KR100664362B1 - 박형 호일을 제조하기 위한 알루미늄 합금 스트립 제조 방법 - Google Patents

Abstract

연속 주조 알루미늄 합금 스트립은 박형 호일 또는 전환 호일의 제조에서 사용된다. 합금 스트립은 0.4중량% 내지 0.8중량%의 Fe과 0.2중량% 내지 0.4중량%의 Si를 포함하고, 30mm 이하의 두께를 가지면서 실질적으로 단일의 알파-상 금속간화합물 종을 포함한다. 스트립은 연속 스트립 주조기, 예를 들면 블록 또는 벨트 주조기를 이용하여 주조된다.

Description

박형 호일을 제조하기 위한 알루미늄 합금 스트립 제조 방법{PRODUCTION OF ALUMINUM ALLOY STRIP FOR USE IN MAKING THIN GAUGE FOILS}

기술 분야

본원발명은 알루미늄 합금 시트 제품과 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히 본원발명은 연속 스트립 주조 공정을 이용하여 새로운 알루미늄 합금 호일 재압연 스트립과 호일 스톡을 제조하기 위한 공정에 관한 것이다.

배경 기술

박형 호일 또는 전환 호일(converter foil)은 공지된 DC, 즉 직냉 주조(direct chill casting) 공정에서 AA1145와 같은 알루미늄 합금 잉곳을 주조함으로써 일반적으로 제조된다. 잉곳은 통상 고온으로 가열되어져 1mm 내지 5mm의 재압연 두께로 열간압연되고, 이어서 보통 0.2mm 내지 0.4mm의 "호일-스톡(foil-stock)" 두께로 냉간압연된다. 스트립은 냉간압연 처리동안 종종 중간 어닐링 단계를 거치게 된다. 이어서, "호일-스톡"은 약 5㎛ 내지 150㎛의 두께를 갖는 최종 호일을 생산하기 위해 종종 이중 압연기술을 이용하여 추가로 냉간압연 공정을 거치게 된다. 5㎛ 내지 10㎛의 두께로 압연되면, 최종 호일 제품은 일반적으로 전환 호일로서 불리어지고 다양한 패키징 용도로 이용된다.

열간압연 전에 균질화 처리가 필요하지 않고, 재압연 두께를 형성하기 위한 열간 압하율이 크기 때문에 상기 호일의 제조에 있어서 출발점으로서 연속 스트립 주조를 이용하는 경우 비용의 잇점이 있다. 그러나, 연속 스트립 주조 공정은 응고되는 과정에서 DC 주조에서의 냉각 조건과는 상이한 냉각 조건을 적용하고, 열간압연 전에 고온의 균질화 단계가 존재하지 않는다. 따라서, DC 주조 및 균질화 단계에 의해 제조된 합금이 연속 스트립 주조 처리에 이용되면, 상이한 금속간화합물 종(intermetallic species) 및 최종 호일 스톡 제품에 표면결함을 발생시키는 주조 제품내의 쉘 변형(shell distortion)을 생성한다. 연속 스트립 제조에서, 주조 동안 스트립의 냉각 속도는 대형의 DC 잉곳에서의 냉각 속도보다 일반적으로 크다 (어떤 경우에는 상당히 크다). 따라서, 연속 스트립 주조 공정에서 처리된 상기 합금은 용질 원소의 높은 과포화 상태를 갖는 호일 스톡을 형성하고, 따라서 원하지 않은 경화 및 연화 특성을 가지게 되어 호일 스톡을 최종 두께로 압연하는 것을 어렵게 한다.

박형 호일의 제조에 사용하기 적합한 알루미늄 합금 스트립을 제조하는 종래의 방법은 1994년 4월 5일자로 공개된 일본 특허공보 제6-63397호(출원인 후루카와)에 개시되어 있다. 상기 문헌은 알루미늄 합금에서, 예컨대 0.2%-0.8%의 Fe와 0.05%-0.3%의 Si와 같이 넓은 범위의 철과 실리콘의 함유량이 개시되어 있다. 그러나, 실시예에서 실시된 실리콘의 최고 함유량은 0.19%를 초과하지 않았다.

본원발명의 목적은 흠(blemish)이나 지자(streak)와 같은 표면 결점이 없는 박형 호일의 제조에 적합한 재압연 및 호일 스톡을 제조하기 위한 연속 스트립 주조에 기초한 공정을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 실질적으로 단일의 알파-상으로 된 금속간화합물 종을 포함하는 연속 스트립 형태의 호일 스톡을 생산하는 것이다. "알파-상"은 Fe은 30% 내지 33%의 Fe, 6% 내지 12%의 Si 및 잔부 Al인 A1-Fe-Si로 구성되는 금속간화합물 상을 의미한다. 상기 금속간화합물의 화학식(화학양론)은 통상 Fe₂SiAl₈ 내지 Fe₃Si₂Al₁₂ 이다.

