KR101977508B1

KR101977508B1 - 고 전기전도도 고강도 동합금 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101977508B1
Application number: KR1020170178940A
Authority: KR
Inventors: 박우진; 권기혁; 오윤석; 박언병; 박재신
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2017-12-24
Filing date: 2017-12-24
Publication date: 2019-05-10
Also published as: WO2019124837A1

Abstract

본 발명은 산업기기, 전자기기용 부품, 자동차 부품, 열관리 기기용 부품 등의 소재로 사용되는 동합금 및 그 제조방법에 관한 것으로, 높은 전기전도도를 갖는 고강도 동합금 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 바람직한 일례에 의하면, 과포화 Cu 기지조직 내에 형성된 Fe 정출상을 포함하고, 과포화 Fe 정출상 내부에 형성된 Cu 입자를 포함하고, 상기 과포화 Fe 정출상은 평균 종횡비(Aspect Ratio)가 4 이상인 고 전기전도도 고 강도 동합금 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

고 전기전도도 고강도 동합금 및 그 제조방법{High Conductivity and high strength copper alloys and methods for manufacturing the same}

본 발명은 산업기기, 전자기기용 부품, 자동차 부품, 열관리 기기용 부품 등의 소재로 사용되는 동합금 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고 전기전도도 및 고강도를 갖는 동합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.

동합금은 전기전도도 뿐 아니라 가공성(또는 성형성)도 우수하기 때문에 가정용 전선을 비롯한 산업기기, 전자기기용 부품에 오래 전부터 사용되어 왔다.

또한 열전도도와 내식성도 우수하기 때문에 보일러나 냉각장치를 비롯한 열관리 기기용 부품의 소재로 광범위하게 사용되어 왔다.

그러나, 항복강도와 인장강도를 비롯한 기계적 특성, 특히 비강도나 탄성강도 등이 여타의 구조용 비철금속에 비해 현저히 낮기 때문에 높은 전도성과 인장강도가 동시에 요구되는 분야에는 적용이 제한되고 있는 형편이다.

이러한 단점을 보완하기 위한 다수의 동합금이 개발되어 왔지만, 현재 고강도 고장력 동합금으로 주로 사용되고 있는 상용합금은 주석(Sn)과 인(P)을 함유하고 있는 인청동(Cu-Sn-P) 합금이 유일하다고 할 수 있으며, 그 외 베릴륨(Be)을 함유하는 베릴륨동 등이 있으나, Be 첨가로 인한 제조원가의 상승으로 특수한 분야에 제한적으로 사용되고 있다.

그러나, 인청동의 경우에도 상용화 측면에서 볼 때 두 가지 정도 해결되어야 할 문제점을 갖고 있다. 그 하나는 Sn과 P의 첨가를 통해 동합금의 항복강도와 인장강도는 향상될 수 있지만, 반대로 전기전도도는 크게 감소하는 결과가 초래된다는 것이다. 그리고, 또 하나는 압연성 저하로 인한 제조비용 상승을 들 수 있는데, 그 이유는 다음과 같다.

인청동은 슬라브 주조와 압연공정을 통해 제조되어야 하는데, Sn의 융점(232℃)이 Cu의 융점(1,085℃) 보다 크게 낮기 때문에 통상적인 동합금 압연조건으로는 제조할 수 없기 때문이다. 즉, Cu와 Sn의 융점 차이가 대단히 크기 때문에 Sn의 융점보다 낮은 온도에서 단위패스당 매우 낮은 압하율로 압연을 하든지, 아니면 Sn의 융점보다 높은 온도에서 압연을 하되 온도유지 시간을 최소화하여야 하는데, 어떠한 경우라도 압연비용의 상승은 불가피하게 된다.

대한민국 공개특허공보 제2015-0101544호 일본 공개특허공보 제2014-218698호

본 발명의 바람직한 일 측면은 높은 전기전도도를 갖는 고강도 동합금을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 바람직한 다른 일 측면은 높은 전기전도도를 갖는 고강도 동합금의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 바람직한 일 측면에 의하면, 과포화 Cu 기지조직 내에 미세한 Fe 정출상을 포함하고, 과포화 Fe 정출상 내부에 미세한 Cu 입자를 포함하고, 상기 과포화 Fe 정출상은 평균 종횡비(Aspect Ratio)가 4 이상인 고 전기전도도 고 강도 동합금이 제공된다.

