KR100488500B1 - 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재의 제조방법 - Google Patents

마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재를 제조하는 방법에 있어서,
마그네슘-알루미늄-아연 합금 주조재를 열간압출하고, 상기 열간압출에서 얻은 압출판을 열간압연하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재의 제조방법을 제공하는 것으로서, 본 발명에 의한 제조방법에 의하면 제조되는 박판재의 결정립이 미세하고 기계적 성질이 우수할 뿐 아니라 압연율을 크게 할 수 있으므로 생산성이 향상되는 장점이 있다.

Description

마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재의 제조방법 {Production of magnesium-aluminium-zinc alloy thin-plates}
본 발명은 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재를 제조하는 방법에 있어서,
마그네슘-알루미늄-아연 합금 주조재를 열간압출하고, 상기 열간압출에서 얻은 압출판을 열간압연하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재의 제조방법으로 이루어진다.
전자, 정보통신부품 등의 소재로 사용되는 금속박판재는 최근의 경량화 및 재활용 측면의 강조추세에 따라 전세계적으로 마그네슘박판재로 대체하기 위해 연구가 활발히 진행되고 있으나 아직 미진한 상태에 있는 실정이다. 기존의 마그네슘 박판재의 일반적인 제조공정은 두꺼운 판재상태의 주조재를 열처리와 열간압연을 반복하여 최종두께의 박판재로 가공하고 있다.
그러나 상기의 기존공정은 조대한 주조재를 바로 압연하여 가공하기 때문에 압하율이 크면 제조되는 박판재에 균열이 쉽게 발생하기 때문에 1회압연시 압하율을 낮게 제한해야 한다. 이로 인해 압연의 반복횟수가 증가함에 따라 생산성이 저하되고, 미세조직이 조대한 주조재를 바로 압연하는 공정의 특성상 박판재 내부의 조직은 조대한 반면, 표면부의 조직은 미세해져 전체적으로 조직이 불균일해지기 때문에 기계적 성질이 우수하지 못한 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반 문제점을 해소할 수 있는 기계적 성질이 우수하고 생산성이 높은 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명자는 기존의 주조재를 바로 열간압연하는 공정에서 주조공정과 열간압연 사이에 열간압출을 도입하면 열간압출시 일어나는 동적재결정에 의해 주조재 전체의 결정립이 미세해지는 효과가 발생하여 후공정인 열간압연에서의 압하율을 증가시킬 수 있어 생산성을 향상시킬뿐만 아니라 표면부와 내부의 결정크기차이를 최소화할 수 있어 조직전체의 균일성이 향상되어 최종제품인 박판재의 기계적 성질을 향상시킬 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재를 제조하는 방법에 있어서, 마그네슘 93~96 중량%, 알루미늄 3~6 중량% 및 아연 1.0 중량%를 포함하는 합금주조재를 열간압출하고, 상기 열간압출에서 얻은 압출판을 열간압연하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재의 제조방법이 제공된다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에서는 마그네슘-알루미늄-아연 합금을 사용하여 박판재를 제조하게 되는데 마그네슘 , 알루미늄 및 아연 등을 혼합하고 용해하여 주조를 한 후 상기 주조재를 열간압출온도 250∼400℃에서 압출속도 50∼100 ㎜/초, 압출비 10이상으로 압출하고, 얻어진 판재형태의 압출재를 열간 압연의 반복실시로 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재를 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서는 마그네슘 93~96 중량%, 알루미늄 3~6 중량% 및 아연 1.0 중량%를 포함하는 혼합물을 용해하여 주조를 한다. 상기 주조공정에 의해 얻어진 주조재를 열간압출하게 되는데 빌렛온도 250∼400℃에서 압출속도 50∼100 ㎜/초, 압출비 10이상으로 압출하는 것이 바람직하다. 빌렛온도 250℃미만에서는 압출이 불가능하고 400℃를 초과하는 경우에는 빌렛표면의 국부적인 용융 및 산화현상이 발생한다. 또한 압출비를 10미만으로 하는 경우에는 주조재 결정립의 미세효과가 발현되지 아니하기 때문에 본 발명에서는 10이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 압출전에 주조재를 300∼400℃의 온도로 8시간이상 균질화처리를 하면 주조재 내부와 외부의 결정입자의 크기의 편차를 줄일 수 있으며 위치에 따른 합금성분의 농도편차를 줄일 수 있다.
본 발명에서는 열간압출을 통해 얻어진 판재형태의 압출재를 열간 압연을 반복하여 박판재로 제조하게 되는데 열간 압연시의 허용압하율은 이전단계의 공정인 압출에서의 압출비에 비례하여 결정되는 것이 공정효율상 바람직하다. 이렇게 압하율이 압출비에 비례하여 증가할수 있는 이유는 압출비가 클수록 압출재의 결정립 크기가 작아져서 압연이 용이해지며 최종제품인 박판재의 표면과 내부의 결정립 크기가 균일해지기 때문이다. 즉, 열간압출비가 증가함에 따라 열간압연시 허용압하율이 증가하며, 결과적으로 마그네슘 압연재의 결정립크기가 작아지고 이로 인해 제품전체에 걸쳐 마그네슘합금의 결정립의 균일도가 증가하게 되며, 큰 압출비로 가공된 제품의 경우가 압출비가 낮은 경우 또는 압출을 하지 않은 경우보다 우수한 기계적 성질을 갖게 되는 것이다.
