KR100374051B1 - 경화성구리합금의사용방법 - Google Patents

Abstract

강의 연속 주조시 전자기 교반 장치에 의해 작업하는 형태의 주형, 특히 연속 주조 주형의 제조를 위해서는 자계 감쇠 정도가 작고 열전도성이 높은 재료가 필요하며, 본 발명은 이러한 재료로 경화성 구리 합금을 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 이러한 용도를 위해, 0.1% 내지 2%의 니켈과, 0.3% 내지 1.5%의 크롬과, 0.01% 내지 0.5%의 지르코늄과, 인, 리튬, 칼슘, 마그네슘, 규소 및 붕소로 구성된 군으로부터 선택된 0.04%까지의 하나 이상의 원소와, 제조 조건상 불가피한 불순물을 함유한 구리 잔부로 구성되는 경화성 구리 합금을 제시한다. 강도를 의도한 대로 증가시키기 위해, 이 경화성 구리 합금은 0.2%까지의 티타늄, 0.4%까지의 철을 함유할 수 있고, 그 외에도 0.8%까지의 알루미늄 및/또는 망간을 더 함유할 수 있다.

Description

경화성 구리 합금의 사용 방법

본 발명은, 용융 금속을 전자기력의 작용에 의해 교반하여, 주형, 특히 연속 주조 주형을 제조하기 위한 의도한 대로 조절 가능한 도전성을 갖는 재료로서 경화성 구리 합금을 사용하는 방법에 관한 것이다.

특히 강을 연속 주조할 때에, 냉각된 연속 주조 주형 내에 있는 용융물을 전자기적으로 교반함으로써 품질을 향상시킬 수 있음은 통상적으로 공지된 사실이다. 응고된 스트랜드 주조 주형 내의 금속 용융물의 액상 코어에 전자기 교반 장치에 의해 바람직한 유동이 강제되며, 이러한 유동은 스트랜드의 주조 조직에 유해한 영향을 미치는 응고 공정 중의 편석(偏析)을 방지해준다.

액상 금속 용융물은 주조중 회전 전계의 영향하에 교반 장치 내로 스트랜드 인출 방향을 가로질러 도입되고, 생성되는 유도 전류에 의해 스트랜드 종축에 대략 동심적으로 진행되는 원운동 형태로 변위를 하게 된다. 결과적으로, 특정한 고품질 요건을 충족시키는 균질 주조 조직을 얻게 된다. 기술적 비용을 가능한 한 적게 하기 위하여, 교반 장치는 통상적으로 주형의 하부에 배치되며, 이로 인해 스트랜드내에 남아 있는 용융 금속이 부분 응고된 상태로 주형 하부 가까이에서 교반될 수 있다. 그러나, 스트랜드의 가장 먼저 응고되는 외측 가장자리 영역에 있는 응고 조직에도 영향을 미치기 위해서는, 교반 장치를 주형의 상부 또는 주형 자체 내에 설치하는 것이 유리하다.

강의 연속 주조시 사용되는 주형 재료는 통상 최적의 열반출 및 냉각 효율을 보장하기 위해 기계적 강도와 열 전도성이 크다. 이와 관련하여 최고의 주조 속도에 의해 강의 연속 주조의 경제성이 향상된다. 그러나, 유도-교반 장치를 설치할 경우에는, 예컨대 85%를 넘는 IACS를 갖는 구리-크롬-지르코늄 합금과 같은 주형 재료의 높은 도전성은 유해한 것으로 입증된 바 있다. 높은 도전성에 의해 바람직하지 않게도 주형 재료가 교반을 위해 생성된 자계를 현저히 차단하는 현상이 발생된다. 이와 같이 자계가 감쇠되는 결과, 교반 효과의 심부에 작용하는 정도가 약화된다. 물론, 전류의 세기를 증가시킴으로써 교반 작용을 강화할 수는 있지만, 이로 인해 교반에 필요한 기술적 비용이 과도하게 증가된다. 전체적으로, 최적의 교반 효과는 높은 열 전도성을 갖는 주형 재료에 의해서는 완전하게 달성될 수 없다.

