KR101085253B1 - 마그네슘 합금재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 기계적 특성, 표면 정밀도가 우수한 마그네슘 합금 주조재, 압연재와 같은 마그네슘 합금재, 이들을 안정적으로 제조할 수 있는 마그네슘 합금재의 제조방법, 상기 압연재를 이용한 마그네슘 합금 성형품, 및 그 제조방법을 제공한다.
마그네슘 합금을 용해로에서 용해해서 용탕으로 하는 용해공정과, 상기 용해로로부터 용탕을 용탕저류조로 이송하는 이송공정과, 상기 용탕저류조로부터 주탕구를 개재해서 가동 주형에 용탕을 공급해서 응고시키고, 주조재를 연속적으로 제조하는 주조공정을 구비하는 마그네슘 합금재의 제조방법이다. 용해공정으로부터 주조공정에 걸치는 공정에 있어서 용탕이 접촉하는 부분은, 산소의 함유량이 20질량%이하인 저산소재료로 형성된 부재를 이용한다. 주조재의 두께는, O.1㎜이상 1O.O㎜이하로 함으로써, 기계적 특성, 표면 정밀도가 우수한 마그네슘 합금 주조재, 압연재와 같은 마그네슘 합금재를 제공하는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

마그네슘 합금재의 제조방법{PRODUCING METHOD FOR MAGNESIUM ALLOY MATERIAL}

본 발명은, 기계적 특성, 표면품질이 우수한 마그네슘 합금 주조재, 마그네슘 합금 압연재 등의 마그네슘 합금재를 안정적으로 제조할 수 있는 마그네슘 합금재의 제조방법, 및 이 제조방법에 의해 얻어진 마그네슘 합금 주조재, 마그네슘 합금 압연재와 같은 마그네슘 합금재에 관한 것이다. 또, 상기 특성이 우수한 압연재를 이용해서 얻어지는 마그네슘 합금 성형품, 및 그 제조방법에 관한 것이다.

마그네슘은, 비중(밀도 g/㎤, 20℃)이 1.74이며, 구조용으로 이용되는 금속재료 중에서 가장 가벼운 금속이며, 여러 가지의 원소를 첨가해서 합금화함으로써 강도를 높일 수 있다. 또, 마그네슘 합금은, 비교적 저융점이기 때문에 리사이클 시의 에너지가 적어도 되기 때문에, 리사이클의 관점에서도 바람직하며, 수지재료의 대체로서 기대되고 있다. 그래서, 최근, 경량화가 요구되고 있는 휴대전화나 모바일기기 등의 소형 휴대기기류나 자동차부품의 재료 등에 마그네슘 합금을 이용하는 예가 증가해 오고 있다.

그러나, 마그네슘이나 그 합금은, 소성가공성이 부족한 hcp구조를 가지기 때문에, 현재, 실용화되고 있는 마그네슘 합금 제품은, 다이캐스팅이나 틱소몰딩법과 같은 사출 성형을 실시하는 주조법에 의해 제조된 것이 주류이다. 그런데 , 상기 사출 성형에 의한 주조인 경우, 이하의 문제가 있다.

1. 인장 강도나 연성, 인성과 같은 기계적 특성이 부족하다.

2. 금형에 용탕을 도입하기 위한 탕도(湯道) 등과 같은 성형품에 대해서 불필요한 부분이 대량으로 발생하기 때문에, 재료 수율이 나쁘다.

3. 성형 시에 기포 등의 관여 등에 의해 성형품 내부에 기포집이 생겨서, 성형 후에 열처리를 실시할 수 없는 경우가 있다.

4. 유선이나 기공, 버어(burr) 등과 같은 주조 결함이 있기 때문에, 수정이나 제거작업이 필요하다.

5. 금형에 도포해 둔 이형제(離型劑)가 성형품에 부착되기 때문에, 그 제거작업이 필요하다.

6. 생산설비가 고가이며, 상기 불필요한 부분의 존재나 제거작업 등에 의해 제조비용이 비싸다.

한편, 주조에 의해서 얻어진 소재에 압연, 단조 등의 소성가공을 실시한 전신재는, 주조재보다 기계적 특성이 우수하다. 그러나, 마그네슘 합금은, 상기와 같이 소성가공성에 뒤떨어지기 때문에, 상기 소성가공은, 가열해서 열간에 의해 실시하는 것이 검토되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1, 2에서는, 한 쌍의 롤을 구비하는 가동 주형에 용탕을 공급해서 연속주조를 실시하고, 얻어진 주조재에 열간압연을 실시함으로써, 압연재를 얻을 수 있음을 개시하고 있다.

[특허문헌 1]

국제공개제02/083341호 팜플렛

[특허문헌 2]

일본국 특허제3503898호 공보

최근, 마그네슘 합금 제품에 대한 적용분야의 확대와 함께, 요구되는 품질레벨이 높아져 오고 있으며, 특히, 경량화, 내식성의 개선, 외관품질의 향상에 대한 요구가 높아지고 있다. 예를 들면, 경량화를 달성하기 위해서, 리브를 형성한 형상으로 하거나, 부분에 따라서 두께를 변화시킨 것과 같은 형상의 복잡화나 제품 자체의 강도의 향상을 도모하는 것이 바람직하다. 또, 내식성을 개선하기 위해서, 첨가하는 원소의 최적화나, 성형품의 표면처리의 최적화가 요망되고 있다. 또한, 종래의 주조법에 의한 마그네슘 합금 제품에서는, 표면처리로서 일반적인 도장(塗裝)이 주로 실시되고 있지만, 질감을 향상시키기 위해서, 보호막에 이용되는 이른바 클리어 도장을 실시하는 것이 요망되고 있다. 그러나, 상기 종래의 기술에서는, 이들의 요구를 충분히 만족시키는 것이 어려웠다.

그래서, 본 발명의 주된 목적은, 기계적 특성, 표면품질이 우수한 마그네슘 합금재를 안정적으로 제조할 수 있는 마그네슘 합금재의 제조방법, 및 이 제조방법에 의해 얻어진 마그네슘 합금재, 특히, 주조재, 압연재를 제공하는 데에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은, 상기 압연재로 제조된 마그네슘 합금 성형품, 및 그 제조방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명은, 연속주조를 실시할 시에, 마그네슘 합금의 용탕이 접촉하는 부분의 형성재료를 특정함으로써 상기 목적을 달성한다.

즉, 본 발명 마그네슘 합금재의 제조방법은, 마그네슘 합금을 용해로에서 용해해서 용탕으로 하는 용해공정과, 상기 용해로로부터 용탕을 용탕저류조에 이송하는 이송공정과, 상기 용탕저류조로부터 주탕구를 개재해서 가동 주형에 용탕을 공급해서 응고시켜서, 두께 O.1㎜이상 1O.O㎜이하의 주조재를 연속적으로 제조하는 주조공정을 구비한다. 그리고, 상기 용해공정으로부터 주조공정에 걸치는 공정에 있어서 용탕이 접촉하는 부분을 산소의 함유량이 20질량%이하인 저산소재료로 형성한다.

종래, 알루미늄이나 알루미늄 합금, 구리, 구리합금 등으로 이용되고 있는 연속주조장치에 있어서 용해로의 도가니, 도가니로부터의 용탕을 저류하는 용탕저류조(턴디쉬(tundish)), 가동 주형에 용탕을 도입하는 주탕구 등은, 내열성 및 보온성이 우수한 실리카(산화규소(SiO₂), 산소 함유량: 47질량%)나 알루미나(산화알루미늄(Al₂O₃), 산소 함유량: 53질량%), 산화칼슘(Ca0, 산소 함유량: 29질량%) 등의 세라믹으로 형성되어 있다. 한편, 상기 알루미늄 등으로 이용되고 있는 연속주조장치에 있어서 가동 주형은, 강도가 우수한 스테인리스 등으로 형성되어 있다. 그래서, 마그네슘 합금의 연속주조에 있어서도, 상기 알루미늄 등의 연속주조에 이용되고 있는 연속주조장치와 동일한 구성의 것을 이용하고 있다. 그러나, 본 발명자들이 검토한 결과, 마그네슘 합금의 연속주조를 실시할 시에, 마그네슘 합금이 접촉하는 부분에 상기와 같은 산화물로 이루어지는 부재를 이용하면, 산화마그네슘을 생성해서, 표면품질을 저하시키거나, 얻어진 주조재에 압연 등의 2차 가공을 실시하는 경우, 균열발생의 원인으로 된다, 라는 식견을 얻었다.

마그네슘 합금의 주성분인 마그네슘은, 매우 활성인 금속이며, 그 산화물인 산화마그네슘(MgO)의 표준생성자유에너지: -220kcal/mol은, 실용재료로서 이용되고 있는 알루미나 등의 산화물의 표준생성자유에너지보다도 작다. 따라서, 도가니나 용탕저류조, 주탕구 등의 용탕과 접하는 부분에 알루미나, 실리카 등과 같은 산소를 주성분으로 한 고산소재료를 이용했을 경우, 주조 시, 용탕의 주성분인 마그네슘이 상기 고산소재료를 환원해서 산화마그네슘을 생성한다. 이 산화마그네슘은, 재용해하는 일이 없기 때문에, 용탕의 흐름을 따라서 주조재에 혼입하면 응고를 불균일하게 해서 주조재의 표면품질을 저하시키거나, 주조재에 압연 등의 2차 가공을 실시할 때, 이물로 되어서 균열이 발생해서 품질을 열화시키거나, 최악의 경우 2차 가공을 실시할 수 없다고 하는 문제를 발생시킨다. 또, 산소를 빼앗긴 재료가 마그네슘 합금의 용탕에 결락, 용해손실되어서 용탕의 온도를 부분적으로 저하시키고, 응고를 불균일하게 해서 주조재의 표면품질을 저하시키는 경우가 있다. 이 식견에 의거하여, 본 발명은, 장척인 주조재를 연속적으로 제조할 시에, 용탕이 접촉하는 부분의 구성재료에 산소의 함유량이 적은 재료를 이용하는 것을 규정한다. 이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에서는, 실질적으로 무한히 긴 마그네슘 합금재(주조재)를 얻기 위해서, 연속적으로 주조를 실시하는 연속주조장치를 이용한다. 연속주조장치의 구체적인 구성으로서는, 마그네슘 합금을 용해해서 용탕으로 하는 용해로와, 용해로로부터의 용탕을 일시적으로 저류하는 용탕저류조(턴디쉬)와, 용해로와 용탕저류조 사이에 배치되는 이송통과, 용탕저류조로부터의 용탕을 가동 주형에 공급하는 주탕구와, 공급된 용탕을 주조하는 가동 주형을 구비하는 것을 들 수 있다. 그 외에, 주탕구의 근방에 배치시켜서, 주탕구와 가동 주형 사이에서 용탕이 누출되는 것을 방지하는 탕둑(사이드댐)을 구비해도 된다. 용해로는, 용탕을 저류하는 도가니와, 마그네슘 합금을 용해하기 위해서 도가니의 외주에 배치되는 가열수단을 구비하는 구성을 들 수 있다. 이송통이나 주탕구를 구비하는 공급부 등의 외주에는, 용탕의 온도를 유지하기 위해서, 가열수단을 구비하는 것이 바람직하다. 가동 주형은, 예를 들면, 1. 쌍롤법(트윈 롤법)으로 대표되는 한 쌍의 롤로 이루어지는 것, 2. 쌍벨트법(트윈 벨트법)으로 대표되는 한 쌍의 벨트로 이루어지는 것, 3. 차륜벨트법(벨트 앤드 휠법)으로 대표되는 복수의 롤(휠)과 벨트를 조합해서 이루어지는 것을 들 수 있다. 이들 롤이나 벨트를 이용한 가동 주형에서는, 주형의 온도를 일정하게 유지하는 것이 용이한 동시에, 용탕과 접촉하는 면이 연속적으로 나타나기 때문에, 주조재의 표면상태를 평활하게 또한 일정하게 유지하기 쉽다. 특히, 가동주형은, 서로 다른 방향으로 회전하는 한 쌍의 롤을 대향 배치된 구성, 즉, 상기 1.로 대표되는 구성인 경우, 주형의 제작 정밀도가 높은 데에 부가해서, 주형면(용탕과 접촉하는 면)의 위치를 일정하게 유지하기 쉽기 때문에, 바람직하다. 또, 롤의 회전에 수반해서 용탕에 접촉하는 면이 연속적으로 나타나는 구성이기 때문에, 주조에 이용된 면이 재차 용탕과 접촉할 때까지의 동안에 이형제의 도포나 부착물의 제거 등을 효율적으로 실시하거나, 이들 도포나 제거 등의 작업을 실시하는 설비를 간략화할 수 있다.

