KR101364542B1 - 연속주조 몰드용 동합금재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조 몰드용 동합금재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 0.05중량% 내지 0.6중량%의 크롬(Cr), 0.01중량% 내지 0.5중량%의 은(Ag), 0.005중량% 내지 0.10중량%의 인(P), 및 잔부량의 구리(Cu)로 이루어지는 몰드용 동합금 소재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 동합금재는 Sn, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Al, Si, Mo, Zr 및 W로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 0.1중량% 이하의 양으로 더 포함할 수 있다.

Description

연속주조 몰드용 동합금재 및 이의 제조 방법{COPPER ALLOY MATERIAL FOR CONTINUOUS CASTING MOLD AND PROCESS OF PRODUCTION SAME}

본 발명은 연속주조 몰드용 동합금재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.10중량%의 P, 잔부량의 Cu 및 극미량의 불가피한 불순물로 이루어지는 연속주조 몰드용 동합금재 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

연속주조 공정에서 사용되는 몰드(연속주조 몰드)는 주조 작업시 내면은 1600℃ 정도의 용강이 흘러가고 외면은 냉각수로 급냉되는 구조를 가지고 있으므로, 연속주조 조업 시 받게 되는 열충격 및 열변형에 견딜 수 있는 높은 강도를 갖는 소재의 선택이 중요하다. 따라서, 연속주조 공정에서 사용되는 몰드 소재는 주괴 자체가 건전해야 하며, 강도뿐만 아니라 높은 열전도도(전기전도도)를 나타내야 하고, 또한 대략 300℃까지 온도가 올라가더라도 장시간 사용할 수 있는 내연화성을 갖는 것이 매우 중요하다. 그러므로, 철강 및 비철강 산업에서 사용되는 연속주조 몰드용 동합금 소재는 우수한 내열성, 높은 전기전도도, 높은 크립 특성(creep properties), 우수한 내마모성, 높은 고온 피로 강도(high temperature fatigue strength), 높은 인장 강도, 높은 연성 및 우수한 가공성이 요구된다.

또한, 연속주조 몰드용 동합금재는 그 제조 공정상 대기 분위기 하에서 제조될 수 있어야 한다. 즉, 동합금재에 Cr 또는 Zr과 같은 금속을 다량(>0.6%) 함유하는 경우, 상기 동합금재의 주조 시, 대기 분위기 하에서 주조하는 경우 산화 개재물(inclusion)이 권입될 확률이 매우 높아진다. 따라서, 상술한 기존의 Cr 또는 Zr과 같은 금속을 다량(>0.6%) 함유하는 동합금재의 경우, 진공 분위기에서 또는 완벽한 분위기 제어 하에서 주조하여야 하므로 주조 공정이 용이하지 않다.

일반적으로, 현재 연속주조 몰드용 동합금재로 은입동 및 크롬(chrome)계 동합금재가 널리 사용되어 왔는데, 기존의 크롬지르코늄동(CuCrZr, 크롬계 동합금재)은 기계적 성질은 우수하나, 열전도성(전기전도성)을 포함한 열특성이 부족한 단점이 있고, 상술한 바와 같이 Cr 및 Zr을 다량(>0.6%) 함유하므로 주조성이 저하된다. 반면에 은입동(銀入銅, Ag동)은 용해 및 주조가 용이하여 주조성이 양호하고 열방출성이 뛰어나 열특성이 양호한 장점이 있으나, 기계적 성질이 떨어진다.

연속주조 몰드 분야에 사용하기 위하여 개발된 동합금재를 개시한 예로는 일본 특개 1992-198460호가 있으며, 상기 문헌에서 동합금재는 0.8중량%의 Cr 및 0.2중량%의 Zr를 함유하고, 잔부량의 Cu로 이루어지는 것으로, 인장강도 및 경도 등 주요 기계적 특성에 미치는 조건을 만족하기 위해서는 Cr 및 Zr이 반드시 포함되어야 하는 것으로 기재되어 있다.

