KR101198999B1 - 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법에 관한 것으로서, 알루미늄-스캔디움 합금을 250℃ 잉고트로에 투입하고 10분 후, 이송 콘베어를 이용하여 250℃, 350℃, 550℃, 650℃, 780℃로 구성되는 전기가열로에 순차적으로 10분식 가열시키는 온도가열유지단계와, 상기 온도가열유지단계를 거친 소재를 질소분위기에서 용해조를 통해 연속배출하는 연속주조단계와, 상기 연속주조단계를 거친 소재를 200 ~ 300℃의 질소분위기에서 다수의 압연롤러와 면광연마를 통해 소재의 형성과 두께를 조절한 한 후 제 1 시트보빈에 감는 1차 압연단계와, 상기 1차 압연단계를 거쳐 제 1 시트보빈에 감긴 소재을 400 ~ 460℃ 히팅부에 10 ~ 20분 유지한 후, 다수의 압연롤러를 통해 소재의 두께를 조절하는 제 2차 열간압연단계와, 상기 제 2차 열간압연단계를 거친 소재을 -180 ~ -195℃액화질소와 냉각수를 분사시키는 급냉단계와, 상기 급냉단계를 거친 소재의 수분제거, 먼지제거, 면광연마 후 상기 소재의 양면에 보호테이프를 부착하면서 제 2 시트보빈에 감는 마감단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
온도가열유지단계, 연속주조단계, 제 1차 압연단계, 제 1차 균일화단계, 제 2차 열간압연단계, 제 2차 균일화단계, 급냉단계, 마감단계.
Description
본 발명은 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기계적 강도와 탄성계수를 증가시켜 이에 조성되는 알루미늄-스캔디움 합금의 활용범위를 보다 광범위하게 확장시킬 수 있도록 한 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법에 관한 것이다.
일반적으로 가벼운 금속소재로 되어 여러 형태의 산업분야에 널리 사용되고 있는 알루미늄은 합금되는 소재금속의 종류에 따라 미국 알루미늄 협회에서 9단계 (1000~9000 계열)로 분류시켜 사용하고 있다.
특히, 항공기나 철도차량 또는 스포츠 용품과 같은 고강도의 구조재로 가장 많이 활용되고 있는 7000 계열로 분류된 알루미늄 합금 조성물(Al-Zn계)은 산화피막 보호막을 약화시키는 아연(Zn)에 의해 합금의 내식성이 크게 떨어져 응력부식에 의한 자연균열 현상이 발생되는 문제점으로 주재료인 알루미늄(Al)에 4 ~ 8(%)의 무게비를 가지는 아연(Zn)과, 1 ~ 3(%)의 마그네슘(Mg)및, 1.6(%)의 구리(Cu)와, 0.2 ~ 0.3(%)의 크롬을 합금 조성시킨 일명 7075합금으로 명명되는 초초두랄민(Duralumin)의 탄생과, 이에 합금 첨가물의 무게비(wt%) 함량을 증가시켜 전술한 문제점을 극복할 수 있게 되었다.
그러나 이는 첨단산업의 발달에 따른 보다 우수한 기계적 성질이 요구되는 알루미늄 합금에 대한 기계적 강도와 인성을 향상시키는 데 일정한계에 도달되어 산업발달 속도를 정체시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기계적 강도와 탄성계수를 증가시켜 이에 조성되는 알루미늄-스캔디움 합금의 활용범위를 보다 광범위하게 확장시킬 수 있도록 한 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 알루미늄-스캔디움 합금잉고트를 로내에 투입하고 250℃ 30분 유지 후 질소가스 순환 후 봉입한 후 분위기 온도 490~550℃, 10~20분 유지 후 액화질소로 급냉(-180 ~ -195℃)하고, 알루미늄-스캔디움 합금잉고트를 알루미늄 0.05 mm 박으로 밀폐 포장하여 질소분위기 챔버에 보관하는 단계와, 알루미늄-스캔디움 합금을 250℃ 잉고트로에 투입하고 10분 후, 이송 콘베어를 이용하여 250℃, 350℃, 550℃, 650℃, 780℃로 구성되는 전기가열로에 순차적으로 10분씩 가열시키는 온도가열유지단계와, 상기 온도가열유지단계를 거친 소재를 질소분위기에서 용해조를 통해 연속배출하는 연속주조단계와, 상기 연속주조단계를 거친 소재를 200 ~ 300℃의 질소분위기에서 다수의 압연롤러와 면광연마를 통해 소재를 형성하고 두께를 조절한 한 후 제 1 시트보빈에 감는 1차 압연단계와, 상기 1차 압연단계를 거쳐 제 1 시트보빈에 감긴 소재를 400 ~ 460℃ 히팅부에 10 ~ 20분 유지한 후, 다수의 압연롤러를 통해 소재의 두께를 조절하는 제 2차 열간압연단계와, 상기 제 2차 열간압연단계를 거친 소재를 -180 ~ -195℃액화질소와 냉각수를 분사시키는 급냉단계와, 상기 급냉단계를 거친 소재의 수분제거, 먼지제거, 면광연마 후 상기 소재의 양면에 보호테이프를 부착하면서 제 2 시트보빈에 감는 마감단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 알루미늄 합금은 원천적으로 대기에서 용융 시 수분 및 산소를 흡수하여 이를 제품화하기 위해 용융 공정을 거칠 경우, 각종 산화물이 발생하게 되는 바, 공정단위 상 질소 봉입 상태에서 처리가 이루어지도록 함으로써, 기계적 강도와 탄성계수를 증가시켜 이에 조성되는 알루미늄-스캔디움 합금의 활용범위를 보다 광범위하게 확장시킬 수 있음과 아울러, 질소 봉입 환경 하에서 대기에 노출됨 없이 포장 및 공정간 이송되도록 함으로써, 산화물의 생성없이 연속적으로 주조할 수 있게 되는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.
