided.
  • the ultra-high-strength aluminum alloy sheet has, in weight percent, zinc (Zn): 13% to 14.5%, magnesium (Mg): 2.5% to 4%, copper (Cu): 0.8 to 4%. 1.3%, scandium (Sc): 0.1% ⁇ 0.3%, zirconium (Zr): 0.1% ⁇ 0.15%, manganese (Mn): 0.05% ⁇ 0.1%, the balance includes aluminum and other inevitable impurities, yield strength 750MPa Above, a tensile strength of 770 MPa or more can be satisfied.
  • the content ratio of the scandium and the zirconium may range from 1.0 to 3.0.
  • the homogenization heat treatment step may be performed at a temperature ranging from 440°C to 460°C for 3 to 24 hours.
  • the hot rolling step may be performed with a reduction of 50% to 95% in a temperature range of 300°C to 460°C.
  • the multi-stage solution heat treatment step may include a first solution heat treatment and a second solution heat treatment.
  • the first solution heat treatment step may be performed at a temperature ranging from 460°C to 475°C for 1 minute to 2 hours.
  • quenching the aluminum alloy intermediate material after the solution heat treatment step, quenching the aluminum alloy intermediate material; It may further include.
  • the step of surface chamfering the solution treated aluminum alloy intermediate material may be further included.
  • the ultra-high strength aluminum alloy sheet is composed of zinc, magnesium, copper, scandium, zirconium, manganese, and the remainder includes aluminum and inevitable impurities, and has excellent strength characteristics for the automobile body. , can be used on aircraft fuselage, UAM frame, etc.
  • Figure 5 is a transmission electron microscope photograph of an ultra-high strength aluminum alloy sheet according to another embodiment of the present invention.
  • the type and content of alloy elements are controlled as follows.
  • high strength can be achieved while limiting the amount of alloy elements added.
  • the ultra-high strength aluminum alloy sheet can secure high strength by adding a large amount of zinc and adding scandium, zirconium, and manganese as reinforcing elements to the aluminum alloy sheet.
  • Automobile bodies, aircraft fuselages, and UAM frames manufactured using the above alloy have superior mechanical properties compared to existing materials, resulting in improved lifespan and increased productivity in extreme environments.
  • Zinc is an element that has the effect of improving strength through solid solution strengthening and precipitation strengthening.
  • the amount of zinc added is too large, the workability of the sheet may be reduced, so it is necessary to control the amount added.
  • the amount of zinc added exceeds 14.5% by weight of the total weight of the sheet, the processability is poor, making rolling virtually impossible, and the strength is reduced.
  • the amount of zinc added is less than 13% by weight, the effect of increasing the strength of the sheet material is minimal. For the above reasons, the amount of zinc added is limited to 13 to 14.5% by weight.
  • magnesium is added in an amount of 2.5% by weight or more and 4% by weight or less.
  • a high-strength aluminum alloy sheet manufactured by controlling the specific components and content ranges of the above-described alloy composition and using a manufacturing method described later may have the following characteristics.
  • the content ratio of the scandium and the zirconium may range from 1.0 to 3.0.
  • the weight percent of scandium may be the same as the weight percent content of zirconium in the aluminum alloy sheet of the present invention, or may be included up to 3.0 times more.
  • the homogenization heat treatment step (S120) may be performed at a temperature ranging from 440°C to 460°C for 3 to 24 hours.
  • the alloy elements in the cast aluminum alloy may be homogenized.
  • the multi-stage solution heat treatment step (S140) includes a first solution heat treatment and a second solution heat treatment, and the heat treatment is performed at least twice in different temperature ranges.
  • the first solution heat treatment which is performed first among the multi-stage solution heat treatment steps (S140), may be performed at a temperature of 460°C to 475°C for 1 minute to 2 hours. At this time, more preferably, the first solution heat treatment temperature may be performed within 1 hour at a temperature of 465 to 470°C. If the first-stage solution heat treatment temperature is less than 460°C, the solution heat treatment effect is reduced, and if it exceeds 475°C, melting of the internally produced phase may occur, resulting in poor properties.

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Abstract

The present invention provides an ultra-high strength aluminum alloy sheet material and a manufacturing method therefor. According to an embodiment of the present invention, the ultra-high strength aluminum alloy sheet material comprises, in weight%, zinc (Zn): 13%-14.5%, magnesium (Mg): 2.5%-4%, copper (Cu): 0.8-1.3%, scandium (Sc): 0.1%-0.3%, zirconium (Zr): 0.1%-0.15%, manganese (Mn): 0.05 %-0.1%, and the balance being other inevitable impurities, and satisfies a yield strength of 750 MPa or more and a tensile strength of 770 MPa or more.

Description

초고강도 알루미늄 합금 판재 및 이의 제조방법Ultra-high strength aluminum alloy sheet and manufacturing method thereof
본 발명의 기술적 사상은 알루미늄 합금 판재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항복강도가 750MPa 이상, 인장강도가 780MPa이상인 초고강도 알루미늄 합금 판재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to an aluminum alloy sheet, and more specifically, to an ultra-high strength aluminum alloy sheet having a yield strength of 750 MPa or more and a tensile strength of 780 MPa or more, and a method of manufacturing the same.
최근 들어, 알루미늄 합금 판재는 자동차 차체, 항공기 동체, UAM 프레임 등의 다양한 산업분야에 활용되고 있으며, 특히, 상기한 산업 분야에 활용가능한 각종 부품 제조에 활용되는 합금은 특성상 매우 높은 강도와 경량화가 요구되고 있다.Recently, aluminum alloy sheets have been used in various industrial fields such as automobile bodies, aircraft fuselages, and UAM frames. In particular, alloys used in the manufacture of various parts that can be used in the above industrial fields require very high strength and lightness due to their characteristics. It is becoming.
현재 사용되고 있는 7000계 알루미늄 합금 판재는 Al-Zn-Mg-Cu로 대표되는 고강도 알루미늄 합금으로서 우수한 기계적 성질, 가공 특성, 내식성 등을 갖고 있다. 다만, 현재 상용 합금 판재 기준으로 인장강도 700MPa이내로만 구현할 수 있는 한계점이 있으며, 더욱 고강도를 갖는 7000계 합금 판재의 개발이 필요하다.The 7000 series aluminum alloy sheet currently used is a high-strength aluminum alloy represented by Al-Zn-Mg-Cu and has excellent mechanical properties, processing characteristics, and corrosion resistance. However, there is a limit to the current commercial alloy sheet standard, which can only achieve a tensile strength of less than 700MPa, and the development of a 7000 series alloy sheet with even higher strength is necessary.
한편, 알루미늄 합금 판재의 강도 증대를 위해 주요 합금 원소인 아연의 함량을 증가시키고 지르코늄, 스칸듐 등의 미량 합금 원소를 첨가하는 방법이 있다. 그러나 단순히 합금 원소의 증가만으로는 강도를 향상시키는 데 한계가 있다. 또한, 상기의 합금 원소들을 포함하는 알루미늄 합금 판재는 열간 압연 후 급격한 물성변화로 인해, 냉간 압연 단계에서 파괴될 위험성이 있다.Meanwhile, to increase the strength of aluminum alloy sheets, there is a method of increasing the content of zinc, a major alloying element, and adding trace alloying elements such as zirconium and scandium. However, there is a limit to improving strength simply by increasing the alloying elements. In addition, aluminum alloy sheets containing the above alloy elements have a risk of being destroyed during the cold rolling stage due to rapid changes in physical properties after hot rolling.
