KR101050028B1

KR101050028B1 - 알루미늄 합금 주조판의 제조 방법

Info

Publication number: KR101050028B1
Application number: KR1020087021830A
Authority: KR
Inventors: 마코토 모리시타
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2006-03-08
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2011-07-19
Also published as: US8025093B2; US20090173470A1; KR20080096691A; AU2007224070A1; JP2007237237A; RU2392089C1; CN101405098A; RU2008139893A; EP2011587B1; EP2011587A4; CN101405098B; CA2637276A1; CA2637276C; JP4203508B2; MY141208A; WO2007102290A1; AU2007224070B2; EP2011587A1

Abstract

고액 공존 온도 영역이 넓은 Al-Mg계 알루미늄 합금의 쌍 롤식 연속 주조 방법에 있어서도, 판 두께 중심부의 결함을 억제할 수 있는 알루미늄 합금 주조판의 제조 방법을 제공한다. 쌍 롤식 연속 주조 방법에 의해, Mg를 특정량 함유하는 주조판 두께가 두꺼운 Al-Mg계 알루미늄 합금 주조판(4)을 제조하는 방법에 있어서, 쌍 롤(1, 2)의 롤 직경을 D(m), 쌍 롤(1, 2)의 주속을 v(m/s), 용탕(3)이 롤(1, 2)에 접촉을 개시한 점(5, 5)로부터 키스점(6, 6)까지의 롤의 원주 길이인 응고 거리를 s(m), 키스점(6, 6)에서의 롤 갭으로서 주조판(4)의 판 두께를 d(m)로 했을 때, 이들이 특정 관계를 만족하면서 연속 주조를 행하는 것이다.

Description

알루미늄 합금 주조판의 제조 방법{PROCESS FOR MANUFACTURING CAST ALUMINUM ALLOY PLATE}

본 발명은, 고액(固液) 공존 온도 영역이 넓은 Al-Mg계 알루미늄 합금판에 있어서도, 또한, 쌍 롤의 롤 직경이 비교적 크고 쌍 롤의 주속이 비교적 빠른 쌍 롤식 연속 주조 방법에 있어서도, 판 두께 중심부의 결함을 억제할 수 있는 알루미늄 합금 주조판의 제조 방법을 제공하는 것이다.

주지된 바와 같이, 종래부터, 자동차, 선박, 항공기 또는 차량 등의 수송기, 기계, 전기 제품, 건축, 구조물, 광학기기, 기물의 부재나 부품용으로, 각종 알루미늄 합금판(이하, 알루미늄을 Al이라고도 함)이 합금마다의 각 특성에 따라 범용되고 있다.

이들 알루미늄 합금판은, 많은 경우, 프레스 성형 등으로 성형되고, 상기 각 용도의 부재나 부품으로 된다. 이 점, 고성형성의 점에서는, 상기 Al 합금 중에서도, 강도·연성 밸런스가 우수한 Al-Mg계 Al 합금이 유리하다.

이 때문에, 종래부터, Al-Mg계 Al 합금판에 관하여, 성분계의 검토나 제조 조건의 최적화 검토가 행해지고 있다. 이 Al-Mg계 Al 합금으로는, 예컨대, JIS A5052, 5182 등이 대표적인 합금 성분계이다. 그러나, 이 Al-Mg계 Al 합금이라도 냉연 강판과 비교하면 연성 및 성형성이 뒤떨어져 있다.

이에 비하여, Al-Mg계 Al 합금은 Mg 함유량을 증가시켜 3%를 초과하는 고Mg화시키면, 강도 연성 밸런스가 향상된다. 그러나, 이러한 고Mg의 Al-Mg계 합금은 DC 주조 등으로 주조한 주괴를 균열(均熱) 처리 후에 열간 압연하는 보통의 제조 방법에서는 공업적으로 제조하는 것은 곤란하다. 그 이유는, 큰 변형이 발생하는 DC 주조에서, 고액 공존 영역이 넓은 것, 및 두꺼운 산화막에 기인하는 깊은 탕추(湯皺)가 발생함으로써, 균열이 발생하기 쉽게 되기 때문이다. 또한, 보통의 열간 압연에 있어서도, Al-Mg계 합금의 연성이 현저히 저하되기 때문에, 균열이 발생하기 쉬워지기 때문이다.

한편, 고Mg의 Al-Mg계 합금을, 상기 균열이 발생하는 온도 영역을 피하여, 저온에서의 열간 압연을 행하는 것도 곤란하다. 이러한 저온 압연에서는, 고Mg의 Al-Mg계 합금 재료의 변형 저항이 현저히 높아져, 현 상황의 압연기 능력으로는 제조할 수 있는 제품 크기가 극단적으로 한정되기 때문이다.

