초록 ▼

I. 제 목 고성형성 고강도 알루미늄 소재개발 II. 연구개발의 목적 및 필요성 오늘날 수송기기 산업을 둘러싼 환경변화는 지구의 공해방지 관련법 및 수 요자의 다양한 요구에 부응하고 세계수출 시장에서의 경쟁력 확보가 관건이 되고 있다. 특히 자동차 산업에서는 에너지 절약 및 공해방지책으로 연비절감 방안에 자동차 메이커 뿐만 아니라 소재 업체에서도 관심을 집중시키고 있다. 일반적으로 연비를 개선하는 방안으로는 엔진의 효율 향상, 주행저항 감소, 차 체 경량화 방안 등을 들 수 있으나, 가장 효과적인 방법은 차체 경량화이며, 10

I. 제 목 고성형성 고강도 알루미늄 소재개발 II. 연구개발의 목적 및 필요성 오늘날 수송기기 산업을 둘러싼 환경변화는 지구의 공해방지 관련법 및 수 요자의 다양한 요구에 부응하고 세계수출 시장에서의 경쟁력 확보가 관건이 되고 있다. 특히 자동차 산업에서는 에너지 절약 및 공해방지책으로 연비절감 방안에 자동차 메이커 뿐만 아니라 소재 업체에서도 관심을 집중시키고 있다. 일반적으로 연비를 개선하는 방안으로는 엔진의 효율 향상, 주행저항 감소, 차 체 경량화 방안 등을 들 수 있으나, 가장 효과적인 방법은 차체 경량화이며, 10%의 경량화로 약 10%의 연비를 향상시킬 수 있다고 한다. 이와 같은 이유 로 선진국에서는 자동차에서 종래의 철강제를 가볍고 강도가 높은 알루미늄 합금으로 대체하고자 하는 연구가 활발하게 진행중이다. 본 연구에서는 자동 차 경량화 소재개발대책으로서, 기존 차체 재료인 냉연강판을 대체하기 위하 여 고성형성 고강도 알루미늄 합금을 개발하고자 한다. 이와 동시에 용접, 표 면처리 및 도장, 성형 등의 주변 가공기술 개발도 함께 이루어져야 한다. 국내 수송기기 분야의 경우, 자동차 산업은 년간 350만대로 국가 기간 산업 으로 확고한 위치를 점하고 있으며, 핵심 수출 상품이다. 그러나 최근 논의되 고 있는 브라이언 법안에서 규제하고 있는 연비 향상 및 공해 방지대책이 수 립되지 못할 경우 수출에 심각한 타격을 받게 될 것이다. 이에 대한 대책으로 국내 자동차 제조업체들은 독자적인 경량화 대책을 수립하고 있다. 그러나 선 진국의 기술개발 추세를 감안하면 국가적인 차원에서 소재 경량화에 대한 재 료분야에서의 체계적이고 총체적인 연구가 시급한 실정이다. 최근 지구규모의 환경문제, 자동차의 방청문제는 안전성 및 에너지절약 차 원에서 비롯되나 최근의 경우 선진 각국에서는 차의 성능, 스타일과 아울러 방청기술이 주요 판매 전략화되면서 방청목표가 매년 높아져 한계사용년수도 10년 이상을 보장하지 않으면 안된다. 따라서 국내 자동차 산업도 차체의 방 청력 향상과 차체 경량화를 위한 다각적 노력이 절대 필요하며 특히 도장 및 도장 전처리 기술에서 중요한 역할을 하는 화성처리기술에 대한 연구를 통해 지구상의 어떤 환경에서라도 견디는 자동차를 생산함으로써 수출 증대를 꾀하 고자 한다. III. 연구개발의 내용 및 범위 1차년도 . 2단계 개발소재의 양산적용을 위한 최적 균질화 열처리 조건 고찰 . 고온변형시험 및 열간압연 시뮬레이션을 통한 열간압연 조건 고찰 . 양산판재에 대한 냉간압연 열처리 조건변화를 통한 집합조직 특성향상 . 양산판재의 열처리 조건변화고찰을 통한 소성이방성 및 성형특성 고찰 . 