상기 동 합금은 중량%로, 10 ~ 30%의 Fe 및 나머지 Cu를 포함할 수 있다.

상기 동합금은 중량%로, 0.5 ~ 5%의 Si 및 0.2 ~ 3%의 Mg 중 1종 또는 2종; 10 ~ 30%의 Fe; 및 나머지 Cu를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 의하면, Cu-Fe 합금 용탕을 수평식 쌍롤식 주조기를 이용하여 박판주조하여 박판을 얻는 단계;

상기 박판을 70% 이상의 총 압하율로 압연하여 압연재를 얻는 단계; 및

상기 압연재를 소둔하는 단계를 포함하고,

상기 수평식 쌍롤식 주조기는 주조된 박판의 진행방향이 지면에 대해 10^o(도) 이상 내리막 경사를 갖도록 기울어지게 구성되는 고 전기전도도 고 강도 동합금의 제조방법이 제공된다.

본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 전자기기나 산업기기나 자동차 등에 적용되고 있는 각종 부품용 부재에 적합한 고전도 고강도 고차폐성 동합금 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 고 전기전도도 고강도 동합금의 제조방법이 바람직하게 적용될 수 있는 수평식 쌍롤식 주조기의 일례를 나타내는 개략도이다.

일반적인 동합금에서는 전기전도도와 인장강도(또는 항복강도)는 서로 반비례하는 관계를 보여주기 때문에, 동합금에 있어서 전기전도도와 인장강도(또는 항복강도)를 동시에 높이는 것은 매우 어렵다고 알려져 있으며, 만약 전기전도도와 인장강도(또는 항복강도)를 동시에 높이고자 할 때는 Be 이나 Ni 등과 같은 고가의 원소를 첨가하여야 한다.

본 발명에서는 고가의 합금원소를 첨가하는 대신 가격이 저렴한 Fe 원소의 첨가를 통해 동합금의 전기전도도와 인장강도(또는 항복강도)를 동시에 향상시키고자 한 것이다.

그러나, Cu에 Fe를 첨가한 Cu-Fe 합금의 경우, Cu에 대한 Fe의 고용도가 낮고, 또한 Cu와 Fe의 2원계 상태도에는 비평형 액상분리선(metastable miscibility gap)이 존재한다고 보고되고 있으므로, Cu-Fe 합금 용탕을 서냉시키면 Cu와 Fe의 상분리가 발생되면서 Cu 기지조직 내에 수 mm 크기의 조대한 Fe 상이 생성될 수 있다. 따라서, 금형주조나 슬라브주조와 같이 냉각속도가 느린 일반적인 주조법으로는 고강도 고전도 Cu-Fe 합금 제조가 불가능하므로, 반드시 냉각속도가 높은 주조법을 적용하여야 한다.

이에, 본 발명에서는 일반적인 주조법 보다 냉각속도가 빠른 급속응고법을 적용하고자 하였다. 냉각속도가 빠른 급속응고법으로는 5~100㎛ 두께의 극박재 주조가 가능한 Melt Spinning 법이나 직경 5~250㎛ 크기의 입자 제조가 가능한 Atomization 법 등이 있을 수 있다.

상기 두 공법의 냉각속도는 약 10⁴~10⁶K/S(초) 범위로 매우 빠르다고 알려져 있으나, 제조비용이 높다는 단점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명에서는 상기의 두 가지 급속응고법 보다는 냉각속도가 약간 낮지만 상업적 활용도가 높은 급속응고법의 일종인 스트립 캐스팅(Strip Casting)공법을 적용하고자 하였다.

스트립 캐스팅 공법에는 용탕의 흐름 방향에 따라 수평식과 수직식으로 구분될 수 있으며, 수평식의 경우에는 Al 합금이나 Mg 합금과 같은 저융점 경량금속에 적용되고 있으며, 수직식의 경우에는 철강재료나 니켈합금과 같은 고융점 금속소재에 적용되어 왔다.