또한, 고Mg의 Al-Mg계 합금의 Mg 함유 허용량을 증가시키기 위해, Fe나 Si 등의 제 3 원소를 첨가하는 방법 등도 제안되어 있다. 그러나, 이들 제 3 원소의 함유량이 증가하면, 조대(粗大)한 금속간 화합물을 쉽게 형성하여, 알루미늄 합금판의 연성을 저하시킨다. 이 때문에, Mg 함유 허용량의 증가에는 한계가 있어, Mg가 8%를 초과하는 양을 함유시키는 것은 곤란했다.

이 때문에, 종래부터, 고Mg의 Al-Mg계 합금판을, 쌍 롤식 등의 연속 주조법 으로 제조하는 것이 여러 가지 제안되어 있다. 쌍 롤식 연속 주조법은 회전하는 한 쌍의 수냉 주형(鑄型)(쌍 롤) 사이에, 내화물제의 급탕 노즐로부터 알루미늄 합금 용탕을 주탕(注湯)하여 응고시키고, 또한, 이 쌍 롤 사이에서, 상기 응고 직후에 급냉하여, 알루미늄 합금 박판으로 하는 방법이다. 이 쌍 롤식 연속 주조법은 헌터법이나 3C법 등이 알려져 있다.

쌍 롤식 연속 주조법의 냉각 속도는 종래의 DC 주조법이나 벨트식 연속 주조법에 비하여 1 내지 3자리수 크다. 이 때문에, 얻어지는 알루미늄 합금판은 매우 미세한 조직으로 되어, 프레스 성형성 등의 가공성이 우수하다. 또한, 주조에 의해, 알루미늄 합금판의 판 두께도 비교적 얇은 1 내지 13㎜의 것이 얻어진다. 이 때문에, 종래의 DC 주괴(두께 200 내지 600㎜)와 같이, 열간조 압연, 열간 마무리 압연 등의 공정을 생략할 수 있다. 또한, 주괴의 균질화 처리도 생략할 수 있는 경우가 있다.

이러한 쌍 롤식 연속 주조법을 이용하여 제조한 고Mg의 Al-Mg계 합금판의 성형성 향상을 의도하여 조직을 규정한 예는, 종래에 있어서도 여러 가지 제안되어 있다. 예컨대, 6 내지 10%의 고Mg인 Al-Mg계 합금판의 Al-Mg계의 금속간 화합물의 평균 크기를 10㎛ 이하로 한, 기계적 성질이 우수한 자동차용 알루미늄 합금판이 제안되어 있다(특허 문헌 1 참조). 또한, 10㎛ 이상의 Al-Mg계 금속간 화합물의 개수를 300개/㎟ 이하로 하고, 평균 결정 입경이 10 내지 70㎛로 한 자동차 바디 시트용 알루미늄 합금판 등도 제안되어 있다(특허 문헌 2 참조).

또한, 6000계 알루미늄 합금에 있어서도, Speed Caster라고 불리는 롤 주조 장치에 의해, AA6016 알루미늄 합금 주조판(1800W×1 내지 2.5㎜ 두께)의 주조가 행하여진 것이 보고되어 있다(비특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본 공개 특허 공보 평7-252571호(특허 청구의 범위, 1 내지 2 페이지)

특허 문헌 2 : 일본 공개 특허 공보 평8-165538호(특허 청구의 범위, 1 내지 2페이지)

비특허 문헌 1 : Continuous Casting, Proceedings of the International Conference on Continuous Casting of Non-Ferrous Metals, DGM2005, p87.

발명이 해결하고자 하는 과제

한편, 고Mg의 Al-Mg계 합금 주조판을 쌍 롤식 연속 주조법을 이용하여 제조하는 경우, 특히, 효율화, 양산화를 위해, 쌍 롤의 주속을 빠르게 하면, 공극 등의 주조 결함이 생기기 쉽다. 이것은 고Mg의 Al-Mg계 합금의 응고 온도 범위가 Mg 함유량이 3% 미만으로 낮은 Al-Mg계 합금과 비교하여, 넓게 되기 때문이다. 이 때문에, 주탕 시나 응고 중에 발생한 가스나 분위기를 말려들게 한 가스가 주편 내로부터 외부로 방출되기 어려워지고 주편 조직 내에 체류하기 쉽게 되어, 공극으로 되기 쉽다.

