KR102465440B1 - Wire rod having high strength and high conductivity, and method for manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고강도 고전도성 철동 선재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 철동모합금(Fe-Cu)소재 및 순 동(Cu)를 용해시켜 용탕을 형성하는 공정, 상기 용탕을 주입 온도 1400 내지 1600℃로 하여 몰드로 주입하고 인고트를 제조하는 공정, 상기 인고트를 압연율 40 내지 60%로 압연하는 공정 및 상기 압연한 인고트를 10 내지 20%의 단면감소율로 인발하고, 상기 인발 공정 사이에 어닐링 공정을 수행하여 세선화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a high-strength, high-conductivity iron-copper wire and a method for manufacturing the same. A process of injecting into a mold and manufacturing an ingot, a process of rolling the ingot at a rolling ratio of 40 to 60%, and drawing the rolled ingot at a reduction in area of 10 to 20%, and annealing between the drawing steps It characterized in that it comprises a process of thinning by performing the process.

Description

고강도 고전도성 철동 선재 및 그 제조방법{WIRE ROD HAVING HIGH STRENGTH AND HIGH CONDUCTIVITY, AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}High-strength, high-conductivity iron-copper wire and manufacturing method thereof

본 발명은 고강도 고전도성 철동 선재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전자부품용 소재의 제조 및 다양한 철동합금 소재의 제조, 나아가 동합금의 합금제조기술에도 이용될 수 있다.The present invention relates to a high-strength, high-conductivity iron-copper wire and a method for manufacturing the same, and more particularly, it can be used for the production of materials for electronic components, the production of various iron-copper alloy materials, and furthermore, the alloy production technology of copper alloys.

최근 정보통신제품의 고집적화, 자동차의 경량화추세로 말미암아 사용되는 전자부품은 점차 소형화, 고집적화가 되어가고, 여기에 사용되는 리드프레임(lead frame), 커넥터(connector)등의 전자부품용 소재는 어떠한 환경에도 적응할 수 있는 보다 우수한 소재일 것이 요구되고 있다.Due to the recent trend of high integration of information and communication products and weight reduction of automobiles, electronic components used are gradually becoming smaller and highly integrated. There is a demand for a better material that can be adapted to the

특히 고집적화는 방열문제(heat dissipation)를 해결하는 것이 필수적인데 이러한 문제와 관련하여 관련 소재는, 첫째로, 열의 발생을 줄이기 위해서는 전기전도도가 우수해야 하며, 두번째로 발생되는 열이 잘 발산되게 하기 위해서 열전도도가 우수해야 하고, 셋째로 소재의 온도가 올라가도 형상이 쉽게 변형되지 않기 위해서 내열성, 즉 열간 강도가 우수해야 한다.In particular, high integration is essential to solve the heat dissipation problem. In relation to this problem, related materials must, firstly, have excellent electrical conductivity in order to reduce the generation of heat, and secondly, in order to dissipate the generated heat well. Thermal conductivity must be excellent, and thirdly, heat resistance, that is, hot strength, must be excellent in order not to be easily deformed even when the temperature of the material rises.

일반적으로 금속소재에서 전기전도도와 열전도도는 동일 경향을 가지므로 이러한 관점에서 주로 동합금이 많이 사용되어 왔는데, 순 구리는 강도가 낮기 때문에 이를 보완하기 위해서 제2 또는 제3의 원소를 합금하여 강도를 올려 사용하였다. 이 경우, 구리에 다른 원소가 들어가면 전기 전도도와 열전도도를 떨어뜨리는데, 이 폐해를 최소화 시키기 위해 타원소가 고용(sold solution)이 아닌 석출물(precipitate) 형태로 존재하게 하여, 강도는 높인 반면 전기전도도의 저하는 최소화하는 합금 설계를 하여 왔다.In general, since electrical conductivity and thermal conductivity of metal materials have the same tendency, copper alloys have been mainly used from this point of view. Since pure copper has low strength, in order to compensate for this, a second or third element is alloyed to increase the strength. raised and used. In this case, if other elements are added to copper, the electrical and thermal conductivity is lowered. The alloy design has been designed to minimize the decrease in conductivity.