Cu-Fe 합금도 Fe 첨가에 의한 고융점 금속으로 분류될 수 있으나, Cu와 Fe의 2원계 상태도에 나타나는 비평형 액상분리선을 감안하면 수직식의 경우 롤과 롤 사이에 형성되는 Melt Pool 내에 Cu와 Fe의 상분리로 인한 조대한 Fe상 형성이 우려되므로, 본 발명에서는 수평식 스트립 캐스팅 공법을 적용하고자 하였다.

Al 합금이나 Mg 합금에 적용되고 있는 수평식 스트립 캐스팅 공법은 주조롤을 통과하는 스트립의 진행 각도가 지면과 평행할 수도 있지만, 경우에 따라서는 스트립의 진행각도가 약 0~25^o (도)가량 오르막 경사로 배치될 수도 있는데, 이러한 스트립 각도는 설비공급사의 고유한 설계개념이라고 할 수 있다. Al이나 Mg과 같은 경량금속은 어떠한 스트립 각도를 적용하여도 사용하는데 문제가 없었으나, Cu-Fe 합금에 상기의 스트립 각도를 적용하면 스트립 캐스팅 시 노즐팁으로부터 유출되는 용탕이 주조롤에 닿는 순간 고비중의 Cu-Fe 용탕이 노즐팁 측면으로 흐르는 사이드 플로우(Side Flow)가 발생되며, 측면으로 흐르는 용탕은 주조롤의 경사를 타고 뒤쪽으로 흘러내리므로, 기존의 스트립 진행각도로 Cu-Fe 합금을 스트립 캐스팅 하게 되면 정상적인 박판주조 판재를 형성할 수 없게 된다. 사이드 플로우 이외에도 노즐팁과 상,하 주조롤과의 틈으로 용탕이 유출되는 현상도 발생된다.

Cu-Fe 합금을 스트립 캐스팅 할 때 이러한 현상이 발생되는 원인은 다음과 같다. 즉, 수평식 스트립 캐스팅을 하기 위해서는 롤과 롤사이에 노즐팁을 삽입하는데, 삽입된 노즐팁의 끝부분이 롤닙(Roll Nip)으로부터 일정거리(30~90mm) 후방에 배치될 수 밖에 없으므로 노즐팁으로부터 유출된 용탕이 처음 접촉하는 롤표면의 접사면 각도(Tangential Angle)는 항상 오르막 경사를 나타내게 되므로 중력에 의해 측면이나 후방으로 용탕이 유출될 수 밖에 없다. 또한, 이러한 용탕의 유출이 발생되면 용탕과 주조롤 간의 접촉이 원활하지 못하므로 주편 냉각능도 감소될 수밖에 없게 되며, 이로 인해 Cu-Fe계 합금에서 Fe 입자의 미세화가 제대로 이루어질 수 없게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 스트립의 진행각도를 처음부터 내리막 경사가 되도록 유지하였으며, 내리막 경사는 다음과 같은 원리에 따라 결정하였다. 즉 노즐팁으로부터 유출되는 용탕이 주조롤 표면에 처음 접촉할 때의 접사면 각도가 0^o(도) 이상의 내리막 경사를 나타낼 수 있도록 조절하였으며, 이를 위한 주조롤 내리막 경사(α)는 롤닙으로부터 노즐팁까지의 거리(d)와 주조롤 반경(R)과 다음과 같은 관계를 갖게 된다.

[관계식 1]

α ≥ 360d/2πR [d: 롤닙으로부터 노즐팁까지의 거리, R: 주조롤 반경]

본 발명에서는 이러한 원리에 부합하는 수평식 스트립 캐스팅(Strip Casting) 장치를 이용하여 Cu-Fe계 합금을 두께 7mm 이하의 판형상으로 스트립 캐스팅 한 후, 추가적인 가열단계를 거치지 않은 채 스트립 캐스팅된(Strip Cast) 판재를 제품두께까지 냉간압연을 통해 제조한 후, 후속의 어닐링을 통해 과포화 Cu 기지조직 내에 미세한 Fe 입자를 그리고 과포화 Fe 정출상 내부에 미세한 Cu 입자를 석출시키고, 또한 냉간압연에 의해 집적된 변형에너지를 제거함으로써 냉간압연재의 전기전도도와 인장강도를 향상시키고자 하였다. 또한 Fe 정출상 미세화에 기여할 수 있는 합금원소를 첨가하여 인장강도(또는 항복강도)의 추가적인 향상을 도모하였다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 측면에 따르는 고 전기전도도 고 강도 동합금에 대하여 설명한다.

