KR100737392B1 - 응고 균일도가 우수한 마그네슘 합금의 박판 주조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤의 표면조도를 최적화하여 우수한 응고 균일도를 나타내고 이에 따라 주편의 품질을 향상시킬 수 있도록 고안된 마그네슘 합금의 박판 주조기에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술구성은, 소정의 압연폭을 갖도록 상하로 배치된 주조롤(2)과, 이 주조롤(2)의 전방에 배치되어 마그네슘 합금의 용탕(4)을 주조롤(2) 사이로 주입하는 용탕주입용 노즐(3)로 구성되어 마그네슘 합금이 응고와 동시에 압연되도록 해주는 마그네슘 합금의 수평형 쌍롤식 박판 주조기에 있어서, 상기 상하로 배치된 주조롤(2)의 평균 표면조도가 6 ~ 40㎛이 되도록 가공한 것을 특징으로 한다.

마그네슘 합금, 박판 주조기, 표면조도, 응고 균일성

Description

응고 균일도가 우수한 마그네슘 합금의 박판 주조기{Apparatus for casting strip of magnesium alloy with excellent solidification uniformity}

도1은 일반적인 마그네슘 합금의 박판 주조기를 나타낸 도면.

도2는 종래의 마그네슘 합금의 박판 주조 과정의 문제점을 나타낸 도면.

도3은 본 발명에 따른 롤 표면조도와 응고 균일도와의 관계를 도시한 그래프.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1: 박판 주조기 2: 주조롤

3: 용탕주입용 노즐 4: 용탕

5: 메니스커스 6: 주편

7: 보호가스 분사노즐 8: 가스갭

9: 수지상 영역 10: 등축정 영역

본 발명은 응고균일도가 우수한 마그네슘 합금의 박판 주조기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 롤의 표면조도(주편의 표면조도)와 마그네슘 합금의 응고 균일도의 상관관계를 이용하여 롤의 표면조도를 최적화함으로써 우수한 응고 균일도를 나타낼 수 있도록 고안된 마그네슘 합금의 수평형 쌍롤식 박판 주조기에 관한 것이다.

마그네슘은 상용되고 있는 구조용 합금원소 가운데 밀도가 가장 낮은 금속으로 1.74g/cc의 밀도를 가진다. 이는 알루미늄의 2/3에 해당되고 철의 약 1/5정도에 해당된다. 이러한 마그네슘을 함유한 합금재료는 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠능, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 우수한 전자파 차폐 특성이 있다. 그리고, 최근에 컴퓨터, 카메라, 휴대전화 등의 부품으로 사용이 확대되고 있는데 그 이유는 경량성, 재활용성의 우수성 및 전자파 차폐 및 높은 비강도 때문으로 박판으로서의 성형이 가능하기 때문이다.

기존의 마그네슘 합금 부품은 대부분 다이 캐스팅으로 제작되어 왔지만, 최근 들어 박판의 개발에 많은 연구가 진행되면서 박판을 성형하여 부품을 제조하는 것이 점차 늘고 있다. 그러나 마그네슘은 소성변형에 필수적인 슬립시스템이 적은 조밀육방격자(HCP) 구조를 지니고 있어 압연성이나 성형성이 나빠 박판의 제조시 냉간압연이 일정량(~20%) 이상으로 이루어지기 어려운 단점이 있다. 그래서 박판의 제조시 대부분은 온간 또는 열간에서 압연을 행하고 표면 특성을 위해 최종적으로 냉간압연을 행하고 있다.

열간압연을 통해 마그네슘 합금의 용탕으로부터 박판을 직접 제조하는 마그네슘 합금의 박판 주조기는 도1에 도시된 바와 같이 강의 연속주조(Continuous Casting)와 마찬가지로 마그네슘 합금 용탕을 주조롤 사이로 분사시켜 압연하는 과정을 통해 응고와 동시에 박판으로 압연시킬 수 있도록 구성된다.

