KR101230668B1 - 마그네슘 합금재의 제조방법 - Google Patents

마그네슘 합금재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 고강도의 마그네슘 합금재를 얻을 수 있는 마그네슘 합금재의 제조방법, 및 강도가 우수한 마그네슘 합금재, 마그네슘 합금 와이어를 제공한다. 가동 주형을 구비하는 연속주조장치에 용융한 마그네슘 합금을 공급해서, 주조재를 제작하고, 적어도 한 쌍의 롤간에 이 주조재를 공급해서, 감면(減面)가공(압연)을 실시한다. 이 압연은, 주조재의 횡단면에 있어서 세 방향이상의 방향으로부터 롤에 의해서 압력을 가하도록 실시한다. 이와 같은 제조방법에 의해 얻어진 마그네슘 합금재는, 미세한 결정조직을 가지며, 소성가공성이 우수한 것을 특징으로 한다.

Description

마그네슘 합금재의 제조방법{METHOD OF PRODUCING A MAGNESIUM-ALLOY MATERIAL}
본 발명은, 소성가공성이 우수한 고강도의 마그네슘 합금재, 고강도이면서 인성(靭性)이 우수한 마그네슘 합금 와이어, 및 이들 마그네슘 합금재나 와이어를 얻는 데에 최적인 마그네슘 합금재의 제조방법에 관한 것이다.
마그네슘은, 비중(밀도 g/㎤, 20℃)이 1.74이며, 구조용으로 이용되는 금속재료 중에서 가장 가벼운 금속이기 때문에, 최근, 경량화가 요구되고 있는 휴대기기류나 자동차부품의 재료 등에 이용되는 예가 증가해 오고 있다. 현재, 실용화되고 있는 마그네슘 합금제품의 제조방법으로서는, 다이캐스팅이나 틱소몰딩법과 같은 사출성형에 의한 사출주조법이 주류이다.
또, DC(다이렉트 칠(Direct Chill))주조 등의 반연속주조법에 의해서 얻어진 빌렛형상의 주조재에 소성가공을 실시해서, 보다 고강도인 마그네슘 합금재를 얻을 수 있다. 그러나, 반연속주조법에 의해서 얻어진 주조재에서는, 결정입경이 커서, 그대로의 상태에서 단조나 신선, 압연과 같은 소성가공을 실시하는 것이 곤란하다. 따라서, 주조재를 재차 가열하고, 열간에 의해 압출가공을 실시해서 결정립을 미세화한 후, 상기 소성가공을 실시할 필요가 있다고 되어 있다. 이와 같은 열간압출가공을 실시하면, 공정수가 많아질 뿐만 아니라, 마그네슘 합금이 활성인 금속이기 때문에, 압출 시, 충분한 냉각을 실시할 수 있도록 압출속도를 설정함으로써, 생산성이 크게 저하된다. 그래서, 특허문헌 1에서는, 가동 주형을 이용한 연속주조를 실시함으로써, 압출가공을 실시하지 않고 열간압연을 실시할 수 있는 것을 개시하고 있다. 한편, 특허문헌 2에는, 마그네슘 합금의 잉곳에 특정의 압연온도조건으로 구멍형 롤에 의해 압연가공을 실시하여, 압연선재를 얻을 수 있는 것을 개시하고 있다.
[특허문헌 1]
국제공개제02/083341호 팜플렛
[특허문헌 2]
일본국 특개2004-124152호 공보
특허문헌 1에 기재된 바와 같이 연속주조를 실시함으로써, 압출가공을 실시하지 않고, 열간압연가공을 실시할 수 있다. 그러나, 특허문헌 1에 개시된 압연가공은, 프레스가공성이 우수한 판재를 얻는 것이며, 봉상체(棒狀體)에 관해서는 언급되어 있지 않다. 또, 특허문헌 2에서는, 잉곳을 이용하고 있으며, 연속주조에 관해서는 검토되어 있지 않다. 이와 같이 종래에서는, 강도와 인성에 의해 우수한 마그네슘 합금재, 특히, 장척의 봉상재를 얻기 위한 수법에 대해서, 충분한 검토가 이루어지고 있지 않았다.
그래서, 본 발명의 주된 목적은, 기계적 특성이 우수한 마그네슘 합금재를 얻을 수 있는 마그네슘 합금재의 제조방법을 제공하는 데에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은, 강도가 우수한 마그네슘 합금재, 고강도이면서 인성이 우수한 마그네슘 합금 와이어를 제공하는 데에 있다.
본 발명은, 연속주조재에 그 횡단면에 있어서 세 방향이상의 방향으로부터 압력을 가하는 압연가공을 실시함으로써, 상기 목적을 달성한다.
즉, 본 발명 마그네슘 합금재의 제조방법은, 가동 주형을 구비하는 연속주조장치에 용융한 마그네슘 합금을 공급해서, 주조재를 얻는 주조공정과, 적어도 한 쌍의 롤간 또는 1개의 롤군에 상기 주조재를 공급해서, 감면가공을 실시하는 압연공정을 구비한다. 그리고, 압연은, 상기 주조재의 횡단면에 있어서 세 방향이상의 방향으로부터 롤에 의해서 압력을 가하여 실시한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명 제조방법에서 이용하는 가동 주형으로서는, 예를 들면, 1. 쌍벨트법(트윈 벨트법)으로 대표되는 한 쌍의 벨트로 이루어진 것, 2. 차륜벨트법(벨트 앤드 휠법)으로 대표되는 복수의 롤(휠)과 벨트를 조합해서 이루어진 것을 들 수 있다. 이들 롤이나 벨트를 이용한 가동 주형에서는, 용탕과 접촉되는 면이 연속적으로 나타나기 때문에, 주조재의 표면상태를 평활하게 하기 쉬우며, 또, 보수가 용이하다. 상기 2의 가동 주형으로서는, 표면부(용탕에 접촉되는 면)에 용탕이 유입되는 홈을 구비하는 주조용 롤과, 이 주조용 롤에 종동(從動)하는 복수의 종동롤과, 상기 홈에 유입된 용탕이 홈으로부터 유출되지 않도록 홈의 개구부를 피복하도록 배치되는 벨트로 구성되는 것을 들 수 있다. 그 외에, 벨트의 장력을 조정하는 장력롤러를 조합해도 된다. 벨트는, 폐쇄루프를 형성하도록 롤간 및 롤 표면에 배치하는 것이 바람직하다. 이때, 용탕의 유량과, 가동 주형의 단면적(주조용 롤의 홈과 벨트로 에워싸이는 부분의 단면적)에 따른 이동속도를 조정함으로써, 용탕의 응고면을 일정하게 할 수 있는 동시에, 용탕이 응고되는 냉각속도를 일정하게 유지하는 것이 용이하게 된다.