2단계 양산선정합금인 R5K82합금의 양산 제조 . 양산판재의 성형성, 표면처리특성, 점용접특성 평가 및 최적공정 개발 2차년도 . 2차 양산합금의 선정 및 최적 균질화 처리 조건 고찰 . 2차 양산합금에 대한 고온변형특성 분석 . 열간압연 공정 시뮬레이션을 통한 최적 공정 개발 . 양산판재의 인산염 표면처리특성 및 도장특성 평가 . 양산판재의 성형조건에 따른 표면결함발생에 대한 연구 IV. 연구개발결과 1차년도 . Al- 5wt%Mg-0.3Cu- 0.3Mn(R5K82)합금의 상분해 거동 관찰 및 최적 균질 공정 설정 . 상용 프로그램인 Deform 2D를 이용하여 열간압연공정에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 기술 개 발 . R5K82 열연재에 대한 1차 및 2차 냉간압연 공정변화를 통한 성형특성향상 공정 도출 . 판폭 1400mm급 R5K82합금의 양산판재 제작 성공 . 양산 R5K82합금의 인장특성 및 성형성 평가 완료 . R5K82 양산판재의 점용접 및 표면처리특성등 최적 차체적용기술 개발 2차년도 . 2차 양산용 소재로서 Al-5.5wt%Mg, Al- 5.5wt%Mg-0.3Cu, Al- 5.5wt%M 1.0Zn 등 3가지 합 금의 선정 및 pilot 주조 성공 . 2차 양산 알루미늄합금 주조재의 최적 균질화 처리 기술 개발 . 2차 양산 소재의 고온인장시험, 다단계 고온? 열간압연공정시의 미세조직 및 집합조 직 변화 관찰 . 양산용 알루미늄합금의 열간압연공정에 대한 컴퓨터시뮬레이션 및 Pilot 제작을 통한 최 적 공정 개발 . 표면결함억제를 위한 판재의 최적 성형조건 도출 . 양산판재의 인산염 피막특성 및 도장특성 평가완료 V. 연구개발결과의 활용계획 본 연구과제의 2단계 연구로서 자동차용 고성형성 고강도 알루미늄합금개발 이 완료되었으며, 자동차 차체적용을 위한 용접, 표면처리, 성형기술을 확립하 고 국산 양산차체에 적용하였다. 3단계 연구에서는 2 단계 연구를 통하여 개 발된 자동차용 합금 중 국내 업체에서 생산가능한 Al-5wt%Mg계 알루미늄합 금의 O처리재에 대하여 양산공정설정을 위주로 연구하였다. 그 결과 R5K82합 금의 양산에 성공하였으며 물성이 개선된 2차 양산합금의 최적양산공정을 설 정하였다. 1차 시제품으로 제조된 R5K82합금의 경우 기존 자동차용 알루미늄 합금판재에 비하여 인장강도, 항복강도, 소부경화성이 우수하나 기존 강판차체 의 프레스용으로는 성형성이 다소 미흡하여 이를 개선하기 위한 2차 시제품의 제작이 필요할 것으로 예상되며 1차시제품은 자동차 이외의 기타 용도로 전환 하여 사용하는 방안을 강구 중이다. 또한 2차 시제품이 생산되는 대로 국산 자동차의 차체적용시험을 실시할 예정이다. 개발된 고성형성 고강도 알루미늄 소재 및 적용기술은 자동차뿐만 아니라 철도차량, 항공기, 선박 등의 수송기기 경량화기술로서 활용가능성이 매우 크며, 고강도 고성형성 알루미늄 합금은 인성향상효과로 인하여 방산기기(장갑차, 군용트럭)의 방탄용 Armor plate 경 량화 소재로서 응용이 예상된다. 본 연구과제의 종료 후에도 수송기기경량화 소재 및 전자기기부품용 구조소재로서 그 용도를 확대할 예정이다.

