KR20020013409A - 건축용 알루미늄 합금재와 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

260 ∼ 280 ℃ 의 고온에서 베이킹 도장을 실행하여도 내력저하가 적고, 예각 굽힘가공도 가능한 건축용 Al 합금재와 그 제조방법이 제공된다. 이 건축용 Al 합금재는 JIS 에서 규정하는 A3003 의 열간압연재로, 온도 300 ℃ 이하에서의 베이킹 도장후의 조직이 파이버조직과 면적비율 20 % 이하의 재결정입자조직으로 이루어지고, 상기 베이킹 도장의 전후에서의 내력의 저하율이 10 % 이하이고, 압연종료시의 온도를 290 ∼ 340 ℃ 로 관리하는 열간압연만을 실행하여 제조된다.

Description

건축용 알루미늄 합금재와 그 제조방법 {Al ALLOY MATERIAL FOR BUILDING AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 건축용 Al 합금재와 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 260 ∼ 280 ℃ 라는 고온역에서의 베이킹 도장이 실행되는 것을 전제로 건축용 자재로서 실제사용되는 Al 합금재로, 베이킹 도장의 전후에서도 내력저하가 작고, 또 신장률도 충분히 유지되고 있으므로 굽힘가공성이 우수한 건축용 Al 합금재와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

고층빌딩의 외벽재나 내장재 또는 커튼벽재 등에 경량인 Al 합금재가 사용되고 있다.

이 경우, 예컨대 도 1 에서 나타낸 바와 같이, Al 합금판 (1) 을 90°구부리는 가공이 실행된다. 최근에는 도 2 에서 나타낸 바와 같이 90° 이상 구부리는 예각 굽힘가공이 증가하고 있다. 그리고, 이와 같은 굽힘가공에 있어서는 굽힘부분 (2) 을 샤프하게 하여 의장성을 높이는 것이 추구되고 있다. 그 일례로서 도 3 에서 나타낸 바와 같이 Al 합금재 (1) 에 절결 (3) 을 넣어 구부리는 방법이 있다.

그리고, 상기와 같은 굽힘가공을 실행하는데 앞서, 그 Al 합금재에 예컨대 불소수지도료, 아크릴수지도료, 우레탄수지도료와 같은 도료를 소정의 온도에서 베이킹 도장하여 의장성이나 내식성을 높이기 위한 처치가 실시된다.

따라서, 이와 같은 태양에서 실제사용되는 건축용 Al 합금재에는 다음과 같은 성능이 요구되게 된다.

먼저, 건축용 자재인 점에서 시공후에도 적절한 강도특성이 필요하다. 구체적으로는 예컨대, 빌딩용 외벽재의 경우, 시공후에 있어서도 95 N/㎟ 이상의 내력이 요구된다.

또, 적절한 신장률특성을 갖고 있어 굽힘가공을 원할하게 실시할 수 있고, 또한 굽힘부분이 샤프하게 되는 것이다.

종래, 건축용 Al 합금재로서는 강도특성이 중시되고 있어, JIS 에서 규정하는 A3004-H24 재 (ASTM B209 에서 규정하는 3004-H24), A3004-H32 재 (ASTM B209에서 규정하는 3004-H32) 등이 사용되고 있다.

이들 재료의 제조시에는 먼저 소정 규격의 Al 합금재가 용해되어, 그 잉곳 (주괴) 이 제조된다. 이어서, 이 주괴에 대하여 소정 온도에서 소정 시간 가열하는 균일한 열처리가 실시된 후, 열간압연가공이 소정의 가공율로 실행된다.

이 열간압연가공의 과정에서, 주괴의 주조조직 (응고조직) 은 압연방향으로 눌려 신장되어 파이버조직으로 연화된다.

그 후, 냉간압연을 실행하여 결정입경의 미세화와 두께조정 등이 실행되고, 이어서 소둔하여 가공변형을 제거하여, 다시 냉간압연 그리고 이 때의 가공변형제거를 위한 열처리를 실행하여 실제 사용되고 있다.

또한, 상기의 일련의 제조공정에 있어서, 열간압연가공, 냉간압연가공이 종료된 시점에서 압연재에는 압연변형이 축적되어 있다. 그리고, 그 후에 압연재가 재결정화 온도 이상의 온도로 가열되면, 가공변형 에너지를 기점으로 하여 조직중에는 재결정입자가 성장한다. 이 재결정입자는 통상 파이버형상이 아니라 소정 크기의 입자형상으로 되어 있다.