본 발명의 바람직한 일 측면에 따르는 고 전기전도도 고 강도 동합금은 과포화 Cu 기지조직 내에 미세한 Fe 정출상을 포함하고, 과포화 Fe 정출상 내부에 미세한 Cu 입자를 포함하고, 상기 과포화 Fe 정출상은 평균 종횡비(Aspect Ratio)가 4 이상이다.

상기 동 합금 중의 Fe 함량이 너무 적으면, 인장강도가 부족할 우려가 있고, 너무 많으면, Cu-Fe 용탕으로부터 Fe 입자가 응고시작 전부터 상분리가 일어날 우려가 있다.

상기 동합금에 0.5 ~ 5중량%의 Si 및 0.2 ~ 3중량%의 Mg 중 1종 또는 2종이 첨가되는 경우에는 Fe 정출상의 미세화로 인해 인장강도가 추가적으로 향상될 수 있다

상기 과포화 Cu 기지조직 내에 포함되는 미세한 Fe 정출상의 크기는 0.01~2.0㎛일 수 있다

상기 미세한 Fe 정출상의 크기가 0.01㎛미만인 경우에는 강화효과의 저하의 우려가 있고, 2.0㎛를 초과하는 경우에는 Fe 입자의 취성에 의한 인장강도의 저하 우려가 있다.

상기 과포화 Fe 정출상 내부에 포함되는 미세한 Cu 입자의 크기는 0.01~2.0㎛일 수 있다.

상기 미세한 Cu 입자의 크기가 0.01㎛미만인 경우에는 전기전도도의 저하 우려가 있고, 2.0㎛를 초과하는 경우에는 강화효과의 저하 우려가 있다.

상기 과포화 Fe 정출상의 평균 종횡비(Aspect Ratio)가 4 미만인 경우에는 강화효과의 저하 우려가 있으므로, 그 하한 값은 4로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 과포화 Fe 정출상의 평균입도는 15㎛이하일 수 있다. 또한, 상기 과포화 Fe 정출상의 평균입도는 8.9㎛ 이상일 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르는 고 전기전도도 고 강도 동합금의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 바람직한 다른 일 측면에 따르는 고 전기전도도 고 강도 동합금의 제조방법은 Cu-Fe 합금 용탕을 수평식 쌍롤식 주조기를 이용하여 박판주조하여 박판을 얻는 단계; 상기 박판을 70% 이상의 총 압하율로 압연하여 압연재를 얻는 단계; 및 상기 압연재를 소둔하는 단계를 포함하고, 상기 수평식 쌍롤식 주조기는 주조된 박판의 진행방향이 지면에 대해 10^o(도) 이상 내리막 경사를 갖도록 기울어지게 구성된다.

박판을 얻는 단계

Cu-Fe 합금 용탕을 수평식 쌍롤식 주조기를 이용하여 박판주조하여 박판을 얻는다.

상기 Cu-Fe 합금 용탕의 준비는 특별히 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 용해공정에 있어서 용해를 위한 열원은 전기 혹은 가스가 될 수 있으며, 도가니 재질은 고온용 내화물 재질이 적합하며, 원소재인 순수 Cu와 Fe 원소를 동시에 도가니에 넣고 승온을 하든 Cu를 먼저 용해한 후 나머지 합금원소를 차례차례 투입하면서 용해하여도 무방하며, 산화방지를 위한 불활성 가스를 주입하거나 용탕보호용 플럭스를 용탕표면에 주입하여도 무방하다.

Cu-Fe 합금의 용해는 예를 들면, 1380~1650℃의 온도에서 실시할 수 있다.

Cu-Fe 합금의 용해 온도가 1650℃를 초과하는 경우에는 용탕산화로 불순물 혼입의 우려가 있다.

수평식 쌍롤식 주조기를 이용하여 박판을 얻기 위한 박판주조공정은 용해가 완료된 용탕을 박판주조재 제조를 위해 턴디쉬(혹은 헤드박스)에 용탕을 공급하면서 판상형 주조재가 만들어지도록 유도하는 과정이며, 필요시 박판주조용 주조롤 표면은 별도의 가열장치나 냉각수를 통해 가열을 하거나 냉각할 수도 있다.