상기 연속주조장치를 이용함으로써, 이론상 무한히 긴 장척인 주조재를 얻을 수 있기 때문에, 대량생산이 가능하다. 그리고, 본 발명에서는, 이와 같은 연속주조를 실시할 시에, 마그네슘 합금이 산소와 결합하는 것을 저감하기 위해서, 용탕이 접촉하는 부분의 전체를 산소의 함유량이 20질량%이하인 저산소재료로 형성한다. 용탕이 접촉하는 부분의 전체는, 상기 연속주조장치에 있어서, 예를 들면, 용해로 내(특히, 도가니), 이송통, 용탕저류조, 주탕구를 포함한 공급부, 가동 주형, 탕둑이라고 하는 각 부재의 적어도 표면부를 들 수 있다. 물론, 상기 각 부재 전체를 산소의 함유량이 20질량%이하인 저산소재료로 형성해도 된다. 본 발명은, 용해로부터 주조에 걸치는 공정에 있어서 용탕이 접촉하는 부분을 상기 저산소재료로 형성함으로써, 산화마그네슘의 생성이나 산소가 빼앗긴 재료의 결락 등에 의한 표면 성상의 열화나, 주조재를 이용해서 압연 등의 2차 가공을 실시할 때의 가공성의 저하 등을 저감할 수 있다.

저산소재료에 있어서 산소의 함유량은, 가능한 한 적은 것이 바람직하며, 본 발명에서 목적으로 하는 상기 효과를 달성하기 위해서는, 상한을 20질량%로 한다. 보다 바람직하게는, 1질량%이하이다. 특히, 실질적으로 산소를 함유하고 있지 않은 재료가 바람직하다. 구체적인 재료로서는, 탄소계 재료, 몰리브덴(Mo), 탄화규소(SiC), 질화붕소(BN), 구리(Cu), 구리합금, 철, 강철로부터, 및 스테인리스로부터 선택되는 1종을 들 수 있다. 구리합금으로서는, 아연(Zn)을 첨가한 황동 등을 들 수 있다. 강철로서는, 내식성, 강도가 우수한 스테인리스 등을 들 수 있다. 탄소계 재료로서는, 카본(흑연) 등을 들 수 있다.

가동 주형은, 산소의 함유량이 적은 데에 부가해서, 열전도성이 우수한 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 용탕으로부터 가동 주형에 전송된 열이 주형 내에 흡수되는 속도를 충분히 빠르게 할 수 있기 때문에, 용탕(또는 응고한 부분)의 열을 효과적으로 방출하여, 긴쪽방향에 있어서의 품질이 균일한 주조재를 생산성 양호하게, 안정적으로 얻을 수 있다. 여기서, 열전도성과 도전성과는 일반적으로 선형의 관계에 있다. 따라서, 열전도성을 도전성으로 대체할 수 있다. 그래서, 가동 주형의 형성재료로서, 이하의 도전율조건을 만족시키는 것을 제안한다.

(도전율조건)

가동 주형의 도전율을 y, 마그네슘 합금재의 도전율을 x로 할 때,

100≥y>x-10

이와 같은 도전율조건을 만족시키는 재료로서는, 예를 들면, 구리, 구리합금, 강철 등을 들 수 있다.

또, 가동 주형의 표면(용탕이 접촉하는 면)에 열전도성이 우수한 피복층을 형성해도, 상기 열전도성이 우수한 재료로 가동 주형을 형성했을 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 하기의 도전율조건을 만족시키는 피복층을 형성하는 것을 제안한다.

(도전율조건)

피복층을 형성하는 재료의 도전율을 y', 마그네슘 합금재의 도전율을 x로 할 때,

100≥y'>x-10

이와 같은 도전율조건을 만족시키는 재료로서는, 예를 들면, 구리, 구리합금, 강철 등을 들 수 있다. 이와 같은 피복층은, 예를 들면, 상기 재료로 이루어지는 분말을 도포하거나, 상기 재료로 이루어지는 박막을 전사시키거나, 상기 재료로 이루어지는 링형상 부재를 장착시키는 것 등으로 가동 주형의 표면에 형성하는 것을 들 수 있다. 도포나 전사에 의해 피복층을 형성하는 경우, 두께는, O.1㎛이상 1.O㎜이하가 적합하다. O.1㎛미만이면, 용탕이나 응고부분의 방열효과가 얻어지기 어렵고, 1.O㎜ 초과이면, 피복층 자체의 강도 저하나, 가동 주형과의 밀착성의 저하를 초래하여, 균일적으로 냉각하기 어려워진다. 링형상 부재를 장착하는 경우, 강도를 고려해서, 두께는 10~20㎜정도가 바람직하다.

또한, 상기 피복층의 형성재료로서, 주조재를 형성하는 마그네슘 합금의 합금조성을 50질량%이상 함유하는 금속재료를 이용할 수도 있다. 예를 들면, 주조재를 형성하는 마그네슘 합금과 동일한 조성의 재료를 이용해도 되며, 마그네슘 합금의 주성분인 마그네슘을 이용해도 된다. 이와 같은 주조재를 형성하는 마그네슘 합금과 유사한 조성의 재료, 또는 동일한 조성의 재료를 이용한 금속피복층은, 상기 열전도성이 우수한 피복층과 마찬가지로 도전율조건을 만족시키기 때문에, 상기 열전도성이 우수한 피복층과 마찬가지로, 용탕이나 응고부에 있어서의 열방산을 효과적으로 실시할 수 있다. 부가해서, 가동 주형에 대한 용탕의 습윤성을 향상시킬 수 있기 때문에, 결과적으로, 주조재의 표면 결함을 억제하는 효과가 있다.

주조 시, 가동 주형의 표면온도는, 가동 주형을 형성하는 재료의 융점의 50%이하로 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 온도범위로 함으로써, 가동 주형이 연화해서 강도가 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 안정된 형상의 장척체를 얻을 수 있다. 또, 상기 온도범위로 하는 경우, 얻어진 주조재의 표면온도가 충분히 낮아지며, 눌어붙음 등이 발생하기 어려워서, 양호한 표면품질의 주조재를 얻을 수 있다. 가동 주형의 표면온도는, 낮을수록 바람직하지만 지나치게 낮으면, 이슬 맺힘에 의해 표면에 수분이 부착되기 때문에, 하한을 실온으로 한다.

상기와 같이 용해로부터 연속주조에 걸치는 공정에 있어서, 마그네슘 합금의 용탕이 접촉하는 부분을 저산소재료로 형성함으로써, 이들 공정 중에 마그네슘 합금이 산소와 결합하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 마그네슘 합금이 산소와 결합하는 것을 한층더 저감하기 위해서, 용해로 내, 용탕저류조 내, 용해로와 용탕저류조간의 이송통 내의 적어도 하나를 저산소 분위기로 하는 것이 바람직하다. 용탕상태와 같은 고온 하에서 마그네슘 합금이 산소와 결합하면, 산소와 격렬히 반응해서 연소할 우려가 있다. 따라서, 용탕이 저류되는 용해로(특히, 도가니) 내나 용탕저류조 내, 그 외에, 이송통 내에서는, 산소농도가 작은 것이 바람직하며, 적어도 대기의 산소농도미만으로 하는 것이 바람직하다. 용해로 내와 용탕저류조 내의 쌍방 모두 저산소 분위기로 하는 것이 매우 적합하다. 특히, 체적%로 산소를 5%미만, 잔부의 기체(산소는 제외) 중 95%이상으로 질소, 아르곤, 및 이산화탄소의 적어도 1종을 함유한 분위기로 하는 것이 바람직하다. 산소는 가능한 한 함유하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 질소, 아르곤, 이산화탄소의 3종과의 혼합가스로 해도 되고, 질소, 아르곤, 이산화탄소 중 어느 두 종과의 혼합가스로 해도 되며, 질소, 아르곤, 이산화탄소 중 어느 한 종의 가스로 해도 된다. 또, 이 분위기에는, 연소방지가스로서 일반적인 SF₆이나 하이드로플로로카본 등을 함유해서 방염성을 한층더 높여도 된다. 연소방지가스의 함유량은, 체적%로 0.1~1.0%가 적당하다.

상기 분위기의 제어를 용이하게 하는 동시에, 마그네슘 합금의 용탕으로부터 발생하는 금속 흄에 의한 작업환경의 악화를 방지하기 위해서, 용해로(특히, 도가니) 및 용탕저류조에는, 상기 분위기 가스를 공급하는 도입배관(인렛)과, 동일가스를 배출하는 배출배관(아웃렛)을 구비해도 된다. 이 구성에 의해, 예를 들면, 아르곤 또는 이산화탄소를 50체적%이상 함유한 불활성 가스나, 아르곤 및 이산화탄소를 합계로 50체적%이상 함유한 불활성 가스 등을 이용한 분위기를 간단히 제어할 수 있다.

가동 주형에 용융한 용탕을 공급할 때, 구체적으로는 주탕구 근방에서도 마그네슘 합금이 대기 중의 산소와 반응해서 용탕이 연소할 우려가 있다. 또, 마그네슘 합금이 주형 내에 주입되는 동시에 부분적으로 산화해서, 주조재의 표면이 흑색으로 변화하는 경우도 있다. 그런 연유로, 주탕구 근방이나 가동 주형 부분에서도 상기 용해로나 용탕저류조와 마찬가지로 저산소가스(연소방지가스를 함유시킨 것이어도 됨)를 충전해서 밀폐하는 것이 바람직하다. 가스에 의한 실드를 실시하지 않는 경우, 주탕구의 형상을 가동 주형의 횡단면형상과 동일하게 하는 밀폐구조로 하면, 주탕구 근방에서 용탕이 외부의 공기와 접촉하는 일이 없기 때문에, 용탕이 연소하거나 산화하거나 하는 것을 저감시켜서, 양호한 표면상태의 주조재를 얻을 수 있다.

용탕의 흐름이 나빠지기 쉬운 개소, 예를 들면, 용해로(특히, 도가니), 용해로로부터 용탕저류조로 용탕을 이송하는 이송통, 및 용탕저류조의 적어도 하나에서 용탕을 교반하는 것이 바람직하다. 본 발명자들은, 마그네슘은 알루미늄 등과 비교해서 비중이 작기 때문에, 후술하는 첨가원소를 함유하는 마그네슘 합금의 용탕을 정치(靜置)하면, 첨가원소의 성분이 침강하는 경우가 있다고 하는 식견을 얻었다. 또, 교반을 실시함으로써 주조재의 편석방지, 결정석출물의 미세균일분산화에 효과가 있음을 발견하였다. 이들 침강의 방지, 편석방지 등을 기대해서, 용해로나 용탕저류조 등의 용탕이 정치되는 개소에서는, 용탕을 교반하는 것을 제안한다. 교반의 수법으로서는, 용해로 내 등에 핀 등의 회전물을 배치하거나, 기포를 도입하는 등을 해서 용탕을 직접적으로 교반하는 수법이나, 외부로부터 진동, 초음파, 전자력 등을 부여해서 용탕을 간접적으로 교반하는 수법 등을 들 수 있다.

주탕구로부터 가동 주형에 공급될 때의 용탕의 압력(이하, 공급압력이라고 부름)은, 101.8kPa이상 118.3kPa미만(1.005기압이상 1.168미만 이하)으로 하는 것이 바람직하다. 공급압력이 101.8kPa이상이면, 용탕이 효과적으로 주형에 가압되기 때문에, 주형과 주탕구의 사이에 형성되는 메니스커스(주탕구의 선단부로부터 용탕이 가동 주형에 최초로 접촉하는 부분까지의 영역에 형성되는 용탕면)의 형상제어를 용이하게 실시할 수 있는 동시에, 리플 마크가 생성되기 어려워지는 효과가 있다. 특히, 가동 주형을 한 쌍의 롤로 하는 경우, 메니스커스가 형성되는 영역의 거리(주탕구의 선단부로부터 용탕이 가동 주형에 최초로 접촉하는 부분간의 거리)는 실질적으로 롤의 회전축을 포함한 평면과 주탕구의 선단부간(이하, 오프셋이라고 부름)의 거리의 10%미만으로 되며, 용탕이 주형인 롤에 접촉하는 범위가 확장된다. 용탕은 주형에 접촉함으로써 주로 냉각되기 때문에, 상기 메니스커스의 영역거리가 짧아짐으로써, 용탕의 냉각효과를 높일 수 있고, 응고조직이 폭방향 및 긴쪽방향으로 균일적인 주조재를 얻을 수 있다. 한편, 공급압력이 지나치게 높으면, 구체적으로는 118.3kPa이상으로 하면, 용탕누출 등의 문제가 발생하기 때문에, 상한을 118.3kPa로 한다.