현재 인청동(phosphor copper), 베릴륨 동(beryllium copper),크롬동(chromium copper)등 여러 가지 동합금이 개발되어 사용되고 있는데, 대부분 강도, 전기전도도 및 내열성(연화성) 측면에서 필요특성을 모두 충족시키지 못하고 있는 현실이었다.Currently, various copper alloys such as phosphor copper, beryllium copper, and chromium copper have been developed and used, but most of them do not meet all the necessary characteristics in terms of strength, electrical conductivity and heat resistance (softness). was a reality.

이러한 산업계 요구를 충족시킬 수 있는 합금을 개발하기 위하여 관심을 가진 분야가 철동합금이다. 그 이유는 구리(Cu)와 철(Fe)는 상온의 고체상태에서는 서로 고용도가 거의 없는 상태, 즉, 섞이지 않기 때문에 전기전도도의 상실이 없이 강도를 향상시킬 수 있기 때문이다. 그리고 구리-크롬(Cu-Cr), 구리-베릴륨(Cu-Be)합금에서의 크롬(Cr)이나 베릴륨(Be)은 인체에 유해한 원소이고, 환경 오염문제도 야기하여, 철동합금 분야에 대한 연구가 활발한 실정이다.In order to develop alloys that can meet these industrial needs, the field of interest is ferrous-copper alloys. The reason is that copper (Cu) and iron (Fe) have little solid solubility with each other in a solid state at room temperature, that is, they do not mix, so that strength can be improved without loss of electrical conductivity. In addition, chromium (Cr) or beryllium (Be) in copper-chromium (Cu-Cr) and copper-beryllium (Cu-Be) alloys are elements that are harmful to the human body and cause environmental pollution problems. It is active.

이러한 노력의 일환으로 개발한 C194(Cu- 2.5 wt%Fe) 철동합금이 상용화되어 판재의 형태로 널리 사용되고 있다. 이러한 철동합금은 전기전도도가 유사 용도의 동합금과 비교하여 우수하나 강도가 떨어지는 단점이 있었다.C194 (Cu- 2.5 wt% Fe) iron-copper alloy developed as part of these efforts has been commercialized and is widely used in the form of plates. These iron-copper alloys have superior electrical conductivity compared to copper alloys for similar uses, but have a disadvantage in that the strength is lowered.

현재 C194수준의 판재는 생산하고 있지만, 최근까지 Fe 함량이 5 wt%이상 철동합금에 대해서는 여러 차례 개발을 시도하였으나 합급기술, 용해주조기술, 열처리 및 선재 가공 기술등에서 고도의 기술이 요구되어 생산에 성공한 사례가 없다. Currently, we are producing C194 level plates, but until recently, we have tried several times to develop iron-copper alloys with Fe content of 5 wt% or more. There are no success stories

한편 수요적인 측면에서도 철동합금은 구리-크롬(Cu-Cr), 구리-베릴륨(Cu-Be), 구리-주석-인(Cu-Sn-P)등을 대체할 수 있는 소재이고, 친환경적인바, 국내 수요가 대략 1000톤/년 이상으로 추정되고 있는 실정이다.On the other hand, in terms of demand, iron-copper alloy is a material that can replace copper-chromium (Cu-Cr), copper-beryllium (Cu-Be), copper-tin-phosphorus (Cu-Sn-P), etc., and is environmentally friendly, Domestic demand is estimated to be about 1000 tons/year or more.

본 발명의 목적은 기계분야에 적용되고 있는 다양한 전자부품의 소재로서, 고전도성 및 고강도를 가지는 소재를 제공하기 위함이다.An object of the present invention is to provide a material having high conductivity and high strength as a material for various electronic components applied to the mechanical field.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 철동모합금(Fe-Cu)소재 및 순 동(Cu)를 용해시켜 용탕을 형성하는 공정, 상기 용탕을 주입 온도 1400 내지 1600℃로 하여 몰드로 주입하고 인고트를 제조하는 공정, 상기 인고트를 압연율 40 내지 60%로 압연하는 공정 및 상기 압연한 인고트를 10 내지 20%의 단면감소율로 인발하고, 상기 인발 공정 사이에 어닐링 공정을 수행하여 세선화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to solve the above technical problem, the present invention is a process of dissolving an iron-copper master alloy (Fe-Cu) material and pure copper (Cu) to form a molten metal, injecting the molten metal into a mold at an injection temperature of 1400 to 1600 ° C. A process of manufacturing an apron, a process of rolling the ingot at a rolling ratio of 40 to 60%, and drawing the rolled ingot at a reduction in area of 10 to 20%, and performing an annealing process between the drawing processes to make it thinner It is characterized in that it includes a process of

또한 상기 용탕 형성중에 결정립 미세화제를 첨가하고 B203를 첨가하여 융탕을 도포하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the molten metal is applied by adding a grain refiner and B 2 0 3 during the formation of the molten metal.