상기한 바와 같이 용탕의 사이드 플로우(Side Flow) 방지를 위해 스트립의 진행각도가 내리막 경사가 될 수 있도록 주조롤을 배치하여야 하며, 이 때 주조롤의 내리막 경사각도(α)는 노즐팁의 끝부분이 접촉하는 주조롤의 접사면 각도가 지표면 대비 0^o (도)이상의 내리막 경사가 유지될 수 있도록 배치하여야 하므로, 주조롤의 내리막 경사각도(α)는 하기 관계식 (1)을 만족하여야 한다.

[관계식 1]

상기 박판주조는 박판의 Cu 기지조직 내에 과포화 Fe 정출상의 평균입도가 15㎛이하가 되도록 실시될 수 있다.

본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 수평식 쌍롤식 주조기의 일례가 도 1에 나타나 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 수평식 쌍롤식 주조기(10)는 서로 반대방향으로 회전하는 한쌍의 상부 주조롤(11) 및 하부 주조롤(12), 용탕을 상기 상부 주조롤과 하부 주조롤 사이에 공급하는 노즐팁(13), 및 주조된 박판(1)을 권취하는 권취기(17)를 포함한다. 상기 한쌍의 롤(11)(12)과 권취기(17)사이에는 핀치롤(pinch roll)(14), 무빙 쉐어(moving shear)(15) 및 브레이크 롤(break roll)(16)을 구비하고 있다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 수평식 쌍롤식 주조기의 상부 주조롤(11) 및 하부 주조롤(12)은 주조된 박판(1)의 진행방향이 지면에 대해 10^o(도) 이상 내리막 경사를 갖도록 기울어지게 구성되어 있다.

상기 관계식에서 d는 상, 하부 주조롤의 최인접점(롤립)(A)으로부터 노즐팁의 끝단(B)까지의 거리이다. 노즐팁 끝단(B)에서의 주조롤 접사각도(도 1에서 B 지점에서의 내리막 경사)는 주조롤의 경사각도(도 1에서 A 지점에서의 내리막 경사) 보다 작다.

상기 d값은 주조롤 간격(Gap)이나 노즐팁의 두께 등에 따라 변할 수 있으므로 노즐팁(13)으로부터 용탕이 흘러나오는 지점(도 1에서 B 지점)에서도 오르막이나 수평이 아닌 내리막 경사가 유지되도록 하기 위해서는 주조롤 경사가 최소 10^o(도) 이상 확보되어야 한다.

압연재를 얻는 단계

상기 박판을 70% 이상의 총 압하율로 압연하여 압연재를 얻는다.

압연공정은 별도의 가열공정을 거치지 않고 박판주조 판재(박판)를 그대로 압연하는 공정이다.

박판주조된 Cu-Fe 주편의 온도는 시간이 지날수록 감소하게 될 것이며, 장시간 보관된 주편은 상온에 도달하게 될 것이다. 하지만 Cu-Fe 주편은 냉연이나 열연 모두 가능한 합금이므로 박판주조된 Cu-Fe 주편은 별도의 가열단계를 거치지 않고 그대로 압연할 수 있으며, 단위 압연패스당 압하율을 높이기 위해서는 Cu-Fe 주편을 가열한 상태에서 압연할 수도 있다.

압연 시 압하율이 70%미만인 경우에는 Cu 기지조직의 강도 저하 및 Fe 입자 변형의 한계로 인장강도의 저하 우려가 있으므로, 70% 이상으로 설정하는 것이 바람직하다.

압연재를 소둔하는 단계

상기와 같이 압연된 압연재를 소둔한다.

압연재의 소둔공정은 과포화 Cu 기지조직 내에 미세한 Fe 입자를 그리고 과포화 Fe 정출상 내부에 미세한 Cu 입자를 석출시키고 동시에 압연에 의해 판재 내부에 집적된 변형에너지를 제거함으로써 인장강도와 전기전도도를 동시에 향상시키기 위한 공정이다.