또한, 일본 특개 2003-089832호에서는 0.01중량% 내지 0.3중량%의 Zn, 0.01중량% 내지 0.25중량%의 Zr 또는 0.02중량% 내지 0.4중량%의 Cr, 및 Ti, Ni, Fe, Sn, Si, Mn, P, Mg, Co, Al, B, In 및 Ag 중 1종 이상을 0.005중량% 내지 1.0중량% 및 잔부량의 Cu를 함유하는 것으로, 상기 동합금재는 도전율이 높은 반면에, 인장강도가 불충분하고, 가공성에 필요한 연신율 및 경도에 관한 내용은 미기재되어 있다.

한편, 국제 출원 WO 04/074526호에서는 0.2중량% 이하의 Ag, 0.1중량% 내지 0.4중량%의 Cr 및 0.03중량% 내지 0.1중량%의 Zr을 함유하는 동합금재를 개시하나, 산화성이 강한 Cr 및 Zr의 총 함유량 때문에 대기 주조가 불가능하여, 주조 공정에서 용해 방법이 진공용해로를 사용하는 것으로 한정하며, Zr을 필수 구성성분으로 반드시 함유하여야 한다고 개시되어 있다.

일본 특개 1995-054079호에서는 0.5중량% 내지 1.0 중량%의 Ti, 0.05중량% 내지 2.0중량%의 Cr, 0.05중량% 내지 0.7중량%의 Zr을 함유하는 몰드용 구리동합금을 개시하고 있다. 상기 특허 문헌도 몰드용 구리동합금의 주요 원소로 산화성이 강한 Ti, Cr 및 Zr을 주원소로 반드시 포함한다고 개시하고 있다.

또한, 일본 특개 2009-191337호에서는 주원소로서 0.01중량% 내지 2중량%의 Cr, 0.005중량% 내지 1중량%의 Zr이 함유된 동합금재를 개시한다. 상기 특허문헌에 따르는 동합금재는 상기 Cr과 Zr 중 어느 하나 또는 모두를 함유할 수 있고, 상기 동합금재를 제조하기 위하여 진공 분위기 또는 제어된 반응 분위기를 조성하기 위하여 고주파 유도로를 사용하여야 한다.

따라서, 지금까지 대기 중 주조가 가능하며, 인장강도, 경도 및 전기전도도를 포함한 내열 특성이 우수한 연속주조 몰드용 동합금재에 대하여 제공된 바 없으므로, 현재 일반적으로 사용되는 은입동재보다 기계적 특성 및 내열 특성이 우수하고, 크롬지르코늄계동보다 열방출성이 우수하며, 대기 분위기 하에서 용이하게 주조가능한 연속주조 몰드용 동합금 소재의 개발이 요구되고 있다.

이에 따라, 본 발명은 대기 중에서도 용해 주조가 가능하고, 우수한 기계적 특성 및 우수한 내열 특성을 함께 가진 연속주조 몰드용 동합금재를 제공하고자 한다. 또한 본 발명은 대기 중에서 용해 주조가 가능한 상기 연속주조 몰드용 동합금재의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재는 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.1중량%의 P, 잔부량의 Cu 및 극미량의 불가피한 불순물로 이루어지고, 브리넬 경도가 120HB 이상이고, 전기전도도가 85% IACS 이상이다. 상기 연속주조 몰드용 동합금재는 Sn, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Al, Si, Mo, Zr 및 W로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 0.1중량% 이하의 양으로 포함할 수 있다.

