KR101095597B1 - 전극용 동합금 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 플래쉬 저항용접(flash butt welding)용 전극으로 사용되는 전극용 동합금에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전극용 동합금은 2.0wt%~1.9wt%의 니켈(Ni), 0.6wt%~0.4wt%의 규소(Si), 0.8wt%~0.65wt%의 크롬(Cr), 0.2wt%~0.3wt%의 티타늄(Ti) 및 나머지 구리(Cu)로 조성되며, 정출물들이 미세하세 형성되도록, 용탕의 온도를 제어하여 1200℃ 부근에서 260℃로 예열된 금형에 주입하여 주조를 행하고, 균질화 처리, 40%냉간압연, 용체화 처리, 430℃에서 3시간 예비시효, 40%냉간압연, 420℃에서 50시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리되는 것을 특징으로 한다.

Description

전극용 동합금{COPPER ALLOY USED FOR ELECTRODE}
본 발명은 플래쉬 저항용접(flash butt welding)용 전극으로 사용되는 전극용 동합금에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베리늄동 합금을 대체할 수 있는 내구성(경도, 인장강도, 연신율 및 내마모성)과 전기 전도도를 갖는 Cu-Ni--Si-Cr-Ti 합금 또는 Cu-Ni--Si-Cr-Zr 합금으로 이루어진 전극용 동합금에 관한 것이다.
현재, 플래쉬 저항용접(Flash Butt Welding)에서, 전극으로 베리늄동 합금(Cu-Br alloys)이 사용되고 있다.
그러나, 상기 베리늄동 합금은 베리늄이 매우 고가이고, 산소와 친화력이 커서 산화손실이 많고, 특히 용해작업시 발생하는 산화베리늄이 인체에 매우 유독하여 이를 제어하기 위한 제조공정이 까다롭고 환경문제를 일으키게 되므로 최근 들어 그 사용이 점차 제한되는 경향이 있다.
때문에 베리늄의 함량을 줄이면서도 강도를 향상시켜 전극의 수명을 연장시키거나, 베리늄동(Cu-Be)합금 소재를 대체할 수 있는 강도, 내마모성 및 도전율이 우수한 구리합금의 개발은 환경적이 측면에서나 경제적인 측면에서 매우 절실한 실정이다.
따라서, 본 발명의 목적은 베리늄동 합금을 대체할 수 있는 내구성(경도, 인장강도, 연신율 및 내마모성)과 전기 전도도를 갖는 전극용 동합금을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극용 동합금은 2.0wt%~1.9wt%의 니켈(Ni), 0.6wt%~0.4wt%의 규소(Si), 0.8wt%~0.65wt%의 크롬(Cr), 0.2wt%~0.3wt%의 티타늄(Ti) 및 나머지 구리(Cu)로 조성되며, 용탕의 온도를 제어하여 1200℃ 부근에서 260℃로 예열된 금형에 주입하여 주조를 행하고, 균질화 처리, 40%냉간압연, 용체화 처리, 430℃에서 3시간 예비시효, 40%냉간압연, 420℃에서 50시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리되는 것을 특징으로 한다.
다른 대안으로, 본 발명에 따른 전극용 동합금은 1.85wt%~2.0wt%의 니켈(Ni), 0.6wt%~0.65wt%의 규소(Si), 0.8wt%~0.85wt%의 크롬(Cr), 0.2wt%~0.3wt%의 티타늄(Ti) 및 나머지 구리(Cu)로 조성되며, 용탕의 온도를 제어하여 1200℃ 부근에서 260℃로 예열된 금형에 주입하여 주조를 행하고, 균질화 처리, 40%열간압연, 용체화 처리, 450℃에서 3시간 예비시효, 26%냉간압연, 420℃에서 50시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 대안으로, 본 발명에 따른 전극용 동합금은 1.85wt%~2.0wt%의 니 켈(Ni), 0.6wt%~0.65wt%의 규소(Si), 0.8wt%~0.85wt%의 크롬(Cr), 0.2wt%~0.3wt%의 티타늄(Ti) 및 나머지 구리(Cu)로 조성되며, 용탕의 온도를 제어하여 1200℃ 부근에서 260℃로 예열된 금형에 주입하여 주조를 행하고, 균질화 처리, 40%열간압연, 용체화 처리, 40%냉간압연, 370℃에서 1시간 예비시효, 420℃에서 20시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 대안으로, 본 발명에 따른 전극용 동합금은 2.0wt%~1.8wt%의 니켈(Ni), 0.65wt%~0.6wt%의 규소(Si), 0.9wt%~0.8wt%의 크롬(Cr), 0.2wt%~0.3wt%의 티타늄(Ti), 0.015wt%~0.02wt%의 인(P) 및 나머지 구리(Cu)로 조성되며, 용탕의 온도를 제어하여 1200℃ 부근에서 260℃로 예열된 금형에 주입하여 주조를 행하고, 균질화 처리, 40%열간압연, 용체화 처리, 30%냉간압연, 420℃에서 3시간 예비시효, 40%냉간압연, 420℃에서 20시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 대안으로, 본 발명에 따른 전극용 동합금은 2.0wt%~1.8wt%의 니켈(Ni), 0.65wt%~0.6wt%의 규소(Si), 0.9wt%~0.8wt%의 크롬(Cr), 0.2wt%~0.3wt%의 티타늄(Ti), 0.015wt%~0.02wt%의 인(P) 및 나머지 구리(Cu)로 조성되며, 용탕의 온도를 제어하여 1200℃ 부근에서 260℃로 예열된 금형에 주입하여 주조를 행하고, 균질화 처리, 40%열간압연, 용체화 처리, 370℃에서 3시간 예비시효, 20%냉간압연, 420℃에서 20시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리되는 것을 특징으로 한다.