이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참고로 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법을 나타낸 순차도이고, 도 2는 본 발명에 따른 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법을 나타낸 구성도이다.
본 발명의 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법(100)은, 알루미늄-스캔디움 합금잉고트를 로내에 투입하고 250℃ 30분 유지 후 질소가스 순환 후 봉입한 후 분위기 온도 490~550℃, 10~20분 유지 후 액화질소로 급냉(-180 ~ -195℃)하고, 알루미늄-스캔디움 합금잉고트를 0.05 mm의 알루미늄 박으로 밀폐 포장하여 질소분위기 챔버에 보관하는 보관단계와, 알루미늄-스캔디움 합금을 순차적으로 가열하는 온도가열유지단계(200)와, 상기 온도가열유지단계(200)를 거친 소재를 용해해서 연속배출하는 연속주조단계(300)와, 상기 연속주조단계(300)에서 배출되는 소재를 이용해서 소재를 형성하고 두께를 조절하는 제 1차 압연단계(400)와, 상기 제 1차 압연단계(400)를 거쳐 제 1시트보빈에 감긴 소재를 균질화시키는 제 1차 균질화단계(500)와, 제 1차 균질화단계(500)를 거친 소재의 두께를 조절하는 제 2차 열간압연단계(600)와, 상기 제 2차 열간압연단계(600)를 거친 소재를 균질화시키는 제 2차 균질화단계(700)와, 상기 제 2차 균질화단계(700)를 거친 소재를 냉각시키는 급냉단계(800)와, 상기 급냉단계(800)를 거친 소재의 마무리하는 마감단계(900)로 구성된다.
알루미늄-스캔디움 합금을 질소분위기에서 순차적으로 가열하는 온도가열유지단계(200)는 알루미늄-스캔디움 합금을 잉고트로에 투입하는 과정(210)과, 상기 잉고트로에 250℃/10분 후 이송콘베어(21)를 이용해서 2차 전기가열로 전달하는 과정(220)과, 상기 제 2차 전기가열로에 250℃/10분 후 이송콘베어(21)를 이용해서 3차 전기가열로 전달하는 과정(230)과, 상기 3차 전기가열로에 350℃/10분 후 이송콘베어(21)를 이용해서 4차 전기가열로 전달하는 과정(240)과, 상기 4차 전기가열로에 550℃/10분 후 이송콘베어(21)를 이용해서 5차 전기가열로 전달하는 과정(250)과, 상기 5차 전기가열로에 650℃/10분 후 이송콘베어(21)를 이용해서 6차 전기가열로 전달하는 과정(260)과, 상기 6차 전기가열로에 780℃/10분 후 후설 할 연속주조단계(300)의 용해안정조에 전달하는 과정(270)으로 이루어진다.
이때, 상기 6차 전기가열로서는 소재에 유입되어 있는 아르곤과 탈가스를 처리하게 된다.
상기 온도가열유지단계(200)를 거친 소재를 용해해서 연속배출하는 연속주조단계(300)는 공지의 용해조에서 이루어지는 바, 이 용해조는 6차 전기가열로에서 전달되는 소재를 안정시키는 용해안정조(320)와, 상기 용해안정조(320)에서 전달되는 소재의 온도를 적당온도로 조절하는 용해온도보정조(340)와, 상기 용해온도보정조(340)에서 전달되는 소재를 배출하는 용해출탕조(360)로 이루어진다.
즉, 상기 연속주조단계(300)는 질소분위기에서 소재를 성형에 적당한 온도로 보정한 후 배출하는 역할을 수행하게 되는 것이다.
