KR101830338B1 - Cu-Ag 합금 소재의 제조방법 및 이 제조방법에 의해 제조된 Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용한 케이블 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 Cu-Ag 합금 소재의 제조방법 및 이 제조방법에 의해 제조된 Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용한 케이블에 관한 것으로서, Cu-Ag 합금 소재의 제조방법은 전체 중량 100중량% 중, 일정 중량%의 Ag를 포함하는 Cu-Ag 합금 조성물을 조성하는 단계; 상기 Cu-Ag 합금 조성물을 일정 직경의 주조재로 주조하는 연속주조 공정을 수행하는 단계; 상기 주조재를 1차 열처리 하는 용체화 처리 단계; 상기 용체화 처리된 주조재의 직경이 감소하도록 냉간 압연하는 단계; 상기 냉간 압연된 압연재를 2차 열처리 하는 시효 처리 단계; 및 상기 시효 처리된 압연재의 직경이 세경화되도록 신선 처리 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용한 케이블은 상기한 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 Cu-Ag 합금 소재의 제조방법 및 이 제조방법에 의해 제조된 Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용한 케이블에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Cu에 최소한의 Ag를 함유하면서도 고강도와 고전도율의 특성을 갖는 Cu-Ag 합금 소재의 제조방법 및 이 제조방법에 의해 제조된 Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용한 케이블에 관한 것이다.
최근 각종 전기 및 전자 기기의 소형화 및 경량화에 따라 이들에 적용되는 전선 또한 직경의 세경화가 요구되고 있다.
특히, 자동차와 같은 운송 장치에 적용되는 전장품의 증가에 따라 전선의 중량 및 길이가 증가하는 한편 운송 장치의 한정된 공간으로 전선의 세경화는 더욱 중요하게 요구되고 있다.
이와 같이, 전선이 세경화되기 위해서는 전선으로 사용하기 위한 여러 요구특성(강도, 전기전도도, 굴곡성, 염회 등에 대한 내성)을 만족함과 동시에 가공성(신선, 연선, 집합 등의 가공에 있어서의 가공성)을 향상시켜야 하는데 이를 위해서는 우수한 파단강도가 요구된다.
종래의 전선 도체는 주로 전도율(전기 전도도)이 우수한 구리선이 이용되어 왔는데, 구리선은 파단 강도가 낮아 반복된 굴곡이나 염회에 의한 응력이 가해진 경우 쉽게 단선되어 세경화(예를 들어 0.1mm 이하) 하기에는 여러 문제점이 발견되어 왔다.
이러한 단점을 해소하기 위하여 도체 재료의 파단 강도를 향상시키기 위한 방법의 하나로서, 구리에 다른 원소를 첨가하여 합금화하는 방안이 개시되어 있으나, 종래의 구리 합금은, 첨가 원소의 증가에 의해 파단 강도 등의 강도는 높일 수 있으나 도전율이 저하되는 단점을 갖고 있다.
특히, 전기 및 전자 기기 등에 이용되는 전선에는, 낮은 전기 저항 특성이 요구되기 때문에, 도전율이 낮은 선재를 도체에 적용하게 되면, 전기저항을 최소화 시키기 위하여 도체의 단면적이 불가피하게 커지게 된다. 따라서, 전선의 세경화를 달성하기 어렵게 된다.
또한, 최근에는 100%IACS의 전도율을 갖는 구리(Cu)에 Mg. Ni, P, Fe, Cr, Si, Zr 등의 다양한 원소를 첨가하여 강도가 높고 전도율이 높은 구리 합금 소재가 개발되어 산업 전반에 적용하려는 노력이 있다.
그러나, 이들 첨가 원소는 앞서 언급한 바와 같이 강도 증가의 효과는 기대할 수 있지만 전도율의 큰 감소를 야기하게 된다.