고Mg의 Al-Mg계 합금판에 있어서, 이와 같이 조직 내의 상기 공극이 많아지면, 신장도를 저하시켜, Al-Mg계 합금판의 특징인 강도 연성 밸런스나, 그것에 기인하는 성형성을 저하시킨다.

이에 대해서는, 쌍 롤에 있어서의 냉각 속도를 크게 하거나, 또는 Ti 등의 미세화제를 첨가하는 등의 수단이 효과적이다. 그러나, 이들 수단도, 공극 등의 주조 결함을 제조된 판의 신장 등의 성형 특성에 영향이 없는 범위까지 억제하는 것에는 한계가 있다.

따라서, 지금까지, 고Mg의 Al-Mg계 합금 주조판을 쌍 롤식 연속 주조법을 이용하여 제조하는 경우에는, 공극 등의 주조 결함을 어느 정도 허용할 수밖에 없었던 것이 실정이다.

본 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은 고액 공존 온도 영역이 넓은 Al-Mg계 알루미늄 합금의 쌍 롤식 연속 주조 방법에 있어서도, 판 두께 중심부의 결함을 억제할 수 있는 알루미늄 합금 주조판의 제조 방법을 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

이 목적을 달성하기 위해, 내부 결함을 억제한 본 발명의 알루미늄 합금 주조판의 제조 방법의 요지는, 쌍 롤식 연속 주조 방법에 의해, Mg를 3질량% 이상, 14질량% 이하 포함하는 Al-Mg계 알루미늄 합금 주조판을 제조하는 방법에 있어서, 쌍 롤의 롤 직경을 D(m), 쌍 롤의 주속을 v(m/s), 용탕이 롤에 접촉을 시작한 점부터 키스점(kiss point)까지의 롤의 원주 길이인 응고 거리를 s(m), 주조판의 판 두께를 d(m)로 했을 때에, v/D<0.3 및 √(s/v)/(d/2)>250의 2개의 식을 만족하면서 연속 주조를 실시하는 것이다.

발명의 효과

본 발명에서는, 상기 요지대로, 쌍 롤 직경과 쌍 롤 주속의 관계 및 쌍 롤 주속과, 상기 응고 거리, 상기 롤 갭(롤의 키스점(6, 6) 사이의 간격) 대신으로서의 주조판의 판 두께 등과의 관계를 제어함으로써, 응고된 주조판(판상 주괴)의 판 두께 중심부의 결함을 억제한다.

따라서, 효율화, 양산화를 위해, 쌍 롤의 주속을 빠르게 한 경우에도, 또한, 고액 공존 온도 영역이 넓은 Al-Mg계 알루미늄 합금판에 있어서도, 응고한 주조판의 판 두께 중심부의 결함을 억제할 수 있다.

그 결과, 3% 이상의 고Mg의 Al-Mg계 합금 주조판에 있어서도, 재질 특성으로서의 연신율(elongation)이나 강도 연성 밸런스를 향상시킬 수 있어, 스트레치 성형, 드로잉 성형, 굽힘 가공, 펀칭, 구멍 확장, 블랭킹 또는 이들 성형 가공의 조합 등의 성형성을 향상시킬 수 있다.

한편, 고액 공존 온도 영역이 넓은 Al-Mg계 알루미늄 합금 주조판을, 쌍 롤식 연속 주조법을 이용하여 제조하는 경우에는, 상기한 바와 같이, 응고 온도 범위가 넓고, 특히, 응고한 주조판의 판 두께 중심부에, 공극 등의 주조 결함이 생기기 쉽다. 이 때문에, 쌍 롤에 있어서의 냉각 속도를 크게 하거나, 또는 Ti 등의 미세화제를 첨가하는 등의 수단만으로는, 이들 수단을 조합시켜도, 공극 등의 주조 결함을 제조된 주조판의 연신 등의 성형 특성에 영향이 없는 범위까지 억제하는 데에는 큰 한계가 있다.

도 1은 쌍 롤식 연속 주조 방법의 일 실시예를 나타내는 설명도이다.

부호의 설명

1, 2 : 쌍 롤 3 : 용탕

4 : 주조판 5 : 용탕(3)이 롤에 접촉을 시작한 점

6 : 키스점

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에, 본 발명에 있어서의 Al-Mg계 알루미늄 합금 주조판의 제조 방법에 관하여, 각 요건마다 구체적으로 설명한다.

(쌍 롤식 연속 주조법)

도 1에 쌍 롤식 연속 주조법을 모식적으로 나타낸다. 쌍 롤식 연속 주조는 회전하는 한 쌍의 수냉 동전형 등의 쌍 롤(1, 2) 사이에, 도시하지 않은 내화물제의 급탕 노즐로부터, 상기 또는 하기하는 성분 조성의 Al 합금 용탕(3)을 주탕하여 응고시키고, 또한 이 쌍 롤(1, 2) 사이에서 급냉하여, Al 합금 주조판(4)으로 한다.