발명의 상세한 설명

본 발명의 일 태양은 박형 호일의 제조에 사용되는 알루미늄 합금 스트립을 제조하는 방법에 관한 것이다. 0.4중량% 내지 0.8중량%의 철과 0.2중량% 내지 0.4중량%의 실리콘을 포함하는 용융 알루미늄 합금이 제조되고, 이어서 약 30mm보다 적은, 예를들면 4mm 내지 30mm의 두께를 가지면서 실질적으로 단일의 알파-상으로 된 금속간화합물 종을 포함하는 주조 스트립을 형성하기 위해 연속 스트립 주조기, 예를들면 벨트 또는 블록 주조기에서 합금을 주조한다. 또한, 상기 합금은 0.05중량% 미만의 Cu, Mn, Mg, Zn 또는 V, 0.03중량% 미만의 Ti을 추가로 포함할 수 있다. 상기 합금의 잔부는 알루미늄 및 0.03중량% 미만의 불가피한 불순물이다. 주조 스트립은 재압연 스톡을 제공하기 위해 소망의 두께로 열간 또는 냉간압연될 수 있다.

상기 공정에 의해 얻어지는 재압연 스톡은 일반적으로 "전나무 효과(fir tree effect)"로 불리는 표면 결점을 적게 갖는다. 전나무 효과는 하나 이상의 금속간화합물 상이 존재하는 주조 재료의 비균일 금속간화합물 분포에 의해 생성된 표면 형상(surface appearance)을 말한다. 비균일성은 상이한 금속간화합물 종의 응고에 의해 생성된다. 전나무 효과가 없다면 최종 호일의 표면 품질이 향상되고 최종 호일에서 핀홀의 발생 빈도가 감소됨을 의미한다. 연속 스트립 주조 공정을 이용하여 이러한 표면 품질을 얻는 것은 지금까지는 불가능하였다.

따라서, 본 발명의 또 다른 태양은 상기 공정에 의해 얻어지고 박형 호일 또는 전환 호일의 제조에 사용하기 적합한 알루미늄 합금 스트립 제품에 관한 것이다. 연속 주조 알루미늄 합금 스트립은 0.4중량% 내지 0.8중량%의 Fe와 0.2중량% 내지 0.4중량%의 Si를 포함하고, 약 30mm 보다 작은, 예를들면 4mm 내지 30mm의 주조 두께를 가지면서 실질적으로 단일의 알파-상으로된 금속간화합물 종을 포함한다. 또한, 상기 합금은 0.05중량% 미만의 Cu, Mn, Mg, Zn 또는 V, 0.03중량% 미만의 Ti를 추가로 포함할 수 있다. 상기 합금의 잔부는 알루미늄 및 0.03중량% 미만의 불가피한 불순물이다.

본 발명에 따라 제조된 스트립 스톡은 5㎛ 내지 150㎛의 두께를 갖는 박형 호일을 형성하기 위해 일반적으로 압연되고, 최종 제품에서 핀홀, 큰 구멍, 지자 및 균열(tear)과 같은 표면 결점을 적게 갖는다.

합금 조성과 연속 스트립 주조 공정의 결합은 주조 동안에 실질적으로 100%의 알파-AlFeSi 상을 형성한다. 실질적으로 순수한 알파 상은 최종 박형 호일 제품으로 압연될 때 표면 결점을 적게 형성한다.

실시예

본원발명의 공정에서 사용되는 합금은 0.4중량% 내지 0.8중량%, 바람직하게는 0.4중량% 내지 0.6중량%, 가장 바람직하게는 0.42중량% 내지 0.48중량%의 Fe와, 0.2중량% 내지 0.4중량%, 바람직하게는 0.2중량% 내지 0.3중량%, 가장 바람직하게는 0.22중량% 내지 0.28중량%의 Si를 포함한다. Si/Fe 비율은 Si와 Fe가 상기 범위내에 있을 때 0.25 내지 1.0, 특히 0.4 내지 0.7의 범위에 있는 것이 바람직하고, 연속 스트립 주조 공정은 실질적으로 100%의 알파-AlFeSi 상을 갖는 주소 슬래브를 형성한다. 만일 Si가 0.2%보다 적으면, 많은 FeAl₆ 상이 형성되고 주조 스트립은 쉘 변형이 발생하기 쉽다. 만일 Si가 0.4%를 초과하면, 압연에 유해한 베타 상이 형성되는 경향이 있다. 만일 Fe이 0.4%보다 작으면, 스트립은 강도가 너무 작아진다. 만일 Fe이 0.8%를 초과하면, FeAl₆이 다시 형성되고 전체 금속간화합물의 양이 과도하게 된다.