상기 공급압력을 용탕에 인가하는 방법으로서는, 예를 들면, 주탕구로부터 가동 주형에의 용탕의 공급을 펌프를 이용해서 실시하는 경우, 펌프를 제어하는 것을 들 수 있다. 또, 주탕구로부터 가동 주형에의 용탕의 공급을 용탕의 자중을 이용해서 실시하는 경우, 용탕저류조 내의 용탕의 액면을 제어하는 것을 들 수 있다. 구체적으로는, 가동 주형을 한 쌍의 롤로 하고, 롤간 갭의 중심선이 수평방향으로 되도록 배치되고, 용탕저류조로부터 주탕구를 개재해서 롤간에 수평방향으로 용탕이 공급되고, 수평방향으로 주조재가 형성되도록, 용탕저류조, 주탕로, 가동 주형을 배치한다. 이런 상태에서 용탕저류조 내의 용탕의 액면을 롤간 갭의 중심선으로부터 30㎜이상 높은 위치로 하면, 상기에 규정하는 범위의 공급압력을 용탕에 부여할 수 있다. 액면은, 상기 공급압력이 101.8kPa이상 118.3kPa미만으로 되도록 조정하면 되고, 상한은 1000㎜정도이다. 또, 롤간 갭의 중심선으로부터 30㎜이상 높은 지점까지의 높이를 용탕저류조 내에 있어서의 용탕의 액면의 설정치로서, 용탕저류조 내의 용탕의 액면이 이 설정치를 만족시키도록, 혹은 오차가 ±10%로 되도록, 액면을 제어하는 것이 바람직하다. 이 제어범위이면 공급압력이 안정되기 때문에, 메니스커스영역을 안정시킬 수 있으며, 긴쪽방향으로 균일한 응고조직을 가지는 주조재를 얻을 수 있다.

상기 공급압력에 의해 롤간에 주탕된 용탕은, 오프셋 구간 내에 있어서의 충만도가 높아진다. 그런 연유로, 가동 주형(롤)에 있어서 주탕구로부터 공급된 용탕이 최초로 접촉하는 부분과 주탕구의 선단부와, 필요에 따라서 배치되는 탕둑으로 형성되는 폐쇄공간에 주조재가 배출되는 개소 이외의 개소로부터 용탕누출이 발생할 우려가 있다. 그래서, 가동 주형(롤)과, 주탕구의 외주 가장자리의 선단부간의 틈새가 1.O㎜이하, 특히, O.8㎜이하로 되도록 주탕구를 배치하는 것이 바람직하다.

주탕구에 있어서의 용탕의 온도는, 액상선온도 +10℃이상 액상선온도 +85℃이하로 하는 것이 바람직하다. 액상선온도 +10℃이상으로 함으로써, 주탕구로부터 유출한 용탕의 점성이 낮아지며, 메니스커스의 형상을 안정시키기 쉽다. 또, 액상선온도 +85℃이하로 함으로써, 용탕이 주형에 접하고 나서 응고개시까지에 있어서, 주형이 용탕으로부터 빼앗는 열량을 과도하게 크게 하는 일이 없어서, 냉각효과를 증대한다. 이런 연유로, 주조재에 편석이 생기는 것을 저감하는, 주조재의 조직을 미세화하는, 주조재의 표면에 세로 유선이 생성되기 어렵게 하는, 과도하게 주형이 승온되는 것을 방지해서 주조재의 긴쪽방향에 있어서의 표면품질을 안정시킨다고 하는 우수한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 합금종류에 따라서는 용탕에 있어서의 고상율(固相率)을 0으로 하기 위해서, 용해 시, 용탕의 온도를 최대 950℃정도로 승온할 수도 있지만, 주탕구로부터 가동 주형에 용탕을 공급하는 주탕 시에는, 합금종류에 의하지 않고, 상기 온도범위로 제어하는 것이 바람직하다.

주탕구에 있어서의 용탕의 온도제어에 부가해서, 주탕구의 횡단면 폭방향에 있어서, 용탕의 온도의 편차를 1O℃이내로 제어하는 것이 바람직하다. 온도의 편차가 거의 없는 상태로 함으로써, 주조재의 폭방향의 단부 가장자리에도 용탕이 충분히 충만해서, 폭방향에 있어서 균일한 응고 쉘의 형성이 가능해진다. 따라서, 표면품질을 향상시킬 수 있는 동시에, 주조재에 있어서의 제품수율도 향상시킬 수 있다. 온도를 제어하기 위해서는, 주탕구 근방에 온도측정수단을 배치해서 온도를 관리하는 동시에, 필요에 따라서 가열수단 등에 의해 용탕의 가열을 실시하는 것을 들 수 있다.

용탕이 가동 주형에 접촉해서 응고할 때의 냉각속도는, 50K/초이상 10000K/초이하로 하는 것이 바람직하다. 주조 시의 냉각속도가 지연되면, 조대한 결정석출물이 생성되어서, 압연 등의 2차 가공성을 저해할 우려가 있다. 따라서, 결정석출물의 성장을 억제하기 위해서, 상기와 같은 냉각속도로 급냉하는 것이 바람직하다. 냉각속도는, 주조재의 목표판두께나, 용탕이나 가동 주형의 온도, 가동 주형의 구동속도 등을 조정하는 것이나, 주형의 재질, 특히 용탕이 접하는 주형 표면의 재질로서, 냉각성능이 우수한 것을 이용함으로써 조정할 수 있다.

가동 주형을 한 쌍의 롤로 하는 경우, 롤의 회전축을 포함한 평면과 주탕구의 선단부간(오프셋)의 거리는, 1개의 롤 전체둘레길이의 2.7%이하로 하는 것이 바람직하다. 이때, 롤의 회전축을 중심으로 해서, 롤의 회전축을 포함한 평면(롤의 반경)과 주탕구의 선단부가 만드는 각(롤면의 각)은 10°이하로 되며, 주조재의 균열을 감소할 수 있다. 보다 바람직하게는, 1개의 롤 전체둘레길이의 0.8~1.6%이다.

또, 가동 주형을 한 쌍의 롤로 하는 경우, 주탕구의 외주 가장자리의 선단부간의 거리가 롤간의 최소 갭의 1배이상 1.55배이하로 하는 것이 바람직하다. 특히, 각 롤에 있어서 주탕구로부터 공급된 용탕이 최초로 접촉하는 부분간(이하, 초기 갭이라고 부름)의 거리를 최소 갭의 1배이상 1.55배이하로 하는 것이 바람직하다. 가동 주형으로 되는 한 쌍의 롤을 대향 배치함으로써 형성되는 갭(틈새)은, 주탕구로부터 주조 방향을 향해서 서서히 작아지며, 롤간이 가장 접근하는 최소 갭을 경유해서, 또 서서히 커진다. 따라서, 가동 주형에 용탕을 공급하는 주탕구의 외주 가장자리의 선단부간, 보다 바람직하게는, 용탕이 가동 주형에 접촉하기 시작하는 지점을 포함한 초기 갭을 상기 범위로 함으로써, 응고과정에 있어서, 롤간의 갭이 작아지기 때문에, 용탕(응고된 부분을 포함함)과 주형과의 사이에 틈새가 생기기 어려워서, 높은 냉각효과를 얻을 수 있다. 주탕구의 외주 가장자리의 선단부간(또는 초기 갭)을 최소 갭의 1.55배 초과로 하면, 주탕구로부터 공급된 용탕이 가동 주형에 접촉하는 부분이 많아진다. 그러면, 용탕의 응고가 시작되어서 응고 초기에 생성되는 응고 쉘이 응고 완료까지의 과정에서 가동 주형에 의해 변형력을 받는 경우가 있다. 그러면, 마그네슘 합금은 난가공재이기 때문에, 변형력에 의해 균열이 발생해서, 충분히 양호한 표면품질의 주조재를 얻는 것이 어려워진다.

용탕의 응고는, 가동 주형으로부터 배출되었을 때에 완료하고 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 가동 주형을 한 쌍의 롤로 하는 경우, 롤간이 가장 접근하는 최소 갭을 통과할 때에 용탕이 완료되어 있는 것을 들 수 있다. 즉, 롤의 회전축을 포함한 평면과 주탕구의 선단부간(오프셋 구간) 내에 응고완료점이 존재하도록 응고시키는 것이 바람직하다. 이 사이에 응고를 완료하는 경우, 주탕구로부터 도입된 마그네슘 합금은, 최종 응고까지 주형에 접촉해서 주형으로부터 발열되기 때문에, 중심선 편석의 발생을 억제할 수 있다. 한편, 오프셋 구간을 통과한 후에 있어서 마그네슘 합금의 중심부가 응고되어 있지 않은 영역이 존재했을 경우, 중심선 편석이나 역편석발생의 원인으로 된다.

특히, 오프셋 구간의 주조방향 후단부(최소 갭부분)로부터, 오프셋의 거리의 15%이상 60%이하의 범위에서 응고가 완료되어 있는 것이 매우 적합하다. 이 범위에서 응고가 완료되어 있으면, 응고한 부분이 가동 주형에 의해 압축되게 된다. 이 압축에 의해, 응고한 부분 내에 보이드가 존재해도 소멸 또는 축소시킬 수 있기 때문에, 압연 등의 2차 가공에 있어서도 충분한 가공성을 지니는 밀도가 높은 주조재를 얻을 수 있다. 또, 완전히 응고하고 나서 가동 주형에 의한 압하가 30%미만으로 되기 때문에, 가동 주형의 압하에 기인하는 균열 등의 문제가 거의 발생하지 않거나, 혹은 전혀 발생하지 않는다. 또한, 응고한 부분은, 최종 응고 후에 있어서도 양롤 사이에 끼여 있으며, 양롤이 만드는 밀폐구간 내에서 주형(롤)으로부터 발열되기 때문에, 주형으로부터 배출(개방)되었을 때, 주조재의 표면온도가 충분히 냉각되고 있으며, 급격한 산화 등에 의한 표면품질의 저하를 방지할 수 있다. 이와 같이 오프셋 구간 내에서 응고를 완료시키기 위해서는, 예를 들면, 목적의 합금조성과 판두께에 대해서 주형의 재질을 적절히 선택하고, 주형 온도를 충분히 낮게 하여, 가동 주형의 구동속도를 조정하는 것을 들 수 있다.

상기와 같이 가동 주형으로부터 배출되었을 때에 응고가 완료되어 있도록 응고상태를 제어하는 경우, 가동 주형으로부터 배출된 마그네슘 합금재(주조재)의 표면온도는, 40O℃이하로 하는 것이 바람직하다. 이때, 롤 등의 가동 주형 사이에 끼인 밀폐구간으로부터 산소를 함유한 분위기(대기 등) 속에 개방되었을 때, 주조재가 급격히 산화해서, 변색이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또, 마그네슘 합금이 후술하는 첨가원소를 고농도(구체적으로는 4~20질량%정도)로 함유한 경우, 주조재의 발한을 방지할 수 있다. 표면온도를 400℃이하로 하기 위해서는, 예를 들면, 목적하는 합금조성과 판두께에 대해서 주형의 재질을 적절히 선택하고, 주형 온도를 충분히 낮게 하여, 가동 주형의 구동속도를 조정하는 것을 들 수 있다.

또, 상기와 같이 가동 주형으로부터 배출되었을 때에 응고가 완료되어 있도록 응고상태를 제어하는 경우, 가동 주형으로부터 배출될 때까지의 동안에 응고한 소재가 가동 주형에 의해 압축되는 동안에 있어서, 동일 소재가 가동 주형에 가하는 압축하중이 동일 소재의 폭방향에 있어서, 1500N/㎜이상 7000N/㎜이하(150kgf/㎜이상 713kgf/㎜이하)인 것이 바람직하다. 응고완료점까지는, 소재의 중심부에 액상이 잔존하기 때문에, 가동 주형에 하중이 거의 부가되지 않는다. 따라서, 1500N/㎜보다 작은 경우, 최종 응고점이 가동 주형으로부터 개방된 후의 지점에 존재하는 것을 나타내고 있으며, 이때, 세로 유선 등이 생겨서, 표면품질을 저하시키는 원인으로 된다. 7000N/㎜ 초과인 경우, 압축에 의해 주조재에 균열이 발생할 가능성이 높아져서, 역시 품질의 저하를 초래한다. 압축하중은, 가동 주형의 구동속도를 조정함으로써 제어할 수 있다.

본 발명에서는, 기계적 특성의 향상을 목적으로서, 마그네슘에 첨가원소(후술하는 제1 첨가원소, 제2 첨가원소)를 함유시킨 마그네슘을 주성분으로 하는 마그네슘 합금을 이용한다. 구체적으로는, 마그네슘(Mg)을 50질량%이상 함유시킨 조성으로 한다. 보다 구체적인 조성, 및 첨가원소를 이하에 나타낸다. 또한, 불순물은, 유의적으로 첨가하지 않은 원소만으로 해도 되며, 유의적으로 첨가하는 원소(첨가원소)를 함유하고 있어도 된다.

1. Al, Zn, Mn, Y, Zr, Cu, Ag, 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 제1 첨가원소를 1원소당 0.01질량%이상 20질량%미만 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어진다.

2. Al, Zn, Mn, Y, Zr, Cu, Ag, 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 제1 첨가원소를 1원소당 0.01질량%이상 20질량%미만, Ca을 0.001질량%이상 16질량%미만 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어진다.