합금조성에 따라 적정온도 및 시간이 다를 수 있으나, 바람직한 예로서는 500~1000℃ 온도범위에서 2시간 이내에 완료할 수 있으며, 완료된 후에는 신속하게 냉각시켜야 하는데, 적정 냉각속도는 예를 들면, 1k/s 이상이며, 이는 대기냉각, 유냉, 수냉 등의 방법으로 실현될 수 있다.

2원계 Cu-Fe 합금에 대한 박판주조/압연으로도 우수한 Cu-Fe 합금 판재 제조가 가능하지만, Cu-Fe 합금에 Si을 0.5~5중량% 혹은 Mg을 0.2~3중량% 각각 첨가하거나 함께 첨가할 경우 과포화 Fe 정출상의 미세화로 인해 인장강도가 추가적으로 향상될 수 있다.

상기 소둔 후의 압연재의 Cu 기지조직 내의 과포화 Fe 정출상의 평균입도는 15㎛이하일 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 후술하는 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의 할 필요가 있다.

(실시예)

하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖는 Cu-Fe계 합금 용탕을 제조한 후, 수평식 박판주조 방식을 통해 스트립 형태의 박판주조재를 제조하였다.

Cu-Fe계 합금 용탕은 Cu와 Fe원소가 함께 용해로 내에 장입된 후 유도가열방식을 통해 용해되었으며, Cu, Fe 이외의 추가 합금원소는 Cu-Fe 2원계 합금 용탕의 용해가 완료된 후 추가로 투입되도록 하였다. Cu-Fe계 합금의 완전한 용해를 위해 용해로의 온도를 1530℃ 이상으로 승온하였으며, 노즐팁으로 유입될 때의 주조온도는 각 합금조성의 액상선 온도 보다 60℃ 가량 높은 온도로 유지하였다.

스트립 제조에 이용된 박판주조 장치는 전형적인 수평식 박판주조기이며, 주조롤 직경 및 폭은 각각 1,000mm 및 600mm이고 주조롤 재질은 강(Steel)이나 Cu 합금이다.

주조롤은 주조전부터 주조가 완료될 때까지 냉각수로 냉각될 수 있도록 제작되었으며, 수평식 주조기의 쌍롤 사이로 용탕을 공급하기 위한 노즐팁은 롤닙(Roll Nip)으로부터 후방 40~80mm가 범위에 배치되도록 하였다.

박판주조재는 주조롤의 경사각도를 달리하면서 폭 300mm, 두께 5mm의 스트립으로 제조되었으며, 스트립의 진행각도 및 주요 공정조건은 하기의 표 1에 나타낸 바와 같다.

상기와 같이 제조된 Cu-Fe계 합금 주조재는 폭 50mm, 길이 100mm로 절단한 후, 하기 표 1에 기재된 압하율로 상온에서 냉간압연을 통해 두께 0.5mm 압연재로 제조되었으며, 또한 동일한 크기의 주조재를 다양한 예열조건으로 예열한 후 동일한 압하율로 열간압연을 실시하였다.

상기와 같이 압연된 압연재의 인장강도와 전기전도도를 동시에 향상시키기 위한 어닐링 처리가 냉간압연재와 열간압연재에 적용되었으며, 어닐링 처리는 표 1에 제시된 바와 같이 500~1000℃ 온도범위에서 다양한 조건으로 실시하였으며, 어닐링 완료된 후에는 상온의 대기상태에서 선풍기로 강제 공냉하였다. 상가와 같이 제조된 박판주조재 및 압연재의 품질을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분

화학성분 (중량%)

주조조건

압연조건

Fe

Si

Mg

Cu

H/B
온도

주조
속도

S/B
거리

진행
각도

주조롤
재질

압연온도(℃)

압하율 (%)

어닐링온도(℃)