여기서, 효율화, 양산화를 위해서는, 쌍 롤로서 대직경 롤(1, 2)을 이용하는 것이 바람직하지만, 쌍 롤(1, 2)의 롤 직경 D를 크게 할수록, 롤 주속 v 내지 주조속도가 빠르게 된다. 효율화, 양산화를 위해서는, 쌍 롤(1, 2)의 롤 직경 D는 0.1φm 이상이 바람직하다.

(롤 주속 v)

본 발명에서는, 전제로서, 쌍 롤(1, 2)의 주속 v를 느리게(작게) 하는 것이 바람직하다. 롤 주속 v를 크게 하면, 공극 등의 주조 결함의 원인으로 되는 용탕의 와류(渦流)가 발생하기 쉽다. 이 때문에, 쌍 롤(1, 2)의 주속 v는 0.3m/s 미만인 것이 바람직하다.

(v/D<0.3)

한편, 이 공극 등의 주조 결함의 원인으로 되는 용탕의 와류는 보통의 유체에서의 난류 발생 확률이 속도와 유로 폭에 비례하는(속도×유로 폭) 것과 같고, 주속 v와 키스점(6, 6)보다 바로 앞(상류측)의 롤(1, 2)의 간극 간격(롤의 상류측 간극 간격)에 비례하여 쉽게 발생된다.

따라서, 이 용탕의 와류를 피하기 위해서는, 주속 v×롤 상류 간극 간격을 작게 해야 한다. 여기서, 롤 상류 간극 간격은 롤 직경 D가 커지면, 이것에 반비례하여 좁아진다. 이 때문에, 롤의 직경 D를 크게 함으로써, 롤 상류 간극 간격을 작게 할 수 있다.

이로부터, 본 발명에서는, 용탕의 와류를 피하여, 주속 v×롤 상류 간극 간격을 작게 하기 위해, 주속 v×1/롤 직경 D, 즉, v/D를 작게 하고, v/D를 0.3 미만으로 한다. 본 발명자들의 시험에 따른 지견에 따르면, 쌍 롤의 롤 직경 D를 0.1φm 이상, 상기 쌍 롤의 주속 v를 0.02m/s 이상을 전제로 한 경우, v/D가 0.3 이상이 되면, 쌍 롤 사이의 반응 고용탕이 소용돌이에 휘말리는 와류가 생겨, 극단적으로 냉각 속도가 느린 용탕 영역에서, 주상 결정은 얻어지지 않고, 입상 결정 등이 생 성하여 결함이 발생한다.

(√(s/v)/(d/2)>250)

주조 시의 응고층의 두께는 주형과의 접촉 시간의 평방근에 비례하는 것은 잘 알려져 있다. 여기서, 쌍 롤 주조의 경우, 주형과의 접촉 시간은 도 1에서의 용탕(3)이 롤(1, 2)에 접촉을 시작한 점(5, 5)로부터, 키스점(6, 6)까지의 롤의 원주 길이인 응고 거리 s와 롤 주속 v에 의해, s/v로 표현된다.

이 접촉 시간의 평방근 √s/v가 짧은 경우, 응고층이 발달하기 어렵고, 키스점(6, 6)에서의 불완전 응고층이 잔존하기 쉽게 되어, 결함이 발생한다. 이 불완전 응고층의 잔존에 기인하는 결함을 억제하기 위해, 키스점(6, 6)에서의 불완전 응고층이 잔존하지 않도록, √s/v와 키스점(6, 6)에서의 롤 갭(주조판 두께) d와의 관계를 본 발명에서는 규정한다.

본 발명자들의 주조 시험에 의한 지견에 따르면, 키스점(6, 6)에서의 롤 갭(주조판 두께)을 d(m)로 했을 때에, √(s/v)/(d/2)가 250 미만일 때에, 키스점(6, 6)에서의 응고층이 얇아져, 판 두께 중앙부에 불완전 응고층이 남는 것이 분명해졌다. 이 경향은 쌍 롤의 주속 v를 0.02 m/s 이상으로 한 경우에 강하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 결함 방지를 위해, √(s/v)/(d/2)의 값을 250 이상, 즉, √(s/v)/(d/2)>250으로 해야한다.