3. Al, Zn, Mn, Y, Zr, Cu, Ag, 및 Si로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 제1 첨가원소를 1원소당 0.01질량%이상 20질량%미만 함유하고, Ca, Ni, Au, Pt, Sr, Ti, B, Bi, Ge, In, Te, Nd, Nb, La, 및 RE로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 제2 첨가원소를 1원소당 0.01질량%이상 5질량%미만 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어진다.

제1 첨가원소는, 마그네슘 합금의 강도나 내식성 등과 같은 특성의 개선에 효과가 있지만, 상기 범위를 초과해서 첨가하면, 합금의 융점의 상승이나 고액공존영역의 확대를 초래하기 때문에, 바람직하지 않다. Ca은 용탕의 난연화의 효과를 얻을 수 있지만, 상기 범위를 초과해서 첨가하면, 조대한 Al-Ca계 결정석출물, Mg-Ca계 결정석출물을 생성하여 2차 가공성을 저하하기 때문에 바람직하지 않다. 제2 첨가원소는, 결정립의 미세화 등에 의한 기계적 특성의 개선이나 용탕의 난연화와 같은 효과를 기대할 수 있지만, 상기 범위를 초과해서 첨가하면, 합금의 융점의 상승이나 용탕의 점성의 상승을 초래하기 때문에, 바람직하지 않다.

상기 연속주조에 의한 제조방법에 의해, 표면 성상이 우수한 마그네슘 합금 주조재를 얻을 수 있다. 또, 얻어진 주조재에는, 조성을 균질화하기 위한 열처리나 시효처리 등을 실시해도 된다. 구체적인 조건으로서는, 온도: 200~600℃, 시간: 1~40시간 정도가 바람직하다. 온도나 시간은, 합금조성에 의해서 적절히 선택하면 된다. 본 발명에서는, 상기 연속주조에 의해 얻어진 주조재, 또는 연속주조 후 열처리가 실시된 주조재의 두께를 O.1㎜이상 1O.O㎜이하로 한다. O.1㎜미만으로 하면, 용탕을 안정적으로 공급하는 것이 어려워서, 장척체를 얻는 것이 곤란하다. 반대로 1O.O㎜ 초과로 하면, 얻어진 주조재에 중심선 편석이 생기기 쉽다. 특히 바람직하게는, 1㎜~6㎜이다. 주조재의 두께는, 가동 주형을 조정하면 되고, 예를 들면, 가동 주형을 한 쌍의 롤로 하고, 양롤을 대향 배치한 구성으로 하는 경우, 롤간의 최소 갭을 조정하면 된다. 또한, 본 발명에 있어서 상기 두께는, 평균치로 한다. 두께의 평균치는, 주조재의 긴쪽방향에 있어서 임의의 지점의 두께를 복수 측정하고, 그 복수의 값에 의해 구하는 것을 들 수 있다. 후술하는 압연재의 경우도 동일하다.

얻어진 마그네슘 합금 주조재는, DAS(Dendrite Arm Spacing)가 0.5㎛이상 5.0㎛이하인 것이 바람직하다. DAS가 상기 범위를 만족시키는 경우, 압연 등의 2차 가공성이나, 2차 가공재에 부가해서 프레스가공이나 단조가공 등의 소성가공을 실시할 때의 성형가공성이 우수하다. DAS를 상기 범위로 하기 위해서는, 특히 응고할 때의 냉각속도를 50K/초이상 10000K/초이하로 하는 것을 들 수 있다. 이때, 주조재의 폭방향, 긴쪽방향에 걸쳐서 냉각속도를 균일화하는 것이 보다 바람직하다.

또, 얻어진 마그네슘 합금 주조재는, 결정석출물의 크기를 20㎛이하로 하면, 압연 등의 2차 가공이나, 2차 가공재에 부가해서 프레스가공, 단조가공 등의 소성가공의 가공성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 결정석출물의 크기를 10㎛이하로 했을 경우, 주조재의 2차 가공 이후의 가공공정에 있어서의 변형능이 향상할 뿐만 아니라, 내열성, 내크리프특성, 영률, 연신특성의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 5㎛이하로 하면 상기 특성의 향상을 더욱더 도모할 수 있어서 한층더 바람직하다. 냉각속도를 더욱더 빠르게 해서, 결정립 내에 3㎛이하의 석출물을 미세분산시킨 것은 상기 특성과 기계적 특성이 양호하여, 바람직하다. 또한, 석출물을 1㎛이하로 하면, 특성의 향상을 더욱더 도모할 수 있어서, 바람직하다. 20㎛ 초과라고 하는 조대한 결정석출물은, 상기 2차 가공이나 상기 소성가공 시에 균열의 기점으로 된다. 결정석출물의 크기를 20㎛이하로 하기 위해서는, 응고할 때의 냉각속도를 50K/초이상 10000K/초이하로 하는 것을 들 수 있다. 특히, 주조재의 폭방향, 긴쪽방향에 걸쳐서 냉각속도를 균일화하는 것이 보다 바람직하다. 또, 냉각속도의 제어에 부가해서, 용해로나 용탕저류조 등에 있어서 용탕을 교반하는 것도 덧붙여 실시하면 보다 효과적이다. 이때, 부분적 결정석출물이 생성되는 온도 이하로 되지 않도록 용탕의 온도를 관리하는 것이 바람직하다. 결정석출물의 크기는, 주조재의 횡단면을 금속현미경으로 관찰하고, 그 횡단면에 있어서 결정석출물의 가장 긴 절단선의 길이를 구해서, 그것을 그 횡단면에 있어서의 결정석출물의 크기로 하고, 횡단면을 임의로 복수 취해서, 마찬가지로 결정석출물의 크기를 구하고, 예를 들면, 20의 횡단면에 있어서의 결정석출물 중 가장 큰 값을 채용하는 것을 들 수 있다. 관찰하는 횡단면수는 적절히 변경해도 된다.

또한, 얻어진 주조재의 마그네슘 합금 조성이 상기 제1 첨가원소, 제2 첨가원소를 함유하는 경우, 제1 첨가원소, 제2 첨가원소 중 0.5질량%이상 함유되는 원소는 각각, 주조재의 표면부 및 중앙부에 있어서, 설정 함유량(질량%)과 실제의 함유량(질량%)과의 차이(절대치)가 작은, 구체적으로는 10%이하이면, 압연 등의 2차 가공이나, 이 2차 가공재에 프레스가공이나 단조가공 등의 소성가공을 실시할 때의 가공성이 우수하여 바람직하다. 본 발명자들은, 마그네슘 합금에 0.5질량%이상 함유되는 원소의 편석이 압연 등의 2차 가공이나, 부가해서 프레스가공 등의 소성가공을 실시할 때의 가공성에 부여되는 영향을 조사했더니, 주조재의 표면부 및 중앙부에 있어서, 설정 함유량과 실제 함유량과의 차이가 10% 초과인 경우, 표면부의 기계적 특성과 중앙부의 기계적 특성이 언밸런스하게 되며, 비교적 취약한 부분이 기점으로 되어서 용이하게 파단에 도달하고, 성형한계가 저하된다고 하는 식견을 얻었다. 따라서, 0.5질량%이상 함유되는 원소의 각각에 있어서, 주조재의 표면부에서의 설정 함유량과 실제 함유량과의 차이, 그 중앙부에서의 설정 함유량과 실제 함유량과의 차이를 10%이내로 한다. 또한, 주조재의 표면부는, 주조재의 횡단면 두께방향에 있어서, 표면으로부터 주조재의 두께의 20%에 해당하는 영역으로 하고, 중앙부는, 주조재의 횡단면의 두께방향에 있어서의 중심으로부터 주조재의 두께의 10%에 해당하는 영역으로 한다. 조성성분의 분석은, ICP를 이용해서 실시하는 것을 들 수 있다. 예를 들면, 설정 함유량은, 주조재를 얻기 위해서 조제한 양으로 해도 되며, 주조재 전체를 분석한 값을 이용하는 것을 들 수 있다. 표면부의 실제 함유량은, 표면을 절삭 또는 연마해서 표면부를 노출시키고, 이 표면부에 있어서 다른 5개소 이상의 위치에 있어서 횡단면을 취해 분석하고, 이들의 평균치를 이용하는 것을 들 수 있다. 중앙부의 실제 함유량은, 표면을 절삭 또는 연마해서 중앙부를 노출시키고, 이 중앙부에 있어서 다른 5개소 이상의 위치에 있어서 횡단면을 취해 분석하고, 이들의 평균치를 이용하는 것을 들 수 있다. 분석하는 개소수는 적절히 변경하면 된다. 상기 차이를 10%이내로 하기 위해서는, 예를 들면, 주조속도를 충분히 빠르게 하거나, 주조재에 200℃이상 600℃이하의 온도로 열처리를 실시하는 것을 들 수 있다.

또한, 얻어진 주조재의 표면 결함의 깊이는, 주조재의 두께의 10%미만으로 하는 것이 바람직하다. 본 발명자들은, 표면 결함의 깊이가 2차 성형성이나 소성가공성에 부여되는 영향에 대해서 조사했더니, 표면 결함의 깊이가 주조재의 두께의 10%미만이면, 특히, 프레스가공 등에 의해 절곡가공을 실시할 때, 균열의 시작점으로 되기 어려워서, 가공성을 향상시킬 수 있다고 하는 식견을 얻었다. 그래서, 표면 결함의 깊이를 상기와 같이 규정한다. 표면 결함의 깊이를 주조재의 두께의 10%미만으로 하기 위해서는, 용탕의 온도를 약간 낮게 하고, 냉각속도를 높이는 것으로 하는 것을 들 수 있다. 열전도성과 가동 주형에 대한 용탕의 습윤성이 우수한 금속피복층을 구비하는 가동 주형을 이용하거나, 주탕구의 횡단면 폭방향에 있어서의 용탕의 온도의 편차를 1O℃이하로 억제하는 것 등을 실시해도 된다. 표면 결함의 깊이는, 주조재의 긴쪽방향에 있어서의 길이 1m의 영역에 있어서 임의의 2점을 선출해서, 2점의 횡단면을 취하고, 각 단면을 #4000이하의 에머리 페이퍼와 입경 1㎛의 다이아몬드 연삭입자를 이용해서 연마하고, 표면부분의 전체길이에 걸쳐서, 배율 200배의 금속현미경으로 관찰하고, 그 최대치를 표면 결함의 깊이로 하는 것을 들 수 있다.

부가해서, 주조재의 표면에 존재하는 리플 마크 폭의 최대치 rw와 깊이의 최대치 rd가 rw×rd<1.O의 식을 만족시키면, 2차 가공이 실시된 마그네슘 합금재의 소성가공성의 저하를 저감할 수 있어서 바람직하다. rw×rd<1.O의 식을 만족시키기 위해서는, 예를 들면, 주탕구로부터 가동 주형에 공급될 때의 용탕의 압력(공급압력)을 101.8kPa이상 118.3kPa미만(1.005기압이상 1.168기압미만)으로 하는 것이나, 가동 주형의 구동속도를 조정하는 것을 들 수 있다. 주형의 구동속도가 지나치게 지연되면, 리플 마크는 커지는 경향이 있으며, 지나치게 빠르면 표면 균열 등의 원인으로 된다. 리플 마크 폭의 최대치, 동일 깊이의 최대치는, 주조재의 표면에 존재하는 리플 마크에 대해서, 3차원 레이저 측정기를 이용해서 일정한 측정범위 내에 있어서의 임의의 20개의 리플 마크에 있어서 각각 최대폭 및 최대 깊이를 구함으로써 얻을 수 있다. 상기 측정범위를 복수 형성해서, 각 측정범위에 대해서 마찬가지로 최대폭 및 최대깊이를 구하고, 모든 측정범위에 있어서의 최대폭 및 최대깊이가 상기식을 만족시키는 주조재인 경우, 상기 소성가공성의 저하의 저감 효과에 더욱더 우수하다. 측정범위수는, 5~20이 적당하다.

또, 얻어진 주조재는, 인장 강도가 150MPa이상, 파단연신이 1%이상이면, 2차 가공이 실시된 마그네슘 합금재의 소성가공성의 저하를 저감할 수 있어서 바람직하다. 강도, 연성을 향상시키기 위해서는, 조직을 미세하게 하고, 표면의 흠집을 작게 해서, 주조재에 압하가 가해지도록 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면, DAS를 0.5㎛이상 5.0㎛이하, 결정석출물의 크기를 20㎛이하, 표면 결함의 깊이를 소재 두께의 10%이내로 하고, 응고완료점을 오프셋의 거리의 15~60%로 함으로써, 상기에 규정하는 기계적 특성을 지니는 주조재를 얻을 수 있다.

상기 연속주조에 의해 얻어진 주조재, 또는 연속주조 후 열처리가 실시된 주조재는, 압연 등의 2차 가공성이 우수하다. 따라서, 2차 가공의 소재로서 최적이다. 또, 이 주조재에 한 쌍의 압연롤에 의해 압연가공과 같은 소성가공을 실시함으로써, 보다 강도가 우수한 마그네슘 합금재를 얻을 수 있다.