또한 상기 결정립 미세화제는 테트라플루오로붕산칼륨(KBF₄)및 플루오르화지르코늄(ZrF)을 포함하며, 0.5 내지 0.9wt%로 첨가되는 것을 특징으로 한다.In addition, the grain refiner includes potassium tetrafluoroborate (KBF₄) and zirconium fluoride (ZrF), characterized in that it is added in an amount of 0.5 to 0.9 wt%.

또한 상기 (d)의 인발은 단면감소율을 변화시켜 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the drawing of (d) is characterized in that it is performed by changing the cross-sectional reduction ratio.

또한 상기 (d)의 어닐링 공정은 500 내지 600℃에서, 1 내지 2시간 수행되는 것을 특징으로 한다.In addition, the annealing process of (d) is characterized in that it is performed at 500 to 600 ℃, 1 to 2 hours.

또한 상기 (d)의 세선화는 0.5 내지 0.7mm의 직경으로 수행되는 것을 특징으로 한다.In addition, the thinning of (d) is characterized in that it is performed with a diameter of 0.5 to 0.7mm.

그리고 5 내지 10mass%의 철(Fe)을 함유하고 잔부는 구리(Cu)로 이루어지는 합금 조성이며, 직경은 0.5 내지 0.7mm이고, 인장강도는 60kg/mm2 이상이며, 도전율은 50 내지 60% IACS 인 철동 합금 선재인 것을 특징으로 한다.And 5 to 10 mass% of iron (Fe) and the balance is an alloy composition consisting of copper (Cu), the diameter is 0.5 to 0.7mm, the tensile strength is 60kg / mm 2 or more, and the conductivity is 50 to 60% IACS, characterized in that the iron-copper alloy wire rod.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은 고강도와 고전도도등이 요구되는 재료개발에 있어서 각각의 특성에 맞는 소재를 제공할 수 있다.Through the above-described problem solving means, the present invention can provide a material suitable for each characteristic in the development of materials requiring high strength and high conductivity.

또한 본 발명은 환경문제를 야기하는 구리-베릴륨(Cu-Be), 구리-크롬(Cu-Cr)합금의 대체재로 기능하여, 친환경 소재를 제공할 수 있다.In addition, the present invention functions as a substitute for copper-beryllium (Cu-Be) and copper-chromium (Cu-Cr) alloys that cause environmental problems, thereby providing an eco-friendly material.

또한 본 발명은 구리-베릴륨(Cu-Be), 구리-크롬(Cu-Cr) 합금의 수입에 대한 의존도를 감소시켜 경제적인 측면에서 이점이 있다.In addition, the present invention is advantageous in terms of economy by reducing dependence on imports of copper-beryllium (Cu-Be) and copper-chromium (Cu-Cr) alloys.