Mg, Mn, Cu, V 및 Zn과 같은 원소는 모두 0.05중량% 미만인 것이 바람직하다. Ti는 0.03% 미만인 것이 바람직하고, 모든 다른 원소들도 0.03% 미만인 것이 바람직하고, 모든 다른 원소의 결합은 0.15%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.

스트립 주조 공정은 스트립 두께가 30mm 미만인 연속 스트립 주조 공정으로 실시되는 것이 바람직하다. 스트립 두께는 약 4mm인 것이 바람직하다. 스트립 주조 공정은 주조 스트립의 두께에 걸쳐서 20℃/sec 내지 200℃/sec의 평균 냉각 속도를 제공하는 것이 바람직하다. 20℃/sec 미만의 냉각 속도는 최종 스트립에 좋지 않은 표면 품질을 초래하는 표면 편석(surface segregation)을 형성한다. 200℃/sec 보다 큰 냉각 속도는 과도한 쉘 변형을 발생한다. 실제 냉각 속도는 스트립 두께와 몰드 냉각 능력에 의존한다.

스트립 주조 공정은 블록 또는 벨트 주조기(caster)를 이용하여 실시되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한것은 트윈 벨트 주조기를 이용하여 집합조직으로된 스틸 벨트상에서 실시하는 것이다.

일반적으로 주조 슬래브는 상기 조건하에서 주조될 때 8㎛ 내지 15㎛의 2차 수지상정 가지 간격(secondary dendrite arm spacing)을 갖는다. 2차 수지상정 가지 간격은 표준 측정 방법에 따라 측정되는데, 예를들면 1963년 미국 파운드리멘즈 협회의 제 67 회 정기 모임 보고서 Vol. 71의 알. 이. 스피어의 논설, 1964년 미국 일리노이주 데스 프라이네스 미국 파운드리멘즈 협회 보고서 페이지 209 내지 215에 개시된 방법이고, 이 개시내용은 참고로 본 명세서에 편입한다.

주조 슬래브는 균질화 단계 또는 다른 부가적인 가열 단계없이 재압연 두께(re-roll gauge)로 열간압연되는 것이 바람직하다. 열간압연 공정은 1mm 내지 3mm 두께, 바람직하게는 1mm 내지 2mm 두께의 재압연 스트립을 제조하기 위해 입구 온도(entry temperature)를 400℃ 내지 550℃ 출구 온도(exit temperature)를 200℃ 내지 320℃로 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 상기 재압연 스트립은 권취되어지고 부가적인 처리전에 주위 온도로 냉각된다.

이어서 재압연 스트립은 호일 스톡(foil stock)을 형성하기 위해 냉간압연에 의해 추가로 처리될 수 있다. 상기 처리는 중간 어닐링 단계를 갖는 하나 이상의 중간 두께로 실시하는 제 1 냉간압연을 포함하고, 이어서 호일 스톡으로 냉간압연된다. 호일 스톡 제품의 두께는 일반적으로 0.2mm 내지 0.4mm이다.

냉간압연 공정은 두 단계의 중간 어닐링을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 이 중간 어닐링은 중간 두께 스트립을 12시간 이내가 바람직하지만 적어도 30분 동안 350℃ 내지 450℃에서 가열하고, 이어서 200℃ 내지 330℃로 상기 스트립을 냉각하고 12시간 이내가 바람직하지만 적어도 30분 동안 유지한다. 중간 어닐링 전에 적어도 40%의 냉간 압하율이 바람직하다.

도면의 간단한 설명

본원발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본원발명의 조성 범위 밖의 압연 스트립의 에칭된 표면 사진; 및

도 2는 본원발명의 성분 범위 내의 압연 스트립의 에칭된 표면 사진이다.