압연조건으로서는, 총압하율을 20%이상으로 하는 것이 바람직하다. 총압하율 20%미만의 압연에서는, 주조재의 조직인 주상정(柱狀晶)이 잔존하여, 기계적 특성이 불균일하게 되기 쉽다. 특히, 주조조직을 실질적으로 압연조직(재결정조직)으로 하기 위해서는, 30%이상으로 하는 것이 바람직하다. 총압하율 C는, 주조재의 두께를 A(㎜), 압연재의 두께를 B(㎜)로 할 때, C(%) = (A-B)/A×100으로 한다.

또, 압연은 1패스로 해도 되며, 복수 패스로 해도 된다. 복수 패스에 걸치는 압연을 실시하는 경우, 1패스의 압하율이 1%이상 50%이하의 압연을 포함하는 것이 바람직하다. 1패스의 압하율이 1%미만인 경우, 소망하는 두께의 압연재(압연판)를 얻기 위해서 압연을 반복하는 횟수가 많아지며, 시간이 걸려서 생산성에 뒤떨어진다. 또, 1패스의 압하율이 50%를 초과하는 경우, 가공도가 크기 때문에, 압연 전의 소재를 적절히 가열해서 소성가공성을 높이는 것이 바람직하다. 그러나, 가열을 실시함으로써, 결정조직의 조대화가 일어나기 때문에, 압연 후에 실시하는 프레스가공이나 단조가공 등의 소성가공성을 저하시킬 우려가 있다. 1패스의 압하율 c는, 압연 전의 소재의 두께를 a(㎜), 압연 후의 소재의 두께를 b(㎜)로 할 때, c(%) = (a-b)/a×100으로 한다.

또, 압연 공정에는, 압연 전의 소재의 온도 t1(℃) 및 압연 시의 소재의 온도 t2(℃) 중 높은 쪽의 온도 T(℃)를 선택하고, 이 온도 T(℃)와 압하율 c(%)가 100>(T/c)>5를 만족시키는 압연을 구비하고 있어도 된다. (T/c)가 100이상인 경우, 소재의 온도가 높기 때문에 압연가공성이 풍부하여, 큰 가공도를 취하는 것이 가능함에도 불구하고, 작은 가공도로 압연하고 있게 되기 때문에, 경제적으로 낭비가 많다. (T/c)가 5이하인 경우, 소재의 온도가 낮기 때문에 압연가공성이 작음에도 불구하고 큰 가공도를 취하고 있기 때문에, 압연 시, 소재의 표면이나 내부에 균열이 발생하기 쉽다.

또한, 압연공정에는, 압연롤에 삽입하기 직전의 소재의 표면온도를 100℃이하로 하고, 압연롤의 표면온도를 100~300℃로 하는 압연을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 가열된 압연롤과 접촉함으로써 소재는, 간접적으로 가열된다. 이하, 압연 전의 소재의 표면온도를 10O℃이내로 억제하고, 실제로 압연할 때의 압연롤의 표면온도를 100℃이상 300℃이하로 가열하는 압연방법을 「무예열(non-preheat rolling) 압연」이라고 부른다. 무예열 압연은, 복수 패스 실시해도 되고, 무예열 압연 이외의 압연을 복수 패스 실시한 후, 최후의 1패스에만 무예열 압연을 적용해도 된다. 즉, 무예열 압연 이외의 압연을 조(粗)압연으로 하고, 무예열 압연을 사상압연으로 해서 이용해도 된다. 적어도 최후의 1패스에 있어서, 무예열 압연을 실시함으로써, 충분한 강도를 구비하는 동시에, 소성가공성이 우수한 마그네슘 합금 압연재를 얻을 수 있다.

무예열 압연에 있어서, 압연롤에 삽입하기 직전에 있어서의 소재의 표면온도의 하한은, 특별히 규정하지 않지만, 소재의 온도가 실온이면 가열도 냉각도 불필요하여, 에너지효율상 바람직하다.

무예열 압연에 있어서, 압연롤 온도가 100℃보다 낮으면 소재의 가열이 불충분하게 되며, 압연 중에 균열이 발생해서 정상적인 압연을 실시할 수 없는 경우가 있다. 또, 압연롤 온도가 300℃를 초과하면, 압연롤의 가열설비를 대대적으로 할 필요가 있는 데에 부가해서, 압연 중의 소재의 온도가 지나치게 상승해서, 결정조직의 조대화가 일어나며, 프레스가공이나 단조가공 등의 소성가공성을 손상시키기 쉽다.

또한, 무예열 압연 이외의 압연은, 소재를 100℃이상 500℃이하로 가열한 온간압연으로 하는 것이 바람직하다. 특히, 150℃이상 350℃이하가 바람직하다. 1패스당의 압하율은, 5%~20%가 적당하다.

상기 압연가공은, 연속주조에 계속해서 연속적으로 실시하는 경우, 주조재가 가지는 여열을 이용할 수 있어서, 에너지 효율이 우수하다. 온간압연을 실시하는 경우, 압연롤에 히터 등의 가열수단을 구비해서 간접적으로 소재를 가열해도 되고, 고주파가열장치나 히터 등을 소재의 외주에 배치해서, 직접적으로 소재를 가열해도 된다. 또, 압연가공은, 윤활제를 이용해서 실시하는 것이 매우 적합하다. 윤활제를 이용함으로써, 얻어진 마그네슘 합금 압연재의 굽힘성능과 같은 인성도 약간 향상시킬 수 있다. 윤활제에는 일반의 압연용 오일을 이용할 수 있다. 윤활제의 적용방법은, 압연하기 전에 소재에 윤활제를 도포하는 것이 매우 적합하다. 또한, 연속주조에 계속해서 압연가공을 실시하지 않는 경우나, 사상압연 등을 실시하는 경우, 압연 전에 소재에 350~450℃에서 1시간 이상의 용체화 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 이 용체화 처리에 의해, 압연 전까지의 조압연 등의 가공에 의해 도입된 잔류 응력 또는 왜곡을 제거하고, 또한 지금까지의 가공 중에 형성된 집합조직을 경감할 수 있다. 그리고, 그 후에 계속되는 압연에 있어서 소재의 예기치 않은 균열, 왜곡, 변형을 방지할 수 있다. 용체화 처리온도가 350℃미만 또는 1시간 미만에서는, 충분히 잔류 응력을 제거하거나 집합조직을 경감하는 효과가 적다. 반대로 450℃를 초과하면, 잔류 응력 제거 등의 효과가 포화하여, 용체화 처리에 필요한 에너지를 낭비하게 되기 때문이다. 용체화 처리시간의 상한은 5시간 정도이다.

또한, 상기 압연가공이 실시된 마그네슘 합금 압연재에는, 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 또, 복수 패스의 압연을 실시하는 경우, 1패스마다, 혹은 복수 패스마다 열처리를 실시해도 된다. 열처리조건으로서는, 온도: 100~600℃, 시간: 5분~40시간 정도를 들 수 있다. 압연가공에 의해서 도입된 잔류 응력 또는 왜곡을 제거해서, 기계적 특성의 향상을 도모하기 위해서는, 상기 온도범위 내에서 낮은 온도(예를 들면, 100~350℃)에서, 상기 시간범위 내에서 짧은 시간(예를 들면, 5분~3시간 정도)의 열처리를 실시하는 것을 들 수 있다. 온도가 지나치게 낮거나, 시간이 지나치게 짧으면, 재결정이 불충분하여 왜곡이 잔존하고, 온도가 지나치게 높거나, 시간이 지나치게 길면, 결정립이 지나치게 조대화해서, 프레스가공, 단조가공 등의 소성가공성을 악화시킨다. 용체화를 도모하는 경우, 상기 온도범위 내에서 높은 온도(예를 들면, 200~600℃)에서, 상기 시간범위 내에서 긴 시간(예를 들면, 1~40시간 정도)의 열처리를 실시하는 것을 들 수 있다.

상기 압연가공, 특히 그 후에 열처리가 실시된 마그네슘 합금 압연재는, 미세한 결정조직을 가지며, 강도와 인성이 우수한 동시에, 프레스가공, 단조가공 등의 소성가공성이 우수하다. 구체적으로는, 평균결정입경: 0.5㎛이상 30㎛이하와 같은 미세한 조직을 얻는다. 평균결정입경이 0.5㎛미만인 경우, 강도가 향상하는 반면, 연성 향상의 효과가 포화하고, 평균결정입경이 30㎛ 초과인 경우, 균열 등의 시작점으로 되는 조대한 입자가 존재해서, 상기의 소성가공성이 저하된다. 평균결정입경은, 압연재의 표면부 및 중앙부에 있어서, JIS G 0551에 정해진 절단법에 의해서 각각 결정입경을 구하고, 그 평균치를 이용하는 것을 들 수 있다. 압연재의 표면부는, 압연재의 횡단면의 두께방향에 있어서, 표면으로부터 압연재의 두께의 20%에 해당하는 영역으로 하고, 중앙부는, 압연재의 횡단면의 두께방향에 있어서의 중심으로부터 압연재의 두께의 10%에 해당하는 영역으로 한다. 평균결정입경은, 압연조건(총압하율이나 온도 등), 열처리조건(온도나 시간 등)을 조정함으로써 변화시킬 수 있다.

또, 압연재의 표면부의 평균결정입경과 그 중앙부의 평균결정입경과의 차이(절대치)를 20%이내로 하면, 부가해서 프레스가공, 단조가공 등의 소성가공성을 향상시킬 수 있다. 이 차이가 20% 초과인 경우, 조직이 불균일인 데에 기인해서 기계적 특성도 불균일하게 되며, 성형한계가 저하되는 경향이 있다. 상기 평균결정입경의 차이를 20%이내로 하기 위해서는, 예를 들면, 적어도 최후의 1패스에 있어서 무예열 압연을 실시하는 것을 들 수 있다. 즉, 저온에서 압연함으로써, 균일하게 왜곡을 도입시키는 것이 바람직하다.

또, 얻어진 마그네슘 합금 압연재는, 결정석출물의 크기를 20㎛이하로 하면, 프레스가공, 단조가공 등의 소성가공성을 보다 향상시킬 수 있다. 20㎛ 초과라고 하는 조대한 결정석출물은, 상기 소성가공 시에 균열의 시작점으로 된다. 결정석출물의 크기를 20㎛이하로 하기 위해서는, 주조재에 있어서 결정석출물의 크기가 20㎛이하의 것을 이용하는 것을 들 수 있다.

또한, 얻어진 압연재의 마그네슘 합금 조성이 상기 제1 첨가원소, 제2 첨가원소를 함유하는 경우, 제1 첨가원소, 제2 첨가원소 중 0.5질량%이상 함유되는 원소는 각각, 압연재의 표면부 및 중앙부에 있어서, 설정 함유량(질량%)과 실제의 함유량(질량%)과의 차이(절대치)가 작은, 구체적으로는 10%이하로 하면, 프레스가공, 단조가공 등의 소성가공성이 우수하다. 압연재의 표면부 및 중앙부에 있어서, 설정 함유량과 실제 함유량과의 차이가 10% 초과인 경우, 표면부의 기계적 특성과 중앙부의 기계적 특성이 불균일하게 되어서, 비교적 취약한 부분을 시작점으로서 용이하게 파단하기 때문에, 성형한계가 저하된다. 조성성분의 분석은, 상기 주조재의 경우와 동일하게 하면 된다. 또, 동일 차이를 10%이내로 하기 위해서는, 주조재의 표면부에서의 설정 함유량과 실제 함유량과의 차이, 및 그 중앙부에서의 설정 함유량과 실제 함유량과의 차이가 10%이내인 주조재를 이용하면 된다.

또한, 얻어진 압연재의 표면 결함의 깊이는, 압연재의 두께의 10%미만으로 하는 것이 바람직하다. 표면 결함의 깊이가 압연재의 두께의 10%미만이면, 특히, 프레스가공 등에 의해 절곡가공을 실시할 때, 균열의 시작점으로 되기 어려워서, 소성가공성이 우수하다. 표면 결함의 깊이를 압연재의 두께의 10%미만으로 하기 위해서는, 예를 들면, 표면 결함의 깊이가 주조재의 두께의 10%미만인 주조재를 이용하는 것을 들 수 있다. 표면 결함의 깊이는, 주조재와 동일하게 측정하면 된다.

또, 얻어진 압연재는, 인장 강도가 200MPa이상, 파단연신이 5%이상이면, 프레스가공, 단조가공 등의 소성가공성이 저하되는 것을 저감할 수 있다. 상기 강도와 인성을 구비하기 위해서는, 예를 들면, 인장 강도가 150MPa이상, 파단연신이 1%이상인 주조재를 이용하는 것을 들 수 있다.

상기 압연재는, 프레스가공이나 단조가공 등의 소성가공을 실시할 때, 가공성이 우수하다. 따라서, 소성가공용 소재로서 최적이다. 또, 이 압연재에 상기 프레스가공 등의 소성가공을 실시함으로써, 경량인 것이 요구되는 다양한 분야에서 이용할 수 있다.