또 다른 대안으로, 본 발명에 따른 전극용 동합금은 1.85wt%~2.0wt%의 니켈(Ni), 0.6wt%~0.65wt%의 규소(Si), 0.8wt%~0.84wt%의 크롬(Cr), 0.24wt%~0.3wt% 의 지르콘(Zr), 0.015wt%~0.019wt%의 인(P) 및 나머지 구리(Cu)로 조성되며, 용탕의 온도를 제어하여 1200℃ 부근에서 260℃로 예열된 금형에 주입하여 주조를 행하고, 균질화 처리, 40%열간압연, 용체화 처리, 450℃에서 3시간 예비시효, 26%냉간압연, 420℃에서 50시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리되는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 전극용 동합금은 고가이고 유독가스를 배출하는 기존의 베리늄동합금을 대체할 수 있으며, 추가 설비가 요구되지 않는 효과가 있다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극용 동합금은 2.0wt%~1.9wt%의 니켈(Ni), 0.6wt%~0.4wt%의 규소(Si), 0.8wt%~0.65wt%의 크롬(Cr), 0.2wt%~0.3wt%의 티타늄(Ti) 및 나머지 구리(Cu)로 조성된다.
상기 전극용 동합금은 정출물들이 미세하세 형성되도록, 용탕의 온도를 제어하여 1200℃ 부근에서 260℃로 예열된 금형에 주입하여 주조를 행하고, 균질화 처리, 40%냉간압연, 용체화 처리, 430℃에서 3시간 예비시효, 40%냉간압연, 420℃에서 50시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리된다.
상기와 같이 주조 및 가공 열처리 방법으로 석출물과 미세조직을 제어함으로 써, 고전도 고강도의 전극용 동합금을 얻었다. 즉, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전극용 동합금은 인장강도 697.10MPa, 연신율 5.75%, 경도 92.9HRB, 마모량 16.01×10-3mm3, 전기전도도 48.2 %IACS의 특성을 갖는다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극용 동합금은 1.85wt%~2.0wt%의 니켈(Ni), 0.6wt%~0.65wt%의 규소(Si), 0.8wt%~0.85wt%의 크롬(Cr), 0.2wt%~0.3wt%의 티타늄(Ti) 및 나머지 구리(Cu)로 조성된다.
상기 전극용 동합금은 정출물들이 미세하세 형성되도록, 용탕의 온도를 제어하여 1200℃ 부근에서 260℃로 예열된 금형에 주입하여 주조를 행하고, 균질화 처리, 40%열간압연, 용체화 처리, 450℃에서 3시간 예비시효, 26%냉간압연, 420℃에서 50시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리된다.
상기와 같이 주조 및 가공 열처리 방법으로 석출물과 미세조직을 제어함으로써, 고전도 고강도의 전극용 동합금을 얻었다. 즉, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극용 동합금은 인장강도 642.52MPa, 연신율 17.59%, 경도 94.5HRB, 마모량 21.17×10-3mm3, 전기전도도 43.9%IACS의 특성을 갖는다.