다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 고강도 고전도성 철동 선재 및 그 제조방법이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be achieved by the high-strength, high-conductivity iron-copper wire and the method for manufacturing the same according to the embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are from the following description to which the present invention belongs. It will be clearly understood by those of ordinary skill in the art.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 철동 선재 제조공정을 나타내는 순서도이다.
도 2는 입자미세화제나 플럭스의 투입 없이 제조된 철동합금의 미세조직을 나타낸다.
도 3의 (a), (b), (c), (d)는 상기 입자 미세화제(KBF4 및 ZrF)의 양에 따른 Cu-10wt%.Fe의 미세조직을 나타낸다.
도 4의 (a), (b), (c), (d)는 출탕 온도(tapping temperature)에 따른 Cu-10wt%.Fe의 미세조직을 나타낸다.
도 5의 (a) 내지 (g)는 철(Fe)함량의 변화에 따른 철동합금의 미세조직을 나타낸다.
도 6은 철(Fe) 함량에 따른 경도와 전기전도도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7의 (a), (b), (c), (d)는 Cu-10wt%Fe 합금에서 압하율에 따른 미세조직을 나타낸 것이다.
도 8의 (a)는 열처리 전의 미세조직을 (b)는 열처리 후의 미세조직을 나타낸다.
도 9의 (a), (b), (c), (d)는 압연 후 400℃, 500℃, 600℃에서 어닐링한 시편의 유지시간에 따른 경도와 전기전도도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 인발 된 선재와 어닐링 된 선재의 인장강도 및 전기전도로를 나타낸다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included as a part of the detailed description to help the understanding of the present invention, provide embodiments of the present invention, and together with the detailed description, explain the technical spirit of the present invention.
1 is a flowchart illustrating a process for manufacturing an iron-copper wire rod according to the present invention.
2 shows the microstructure of the iron-copper alloy prepared without the addition of a particle refining agent or flux.
3 (a), (b), (c), (d) is the particle refining agent (KBF 4 ) and ZrF) according to the amount of Cu-10 wt%.Fe.
4 (a), (b), (c), (d) shows the microstructure of Cu-10wt%.Fe according to the tapping temperature.
5 (a) to (g) show the microstructure of the iron-copper alloy according to the change in the iron (Fe) content.
6 is a graph showing changes in hardness and electrical conductivity according to iron (Fe) content.
7 (a), (b), (c), (d) shows the microstructure according to the reduction ratio in the Cu-10 wt% Fe alloy.
Figure 8 (a) shows the microstructure before heat treatment, (b) shows the microstructure after heat treatment.
9(a), (b), (c), and (d) are graphs showing changes in hardness and electrical conductivity according to holding time of specimens annealed at 400°C, 500°C, and 600°C after rolling.
10 shows the tensile strength and electrical conductivity of the drawn wire rod and the annealed wire rod.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고강도 고전도성 철동 선재 및 그 제조방법을 상세하게 설명하기로 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle that can be, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention, so they can be substituted at the time of the present application It should be understood that various equivalents and modifications may be made. Hereinafter, a high-strength, high-conductivity iron-copper wire and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 철동선재의 제조공정을 나타내는 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a manufacturing process of an iron-copper wire according to the present invention.

일반적인 제조공정과 마찬가지로 용해공정(S100), 압연(압출)공정(S200), 인발공정(S300), 열처리 공정(S400)을 거친다.Like the general manufacturing process, a melting process (S100), a rolling (extrusion) process (S200), a drawing process (S300), and a heat treatment process (S400) are performed.

용해공정(S100)에서, 철동합금은 철과 동의 합금시 엔탈피가 양(+)의 값을 가지게 되어, 주조조건에 따라 상분리가 일어날 가능성이 크다. 즉, 두 원소의 밀도차에 의해 편석이 일어날 수 있다. 상기한 문제점을 해결하기 위하여 결정립 미세화제로 테트라플루오로붕산칼륨(KBF4) 및 플루오르화지르코늄(ZrF)을 혼합하여 투입(첨가)하였고, 산화를 방지하기 위하여 B2O3를 사용하여 용해 중 용탕을 도포하여 철의 산화를 방지하였다.In the melting process (S100), the enthalpy of the iron-copper alloy has a positive (+) value when the iron and copper are alloyed, so that phase separation is highly likely to occur depending on the casting conditions. That is, segregation may occur due to the density difference between the two elements. To solve the above problems, potassium tetrafluoroborate (KBF 4 ) and zirconium fluoride (ZrF) were mixed and added (added) as a grain refiner, and to prevent oxidation, B 2 O 3 was used to dissolve the molten metal was applied to prevent oxidation of iron.

입자미세화제나 별도의 플럭스의 투입 없이 제조된 철동합금의 미세조직을 도 2에 나타내었다. 이 경우, 도 2에 나타난 동-철(Cu-Fe) 상태도를 살펴보면 철(Fe) 성분이 구리(Cu)성분의 기지안에 수지상 형태(나뭇가지처럼 여러가닥으로 뻗어나간 모양)로 존재하고 있으며, 그 중 일부는 커다란 수지상 형태로 존재하여 편석이 심하게 나타났음을 알 수 있다. 여기서 편석이란 합급 원소 또는 불순물이 편중되어 분포되는 상태를 의미한다.The microstructure of the iron-copper alloy prepared without the addition of a particle refining agent or a separate flux is shown in FIG. 2 . In this case, looking at the copper-iron (Cu-Fe) phase diagram shown in FIG. 2, the iron (Fe) component exists in a dendritic form (a shape extending into multiple strands like a tree branch) in the base of the copper (Cu) component, Some of them exist as large dendritic forms, suggesting that segregation is severe. Here, segregation refers to a state in which alloying elements or impurities are distributed in an unbalanced manner.