비교재 1

10

나머지

1380^oC

3mpm

45

-15^o

Steel

상온

50%

550

비교재 2

10

나머지

1380^oC

3mpm

45

-15^o

Steel

550

75%

750

비교재 3

10

나머지

1380^oC

3mpm

50

0^o

Cu합금

상온

65%

950

비교재 4

10

나머지

1380^oC

3mpm

50

0^o

Cu합금

450

65%

No

비교재 5

10

1.0

나머지

1380^oC

3mpm

55

-15^o

Steel

450

95%

850

비교재 6

30

나머지

1480^oC

3mpm

45

-15^o

Steel

450

95%

950

비교재 7

30

나머지

1480^oC

3mpm

45

-15^o

Steel

상온

95%

No

비교재 8

30

나머지

1480^oC

3mpm

50

0^o

Cu합금

550

50%

650

비교재 9

30

나머지

1480^oC

3mpm

50

0^o

Cu합금

상온

75%

750

비교재 10

30

1.0

나머지

1480^oC

3mpm

55

0^o

Steel

650

95%

850

비교재 11

10

나머지

1380^oC

3mpm

45

10^o

Steel

450

55%

550

비교재 12

10

1.0

나머지

1380^oC

3mpm

45

10^o

Cu합금

650

65%

650

비교재 13

30

나머지

1480^oC

3mpm

45

10^o

Cu합금

상온

55%

950

비교재 14

30

1.0

나머지

1480^oC

3mpm

45

10^o

Steel

550

65%

No

발명재 1

10

1.0

나머지

1380^oC

3mpm

45

10^o

Cu합금

상온

95%

No

발명재 2

10

1.0

나머지

1380^oC

3mpm

45

10^o

Cu합금

상온

95%

850

발명재 3

30

나머지

1480^oC

3mpm

45

10^o

Cu합금

450

75%

No

발명재 4

30

나머지

1480^oC

3mpm

45

10^o

Cu합금

450

75%

750

발명재 5

30

나머지

1480^oC

3mpm

50

15^o

Steel

상온

85%

No

발명재 6

30

나머지

1480^oC

3mpm

50

15^o

Steel

상온

85%

950

발명재 7

30

1.0

나머지

1480^oC

3mpm

55

15^o

Cu합금

650

95%

No

발명재 8

30

1.0

나머지

1480^oC

3mpm

55

15^o

Cu합금

650

95%

650

발명재 9

30

1.0

나머지

1480^oC

3mpm

45

10^o

Steel

550

75%

No

발명재 10

30

1.0

나머지

1480^oC

3mpm

45

10^o

Steel

550

75%

850

[표 1에서, H/B 온도 : 노즐팁으로 유입되는 용탕의 온도, 주조속도 : 주조롤의 선속도 (mpm : meter per minute), S/B 거리 : 롤닙포인트로부터 노즐팁 간 거리 (backward distance to the end of nozzle tip from roll nip point)]

구분	화학성분 (중량%)				주조품질		압연품질
구분	Fe	Si	Mg	Cu	주조 실수율 (%)	Fe 입자 평균입도 (㎛)	Fe 입자 Aspect Ratio	인장강도 (MPa)	전기전도도 (%IACS)
비교재 1	10			나머지	24	19.3	1.5	344	58
비교재 2	10			나머지	24	19.3	1.9	405	32
비교재 3	10			나머지	31	15.6	2.1	312	56
비교재 4	10			나머지	31	15.6	2.0	435	29
비교재 5	10	1.0		나머지	21	13.8	2.6	343	29
비교재 6	30			나머지	26	24.7	2.7	335	57
비교재 7	30			나머지	26	24.7	2.7	398	26
비교재 8	30			나머지	33	20.3	1.1	386	27
비교재 9	30			나머지	33	20.3	1.4	347	52
비교재 10	30		1.0	나머지	35	18.1	3.3	415	24
비교재 11	10			나머지	77	11.5	1.5	432	49
비교재 12	10	1.0		나머지	73	8.9	2.3	453	31
비교재 13	30			나머지	69	12.4	1.3	418	54
비교재 14	30		1.0	나머지	72	11.1	2.2	507	25
발명재 1	10	1.0		나머지	73	8.9	4.2	663	24
발명재 2	10	1.0		나머지	73	8.9	4.2	671	32
발명재 3	30			나머지	69	12.4	4.3	586	26
발명재 4	30			나머지	69	12.4	4.3	545	37
발명재 5	30			나머지	83	13.9	4.5	606	27
발명재 6	30			나머지	83	13.9	4.2	543	38
발명재 7	30	1.0		나머지	76	10.6	5.1	766	20
발명재 8	30	1.0		나머지	76	10.6	4.9	782	27
발명재 9	30		1.0	나머지	72	11.1	4.9	728	25
발명재 10	30		1.0	나머지	72	11.1	4.6	691	44