상기 가동 주형을 구비하는 연속주조장치를 이용함으로써, 이론상 무한히 긴 장척의 주조재를 얻을 수 있기 때문에, 주조재의 대량생산이 가능하다. 또, 상기와 같이 연속적으로 주조를 실시함으로써, 표면성상이 우수한, 특히, 긴쪽방향으로 균일적인 고품질의 주조재를 얻을 수 있다. 연속주조법에 의해 얻어진 주조재는, 반연속주조법에 의해서 얻어진 빌렛형상의 주조재나 사출주조법에 의해서 얻어진 잉곳과 비교해서, 횡단면에 있어서의 냉각이 균일적으로 실시되기 때문에, 결정입경이 작아서 미세한 결정구조를 가지는 동시에, 균열의 시작점이 되는 조대한 결정석출물이 생성되기 어렵다. 그런 연유로, 연속주조법에 의해 얻어진 주조재는, 다음의 공정인 압연에 있어서 균열 등이 생기기 어려워, 충분히 압연가공을 실시할 수 있다. 또, 얻어진 압연재는, 신선가공이나 단조가공 등의 소성가공에 적합한 소재가 된다.
상기 주조재의 횡단면에 있어서의 짧은 직경은, 특히 60㎜이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 짧은 직경을 60㎜이하로 하면, 주조재의 횡단면에 있어서의 냉각속도가 커지며, 주조 시에 생성되는 결정석출물의 크기를 20㎛이하로 할 수 있다. 즉, 얻어진 주조재의 결정조직을 보다 미세한 결정조직으로 할 수 있다. 그런 연유로, 얻어진 주조재는, 압연가공이나 압연가공 후에 실시되는 소성가공에 의해 적합한 소재로 할 수 있다.
주조 시의 냉각속도를 크게 하기 위해서는, 연속주조법을 쌍벨트법, 차륜벨트법의 어느 하나로 하는 것이 바람직하다. 또, 가동 주형에 있어서 적어도 용탕과 접촉되는 부분, 즉, 롤에 형성한 홈의 표면이나 벨트에 있어서 용탕과 접하는 면을 열전도성이 우수한 재료, 예를 들면, 철, 철합금, 구리, 구리합금 중 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다.
마그네슘 합금은, 극히 활성적인 금속이다. 그런 연유로, 마그네슘 합금의 용해 시, 마그네슘 합금이 대기 중의 산소와 용이하게 반응해서 연소할 우려가 있다. 그래서, 마그네슘 합금과 산소와의 반응을 효과적으로 방지하기 위해서, 아르곤가스 등의 불활성 가스나, 공기에 방연(防燃)용인 SF6가스를 혼합한 혼합가스 등을 용해로 내에 충전해서 밀폐된 상태에서 용해를 실시하는 것이 바람직하다. 상기 혼합가스에 의해 방연 효과를 얻기 위해서는, 체적%로 0.1~1.0%의 SF6가스를 공기에 혼합시키면 된다.
또, 용해 시뿐만 아니라, 주조 시에 있어서도 마그네슘 합금이 대기 중의 산소와 반응하는 것을 고려할 수 있다. 예를 들면, 가동 주형에 용융한 용탕을 유입할 때, 구체적으로는 주탕구(注湯口) 근방에 있어서도, 마그네슘 합금이 대기 중의 산소와 반응해서 용탕이 연소할 우려가 있다. 또한, 마그네슘 합금이 주형 내에 주입되는 동시에 부분적으로 산화해서, 주조재의 표면이 흑색으로 변화되는 경우도 있다. 그런 연유로, 주탕구 근방이나 가동 주형 부분에 있어서도 상기 용해로와 마찬가지로 아르곤 가스 등의 불활성 가스, SF6 등의 방연용 가스를 공기에 혼합시킨 혼합가스 등을 충전해서 밀폐하는 것이 바람직하다. 상기 불활성 가스나 방연용 가스를 함유한 공기(혼합가스) 등의 실드가스를 이용하지 않는 경우, 주탕구의 형상을 가동 주형의 횡단면형상과 동일하게 하는 밀폐구조로 하면, 주탕구 근방에 있어서 용탕이 외부의 공기와 접촉되지 않기 때문에, 용탕이 연소하거나 산화하거나 하는 것을 저감해서, 양호한 표면상태의 주조재를 얻을 수 있다.
그 외에, 연소방지나 산화방지 효과를 가지는 원소를 첨가한 마그네슘 합금을 이용해도, 실드가스를 이용했을 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로는, Ca를 0.002~5.0질량% 첨가한 마그네슘 합금을 들 수 있다. Ca를 특정량 함유한 마그네슘 합금을 이용함으로써 실드가스가 없는 상태에서도, 용해 시나 가동 주형에의 유입 시 등에서 연소나 산화를 일으키기 어렵다. 따라서, 주조재의 표면의 부분 산화에 의한 흑색 변화를 효과적으로 방지할 수 있다. Ca의 함유량이 0.002질량% 미만이면 연소방지나 산화방지의 효과가 적고, 5.0질량%를 초과하면, 주조 시나 압연 시에 있어서 균열발생의 원인이 된다. 특히, Ca의 함유량은, O.O1질량%이상 O.1질량%이하가 매우 적합하다. 주탕구의 형상을 가동 주형의 횡단면형상과 동일하게 하는 밀폐구조로 하는 경우에도 Ca를 함유시킨 마그네슘 합금으로 함으로써, 주조재의 부분 산화에 의한 흑색 변화를 효과적으로 방지할 수 있다. 이때, Ca의 함유량은, 0.002질량%~0.05질량%가 적당하다. 실드가스의 유무나 주탕구의 형상에 의하지 않고, 산화에 의한 흑색 변화나 주조 시 등에서의 균열을 방지하는 데에 보다 바람직한 Ca의 함유량은, O.O1질량%이상 O.05질량%이하가 적합한다.
상기와 같이 실드가스를 이용하거나, 산화방지 원소를 첨가한 마그네슘 합금을 이용함으로써, 용해 시나 주조 시에 있어서 마그네슘 합금의 연소, 산화를 억제하는 동시에, 주조재의 표면의 부분 산화에 의한 흑색 변화를 저감한다. 이와 같이 해서 얻어진 주조재는, 그 표면에 부분 산화에 의한 흑색 변화 부분이 거의 없거나, 혹은 전혀 없기 때문에, 주조 후에 실시하는 압연공정에 있어서도 흑색 변화 부분을 시작점으로 한 균열 등이 발생하기 어렵다.
그리고, 본 발명 제조방법에서는, 상기 연속주조에 의해 얻어진 주조재에 압연을 실시한다. 구체적으로는, 적어도 한 쌍의 롤(압연롤)간에 상기 주조재를 공급해서, 롤에 의해 주조재에 압력을 가하여, 감면가공을 실시한다. 특히, 본 발명 제조방법에서는, 압연에 의해 봉상체를 얻는다. 따라서, 압연에 의해 판재를 얻는 경우(압연되는 소재의 횡단면에 있어서 두 방향에서만 롤이 밀착됨)와 달리, 본 발명 제조방법에서는, 주조재의 횡단면에 있어서 세 방향이상의 방향으로부터 롤을 밀착해서 압연을 실시한다. 이와 같은 압연은, 예를 들면, 3개의 롤을 조합해서 삼각형상으로 조합한 롤군을 이용해서 실시하거나, 한 쌍의 롤을 복수쌍 준비하고, 각 쌍에 있어서 각각 롤을 대향시키고, 각 쌍에 있어서 롤간의 갭의 중심선의 방향을 다르게 하여, 압연의 진행방향(압연하는 소재의 긴쪽방향)의 다른 개소에 배치해서 실시하는 것을 들 수 있다.