상기의 A3004-H24 재 등의 재료는 모두 냉간압연을 마친 재료로, 그 재결정입자는 미세하여 파이버조직이 잔존하고 있는 경우도 있어 샤프한 90° 굽힘가공이 가능하다.

90°이상의 예각 굽힘가공을 실행하여 굽힘부분에 크랙이 발생한 경우에는 그 부분을 용접하여 보수한다.

본 발명은 건축용 자재로서 사용되고, 또한 베이킹 도장을 전제로 사용되고 있는 Al 합금재에 있어서, 베이킹 도장후에도 내력의 저하가 매우 작고, 또 신장률특성도 적절하기 때문에 샤프한 굽힘가공이나 예각 굽힘가공을 실행하여도 균열이 발생하지 않는 건축용 Al 합금재와 그 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

도 1 은 판재의 90° 굽힘가공을 나타낸 개략도이다.

도 2 는 판재의 예각 굽힘가공을 나타낸 개략도이다.

도 3 은 절결을 형성한 90° 굽힘가공을 나타낸 개략도이다.

도 4 는 실시예 9 의 판재조직의 현미경사진이다.

도 5 는 비교예 8 의 판재조직의 현미경사진이다.

도 6 은 판재를 압연방향에 직교하는 방향으로 구부린 개략도이다.

도 7 은 판재를 압연방향에 평행한 방향으로 구부린 개략도이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 있어서는, JIS 에서 규정하는 A3003 (ASTM B209 에서 규정하는 3003) 의 열간압연재이며, 온도 300 ℃ 이하에서의 베이킹 도장후의 조직이 파이버조직과 면적비율 20 % 이하의 재결정입자조직으로 이루어지고, 상기 베이킹도장의 전후에서의 내력의 저하율이 10 % 이하인 것을 특징으로 하는 건축용 Al 합금재가 제공된다.

또, 본 발명에 있어서는, JIS 에서 규정하는 A3003 (ASTM B209 에서 규정하는 3003) 의 주괴에 균일한 열처리를 실시하고, 이어서 압연종료시의 온도가 290 ∼ 340 ℃ 인 열간압연가공을 실행하는 것만으로 실제 사용하는 것을 특징으로 하는 건축용 Al 합금재의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 Al 합금재는 강도특성이 우수한 A3003 재에 후술하는 조건의 열간압연가공만을 실행하여 바로 실제 사용되는 재료이다. 즉, 종래의 Al 합금재의 경우와 같이, 열간압연후에 더욱 계속하여 냉간압연 - 중간소둔 - 냉간압연 - 열처리라는 공정을 거쳐 제조된 것은 아니다.

구체적으로는 다음과 같이 하여 제조된다.

먼저, 소정 조성의 A3003 재를 용해하여 그 주괴를 제조한다. 이어서,이 주괴에 균일한 열처리를 실시한 후 냉간압연가공을 실행한다.

균일한 열처리는 500 ∼ 630 ℃ 의 온도역에서 1 ∼ 15 시간 정도 실시하는 것이 바람직하다. 처리온도를 500 ℃ 보다 낮게 하면, 예컨대 AlMn 을 주체로 하는 금속간화합물의 생성량이 감소하여 주조조직 (응고조직) 으로부터 성장하는 재결정입자는 조대화되기 때문에, 재료의 굽힘가공성의 저하나 외관불량이 발생하기 쉬워진다. 또, 처리온도를 630 ℃ 보다 높게 하면, 주괴의 변형이나 팽창 등이 발생하여 이후의 공정 (열간압연) 을 거치는 과정에서 조직결함을 일으키게 된다. 바람직한 처리온도는 600 ∼ 630 ℃ 이다.

또, 처리시간이 1 시간 미만인 경우에는 주괴전체를 균일한 열처리화할 수 없으므로 균질한 열간압연가공이 곤란해진다. 또, 15 시간 보다 길게 하여도 균일한 열처리효과는 포화에 도달하여 쓸데없이 열에너지를 소비하여 비용적으로 불리해진다. 바람직한 처리시간은 2 ∼ 6 시간이다.