(주조판 두께)

이상과 같이, 본 발명에서는 키스점(6, 6)에서는 판 두께 중앙부에 불완전 응고층을 남기지 않고, 키스점(6, 6)까지에, 판 두께 중앙부에 이를 때까지 용탕을 완전 응고시킨다. 이 때문에, 상기 키스점(6, 6)에서의 롤 갭은 주조판의 판 두께와 같아진다. 따라서, 본 발명에서는 키스점(6, 6)에서의 롤 갭 d(m)를, 주조 후에 측정하기 쉬운 주조판의 판 두께 d(m)로 변경하여, 상기 √(s/v)/(d/2)>250의 식을 규정한다. 또한, 본 발명에서는, 주조되는 주조판의 판 두께는 자유롭게 선택된다.

(그 밖의 쌍 롤 주조 조건)

이하에, 본 발명에 있어서의, 그 밖의 바람직한 쌍 롤 주조의 조건에 관하여 설명한다.

(쌍 롤 주조 방식)

쌍 롤 주조 방식은 횡형(쌍 롤이 수직으로 나란히 섬)이어도, 종형(쌍 롤이 수평으로 나란히 섬)이어도 좋다. 단, 도 1에 나타내는 종형(쌍 롤이 수평으로 나란히 섬)에서는, 응고 거리를 크게 취할 수 있어, 접촉 시간이 길어지기 때문에, 주조 속도의 증가가 가능해져, 생산성이 향상하는 등의 특징이 있다. 따라서, 이들 특징을 고려하여, 횡형과 종형의 쌍 롤 주조를 구별하여 사용한다.

(냉각 속도)

쌍 롤식 연속 주조는 다른 벨트 캐스터식, 푸로페르치식, 블록 캐스터식 등에 비해, 주조 시의 냉각 속도를 크게 할 수 있다는 이점이 있다. 단, 쌍 롤에 의한 주조에서도, 냉각 속도는 50℃/s 이상의 될 수 있는 한 큰 속도가 바람직하다. 냉각 속도가 50℃/s 미만이면, 주조판의 평균 결정 입자가 50㎛을 넘어 조대화함 과 아울러, Al-Mg계 등의 금속간 화합물 전반이 조대화하든지, 다량 정출(晶出)할 가능성이 높아진다. 그 결과, 이 때문에, 강도 연신 밸런스가 저하되고, 프레스 성형성이 현저히 저하될 가능성이 높아진다. 또한, 판의 균질성도 저하된다.

또한, 이 냉각 속도는 직접 계측하기는 어려우므로, 주조된 판(주괴)의 덴드라이트 암 스페이싱(덴드라이트 2차 가지 간격: DAS)으로부터 공지된 방법(예컨대, 경금속 학회, 1988년 8월 20일 발행, 「알루미늄 덴드라이트 암 스페이싱과 냉각 속도의 측정 방법」 등에 기재)에 의해 구한다. 즉, 주조된 판의 주조 조직에서, 서로 인접하는 덴드라이트 2차 암(2차 가지)의 평균 간격 d를 교선법을 이용하여 계측하고(시야수 3 이상, 교점 수는 10 이상), 이 d를 이용하여 다음 식, d=62×C^-0.337(단, d: 덴드라이트 2차 암 간격 ㎜, C: 냉각 속도 ℃/s)로부터 구한다.

(롤 윤활)

롤 윤활제를 이용한 경우, 이론 계산상으로는 냉각 속도가 커도, 실질적인, 또는 실제에서의 냉각 속도가 실질적으로 50℃/s 미만으로 되기 쉽다. 이 때문에, 쌍 롤로는, 윤활제에 의해 표면이 윤활되지 않은 롤을 이용하는 것이 바람직하다. 종래에는, 용탕이 롤 표면에 접촉 및 급냉되어, 쌍 롤 표면에 조형되는 응고 껍질의 균열을 방지하기 위해, 산화물 분말(알루미나 가루, 산화아연 가루 등), SiC 분말, 흑연 분말, 기름, 용융 유리 등의 윤활제(이형제)를, 쌍 롤 표면에 도포 또는 유하(流下)시켜 이용하는 것이 일반적이었다. 그러나, 이들 윤활제를 이용한 경우, 냉각 속도가 작아져, 필요한 냉각 속도가 얻어지지 않는다.

또한, 이들 윤활제를 이용한 경우, 쌍 롤 표면에서, 윤활제의 농도나 두께의 불균일에 의해, 냉각의 불균일이 생기기 쉽고, 판의 부위에 따라서는 응고 속도가 불충분해 지기 쉽다. 이 때문에, Mg 함유량이 높아질수록, 매크로 편석이나 마이크로 편석이 커져, Al-Mg계 합금판의 강도 연성 밸런스를 균일하게 하기 어려워질 가능성이 높아진다.