삼각형상으로 조합한 롤군을 이용하는 전자의 경우, 주조재(압연하는 소재)는, 압연 진행방향(압연하는 소재의 긴쪽방향)의 동일 개소에서 세 방향으로부터 롤에 의한 압력이 가해진다. 이와 같은 롤군을 복수 준비하고, 삼각형 방향이 다르도록 압연의 진행방향이 다른 개소에 각 롤군을 배치하면, 주조재(압연하는 소재)의 외주부면에 고르게 압력이 부여되어서 바람직하다. 또, 압연의 진행방향에 있어서 다른 개소에 롤군을 복수 배치함으로서, 소망하는 크기(단면적)의 압연재를 얻을 수 있다.
복수의 롤쌍을 이용하는 후자의 경우, 이들 롤쌍은, 압연의 진행방향 전방에서 바라봤을 때에 각 쌍에 있어서 롤간의 갭의 중심선이 교차하도록 배치시킨다. 이와 같이 롤쌍을 배치함으로써, 주조재(압연하는 소재)는, 압연의 진행방향(압연하는 소재의 긴쪽방향)이 다른 개소에서, 두 방향씩 합계 네 방향이상으로부터 롤에 의한 압력이 가해진다. 예를 들면, 한 쌍의 롤을 2조 준비하고, 한쪽 롤쌍은, 롤간의 갭의 중심선이 수평방향이 되도록 배치하고, 다른 쪽 롤쌍은, 롤간의 갭의 중심선이 수직방향이 되도록 배치하는 것을 들 수 있다. 이때, 주조재(압연하는 소재)는, 한쪽 롤쌍에 의해 좌우의 두 방향으로부터, 또한 다른 쪽 롤쌍에 의해, 상하의 두 방향으로부터 롤에 의한 압력이 가해진다. 이와 같은 롤쌍을 복수 준비하고, 압연의 진행방향(압연하는 소재의 긴쪽방향)에 있어서 다른 개소에 각 롤을 배치함으로써, 소망하는 크기(단면적)의 압연재를 얻을 수 있다.
상기 압연은, 열간압연으로 하는 것이 바람직하다. 마그네슘 합금은, 실온 정도에서의 가공성이 부족한 hcp구조를 가진다. 그런 연유로, 소성가공성을 향상시키기 위해, 주조재를 가열해서 압연을 실시하는 것이 바람직하다. 구체적인 주조재의 온도는, 100℃이상 500℃이하가 바람직하다. 가공온도가 100℃를 하회하면 압연 중에 마그네슘 합금소재(압연가공이 실시되고 있는 것)의 표면에 균열이 발생해서 압연할 수 없게 될 우려가 있다. 한편, 가공온도가 500℃를 초과하면, 압연 중, 소재의 표면이 산화해서 흑색으로 변화하는 경우가 있는 동시에, 가공에 수반하는 발열 등에 의해 가공 도중에 소재가 연소해 버릴 가능성이 있다. 특히, 가공온도는, 150℃이상 400℃이하가 매우 적합하다. 주조재의 가열은, 히터나 고주파가열기 등의 가열수단에 의해, 주조재를 직접 가열하는 방법이어도 되고, 압연롤에 히터 등의 가열수단을 구비해 두고, 압연롤의 가열에 의해 주조재를 간접적으로 가열하는 방법에 의해서 실시해도 된다. 또, 주조재를 직접 가열하는 경우일지라도, 압연롤에 가열수단을 구비해서, 압연롤을 가열한 상태로 이용하면, 압연롤에 접한 마그네슘 합금소재가 냉각되기 어려워지며, 압연가공이 보다 실시하기 쉽다.
주조공정과 압연공정을 연속적으로 실시해도 된다. 주조공정과 압연공정을 연속적으로 실시함으로써, 주조공정에서의 여열을 이용할 수 있기 때문에, 압연가공 시 주조재를 가열할 때의 열에너지소비를 줄일 수 있다. 따라서, 주조재를 직접 가열하는 가열수단이나 압연롤에 구비하는 가열수단의 부담을 저감할 수 있는 동시에, 비용도 저감할 수 있다. 또, 주조공정의 여열을 이용함으로써, 주조재를 충분히 가열된 상태로 할 수 있으며, 또, 주조재의 온도의 차이도 줄일 수 있다. 따라서, 압연조건(압력 등)이 안정되기 때문에, 압연 시의 소재의 균열 등을 저감하는 것도 가능하다. 또한, 연속주조장치와 압연장치를 직선적으로 배치해서, 주조재가 압연장치에 직선적으로 공급되도록 함으로써, 이 공급 시에 있어서 주조재에 구부러짐 등이 가해지는 일이 적게 되며, 구부러짐에 의한 소재의 표면 균열을 방지할 수 있다. 주조에 계속해서 압연을 실시하는 경우, 연속주조장치와 상기 압연롤을 구비하는 압연장치와의 사이에 히터나 고주파가열기 등의 가열수단을 배치해 두고, 주조재를 가열해도 된다.
압연공정은, 상기 롤군이나 롤쌍 등을 여러 단에 구비해 두고, 복수 패스에 걸쳐서 실시해도 된다. 이때, 총감면율은 20%이상인 것이 바람직하다. 특히, 총감면율은, 50%이상이 매우 적합하다. 총감면율이 20%이상인 가공을 실시하면, 마그네슘 합금의 주조조직이 거의 완전히 소멸하고, 열간압연조직, 열간압연조직과 재결정조직으로 이루어지는 혼합조직, 재결정조직의 어느 하나로 된다. 이들의 조직은, 모두 미세한 결정조직(평균결정입경 50㎛이하)이기 때문에, 얻어진 압연재는, 신선가공이나 단조가공과 같은 소성가공성이 우수하다. 따라서, 이와 같은 압연재에 부가해서 신선가공이나 단조가공 등을 실시해서, 와이어나 단조재 등의 마그네슘 합금재를 용이하게 얻을 수 있다. 재결정조직의 경우, 특히 평균결정입경이 30㎛이하이면, 신선가공성, 단조가공성이 보다 향상한다. 압연재의 소성가공성을 향상시키기 위해서는, 결정조직을 보다 미세하게 하면 되고, 평균결정입경을 보다 작게 하기 위해서는, 총감면율을 크게 하는 것을 들 수 있다. 한편, 총감면율이 20%미만이면, 압연재의 결정조직은 결정입경이 큰 주조조직인 채로 되며, 이와 같은 압연재는, 압연 후에 실시하는 신선가공이나 단조가공 등과 같은 소성가공성이 뒤떨어지기 쉽다.