보다 작은 열 전도성을 갖는 주형 재료도 공지되어 있다. 그러나, 이 주형 재료는 강도가 극히 크기 때문에 보다 고온의 온도에서도 유리하게 사용된다. 또한, 이 주형 재료의 가공은 극히 큰 강도 때문에 비교적 비용이 많이 든다. 이와 관련된 또 다른 단점은 350℃를 넘는 온도에서의 파단 연신율이 매우 작다는 것이다.

따라서, 보다 작은 열 전도성을 갖는 공지의 주형 재료는 전자기 교반 장치를 구비한 주조 설비에 사용하기 위한, 예컨대 구리-크롬-지르코늄 합금과 같은 고전도성 주형 재료에 대한 경제적으로 유리한 대체물이 되지 못한다.

본 발명의 목적은 자계 감쇠를 보다 적게 일으키고 양호한 강도 특성 및 파단 연신 특성을 갖는, 특히 전자기 교반 장치를 구비한 주조 설비에 사용하기 위한 경화성 구리 합금을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 0.1% 내지 2.0%의 니켈과, 0.3% 내지 1.3%의 크롬과, 0.1% 내지 0.5%의 지르코늄과, 경우에 따라서는, 인, 리튬, 칼슘, 마그네슘, 규소 및 붕소로 구성된 군으로부터 선택된 최대 0.2%의 하나 이상의 원소와, 불가피한 불순물을 함유한 구리 잔부로 이루어지는 경화성 구리 합금을, 전자기력의 작용에 의해 용융 금속을 교반하여, 주형, 특히 연속 주조 주형을 제조하기 위한 의도한 대로 조절 가능한 도전성을 갖는 재료로서 사용하는 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따라 사용되는 합금은 0.4% 내지 1.6%의 니켈과, 0.6% 내지 0.8%의 크롬과, 0.15% 내지 0.25%의 지르코늄과, 0.005% 내지 0.02%의 붕소, 0.005% 내지 0.05%의 마그네슘 및 0.005% 내지 0.03%의 인으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소와, 불가피한 불순물을 함유한 잔부 구리를 함유하는 것이 적합하다. 붕소 첨가는, 예컨대 붕화칼슘으로서 용융물에 첨가될 수 있다.

본 발명에 따른 구리 합금은 놀랍게도 기계적 특성 및 물리적 특성이 특히 유리하게 조합되어 있다. 이 구리 합금은 도전성이 80% IACS 이하로 됨으로써 이 구리 합금으로 제조된 주형 벽에 필수적으로 요구되는 낮은 자계 감쇠성을 만족시킨다.

또한, 강도를 의도적으로 향상시키기 위해 합금에 최대 0.2%의 티타늄 및/또는 최대 0.4%의 철을 더 첨가하는 것이 유리하다. 함유량이 적은 티타늄은 합금 중에 존재하는 니켈 성분 및 철 성분과 함께 강도를 증가시키는 작용을 하는 금속간 화합물을 형성한다.

각각 최대 0.8%의 알루미늄 및/또는 망간도 강도를 증가시켜주지만, 이들은 낮은 도전성에 단지 미세한 영향만을 미치는 경우에 유리하게 사용된다.

이하, 실시예에 의거하여 본 발명을 상세히 설명한다.

신규의 예시적 합금의 조성을 각각 중량%로 표 1에 표시한다. 기호 X는 붕소, 마그네슘 및/또는 인과 같은 개별 성분의 총 함유량을 의미하며, 이들 성분은 환원제로서 총 0.05%까지 첨가된다. 또한, 합금의 강도 증가를 위해 보다 함유량을 증대시킬 수도 있다.

표 1

우선, 0.2% 내지 2%의 다양한 니켈과, 약 0.7%의 크롬과, 0.16% 내지 0.2%의 지르코늄과, 최대 0.02%의 붕소, 마그네슘 및/또는 인과, 제조 조건상 불가피한 불순물을 함유한 구리 잔부를 함유하는 구리 합금을 용융하여 압연용 잉곳으로 주조하고, 그후 950℃에서 65%의 총 변형율로서 여러 가지 크기로 열간 압연한다. 1030℃에서 1시간 이상 용체화 작열(灼熱)시키고 이어서 물 속에서 급냉시킨 후, 압연된 판을 475℃에서 4시간 이상 경화시킨다. 이어서 절삭 가공 후에 주형판은 니켈의 함유량(0.2 내지 2%의 니켈)에 따라 표 2에 총괄된 특성치를 나타낸다. 범위로 나타나 있는 경우에는, 먼저 표시된 특성치가 본 발명에 따라서 사용되는 Ni 함유량 0.2%의 구리 합금에 해당하는 것이다.