Abstract ▼

I. Title A study on the Development of High- Formability and High-Strength Aluminum Alloys II. Objective and Necessities Recently the environmental change in the field of transportation facility industry is requisitely requested to meet the related Anti-public Nuisance Law and various requirement

I. Title A study on the Development of High- Formability and High-Strength Aluminum Alloys II. Objective and Necessities Recently the environmental change in the field of transportation facility industry is requisitely requested to meet the related Anti-public Nuisance Law and various requirements of customers. And the competition power becomes an important point in the global export market. Automobile and materials supplying industries are now focussing their interests in the reduction of fuel consumption through the energy saving and pollution protection plan especially in the area of automobile industry. Generally among the measures of improving the fuel efficiency such as an improvement of engine efficiency, a reduction of running resistance, a weight reduction of car and etc., the weight reduction of car is the most effective one which results in about 10% improvement of fuel efficiency by 10% weight reduction of car. Therefore, many studies on substitution of conventional mild steels with high strength aluminum alloys have being performed in advanced countries. In this study, we would like to develop high-formability and high-strength aluminum alloys to substitute the conventional mild steels for auto body application as a materials development plan for the weight reduction of car. In addition, related key technologies such as welding, phosphating, painting, forming and etc. should be also developed. In the area of domestic transportation facilities automobile industry is one of the national key industries because an annual production records 3.5million cars and automobiles become one of the key export commodities. But if a plan for improvement of fuel efficiency and pollution protection can not be formulated to follow the Brian Regulation recently debated, the export will be stuck a disastrous blow. Domestic automobile makers are now setting up their own plan for weight reduction of car to adapt the present requirements. By the way, if we consider the trend of technology development in advanced countries, the systematic and whole research program on the materials weight reduction is urgently required to perform on the basis of national level. Recent issues on the global environment and the rust-proof of car are mainly derived from the viewpoint of safety and energy saving. The anti- corrosive technology as well as the performance and style of car recently become an important strategy for business in advanced countries so that the anti-corrosive lif of car should be guaranteed more than ten years due to the enhancement of anti-corrosive target on the annual basis. Therefore, domestic automobile industry should make every effort to enhance the rust-proof effect and reduce the weight of car, especially through a study on the phosphating technology which plays an important role for painting and its pre-treatment technology. The promotion of export can be achieved by the production of cars which can withstand under any global environment. III. Contents and Scope First Year . A study on the homogenization treatment condition of Al-5wt%Mg alloys developed at 2nd stage for mass- production . A study on the hot rolling process by hot deformation test and computer simulation . Improvement of texture properties of aluminum alloy by controlling of cold rolling and annealing process . A study on the plastic anisotropy and press formability with change of final annealing condition. . Mass production of R5K82 aluminum alloy sheets developed at 2nd stage. . Development of optimum press forming, spot welding and surface treatment technology for R5K82 alloy sheets. Second Year . Alloy design and development of homogenization treatment process for 2nd mass- production . Evaluation of hot deformation behavior of aluminum alloys for 2nd mass production. . Development of optimum hot rolling processes by computer simulation and pilot scale production . Evaluation of Zn phosphating and painting properties of mass production alloy sheet. . A study on surface defect occurrence with press forming conditions. IV. Research Results First Year . Investigation on solutionizing of 2nd particle during homogenization treatment and establishment