상기 연속주조압연에 의해 제조된 압연재는, 인장강도를 200MPa이상으로 하는 것이 바람직하다. 특히, 인장강도는, 250MPa이상이 매우 적합하다. 이와 같은 고강도로 한 압연재는, 신선가공이나 단조가공과 같은 소성가공의 가공성을 향상시킬 수 있다. 인장강도가 200MPa를 하회하면, 상기 소성가공성이 나빠지기 쉽고, 다이캐스팅이나 틱소몰딩과 같은 사출주조법, 반연속주조법에 의해 얻어지는 마그네슘 합금재와 비교해서, 강도의 장점이 없어진다. 인장강도는, 압연조건을 조정함으로써 변화시킬 수 있으며, 예를 들면, 압연온도나 1패스의 감면율, 나아가서는 총감면율을 적절히 선정함으로써 제어할 수 있다.
상기 연속주조압연에 의해 얻어진 본 발명 마그네슘 합금재는, 압연롤의 형상을 여러 가지 변경함으로써, 다양한 횡단면형상을 가지는 장척체(봉상체)로 할 수 있다. 예를 들면, 각봉상(角棒狀), 환봉상(丸棒狀)으로 할 수 있다.
상기 연속주조압연재에 부가해서 신선가공이나 단조가공과 같은 소성가공을 실시함으로써, 또한 고강도인 마그네슘 합금재를 얻을 수 있다. 이와 같이 연속주조압연재에 부가해서 소성가공을 실시해서 얻어진 마그네슘 합금재는, 연속주조 이외의 주조에 의한 주조재나 동일 주조재를 부가해서 압연한 압연재와 비교해서, 강도가 보다 높기 때문에, 이 합금재를 이용해서 부품 등을 제조하는 경우, 작고, 얇은 부품으로 할 수 있기 때문에, 합금재가 적어도 되며, 부품의 가일층의 경량화가 가능해진다. 따라서, 본 발명은, 마그네슘 합금으로 이루어지는 전신재용 소재를 저비용으로 제공할 수 있다. 또, 연속주조압연에 의해 얻어진 본 발명 마그네슘 합금재는, 압출재와 비교해서, 상기와 같이 소성가공성이 우수하기 때문에, 형상의 자유도가 커서, 다양한 형상의 신선가공을 실시할 수 있다. 예를 들면, 본 발명 합금재에 신선가공을 실시할 시에, 이형(異形) 다이스나 이형 롤러 등을 이용함으로써, 횡단면이 원형상 뿐만이 아니라, 타원이나 직사각형, 다각형 등과 같은 비원형상의 이형의 와이어(선상체)를 얻을 수 있다. 또, 본 발명 합금재에 대해서, 여러 단에 다이스 등을 배치해서 신선가공을 실시함으로써, 선경 5㎜이하와 같은 가는 직경의 와이어를 얻는 것도 가능하다.
연속주조압연에 의해 얻어진 본 발명 합금재에 신선가공을 실시해서 얻어진 와이어는, 사출주조재나 반연속주조재를 압출한 압출재에 신선가공을 실시해서 얻어진 와이어와 비교해서, 강도를 크게 할 수 있다. 이것은, 연속주조 시의 냉각속도가 사출주조나 반연속주조와 비교해서 충분히 빠르기 때문에, 후술하는 첨가원소가 고용(固溶)하는 농도가 상대적으로 높아지기 때문이라고 사료된다. 또, 신선가공에 의해 얻어진 와이어도 소성가공성이 우수하기 때문에, 부가해서 단조가공 등의 소성가공을 실시할 수도 있다. 따라서, 이 와이어는, 단조가공용 소재로서도 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서 마그네슘 합금은, Mg 및 불순물로 이루어진 이른바 순Mg 이외, Mg 이외의 첨가원소를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 것으로 한다. Mg 이외의 첨가원소를 함유하는 마그네슘 합금을 이용함으로써, 연속주조압연을 실시한 압연재, 연속주조압연 후에 소성가공을 실시한 가공재에 있어서 강도, 연신, 고온강도, 내식성 등을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 원소로서는, 예를 들면, Al, Zn, Mn, Si, Cu, Ag, Y, Zr 등을 들 수 있다. 첨가원소의 함유량으로서는, 합계 20질량%이하가 바람직하다. 첨가원소가 20질량% 초과 되면, 주조 시에 소재에 균열 등이 생기는 원인이 된다. 보다 구체적인 조성으로서는, 예를 들면, 이하의 조성을 들 수 있다.
I. Mg 이외의 첨가원소: 5~15질량%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물
Ⅱ. Al: 0.1~12질량%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물
Ⅲ. Al: 0.1~12질량%와, 질량%로 Mn: 0.1~2.0%, Zn: 0.1~5.0%, Si: 0.1~5.0%로부터 선택된 1종 이상을 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물
Ⅳ. 질량%로 Zn: 0.1~10%, Zr: 0.1~2.0%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물
불순물은, 유의적으로 첨가하지 않은 원소만으로 해도 되며, 유의적으로 첨가하는 원소(첨가원소)를 함유하고 있어도 된다.
상기 합금조성으로서 대표적인 ASTM기호에 있어서의 AZ계, AS계, AM계, ZK계 등을 이용할 수 있다. 구체적으로는, AZ계에는, 예를 들면, AZ10, AZ21, AZ31, AZ61, AZ80, AZ91 등을 들 수 있다. AS계에는, 예를 들면, AS21, AS41 등을 들 수 있다. AM계에는, 예를 들면, AM60, AM100 등을 들 수 있다. ZK계에는, 예를 들면, ZK40, ZK60 등을 들 수 있다. 또한, Al의 함유량은, 질량%로 0.1~2.0%미만의 저농도로 해도 되고, 질량%로 2.0~12.0%의 중농도, 고농도로 해도 된다.
Mg 이외의 첨가원소의 함유량이 5질량%이상인 마그네슘 합금은, 첨가원소의 함유량이 5질량%미만인 경우와 비교해서, 강도가 향상하는 경향이 있으며, 이와 같은 합금을 재료로 함으로써, 경량화 효과가 크다. 예를 들면, AZ31 합금과 비교해서, AZ61 합금, AZ80 합금, AZ91 합금은, 강도가 우수하다. 이와 같은 첨가원소로서는, Al, Zn, Mn, Si, Zr, Y로부터 선택되는 1종 이상을 들 수 있다. 이들의 원소를 합계로 5질량%이상, 특히, 9질량%이상 함유하는 것이 바람직하다. 또, Mg 이외의 첨가원소의 함유량이 많음으로써, 고온강도나 내식성의 가일층의 향상을 바랄 수 있다. 내식성에 대해서는, Al의 함유량이 8질량%이상인 경우에 특히 효과가 있으며, 이와 같은 마그네슘 합금은, Al합금과 비슷한 정도의 내식성을 지닐 수 있다. 또, Y를 상기의 범위에서 함유시킨 합금으로 함으로서, 인장강도 및 고온강도가 우수하다.