보다 상세하게 설명하면, 마그네슘 합금의 박판 제조기(1)는 소정 두께의 압연폭을 갖도록 설치된 한 쌍의 주조롤(2), 주조롤(2)의 전방에 설치되고 내부에 저장된 마그네슘 합금의 용탕(4)을 주조롤(2)을 향해 분사할 수 있도록 마련된 용탕주입용 노즐(3), 및 상기 주조롤(2)의 전방에 설치되어 주조롤(2)과 용탕주입용 노즐(3) 사이에 보호가스를 분사함으로써 마그네슘 합금의 용탕(4)이 응고시 산화되는 것을 방지해주는 보호가스 분사노즐(7)로 구성된다. 이러한 수평형 쌍롤식 박판 주조기를 이용한 종래의 마그네슘 합금의 주조법에 따르면, 용탕주입용 노즐(3)을 통해 한 쌍의 주조롤(2) 사이로 마그네슘 합금의 용탕(4)을 공급하고 응고 직전의 메니스커스(meniscus,5)를 주조롤(2)로 냉각시킨 다음 응고와 동시에 압연하여 박판의 주편(6)을 만든다.

대부분의 박판 주조용 마그네슘 합금은 박판 제조에 주재료로 사용되는 알루미늄 합금과 달리 고체-액체 공존역인 응고 범위가 약 60℃ 이상으로 매우 크기 때문에 작은 응고 범위를 가진 알루미늄 합금에 비해 균일 응고 조건을 부여하는 것이 어려우며, 따라서 쉽게 주편의 균열이 발생하는 등의 문제가 있다. 특히, 마그네슘 박판 주조시에는 마그네슘 합금의 용탕(4)이 주조롤(2)과 접촉되면서 응고각을 형성하는데, 이 때 롤의 표면조도가 적절하지 않으면 응고 균일도가 저하되어 주편(6)이 롤에 소착하는 현상이 발생되거나 주편(6)에 응고 균열이 발생되기도 하며, 이에 따라 주편 품질이 열악해지고, 때로는 주조가 매우 어려운 상황이 되기도 한다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 롤의 표면조도를 최적화하여 마그네슘 합금의 박판 주조시에 롤의 표면조도와 상관관계가 있는 응고 균일도를 높임으로써 최종 제품인 주편의 품질을 향상시킬 수 있도록 한 응고 균일도가 우수한 마그네슘 합금의 박판 주조기를 마련하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 응고 균일도가 우수한 마그네슘 합금의 박판 주조기는, 소정의 압연폭을 갖도록 상하로 배치된 주조롤과, 이 주조롤의 전방에 배치되어 마그네슘 합금의 용탕을 주조롤 사이로 주입하는 용탕주입용 노즐로 구성되어 마그네슘 합금이 응고와 동시에 압연되도록 해주는 마그네슘 합금의 수평형 쌍롤식 박판 주조기에 있어서, 상기 상하로 배치된 주조롤의 평균 표면조도가 6 ~ 40㎛이 되도록 가공된 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 박판 주조기를 상세히 설명한다.

도2의 (a)에 도시된 바와 같이, 주조롤(2)이 그 표면조도가 가공되지 않은 상태에서 박판 주조에 그대로 사용한 경우에는 초기 응고시에 마그네슘 합금의 용탕이 주조롤(2)과 접촉하면서 가스갭(8) 등으로 인해 매우 불규칙하게 응고가 개시된다. 폭방향으로 발생하는 불균일 응고에 의해 응고각의 두께 차가 매우 심하게 되고, 이러한 응고각이 응고 수축 및 냉각 수축을 받으면 인장응력을 받게 되어 응고각 두께가 얇은 곳에서부터 균열이 발생되기도 한다.