또, 알루미늄 합금 판재의 강도를 증가시키기 위한 제조하기 위한 주조 공정으로는 분무 주조법, 멜트 스피닝법 등이 있다. 그러나 상기 공정들은 벌크 판재를 제조 시 생산성이 낮아 실제 벌크 소재의 적용에는 많은 제약이 있으며, 대량생산 측면에서도 불리한 단점이 있다.In addition, casting processes for manufacturing aluminum alloy sheets to increase the strength include spray casting and melt spinning. However, the above processes have low productivity when manufacturing bulk plates, so there are many limitations in the actual application of bulk materials, and there are disadvantages in terms of mass production.
관련 선행특허로는 일본등록특허 제 4535731호가 있다. Related prior patents include Japanese Patent No. 4535731.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 항복강도가 750MPa 이상, 인장강도가 780MPa이상인 초고강도 알루미늄 합금 판재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide an ultra-high strength aluminum alloy sheet having a yield strength of 750 MPa or more and a tensile strength of 780 MPa or more and a method of manufacturing the same. However, these tasks are illustrative, and the technical idea of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 관점에 의하면, 초고강도 알루미늄 합금 판재 및 그 제조방법을 제공한다.According to one aspect of the present invention, an ultra-high strength aluminum alloy sheet and a manufacturing method thereof are provided.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 초고강도 알루미늄 합금 판재는, 중량%로, 아연(Zn): 13% ~ 14.5%, 마그네슘(Mg): 2.5%~ 4%, 구리(Cu): 0.8 ~ 1.3%, 스칸듐(Sc): 0.1% ~ 0.3%, 지르코늄(Zr): 0.1% ~ 0.15%, 망간(Mn): 0.05 %~ 0.1%, 잔부는 알루미늄 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도 750MPa 이상, 인장강도 770MPa 이상을 만족할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the ultra-high-strength aluminum alloy sheet has, in weight percent, zinc (Zn): 13% to 14.5%, magnesium (Mg): 2.5% to 4%, copper (Cu): 0.8 to 4%. 1.3%, scandium (Sc): 0.1% ~ 0.3%, zirconium (Zr): 0.1% ~ 0.15%, manganese (Mn): 0.05% ~ 0.1%, the balance includes aluminum and other inevitable impurities, yield strength 750MPa Above, a tensile strength of 770 MPa or more can be satisfied.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 중량%로, 아연(Zn): 13% ~ 14.5%, 마그네슘(Mg): 2.5% ~ 4%, 구리(Cu): 0.8% ~ 1.3%, 스칸듐(Sc): 0.1% ~ 0.3%, 지르코늄(Zr): 0.1% ~ 0.15%, 망간(Mn): 0.05%~ 0.1%, 잔부는 알루미늄 및 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도 750MPa 이상, 인장강도 770MPa 이상을 만족할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in weight percent, zinc (Zn): 13% to 14.5%, magnesium (Mg): 2.5% to 4%, copper (Cu): 0.8% to 1.3%, scandium (Sc) : 0.1% ~ 0.3%, Zirconium (Zr): 0.1% ~ 0.15%, Manganese (Mn): 0.05% ~ 0.1%, the balance includes aluminum and inevitable impurities, and must satisfy yield strength of 750 MPa or more and tensile strength of 770 MPa or more. You can.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 스칸듐과 상기 지르코늄의 함량비(스칸듐의 중량% 함량/지르코늄의 중량% 함량)는 1.0 내지 3.0의 범위 일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the content ratio of the scandium and the zirconium (weight% content of scandium/weight% content of zirconium) may range from 1.0 to 3.0.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 중량%로, 아연(Zn): 13% ~ 14.5%, 마그네슘(Mg): 2.5% ~ 4%, 구리(Cu): 0.8% ~ 1.3%, 스칸듐(Sc): 0.1% ~ 0.3%, 지르코늄(Zr): 0.1% ~ 0.15%, 망간(Mn): 0.05%~ 0.1%, 잔부는 알루미늄 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 합금을 용해 및 주조하는 단계; 상기 주조된 알루미늄 합금을 균질화 열처리하는 단계; 상기 균질화 열처리된 알루미늄 합금을 열간 압연하여 알루미늄 합금 중간재를 형성하는 단계; 상기 알루미늄 합금 중간재를 다단 용체화 열처리하는 단계; 상기 알루미늄 합금 중간재를 냉간 압연하여 알루미늄 합금 판재를 형성하는 단계; 및 상기 냉간 압연된 알루미늄 합금 판재를 시효 처리하는 단계;를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, in weight percent, zinc (Zn): 13% to 14.5%, magnesium (Mg): 2.5% to 4%, copper (Cu): 0.8% to 1.3%, scandium (Sc) : 0.1% ~ 0.3%, Zirconium (Zr): 0.1% ~ 0.15%, Manganese (Mn): 0.05% ~ 0.1%, the balance is melting and casting an aluminum alloy containing aluminum and inevitable impurities; Homogenizing heat treatment of the cast aluminum alloy; Forming an aluminum alloy intermediate material by hot rolling the homogenized heat-treated aluminum alloy; Multi-stage solution heat treatment of the aluminum alloy intermediate material; Forming an aluminum alloy sheet by cold rolling the aluminum alloy intermediate material; And a step of aging the cold rolled aluminum alloy sheet.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 균질화 열처리 단계는, 440℃ 내지 460℃ 범위의 온도에서 3시간 내지 24 시간 동안 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the homogenization heat treatment step may be performed at a temperature ranging from 440°C to 460°C for 3 to 24 hours.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열간 압연 단계는, 300℃ 내지 460℃의 온도범위에서 50% 내지 95% 압하량으로 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the hot rolling step may be performed with a reduction of 50% to 95% in a temperature range of 300°C to 460°C.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다단 용체화 열처리 단계는, 제 1 용체화 열처리 및 제 2 용체화 열처리를 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the multi-stage solution heat treatment step may include a first solution heat treatment and a second solution heat treatment.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 용체화 열처리 단계는, 460℃ 내지 475℃ 범위의 온도에서 1분 내지 2시간 동안 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first solution heat treatment step may be performed at a temperature ranging from 460°C to 475°C for 1 minute to 2 hours.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 2 용체화 열처리 단계는, 477℃ 내지 482℃ 범위의 온도에서 1분 내지 2시간 동안 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the second solution heat treatment step may be performed at a temperature ranging from 477°C to 482°C for 1 minute to 2 hours.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제 1 용체화 열처리 단계 이후, 상기 제 2 용체화 열처리 단계를 수행하기 위한 승온 속도는 0.3 내지 1 ℃/분일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, after the first solution heat treatment step, the temperature increase rate for performing the second solution heat treatment step may be 0.3 to 1 °C/min.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 용체화 열처리 단계 이후, 상기 알루미늄 합금 중간재를 퀜칭(quenching)하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, after the solution heat treatment step, quenching the aluminum alloy intermediate material; It may further include.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉간 압연 단계는, 15% 내지 30% 압하량으로 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the cold rolling step may be performed with a reduction of 15% to 30%.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉간 압연 단계 전에, 상기 용체화 처리된 알루미늄 합금 중간재를 표면 면삭하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, before the cold rolling step, the step of surface chamfering the solution treated aluminum alloy intermediate material may be further included.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 시효 처리 단계는, 90℃ 내지 110℃ 범위의 온도에서 24 시간 내지 10 일 동안 수행될 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the aging treatment step may be performed at a temperature ranging from 90°C to 110°C for 24 hours to 10 days.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 스칸듐과 상기 지르코늄의 함량비(스칸듐의 중량% 함량/지르코늄의 중량% 함량)는 1.0 내지 3.0의 범위일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the content ratio of the scandium and the zirconium (weight% content of scandium/weight% content of zirconium) may range from 1.0 to 3.0.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 상기 초고강도 알루미늄 합금 판재는, 아연, 마그네슘, 구리, 스칸듐, 지르코늄, 망간 및 잔부는 알루미늄 및 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨으로써, 우수한 강도 특성을 가지고 있어 자동차 차체, 항공기 동체, UAM 프레임 등에 사용 가능하다.According to the technical idea of the present invention, the ultra-high strength aluminum alloy sheet is composed of zinc, magnesium, copper, scandium, zirconium, manganese, and the remainder includes aluminum and inevitable impurities, and has excellent strength characteristics for the automobile body. , can be used on aircraft fuselage, UAM frame, etc.