한편, 상기와 같이 첨가원소를 고농도로 함유한 마그네슘 합금에서는, DC주조라는 반연속주조법을 실시한 경우, 수십㎛정도의 큰 결정석출물이 내재하기 쉽고, 이와 같은 조대한 개재물은, 주조 후에 실시하는 압연가공이나, 압연가공 후의 소성가공 시에 균열발생의 원인이 되며, 생산성을 현저히 저하시킨다. 이에 대해서, 본 발명에서는, 가동 주형을 이용한 연속주조를 실시하기 때문에, 주조 시의 냉각속도를 빠르게, 구체적으로는, 1℃/sec이상, 특히, 10℃/sec이상으로 하는 것이 용이하며, 결정석출물의 크기를 20㎛이하, 특히 1O㎛이하로 작게 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨가원소를 고농도로 함유한 마그네슘 합금재일지라도 본 발명과 같이 연속주조를 실시함으로써, 얻어진 주조재는, 주조 후의 압연가공이나, 이 압연가공 후의 소성가공에 있어서 상기 결정석출물을 시작점으로 하는 균열을 거의 발생시키지 않는다. 또, 연속주조의 경우, 상술한 바와 같이 주조 후의 첨가원소의 고용량이 증가한다. 그런 연유로, 주조 후에 실시하는 압연가공의 가공온도를 350℃이상과 같은 고온으로 해도, 결정립의 조대화를 일으키기 어려워지며, 얻어진 압연재는, 소성가공성이 우수하여, 압연가공 후에 소성가공을 용이하게 실시할 수 있다. 또한, 이 얻어진 압연재는, 상술한 바와 같이 미세하면서 균일적인 결정조직(주조조직은 아님)을 가지고 있으며, 이 때문에도 소성가공성이 우수하다. 첨가원소는, 이와 같은 다양한 효과가 있으나, 상술한 바와 같이 과잉되게 함유되면 소재에 균열 등이 생기기 쉬워진다. 따라서, 첨가원소의 함유량은, 20질량%이하, 특히 15질량%이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 조성에 부가해서, Ca를 0.002~5.0질량% 함유시키면, 상기와 같이 용해 시나 주조 시 등에서 소재의 연소나 산화를 방지할 수 있어서 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 연속주조 후, 주조재의 횡단면에 있어서 세 방향이상의 방향으로부터 압력을 가하는 압연을 실시하는 본 발명 제조방법에 의하면, 강도 등의 기계적 특성이 우수한 마그네슘 합금재를 얻을 수 있다고 하는 특유의 효과를 나타낼 수 있다. 특히, 주조 시나 압연 시에 소재에 균열 등이 생기기 어렵고, 긴쪽방향에 걸쳐서 표면 성상이 우수한 장척의 마그네슘 합금재를 얻을 수 있다.
또한, 규정량의 방연용 원소를 함유시킴으로써, 용해 시나 용탕의 유입 시, 주조 시에 있어서 소재의 연소나 산화를 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 연속주조압연에 의해 얻어진 본 발명 마그네슘 합금재는, 미세조직이기 때문에 소성가공성이 우수하며, 신선가공이나 단조가공과 같은 소성가공을 실시할 수 있다. 그리고, 이들 소성가공이 실시된 본 발명 마그네슘 합금재는, 고강도, 고인성이며, 경량이라고 하는 특징을 살려서, 다양한 분야에서 이용할 수 있다. 또, 소성가공이 실시된 본 발명 마그네슘 합금재에 부가해서 단조가공 등을 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명 마그네슘 합금재는, 예를 들면, 단조가공용 소재로서 이용할 수 있다.
도 1(A)는 시험예 1~5에서 이용한 연속주조장치의 개략구성도, 도 1(B)는, 주조용 롤에 있어서 벨트가 배치된 상태를 설명하는 부분단면도;
도 2는 시험예 2~5에서 이용한, 연속주조장치 및 압연장치를 연속적으로 구비하는 제조라인시스템의 개략구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 주조재 2: 압연재
10: 연속주조장치 11: 주조용 롤
11a: 홈 12a, 12b: 종동롤
12c: 장력롤 13: 벨트
14: 공급부 15: 용해로
16: 통 17: 턴디쉬
20: 압연장치 20A, 20B, 20C, 20D: 2단 압연기
21: 압연롤 21a, 21b: 압연롤쌍
30: 가열수단 40: 가이드롤
50: 권취장치
이하, 본 발명의 실시의 형태를 설명한다.
(시험예 1)
벨트 앤드 휠식의 연속주조장치를 이용해서, 용해한 마그네슘 합금에 연속주조를 실시해서 주조재를 제작하고, 얻어진 주조재의 표면 성상, 조직을 조사하였다.
본 시험에서 이용한 마그네슘 합금은, AZ31 합금 상당재로 하였다(질량%로, Al: 3.0%, Zn: 1.0%, Mn: 0.15%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물(유의적으로 첨가하고 있지 않은 Ca: 0.0013%를 함유함), 조성은 화학분석에 의해 조사하였음).
이 시험에서 이용한 연속주조장치를 도 1에 도시한다. 또한, 도 1에서는, 주조재(1)를 강조해서 표시한다. 이것은, 후술하는 도 2에 대해서도 동일하다. 이 연속주조장치(10)는, 용탕이 접촉하는 표면부에 용탕이 유입되는 홈(11a)을 구비하는 주조용 롤(11)과, 이 주조용 롤(11)에 종동하는 2개의 종동롤(12a, 12b)과, 홈(11a)에 유입한 용탕이 유출되지 않도록 홈(11a)의 개구부를 피복하도록 배치되는 벨트(13)와, 벨트(13)의 장력을 조정하는 장력롤(12c)로 구성된다. 본 예에서는, 도 1(A)에 도시한 바와 같이 주조용 롤(11)에 대향시켜서 종동롤(12a, 12b)을 배치하고, 이들 3개의 롤(11, 12a, 12b)의 후방(도 1(A)에 있어서 우측)에 장력롤(12c)을 배치하고, 롤(11)과 롤(12a)간, 롤(11)과 롤(12b)간, 롤(12c)의 외주부에 걸쳐 벨트(13)를 돌려서, 벨트(13)가 폐쇄루프를 만들도록 배치되었다. 이 구성에 의해, 주조용 롤(11)이 화살표의 방향으로 회전되면, 벨트(13)를 개재해서 롤(12a~12c)이 순차적으로 회전된다. 주조용 롤(11)과 종동롤(12a)과의 사이에는, 용해로(후술하는 도 2 참조)로부터 용탕이 유입되는 주탕구(스파우트)를 구비하는 공급부(노즐)(14)가 배치된다. 용해로로부터 공급부(14)로 유입된 용탕은, 주탕구를 개재해서 주조용 롤(11)의 홈(11a)에 유입되고, 개구부가 벨트(13)에 의해 피복되어서, 도 1(B)에 도시한 바와 같이 단면 직사각형상의 주조재(1)를 얻는다.