본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재는, 대기 분위기에서 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.1중량%의 P 및 잔부량의 Cu의 함량비로 주괴를 제조하는 단계; 상기 수득되는 주괴를 700℃ 내지 950℃에서 30분 내지 6시간 동안 균질화처리하는 단계; 상기 균질화처리된 생성물을 10% 내지 90%로 열간가공하는 단계; 상기 열간가공되는 생성물을 가공율 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계; 상기 냉간가공된 생성물을 400℃ 내지 600℃에서 1시간 내지 8시간 동안 석출처리(precipitation treatment)하는 단계; 및 상기 석출처리된 생성물을 실온으로 냉각한 후 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조된다. 또한, 상기 제조 방법에서, 상기 주괴는 Sn, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Al, Si, Mo, Zr 및 W로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 0.1중량% 이하의 양으로 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재는, 대기 분위기에서 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.1중량%의 P 및 잔부량의 Cu의 함량비로 주괴를 제조하는 단계; 상기 수득되는 주괴를 700℃ 내지 950℃에서 30분 내지 6시간 동안 균질화처리하는 단계; 상기 균질화처리된 생성물을 가공율 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계; 상기 냉간가공된 생성물을 400℃ 내지 600℃에서 1시간 내지 8시간 동안 석출처리(precipitation treatment)하는 단계; 및 상기 석출처리된 생성물을 실온으로 냉각한 후 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 제조된다. 또한, 상기 제조 방법에서, 상기 주괴는 Sn, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Al, Si, Mo, Zr 및 W로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 0.1중량% 이하의 양으로 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재는, 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.10중량%의 P, 및 잔부량의 Cu의 함량비로 주괴를 제조하는 단계; 상기 수득된 주괴를 실온으로 냉각 후 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계; 상기 냉간가공된 생성물을 400℃ 내지 600℃에서 1시간 내지 8시간 동안 석출처리(precipitation treatment)하는 단계; 상기 석출처리된 생성물을 실온으로 냉각한 후 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 제조 방법에서, 상기 주괴는 Sn, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Al, Si, Mo, Zr 및 W로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 0.1중량% 이하의 양으로 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재는 높은 인장강도 및 경도 특성을 가지고, 뛰어난 전기전도도 특성을 가지며, 동시에 대기 중에서 제조가 가능하다.

도 1 본 발명에 따르는 동합금재의 제조 공정도의 예이다.
도 2는 본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재의 내연화 특성을 나타내는 그래프이다. 상기 그래프는 해당 온도 구간 내에 30분 동안 유지한 다음 상온으로 냉각시킨 다음 측정한 경도(HB)로서 시간에 따른 경도의 변화를 보여준다.

철강 및 비철강 산업에서 사용되는 연속주조 몰드는 통상 장시간 동안 고온의 용탕과의 접촉을 통해 열충격 및 열피로를 받게 되므로, 상기 연속주조 몰드용 동합금재는 이에 따른 열변형의 최소화 및 내응력 저항성이 우수하여야 하고, 동시에 몰드를 통한 원활한 열방출 성능을 나타내어야 한다.

본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재는 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.10중량%의 P, 및 잔부량의 Cu로 이루어진다.

본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재에서, 크롬(Cr)은 동합금재 전체 중량을 기준으로 0.05중량% 내지 0.6중량%로 포함된다. 본 발명에 따르는 동합금재에서 상기 크롬은 구리 기지내 Cr 상이 미세 분산 형태로 나타나고, 상기 구리 기재 내 미세 분산된 Cr 석출물로 인해 동합금재의 기계적 성질이 향상되며, 열처리를 실시하면 기지내 Cr 석출물이 입계 이동을 억제하는 역할을 함으로써 내열특성이 향상된다.

상기 동합금재에서 크롬의 함량이 0.05중량% 미만인 경우 미세분산된 Cr 석출물의 양이 적어 충분한 강도 확보가 어렵고, 크롬의 함량이 0.6중량%를 초과하면 용탕 내 과도한 산소 유입으로 인해 용탕의 점도가 높아져 양호한 품질의 주괴를 얻을 수 없으며, 또한 다량의 Cr 상이 기지 잔존되어 생성된 생성물의 표면에 Cr 스트라이프(stripe)가 존재할 수 있기 때문에 조업 중 용탕과의 계면에서 열충격에 의한 표면 크랙(crack)을 유발하는 등 심각한 문제를 야기할 수도 있다.