이와 같이 하여 균일한 열처리화된 주괴에는 다음에 바로 열간압연이 실시되어 그 주조조직을 파이버조직으로 함과 동시에 미세한 2 차 조직 (서브그레인) 을 성장시킨다.

본 발명의 A3003 재에 있어서는, 상기의 열간압연를 종료하여, 그대로 건축용 자재로 실제 사용된다. 따라서, 실제 사용된 시점에서, 이 열간압연재인 A3003 재의 조직은 압연가공에 의해 형성된 조직인 파이버조직이 주체로 되어 있고, 그곳에 미세한 이차조직의 소정량이 분산된 상태로 되어 있다.

이 A3003 재는 상기와 같은 조직으로 되어 있으므로 다음과 같은 효과를 발휘한다.

에컨대, 예각 굽힘가공을 실행하였을 때, 조직이 파이버조직만인 경우, 굽힘부분에는 파이버조직의 입계를 따라 균열 등이 발생한다. 그러나, 이 재료에는 미세한 이차조직도 공존하고 있으므로 상기의 균열의 발생은 억제된다. 즉, 예각 굽힘가공이 가능해진다.

또, 이 A3003 재의 경우, 이것에 온도 300 ℃ 이하, 보다 구체적으로는 260 ∼ 280 ℃ 라는 고온역에서 베이킹 도장을 실시하였다고 하여도, 베이킹 도장의 전후에서 A3003 재의 내력의 저하율은 10 % 이하의 값으로 된다. 그리고, 베이킹 도장후에 있어서도, 그 내력의 절대값은 95 N/㎟ 이상이 확보되어 있어, 빌딩의 외벽재로서의 필요조건을 충족하고 있다. 또, 신장률도 27 % 이상으로 되어 있어 양호한 굽힘가공을 할 수 있다.

상기의 특성, 특히 베이킹 도장전후의 내력저하율이 10 % 이하로 된다는 특성은, 상기의 미세한 이차조직이 파이버조직과 공존함으로써 초래되는 효과이다. 당연히 이 이차조직은 고온역에서의 베이킹 도장시에 재결정입자조직으로 성장하여 그 입경은 커지고, 또 그 석출량도 증가한다.

그러나, 본 발명의 A3003 재의 경우, 고온역에서의 베이킹 도장후에 있어서도 이 재결정입자조직의 존재량은 조직전체에서 차지하는 면적비율이 20 % 이하로 되고, 나머지는 파이버조직상태로 있도록 제어되고 있어 베이킹 도장전후에서의 내력저하율이 10 % 이하로 된다.

이와 같은 특성은 상기의 열간압연가공에 있어서, 압연종료시의 재료온도를290 ∼ 340 ℃ 로 관리함으로써 실현시킬 수 있다.

이 압연종료시의 온도가 340 ℃ 보다 높아지면 신장률은 35 % 정도의 값으로 되지만, 그 조직은 거의 재결정입자조직으로 되어버려 굽힘가공시의 굽힘부분의 표면 거칠어짐이 발생하게 된다.

또, 압연종료시의 온도를 290 ℃ 보다 낮게 하면, 상기의 미세한 이차조직의 생성량은 적아지고, 또 신장률은 27 % 보다 작아져 예각 굽힘가공시에 균열이 발생하게 된다.

압연종료시의 온도를 290 ∼ 340 ℃ 로 관리하기 위해, 본 발명에 있어서는 압연개시시의 온도는 350 ∼ 450 ℃ 로 설정된다.

이 온도를 350 ℃ 보다 낮게 하면, 압연종료시의 온도를 290 ℃ 이상으로 확보할 수 없어 강도는 높아지지만 신장률이 작아지기 때문에 굽힘가공시에 균열 등이 발생하게 된다.

또, 450 ℃ 보다 높게 하면, 압연종료시의 온도를 340 ℃ 이하로 하는 것이 곤란해지고, 압연종료시의 조직에 있어서는 조대한 재결정입자조직이 주체로 되어, 굽힘가공시의 굽힘부분의 표면 거칠어짐이 발생한다. 그리고, 내력도 95 N/㎟ 보다 작아진다.

(실시예)

실시예 1 ∼ 16, 비교예 1 ∼ 9

(1) Al 합금재

이하의 조성의 Al 합금재를 용해하여, 그 주괴 (두께 500 ㎜) 를 제조하였다.