(주탕 온도)

Al합금 용탕을 쌍 롤에 주탕할 때의 주탕 온도는 액상선 온도를 초과하는 온도이면, 설비적으로 가능한 온도로 좋고, 특별히 제약은 없다.

(제조 방법)

쌍 롤 연속 주조 후의 본 발명 Al-Mg계 Al 합금 주조판은, 그대로 상기한 각 용도의 부재나 부품용으로서, 성형, 가공되어 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라, 균질화 열처리, 소둔 등의 조질 처리를 실시한 주조판으로도 사용 가능하고, 본 발명 범위에 포함된다. 또는, 본 발명 Al-Mg계 Al 합금 주조판을 이용하고, 또한, 균질화 열처리, 냉간 압연, 어닐링 등의 조합에 의해, 압연판으로서 제조하여, 상기한 각 용도의 부재나 부품용으로 하여도 좋다.

(화학 성분 조성)

다음으로 본 발명 Al-Mg계 Al 합금의 화학 성분 조성에 대하여 이하에 설명한다. 본 발명 Al 합금 주조판(또는 쌍 롤에 공급되는 용탕)의 조성은 주조판에 요구되는 강도, 연성, 그리고 강도 연성 밸런스 등의 특성으로부터, Mg를 3질량% 이상, 14질량% 이하 포함하고, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것으로 한다.

단, 본 발명에서는, 상기 조성에 있어서, Al 합금 주조판이 스크랩 등의 용해 원료로부터 혼입되기 쉬운 원소(상기 불가피적 불순물에 포함함)를 포함한다. 이들 원소로서, 질량%로, Fe: 1.0% 이하, Si: 0.5% 이하, Mn: 1.0% 이하, Cr: 0.5% 이하, Zr: 0.3% 이하, V: 0.3% 이하, Ti: 0.5% 이하, B: 0.05% 이하, Cu: 0.5% 이하, Zn: 0.5% 이하를, 이들 원소 각각의 상한값까지 포함하는 것은 허용한다. 이들 원소가 각각의 상한값(허용량)을 초과한 경우, 이들 원소에 의한 화합물이 너무 커져, Al 합금 주조판의 파괴 인성이나 성형성 등의 특성을 크게 저해한다.

상기 조성에서, Mg는 Al-Mg계 Al 합금 주조판의 강도, 연성, 그리고 강도 연성 밸런스를 높이는 중요 합금 원소이다. Mg의 함유량이 3% 이하이면, 강도, 연성이 부족하다. 한편, Mg를 14%를 초과하여 함유하면, 연속 주조 시의 냉각 속도를 높이더라도, Al-Mg계 화합물의 결정 석출이 많아진다. 그 결과, 역시 성형성이 현저히 저하된다. 또한, 가공 경화량이 커지고, 성형성도 저하된다. 따라서, Mg 함유량은 3질량% 이상, 14질량% 이하로 하지만, 또한, 고Mg의 Al-Mg계 Al 합금 특유의 높은 강도 연성 밸런스를 내기 위해서는, 바람직하게는, 8% 초과 14% 이하의 범위로 한다.

또한, 이 Mg 함유량은 본 발명이 대상으로 삼는 고액 공존 온도 영역(응고 온도 범위)이 넓고, 그 액상선 온도로부터 고상률 0.8까지의 온도 범위가 25℃ 이상인 Al-Mg 합금을 한정하는 의미도 갖는다. 본 발명이 대상으로 삼는 Al-Mg 합금은, 상기한 바와 같이, 대직경 롤을 이용하거나, 쌍 롤의 주속을 빨리 한 경우에, 특히, 공극 등의 주조 결함이 생기기 쉽다. 한편, Mg가 3질량% 미만인 Al-Mg 합금 에서는, 고액 공존 온도 영역이 좁고, 그 액상선 온도로부터 고상률 0.8까지의 온도 범위가 25℃ 미만이며, 원래 공극 등의 주조 결함이 생기기 어렵다.

이하에 본 발명의 실시예를 설명한다. 표 1에 나타내는 여러 가지 화학 성분 조성의 Al-Mg계 Al 합금 주조판(발명예 A 내지 D, 비교예 E)을, 쌍 롤에 의한 연속 주조법에 의해 제조했다. 이들 Al 합금 주조판의 화학 성분 조성에 대하여, 표 1에 나타내는 이외의 원소는 각각 질량%로, Zr: 0.3% 이하, V: 0.3% 이하, B: 0.05% 이하였다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 쌍 롤에 의한 연속 주조의 형식(종형, 횡형)과, 연속 주조 조건을 다양하게 변화시켜 각 판 두께의 주조판으로 주조하고, 실온으로 냉각했다. 제조한 주조판의 크기는 300㎜폭×5m길이이다. 또한, 냉각 속도가 너무 작은 비교예를 포함한 모든 예는, 냉각 속도를 확보하기 위해 쌍 롤 표면의 윤활 없이(무윤활로) 연속 주조하였다.