본 발명에 따르는 동합금재에서, 은(Ag)은 동합금재 중량을 기준으로 0.01중량% 내지 0.5중량% 범위로 포함된다. 상기 은은 주조시 용해되어 Cu 매트릭스 전면에 균일한 조성으로 고용되기 때문에 동합금재 기지에 골고루 분산되므로 전기전도도의 저하 없이 고용 강화 효과를 가지며, 이에 따라 기계적 성질을 향상시키는 역할을 한다. 상기 은 함량이 0.01중량% 미만인 경우 은 첨가에 의한 강도 및 전기전도도의 개선 효과가 충분히 나타나지 않으며, 0.5중량%를 초과하면 원재료비 상승에 따른 과도한 비용의 발생으로 경제성이 현저하게 떨어지게 된다.

본 발명에 따르는 동합금재에서, 인(P)은 동합금재 중량을 기준으로 0.005중량% 내지 0.1중량% 범위로 포함된다. 상기 인은 동합금재 제조 과정에서 탈산 작용을 향상시키고, 강도나 내열성을 추가로 향상시키는 주요 원소로서, 특히 연속주조 몰드용 소재로서 사용시 요구되는 전기전도도 특성에 크게 영향을 미친다. 상기 인의 함량이 0.005중량% 미만인 경우 용탕 내 잔류 산소의 양이 과다하여 주조성에 나쁜 영향을 주게 되므로, 건전한 주괴의 제조가 어렵게 된다. 그러나 0.1중량% 초과하는 경우에는 몰드용 소재로 주 요구 특성인 전기전도도가 급격하게 저하되고 취성이 증가하는 문제가 발생하게 된다.

본 발명에 따르는 동합금재에서, 구리(Cu)는 주성분이다. 구리는 상술한 기타 성분의 함량비가 되도록 잔부량으로 함유된다.

또한, 상기 몰드용 동합금재에서 Sn, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Al, Si, Mo, Zr 및 W로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 0.1중량% 이하의 양으로 포함할 수 있으며, 상기 원소가 포함되는 양만큼 잔부량으로 포함되는 구리의 첨가량이 줄어든다. 상기 추가되는 원소는 첨가시 수득되는 동합금재의 강도(경도 및/또는 인장강도) 및 전기전도도를 저해시키지 않으면서 상술한 본 발명의 동합금재와 동등 유사한 효과를 나타낸다.

본 발명에 따르는 동합금재는 또한 상기 동합금재의 특성에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 극미량의 불순물을 포함할 수 있다. 상기 불순물은 예를 들어, As, S, Nb, Sb 또는 이들의 조합일 수 있고, 상기 불순물은 전체 동합금재 중량의 0.01중량% 이하의 극미량으로 포함될 수 있다. 상기 불순물은 통상적인 동합금재 제조 과정에서 의도치 않게 첨가될 수 있는 것이며, 극미량으로 포함되므로 본 발명에 따르는 동합금재의 특성에 큰 영향을 미치지 않는다.

본 발명에 따르는 동합금재의 열 특성 및 도전성은 고온 열처리 후의 경도 및 전기전도도로 측정될 수 있다. 동합금재의 경도는 제조 공정에서 열처리 후 가공도에 따라 차이가 있으며, 본 발명에 따르는 동합금재는, 최종 석출처리 직후 추가적인 냉간가공과 무관하게, 브리넬 경도(2.5/62.5kg) 범위로서 120 HB 이상, 바람직하게 130 내지 150 HB이어야 한다. 또한, 동합금재의 전기전도도는 85% IACS 이상이고, 바람직하게 85% IACS 내지 95% IACS인 것을 기준으로 한다. 즉, 본 발명에 따르는 동합금재는 연속주조 몰드용 동합금재에 대하여 요구되는 경도 및 전기전도도 값의 기준인 경도 90 HB 이상 및 80% IACS 이상이라는 조건을 충분히 만족시키고, 오히려 더욱 우수한 특성을 갖는다.