상기 열간압연을 반복하는 과정에 있어서 열간압연간에 판재의 두께에 비례하여 10∼30분동안 300∼400℃에서 중간열처리를 한 후 열간압연을 하여 최종제품의 두께를 1㎜이하로 되게 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재를 제조할 수 있다. 본 발명에서는 상기 열간압연에서 압연롤의 온도는 50∼150℃로 유지하여 압연 중 박판재의 온도저하를 줄이고 박판재와 압연롤의 융착을 방지하는 것이 바람직하다.
다음의 실시예에서는 마그네슘-알루미늄-아연 합금을 열간압출 및 열간압연을 통하여 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재를 제조하는 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
마그네슘 95.4중량% , 알루미늄 3.0wt% , 아연 1.0wt%, 망간 0.5wt% 및 실리콘 0.1wt%를 혼합하여 SF6와 CO2 혼합가스 분위기하의 전기저항로에서 720℃에서 용해하고 금형에 주조하여 빌렛을 제조하였다. 얻어진 상기의 빌렛을 340℃에서 균질화처리를 한다음 압출비 10의 조건으로 콘테이너온도 320℃에서 빌렛온도 360℃, 압출속도 80 ㎜/초로 열간압출하여 두께 4.5㎜의 판재로 가공하였다. 상기 열간압출에 의해 얻어진 판형태로 가공된 압출재를 압출판온도 340℃, 압연롤온도 120℃ , 20%의 압하율로 제1차열간압연을 한 후, 340℃에서 중간열처리를 한 후, 상기 1차 압연재를 판온도 340℃, 압연롤온도 120℃, 20%의 압하율로 제2회 열간압연하였으며, 이와같은 공정을 반복하여 최종두께가 1㎜인 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재를 제조하였다.
[실시예2 ∼12, 비교예 1 ∼4]
열간압출에서의 압출비 및 열간압연에서의 압하율을 표 1에 나타낸 바와 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 절차를 반복하였다.
압출비 압하율(%) 압출비 압하율(%)
실시예 1 10 20 실시예 7 17 60
실시예 2 10 40 실시예 8 17 80
실시예 3 10 60 실시예 9 27 20
실시예 4 10 80 실시예 10 27 40
실시예 5 17 20 실시예 11 27 60
실시예 6 17 40 실시예 12 27 80
비교예 1 0 20 비교예 3 0 60
비교예 2 0 40 비교예 4 0 80
상기 실시예1∼12 및 비교예1∼4에 의해 제조된 중간 압출재의 평균결정립 ,압하율에 따른 평균결정립 및 최종제품의 특성을 표2에 나타내고 있다.
압출재의평균결정립(㎛) 최종제품의평균결정립(㎛) 연신율(%) 인장강도(MPa) 경도(Hv) 판재의표면형상
실시예 1 50 12 5 243 57 o
실시예 2 50 9 6.4 244 58 o
실시예 3 50 7 6.5 250 58 ×
실시예 4 50 5 9 254 58 ×
실시예 5 45 8 10 248 60 o
실시예 6 45 7 10.6 250 61 o
실시예 7 45 6 11 252 68 △
실시예 8 45 4.5 12.3 250 72 ×
실시예 9 25 7 11.4 260 67 o
실시예10 25 6 11.6 263 65 o
실시예11 25 5 11.7 261 73 o
실시예12 25 2 12.4 274 78 ×
비교예 1 200 - - - - x
비교예 2 200 - - - - x
비교예 3 200 - - - - x
비교예 4 200 - - - - x
* o :우수 , △: 양호 , ×:나쁨 .
*비교예의 경우 주조재를 바로 압연한 경우로서 판재에 균열이 심하게 발생하여 물성평가를 할 수 없었다.
*표2에 나타난 바와 같이 압출비의 증가에 의해 조대한 주조 결정립이 미세해 진다는 것을 알 수 있으며 압출후의 압연에 의해 최종제품의 결정립 크기를 10㎛이하로 감소시킴으로써 우수한 기계적 성질을 가질 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 압출비가 클수록 판재표면상태가 우수한 박판재를 얻을 수 있는 허용 최대압하율이 증가하는 것을 알 수 있으며 주조재를 바로 압연하는 경우 20%의 압하율에서도 균열이 발생하는 등 압연이 매우 힘든 것에 비해 압출비가 높은 경우(27의 경우)에는 60%의 압하율에서도 균열없이 판재를 압연할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재를 제조하는 방법에 있어서 열간압연만을 행하는 기존의 제조방법에 비하여 제조되는 박판재의 마그네슘합금 결정립이 미세하고 결정립의 균일도가 향상되어 기계적성질이 우수할 뿐만 아니라 열간압연시 기존의 제조방법보다 큰 압하율로 합금을 가공할 수 있기 때문에 전체 공정의 생산성이 향상되는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재를 제조하는 방법에 있어서,
    마그네슘 93~96 중량%, 알루미늄 3~6 중량% 및 아연 1.0 중량%를 포함하는 합금주조재를 열간압출하고, 상기 열간압출에서 얻은 압출판을 열간압연하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열간압출함에 있어서 마그네슘-알루미늄-아연 합금 주조재를 빌렛온도 250∼400℃, 압출속도 50∼100 ㎜/초, 압출비 10이상으로 열간압출하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 열간압연함에 있어서 압출판온도 300∼400℃에서 압하율은 상기 열간압출의 압출비에 비례하여 증가하는 것을 특징으로 하는 마그네슘-알루미늄-아연 합금 박판재의 제조방법.
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