도2의 (b)는 상기한 불균일한 응고각을 가진 주편이 응고된 후 가지는 조직 을 개략적으로 나타낸다. 이를 보면 롤 표면과 접촉된 부분에는 불균일 응고에 의해 주상정 영역(9)이 형성되고, 주편의 중심에는 균일 냉각에 의한 등축정 영역(10)이 형성되었다는 것을 알 수 있다. 이는 초기 응고시의 응고 불균일도가 주조 완료 후에의 주편 조직에 그대로 반영된 결과이다. 이 때, 주편의 총 두께(t)와 등축정 영역(10)의 두께(t´)의 비의 평균치에서 실제치를 뺀 절대값이 응고 균일도 지수로 정의되고, 그 값이 작을수록 균일성이 증가한다.

한편, 도4는 주조롤의 표면조도 변화에 따른 주편의 응고 균일도 및 표면조도의 변화를 나타낸 그래프이다. 그래프에서 확인할 수 있는 바와 같이, 주편의 표면조도(A)는 주조롤의 표면조도가 커질수록 증가하는 반면, 주편의 응고 균일도(B)는 주조롤의 표면조도가 커질수록 작아진다. 응고 균일도가 작아진다는 것은 응고 균일성이 증가한다는 것을 의미한다.

상기한 바와 같이, 응고가 균일하게 이루어지면 폭방향의 응고각 두께 차이가 일정하게 되고, 주편의 두께방향에 평형한 방향의 인장응력을 받는 경우에도 주편에 균열이 발생되지 않고 양호한 품질의 주편이 된다. 따라서, 응고 균일도 측면에서 보면 주조롤의 표면조도가 높을수록 더 우수한 품질의 주편을 얻을 수 있다. 반면, 주조롤의 표면 상태는 주편의 표면에 그대로 전사되어 나타나므로 주조롤의 표면조도가 증가할수록 주편의 표면조도가 커지게 되고, 주편의 표면조도가 너무 크면 주편의 표면광택도 등에 나쁜 영향을 끼친다.

따라서, 주조롤의 표면조도에 따라 주편의 응고 균일성과 표면조도는 서로 상반된 결과를 나타낸다. 이러한 점을 고려해 볼 때, 도4에서 보는 바와 같이 주조롤의 평균 표면조도를 0.1 ~ 40㎛가 되도록 가공하면 주편의 응고 균일도 및 표면조도 모두 양호한 값을 나타내어 주편의 최종 품질이 향상된다. 주조롤의 평균 표면조도가 0.1㎛ 미만인 경우에는 응고 균일도가 높아(다시말해 응고 균일성이 낮아), 도2에서 보는바와 같이 주편의 최종조직이 등축정 영역과 수지상 영역으로 구분된다. 이러한 불균일한 조직은 주편에 균열을 발생시켜 강도를 저하시키고 차폐능을 저하시키는 등 최종 품질에 악영향을 미친다. 공업적으로 더욱 우수한 품질의 조직을 기진 박판 주편을 생산하기 위해서는 주조롤이 평균 표면조도를 6㎛ 이상으로 제어하는 것이 바람직하다. 반면, 주조롤의 평균 표면조도가 40㎛를 초과하는 경우에는 주편의 표면조도가 높아 표면광택도 등 최종 제품의 미려감을 저하시킨다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 박판 주조기에 의하면, 주조롤의 표면조도를 최적화된 범위 내로 가공하여 용탕의 응고가 이루어지도록 하므로 주편 균열과 같은 결함을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 미려한 표면 품질을 가진 주편을 제조할 수 있고 주조성도 향상된다.

Claims (1)

1. 소정의 압연폭을 갖도록 상하로 배치된 주조롤(2)과, 이 주조롤(2)의 전방에 배치되어 마그네슘 합금의 용탕(4)을 주조롤(2) 사이로 주입하는 용탕주입용 노즐(3)로 구성되어 마그네슘 합금이 응고와 동시에 압연되도록 해주는 마그네슘 합금의 수평형 쌍롤식 박판 주조기에 있어서,

   상기 상하로 배치된 주조롤(2)의 평균 표면조도가 6 ~ 40㎛이 되도록 가공한 것을 특징으로 하는 응고 균일도가 우수한 마그네슘 합금의 박판 주조기.

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