상기 초고강도 알루미늄 합금 판재는, 알루미늄 특유의 경량성으로 인하여 제품의 무게를 감소시킬 수 있으며 지속적으로 극한 환경에 노출되어도 우수한 강도를 유지할 수 있어서 제품의 수명이 증가되며 사용 중의 불량발생을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 기존 소재에 비하여 기계적 성질이 우수하여 부식환경에서의 수명 향상과 생산성 증가의 효과를 얻을 수 있다.The ultra-high-strength aluminum alloy sheet can reduce the weight of the product due to the unique lightweight nature of aluminum and maintain excellent strength even when continuously exposed to extreme environments, thereby increasing the lifespan of the product and significantly reducing the occurrence of defects during use. You can. In addition, it has superior mechanical properties compared to existing materials, resulting in improved lifespan and increased productivity in corrosive environments.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The effects of the present invention described above have been described as examples, and the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.Figure 1 is a process flow chart showing a method of manufacturing an ultra-high strength aluminum alloy sheet according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법을 나타낸 모식도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing an ultra-high strength aluminum alloy sheet according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도이다.Figure 3 is a process flow chart showing a method of manufacturing an ultra-high strength aluminum alloy sheet according to another embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법을 나타낸 모식도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing a method of manufacturing an ultra-high strength aluminum alloy sheet according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재의 투과전자현미경 사진이다.Figure 5 is a transmission electron microscope photograph of an ultra-high strength aluminum alloy sheet according to another embodiment of the present invention.
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. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified into various other forms, and the embodiments of the present invention may be modified. The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided to make the present disclosure more faithful and complete and to fully convey the technical idea of the present invention to those skilled in the art. In this specification, like symbols refer to like elements throughout. Furthermore, various elements and areas in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical idea of the present invention is not limited by the relative sizes or spacing drawn in the attached drawings.
알루미늄 합금 판재가 자동차 차체, 항공기 동체, UAM 프레임 등의 다양한 산업분야에 활용되기 위해서는 매우 높은 강도와 경량화가 요구된다. 한편, 기존 상용 합금 판재는 인장강도가 700MPa 이내로 구현된 것이 일반적이며, 높은 강도 및 경량화를 요구하는 산업분야가 증가함에 따라 사용 용도가 제한되고 있다. 따라서, 기존 사용하던 재료인 7xxx계 알루미늄 합금에서 항복강도 및 인장강도를 향상시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다. In order for aluminum alloy sheets to be used in various industrial fields such as automobile bodies, aircraft fuselages, and UAM frames, very high strength and weight reduction are required. Meanwhile, existing commercial alloy plates are generally implemented with a tensile strength of less than 700 MPa, and their uses are limited as the number of industrial fields requiring high strength and light weight increases. Therefore, there is a need for technology that can improve the yield strength and tensile strength of 7xxx series aluminum alloy, which is a previously used material.
본 발명의 기술적 사상에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재는 합금 원소의 종류와 범위를 제어하고, 제조공정에 있어서 용체화 처리를 다단에 거쳐 수행함으로써 인장강도 및 항복강도가 모두 우수한 특성을 가질 수 있다.The ultra-high strength aluminum alloy sheet according to the technical idea of the present invention can have excellent properties in both tensile strength and yield strength by controlling the type and range of alloy elements and performing solution treatment in multiple stages in the manufacturing process.
따라서, 본 발명의 기술적 사상에 따른 초고강도 Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr-Mn 알루미늄 합금 판재는, 합금 원소의 종류 및 함량을 하기와 같이 제어한다. 또, 제조 공정 상에서 열간 압연 후 2단에 걸쳐 용체화 처리를 수행함으로써 합금 원소의 첨가량을 제한하면서도 고강도를 달성할 수 있다.Therefore, in the ultra-high strength Al-Zn-Mg-Cu-Sc-Zr-Mn aluminum alloy sheet according to the technical idea of the present invention, the type and content of alloy elements are controlled as follows. In addition, by performing solution treatment in two stages after hot rolling in the manufacturing process, high strength can be achieved while limiting the amount of alloy elements added.
상기 초고강도 알루미늄 합금 판재는, 아연을 다량 첨가하고, 상기 알루미늄 합금 판재의 강화 원소로서 스칸듐, 지르코늄, 망간을 첨가함으로써 고강도를 확보할 수 있다. 상기 합금을 이용하여 제조한 자동차 차체, 항공기 동체, UAM 프레임은, 기존 소재에 비하여 기계적 성질이 우수하여 극한 환경에서의 수명 향상과 생산성 증가의 효과를 얻을 수 있다.The ultra-high strength aluminum alloy sheet can secure high strength by adding a large amount of zinc and adding scandium, zirconium, and manganese as reinforcing elements to the aluminum alloy sheet. Automobile bodies, aircraft fuselages, and UAM frames manufactured using the above alloy have superior mechanical properties compared to existing materials, resulting in improved lifespan and increased productivity in extreme environments.
이하에서, 본 발명의 일 측면인 초고강도 알루미늄 합금 판재에 대하여 설명한다.Below, an ultra-high-strength aluminum alloy sheet, which is an aspect of the present invention, will be described.
초고강도 알루미늄 합금 판재 Ultra-high strength aluminum alloy sheet
본 발명의 일 측면인 초고강도 알루미늄 합금 판재는, 마그네슘, 실리콘, 구리, 철, 망간, 크롬, 아연, 티타늄, 바나듐, 지르코늄, 스칸듐 및 잔부는 알루미늄 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.The ultra-high-strength aluminum alloy sheet, which is an aspect of the present invention, may contain magnesium, silicon, copper, iron, manganese, chromium, zinc, titanium, vanadium, zirconium, scandium, and the remainder aluminum and other inevitable impurities.
구체적으로, 상기 초고강도 알루미늄 합금 판재는, 중량%로, 아연(Zn): 13% ~ 14.5%, 마그네슘(Mg): 2.5%~ 4%, 구리(Cu): 0.8 ~ 1.3%, 스칸듐(Sc): 0.1% ~ 0.3%, 지르코늄(Zr): 0.1% ~ 0.15%, 망간(Mn): 0.05 %~ 0.1%, 잔부는 알루미늄 및 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도 750MPa 이상, 인장강도 770MPa 이상을 만족할 수 있다.Specifically, the ultra-high strength aluminum alloy sheet has, in weight percent, zinc (Zn): 13% to 14.5%, magnesium (Mg): 2.5% to 4%, copper (Cu): 0.8 to 1.3%, and scandium (Sc). ): 0.1% ~ 0.3%, zirconium (Zr): 0.1% ~ 0.15%, manganese (Mn): 0.05 % ~ 0.1%, the balance includes aluminum and inevitable impurities, yield strength of 750 MPa or more, tensile strength of 770 MPa or more You can be satisfied.
상기 기타 불가피한 불순물에 대하여 설명하면, 통상의 제조과정에서 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.When explaining other unavoidable impurities above, unintended impurities may inevitably be introduced from raw materials or the surrounding environment during the normal manufacturing process, so they cannot be excluded. Since these impurities are known to anyone skilled in the ordinary manufacturing process, all of them are not specifically mentioned in this specification.