실시예 1

2개의 알루미늄 합금을 트윈 벨트 주조기로 실험용 크기로 주조한다. 합금 1은 0.96중량%의 Fe, 0.05중량%의 Si 및 잔부 알루미늄을 포함한다. 따라서 합금 1의 조성은 본 발명의 범위를 벗어나 있다. 합금 2는 본원발명의 범위 내에 있는 0.45중량%의 Fe와 0.25중량%의 Si를 포함한다. 슬래브 두께는 19mm이고 주조 속도는 3m/min이다. 얻어진 슬래브를 3mm로 열간압연하고 이어서 0.3mm로 냉간압연하였다. 그 후 압연된 시트는 금속간화합물 상의 분포를 확인하기 위해 황산 용액으로 양극 산화처리(anodization)된다. 상기 처리는 FeAl₆ 금속간화합물이 형성된 어두운 영역을 형성한다. 그 결과를 도 1 및 도 2에 도시한다. 합금 1(도 1)은 어둡고 밝은 영역의 혼합 영역을 가지며, 이는 이 합금이 적어도 2개의 금속간화합물 상의 혼합 상을 갖는 다른 것을 나타낸다. 반면에, 합금 2(도 2)는 하얀 영역만을 보여주고 있고, 이는 이 합금의 금속간화합물은 균일하고 (단일 상) 임을 나타낸다.

실시예 2

실시예 1의 방법을 일련의 철과 실리콘 함유량의 범위를 포함하는 알루미늄 합금을 이용하여 반복하였다. 표 1은 중량%로 표시된 합금 조성과 얻어진 금속간화합물을 도시하고 있다.

합금 번호	Fe(중량%)	Si(중량%)	금속간화합물
3	0.31	0.09	혼합
4	0.52	0.05	혼합
5	0.46	0.14	혼합
6	0.54	0.27	단일

주: 혼합으로 표시된 금속간화합물은 하나 이상의 종이 존재함을 의미한다. 단일으로 표시된 금속간화합물은 실질적으로 알파 상을 의미한다.

표 1에 나타낸 결과는 본원발명의 범위내의 Fe 및 Si 함유량을 갖는 합금 번호 6은 전나무 형상(fir tree image)이 없고 단일 상 금속간화합물을 갖는다.

Claims (14)

1. 철과 실리콘을 포함하는 용융 알루미늄 합금이 주조 스트립을 형성하기 위해 연속 스트립 주조기에서 주조되어 박형 호일의 제조에 사용하기 적합한 알루미늄 합금 스트립을 제조하는 방법에 있어서,

   0.4중량% 내지 0.8중량%의 철, 0.2중량% 내지 0.4중량%의 실리콘(0.05중량% 미만의 Cu, Mn, Mg, Zn, 또는 V, 0.03중량% 미만의 Ti를 추가로 포함할 수 있음), 및 잔부 알루미늄과 0.03중량% 미만의 불가피한 불순물을 포함하는 용융 알루미늄 합금을 제공하는 단계,

   상기 합금을 벨트 또는 블록 주조에 의해 주조 동안에 주조 스트립의 두께에 걸쳐서 20℃/sec 내지 200℃/sec의 평균 냉각 속도로 주조하여 4mm 내지 30mm의 주조 두께를 갖는 스트립을 형성하는 단계를 포함하고,

   상기 단계에 의해 100% 알파-AlFeSi 상으로 이루어지는 단일 금속간화합물 상을 함유하는 주조 스트립을 얻는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 알루미늄 합금은 Si:Fe 비율이 0.25 내지 1.0이 되도록 Si 및 Fe를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 알루미늄 합금은 0.42% 내지 0.48%의 Fe와 0.22% 내지 0.28%의 Si를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 주조 스트립은 1mm 내지 3mm의 두께로 열간압연되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   주조 스트립의 열간압연은 400℃ 내지 550℃의 입구 온도와 200℃ 내지 320℃의 출구 온도로 실시되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   열간압연은 균질화 또는 부가적인 가열 단계없이 실시되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 주조 스트립은 0.2mm 내지 0.4mm의 두께를 갖는 호일 스톡을 형성하기 위해 냉간압연되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
8. 제 4 항에 있어서,

   열간압연된 알루미늄 합금 스트립은 0.2mm 내지 0.4mm의 두께를 갖는 호일 스톡을 형성하기 위해 냉간압연되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
9. 제 7 항에 있어서,

   두번 이상의 냉각압연공정이 중간 어닐링 단계를 가지면서 실시되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    중간 어닐링 단계는 스트립을 30분 이상 12시간 이하로 350℃ 내지 450℃에서 가열하는 단계와 이어서 스트립을 30분 이상 12시간 이하로 200℃ 내지 330℃에서 냉각하고 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 스트립 제조 방법.
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