따라서, 최대한의 강도 증대와 최소한의 전도율 감소를 위해서는 단위 원소 첨가량 당 전도율의 감소가 적은 원소 중에 Ag 원소가 가장 유력한 첨가원소로 알려져 있으며, 이에 최근에는 Cu-Ag 합금에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그런데, 최근 연구되고 제공되는 Cu-Ag 합금의 경우 Ag의 함량이 많게는 10중량% 이상 첨가되는 경우가 많으며, 이는 고가의 Ag를 다량 이용하여야 함으로써, 경제성 측면에서 실익이 크지 못한 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, Cu에 최소한의 Ag를 첨가시키면서도 고강도와 고전도율을 갖는 Cu-Ag 합금 소재를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 Cu-Ag 합금을 제조하는 방법에 의해 제조되어 고강도와 고전도율을 갖는 Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용하는 케이블을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재의 제조방법은, (A) 전체 100중량% 중, 0.5~3중량%의 Ag를 포함하는 Cu-Ag 합금 조성물을 조성하는 단계; (B) 상기 Cu-Ag 합금 조성물을 유도가열 원리를 기반으로 한 연속주조 장치를 이용하여 1150~1200℃의 온도에서 15mm~25mm의 직경을 갖는 주조재로 주조하는 연속주조 공정을 수행하는 단계; (C) 상기 주조재를 아르곤 가스 분위기에서 20~28시간 동안 700~800℃의 온도로 1차 열처리 하는 용체화 처리 단계; (D) 상기 용체화 처리된 주조재의 직경이 감소하도록 냉간 압연하는 단계; (E) 상기 냉간 압연된 압연재를 20~28시간 동안 350~450℃의 온도로 2차 열처리 하는 시효 처리 단계; 및 (F) 상기 시효 처리된 압연재의 직경이 세경화되도록 신선 처리 하는 단계를 포함하되, 상기 신선 처리 단계는, (f1) 상기 시효 처리된 일정 직경의 압연재를 그루브 롤링에 의해 4~5.2의 가공률로 가공하여 1.5~2.5mm로 직경을 감소시키는 2차 냉간 압연 단계와, (f2) 상기 2차 냉간 압연된 일정 직경의 압연재를 인발에 의해 5.4~6.6의 가공률로 가공하여 0.8~0.92mm로 직경을 세경화시키는 인발 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 (D) 단계는, 상기 (B) 단계에 의해 주조된 15mm~25mm의 직경을 갖는 주조재를 그루브 롤링에 의해 1.0~1.24의 가공률로 가공하여 직경을 10~13mm로 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재의 제조방법에 의해 제조된 Cu-Ag 합금 소재를 도체로서 이용하는 케이블은, 상기한 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 Cu-Ag 합금 소재에서, 상기 Ag의 함량은 전체 100중량% 중, 0.5~3중량%이고, 인장강도는 700MPa 이상이며, 전도율은 90%IACS 이상인 것을 특징으로 하는 Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용한 케이블.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 Cu-Ag 합금 소재 및 그 제조방법 및 이 제조방법에 의해 제조된 Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용한 케이블에 의하면, 고가의 Ag을 최소한 첨가하면서도 향상된 특성 즉, 고강도와 고전도율의 특성을 갖는 Cu-Ag 합금 소재와 이 합금 소재를 도체로 이용하는 케이블이 제공됨으로써, 경제적 실익을 추구할 수 있는 효과가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재의 제조 공정을 순차적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 평가된 Cu-Ag 합금 조성물들에 대한 조성분석 결과를 나타낸 표.
도 3은 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 연속 주조재의 용체화 효과를 파악하기 위해 Ag 함량에 따른 미세조직 변화를 관찰한 광학현미경 사진.
도 4는 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 주조재의 용체화 효과를 Ag 함량에 따른 변화를 관찰하기 위해 주사전자 현미경의 에너지 분산형 분광법을 이용한 조성분석 및 사진.
도 5는 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 주조재에 대하여 용체화 처리 후 Ag 함량에 따른 격자상수의 변화를 관찰한 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 주조재에 대하여 용체화 후의 경도, 전도율 및 인장강도 변화를 Ag 함량에 따라 관찰한 결과를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 압연재들의 시효처리 효과를 나타내는 광학 현미경 사진.
도 8은 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 합금 소재들의 가공 공정에 따른 전도율의 변화 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재들의 Ag 함량에 따른 인장강도와 전도율 값을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 평가된 Cu-Ag 합금 조성물들에 대한 조성분석 결과를 나타낸 표.