아연(Zn): 13 ~ 14.5중량%Zinc (Zn): 13 to 14.5% by weight
아연은 고용강화 및 석출강화에 의해 강도를 향상시키는 효과가 있는 원소이다. 다만, 상기 초고강도 알루미늄 합금 판재에서, 아연의 첨가량이 너무 많은 경우에는 판재의 가공성을 저하시킬 수 있으므로, 그 첨가량을 제어할 필요가 있다. 특히, 아연의 첨가량이 판재 전체의 14.5중량%를 초과하는 경우, 가공성이 불량하여 실질적으로 압연이 불가능해져 강도가 감소하게 된다. 반면, 아연의 첨가량이 13중량% 미만인 경우, 판재의 강도 증가 효과가 미미하다. 상기의 이유로 인해 아연의 첨가량은 13 ~ 14.5중량%로 제한한다. Zinc is an element that has the effect of improving strength through solid solution strengthening and precipitation strengthening. However, in the ultra-high-strength aluminum alloy sheet, if the amount of zinc added is too large, the workability of the sheet may be reduced, so it is necessary to control the amount added. In particular, if the amount of zinc added exceeds 14.5% by weight of the total weight of the sheet, the processability is poor, making rolling virtually impossible, and the strength is reduced. On the other hand, when the amount of zinc added is less than 13% by weight, the effect of increasing the strength of the sheet material is minimal. For the above reasons, the amount of zinc added is limited to 13 to 14.5% by weight.
마그네슘(Mg): 2.5 ~ 4중량% Magnesium (Mg): 2.5 to 4% by weight
마그네슘은 고용 강화 및 석출강화에 의해 강도를 향상시키는 효과가 있다.Magnesium has the effect of improving strength through solid solution strengthening and precipitation strengthening.
상기 초고강도 알루미늄 합금 판재에서, 마그네슘 첨가량이 2.5% 미만인 경우, 충분한 강도를 얻기 어렵다. 반면, 마그네슘의 첨가량이 4 중량%를 초과하는 경우, 정출물이 조대화되어 강도 및 성형성이 저하된다. 그러므로, 마그네슘은 2.5중량% 이상 ~ 4중량% 이하 첨가한다.In the ultra-high strength aluminum alloy sheet, when the amount of magnesium added is less than 2.5%, it is difficult to obtain sufficient strength. On the other hand, if the amount of magnesium added exceeds 4% by weight, the crystallized product becomes coarse and strength and formability are reduced. Therefore, magnesium is added in an amount of 2.5% by weight or more and 4% by weight or less.
구리(Cu): 0.8 ~ 1.3 중량%Copper (Cu): 0.8 to 1.3% by weight
구리는 결정립을 미세화하고 입계부식을 제어함으로써 강도와 내응력 부식 균열성을 향상시킬 수 있다. 상기 초고강도 알루미늄 합금 판재에서, 구리의 첨가량이 0.8% 미만인 경우, 내응력 부식 균열성이 열화되어, 판재의 강도가 저하된다. 반대로, 1.3 중량%를 초과하는 경우 정출물이 조대화되어 강도가 감소할 수 있다. 그러므로, 구리의 첨가량은 판재 전체의 0.8중량% 이상 ~ 1.3중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.Copper can improve strength and stress corrosion cracking resistance by refining crystal grains and controlling intergranular corrosion. In the ultra-high strength aluminum alloy sheet, when the amount of copper added is less than 0.8%, stress corrosion cracking resistance deteriorates, and the strength of the sheet decreases. Conversely, if it exceeds 1.3% by weight, the crystallized product may become coarse and the strength may decrease. Therefore, it is desirable to limit the amount of copper added to 0.8% by weight or more and 1.3% by weight or less of the total plate material.
스칸듐(Sc): 0.1 ~ 0.3 중량%Scandium (Sc): 0.1 to 0.3% by weight
스칸듐은 알루미늄 합금의 결정립 미세화 및 석출강화에 의해 판재의 강도를 향상시키는 원소이다. 스칸듐의 첨가량이 0.1% 미만인 경우, 생성되는 석출물의 양이 충분하지 않아서 결정립 미세화 및 강화 효과가 미미하다.Scandium is an element that improves the strength of sheets by grain refinement and precipitation strengthening of aluminum alloys. When the amount of scandium added is less than 0.1%, the amount of precipitates produced is not sufficient, so the effects of grain refinement and strengthening are minimal.
스칸듐을 0.3 중량%를 초과하여 첨가하게 되면 조대한 정출물 생성으로 인하여 강도가 감소하므로 스칸듐은 0.1중량% 이상 ~ 0.3중량% 이하로 첨가한다. If scandium is added in excess of 0.3% by weight, the strength decreases due to the formation of coarse crystals, so scandium is added in an amount of 0.1% by weight or more and 0.3% by weight or less.
지르코늄(Zr): 0.1 ~ 0.15 중량%Zirconium (Zr): 0.1 to 0.15% by weight
지르코늄은 스칸듐과 마찬가지로 알루미늄 합금의 결정립 미세화와 석출강화에 의하여 강도에 기여하는 원소이다. 지르코늄의 첨가량이 0.1% 미만인 경우, 결정립 미세화와 강화효과가 미미하다.Zirconium, like scandium, is an element that contributes to the strength of aluminum alloys by grain refinement and precipitation strengthening. When the amount of zirconium added is less than 0.1%, the effects of grain refinement and strengthening are minimal.
한편, 지르코늄의 첨가량이 0.15%를 초과하는 경우 조대한 정출물 생성으로 인하여 제조되는 판재의 강도가 감소하게 되므로, 상기 지르코늄은 0.1중량% 이상 0.15% 이하 첨가하는 것이 바람직하다. 또, 지르코늄의 첨가량은 스칸듐과 동일하거나 1/3 이상일 수 있다. On the other hand, if the amount of zirconium added exceeds 0.15%, the strength of the manufactured sheet decreases due to the formation of coarse crystals, so it is preferable to add zirconium in an amount of 0.1% by weight or more and 0.15% or less. Additionally, the amount of zirconium added may be the same or more than 1/3 of that of scandium.
망간(Mn): 0.05 ~ 0.1중량%Manganese (Mn): 0.05 to 0.1% by weight
망간은 알루미늄 합금 판재의 미세 결정립을 형성하는데 작용하는 원소이다.Manganese is an element that acts to form fine grains of aluminum alloy sheets.
상기 초고강도 알루미늄 합금 판재에서, 상기 망간의 경우 첨가량이 0.05 중량% 미만인 경우 재결정에 의한 미세 결정립 및 조직을 얻기 어렵다. 반면, 0.1 중량%를 초과하는 경우에는 주조성이 급격히 낮아진다. 그러므로 본 발명에서는 망간을 0.05 중량% 이상 0.1 중량% 이하로 첨가한다.In the ultra-high strength aluminum alloy sheet, if the amount of manganese added is less than 0.05% by weight, it is difficult to obtain fine grains and structure by recrystallization. On the other hand, if it exceeds 0.1% by weight, castability drastically decreases. Therefore, in the present invention, manganese is added in an amount of 0.05% by weight or more and 0.1% by weight or less.
전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 제조방법을 통해 제조된 고강도 알루미늄 합금 판재는, 하기와 같은 특성을 가질 수 있다.A high-strength aluminum alloy sheet manufactured by controlling the specific components and content ranges of the above-described alloy composition and using a manufacturing method described later may have the following characteristics.
상기 스칸듐과 상기 지르코늄의 함량비(스칸듐의 중량% 함량/지르코늄의 중량% 함량)는 1.0 내지 3.0의 범위일 수 있다. 상기 스칸듐의 중량%는 본 발명의 알루미늄 합금 판재에 대해, 지르코늄의 중량% 함량에 대해 동일한 함량을 갖거나, 최대 3.0배까지 더 포함될 수 있다.The content ratio of the scandium and the zirconium (weight% content of scandium/weight% content of zirconium) may range from 1.0 to 3.0. The weight percent of scandium may be the same as the weight percent content of zirconium in the aluminum alloy sheet of the present invention, or may be included up to 3.0 times more.