이와 같이 제조된 각 예의 Al 합금 주조판으로부터 시험편을 채취하고, 판 조직에 대하여, 공극의 평균 면적율을 각각 측정했다. 이들 결과도 표 2에 나타낸다.

(공극)

공극의 평균 면적율은 판의 연신 등의 성형 특성에 영향이 없는 범위로서, 0.5% 이하는 합격으로서 평가했다. 공극의 평균 면적율의 측정 방법은 Al 합금 주 조판으로부터 채취한 시료(시험편)를 기계 연마하고, 판 중앙부의 단면 조직을 50배의 광학 현미경을 이용하여 관찰하여 실시한다. 그리고, 현미경 시야 내를 화상 처리하여, 공극 결함과 보통의 조직을 식별한 후에, 시야 내의 식별할 수 있는 공극의 합계 면적을 구하고, 시야 면적에 차지하는 공극의 합계 면적의 비율(%)을 공극률로 하여 구한다. 여기서, 상기 공극의 평균 면적율이란, 판의 선단부와 후단부를 제외하는 판 중앙부의 임의의 10개소에서 측정한 각 공극의 면적율을 평균화한 것을 말한다.

표 2와 같이, 표 1의 A 내지 D의 본 발명 범위 내의 조성을 갖는 발명예 1 내지 8은 Mg를 3질량% 이상, 14질량% 이하 포함하고, 주조판 두께가 3㎜ 이상이다. 또한, 쌍 롤의 롤 직경 D를 0.1φm 이상, 또는 쌍 롤의 주속 v를 0.02m/s 이상으로 할 때에, v/D<0.3 및 √(s/v)/(d/2)>250의 2개의 식을 만족시키면서, 쌍 롤에 의해 연속 주조를 실시하고 있다. 이 때문에, 공극의 평균 면적율이 작고, 내부 결함이 억제된다.

또한, 발명예 1 내지 8은, 표 2와 같이, 쌍 롤 연속 주조 시에, 주조판 중심부가 응고하기까지의 평균 냉각 속도를 50℃/s 이상으로 하고 있다.

이에 비하여, 비교예 9 내지 17은 표 1의 A, C의 본 발명 범위 내의 조성을 갖지만, v/D<0.3, √(s/v)/(d/2)>250의 2개의 식의 어느 하나 또는 양쪽을 만족하지 않는다. 이 때문에, 공극의 평균 면적율이 크고, 내부 결함이 억제되지 않는다.

또한, 참고로서 나타내는 비교예 18 내지 20의 표 1의 합금 E의 Mg 함유량은 3% 미만이며, 액상선 온도로부터 고상률 O.8까지의 온도 범위가 25℃ 미만이다. 따라서, 합금 E 내지 비교예 18 내지 20은 본 발명이 대상으로 하는, 액상선 온도로부터 고상률 0.8까지의 온도 범위가 25℃ 이상인 Al-Mg 합금으로부터는 벗어난다. 이 때문에, v/D<0.3, √(s/v)/(d/2)>250의 2개의 식을 만족하는 비교예 18, 2개의 식 중 어느 하나를 만족하지 않는 비교예 19, 20에 관계없이, 공극 등의 주조 결함이 생기기 어려운 것을 알 수 있다.

따라서, 이로부터, 본 발명의 각 요건 또는 바람직한 조건의, 공극률 억제를 위한 임계적인 의의가 뒷받침된다.

구분	약호	Al합금 주조판 조성 (질량%, 잔부 Al)								액상선 온도 로부터 고상률 0.8까지의 온도 범위	액상선 온도 (℃)	비고
구분	약호	Mg	Fe	Si	Ti	Mn	Cr	Cu	Zn	액상선 온도 로부터 고상률 0.8까지의 온도 범위	액상선 온도 (℃)	비고
발 명 예	A	10.0	0.015	0.015	-	-	-	-	-	63.7℃	608.7	10%Mg
발 명 예	B	8.0	0.015	0.015	-	-	-	-	-	50.4℃	619.4	8%Mg
비교예	E	2.45	-	-	0.03	0.20	0.20	-	-	21.1℃	654.1	5052상당

* 함유량 기재에 있어서, -의 기재는 검출 한계 이하인 것을 나타낸다.