도 3은 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 연속 주조재의 용체화 효과를 파악하기 위해 Ag 함량에 따른 미세조직 변화를 관찰한 광학현미경 사진.
도 4는 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 주조재의 용체화 효과를 Ag 함량에 따른 변화를 관찰하기 위해 주사전자 현미경의 에너지 분산형 분광법을 이용한 조성분석 및 사진.
도 5는 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 주조재에 대하여 용체화 처리 후 Ag 함량에 따른 격자상수의 변화를 관찰한 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 주조재에 대하여 용체화 후의 경도, 전도율 및 인장강도 변화를 Ag 함량에 따라 관찰한 결과를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 압연재들의 시효처리 효과를 나타내는 광학 현미경 사진.
도 8은 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 합금 소재들의 가공 공정에 따른 전도율의 변화 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재들의 Ag 함량에 따른 인장강도와 전도율 값을 나타낸 그래프.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명에 따른 Cu-Ag 합금 소재의 제조방법과, 이 제조방법에 의해 제조되는 Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용한 케이블의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재는, 전체 100중량%에서, Ag는 0.5~3.0중량% 범위로 소량 첨가될 수 있다.
또한, Ag 외에 Sn, Zr, Cr, S, Pb, Zn, Fe, P 등의 원소(불순물)들도 전체 100중량 % 중 일정 중량%로 첨가될 수 있다.
예를 들어, 전체 100중량% 중에서 불순물로서 0.004~0.008중량%의 Sn, 0.0001~0.0008중량%의 Zr, 0.00001~0.0001중량%의 Cr, 0.0005~0.0009중량%의 S, 0.004~0.008중량%의 Pb, 0.001~0.005중량%의 Zn, 0.0001~0.001중량%의 Fe, 0.0001~0.001중량%의 P가 첨가될 수 있다.
특히, 본 발명은 불순물 중, Sn의 함량이 0.001~0.006중량%로 미소량 첨가됨에 따라 종래에서와 같이 Sn이 다량 함유된 경우에 비하여 상대적으로 높은 인장강도와 높은 도전율을 갖게 된다.
즉, 종래에는 Sn의 함량비가 상대적으로 높아서 낮은 인장강도와 낮은 도전율을 갖게 되는데, 본 발명은 Sn의 함량비가 낮아 상대적으로 높은 인장강도와 높은 도전율을 나타낼 수 있게 된다.
여기서, Cu-Ag 합금의 조성물은 하기의 화학식 1로 표현될 수 있다.
Cu-XAg
위의 화학식에서 X는 중량%로서, 0.5 ≤ X ≤ 3일 수 있으며, 바람직하게는 2.01중량%일 수 있는데, 이에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재의 제조 공정을 순차적으로 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재는, 연속주조(유도가열)-용체화 처리(제1 열처리)-냉간 압연-시효 처리(제2 열처리)-신선 처리의 공정을 순차적으로 거치면서 제조가 이루어지게 되는데, 이의 제조 공정을 통해 Ag의 함유량에 따른 최적의 Cu-Ag 합금 소재에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 평가된 Cu-Ag 합금 조성물들에 대한 조성분석 결과를 나타낸 표이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재의 합금 조성물들에서, 전체 100중량% 중, Ag의 함유량을 1.5중량%에서 3중량% 범위 내에서 0.5중량%의 차이를 두고 각각 조성하였다
이때, 기타 원소로서 Sn, S, P도 미소량 첨가하여 조성물을 형성할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 모두 4가지 합금 조성물들에 대하여 유도가열 원리를 기반으로 한 연속주조 장치를 이용하여 대략 1150℃~1200℃의 온도에서 용해 및 교반함으로써, 대략 15~20mm의 직경을 갖는 로드(Rod) 형태의 주조재를 제조하는 연속주조 공정을 수행하였다.
이 때, 주조재는 대략 10m의 길이로 제조하되, 단면의 직경은 15~25mm 범위로 제조할 수 있다.