이하에서는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing an ultra-high strength aluminum alloy sheet according to the technical idea of the present invention will be described.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도(S100)이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법을 나타낸 모식도이다.Figure 1 is a process flow chart (S100) showing a method of manufacturing an ultra-high strength aluminum alloy sheet according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 is a schematic diagram showing a method of manufacturing an ultra-high strength aluminum alloy sheet according to an embodiment of the present invention. am.
도 1 및 2를 참조하면, 상기 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법(S100)은, 용해주조 단계(S110); 균질화 열처리 단계(S120); 열간 압연 단계(S130); 다단 용체화 열처리 단계(S140); 냉간 압연 단계(S150); 및 시효 단계(S160)를 포함한다.Referring to Figures 1 and 2, the method for manufacturing the ultra-high strength aluminum alloy sheet (S100) includes a melt casting step (S110); Homogenization heat treatment step (S120); Hot rolling step (S130); Multi-stage solution heat treatment step (S140); Cold rolling step (S150); and an aging step (S160).
구체적으로, 상기 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법(S100)은, 중량%로, 아연(Zn): 13% ~ 14.5%, 마그네슘(Mg): 2.5%~ 4%, 구리(Cu): 0.8 ~ 1.3%, 스칸듐(Sc): 0.1% ~ 0.3%, 지르코늄(Zr): 0.1% ~ 0.15%, 망간(Mn): 0.05 %~ 0.1%, 잔부는 알루미늄 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 합금을 용해 및 주조하는 단계(S110); 상기 주조된 알루미늄 합금을 균질화 열처리하는 단계(S120); 상기 균질화 열처리된 알루미늄 합금을 열간 압연하여 알루미늄 합금 중간재를 형성하는 단계(S130); 상기 알루미늄 합금 중간재를 다단 용체화 열처리하는 단계(S140); 상기 알루미늄 합금 중간재를 냉간 압연하여 알루미늄 합금 판재를 형성하는 단계(S150); 및 상기 냉간 압연된 알루미늄 합금 판재를 시효 처리하는 단계(S160);를 포함할 수 있다.Specifically, the manufacturing method (S100) of the ultra-high strength aluminum alloy sheet is, in weight percent, zinc (Zn): 13% ~ 14.5%, magnesium (Mg): 2.5% ~ 4%, copper (Cu): 0.8 ~ 1.3%, scandium (Sc): 0.1% ~ 0.3%, zirconium (Zr): 0.1% ~ 0.15%, manganese (Mn): 0.05% ~ 0.1%, the balance dissolves aluminum alloy containing aluminum and other inevitable impurities. and casting step (S110); Homogenizing heat treatment of the cast aluminum alloy (S120); Forming an aluminum alloy intermediate material by hot rolling the homogenized heat-treated aluminum alloy (S130); Multi-stage solution heat treatment of the aluminum alloy intermediate material (S140); Forming an aluminum alloy sheet by cold rolling the aluminum alloy intermediate material (S150); And a step of aging the cold rolled aluminum alloy sheet (S160).
용해주조 단계(S110)Melt casting step (S110)
상기 용해주조 단계(S110)는 합금 원소들 각각을 첨가하거나, 또는 합금원소 전체 또는 일부를 모합금의 형태로서 첨가할 수 있다. 예를 들어, 마그네슘을 순수한 원소상태로서 알루미늄 용탕에 첨가하거나 또는 마그네슘의 함량이 높은 알루미늄-마그네슘 합금을 모합금으로써 알루미늄 용탕에 첨가할 수 있다. 이러한 방식은 다른 첨가 원소들에도 적용될 수 있다.In the melt casting step (S110), each of the alloy elements may be added, or all or part of the alloy elements may be added in the form of a master alloy. For example, magnesium may be added to the aluminum molten metal as a pure element, or an aluminum-magnesium alloy with a high magnesium content may be added to the aluminum molten metal as a master alloy. This method can also be applied to other additive elements.
상기 용해주조 단계(S110)는 상기 알루미늄 합금이 완전히 용해되는 온도에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 용해주조 단계(S110)에서는, 상기 용해된 알루미늄 합금을 원하는 형상, 예를 들어 슬라브 등의 형상으로 주조할 수 있다.The melt casting step (S110) may be performed at a temperature at which the aluminum alloy is completely dissolved. Additionally, in the melt casting step (S110), the molten aluminum alloy can be cast into a desired shape, for example, a slab shape.
균질화 열처리 단계(S120)Homogenization heat treatment step (S120)
상기 균질화 열처리하는 단계(S120)는, 440℃ 내지 460℃ 범위의 온도에서 3 시간 내지 24 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 균질화 열처리하는 단계(S120)에 의하여, 상기 주조된 알루미늄 합금 내의 합금원소의 균질화가 수행될 수 있다. The homogenization heat treatment step (S120) may be performed at a temperature ranging from 440°C to 460°C for 3 to 24 hours. By the homogenization heat treatment step (S120), the alloy elements in the cast aluminum alloy may be homogenized.
열간 압연 단계(S130)Hot rolling step (S130)
상기 열간 압연 단계(S130)는, 300℃ 내지 460℃의 온도 범위에서 50% 내지 95% 압하량으로 수행될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 열간 압연 단계(S130)는, 300℃ 내지 430℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다. 상기 열간 압연 단계(S130)의 온도가 300℃ 미만인 경우, 상기 알루미늄 합금 판재의 가공성이 떨어지고 460℃를 초과하는 경우 내부 용융에 의하여 취성이 발생한다. 상기의 열간 압연 단계(S130)를 수행하여 알루미늄 합금 중간재를 형성할 수 있다.The hot rolling step (S130) may be performed at a temperature range of 300°C to 460°C and a reduction of 50% to 95%. More preferably, the hot rolling step (S130) may be performed in a temperature range of 300°C to 430°C. If the temperature of the hot rolling step (S130) is less than 300°C, the workability of the aluminum alloy sheet deteriorates, and if it exceeds 460°C, brittleness occurs due to internal melting. An aluminum alloy intermediate material can be formed by performing the hot rolling step (S130) above.
다단 용체화 열처리 단계(S140)Multi-stage solution heat treatment step (S140)
본 발명의 조성 범위로 주조되어 열간압연을 거친 중간재는 강도가 매우 높기 때문에, 열간 압연 단계(S130) 후 바로 냉간 압연 단계(S150)를 수행할 경우, 상기의 알루미늄 합금 판재가 파괴되는 문제가 발생한다. 그러므로, 열간 압연 단계(S130) 후 다단 용체화 열처리 단계(S140)를 필수적으로 수행해야 한다. 상기 용체화 열처리 단계는 중간재 내부의 석출물을 재고용시켜 상기 중간재의 강도를 저하시키므로, 상기 냉간 압연 단계(S150)전에 수행 시 상기 중간재의 파괴를 방지할 수 있다.Since the intermediate material cast in the composition range of the present invention and subjected to hot rolling has very high strength, if the cold rolling step (S150) is performed immediately after the hot rolling step (S130), the problem of destruction of the aluminum alloy sheet occurs. do. Therefore, the multi-stage solution heat treatment step (S140) must be performed after the hot rolling step (S130). The solution heat treatment step reduces the strength of the intermediate material by re-dissolving the precipitates inside the intermediate material, and thus can prevent destruction of the intermediate material when performed before the cold rolling step (S150).