상기 연속주조단계(300)에서 배출되는 소재를 이용해서 소재를 형성하고 두께를 조절하는 제 1차 압연단계(400)는 200 ~ 300℃의 질소분위기가 형성되는 챔버(410)와, 상기 챔버(410)의 내부에 다수개 장착되고 소재의 두께를 점차적으로 줄이는 압연롤러(420)와, 상기 압연롤러(420)를 통해 압연된 소재를 감는 제 1시트보빈(430)과, 상기 압연롤러(420)와 제 1시트보빈(430) 사이에 장착되는 면광연마(440)로 이루어진다.
즉, 상기 제 1차 압연단계(400)는 200 ~ 300℃의 질소분위기의 챔버(410)에서 공급되는 소재를 다수의 압연롤러(420)와 면광연마(440)를 통해 소재를 형성함과 더불어 두께를 조절한 한 후 제 1 시트보빈(430)에 감게 되는 것이다.
여기서, 상기 다수의 압연롤러(420)는 소재의 두께가 8mm > 6mm > 4mm > 2mm > 1mm와 같이 순차적으로 형성될 수 있도록 압연롤러(420)가 설치된다.
상기 제 1차 압연단계(400)를 거쳐 제 1시트보빈(430)에 감긴 소재를 균질화시키는 제 1차 균질화단계(500)는 390℃ 질소분위기가 형성되는 챔버(520)에 12 ~ 48시간 정도 제 1시트보빈(430)를 보관하여 소재의 성분과 특성이 일정하게 하도록 하게 한 것이다.
상기 제 1차 균질화단계(500)를 거친 소재의 두께를 조절하는 제 2차 열간압연단계(600)는 제 1시트보빈(430)에 감긴 소재를 400 ~ 460℃ 가열시키는 히팅부(620)와, 상기 히팅부(620)를 통해 공급되는 소재의 두께를 조절하는 다수개의 압연롤러(640)로 구성된다.
여기서, 상기 다수의 압연롤러(640)는 소재의 두께가 0.8mm > 0.6mm > 0.3mm > 0.2mm와 같이 순차적으로 형성될 수 있도록 압연롤러(640)가 설치된다.
상기 제 2차 열간압연단계(600)를 거친 소재를 균질화시키는 제 2차 균질화단계(700)는 490℃ 질소분위기가 형성되는 챔버(720)에 3분 정도 소재를 보관하여 소재의 성분과 특성이 일정하게 하도록 하게 한 것이다.
상기 제 2차 균질화단계(700)를 거친 소재를 냉각시키는 급냉단계(800)는 상기 제 2차 균질화단계(700)를 거친 소재에 -180 ~ -195℃ 액화질소를 분사한 후 다시 냉각수를 분사하여 소재를 급속히 냉각시키게 되는 것이다.
상기 급냉단계(800)를 거친 소재의 마무리하는 마감단계(900)는 상기 급냉단계(800)를 거친 소재의 표면에 수분을 제거하는 과정(910)과, 상기 소재의 수분제거 후 먼지를 제거하는 과정(920)과, 상기 소재의 먼지제거 후 면광처리하는 과정(930)과, 상기 소재의 면광처리 후 상기 소재의 양면에 보호테이프를 부착하는 과정(940)과, 상기 소재의 보호테이프 부착 후 제 2 시트보빈에 감는 과정(950)으로 이루어진다.
즉, 기계적 강도와 탄성계수를 증가시켜 상기 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법(100)은 알루미늄-스캔디움 합금을 250℃ 잉고트로에 투입하고 10분 후, 이송 콘베어(21)를 이용하여 250℃, 350℃, 550℃, 650℃, 780℃로 구성되는 전기가열로에 순차적으로 가열시킨 시키게 되는 것이다.
다음으로 상기 소재는 용해안정조와 용해온도보정조를 거쳐 용해출탕조로 구성되고 내부에는 질소분위기인 연속주조단계(300)에 거쳐 제 1차 압연단계(400)에 공급하게 되는 것이다.
그리고, 상기 연속주조단계(300)를 거쳐 배출되는 소재는 200 ~ 300℃의 질소분위기에서 다수의 압연롤러(420)와 면광연마(440)를 거쳐 소재으로 형성된 후 제 1 시트보빈(430)에 감긴 후, 상기 제 1 시트보빈(430)에 감긴 소재를 390℃ 질소분위기 챔버(520)에서 12 ~ 48시간 균질화된 상태에서 제 2차 열간압연단계(600)에 공급되는 것이다.
다음으로 상기 제 1 시트보빈(43)의 소재를 400 ~ 460℃ 히팅부(62)에 10 ~ 20분 정도 유지한 상태에서 다수의 압연롤러(640)를 거쳐 소재의 두께를 조절한 후, 상기 소재를 490℃ 질소분위기 챔버(720)에서 3분 동안 균질화되어 급냉단계(800)에 공급되는 것이다.