여기서, 연속주조 시 온도는 본 발명에서 여러 조건의 온도로서 실험한 최적의 온도로서, 이 때 주조 온도가 상기 범위를 벗어나 달라지게 되면 용탕의 흐름성에 문제가 발생하여 연속주조가 이루어지지 않을 뿐만 아니라 주조 직경의 차이에 따른 최종 신선 소재의 물성이 현저하게 달라지게 됨을 확인할 수 있었으며, 이는 아래의 표 1에서 확인할 수 있다.
다음에, 그루브 롤러(Groove roller)를 이용하여 대략 1.0~1.24의 가공률로 32패스의 냉간 압연 공정을 수행하였다. 이때 냉간 압연 공정에 의해 감소된 단면 직경은 11.4mm로 측정되었으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며 냉간 압연에 의해 단면의 직경이 감소된 압연재는 10~13mm 범위내일 수 있다.
이 때, 냉간 압연 공정에 의한 압연재의 직경이 10~13mm, 가공율이 1.0~1.24 범위 범주인 것은, 본 발명에서 여러 조건으로 실험한 최적치이며, 이를 벗어나게 되면, 최종 소재의 물성은 고강도, 고전도도 특성을 확보할 수 없음을 아래의 표 2에서와 같이 실험을 통해 확인할 수 있었다.
| 냉간 압연 공정 | 인장강도 | ||
| 패스 | 선경 | 가공도 | |
| 0 | 22 | 0 | 480 |
| 1 | 13 | 1.052186 | 514 |
| 2 | 12.4 | 1.146692 | 508 |
| 3 | 11.8 | 1.245886 | 511 |
| 4 | 9.6 | 1.658559 | 500 |
| 5 | 9.1 | 1.765536 | 490 |
| 6 | 8.6 | 1.878561 | 495 |
| 7 | 8.4 | 1.925621 | 494 |
| 8 | 8 | 2.023202 | 477 |
다음에, 2차 냉간 압연 공정과, 15개의 인발 다이스를 통하여 가공률이 대략 5.4~6.6 이상을 갖는 직경 0.86mm의 선재를 제조하는 인발 공정의 신선 처리의 단계를 수행하였다.
참고로, 인발 공정에 의해 선재의 단면 직경은 0.8~0.92mm 범위내일 수 있다.
이 때, 신선 처리 공정 중 하나인 2차 냉간 압연 공정 시에는 가공률이 4~5.2이고, 이러한 2차 냉간 압연 공정에 의해 1차 냉간 압연된 압연재의 단면 직경은 2mm로 측정되었으나, 이 경우의 단면 직경은 1.5~2.5mm 범위내일 수 있다.
여기서, 연속주조 공정 후, 냉간 압연 공정을 수행하기에 앞서 주조재를 1차로 열처리하여 용체화 처리 공정을 수행할 수 있다.
즉, 직경 15~20mm의 주조재는 산화방지를 위하여 염로(Salt bath)의 아르곤 가스 조건에서 20~28시간 동안 700~800℃로 1차 열처리하여 용체화 처리 공정을 수행하였다.
이 때, 용체화 처리의 시간은 본 발명에서 여러 조건의 시간으로 실험한 최적의 시간으로서, 상기한 용체화 처리 시간이 상기 범위를 벗어나 달라지게 되면 최종 소재의 물성이 고강도 고전도도 특성을 유지할 수 없게 됨을 확인할 수 있었다.
그리고, 냉간 압연 공정 후, 신선 처리 공정을 수행하기에 앞서 냉간 압연된 압연재는 2차로 열처리하여 시효 처리 공정을 수행할 수 있다.
즉, 냉간 압연된 압연재에 석축물을 생성시켜 기계적 특성 및 전도율 향상을 위하여 11.4mm *1500mm 시편인 압연재를 이용하여 20~28시간 동안 350~450℃로 2차 열처리하여 시효 처리 공정을 수행하였다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재는, 연속 주조 공정과, 냉간 압연 공정 및 신선 처리 공정을 거쳐 제조하되, 연속 주조 공정 후에 1차 열처리에 의한 용체화 처리 공정을 거친 후 냉간 압연 공정을 수행하고, 또한 냉간 압연 공정 후에 2차 열처리에 의한 시효 처리 공정을 거친 후 신선 처리 공정을 수행함으로써 제조가 이루어지게 된다.