본 예에 있어서 용탕이 접하는 홈(11a)의 표면부는, 내열성이 우수한 SUS430으로 형성되었다. 홈(11a)은, 횡단면적을 약 300㎟(폭 18㎜, 높이 17㎜)로 하였다. 벨트(13)는, 순동(純銅)(C1020)에 의해 형성되고, 두께를 2㎜로 하였다. 또, 본 예에서는, 주조용 롤(11)의 내부에 냉각수를 유입하고, 롤(11)을 냉각할 수 있도록 하였다. 본 예에서는, 냉각수의 유량을 30리터/min으로 하였다. 또한, 본 예에서는, 공급부(14)에 구비하는 주탕구의 횡단면형상을 주조용 롤(11)의 홈(11a)의 횡단면형상과 동일하게 하고, 주탕구로부터 주조용 롤(11)간에 걸쳐서 밀폐구조로 하고, 이 부분 근방에 있어서 용탕이 외부의 공기에 접촉되지 않는 구조로 하였다.
그리고, 본 예에서는, 용해로 속을 공기에 0.2체적%의 SF6가스를 혼합시킨 혼합가스 분위기로서, 상기 합금조성의 마그네슘 합금을 700~800℃에서 용해하고, 이 마그네슘 합금으로 이루어진 용탕을 약 500℃로 가열한 통을 통과시켜서 턴디쉬에 주입하고, 또한, 턴디쉬로부터 공급부 및 주탕구를 개재해서 가동 주형에 유입하고, 3m/min의 속도로 연속주조를 실시하였다. 본 예에서는, SF6가스를 혼합시킨 분위기 하에서 마그네슘 합금의 용해를 실시함으로써, 용해 속에 합금의 연소 등의 문제가 발생하는 일이 없었다. 또한, 본 예에서는, SF6가스와 공기의 혼합가스를 이용했지만, 아르곤 가스 등의 불활성 가스를 이용해서 용해로 속을 불활성 분위기로 해도 된다.
얻어진 주조재에 대해서, 해당 횡단면을 광학현미경으로 확인한바, 결정석출물이 확인되었지만, 그 크기는, 최대이어도 1O㎛이며, 미세한 결정조직이었다. 그러나, 얻어진 주조재는, 표면의 극히 일부에 산화에 의한 흑색 변화가 확인되었다. 이것은, 주탕구와 주조용 롤간만 밀폐구조로 하고 있기 때문에, 마그네슘 합금이 Ca를 불가피적으로 함유하고 있어도, 통 등에서 외부공기와 접해서 산화했기 때문이라고 사료된다. 그래서, 상기 합금조성에 Ca를 O.O1질량% 함유시켜서, 상기와 동일한 조건으로 연속주조를 실시하여, Ca를 함유한 주조재를 제작해 보았다. 이 Ca 함유 주조재의 표면을 조사한바, 산화에 의한 흑색 변화가 확인되지 않았다. 또한, Ca의 함유량을 변화시켜서 동일한 조건으로 연속주조를 실시해서 주조재를 제작하고, 표면 성상을 조사한바, Ca의 함유량이 많을수록, 산화되기 어려운 경향이 있음을 알게 되었다. 그러나, Ca의 함유량이 5질량%를 초과하면, 주조재의 표면에 균열이 생기고 있음이 확인되었다. 이것으로부터, Ca를 특정량 함유시킨 마그네슘 합금을 이용함으로써, 표면 균열을 일으키지 않고, 산화를 효과적으로 방지할 수 있음을 알 수 있다.
(시험예 2)
상기 시험예 1에서 이용한 연속주조장치(도 1(A) 참조)에 한 쌍의 롤을 구비하는 압연장치를 근접시켜서 배치하고, 연속주조에 의해 얻어진 주조재에 연속해서 압연가공을 실시해서, 압연재를 제작하였다.
본 시험에서 이용한 마그네슘 합금은, 상기 시험예 1에서 이용한 AZ31 합금 상당재에 Ca를 O.O1질량% 첨가한 것을 이용하였다.
이 시험에서 이용한 연속주조장치 및 압연장치를 구비하는 제조라인을 도 2에 도시한다. 도 2에 있어서, 도 1과 동일한 부호는 동일물을 나타낸다. 이 제조라인에서는, 제조순으로 용해로(15) → 연속주조장치(10) →(가이드롤(40) →) 가열수단(30) → 압연장치(20) → 권취장치(50)가 배치되어 있다. 연속주조장치(10)와 압연장치(20)는, 연속주조장치(10)로부터 나온 주조재(1)가 압연장치(20)에 직선적으로 도입되도록 배치되었다. 압연장치(20)는, 압연롤쌍(21a, 21b)을 2조 구비하는 2단 압연기(20A~20D)를 4대 직선형상으로 나열하고 있다. 2단 압연기(20A~20D)는 각각, 2조의 압연롤쌍을, 롤(21)간의 갭(틈새)의 중심선이 각각 다른 방향으로 되도록(교차하도록) 배치하고 있다. 구체적으로는, 2조의 압연롤쌍 중, 한쪽 압연롤쌍(21a)은, 롤(21)간의 갭의 중심선이 수평방향이 되도록, 다른 쪽 압연롤쌍(21b)은, 롤(21)간의 갭의 중심선이 수직방향이 되도록, 롤(21)을 배치하고 있다. 즉, 압연롤쌍(21a)은, 주조재(1)에 대해서 수직방향(도 2에 있어서 상하방향)으로, 압연롤쌍(21b)은, 주조재(1)에 대해서 수평방향(동일 지면의 바로 앞 안쪽방향)으로 엇갈리게 배치하였다. 각 압연롤(21)에는, 히터(도시하지 않음)를 내부에 배치하게 하고 있으며, 압연롤(21)을 가열 가능하게 하였다. 또, 연속주조장치(10)의 출구 부근에 있어서 주조재(1)의 온도가 150℃정도로 되어 있기 때문에, 압연장치(20) 앞쪽에 가열수단(30)을 배치하고, 압연 전에 있어서, 가열수단(30)에 의해 주조재(1)를 직접 가열할 수 있도록 하였다. 본 예에서는, 가열수단(30)으로서 고주파가열기를 이용하였다.