of optinum homogenization treatment conditions for Al-5wt%Mg-0.3Cu-0.3Mn(R5K82) . Development of computer simulation technology for hot rolling processes by DEFORM 2D . Establishment of 1st and 2nd cold rolling process to improve formablity of R5K82 alloy. . Mass production of Al- 5wt%Mg- 0.3Cu-0.3Mn(R5K82) alloy sheets . Completion of evaluation on tensile properties and press formability . Development of surface treatment and spot welding technology of R5K82 alloy sheets. Second Year . Alloy selection for 2nd mass production(Al-5.5wt%Mg, Al-5.5wt%Mg 0.3Cu and Al- 5.5wt%Mg-1.0Zn) and pilot scale slab casting. . Development of optimum homogenization treatment process for casting slab for mass production . Observation of hot deformation behavior during hot rolling by hot tensile test and multi pass hot compression test. . Investigation on the change of microstructures and texture during hot rolling by plain strain hot compression test. . Development of optimum hot rolling process for mass production by computer simulation and pliot scale production. . Development of optimum press forming condition to prevent surface defect. . Completion of Zn phosphating and painting evaluations on mass production alloy sheets V. Utilizing Plan of Research Results According to the work scope of the second stage in this research project, high strength and high formability aluminum alloys have been developed and technologies of welding, surface coating and forming for auto body application have been established satisfactorily. And these established technologies were adopted for mass- production of aluminum hang- on parts. In third stage of this research, we studied on the development of optimum manufacturing process to product Al-5wt%Mg alloy sheet(O- treated), which is one of the optimum aluminum alloy sheets to produce by domestic aluminum factory. As a result, the first mass production sheets(Al-5wt%Mg- 0.3Cu-0.3Mn, R5K82) was manufacture successfully, and optimum manufacturing process was established for second mass production. R5K82 alloy sheets shows good tensile strength yield strength and paint bake hardening properties compared with imported alloy sheets, but its formability is low to make auto body by use of press dies for steel sheets. Therefore, we consider to use R5K82 alloy sheets by changing the application field and second mass production will be tried. If the second prototype aluminum alloy sheets are produced by mass- production process, they will be immediately evaluated for the applicability of auto body materials. High- formability and high-strength aluminum alloys and technologies for application to be developed show a very high capability of application as a weight reduction technology of transportation facilities - automobiles, railroad trains, airplanes, ships and etc. In addition, high-formability and high-strength aluminum alloys are also estimated to apply as the weight reduction material of armor plate for the military defence facilities such as armored car and military truck because they show an improved effect of ductility. We enlarge its application range into other vehicle structural parts and electrical parts in future.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...18
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...22
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...35
• 제 1 절 1차 양산용 알루미늄합금의 제반특성평가...35
• 1. 양산용 R5K82(Al-5wt%Mg-0.3Cu-0.3Mn)합금의 균질화 처리특성...35
• 2. 1,2차 냉간압하량 변화에 따른 소성이방성 및 집합조직특성...43
• 3. 1,2차 냉간압연 및 열처리 조건변화에 따른 성형특성...57
• 4. 양산 R5K82합금과 수입소재와의 제반특성 비교...70
• 제 2 절 2차 양산용 알루미늄합금의 제반특성평가...80
• 1. 2차 양산합금의 선정 및 주조·균질화 특성...80
• 2. Al-5.5wt%Mg합금의 고온인장특성(고온연성)...93
• 3. Al-5.5wt%Mg합금의 고온압축특성...101
• 제 3 절 Al-5.5wt%Mg합금의 평면변형압축특성...121
• 1. 이론적 실험적 접근방법...121
• 2. 연구내용 및 결과...128
• 3. 결 론...159
• 제 4 절 Al-5wt%Mg합금의 양산압연시뮬레이션...160
• 1. 이론적 실험적 접근방법...160
• 2. 연구내용 및 결과...165
• 3. 결 론...191
• 제 5 절 Al-5.5wt%Mg합금에서 중간어닐링 처리의 효과...192
• 1. 자동차용 Al-6wt%Mg합금에서 중간어닐링이 소성이방성에 미치는 영향...192
• 2. 자동차용 Al-6wt%Mg합금에서 중간어닐링이 집합조직 발달에 미치는 영향...210
• 제 6 절 자동차용 알루미늄합금판재의 표면처리 특성...226
• 1. 이론적 실험적 접근방법...226
• 2. 연구내용 및 결과...231
• 3. 결 론...254
• 제 7 절 자동차용 알루미늄합금판재의 양산...255
• 1. 차체용 합금 시제품 제조...255
• 2. 고Mg 사용합금들(A5083, A5182) 및 NR5K82합금의 물성조사...268
• 3. 새로운 합금설계...286
• 4. 결 론...305
• 제 4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...306
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...318
• 제 6 장 참고문헌...320
• 위탁연구...326
• Ⅰ. 고성형성 고강도 알루미늄 소재개발(한국과학기술원)...326