본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재의 인장강도는 경도와 정비례하므로 경도를 측정함으로써 충분히 알 수 있으며, 또한 직접적으로 KS B0802에 따라 측정할 수 있다. 연속주조 몰드용 동합금재로서 기존에 사용된 Cu-Ag-P계 동합금재의 인장 강도는 380MPa 수준이나, 본 발명에 따르는 동합금재의 경우 400MPa 이상, 보다 구체적으로 450MPa 내지 550MPa 범위이다. 이는 본 발명에 따르는 동합금재에서 Cr 원소 첨가에 따라 입내(transgranular) 및 입계(intergranular)에 Cr 석출상이 생성되어 매트릭스의 경도 및 인장강도를 향상시키는 인자로 작용하기 때문이다.

본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재의 제조방법

본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재는 하기 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조된다:

0.05중량% 내지 0.6중량%의 크롬(Cr), 0.01중량% 내지 0.5중량%의 은(Ag), 0.005중량% 내지 0.10중량%의 인(P), 및 잔부량의 구리(Cu)의 함량비로 주괴를 만드는 단계; 상기 수득된 주괴를 700℃ 내지 950℃에서 30분 내지 6시간 동안 균질화처리하는 단계; 상기 균질화처리된 생성물을 10% 내지 90%로 열간가공하는 단계, 상기 열간가공된 생성물을 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계; 상기 냉간가공된 생성물을 400℃ 내지 600에서 1시간 내지 8시간 동안 석출처리(precipitation treatment)하는 단계; 및 상기 석출처리된 생성물을 실온으로 냉각한 후 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계.

한편, 본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재는 열간가공 단계를 거치지 않고, 하기와 같이 제조될 수 있다:

0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.1중량%의 P 및 잔부량의 Cu의 함량비로 대기 분위기에서 주괴를 제조하는 단계; 상기 수득된 주괴를 700℃ 내지 950℃에서 30분 내지 6시간 동안 균질화처리하는 단계; 상기 균질화처리된 생성물을 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계; 상기 냉간가공된 생성물을 400℃ 내지 600℃에서 1시간 내지 8시간 동안 석출처리하는 단계; 및 상기 열처리된 생성물을 실온으로 냉각한 후 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계.

또한, 본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재는 균질화처리 및 열간가공 단계를 거치지 않고, 하기와 같이 제조될 수 있다:

0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.1중량%의 P 및 잔부량의 Cu의 함량비로 대기 분위기에서 주괴를 제조하는 단계; 상기 수득된 주괴를 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계; 상기 냉간가공된 생성물을 400℃ 내지 600℃에서 1시간 내지 8시간 동안 석출처리하는 단계; 및 상기 열처리된 생성물을 실온으로 냉각한 후 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계.

상술한 본 발명에 따르는 동합금재를 제조하려면, 우선 동합금재의 성분 함량비에 맞도록 준비하여 용탕하여 주괴를 주조한다. 이 과정에서 불가피한 불순물이 극미량으로 포함될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명에 따르는 동합금재의 제조 방법에서, 상기 주괴는 Sn, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Al, Si, Mo, Zr 및 W로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 0.1중량% 이하의 양으로 더 포함할 수 있다. 상기 원소를 더 포함하는 경우 잔부량의 구리의 함량이 그만큼 줄어든다.