구분	약호	합금표1	쌍 롤 연속 주조 조건								주조판
			형식	주조온도 (℃)	롤 직경 D (φm)	롤 주속 v (m/s)	주괴 중심부 냉각 속도 (℃/s)	응고거리 s (m)	파라미터		공극 면적률 (%)	판 두께(응고층의 두께 d) (m)
			형식	주조온도 (℃)	롤 직경 D (φm)	롤 주속 v (m/s)	주괴 중심부 냉각 속도 (℃/s)	응고거리 s (m)	v/D	√(s/v)/(d/2)	공극 면적률 (%)	판 두께(응고층의 두께 d) (m)
발명예	1	A	종형	630	0.3	0.083	100	0.06	0.28	288	0.0	0.0059
	2	A	종형	630	0.3	0.083	50	0.06	0.28	288	0.0	0.0059
	3	B	종형	640	0.3	0.083	100	0.06	0.28	274	0.0	0.0062
비교예	9	A	종형	630	0.3	0.083	100	0.06	0.28	240	4.2	0.0071
	10	A	종형	630	0.3	0.167	100	0.06	0.56	245	4.6	0.0049
	11	C	종형	660	0.3	0.083	100	0.06	0.28	243	2.8	0.0070
	12	C	종형	660	0.3	0.167	100	0.06	0.56	255	2.6	0.0047
	13	C	종형	660	0.6	0.167	100	0.06	0.28	240	3.8	0.0050
	14	C	종형	660	0.6	0.25	100	0.06	0.42	265	1.2	0.0037
	15	C	종형	660	1.0	0.25	100	0.06	0.25	245	1.5	0.0040
	16	C	종형	660	1.0	0.367	100	0.06	0.37	253	0.7	0.0032
	17	C	종형	660	1.0	0.02	100	0.03	0.02	233	3.9	0.0105
	18	E	종형	660	0.6	0.167	100	0.06	0.28	261	0.0	0.0046
	19	E	종형	660	0.3	0.167	100	0.06	0.56	255	0.0	0.0047
	20	E	종형	680	0.3	0.083	100	0.06	0.28	233	0.0	0.0066

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고액 공존 온도 영역이 넓은 Al-Mg계 알루미늄 합금의 쌍 롤식 연속 주조 방법에 있어서도, 판 두께 중심부의 결함 을 억제할 수 있는 알루미늄 합금 주조판의 제조 방법을 제공할 수 있다. 이 결과, 자동차, 선박, 항공기 또는 차량 등의 수송기, 기계, 전기 제품, 건축, 구조물, 광학기기, 기물의 부재나 부품 등의, 성형성이 요구되는 용도에 적용을 확대할 수 있다.

Claims

쌍 롤식 연속 주조 방법에 의해, 판 두께가 0.0062m 이하이고, Mg를 8질량% 이상 14질량% 이하 포함하며, 잔부가 Al 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Al-Mg계 알루미늄 합금 주조판을 제조하는 방법에 있어서,

쌍 롤의 롤 직경을 D(m), 쌍 롤의 주속을 v(m/s), 용탕이 롤에 접촉을 시작한 점으로부터 키스점까지의 롤의 원주 길이인 응고 거리를 s(m), 주조판의 판 두께를 d(m)로 했을 때에, v/D<0.3 및 √(s/v)/(d/2)>250의 2개의 식을 만족하면서 연속 주조를 실시하는 것을 특징으로 하는, 내부 결함을 억제한 알루미늄 합금 주조판의 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 쌍 롤에 의한 냉각 속도를 50℃/s 이상으로 하는, 내부 결함을 억제한 알루미늄 합금 주조판의 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 불가피적 불순물이 하기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인, 내부 결함을 억제한 알루미늄 합금 주조판의 제조방법: Fe: 1.0질량% 이하(0질량%를 포함하지 않음), Si: 0.5질량% 이하(0질량%를 포함하지 않음), Mn: 1.0질량% 이하(0질량%를 포함하지 않음), Cr: 0.5질량% 이하(0질량%를 포함하지 않음), Zr: 0.3질량% 이하(0질량%를 포함하지 않음), V: 0.3질량% 이하(0질량%를 포함하지 않음), Ti: 0.5질량% 이하(0질량%를 포함하지 않음), B: 0.05질량% 이하(0질량%를 포함하지 않음), Cu: 0.5질량% 이하(0질량%를 포함하지 않음), Zn: 0.5질량% 이하(0질량%를 포함하지 않음).