다른 대안으로, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전극용 동합금은 균질화 처리, 40%열간압연, 용체화 처리, 40%냉간압연, 370℃에서 1시간 예비시효, 420℃에서 20시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리된다. 이것에 의해, 상기 전극용 동합금은 인장강도 617.02MPa, 연신율 19.19%, 경도 96.4HRB, 마모량 6.36×10- 3mm3, 전기전도도 44.1%IACS의 특성을 갖는다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극용 동합금은 2.0wt%~1.8wt%의 니켈(Ni), 0.65wt%~0.6wt%의 규소(Si), 0.9wt%~0.8wt%의 크롬(Cr), 0.2wt%~0.3wt%의 티타늄(Ti), 0.015wt%~0.02wt%의 인(P) 및 나머지 구리(Cu)로 조성된다.
상기 전극용 동합금은 정출물들이 미세하세 형성되도록, 용탕의 온도를 제어하여 1200℃ 부근에서 260℃로 예열된 금형에 주입하여 주조를 행하고, 균질화 처리, 40%열간압연, 용체화 처리, 30%냉간압연, 420℃에서 3시간 예비시효, 40%냉간압연, 420℃에서 20시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리된다.
상기와 같이 주조 및 가공 열처리 방법으로 석출물과 미세조직을 제어함으로써, 고전도 고강도의 전극용 동합금을 얻었다. 즉, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극용 동합금은 인장강도 679.43MPa, 연신율 11.51%, 경도 96.5HRB, 마모량 15.49×10-3mm3, 전기전도도 45.7%IACS의 특성을 갖는다.
다른 대안으로, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전극용 동합금은 균질화 처리, 40%열간압연, 용체화 처리, 370℃에서 3시간 예비시효, 20%냉간압연, 420℃에서 20시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리된다. 이것에 의해, 상기 전극용 동합금은 인장강도 612.44MPa, 연신율 16.06%, 경도 92.3HRB, 마모량 17.83×10-3mm3, 전기전도도 42.3%IACS의 특성을 갖는다.
본 발명의 제 4 실시예에 따른 전극용 동합금은 1.85wt%~2.0wt%의 니켈(Ni), 0.6wt%~0.65wt%의 규소(Si), 0.8wt%~0.84wt%의 크롬(Cr), 0.24wt%~0.3wt%의 지르콘(Zr), 0.015wt%~0.019wt%의 인(P) 및 나머지 구리(Cu)로 조성된다.
상기 전극용 동합금은 정출물들이 미세하세 형성되도록, 용탕의 온도를 제어하여 1200℃ 부근에서 260℃로 예열된 금형에 주입하여 주조를 행하고, 균질화 처리, 40%열간압연, 용체화 처리, 450℃에서 3시간 예비시효, 26%냉간압연, 420℃에서 50시간 최종시효를 행하는 순서로 가공 열처리된다.
상기와 같이 주조 및 가공 열처리 방법으로 석출물과 미세조직을 제어함으로써, 고전도 고강도의 전극용 동합금을 얻었다. 즉, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전극용 동합금은 인장강도 602.51MPa, 연신율 10.34%, 경도 95.4HRB, 마모량 12.06×10-3mm3, 전기전도도 44.6%IACS의 특성을 갖는다.
상기와 같은 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시예에 따른 전극용 동합금은 기존의 베리늄동합금을 대체할 수 있는 기계적, 전기적 물성을 갖는다.
그리고, TEM 및 EDX 분석결과 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 전극용 동합금은 Ni3Si, Cr3Si, Cr5Si3 및 NiSiTi 계 석출물이 강화상으로 나타났으며, 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전극용 동합금은 Cu10Zr7 및 Ni16Cr6Si7의 석출물들이 강화상으로 나타난 것을 확인하였다.

Claims (6)

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  6. 1.85wt%~2.0wt%의 니켈(Ni), 0.6wt%~0.65wt%의 규소(Si), 0.8wt%~0.84wt%의 크롬(Cr), 0.24wt%~0.3wt%의 지르콘(Zr), 0.015wt%~0.019wt%의 인(P)이고 잔부는 구리(Cu)로 조성된 용탕을
    주입온도 1200℃에서 260℃로 예열된 금형에 주입하고, 균질화 처리를 실시한 후 40%열간압연을 행하고 이후 용체화 처리를 한 후 450℃에서 3시간 예비시효 공정을 실시하고 이후 26% 냉간 압연공정을 거친 후 420℃에서 50시간 동안 최종시효공정을 행하는 것을 특징으로 하는 플래쉬 저항 용접에 사용하는 전극용 동합금.
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