본 발명에 따르는 동합금재는, 상기 수득된 주괴를 700℃ 내지 950℃ 온도에서 30분 내지 6시간 동안 균질화처리한다. 온도가 700℃ 이하에서는 충분한 가열이 이루어지지 않아 기지내 Cr의 용체화처리가 부적절하게 이루어져 석출처리시 충분한 석출효과를 보기가 어렵게 되고, 950℃ 이상의 경우에는 과온에 따른 표면 산화가 심하게 일어난다. 또한, 30분 미만의 균질화처리 시 소재에 미치는 균질화처리 시간 부족으로 높은 가공시 부하발생으로 열간가공성이 떨어지고, 6시간이 넘는 경우, 과 표면 산화가 우려된다. 상기 균질화처리 단계의 온도와 시간은 상기 범위 내에서 적절히 선택하여 조합할 수 있다. 상술한 균질화처리 단계는 필요에 따라 생략 가능하다. 상기 균질화처리 단계가 생략되는 경우, 하술할 열간가공 단계도 함께 생략된다.

그 후 수득되는 생성물을 가공율 10% 내지 90%로 열간가공을 실시한다. 상술한 열간가공 단계는 필요에 따라 생략될 수 있다.

상기 수득된 생성물을 실온(room temperature, 대략 20℃ 내지 30℃ 정도)으로 냉각시킨 후, 가공율 10% 내지 80%로 냉간가공한다. 상기 가공율이 10% 미만의 경우 충분한 냉간가공 효과가 나타나지 않고, 80% 초과의 경우 과도한 냉간가공으로 가공경화가 발생하게 되어 더 이상 가공이 어렵게 된다.

이 후, 상기 수득된 생성물을 소둔로에서 400℃ 내지 600℃의 온도에서 1시간 내지 8시간 동안 석출처리한다. 상기 석출처리는 400℃ 이하에서 실시하는 경우, 충분한 열처리 효과를 얻을 수 없으며, 600℃ 이상에서는 과시효현상에 의해 전기전도도는 증가하나 강도가 저하되는 단점이 있다.

상기 석출처리는 1시간 이하로 실시하는 경우, Cr 입자의 석출이 불충분하고, 전단계 가공에 따른 금속 조직의 재결정도 충분하게 이루어지지 않아 이방성을 가질 수 있고, 8시간 이상 실시하는 경우 과시효에 따른 전기전도도 상승은 기대할 수 있으나, 조직 조대화에 따른 최종 생성물인 동합금재의 질이 저하되는 문제가 유발되고, 장시간 열처리를 실시함으로써 생산성이 저하되는 문제가 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재의 제조 시, 상기 수득된 주괴의 균질화처리 단계 및 열간가공 단계를 함께, 또는 열간가공 단계를 단독으로 생략할 수 있다. 이 경우 전 단계에서 수득되는 생성물을 바로 가공율 10% 내지 80%로 냉간가공시킬 수 있으며, 상기 첫 번째 냉간가공을 포함하는 이후의 공정, 즉 첫 번째 냉간가공 단계, 석출처리 단계 및 두 번째 냉간가공 단계는 동일하게 진행된다.

최종 제조하고자 하는 제품의 목적에 따라, 상기 석출처리 단계 및 이어지는 냉간 가공 단계는 반복하여 실시할 수도 있다.

이로써, 상술한 본 발명에 따르는 동합금재의 제조 방법에 따라, 대기 분위기 하에서도 주조가능할 뿐만 아니라, 최종 생성물이 우수한 인장강도 및 전기전도도 특성을 나타내는 연속주조 몰드용 동합금재를 수득할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세하게 설명할 것이나, 본 발명이 이들 실시예에만 국한되는 것은 아니다.

실시예 1

본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재를 제조하기 위해, 하기 표 1에 나타난 화학 조성을 갖도록 각각 주괴를 제조한 후, 60%로 냉간가공한 후 480℃에서 3시간 동안 석출처리하였다. 수득되는 생성물을 실온으로 냉각한 후 50%로 냉간 가공하여 최종 시료를 수득하였다.