상기 다단 용체화 열처리 단계(S140)는 제 1 용체화 열처리 및 제 2 용체화 열처리를 포함하며, 상기 열처리는 서로 다른 온도대역에서 적어도 2회 이상 수행된다. 상기 다단 용체화 열처리 단계(S140) 중 첫번째로 수행되는 상기 제 1 용체화 열처리는 460℃ 내지 475℃ 온도에서 1분 내지 2시간 동안 수행될 수 있다. 이때, 더욱 바람직하게는 상기 제 1 용체화 열처리 온도는 465 내지 470℃ 온도에서 1시간 이내로 수행될 수 있다. 상기 1단 용체화 열처리 온도가 460℃ 미만일 경우 용체화 효과가 떨어지고, 475℃를 초과하는 경우 내부 생성상의 용융이 발생할 수 있어 특성이 좋지 않다. The multi-stage solution heat treatment step (S140) includes a first solution heat treatment and a second solution heat treatment, and the heat treatment is performed at least twice in different temperature ranges. The first solution heat treatment, which is performed first among the multi-stage solution heat treatment steps (S140), may be performed at a temperature of 460°C to 475°C for 1 minute to 2 hours. At this time, more preferably, the first solution heat treatment temperature may be performed within 1 hour at a temperature of 465 to 470°C. If the first-stage solution heat treatment temperature is less than 460°C, the solution heat treatment effect is reduced, and if it exceeds 475°C, melting of the internally produced phase may occur, resulting in poor properties.
상기 제 2 용체화 열처리는, 상기 제 1 용체화 열처리 온도와 다른 온도 대역에서 수행한다. 이때 제 2 용체화 열처리를 수행 온도에 도달하기 위한 승온 속도는 0.3 내지 1℃/분으로 한다. 상기 승온 속도가 0.3℃/분 미만일 때에는 가열 시간 증가로 인하여 내부 용융이 가속화하고 1℃/분 초과 시에는 과열 효과에 의하여 용융이 가속화되어 특성이 좋지 않다. 더욱 바람직하게는 상기 승온 온도는 0.5℃/분 내지 0.7℃/분일 수 있다.The second solution heat treatment is performed in a temperature range different from the first solution heat treatment temperature. At this time, the temperature increase rate to reach the temperature at which the second solution heat treatment is performed is 0.3 to 1°C/min. When the temperature increase rate is less than 0.3°C/min, internal melting is accelerated due to an increase in heating time, and when it exceeds 1°C/min, melting is accelerated due to the overheating effect, resulting in poor characteristics. More preferably, the temperature increase temperature may be 0.5°C/min to 0.7°C/min.
상기 승온 단계 이후, 상기 제 2 용체화 열처리는 470 내지 482℃ 이내의 온도에서 1분 내지 2시간 동안 이내로 수행될 수 있다. 상기 제 2 용체화 열처리 온도가 470℃ 미만인 경우, 기지로 고용되는 합금 원소의 양이 충분하지 않아서 강화 효과가 감소하고, 상기 제 2 용체화 열처리 온도가 482℃를 초과하는 경우 내부 생성상의 용융이 심하게 발생하여, 더 이상 강화효과가 증가하지 않는다. After the temperature raising step, the second solution heat treatment may be performed at a temperature within 470 to 482°C for 1 minute to 2 hours. If the second solution heat treatment temperature is less than 470°C, the strengthening effect is reduced because the amount of alloy elements dissolved in the matrix is insufficient, and if the second solution heat treatment temperature exceeds 482°C, melting of the internally generated phase occurs. It occurs so severely that the strengthening effect no longer increases.
상기 다단 용체화 열처리가 완료된 상기 알루미늄 합금 중간재를 퀜칭(워터 퀜칭, 수냉)하여 용체화 열처리 단계(S140)를 마무리한다.The solution heat treatment step (S140) is completed by quenching (water quenching, water cooling) the aluminum alloy intermediate material for which the multi-stage solution heat treatment has been completed.
냉간 압연 단계(S150)Cold rolling step (S150)
상기 냉간 압연 단계(S150)를 수행하여 상기 알루미늄 합금 판재를 형성할 수 있다. 또, 상기 냉간 압연 단계(S150)에서는 상기 용체화 열처리 단계(S140)에서의 부분 용융에 의하여 발생할 수 있는 내부 결함을 없애고 상기 판재의 두께를 균일하게 할 수 있다. 상기 냉간 압연 단계(S150)에서 압하량은 15 내지 30%가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 상기 압하량은 20% 내지 28%일 수 있다. 상기 압하량이 15% 미만인 경우, 냉간 압연 시 내부결함을 충분히 제거하지 못하며, 30% 초과하는 경우 압연 시 균열이 발생할 수 있다. The cold rolling step (S150) may be performed to form the aluminum alloy sheet. In addition, in the cold rolling step (S150), internal defects that may occur due to partial melting in the solution heat treatment step (S140) can be eliminated and the thickness of the sheet can be made uniform. In the cold rolling step (S150), the reduction amount is preferably 15 to 30%. More preferably, the reduction amount may be 20% to 28%. If the reduction amount is less than 15%, internal defects cannot be sufficiently removed during cold rolling, and if it exceeds 30%, cracks may occur during rolling.
시효 단계(S160)Aging stage (S160)
상기 시효 단계(S160)는 90 내지 110℃에서 24시간 내지 10일 동안 유지하는 인공 시효가 바람직하다. 110℃를 초과하는 경우 과시효에 의하여 강도 증가효과가 감소하고, 90℃ 미만에서는 시효 단계(S160)의 열처리 시간이 증가하여 실용적인 측면에서 불리하다.The aging step (S160) is preferably artificial aging maintained at 90 to 110°C for 24 hours to 10 days. If it exceeds 110°C, the effect of increasing strength is reduced due to overaging, and if it is below 90°C, the heat treatment time in the aging step (S160) increases, which is disadvantageous from a practical standpoint.
또한, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법을 나타낸 공정 흐름도(S200)이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법을 나타낸 모식도이다.In addition, Figure 3 is a process flow chart (S200) showing a manufacturing method of an ultra-high strength aluminum alloy sheet according to another embodiment of the present invention, and Figure 4 is a process flow chart (S200) showing a manufacturing method of an ultra-high strength aluminum alloy sheet according to another embodiment of the present invention. This is a schematic diagram shown.
또한, 도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 초고강도 알루미늄 합금 판재의 투과전자현미경 사진으로서 미세한 석출상인 h'(MgZn2) 및 L12 (Al3(Sc,Zr))을 관찰할 수 있다. 이러한 석출상이 내부에 존재함으로써 강도를 향상시킬 수 있다. In addition, referring to Figures 5 (a) and (b), a transmission electron micrograph of an ultra-high-strength aluminum alloy sheet according to another embodiment of the present invention shows fine precipitated phases h'(MgZn2) and L12 (Al3(Sc,Zr). )) can be observed. The strength can be improved by the presence of this precipitated phase inside.
이하에서 도 1 및 2를 참조하여 상술한 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법(S100)과 동일한 부분에 대해서는 생략한다. Hereinafter, parts that are the same as the manufacturing method (S100) of the ultra-high strength aluminum alloy sheet described above with reference to FIGS. 1 and 2 will be omitted.
도 3을 참조하면, 상기 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법(S200)은, 용해주조 단계(S210); 균질화 열처리 단계(S220); 열간 압연 단계(S230); 다단 용체화 열처리 단계(S240); 표면 면삭 단계(S250); 냉간 압연 단계(S260); 및 시효 단계(S270)를 포함한다.Referring to Figure 3, the manufacturing method (S200) of the ultra-high strength aluminum alloy sheet includes a melt casting step (S210); Homogenization heat treatment step (S220); Hot rolling step (S230); Multi-stage solution heat treatment step (S240); Surface chamfering step (S250); Cold rolling step (S260); and an aging step (S270).
구체적으로, 상기 초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법(S200)은, 상기 냉간 압연 단계(S260) 전에, 상기 용체화 처리된 알루미늄 합금 중간재를 표면 면삭하는 단계(S250);를 더 포함할 수 있다.Specifically, the method of manufacturing the ultra-high strength aluminum alloy sheet (S200) may further include a step (S250) of surface chamfering the solution heat-treated aluminum alloy intermediate material before the cold rolling step (S260).