도 3은 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 합금 조성물들의 Ag 함량에 따라 형성된 각각의 주조재들과, 이 주조재들이 용체화 처리된 이후의 미세조직 변화를 광학 현미경으로 촬영한 사진이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에서 주조재에 대한 용체화 처리 전과, 용체화 처리에 의한 미세조직의 변화를 Ag의 함량 변화에 따라 분석한 주사전자 현미경의 에너지 분산형 분광법을 이용한 조성분석 및 사진이다.
또한, 도 5는 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 합금 소재들에서, 용체화 처리 이후에 Ag의 함량에 따라 격자상수의 변화거동 결과를 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 주조재들에 대한 용체화 처리 이후의 경도, 전도율 및 인장강도의 변화를 나타낸 그래프이다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 합금 조성물들 중, 연속 주조 공정을 거친 주조재들 대한 평가결과 주조 상태에서는 Ag의 함량 증가에 따라 용질 원소들이 수지상 사이에 집중되는 정도가 심해지는 것을 보이지만, 제1 열처리 즉 용체화 처리 이후에는 미소편석된 용질원소의 고용을 확인할 수 있었다.
한편, 도 5를 참조하면, 각 합금 조성물들이 연속 주조에 의해 주조된 주조재들과 이 주조재들의 용체화 처리에 따른 격자상수 변화를 관찰한 결과, 용체화 처리 이후에 격자상수가 증가함을 확인할 수 있었으며, 이 경우 Ag의 함량이 증가할수록 격자상수 역시 증가함을 확인할 수 있었다.
이는 기지 내에 고용되는 용질 원자들의 양이 증가할수록 이들 원자에 의한 격자 뒤틀림이 증가하는 것으로 용질원자들이 대부분 Cu 기재 내로 고용되었음을 의미할 수 있다.
또한, 용체화 처리 과정에서 용질 확산 및 고용에 따른 특성변화를 관찰한 결과 Cu-Ag의 합금 조성물들의 조성에 관계 없이 경도, 전도율 및 인장강도 값이 용체화 처리 이후에 감소하는 경향을 나타냄을 알 수 있었다.
이는 도 6에 도시된 바와 같이, Cu-Ag의 합금 조성물들에서 Ag의 함량 고용강화를 일으키기에는 충분하지 않은 양이기 때문으로 판단될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에서 사용된 압연재들의 시효처리 효과를 나타내는 주사전자 현미경(SEM) 사진이고, 도 8은 본 발명의 실시 예에서 사용된 Cu-Ag 합금 소재들의 가공 공정에 따른 전도율의 변화 결과를 나타낸 그래프이며, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재들의 Ag 함량에 따른 인장강도와 전도율 값을 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 합금 조성물들의 주조재들이 냉간 압연 후 제2 열처리 즉, 시료 처리가 미치는 영향을 관찰하기 위하여 직경 15~20mm에서 11.4mm까지 대략 1.0~1.24의 가공률로 냉간 압연된 압연재와 이를 이용해서 400℃에서 20시간 동안 시효 처리된 시편의 미세조직을 관찰하였다.
그 결과, 그루브 롤링(Groove rolling)된 시편의 중심부까지는 가공조직으로 변화되지 않았으나 외부에는 가공시 응력의 집중으로 인하여 가공조직이 잘 발달되어 있음을 확인할 수 있었다.
이러한 시편을 이용하여 시효 처리된 결과 시편 중앙부는 조대한 재결정 조직이 일부 관찰되었으며, 시편 외부에는 집중된 가공응력이 시효 처리로 인한 풀림 및 재결정으로 인하여 미세한 등축정 조직이 관찰됨을 확인할 수 있었다.
한편, 도 8을 참조하면 본 발명의 실시 예에 따른 합금 소재의 가공 공정에 따른 전도율의 변화를 관찰한 결과, 연속 주조된 주조재를 용체화 처리한 이후에는 모든 시편들의 전도율이 감소함을 알 수 있지만, 냉간 압연 공정 이후에는 전도율이 유지되거나 다소 증가됨을 관찰할 수 있었다. 그리고, 제2 열처리 즉 시효 처리 공정을 수행하게 되면 전도율이 급격하게 증가하게 됨을 관찰할 수 있었다.