구분	성분(중량%)
	Cu	Cr	Ag	P	Zr	기타
실시예 1	Bal	0.05	0.1	0.01	-	-
실시예 2	Bal	0.15	0.1	0.01	-	-
실시예 3	Bal	0.25	0.1	0.01	-	-
실시예 4	Bal	0.15	0.05	0.01	-	Si : 0.01
실시예 5	Bal	0.15	0.2	0.01	-	Mg : 0.01
실시예 6	Bal	0.2	0.1	0.03	-	Sn : 0.02
실시예 7	Bal	0.03	0.1	0.01	-	Zr : 0.02
실시예 8	Bal	0.1	0.1	0.01	-	Al : 0.01
비교예 1	Bal	0.3	0.2 이하	-	0.05	-
비교예 2	Bal	0.6	-	-	0.3	-
비교예 3	Bal	0.4	-	-	0.05	Ti : 0.2
비교예 4	Bal	1.95	-	-	0.15	Ti : 0.05
비교예 5	Bal	0.44	-	-	0.51	Ti : 0.07
비교예 6	Bal	-	0.1	0.01	-	-

Bal: balance, 잔부량

상술한 제조 방법으로 제조되고, 표 1에 기재한 조성을 갖는 시험편을 잘라 표면결함, 인장강도(TS, tensile strength), 연신율(El, elongation), 비커스 경도(Hv, Vickers hardness), 브리넬 경도(HB, Brinell hardness), 전기전도도(EC, electric conductivity)를 조사하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 인장강도 및 연신율은 KS B0802에 의해, 열 및 전기전도도와 관계되는 전기전도도는 KS D0240에 의해 측정하였다. 비커스 경도는 KS B 0811 에 따라 측정하였고, 브리넬 경도는 KS B 0805에 따라 측정하였다.

구분	인장강도(TS) (N/mm2)	경도		전기전도도(EC) (% IACS)
		(HB)	(Hv)
실시예 1	50.3	137	150.3	92.0
실시예 2	52.0	140	158.4	88.4
실시예 3	53.6	142	162.9	85.5
실시예 4	52.4	139	156.5	89.0
실시예 5	52.0	140	157.1	92.0
실시예 6	53.7	141	160.1	83.7
실시예 7	50.2	137	150.6	93.2
실시예 8	51.5	138	153.1	90.6
비교예 1	-	120	-	90
비교예 2	-	-	140	75
비교예 3	-	-	140	70
비교예 4	-	140	-	60
비교예 5	-	125	-	70
비교예 6	40.8	90	-	92.0

일반적으로 제강 제조 업체에서 사용되는 연속주조 몰드용 동합금재의 사양 수준은, 전기전도도 80% IACS 이상 및 경도 90 HB 이상이다. 본 발명에 따르는 동합금재는 최종 열처리 직후 10% 내지 80%로 가공 후 측정된 브리넬 경도(2.5/62.5kg)는 120HB 이상으로, 보다 구체적으로 130HB 내지 150HB 범위에 해당되고, 전기전도도는 85% IACS 이상이고, 보다 구체적으로 85% IACS 내지 95% IACS 범위에 해당된다. 상기 시험을 수행한 결과, 본 발명에 따르는 실시예 1 내지 8에 따른 시료는 상용 소재인 비교예 6인 CuAgP 소재와 대비시 유사한 전기전도도를 가지면서, 동시에 인장강도 및 경도가 비교예 6보다 우수한 것을 나타났으며, 연속주조 몰드용 동합금재에 요구되는 사양 조건을 모두 만족하였다.

한편, 본 발명에 따르는 동합금재의 조직 내에 미세하게 분산된 Cr 상을 광학현미경(OM) 및 주사전자현미경(SEM)으로 촬영하면, 본 발명에 따라 제조된 동합금재의 표면에 석출된 미세 분산 Cr 상을 확인할 수 있다. 상기 Cr 상은 구리 기지내 입내(transgranular) 및 입계(intergranular)에 분산되어 기계적 성질 증가시키고, 열처리 시 입계 이동을 억제하는 역할을 하므로, 본 발명에 따르는 동합금재의 내열 특성이 증가된다.