표면 면삭 단계(S250)Surface chamfering step (S250)
용체화 열처리 단계(S240)가 완료된 판재를 30분 이내로 유지하여 자연 시효 처리를 진행 후, 상기 중간재의 표면 면삭 단계(S250)를 수행한다. 상기 표면 면삭 단계(S250)를 수행하는 이유는, 용체화 열처리 시 상기 중간재에 발생할 수 있는 표면 산화막을 제거하기 위함이다. 표면 면삭을 거치지 않으면 상기 중간재 표면의 산화막이 존재하게 되어 최종 제조되는 판재의 기계적 성질이 불량해질 수 있다. 상기 표면 면삭 단계(S250) 후에 상기 냉간 압연 단계(S260)를 실시한다. After the plate material for which the solution heat treatment step (S240) has been completed is maintained for less than 30 minutes and natural aging treatment is performed, the surface chamfering step (S250) of the intermediate material is performed. The reason for performing the surface chamfering step (S250) is to remove the surface oxide film that may occur on the intermediate material during solution heat treatment. If surface chamfering is not performed, an oxide film may exist on the surface of the intermediate material, which may result in poor mechanical properties of the final manufactured sheet. After the surface chamfering step (S250), the cold rolling step (S260) is performed.
상술한 제조방법들(S100 내지 S200)을 수행하여, 대량생산이 가능하고 기존의 알루미늄 합금 압연 판재에 비하여 강도가 현저히 높은 초고강도 알루미늄 합금 판재를 형성할 수 있다. By performing the above-described manufacturing methods (S100 to S200), it is possible to form an ultra-high-strength aluminum alloy sheet that can be mass-produced and has significantly higher strength than existing rolled aluminum alloy sheets.
실험예Experiment example
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.Below, preferred experimental examples are presented to aid understanding of the present invention. However, the following experimental examples are only intended to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following experimental examples.
하기의 표 1의 합금 조성(단위: 중량%)으로 고강도 알루미늄 합금 판재를 제조하였다. 표 1에서 잔부는 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물이다. 실시예와 비교예 모두 표 1의 합금 조성을 포함하였다.A high-strength aluminum alloy sheet was manufactured using the alloy composition (unit: weight %) shown in Table 1 below. The remainder in Table 1 is aluminum (Al) and other inevitable impurities. Both examples and comparative examples included the alloy compositions in Table 1.
합금종alloy species 합금 조성 (중량%)Alloy composition (% by weight)
아연zinc 마그네슘magnesium 구리copper 망간manganese 지르코늄zirconium 스칸듐scandium 알루미늄aluminum
AA 10.510.5 3.493.49 1.021.02 0.090.09 0.110.11 0.210.21 BalBal
BB 11.111.1 3.323.32 0.980.98 0.0920.092 0.110.11 0.220.22 BalBal
CC 12.712.7 3.563.56 1.061.06 0.0910.091 0.110.11 0.210.21 BalBal
DD 13.313.3 3.723.72 1.041.04 0.0580.058 0.110.11 0.220.22 BalBal
EE 14.314.3 3.713.71 1.011.01 0.0570.057 0.120.12 0.210.21 BalBal
표 1을 참조하면, 합금종 A 내지 합금종 C는 아연의 함량이 13% 미만으로, 본 발명의 조성 범위를 벗어난 것을 알 수 있다. 한편, 합금종 D 및 E는 본 발명의 조성 범위를 만족한다.표 2는 비교예와 실시예의 상기 고강도 알루미늄 합금 판재를 형성하는 공정 조건 값들을 나타낸다.Referring to Table 1, it can be seen that alloy species A to alloy species C have a zinc content of less than 13%, which is outside the composition range of the present invention. Meanwhile, alloy species D and E satisfy the composition range of the present invention. Table 2 shows process condition values for forming the high-strength aluminum alloy sheet of comparative examples and examples.
Figure PCTKR2023014549-appb-img-000001
Figure PCTKR2023014549-appb-img-000001
표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 및 2는, 열간 압연 후, 2단 용체화 열처리를 수행한 후, 냉간 압연을 수행하는 것을 알 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that in Examples 1 and 2 of the present invention, after hot rolling, two-stage solution heat treatment was performed, and then cold rolling was performed.
한편, 비교예 1 내지 3, 비교예 6 내지 8 및 비교예 11 내지 13은 열간 압연 후 바로 냉간 압연을 수행했다. 이때, 스칸듐, 지르코늄 및 망간이 첨가된 알루미늄 합금 판재는 열간 압연 이후 매우 높은 강도를 가지므로, 용체화 열처리 이전에 냉간 압연을 수행하면 상기 알루미늄 합금 판재가 파괴될 위험이 있다.Meanwhile, in Comparative Examples 1 to 3, Comparative Examples 6 to 8, and Comparative Examples 11 to 13, cold rolling was performed immediately after hot rolling. At this time, since the aluminum alloy sheet to which scandium, zirconium, and manganese are added has a very high strength after hot rolling, there is a risk of destruction of the aluminum alloy sheet if cold rolling is performed before solution heat treatment.
또, 비교예 4 및 5, 비교예 14 및 15는 냉간 압연을 수행하지 않아, 본 발명의 실시예 알루미늄 합금 판재를 형성하기 위한 공정과는 차이점이 있다.In addition, Comparative Examples 4 and 5 and Comparative Examples 14 and 15 were different from the process for forming the aluminum alloy sheet of the example of the present invention in that cold rolling was not performed.
비교예 16 및 17의 경우, 시효 종료 조건이 120℃ 24시간이므로 본 발명에서의 공정 조건을 만족하지 못한다.In the case of Comparative Examples 16 and 17, the aging end condition was 120°C for 24 hours, so the process conditions in the present invention were not satisfied.
표 3은 비교예와 실시예의 상기 초고강도 알루미늄 합금 판재에 대한 기계적 특성을 나타낸다.Table 3 shows the mechanical properties of the ultra-high strength aluminum alloy sheets of Comparative Examples and Examples.
구분division 합금종alloy species 항복강도 (MPa)Yield strength (MPa) 인장강도 (MPa)Tensile strength (MPa) 연신율 (%)Elongation (%)
비교예1Comparative Example 1 AA 677677 739739 8.78.7
비교예2Comparative example 2 BB 673673 720720 4.24.2
비교예3Comparative Example 3 CC 700700 742742 3.43.4
비교예4Comparative example 4 DD 713713 736736 2.02.0
비교예5Comparative Example 5 EE 721721 750750 2.32.3
비교예6Comparative Example 6 AA 704704 755755 5.05.0
비교예7Comparative example 7 BB 707707 739739 2.92.9
비교예8Comparative example 8 CC 734734 764764 2.92.9
비교예9Comparative Example 9 DD 738738 763763 2.72.7
비교예10Comparative Example 10 EE 740740 768768 2.02.0
비교예11Comparative Example 11 AA 702702 749749 5.55.5
비교예12Comparative Example 12 BB 703703 743743 3.43.4
비교예13Comparative Example 13 CC 713713 749749 2.52.5
비교예14Comparative Example 14 DD 728728 749749 2.82.8
비교예15Comparative Example 15 EE 740740 767767 2.12.1
비교예16Comparative Example 16 DD 699699 735735 4.54.5
비교예17Comparative Example 17 EE 715715 736736 4.54.5
실시예1Example 1 DD 765765 787787 3.53.5
실시예2Example 2 EE 772772 788788 1.71.7
표 3을 참조하면, 본 발명 합금 조성 및 공정을 만족한 실시예 1 및 2는 비교예들에 비하여 상대적으로 인장강도와 항복강도가 더 높게 나타났다. 또, 실시예 1 및 2는 항복강도 750MPa 이상, 인장강도 770MPa 이상을 모두 만족한다. Referring to Table 3, Examples 1 and 2, which satisfied the alloy composition and process of the present invention, showed relatively higher tensile strength and yield strength than the comparative examples. In addition, Examples 1 and 2 both satisfy the yield strength of 750 MPa or more and the tensile strength of 770 MPa or more.