소성가공의 구체적인 조건은, 압연재를 실온 이상 500℃미만으로 가열해서, 소성가공성을 높인 상태로 실시하는 것이 바람직하다. 소성가공으로서는, 프레스가공이나 단조가공을 들 수 있다. 또, 소성가공 후에는, 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 열처리조건으로서는, 온도: 100~600℃, 시간: 5분~40시간 정도를 들 수 있다. 예를 들면, 가공에 의한 왜곡의 제거, 가공 시에 도입된 잔류 응력의 제거, 기계적 특성의 향상을 도모하는 경우, 상기 온도범위 내에서 낮은 온도(예를 들면, 100~350℃)에서, 상기 시간범위 내에서 짧은 시간(예를 들면, 5분~24시간 정도)의 열처리를 실시하는 것을 들 수 있다. 용체화를 도모하는 경우, 상기 온도범위 내에서 높은 온도(예를 들면, 200~600℃)에서, 상기 시간범위 내에서 긴 시간(예를 들면, 1~40시간 정도)의 열처리를 실시하는 것을 들 수 있다. 이와 같은 소성가공 및 열처리를 실시함으로써 얻어진 마그네슘 합금 성형품은, 가전분야, 수송관련분야, 항공우주관련분야, 스포츠 레저관련분야, 의료복지관련분야, 식료품관련분야, 건설관련분야용 구조재나 장식품 등에 이용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명 마그네슘 합금재의 제조방법에 의하면, 강도나 인성 등의 기계적 특성, 및 표면 성상이 우수한 마그네슘 합금재를 안정적으로 저비용으로 제공할 수 있다고 하는 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 또, 얻어진 마그네슘 합금 주조재는, 압연 등의 2차 가공성이 우수한 소재이며, 이 주조재를 이용해서 얻어진 마그네슘 합금 압연재는, 프레스가공이나 단조가공과 같은 소성가공성이 우수한 소재이다. 또한, 이 압연재를 이용해서 얻어진 마그네슘 합금 성형품은, 고강도이면서 경량이며, 다양한 분야에서 구조재로서 이용할 수 있다.

도 1은 마그네슘 합금의 연속주조장치의 개략구성도;
도 2(A)는 주탕구 근방의 구성을 설명하는 부분확대도이며, 응고완료점이 오프셋 구간 내에 존재하는 경우를 도시하고, 도 2(B)는 주탕구 근방의 구성을 설명하는 부분확대도이며, 응고완료점이 오프셋 내에 존재하지 않는 경우를 도시함;
도 3(A)는 도 2(A)의 X-X단면도이며, 주탕구가 횡단면 직사각형상의 예를 도시하고, 도 3(B)는 도 2(A)의 X-X단면도이며, 주탕구가 횡단면 사다리꼴 형상의 예를 도시함;
도 4(A)는 가동 주형의 표면에 피복층을 구비하는 예를 도시하는 가동 주형 부분의 부분개략도이며, 가동 주형의 표면에 피복층을 밀착 고정시키는 예를 도시하고, 도 4(B)는, 가동 주형의 표면에 피복층을 구비하는 예를 도시하는 가동 주형 부분의 부분개략도이며, 가동 주형의 표면을 가동하도록 배치되는 피복층을 구비하는 예를 도시함;
도 5는 용탕의 자중을 이용해서 가동 주형에 용탕을 공급하는 마그네슘 합금의 연속주조장치의 개략구성도.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태를 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서 동일요소에는 동일부호를 붙여서, 중복하는 설명을 생략한다. 또, 도면의 치수비율은, 설명의 것과 반드시 일치하고 있지 않다.

도 1은, 마그네슘 합금의 연속주조장치의 개략구성도이다. 이 장치는, 한 쌍의 롤(14)을 가동 주형으로 하고, 펌프(11b)나 펌프(12e)를 이용해서 마그네슘 합금의 용탕(1)을 가동 주형에 공급해서 주조재를 제조하는 연속주조장치이다. 동일 장치는, 마그네슘 합금을 용해해서 용탕(1)으로 하는 용해로(10)와, 용해로(10)로부터의 용탕(1)을 일시적으로 저류하는 용탕저류조(12)와, 용해로(10)와 용탕저류조(12) 사이에 배치되어서, 용해로(10)로부터 용탕(1)을 용탕저류조(12)로 수송하는 이송통(11)과, 용탕저류조(12)로부터 한 쌍의 롤(14)간에 용탕(1)을 공급하는 주탕구(13)를 구비하는 공급부(12d)와, 공급된 용탕(1)을 주조해서 주조재(2)를 형성하는 한 쌍의 롤(14)을 구비한다.

도 1에 도시하는 예에 있어서 용해로(10)는, 마그네슘 합금을 용해하여 용탕(1)을 저류하는 도가니(1Oa)와, 도가니(1Oa)의 외주에 배치되어서, 용탕(1)을 일정한 온도로 유지하기 위한 히터(1Ob)와, 이들 도가니(1Oa)와 히터(1Ob)를 수납하는 하우징(1Oc)을 구비한다. 또, 용탕(1)의 온도를 조절하기 위해서, 온도측정기(도시하지 않음)와 온도제어부(도시하지 않음)를 구비한다. 또한, 도가니(1Oa)는, 그 내부를 후술하는 가스에 의해 분위기 제어 가능하게 하기 위해서, 가스의 도입배관(1Od), 배출배관(1Oe)과, 가스의 제어부(도시하지 않음)를 구비한다. 또, 도가니(1Oa)에는, 용탕(1)을 교반하는 핀(도시하지 않음)을 구비하고, 교반 가능한 구성으로 하고 있다.

도 1에 도시하는 예에 있어서 이송통(11)은, 일단부를 도가니(1Oa)의 용탕(1)에 삽입하고, 타단부를 용탕저류조(12)에 접속시키고 있으며, 용탕(1)을 수송할 때, 용탕(1)의 온도가 저하되지 않도록 외주에 히터(11a)가 배치되어 있다. 또, 용탕(1)을 용탕저류조(12)에 공급하기 위해서 펌프(11b)를 구비한다. 또한, 이송통(11)의 외주에는, 초음파교반장치(도시하지 않음)를 배치하고 있으며, 이송 중, 용탕(1)을 교반할 수 있는 구성으로 하고 있다.

도 1에 도시하는 예에 있어서 용탕저류조(12)는, 그 외주에 히터(12a)와, 온도측정기(도시하지 않음) 및 온도제어부(도시하지 않음)를 구비한다. 히터(12a)는, 주로 운전개시 시에 이용하며, 용해로(10)로부터 수송된 용탕(1)이 응고되지 않은 온도 이상으로 되도록 용탕저류조(12)를 가열하는 것이다. 안정 운전 시는, 용해로(10)로부터 이송되는 용탕(1)으로부터의 입열과, 용탕저류조(12)로부터 방출되는 배열과의 밸런스를 보고, 적절히 히터(12a)를 이용할 수 있다. 또, 도가니(10a)와 마찬가지로 용탕저류조(12)에도, 가스에 의한 분위기 제어를 실시하기 위해서, 가스의 도입배관(12b), 배출배관(12c)과, 가스의 제어부(도시하지 않음)를 구비한다. 또한, 도가니(10a)와 마찬가지로 용탕저류조(12)에도, 용탕(1)을 교반하는 핀(도시하지 않음)을 구비하고, 교반 가능한 구성으로 하고 있다.

도 1에 도시하는 예에 있어서 공급부(12d)는, 일단부를 용탕저류조(12)의 용탕(1)에 삽입하고, 타단부(가동 주형인 롤(14) 측단부)에 주탕구(13)를 구비한다. 주탕구(13) 근방에는, 주탕구(13)에 공급되는 용탕(1)의 온도관리를 실시하기 위해서, 측온기(도시하지 않음)를 구비한다. 측온기는, 용탕(1)의 흐름을 저해하지 않도록 배치하고 있다. 또한, 주탕구(13)는, 별도로 히터 등의 가열수단을 구비해 두고, 운전개시 전까지 용탕(1)이 응고되지 않는 온도범위에까지 가열해 두는 것이 바람직하다. 또, 주탕구(13)의 횡단면 폭방향에 있어서 용탕(1)의 온도의 편차가 작아지도록, 적절히 측온기에 의해 온도를 확인해서, 상기 가열수단에 의해 주탕구(13)를 가열하도록 해도 된다. 또, 주탕구(13)를 열전도성이 우수한 재료로 형성해도, 온도의 편차를 작게 할 수 있다. 주탕구(13)로부터 가동 주형(롤(14)간)에 용탕(1)을 공급하기 위해서 공급부(12d)는, 용탕저류조(12)와 주탕구(13) 사이에 펌프(12e)를 구비한다. 펌프(12e)의 출력을 조정함으로써, 주탕구(13)로부터 롤(14) 사이에 공급되는 용탕(1)의 압력을 조정할 수 있다.

도 1에 도시하는 예에 있어서 가동 주형은, 한 쌍의 롤(14)로 이루어지는 것이다. 양롤(14)은, 롤(14)간에 갭을 형성해서 대향 배치시키고, 각 롤(14)은, 도시되지 않은 구동기구에 의해 서로 다른 방향(한쪽 롤이 우회전, 다른 쪽 롤이 좌회전)으로 회전 가능한 구성이다. 이 롤(14)간에 용탕(1)이 공급되고, 각 롤(14)이 회전하면, 주탕구(13)로부터 공급된 용탕(1)은, 롤(14)에 접촉하면서 응고함으로써 주조재(2)로서 배출된다. 이 예에서는, 주조방향이 수직방향 상향으로 되기 때문에, 가동 주형과 주탕구(13) 사이에서 용탕이 아래쪽으로 누출되지 않도록 탕둑(17)(도 3(A) 및 도 3(B) 참조)을 배치하고 있다. 각 롤(14)에는, 그 표면온도가 임의로 조정할 수 있도록 가열냉각기구(도시하지 않음)를 내장하는 동시에, 온도측정기(도시하지 않음) 및 온도제어부(도시하지 않음)를 구비한다.

그리고, 본 발명의 특징으로 하는 점은, 용해로부터 연속주조의 과정에 있어서, 용탕(1)이 접촉하는 부분의 형성재료로서, 산소농도가 체적비율로 20질량%이하인 저산소재료를 이용한 점에 있다. 이와 같은 재료로서, 본 예에서는, 도가니(10a)에 주철(산소농도: 질량비율로 100ppm이하)을 이용하고, 이송통(11), 용탕저류조(12), 공급부(12d) 및 주탕구(13), 탕둑(17)(도 3(A) 및 도 3(B) 참조)에 스테인리스(SUS430, 산소농도: 질량비율로 100ppm이하)를 이용하고, 롤(14)에 구리합금(조성(질량%): 금 199%, 크롬 0.8%, 잔부가 불순물, 산소농도: 질량비율로 1OOppm이하)을 이용하였다.

이와 같은 연속주조장치를 이용해서 주조재를 제조함으로써, 용탕이 산소와 결합하는 것을 저감할 수 있기 때문에, 산화마그네슘이 생성되거나, 산소를 빼앗긴 재료가 용탕에 결락하는 것 등에 의해, 주조재의 표면 성상이 열화하는 것을 저감한다. 또, 산화마그네슘이나 산소를 빼앗긴 재료 등이 용탕에 혼입되기 어려워지기 때문에, 이들의 이물이 존재하는 것에 의한 2차 가공성의 저하도 저감할 수 있다.

특히, 도 1에 도시하는 연속주조장치에서는, 도가니(10a) 내, 용탕저류조(12) 내에 저산소농도의 가스를 밀봉해서, 저산소 분위기로 하는 것이 가능하다. 이때, 용탕이 산소와 결합하는 것을 보다 효과적으로 저감할 수 있다. 저산소 분위기로 하는 가스로서는, 예를 들면, 산소 함유량 5체적%미만으로 한 아르곤가스나, 2산화탄소와 아르곤의 혼합가스 등을 들 수 있다. 또, SF₆ 등의 방염가스를 혼합시켜도 된다.