또한, 도 9를 참조하면, Ag의 함량이 1.5중량%에서 3.0중량%로 증가함에 따라 인장강도는 659MPa에서 787MPa로 증가하는 반면 전도율은 90.9%IACS에서 86.9%IACS까지 감소하는 등 서로 상반되는 것을 관찰할 수 있었다.
그리고, Ag의 함량이 3.0, 2.5, 2.0, 1.5중량%일 때, 인장강도는 각각 787, 758, 708, 659MPa의 값을 나타내고, 이와 동시에 전도율은 각각 86.9, 87.9, 90.0, 90.9%IACS 값을 나타냄을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재는, 전체 100중량% 중에서 Ag가 0.5~3중량%로 첨가된 상태에서 상기한 제조방법 즉, 연속주조 공정, 용체화 처리를 위한 1차 열처리 공정, 냉간 압연 공정, 시효 처리를 위한 2차 열처리 공정 및 신선 처리 공정을 순차적으로 수행하는 제조방법으로 제조되면, 고강도와 고전도율의 특성을 갖게 됨을 확인할 수 있었다.
특히, 전체 100중량% 중에서 Ag가 2.01중량%로 첨가된 상태에서 상기한 제조방법으로 제조되는 경우, 인장강도는 700MPa 이상이고, 전도율은 90%IACS 이상임을 확인할 수 있었는바, 상기한 제조방법에 의해 Cu-Ag 합금 소재를 제조하는 경우, 고가의 Ag를 최소한 첨가하면서도 향상된 특성을 발휘할 수 있게 됨을 확인할 수 있게 되었다.
이상에서 설명한 바와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재의 제조방법 의해 제조된 Cu-Ag 합금 소재와, 각 원소의 함량과 공정 조건을 달리한 비교 예 1~4를 통해 제조된 합금 소재의 물성을 비교한 결과는 아래의 표 3과 같이 나타남을 확인할 수 있었다.
| 항목 | 실시예 | 비교예1 | 비교예2 | 비교예3 | 비교예4 | |||
| 합금성분 (wt.%) |
Cu | 나머지 | 나머지 | 나머지 | 나머지 | 나머지 | ||
| Ag | 0.5~3.0 | 2.0 | 1.5 | - | - | |||
| Sn | - | - | - | - | 0.25 | |||
| Zr | - | - | - | 0.43~ 1.0 |
- | |||
| 열 처 리 |
용체화온도 (℃)/시간(h) |
700~800/20~28 | 900/1 | 780/3 | 980/2 | - | ||
| 시효처리온도(℃)/시간(h) | 350~450/20~28 | - | 450/5 | - | 450/5 | 450/ 10 |
- | |
| 최종가공도 | 5.4~6.6 | 5.4 | 5.7 | 5.4 | 6.11 | |||
| 최종 선재 (0.8~0.92mm) |
인장강도 (MPa) |
708 (Max) |
556 | 688 | 499 | 622 | 645~ 710 |
560 |
| 전기전도도 (%IACS) |
90.0 (Max) |
87.1 | 87.7 | 87.6 | 87.1 | 66.4~72.5 | 81.3~ 82.1 |
|
| 굴곡성 (1kgf하중) |
32만회 이상 | - | - | - | - | - | 8만회 이상 | |
| 저온 내굴곡성(-20도) | 200만회 이상 | - | - | - | - | - | 100만회 pass | |
위의 표 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 Cu-Ag 합금 소재의 제조방법 의해 제조된 Cu-Ag 합금 소재는, 전체 100중량% 중, 0.5~3중량%의 Ag를 포함하고, 불순물로서 0.004~0.008중량%의 Sn, 0.0001~0.0008중량%의 Zr, 0.00001~0.0001중량%의 Cr, 0.0005~0.0009중량%의 S, 0.004~0.008중량%의 Pb, 0.001~0.005중량%의 Zn, 0.0001~0.001중량%의 Fe, 0.0001~0.001중량%의 P를 포함하는 Cu-Ag 합금 조성물을 조성하는 단계; 상기 Cu-Ag 합금 조성물을 유도가열 원리를 기반으로 한 연속주조 장치를 이용하여 1150~1200℃의 온도에서 15mm~25mm의 직경을 갖는 주조재로 주조하는 연속주조 공정을 수행하는 단계; 상기 주조재를 아르곤 가스 분위기에서 20~28시간 동안 700~800℃의 온도로 1차 열처리 하는 용체화 처리 단계; 상기 용체화 처리된 주조재의 직경이 감소하도록 냉간 압연하는 단계; 