A3003 재 : Si 0.58 질량%, Fe 0.68 질량%, Cu 0.18 질량%, Mn 1.48 질량%, Mg 0.02 질량%, Zn 0.09 질량%, 나머지는 Al 과 불가피적불순물.

A3004 재 : Si 0.58 질량%, Fe 0.68 질량%, Cu 0.20 질량%, Mn 1.48 질량%, Mg 1.01 질량%, Zn 0.23 질량%, 나머지는 Al 과 불가피적불순물.

(2) 판재의 제조

이하의 조건을 구비한 방법으로 표 1 에 나타낸 판두께의 판재를 제조하였다.

본 발명 방법 (A) : 주괴에 온도 600 ℃ 의 균일한 열처리 노에서 6 시간의 균일한 열처리를 실행한 후, 압연개시시의 온도를 550 ℃ 로 하고, 압연종료시의 온도를 표 1 에서 나타낸 온도로 되는 온도관리하에서 열간압연가공을 실시. 그대로 판재로 사용.

종래방법 (B) : 주괴에 온도 600 ℃ 의 균일한 열처리 노에서 6 시간의 균일한 열처리를 실행한 후, 압연개시시의 온도 550 ℃, 압연종료시의 온도 310 ℃ 의 열간압연을 실행하고, 이어서 온도 80 ℃ 의 냉간압연을 실행하였다.

이어서, 온도 360 ℃ 에서 3 시간의 중간소둔을 실행하고, 다시 온도 80 ℃ 의 냉간압연을 실행한 후 온도 230 ℃ 에서 3 시간의 열처리를 실행하였다. 그 후, 판재로서 사용.

(3) 특성의 측정

베이킹 도장전후의 내력저하율 (%) :

베이킹 도장전에서의 각 판재의 내력 (г₀) 과 신장률을 측정하였다.

이어서, 각 판재에 불소수지도료를 도포하고 표 1 에서 나타낸 온도의 베이킹 도장을 실행하여, 이 때의 내력 (г) 과 신장률을 측정하였다.

100 ×(г₀×г) /г₀을 계산하여 베이킹 도장전후의 내력저하율 (%) 로 하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

재결정입자조직의 면적비율 :

바커법으로 결정조직을 관찰하였다.

구체적으로는, 각 판재의 표면을 연삭가공하여, 그 가공면을 전해연마하고, 연마면에 대하여 HBF₄액을 사용한 에칭처리를 실행하여, 편광을 사용한 화상처리로 하나하나의 재결정입자조직의 면적을 적산하였다. 그리고, 시야 (5 ㎜ ×5 ㎜) 내의 상기 적산값의 비율 (백분율) 을 구하였다. 그 결과를 표 1 에 나타냈다.

또, 실시예 9 와 비교예 8 의 판재에 대해서는, 그 조직의 현미경사진 (배율 ×50) 을 각각 도 4 와 도 5 에 나타냈다.

(4) 굽힘시험

베이킹 도장후의 각 판재에 대하여 굽힘가공을 실행하여, 굽힘부분의 표면 거칠기 (도장의 박리) 와 균열의 유무를 눈으로 관찰하였다.

표면 거칠기에 관해서는, 도 6 에 나타낸 바와 같이 압연방향 (4) 과 직교하는 방향 (판재의 길이방향) 과 도 7 에 나타낸 바와 같이 압연방향 (4) (판재의 폭방향) 에 평행한 방향의 2 태양으로 실행하여 표면 거칠기가 관찰되었을 때의 굽힘각도를 구하였다.

또, 균열에 관해서는, 도 7 에 나타낸 바와 같이 압연방향에 평행한 방향 (판재의 폭방향) 으로 90°굽힘가공과 180°굽힘가공을 각각 실행하여, 균열발생의 유무를 관찰하였다.

균열이 없는 경우를 ○, 미소한 균열이 발생하고 있지만 실용상 문제가 없는 경우를 △, 명확한 균열이 발생한 경우 × 로 나타냈다.

표 1 로부터 다음의 것을 알 수 있다.