또, 도 1에 도시하는 연속주조장치에 있어서, 목적하는 합금조성과 판두께에 대해서 주형의 재질에 맞춰서, 주형온도를 충분히 낮게 하고, 가동 주형의 구동속도를 조정하는 것과 같은 제어를 실시함으로써, 응고완료점을 가동 주형으로부터 배출될 때까지의 영역으로 할 수 있다. 도 2(A) 및 도 2(B)는, 주탕구 근방의 구성을 설명하는 부분확대도이며, 도 2(A)는, 응고완료점이 오프셋 구간 내에 존재하는 경우, 도 2(B)는, 응고완료점이 오프셋 내에 존재하지 않는 경우를 도시한다. 여기서는, 롤(14)의 중심축을 통과하는 평면(이하, 주형 센터(15)라고 부름)과 주탕구(13)의 선단부간을 오프셋(16)이라고 부른다. 도 2(A)에 도시하는 바와 같이 공급부(12d)로부터 주탕구(13)를 경유해서 롤(14)간에 공급된 용탕(1)은, 주탕구(13)와 롤(14)과 도시하지 않은 탕둑으로 에워싸여지는 폐쇄공간으로 개방되어서 메니스커스(20)를 형성시키면서, 롤(14)에 접촉해서 냉각되어 응고가 개시된다. 주조방향(도 2(A) 및 도 2(B)에서는 위쪽을 향함)에 따라서 롤(14)간은 좁아지며, 롤(14)간의 갭이 작아진다. 구체적으로는, 주조 초기, 주탕구(13)로부터 공급된 용탕(1)이 최초로 롤(14)에 접촉할 때, 용탕(1)이 최초로 롤(14)에 접촉하는 부분간의 초기 갭 m1이 가장 크고, 응고된 소재가 주조 센터(15)를 통과할 때, 양롤(14)이 서로 가장 근접하는 최소 갭 m2로 된다. 이런 연유로, 응고에 의해 형성된 응고 쉘과 롤(14)간에 응고수축에 의한 틈새를 일으키게 하는 일 없이, 응고 쉘은, 롤(14)에 밀착해서 응고완료점(21)으로 응고가 완료될 때까지, 이 냉각 효과가 지속된다. 그리고, 응고완료점(21)으로부터 주형 센터(15)를 통과할 때까지의 구간에 있어서, 롤(14)간의 갭은 더욱더 작아지고 있다. 이런 연유로, 응고한 마그네슘 합금은, 롤(14)에 의해 압하력을 받아서 압축 변형되어서, 롤(14)간으로부터 배출되고, 압연재와 같은 표면이 평활한 주조재(2)를 얻을 수 있다. 이와 같이 응고완료점(21)이 오프셋(16) 구간에 존재하도록 응고상태를 제어하는 것이 바람직하다. 또, 초기 갭 m1의 거리를 최소 갭 m2의 1배이상 1.55배이하로 하면, 높은 냉각 효과를 얻을 수 있다.

이것에 대해서, 상기와 같은 응고제어를 실시하지 않는 경우, 도 2(B)에 도시하는 바와 같이 공급부(12d)로부터 주탕구(13)를 경유해서 롤(14)간에 공급된 용탕(1)은, 주탕구(13)와 롤(14)간과 도시하지 않은 탕둑이 만드는 폐쇄공간으로 개방되어서 메니스커스(20)를 형성시키면서, 롤(14)에 접촉해서 냉각되어서 응고가 개시된다. 그러나, 중심부에 대량으로 미응고부분을 남기고, 주형 센터(15)를 통과한다. 즉, 오프셋(16) 구간을 지나간 지점에 응고완료점(23)이 존재한다. 주형 센터(15)를 통과한 마그네슘 합금은, 롤(14)로부터 분리되기 때문에 롤(14)에 의한 냉각이 아니라, 주조재(2) 표면의 방열냉각에 의해 응고가 진행된다. 따라서, 주조재(2) 중심부의 응고속도가 지연되며, 중심선 편석을 발생시킨다.

도 3(A) 및 도 3(B)는, 도 2(A)의 X-X단면도이며, 도 3(A)는 주탕구가 횡단면 직사각형상, 도 3(B)는 주탕구가 횡단면 사다리꼴 형상의 예를 도시한다. 또한, 도 1에 도시하는 연속주조장치에 있어서, 주탕구(13)로부터 롤(14)간에 공급되는 용탕(1)의 압력을 펌프(12e)에 의해 조정함으로써, 메니스커스(20)(도 2(A) 및 도 2(B) 참조)가 형성되는 영역을 충분히 작게 할 수 있다. 이때, 주탕구(13)의 횡단면 폭방향에 있어서, 용탕(1)의 온도의 편차를 가능한 한 작아지도록 제어함으로써 상기 메니스커스가 형성되는 영역에 용탕(1)이 즉시 충만해서 양호한 주조재(2)를 얻을 수 있다. 예를 들면, 도 3(A)에 도시하는 바와 같이 측온기(13a)에 의해, 주탕구(13)의 횡단면 폭방향에 있어서의 용탕(1)의 온도의 편차가 10℃이하로 되도록 별도 형성한 히터 등의 가열수단의 온도를 조정하는 동시에, 펌프(12e)(도 1 참조)를 조정해서, 롤(14)간에 공급되는 용탕(1)의 압력을 101.8kPa이상 118.3kPa미만(1.005기압이상 1.168기압미만)로 되도록 한다. 그러면, 도 3(A)에 도시하는 바와 같이, 용탕(1)을 충분히 충만할 수 있다. 도 3(B)에 도시하는 예는, 주탕구(13)의 형상이 다를 뿐이며, 도 3(A)에 도시하는 예와 마찬가지로, 주탕구(13)로부터 롤(14)간에 공급되는 용탕(1)의 압력을 펌프(12e)(도 1 참조)로 조정하는 동시에, 주탕구(13)의 횡단면 폭방향에 있어서의 용탕(1)의 온도의 편차를 제어함으로써, 용탕(1)을 충분히 충만할 수 있다.

도 1에 도시하는 연속주조장치에 있어서, 용탕의 냉각속도를 한층더 높이기 위해서, 가동 주형에 피복층을 형성해도 된다. 도 4(A) 및 도 4(B)는, 가동 주형의 표면에 피복층을 구비하는 예를 도시하는 가동 주형 부분의 부분개략도이며, 도 4(A)는, 가동 주형의 표면에 피복층을 밀착 고정시키는 예, 도 4(B)는, 가동 주형의 표면을 가동하도록 배치되는 피복층을 구비하는 예를 도시한다. 도 4(A)에 도시하는 가동 주형(30)은, 롤(14a)의 외주에 산소 함유량이 적으며, 또한 열전도성이 우수한 재료로 이루어지는 피복층(14b)을 구비하는 것이다. 이 피복층(14b)은, 주탕구(13)로부터 공급된 용탕(1), 및 응고되어서 얻어지는 주조재(2)의 쌍방이 롤(14a)에 접하지 않도록 형성하고 있다. 이와 같은 피복층(14b)의 형성재료로서는, 예를 들면, 구리나 구리합금을 들 수 있다. 또, 피복층(14b)의 형성재료는, 상기와 같이 산소 함유량이 적으며, 또한 열전도성이 우수한 재료이면 되기 때문에, 롤(14a)의 재료로 하기 위해서는 강도가 약한 것이어도 적용할 수 있다. 이 피복층(14b)은, 열전도성이 우수함으로써, 용탕(1)이 접촉할 때, 효율적으로 용탕(1)의 열을 방출하고, 용탕(1)의 냉각속도의 향상에 공헌한다. 또, 열전도성이 우수함으로써, 롤(14a)이 용탕(1)으로부터의 열에 의해 변형되어서 치수가 변화하는 것을 방지하는 효과도 나타낸다. 또한, 피복층(14b)의 형성재료를 롤(14a)과 동일한 재료로 하면, 운전에 의해 피복층(14b)이 손상되었을 경우, 피복층(14b)만을 교환하면 되어서, 경제적이다.

상기와 같이 롤(14a)에 피복층(14b)을 밀착 고정시켜도 되지만, 도 4(B)에 표시하는 바와 같이, 롤(14a)의 외주를 가동하도록 피복층(19)을 형성해도 된다. 이 피복층(19)은, 상기 피복층(14b)과 마찬가지로 산소 함유량이 적고, 또한 열전도성이 우수한 재료를 이용해서 대상체(帶狀體)로 하고, 도 4(B)에 도시하는 바와 같이 폐쇄루프구조로 한 것이다. 그리고, 이 폐쇄루프의 피복층(19)을 롤(14a)과 텐셔너(18)에 걸어두기 해서, 피복층(19)이 롤(14a)의 외주를 이동할 수 있도록 배치한다. 이 피복층(19)도, 상기 피복층(14)과 마찬가지로, 열전도성이 우수하기 때문에, 용탕(1)의 냉각속도를 충분히 빠르게 하는 동시에, 롤(14a)의 열변형에 의한 치수변화를 억제한다. 또, 롤(14a)과 동일한 재료로 피복층(19)을 형성했을 경우, 운전에 의해 피복층(19)이 손상되었을 경우, 피복층(19)만을 교환하면 된다. 또한, 피복층(19)은, 롤(14a)과 텐셔너(18)간을 이동하는 구성이기 때문에, 용탕(1)에 접촉한 후 이어서 접촉할 때까지의 동안에 표면을 청정하게 하거나, 열왜곡에 의한 변형을 수정하거나 할 수 있다. 또, 롤(14a)과 텐셔너(18)간에 있어서, 피복층(19)을 가열하기 위한 가열수단을 배치해도 된다.

도 5는, 용탕의 자중을 이용해서 가동 주형에 용탕을 공급하는 마그네슘 합금의 연속주조장치의 개략구성도이다. 이 장치는, 기본적 구성은 도 1에 도시하는 장치와 동일하다. 즉, 마그네슘 합금을 용해해서 용탕(1)으로 하는 용해로(40)와, 용해로(40)로부터의 용탕(1)을 일시적으로 저류하는 용탕저류조(42)와, 용해로(40)와 용탕저류조(42) 사이에 배치되어서, 용해로(40)로부터 용탕(1)을 용탕저류조(42)로 수송하는 이송통(41)과, 용탕저류조(42)로부터 한 쌍의 롤(44)간에 용탕(1)을 공급하는 주탕구(43)를 구비하는 공급부(42d)와, 공급된 용탕(1)을 주조해서 주조재(2)를 형성하는 한 쌍의 롤(44)을 구비한다. 다른 점은, 용탕(1)의 자중을 이용해서 용탕(1)을 롤(44)간에 공급하는 점에 있다.

도 5에 도시하는 장치에 있어서 용해로(40)는, 도 1에 도시하는 용해로(10)와 마찬가지로 도가니(40a)와, 히터(40b)와, 하우징(40c)과, 온도측정기(도시하지 않음)와, 온도제어부(도시하지 않음)를 구비한다. 또, 도가니(40a)도 가스의 도입배관(40d), 배출배관(40e)과, 가스의 제어부(도시하지 않음)를 구비한다. 또한, 도가니(40a)나, 용탕(1)을 교반하는 핀(도시하지 않음)을 구비하고, 교반 가능한 구성으로 하고 있다. 이송통(41)은, 일단부를 도가니(40a)에, 타단부를 용탕저류조(42)에 접속시키고, 도중에 히터(41a)와, 용탕(1)을 용탕저류조(42)에 공급하기 위한 밸브(41b)를 구비한다. 또, 이송통(41)의 외주에는, 초음파교반장치(도시하지 않음)를 배치하고 있다.

도 5에 도시하는 예에 있어서 용탕저류조(42)도, 그 외주에 히터(42a)와, 온도측정기(도시하지 않음)와, 온도제어부(도시하지 않음)를 구비한다. 또, 용탕저류조(42)도 가스의 도입배관(42b), 배출배관(42c)과, 가스의 제어부(도시하지 않음)를 구비한다. 또한, 용탕저류조(42)에도, 용탕(1)을 교반하는 핀(도시하지 않음)을 구비하고, 교반 가능한 구성으로 하고 있다. 공급부(42d)는, 일단부를 용탕저류조(42)에 접속시키고, 타단부(가동 주형인 롤(44) 측단부)에 주탕구(43)를 구비한다. 주탕구(43) 근방에는, 주탕구(43)에 공급되는 용탕(1)의 온도 관리를 실시하기 위해서, 측온기(도시하지 않음)를 구비한다. 측온기는, 용탕(1)의 흐름을 저해하지 않도록 배치하고 있다. 그리고, 용탕(1)의 자중에 의해, 주탕구(43)로부터 롤(44)간에 용탕(1)을 공급할 수 있도록, 후술하는 롤(44)간 갭의 중심선(50)이 수평방향으로 되도록 하는 동시에, 용탕저류조(42)로부터 주탕구(43)를 개재해서 롤(44)간에 수평방향으로 용탕이 공급되고, 수평방향으로 주조재(2)가 형성되도록, 용탕저류조(42), 주탕구(43), 롤(44)을 배치하고 있다. 또, 공급부(42d)의 위치는, 용탕저류조(42) 내의 용탕(1)의 액면보다도 낮게 하고 있다. 특히, 용탕저류조(42) 내의 용탕(1)의 액면은, 롤(44)간의 갭의 중심선(50)으로부터 소정의 높이 h로 되도록 조정하기 위해서, 액면을 검출하는 센서(47)를 구비한다. 센서(47)는, 도시하지 않은 제어부에 접속되고, 센서(47)의 결과에 연동시켜서 밸브(41b)를 조정하여, 용탕(1)의 유량을 제어함으로써, 주탕구(43)로부터 롤(44)간에 공급할 때의 용탕(1)의 압력을 조정한다. 구체적으로는, 중심선(50)으로부터 30㎜이상 떨어진 지점까지의 높이를 용탕(1)의 액면의 설정치로 하고, 이 설청치 ±10%로 되도록 액면을 제어하는 것이 바람직하다. 또, 용탕(1)의 압력으로서는, 101.8kPa이상 118.3kPa미만(1.005기압이상 1.168미만 이하)으로 되도록 하는 것이 요망된다.