그리고, 시험예 1과 마찬가지로 공기에 SF6가스(0.2체적%)를 혼합시킨 혼합가스 분위기에 있는 용해로(15) 속에서, Ca를 함유한 마그네슘 합금을 700~800℃에서 용해하고, 완성된 용탕을 약 500℃로 가열한 통(16)을 개재해서 턴디쉬(17)에 주입하고, 턴디쉬(17) → 공급부(14) → 주탕구 → 연속주조장치(10)를 경유해서 주조재(1)를 얻었다(횡단면적 약 300㎟). 주조속도는 3m/min으로 하였다. 계속해서 얻어진 주조재(1)를 가이드롤(40)에 의해 가열수단(30)으로 이송해서, 주조재(1)를 400℃정도까지 가열해서 압연장치(20)로 이송하고, 압연장치(20)에 의해 가열된 주조재(1)에 압연가공을 실시하였다. 본 예에서는, 히터에 의해 각 압연롤(21)을 150℃로 가열하면서 압연가공을 실시하였다. 각 압연기(20A~20D)에 있어서의 감면율은 15~20%로 하고, 총감면율은 약 56%로 하였다. 얻어진 압연재(2)는, 직경 13㎜의 횡단면 원형상의 장척체(봉상체)이다. 이 장척체는, 권취장치(50)에 의해 감았다.
상기와 같이 해서 얻어진 연속주조압연재의 횡단면을 광학현미경으로 관찰하고, 동일 압연재의 조직을 조사한바, 주조조직이 완전히 소멸하고 있으며, 열간압연조직과 재결정조직으로 이루어지는 것이었다. 또, 상기 압연재의 평균결정입경을 조사한바, 2O㎛였다. 또한, 상기 압연재에는, 결정석출물이 확인되었지만 최대이어도 1O㎛였다. 상기 압연재의 인장강도를 조사한바, 250MPa이며, 200MPa이상이라고 하는 우수한 강도를 구비하는 것이 확인되었다.
상기 연속주조압연재로부터 직경 8㎜, 길이 12㎜의 샘플을 절단하고, 온도 300℃에서 열간업셋팅가공(업셋팅속도: 12㎜/sec, 업셋팅율 70%(높이 3.6㎜))을 실시하였다. 그 결과, 샘플의 표면에 균열 등이 발생하지 않고 업셋팅가공을 실시할 수 있었다. 한편, 비교로서, 시판되고 있는 AZ31 합금으로 이루어진 압출재(직경 8㎜, 길이 12㎜)에도, 동일한 조건으로 열간엡셋팅가공을 실시해 본바, 업셋팅율 70%의 가공에 의해 표면에 균열이 생기고 있었다. 이 압출재의 횡단면에 있어서 결정구조를 광학현미경으로 확인한바, 30㎛정도의 결정석출물이 존재하고 있으며, 이 결정석출물이 균열의 원인이라고 사료된다.
(시험예 3)
시험예 2에서 얻어진 연속주조압연재(직경 13㎜의 장척체)에 신선가공(신선 다이스를 이용)을 실시하고, 와이어를 제작해서, 강도와 인성을 조사하였다.
본 시험에서는, 가공온도 200℃, 1패스의 감면율 10~15%로 하고, 2~3패스마다 300℃×30min의 열처리를 실시하면서, 직경 2.8㎜의 단면 원형상의 와이어를 얻었다(총감면율: 약 95%). 얻어진 와이어의 인장강도, 연신을 조사한바, 인장강도: 310MPa, 연신: 15%이며, 강도 및 인성의 쌍방이 우수하였다. 또, 신선가공 중, 단선발생횟수는, 0.5회/kg였다.
비교로서, 시판되고 있는 AZ31 합금으로 이루어진 압출재(직경 13㎜)에도, 동일한 조건으로 신선가공을 실시하고, 직경 2.8㎜의 와이어를 얻었다. 이 와이어의 인장강도, 연신을 조사한바, 인장강도: 290MPa, 연신: 15%이며, 상기와 같이 연속주조압연재를 이용한 와이어가 우수한 특성을 지니는 것을 알 수 있다. 또, 압출재를 이용한 경우, 신선가공 중의 단선발생횟수는 2.0회/kg이며, 상기 연속주조압연재를 이용하는 쪽이 신선가공성이 우수함을 알 수 있다. 즉, 연속주조압연재를 이용함으로써, 연신을 저하시키지 않고, 인장강도를 향상시킬 수 있는 것이 확인되었다.
(시험예 4)
상기 시험예에서 이용한 마그네슘 합금과 다른 조성의 마그네슘 합금을 준비하고, 마찬가지로 연속주조압연재를 제작해 보았다. 이하에 조성을 나타낸다.
(합금조성)
AM60 합금: 질량%로 Al: 6.1%, Mn: 0.44%를 함유하고, 잔부가 Mg와 불순물로 이루어지는 마그네슘 합금
AZ61 합금: 질량%로 Al: 6.4%, Zn: 1.0%, Mn: 0.28%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘 합금
AZ91 합금: 질량%로 Al: 9.0%, Zn: 1.0%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘 합금
ZK60 합금: 질량%로 Zn: 5.5%, Zr: 0.45%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘 합금
Y함유 합금: 질량%로 Zn: 2.5%, Y: 6.8%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘 합금
또한, 상기 AM60 합금, AZ61 합금, AZ91 합금, ZK60 합금, Y함유 합금에 Ca: 0.01질량% 함유시킨 합금
얻어진 각 연속주조압연재의 횡단면에 있어서 광학현미경에 의해 조직을 조사한바, 어느 압연재도 주조조직이 완전히 소멸하고 있으며, 열간압연조직, 열간압연조직과 재결정조직으로 이루어지는 혼합조직, 재결정조직 중 어느 하나로 이루어지는 것이었다.
또, 이들 압연재의 평균결정입경을 조사한바, 5~20㎛이며, 결정석출물의 최대 입경은, 3~10㎛이며, 미세한 조직이었다. 또한, 어느 연속주조압연재도 인장강도가 200MPa이상이며, 강도에도 우수하였다. 이들 연속압연 주조재에 시험예 3과 동일한 신선가공을 실시한바, 시험예 3과 같이 고강도이면서 인성이 우수한 와이어를 얻을 수 있었다. 또한, Ca를 첨가하고 있지 않은 합금에서는, 주조재의 표면에 일부 산화해서 흑색으로 변화한 것도 확인되었지만, Ca를 첨가한 합금을 이용한 경우, 주조재 표면에 산화가 확인되지 않았다.
AZ91 합금재는, 일반적으로 압출가공이 어려운 것으로 여기고 있지만, 본 발명과 같이 연속주조로부터 연속해서 압연을 실시함으로써, AZ91 합금 상당재일지라도, 봉형상의 소재나 각형상의 소재를 얻을 수 있었다. 이것은, 연속주조 시의 냉각속도가, 반연속주조와 비교해서 충분히 빠르기 때문에, Al이나 Zn 등의 첨가원소의 고용량이 증가해서, 열간압연 온도영역인 350℃이상에 있어서도, 결정립의 조대화가 일어나기 어렵기 때문이라고 사료된다.
(시험예 5)
도 2에 도시한 연속주조장치 및 압연장치를 이용해서, 연속주조재, 및 연속주조압연재를 제작하고, 얻어진 연속주조재의 조직, 연속주조압연재의 조직, 강도를 조사하였다. 또, 얻어진 연속주조압연재의 소성가공성을 조사하였다.