다음으로, 상기 소재를 -180 ~ -195℃액화질소와 냉각수로 이루어진 급냉단계(800)를 거쳐 냉각된 후, 마감단계(900)의 수분제거, 먼지제거, 면광연마 후 상기 소재의 양면에 보호테이프가 부착된 상태에서 제 2 시트보빈(950)에 감기게 되는 것이다.
상술한 공정에 의해, 상술한 알루미늄-스캔디움 합금잉고트를 로내에 투입하고 250℃에서 30분 유지 후 질소가스 순환 후 봉입한 후 분위기 온도 490~550℃에서, 10~20분 유지 후 액화질소로 급냉하고, 알루미늄-스캔디움 합금잉고트를 알루미늄 0.05 mm 박으로 밀폐 포장하여 질소분위기 챔버에 보관하는 보관단계 및 알루미늄-스캔디움 합금을 질소분위기에서 순차적으로 가열하는 온도가열유지단계에서는 부산물이 혼입되지 않고 유동하게 됨과 아울러, 전체적인 공정을 거침으로써, 조직미세화와 경도가 향상되며, 재질분포도가 향상되고, 편석이 제거된 양질의 제품을 획득할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 알루미늄 합금은 원천적으로 대기에서 용융 시 수분 및 산소를 흡수하여 이를 제품화하기 위해 용융 공정을 거칠 경우, 각종 산화물이 발생하게 되는 바, 공정단위 상 질소 봉입 상태에서 처리가 이루어지도록 함으로써, 기계적 강도와 탄성계수를 증가시켜 이에 조성되는 알루미늄-스캔디움 합금의 활용범위를 보다 광범위하게 확장시킬 수 있음과 아울러, 질소 봉입 환경 하에서 대기에 노출됨 없이 포장 및 공정간 이송되도록 함으로써, 산화물의 생성없이 연속적으로 주조할 수 있게 되는 등의 장점을 갖추게 되는 것이다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법을 나타낸 순차도.
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법을 나타낸 구성도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명.
200 : 온도가열유지단계,
300 : 연속주조단계,
400 : 제 1차 압연단계,
500 : 제 1차 균일화단계,
600 : 제 2차 열간압연단계,
700 : 제 2차 균일화단계,
800 : 급냉단계,
900 : 마감단계.
Claims (3)
- 알루미늄-스캔디움 합금잉고트 소재를 로내에 투입하고 250℃ 30분 유지 후 질소가스 순환 후 봉입한 후 분위기 온도 490~550℃, 10~20분 유지 후 액화질소로 급냉(-180 ~ -195℃)하고, 알루미늄-스캔디움 합금잉고트 소재를 0.05 mm 알루미늄박으로 밀폐 포장하여 질소분위기 챔버에 보관하는 단계와,상기 알루미늄박으로 밀폐 포장된 소재를 질소분위기에서 250℃ 잉고트로에 투입하고 10분 후, 이송 콘베어를 이용하여 250℃, 350℃, 550℃, 650℃ 및 780℃로 구성되는 전기가열로에 순차적으로 10분씩 가열시키는 온도가열유지단계와,상기 온도가열유지단계를 거친 소재를 용해조를 통해 질소분위기에서 용해해서 연속배출하는 연속주조단계와,상기 연속주조단계를 거친 소재를 200 ~ 300℃의 질소분위기에서 다수의 압연롤러와 면광연마를 통해 소재의 형성과 두께를 조절한 한 후 제 1 시트보빈에 감는 제 1차 압연단계와,상기 1차 압연단계를 거쳐 제 1 시트보빈에 감긴 소재를 400 ~ 460℃ 히팅부에 10 ~ 20분 유지한 후, 다수의 압연롤러를 통해 소재의 두께를 조절하는 제 2차 열간압연단계와,상기 제 2차 열간압연단계를 거친 소재를 -180 ~ -195℃액화질소와 냉각수를 분사시키는 급냉단계와,상기 급냉단계를 거친 소재의 수분제거, 먼지제거, 면광연마 후 상기 소재의 양면에 보호테이프를 부착하면서 제 2 시트보빈에 감는 마감단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 1차 압연단계와 제 2차 열간압연단계 사이에는 제 1 시트보빈에 감긴 소재를 390℃ 질소분위기 챔버에서 12 ~ 48시간 유지시키는 제 1차 균질화단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법.
- 제 1항에 있어서,상기 제 2 차 열간압연단계와 급냉단계 사이에는 490℃ 질소분위기에서 3분 동안 유지시키는 제 2차 균질화단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄-스캔디움 합금 주조 및 압연방법.
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