도 5에 도시하는 예에 있어서 가동 주형은, 한 쌍의 롤(44)로 이루어지는 것이다. 양롤(44)은, 롤(44)간에 갭을 형성해서 대향 배치시키고, 각 롤(44)은, 도시되지 않은 구동기구에 의해 서로 다른 방향(한쪽 롤이 우회전, 다른 쪽 롤이 좌회전)으로 회전 가능한 구성이다. 특히, 롤(44)간 갭의 중심선(50)이 수평방향으로 되도록 배치되어 있다. 이 롤(44)간에 용탕(1)이 공급되고, 각 롤(44)이 회전하면, 주탕구(43)로부터 공급된 용탕(1)은, 롤(44)에 접촉하면서 응고함으로써 주조재(2)로서 배출된다. 이 예에서는, 주조방향이 수평방향으로 된다. 롤(44)에는, 그 표면온도가 임의로 조정할 수 있도록 가열냉각기구(도시하지 않음)를 내장하는 동시에, 온도측정기(도시하지 않음) 및 온도제어부(도시하지 않음)를 구비한다.

그리고, 이 예에서는, 도가니(40a), 이송통(41), 용탕저류조(42), 공급부(42d) 및 주탕구(43)의 형성재료에, 산소농도가 20질량%이하인 저산소재료로서 흑연(산소농도: 질량비율로 50ppm이하(기공부의 잔존산소는 제외))을 이용하였다. 또, 롤(44)의 형성재료에 구리합금(조성(질량%): 금 99%, 크롬 0.8%, 잔부가 불순물, 산소농도: 질량비율로 1OOppm이하)을 이용하였다.

이와 같은 연속주조장치를 이용해서 주조재를 제조함으로써, 도 1에 도시하는 장치와 마찬가지로 용탕이 산소와 결합하는 것에 의한 문제, 즉, 주조재의 표면 성상의 열화, 2차 가공성의 저하를 저감한다. 또, 도 5에 도시하는 장치에 있어서도, 도가니(40a) 내, 용탕저류조(42) 내를 저산소 분위기로 함으로써, 용탕과 산소와의 결합을 효과적으로 저감한다.

(시험예 1)

도 5에 도시하는 연속주조장치를 이용해서 연속주조를 실시하여, 주조재(판재)를 제작하였다. 또, 얻어진 주조재의 특성을 조사해 보았다. 조사한 마그네슘 합금의 조성, 주조조건, 특성을 표 1~5에 나타낸다. 또한, 표 1~5에서는, 주형의 재질만 나타내고 있으며, 주형 이외의 부재의 형성재료는, 도 5에 도시하는 것과 마찬가지로(카본) 하였다. 표 1~5에 있어서, 용탕의 최고온도, 최저온도, 편차는, 주탕구에 있어서의 온도, 주탕구의 횡단면 폭방향에 있어서의 편차로 한다. 오프셋은, 도 5에 있어서 롤(44)의 중심축을 통과하는 평면(이하, 주형 센터(45)라고 부름)과 주탕구(43)의 선단부 사이(오프셋(46))로 한다. 분위기는, 표 1~5에 나타내는 함유량의 산소와 잔부를 아르곤과 질소의 혼합가스로 하였다. 주탕구에 있어서의 갭은, 주탕구로부터 공급된 용탕이 최초로 롤에 접촉하는 부분간의 갭으로 한다. 주형 센터에 있어서의 롤간의 갭은, 양롤이 가장 근접하는 최소 갭으로 한다. 압하율은, (주탕구에 있어서의 갭/최소 갭)×100으로 한다. 공급압력은, 용탕(응고된 부분을 포함함)으로부터 롤에 가해지는 압축하중으로 한다. 주조재의 온도는, 롤간으로부터 배출된 직후의 마그네슘 합금재의 표면온도로 한다. 성분의 편차는, 설정 함유량을 표 1~5의 각 시료의 조성에 나타내는 양으로서 구하였다.

그 결과, 균열 등이 발생하는 일 없이 주조를 실시할 수 있으며, 얻어진 주조재는, 표 1~5에 도시하는 바와 같이 조성이 균일하며, 표면품질이 우수하고 결정석출물이 미세하며, 기계적 특성이 우수한 것을 알 수 있다.

(시험예 2)

상기 얻어진 주조재에 압연가공을 실시하여, 압연재를 제작하였다. 각 압연재에는, 압연 후 열처리(100℃이상 350℃이하의 온도범위 중, 조성에 따라서 적절히 선택한 온도로 약 1시간)를 실시하였다. 열처리 후에 얻어진 압연재의 특성을 조사해 보았다. 압연조건, 특성을 표 6~10에 나타낸다. 압연은, 1패스의 압하율을 1~50%의 범위로 하고, 온도를 150~350℃로 해서, 복수 패스 실시하고, 최종 패스에 표 6~10에 나타내는 조건의 압연을 실시하였다. 또, 시판되고 있는 압연용 오일을 윤활제로서 이용하였다.

표 6~10에 나타내는 바와 같이, 얻어진 압연재는, 표면품질이 우수한 동시에, 강도 및 인성이 우수함을 알 수 있다. 또, 미세한 결정조직을 가지는 동시에, 결정석출물도 미세함을 알 수 있다. 또한, 시료 No.1~20의 주조재에 300~600℃의 온도범위에서 각 조성에 적합한 온도로 1시간 이상의 용체화 처리를 실시한 후, 동일한 조건으로 압연가공, 열처리를 실시해서, 마찬가지로 특성을 조사했더니, 압연 중에 예기치 않은 균열, 왜곡, 변형이 전혀 발생하는 일이 없어서, 보다 안정적으로 압연을 실시할 수 있었다.

(시험예 3)

상기 얻어진 압연재에 250℃에서 프레스가공(일반적인 케이스형상)을 실시하여, 마그네슘 합금 성형품을 제작해 보았다. 그 결과, 상기 압연재를 이용한 성형품은, 균열 등이 없어서 치수 정밀도가 우수한 것이었다. 또, 상기 압연재 중, 몇 개의 시료를 선택해서 다양한 형상으로 프레스가공(250℃)을 실시한 결과(여기서는 No.1~4, 9~13, 15, 16, 18, 20을 선택), 이들의 압연재에서는, 어느 형상에서도 프레스가공을 실시할 수 있으며, 외관, 치수 정밀도에도 우수하였다. 비교로서, 시판되고 있는 AZ31 합금재를 이용해서, 마찬가지로 다양한 형상으로 프레스가공을 실시한 결과, 이 AZ31 합금재에서는, 균열 등이 발생해서 가공할 수 없거나, 가공할 수 있다 하더라도 외관이 뒤떨어지는 성형품을 얻을 수 있었다.

(시험예 4)

또한, 상기 압연재 중, 몇 개의 시료를 선택해서 내식성에 대해서 조사해 보았더니(여기서는 No.5, 6을 선택), 일반적인 틱소몰딩법에 의해서 제작된 AZ91 합금재와 동등한 내식성을 지니고 있음이 확인되었다.

(시험예 5)

또한, 상기 압연재 중, 몇 개의 시료(여기서는 No.1, 6, 7, 13, 18을 선택)를 선택해서 굽힘량의 평가를 실시하였다. 150㎜ 간격으로 설치한 높이 20㎜의 상단부가 예리한 2개의 평행인 돌기에 폭 30㎜, 길이 200㎜, 두께 0.5㎜t의 시료를 돌기에 수직으로 되도록 두고, 돌기의 중앙에 일정 하중을 걸었을 때의 중앙부의 높이 감소량을, 동일한 측정법을 이용해서 시판되고 있는 0.5㎜t의 AZ31 합금판에 대해서 측정한 높이감소량으로 나눠 백분율로 나타냈다. 그 결과, 표 12에 나타내는 바와 같이, 쌍롤 주조에 의해 제작한 시료는, 시판되고 있는 AZ31 합금 이상의 내굽힘성을 지니는 것이 확인되었다.

(시험예 6)

또한, 상기 압연재 중, 몇 개의 시료(여기서는 No.1, 6, 7, 13, 18을 선택)를 선택해서 동일 조성으로, 카본 도가니를 사용해서 아르곤 분위기 속에서 용해하고, 흑연 이형제를 도포한 SUS316제의 주형에 형상 100㎜×200㎜×20㎜t로 되도록 냉각속도 1~10K/sec로 주조한 것을 대기 중에서 400℃ 24시간의 균질화 처리를 실시한 후, 표면 및 내부에 결함이 없는 두께 4㎜t의 시험편으로 한 것을 제작하였다(표 11 중, No.1_M1, 6_M1, 7_M1, 13_M1, 18_M1로 기재). 제작한 시험편을, 1패스의 압하율을 c(%), 압연 전의 소재의 온도 t1(℃) 및 압연 시의 소재의 온도 t2(℃) 중 높은 쪽의 온도를 T(℃)로 했을 때에, 100>(T/c)>5를 만족시키도록 0.5㎜t까지 압연가공을 실시하였다. 그 결과, 표 11에 나타내는 바와 같이, 냉각속도 1~10K/sec로 주조한 마그네슘 합금에 대해서는, No.1의 조성의 합금 이외는 압연가공공정에서 균열이 발생하여, 압연이 불가능하였다.

(시험예 7)

또한, 상기 압연재 중, 몇 개의 시료(여기서는 No.1, 6, 7, 13, 18을 선택)를 선택해서 동일 조성으로, 카본 도가니를 사용해서 아르곤 분위기 속에서 용해하고, 흑연 이형제를 도포한 SUS316제의 주형에 형상 100㎜×200㎜×20㎜t로 되도록 냉각속도 1~10K/sec로 주조한 것을 대기 중에서 400℃ 24시간의 균질화 처리를 실시한 후, 절삭가공에 의해서 표면 및 내부에 결함이 없는 두께 0.5㎜t의 시험편으로 한 것을 제작하였다(표 11 중, No.1_M2, 6_M2, 7_M2, 13_M2, 18_M2로 기재). 이와 같이 해서 제작한 시료와 상기 압연재 중, 몇 개의 시료(여기서는 No.1, 6, 7, 13, 18, No.1_M1을 선택)에 대해서, 실온, 200℃, 250℃ 하에서의 기계적 특성 및 150℃ 하에서의 크리프특성에 대해서 조사하였다. 크리프특성은, 150℃±2℃의 환경에 시험편을, 20h 유지한 다음에 시험평가를 실시하고, 시판되고 있는 AZ31 합금판의 크리프응력(일정 온도에 있어서 크리프속도 0.1%/1000h를 발생시킬 때의 응력, MPa)에 대한 백분율로 나타냈다. 그 결과, 표 12에 나타내고 있는 바와 같이, 쌍롤 주조에 의해 제작한 시료는, 우수한 내열성을 지니고 있음이 확인되었다.

[산업상 이용가능성]

본 발명 마그네슘 합금재의 제조방법은, 기계적 특성, 표면품질, 내굽힘성, 내식성, 내열성, 내크리프특성이 우수한 마그네슘 합금 주조재, 마그네슘 합금 압연재 등의 마그네슘 합금재를 안정적으로 제조할 수 있다. 얻어진 압연재는, 프레스가공이나 단조가공과 같은 소성가공성이 우수하기 때문에, 이와 같은 성형가공용 소재로서의 이용에 최적이다. 또, 얻어진 마그네슘 합금 성형품은, 가전분야, 수송관련분야, 항공우주관련분야, 스포츠 레저관련분야, 의료복지관련분야, 식료품관련분야, 건설관련분야용 구조재 또는 장식품으로서 이용할 수 있다.

1 : 용탕 2 : 주조재 10, 40 : 용해로
11, 41 : 이송통 12. 42 : 용탕저조류 12d, 42d : 공급부
13, 43 : 주탕구 14, 44 : 롤

Claims (9)

1. 표면에 존재하는 리플 마크의 폭의 최대치 rw와 깊이의 최대치 rd가
   rw×rd<1.0
   의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 주조재.
2. 제 1항에 있어서,
   DAS가 0.5㎛ 이상 5.0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 주조재.
3. 제 1항에 있어서,
   표면결함의 깊이가 상기 주조재의 두께의 10% 미만인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 주조재.
4. 제 1항에 있어서,
   결정석출물의 크기가 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 주조재.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 주조재의 판두께가 0.1mm 이상 10.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 주조재.
6. 제 1항에 기재된 마그네슘 합금 주조재로 이루어지고,
   평균결정입경이 0.5㎛ 이상 30㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압연재.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 압연재의 표면부의 평균결정입경과 그 중앙부의 평균결정입경과의 차이가 20% 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘합금 압연재.
8. 제 6항에 있어서,
   결정석출물의 크기가 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압연재.
9. 제 6항에 있어서,
   표면결함의 깊이가 상기 압연재의 두께의 10% 미만인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 압연재.

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