도 2는 본 발명에 따르는 연속주조 몰드용 동합금재의 내연화 특성을 나타내는 그래프이다. 해당 온도 구간 내에 30분 동안 유지시킨 후 측정한 브리넬 경도(HB)로서, 비교예 6의 CuAgP와 비교시 내열 특성이 우수한 것으로 나타났으며, 또 다른 비교예 2의 CuCrZr과 유사한 수준임을 알 수 있다.

본 발명은 대기 중에서도 주조가 가능하고, 전기전도도가 높고, 동시에 우수한 경도 특성을 겸비한 연속주조 몰드용 동합금재 및 이의 제조 방법을 제공한다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 대기 분위기에서 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.1중량%의 P 및 잔부량의 Cu의 함량비로 주괴를 제조하는 단계;
   상기 수득된 주괴를 700℃ 내지 950℃에서 30분 내지 6시간 동안 균질화처리하는 단계;
   상기 균질화처리된 생성물을 10% 내지 90%로 열간가공하는 단계;
   상기 열간 가공된 생성물을 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계;
   상기 냉간 가공된 생성물을 400℃ 내지 600℃에서 1시간 내지 8시간 동안 석출처리(precipitation treatment)하는 단계; 및
   상기 석출 처리된 생성물을 실온으로 냉각한 후 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계를 포함하는, 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.10중량%의 P, 잔부량의 Cu 및 극미량의 불가피한 불순물로 이루어지고, 브리넬 경도가 120 HB 이상이고, 전기전도도 특성이 85% IACS 이상인 연속주조 몰드용 동합금재의 제조 방법.
4. 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.1중량%의 P 및 잔부량의 Cu의 함량비로 대기 분위기에서 주괴를 제조하는 단계;
   상기 수득된 주괴를 700℃ 내지 950℃에서 30분 내지 6시간 동안 균질화처리하는 단계;
   상기 균질화처리된 생성물을 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계;
   상기 냉간가공된 생성물을 400℃ 내지 600℃에서 1시간 내지 8시간 동안 석출처리하는 단계; 및
   상기 석출처리된 생성물을 실온으로 냉각한 후 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계를 포함하는, 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.10중량%의 P, 잔부량의 Cu 및 극미량의 불가피한 불순물로 이루어지고, 브리넬 경도가 120 HB 이상이고, 전기전도도 특성이 85% IACS 이상인 연속주조 몰드용 동합금재의 제조 방법.
5. 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.1중량%의 P 및 잔부량의 Cu의 함량비로 대기 분위기에서 주괴를 제조하는 단계,
   상기 수득된 주괴를 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계;
   상기 냉간가공된 생성물을 400℃ 내지 600℃에서 1시간 내지 8시간 동안 석출처리하는 단계; 및
   상기 석출처리된 생성물을 실온으로 냉각한 후 10% 내지 80%로 냉간가공하는 단계를 포함하는, 0.05중량% 내지 0.6중량%의 Cr, 0.01중량% 내지 0.5중량%의 Ag, 0.005중량% 내지 0.10중량%의 P, 잔부량의 Cu 및 극미량의 불가피한 불순물로 이루어지고, 브리넬 경도가 120 HB 이상이고, 전기전도도 특성이 85% IACS 이상인 연속주조 몰드용 동합금재의 제조 방법.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 주괴는 Sn, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Al, Si, Mo, Zr 및 W로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 0.1중량% 이하의 양으로 더 포함하는 것인 연속주조 몰드용 동합금재의 제조 방법.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 주괴는 Sn, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Al, Si, Mo, Zr 및 W로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 0.1중량% 이하의 양으로 더 포함하는 것인 주조 몰드용 동합금재의 제조 방법.
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 주괴는 Sn, Ti, Mg, Mn, Fe, Co, Al, Si, Mo, Zr 및 W로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 원소를 0.1중량% 이하의 양으로 더 포함하는 것인 주조 몰드용 동합금재의 제조 방법.

Images