본 시험에서 이용한 마그네슘 합금은, AZ91 합금 상당재로 하였다(질량%로, Al: 9.0%, Zn: 1.0%, Mn: 0.2%를 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물(유의적으로 첨가하고 있지 않은 Ca: 0.0013%를 함유함), 조성은 화학분석에 의해 조사하였음).
연속주조장치의 사양은 시험예 1과 동일하게 해서(용해로 등은 시험예 2와 동일한 사양), 용해온도: 700℃, 주조속도: 3m/min, 냉각속도: 50~100℃/sec로서 연속주조를 실시하여, 횡단면적: 약 300㎟(폭 18㎜, 높이 17㎜)의 주조재를 얻었다. 얻어진 주조재에 대해서, 해당 횡단면을 광학현미경으로 확인한바, 결정석출물이 확인되었지만, 1O㎛이하이며, 미세한 결정조직이었다.
압연장치의 사양은 시험예 2와 동일한 사양으로 하고, 얻어진 주조재에 가열수단으로 약 400℃로 가열해서 압연장치로 이송하고, 시험예 2와 동일한 조건으로 압연가공을 실시하여, 직경 13㎜의 횡단면 원형상의 장척의 압연재를 얻었다. 얻어진 연속주조압연재의 횡단면을 광학현미경으로 관찰해서 조직을 조사한바, 주조조직이 완전히 소멸하고 있으며, 열간압연조직과 재결정조직으로 이루어지는 것이었다. 또, 상기 압연재의 평균결정입경을 조사한바, 9㎛였다. 또한, 상기 압연재에는, 결정석출물이 확인되었지만 최대이어도 10㎛였다. 상기 압연재의 인장강도를 조사한바, 300MPa였다.
얻어진 연속주조압연재에, 열간업셋팅가공을 실시하였다. 구체적으로는, 상기 연속주조압연재로부터 직경 8㎜, 길이 12㎜의 샘플을 절단하고, 온도를 300℃로 해서, 열간업셋팅가공(엡셋팅속도: 12㎜/sec, 업셋팅율 80%(높이 2.4㎜))을 실시하였다. 그 결과, 샘플의 표면에 균열 등이 발생하지 않고 엡셋팅가공을 실시할 수 있었다. 한편, 비교로서, 시판되고 있는 AZ91 합금으로 이루어지는 압출재(직경 8㎜, 길이 12㎜)에도, 동일한 조건으로 열간업셋팅가공을 실시해 본바, 업셋팅율 50%의 가공에 의해 표면에 분열이 생기고 있었다.
본 발명 마그네슘 합금재의 제조방법은, 고강도이면서 소성가공성이 우수한 마그네슘 합금재의 제조에 매우 적합하게 이용할 수 있으며, 동일 합금재를 생산성 양호하게 제공할 수 있다. 또, 본 발명 제조방법에 의해 얻어진 연속주조압연재는, 강도 및 인성이 우수하며, 소성가공용 소재로서 매우 적합하게 이용할 수 있다. 또한, 연속주조압연재에 소성가공을 실시해서 얻어진 본 발명 마그네슘 합금재는, 고강도, 고인성인 동시에, 경량이기 때문에, 휴대용 기기의 부품이나 자동차용 부품 등의 소재로서 적합하다. 특히, 신선가공을 실시해서 얻어진 본 발명 마그네슘 합금 와이어는, 용접선이나 나사 소재, 단조가공용 소재에 적합하다.

Claims (15)

  1. 가동 주형을 구비하는 연속주조장치에 용융한 마그네슘 합금을 공급해서, 주조재를 얻는 주조공정과,
    적어도 한 쌍의 롤간 또는 1개의 롤군에 상기 주조재를 공급해서, 감면(減面)가공을 실시하는 압연공정을 구비하고,
    상기 압연은, 상기 주조재의 횡단면에 있어서 세 방향이상의 방향으로부터 롤에 의해서 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    마그네슘 합금은, Ca를 0.002~5.0질량% 함유하고, 잔부가
    1. Mg 및 불순물
    2. Al: 0.1~12질량%와, Mg 및 불순물
    3. Al: 0.1~12질량%와, 질량%로 Mn: 0.1~2.0%, Zn: 0.1~5.0%, Si: 0.1~5.0%로부터 선택된 1종 이상과, Mg 및 불순물
    4. 질량%로 Zn: 0.1~10%, Zr: 0.1~2.0%와, Mg 및 불순물
    중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    압연공정에 있어서 감면가공은, 주조재의 온도를 100℃이상 500℃이하로 해서 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    압연공정에 있어서 감면가공의 총감면율을 20%이상으로 하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    주조공정과 압연공정을 연속적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    압연은, 한 쌍의 롤을 2조 이용해서 실시하고,
    한쪽의 롤쌍은, 롤간의 갭의 중심선이 수평방향이 되도록 배치하고,
    다른 쪽의 롤쌍은, 롤간의 갭의 중심선이 수직방향이 되도록 배치하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    또한, 압연공정에 의해 얻어진 압연재에 신선가공을 실시하는 신선공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재의 제조방법.
  8. 제1항에 기재된 제조방법에 의해 얻어진 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재.
  9. 제7항에 기재된 제조방법에 의해 얻어지고, 선직경 5㎜이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 와이어.
  10. 연속주조재에 그 횡단면에 있어서 세 방향이상의 방향으로부터 압력을 가하는 압연에 의해 제조되고,
    결정조직이 열간압연조직, 열간압연조직 및 재결정조직, 재결정조직 중 어느 하나로 이루어지며,
    Ca를 0.002~5.0질량% 함유하고, 잔부가
    1. Mg 및 불순물
    2. Al: 0.1~12질량%와, Mg 및 불순물
    3. Al: 0.1~12질량%와, 질량%로 Mn: 0.1~2.0%, Zn: 0.1~5.0%, Si: 0.1~5.0%로부터 선택된 1종 이상과, Mg 및 불순물
    4. 질량%로 Zn: 0.1~10%, Zr: 0.1~2.0%와, Mg 및 불순물
    중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재.
  11. 제10항에 있어서,
    인장강도가 200MPa이상인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재.
  12. 연속주조재에 그 횡단면에 있어서 세 방향이상의 방향으로부터 압력을 가하는 압연에 의해 제조되고,
    결정조직이 열간압연조직, 열간압연조직 및 재결정조직, 재결정조직 중 어느 하나로 이루어지며,
    Mg 이외의 첨가원소를 5질량%이상 15질량%이하 함유하고, 잔부가 Mg 및 불순물인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재.
  13. 제12항에 있어서,
    Mg 이외의 첨가원소는, Al, Mn, Zn, Si, Zr, Y로부터 선택되는 1종 이상의 원소인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재.
  14. 제12항에 있어서,
    Mg 이외의 첨가원소의 함유량이 9질량%이상 15질량%이하인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재.
  15. 제12항에 있어서,
    마그네슘 합금은, 또한, Ca를 0.002~5.0질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금재.
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