[표 2에서, 주조실수율 : 노즐팁으로 유입된 용탕량 대비 주조롤을 통과한 스트립 중량 비율, Fe 입자 평균입도 : 박판주조재를 길이방향으로 절단한 후 관찰된 광학현미경 단면조직으로부터 측정, Fe 입자 aspect ratio : 박판주조재를 길이방향으로 절단한 후 관찰된 광학현미경 단면조직으로부터 측정 (단축길이 대비 장축 길이 비)]

상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 주조조건 및 압연조건을 모두 만족하는 발명재 (1-9)은 주조품질 및 압연품질이 모두 우수함에 반하여, 본 발명의 주조조건 및 압연조건 중 하나 이상의 조건을 벗어나는 비교재(1-14)의 경우에는 주조품질 및 압연품질 중 적어도 하나의 품질이 열위함을 알 수 있다. 여기서, 주조품질 및 압연품질이 우수하다 함은 주조실수율이 60% 이상으로 높고 과포화 Fe 정출상의 평균입도가 15㎛ 이하이고, 과포화 Fe 정출상의 종횡비가 4이상일 때를 의미한다.

10: 수평식 쌍롤식 주조기
11: 상부 주조롤
12: 하부 주조롤
13: 노즐팁
17: 권취기

Claims

전체 동합금 중량 대비 10~30중량%의 Fe 및 나머지 Cu를 포함하는 동합금에 있어서,
상기 동합금은 과포화 Cu 기지조직 및 과포화 Fe 정출상을 포함하고,
상기 과포화 Cu 기지조직은 상기 과포화 Cu 기지조직 내에 형성된 Fe 정출상을 포함하고,
상기 과포화 Fe 정출상은 상기 과포화 Fe 정출상 내에 형성된 Cu 입자를 포함하고,
상기 과포화 Fe 정출상은 평균 종횡비(Aspect Ratio)가 4 이상인 고 전기전도도 고 강도 동합금.
삭제
제1항에 있어서, 상기 동합금은 전체 중량 대비 0.5~5중량%의 Si 및 0.2 ~ 3중량%의 Mg 중 1종 또는 2종을 더 포함하는 고 전기전도도 고 강도 동합금.
제1항에 있어서, 상기 Fe 정출상의 크기가 0.01 ~ 2.0㎛인 것을 특징으로 하는 고 전기전도도 고 강도 동합금.
제1항에 있어서, 상기 Cu 입자의 크기가 0.01 ~ 2.0㎛인 것을 특징으로 하는 고 전기전도도 고 강도 동합금.
제1항에 있어서, 상기 과포화 Fe 정출상의 평균입도가 8.9~15㎛인 것을 특징으로 하는 고 전기전도도 고 강도 동합금.
용탕의 전체 중량 대비 10~30중량%의 Fe 및 나머지 Cu를 포함하는 Cu-Fe 합금 용탕을 수평식 쌍롤식 주조기를 이용하여 박판주조하여 박판을 얻는 단계;
상기 박판을 70% 이상의 총 압하율로 압연하여 압연재를 얻는 단계; 및
상기 압연재를 소둔하는 단계를 포함하고,
상기 수평식 쌍롤식 주조기는 주조된 박판의 진행방향이 지면에 대해 10^o(도) 이상 내리막 경사를 갖도록 기울어지게 구성되는 고 전기전도도 고 강도 동합금의 제조방법.
삭제
제7항에 있어서, 상기 Cu-Fe 합금 용탕은 상기 용탕의 전체 중량 대비 0.5~5중량%의 Si 및 0.2~3중량%의 Mg 중 1종 또는 2종을 더 포함하는 고 전기전도도 고 강도 동합금의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 Cu-Fe 합금 용탕 Cu-Fe 합금을 1380~1650℃의 온도에서 용해하여 제조된 것임을 특징으로 하는 고 전기전도도 고 강도 동합금의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 소둔하는 단계는 500~1000℃ 온도범위에서 실시되는 것을 특징으로 하는 고 전기전도도 고 강도 동합금의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 박판주조는 박판의 Cu 기지조직 내에 과포화 Fe 정출상의 평균입도가 8.9~15㎛가 되도록 실시되는 것을 특징으로 하는 고 전기전도도 고 강도 동합금의 제조방법.
삭제