표 2

본 발명에 따라 사용되는 합금은 약 35% 내지 80% IACS의 상기 범위 내의 니켈 농도의 선택에 의해 조절될 수 있는 도전성을 가지며, 이 때 기계적 특성은 거의 변하지 않은 채 유지된다. 니켈 함유량을 2.0%까지 증가시킴에 따라, 경화된 상태의 재료의 연신 한계 및 인장 강도는 전체 농도 범위에 있어 미세하게만 조금 더 높은 특성치로 변할 뿐이다. 미세한 증가는, 예컨대 350℃에서의 내열 강도에 대해서도 마찬가지이다. 한편, 파단시 연신율에 대해서도 니켈 함유량에 거의 무관한 값을 얻게 되며, 다만 이러한 값은 350℃의 온도에서는 2.0%의 니켈 함유량을 갖는 합금일 경우 10%의 연신율에 이르기까지 감소된다.

추가의 연신율 조절식 금속 피로 시험에서 본 발명에 따라 사용되는 합금의 안정성을 실온에서 뿐만 아니라 350℃까지의 온도에 걸쳐 검사하였으며, 이 때의 온도 범위는 주조 공장에서의 순환 사용시의 온도 요구에 상응하는 것이다. 금속 피로 시험에서 금속 피로 균열은 니켈 함유량에 거의 무관한 것으로 밝혀짐에 따라, 주조 공장에서 종래에 사용되던 구리-크롬-지르코늄 합금의 공지된 높은 내구 수명이라는 유리한 거동도 얻어진다. 니켈 함유량의 증가에 따라 높아지는 경도는 부가적인 특성 개선을 제공하며, 이 특성 개선으로부터 주형 재료의 양호한 마찰 거동도 얻어진다.

본 발명에 따라 사용되는 합금의 용도는 실시예에 전술한 판용(板用) 주형에만 한정되는 것은 아니다. 반연속 방식 또는 완전 연속 방식으로 금속제의 스트랜드를 제조할 수 있는 주형, 예컨대 파이프용 주형, 블록용 주형, 주조용 치차, 주조용 롤러, 주조용 롤러 케이스가 제조된다.

Claims (4)

1. 0.1% 내지 2.0%의 니켈과, 0.3% 내지 1.3%의 크롬과 0.1% 내지 0.5%의 지르코늄과, 필요시 인, 리튬, 칼슘, 마그네슘, 규소 및 붕소로 구성된 군으로부터 선택된 0.2%까지의 하나 이상의 원소와, 제조 조건상 불가피한 불순물을 함유한 구리 잔부로 조성되는 것을 특징으로 하는 경화성 구리 합금을, 전자기력의 작용하에 용융 금속을 교반하여 주형, 특히 연속 주조 주형을 제조하기 위한 의도한 대로 조절 가능한 도전성을 갖는 재료로서 사용하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 경화성 구리 합금은, 0.4% 내지 1.6%의 니켈과, 0.6% 내지 0.8%의 크롬과, 0.15% 내지 0.25%의 지르코늄과, 0.005% 내지 0.02%의 붕소, 0.005% 내지 0.05%의 마그네슘 및 0.005% 내지 0.03%의 인으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 원소와, 제조 조건상 불가피한 불순물을 함유한 구리 잔부로 조성되는 것을 특징으로 하는 경화성 구리 합금의 사용 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구리 합금은 0.2%까지의 티타늄 및 0.4%까지의 철을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 경화성 구리 합금의 사용방법,
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구리 합금은 0.8%까지의 알루미늄 및 0.8%까지의 망간을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 경화성 구리 합금의 사용 방법.