(1) 실시예 9 와 비교예 6 을 대비하여 알 수 있는 바와 같이, 재료가 동일하고 압연종료시의 온도가 동일하며 또한 판두께가 동일하더라도, 열간압연에 이어서 냉간압연이나 중간소둔 등을 거쳐 제조한 비교예 6 의 경우, 도장온도가 동일한 260 ℃ 임에도 불구하고, 도장후의 내력은 실시예 9 에 비교하여 작아 95 N/㎟ 미만이다. 그리고, 굽힘시험에 있어서도, 실시예 9 에 비하여 거칠어짐을 일으키기 쉽게 되어 있다. 이것은 비교예 6 의 조직이 열간압연후의 일련의 공정, 또한 베이킹 도장시에 재결정입자조직으로 되어 있기 때문이다.

이와 같은 점에서, 베이킹 도장에 의해서도 재결정입자조직을 성장시키는 일이 없는 조건의 열간압연만으로 제조하는 본 발명 방법의 유효성은 명확하다.

(2) 도 4 에서 나타낸 실시예 9 의 베이킹 도장후의 조직은 파이버조직과 미세한 이차조직 (서브그레인) 이 혼재되어 있다. 그리고, 베이킹 도장후의 내력과 신장률은 각각 122 N/㎟, 29.5 % 로 높은 값을 나타내고, 또한 내력저하율은 1.6 % 로 매우 작다. 따라서, 우수한 굽힘시험의 결과가 얻어지고 있다.

또한, 도 5 에서 나타낸 비교예 8 의 베이킹 도장후의 조직에는 파이버조직은 볼 수 없고, 조대한 재결정입자조직으로 이루어져 있다. 그리고, 베이킹 도장후의 내력은 160 N/㎟ 으로 높은 값을 나타내고 있으나, 그 신장률은 15.2 % 로 작고, 또 내력저하율은 28.9 % 로 매우 크다. 그 결과, 굽힘시험시의 표면 거칠기, 균열은 매우 열악해지고 있다.

이와 같은 점에서, 파이버조직과 미세한 이차조직이 공존하는 조직을 구비한본 발명의 건축용 Al 합금재의 유용성은 명확하다.

이상의 설명에서 명확히 알 수 있는 바와 같이, 압연종료시의 온도를 290 ∼ 340 ℃ 로 관리하는 A3003 재의 열간압연재는, 베이킹 도장후에 있어서도 재결정입자조직이 성장하지 않고 파이버조직을 주체로 하는 상태를 유지하여, 내력저하율이 10 % 이하로 되어 있고, 또 내력의 절대값 95 N/㎟ 이상, 신장율 27 % 이상을 확보하고 있다. 따라서, 본 발명의 Al 합금재는 베이킹 도장을 실행하여도, 굽힘가공성이 우수하고, 또한 내력저하를 일으키지 않는 건축용자재로서의 그 공업적가치는 크다.

또한, 상기의 설명은 베이킹 도장시의 온도가 260 ∼ 280 ℃ 인 경우에 대하여 실행하였으나, 본 발명의 건축용 Al 합금재는 베이킹 도장시의 온도가 260 ℃ 이하이어도 280 ∼ 300 ℃ 이어도 바람직하게 사용할 수 있다.

Claims (4)

1. JIS 에서 규정하는 (조성의) A3003 (ASTM B209 에서 규정하는 3003) 의 열간압연재이며;

   온도 300 ℃ 이하에서 실행하는 베이킹 도장후에 있어서의 조직이 파이버조직과 면적비율이 20 % 이하인 재결정입자조직으로 이루어지고; 그리고

   상기 베이킹 도장의 전후에서의 내력의 저하율이 10 % 이하인 것을 특징으로 하는 건축용 Al 합금재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 베이킹 도장후에 있어서의 내력이 95 N/㎟ 이상이고, 또한 신장률이 27 % 이상인 것을 특징으로 하는 건축용 Al 합금재.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 베이킹 도장시의 온도가 260 ∼ 280 ℃ 인 것을 특징으로 하는 건축용 Al 합금재.
4. JIS 에서 규정하는 A3003 (ASTM B209 에서 규정하는 3003) 의 주괴에 균일한 열처리를 실시하고; 이어서,

   압연종료시의 온도가 290 ∼ 340 ℃ 인 열간압연가공을 실행하는 것만으로 실제 사용하는 것을 특징으로 하는 건축용 Al 합금재의 제조방법.