상기 냉간 압연된 압연재를 20~28시간 동안 350~450℃의 온도로 2차 열처리 하는 시효 처리 단계; 및 상기 시효 처리된 압연재의 직경이 세경화되도록 신선 처리 하는 단계를 포함하되, 상기 신선 처리 단계는, 상기 시효 처리된 일정 직경의 압연재를 그루브 롤링에 의해 4~5.2의 가공률로 가공하여 1.5~2.5mm로 직경을 감소시키는 2차 냉간 압연 단계와, 상기 2차 냉간 압연된 일정 직경의 압연재를 인발에 의해 5.4~6.6의 가공률로 가공하여 0.8~0.92mm로 직경을 세경화시키는 인발 단계를 포함하여 제조되는 경우, 최소한의 Ag가 함유되더라도 충분한 인장강도와 우수한 전기전도도를 갖추게 됨을 확인할 수 있었다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (4)
- (A) 전체 100중량% 중, 0.5~3중량%의 Ag를 포함하는 Cu-Ag 합금 조성물을 조성하는 단계;
(B) 상기 Cu-Ag 합금 조성물을 유도가열 원리를 기반으로 한 연속주조 장치를 이용하여 1150~1200℃의 온도에서 15mm~25mm의 직경을 갖는 주조재로 주조하는 연속주조 공정을 수행하는 단계;
(C) 상기 주조재를 아르곤 가스 분위기에서 20~28시간 동안 700~800℃의 온도로 1차 열처리 하는 용체화 처리 단계;
(D) 상기 용체화 처리된 주조재의 직경이 감소하도록 냉간 압연하는 단계;
(E) 상기 냉간 압연된 압연재를 20~28시간 동안 350~450℃의 온도로 2차 열처리 하는 시효 처리 단계; 및
(F) 상기 시효 처리된 압연재의 직경이 세경화되도록 신선 처리 하는 단계를 포함하되,
상기 신선 처리 단계는,
(f1) 상기 시효 처리된 일정 직경의 압연재를 그루브 롤링에 의해 4~5.2의 가공률로 가공하여 1.5~2.5mm로 직경을 감소시키는 2차 냉간 압연 단계와,
(f2) 상기 2차 냉간 압연된 일정 직경의 압연재를 인발에 의해 5.4~6.6의 가공률로 가공하여 0.8~0.92mm로 직경을 세경화시키는 인발 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Cu-Ag 합금 소재의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 (D) 단계는,
상기 (B) 단계에 의해 주조된 15mm~25mm의 직경을 갖는 주조재를 그루브 롤링에 의해 1.0~1.24의 가공률로 가공하여 직경을 10~13mm로 감소시키는 것을 특징으로 하는 Cu-Ag 합금 소재의 제조방법.
- 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용한 케이블.
- 제 3항에 있어서,
상기 Cu-Ag 합금 소재에서,
상기 Ag의 함량은 전체 100중량% 중, 0.5~3중량%이고,
인장강도는 700MPa 이상이며,
전도율은 90%IACS 이상인 것을 특징으로 하는 Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용한 케이블.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20160120510 | 2016-09-21 | ||
| KR1020160120510 | 2016-09-21 |
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|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020170121965A KR101830338B1 (ko) | 2016-09-21 | 2017-09-21 | Cu-Ag 합금 소재의 제조방법 및 이 제조방법에 의해 제조된 Cu-Ag 합금 소재를 도체로 이용한 케이블 |
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112391546A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-02-23 | 西安诺博尔稀贵金属材料股份有限公司 | 一种消除银铜合金铸锭易偏析的方法 |
-
2017
- 2017-09-21 KR KR1020170121965A patent/KR101830338B1/ko active IP Right Grant
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