한편, 비교예 1 내지 17과 같이 본 발명의 합금 조성 및 공정 중 어느 하나라도 만족하지 못하는 경우, 실시예들에 비해 항복강도와 인장강도 값이 낮은 것으로 나타났다. 연신율의 경우에는, 실시예가 비교예에 비하여 약간 낮게 나타났다.On the other hand, when any one of the alloy composition and process of the present invention was not satisfied, as in Comparative Examples 1 to 17, the yield strength and tensile strength values were found to be lower than those of the examples. In the case of elongation, the Example was slightly lower than the Comparative Example.
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.The technical idea of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible without departing from the technical idea of the present invention. It will be clear to those skilled in the art.

Claims (14)

  1. 중량%로, 아연(Zn): 13% ~ 14.5%, 마그네슘(Mg): 2.5% ~ 4%, 구리(Cu): 0.8% ~ 1.3%, 스칸듐(Sc): 0.1% ~ 0.3%, 지르코늄(Zr): 0.1% ~ 0.15%, 망간(Mn): 0.05% ~ 0.1%, 잔부는 알루미늄 및 불가피한 불순물을 포함하고,By weight percent, Zinc (Zn): 13% to 14.5%, Magnesium (Mg): 2.5% to 4%, Copper (Cu): 0.8% to 1.3%, Scandium (Sc): 0.1% to 0.3%, Zirconium ( Zr): 0.1% ~ 0.15%, Manganese (Mn): 0.05% ~ 0.1%, the balance includes aluminum and inevitable impurities,
    항복강도 750MPa 이상, 인장강도 770MPa 이상을 만족하는,Satisfying yield strength of 750 MPa or more and tensile strength of 770 MPa or more,
    초고강도 알루미늄 합금 판재.Ultra-high-strength aluminum alloy sheet.
  2. 제 1 항에 있어서,According to claim 1,
    상기 스칸듐(Sc)과 상기 지르코늄(Zr)의 함량비(스칸듐의 중량% 함량/지르코늄의 중량% 함량)는 1.0 내지 3.0의 범위인,The content ratio of the scandium (Sc) and the zirconium (Zr) (weight% content of scandium/weight% content of zirconium) is in the range of 1.0 to 3.0,
    초고강도 알루미늄 합금 판재.Ultra-high-strength aluminum alloy sheet.
  3. 중량%로, 아연(Zn): 13% ~ 14.5%, 마그네슘(Mg): 2.5% ~ 4%, 구리(Cu): 0.8% ~ 1.3%, 스칸듐(Sc): 0.1% ~ 0.3%, 지르코늄(Zr): 0.1% ~ 0.15%, 망간(Mn): 0.05% ~ 0.1%, 잔부는 알루미늄 및 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 합금을 용해 및 주조하는 단계;By weight percent, Zinc (Zn): 13% to 14.5%, Magnesium (Mg): 2.5% to 4%, Copper (Cu): 0.8% to 1.3%, Scandium (Sc): 0.1% to 0.3%, Zirconium ( Zr): 0.1% ~ 0.15%, manganese (Mn): 0.05% ~ 0.1%, the balance is melting and casting an aluminum alloy containing aluminum and inevitable impurities;
    상기 주조된 알루미늄 합금을 균질화 열처리하는 단계;Homogenizing heat treatment of the cast aluminum alloy;
    상기 균질화 열처리된 알루미늄 합금을 열간 압연하여 알루미늄 합금 중간재를 형성하는 단계;Forming an aluminum alloy intermediate material by hot rolling the homogenized heat-treated aluminum alloy;
    상기 알루미늄 합금 중간재를 다단 용체화 열처리하는 단계;Multi-stage solution heat treatment of the aluminum alloy intermediate material;
    상기 알루미늄 합금 중간재를 냉간 압연하여 알루미늄 합금 판재를 형성하는 단계; 및Forming an aluminum alloy sheet by cold rolling the aluminum alloy intermediate material; and
    상기 냉간 압연된 알루미늄 합금 판재를 시효 처리하는 단계;를 포함하는,Comprising: aging the cold rolled aluminum alloy sheet,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
  4. 제 3 항에 있어서,According to claim 3,
    상기 균질화 열처리 단계는,The homogenization heat treatment step is,
    440℃ 내지 460℃ 범위의 온도에서 3시간 내지 24 시간 동안 수행되는,Carried out at a temperature ranging from 440°C to 460°C for 3 to 24 hours,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
  5. 제 3 항에 있어서,According to claim 3,
    상기 열간 압연 단계는,The hot rolling step is,
    300℃ 내지 460℃의 온도범위에서 50% 내지 95% 압하량으로 수행되는,Performed with a reduction of 50% to 95% in a temperature range of 300 ℃ to 460 ℃,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
  6. 제 3 항에 있어서,According to claim 3,
    상기 다단 용체화 열처리 단계는,The multi-stage solution heat treatment step is,
    제 1 용체화 열처리 및 제 2 용체화 열처리를 포함하는,Comprising a first solution heat treatment and a second solution heat treatment,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
  7. 제 3 항에 있어서,According to claim 3,
    상기 제 1 용체화 열처리 단계는,The first solution heat treatment step is,
    460℃ 내지 475℃ 범위의 온도에서 1분 내지 2시간 동안 수행되는,Carried out for 1 minute to 2 hours at a temperature ranging from 460°C to 475°C,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
  8. 제 3 항에 있어서,According to claim 3,
    상기 제 2 용체화 열처리 단계는,The second solution heat treatment step is,
    477℃ 내지 482℃ 범위의 온도에서 1분 내지 2시간 동안 수행되는,Carried out for 1 minute to 2 hours at a temperature ranging from 477°C to 482°C,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
  9. 제 6 항에 있어서,According to claim 6,
    상기 제 1 용체화 열처리 단계 이후,After the first solution heat treatment step,
    상기 제 2 용체화 열처리 단계를 수행하기 위한 승온 속도는 0.3 내지 1 ℃/분인,The temperature increase rate for performing the second solution heat treatment step is 0.3 to 1 ° C./min,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
  10. 제 3 항에 있어서,According to claim 3,
    상기 용체화 열처리 단계 이후,After the solution heat treatment step,
    상기 알루미늄 합금 중간재를 퀜칭(quenching)하는 단계; 를 더 포함하는,Quenching the aluminum alloy intermediate material; Containing more,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
  11. 제 3 항에 있어서,According to claim 3,
    상기 냉간 압연 단계는,The cold rolling step is,
    15% 내지 30% 압하량으로 수행되는,Performed with a reduction of 15% to 30%,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
  12. 제 3 항에 있어서,According to claim 3,
    상기 냉간 압연 단계 전에,Before the cold rolling step,
    상기 용체화 처리된 알루미늄 합금 중간재를 표면 면삭하는 단계;를 더 포함하는,Further comprising: surface chamfering the solution treated aluminum alloy intermediate material,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
  13. 제 3 항에 있어서,According to claim 3,
    상기 시효 처리 단계는,The aging treatment step is,
    90℃ 내지 110℃ 범위의 온도에서 24 시간 내지 10 일 동안 수행되는,carried out at a temperature ranging from 90° C. to 110° C. for 24 hours to 10 days,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
  14. 제 3 항에 있어서,According to claim 3,
    상기 스칸듐과 상기 지르코늄의 함량비(스칸듐의 중량% 함량/지르코늄의 중량% 함량)는 1.0 내지 3.0의 범위인,The content ratio of the scandium and the zirconium (weight% content of scandium/weight% content of zirconium) is in the range of 1.0 to 3.0,
    초고강도 알루미늄 합금 판재의 제조방법.Manufacturing method of ultra-high strength aluminum alloy sheet.
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