본 발명에서는 상기와 같은 심한 편석이 나타나는 현상을 개선하기 위해서 테트라플루오로붕산칼륨(KBF4) 및 플루오르화지르코늄(ZrF)입자 미세화제를 투입하였다.In the present invention, potassium tetrafluoroborate (KBF 4 ) and zirconium fluoride (ZrF) particle refiner were added to improve the phenomenon of severe segregation as described above.

도 3의 (a), (b), (c), (d)는 상기 입자 미세화제(KBF4및 ZrF)의 양에 따른 Cu-10wt%.Fe의 미세조직을 나타낸다.3 (a), (b), (c), and (d) show the microstructure of Cu-10 wt%.Fe according to the amount of the particle refiner (KBF 4 and ZrF).

테트라플루오로붕산칼륨(KBF4) 및 플루오르화지르코늄(ZrF)입자 미세화제를 투입하여 철 상의 미세화와 균질화 효과를 조사하였다. 구체적으로 도 3은 입자 미세화를 0.3 wt%, 0.5 wt%, 0.7 wt%, 0.9 wt%로 각각 투입하여 주조된 Cu-10 wt%Fe 합금의 주조 상태의 미세조직을 보여준다.Potassium tetrafluoroborate (KBF 4 ) and zirconium fluoride (ZrF) particle refining agents were added to investigate the refining and homogenizing effect of the iron phase. Specifically, Figure 3 shows the microstructure of the as-cast state of the Cu-10 wt% Fe alloy cast by adding particle refinement to 0.3 wt%, 0.5 wt%, 0.7 wt%, and 0.9 wt%, respectively.

도 3의 (a)는 입자미세화제의 투입량이 가장 적게, 즉 0.3 wt% 투입된 경우를 나타낸다. 이 경우, 석출된 철의 입자가 다른 경우와 비교하여 상대적으로 크게 형성되었고, 일부 편석이 관찰되었다. 그러나 도 3의 (b), (c), (d)와 같이 0.5wt%, 0.7wt%, 0.9wt%을 투입한 경우에는 철(Fe) 입자가 비교적 고르게 분산되며 형성되었고 입자의 크기도 보다 미세화되었음을 알 수 있다.3(a) shows a case in which the input amount of the particle refining agent is the smallest, that is, 0.3 wt%. In this case, the precipitated iron particles were formed relatively large compared to other cases, and some segregation was observed. However, when 0.5wt%, 0.7wt%, and 0.9wt% were added as shown in (b), (c), and (d) of FIG. 3, the iron (Fe) particles were relatively evenly dispersed and formed, and the size of the particles was also larger. It can be seen that it has been refined.

도 4의 (a), (b), (c), (d)는 출탕 온도(tapping temperature)에 따른 Cu-10wt%.Fe의 미세조직을 나타낸다. 용탕의 몰드로의 주입 온도가 철입자의 편석에 미치는 영향을 알아보기 위하여 1400℃, 1500℃, 1600℃, 1700℃에서 주입 후 주조상태에서 미세조직상의 철입자 균질도를 조사하였다.4 (a), (b), (c), (d) shows the microstructure of Cu-10 wt%.Fe according to the tapping temperature. To investigate the effect of the injection temperature of the molten metal into the mold on the segregation of iron particles, the homogeneity of the iron particles in the microstructure was investigated after injection at 1400°C, 1500°C, 1600°C, and 1700°C.

도 4의 (a), (b), (c)에 나타난 바와 같이 주입온도 1400℃, 1500℃, 1600℃의 경우에는 철(Fe)입자가 비교적 균질하게 분포하고 있으나, 1700℃로 주입한 경우에는 철(Fe)입자가 편석되었으며, 조대해진 철입자들이 100배의 배율에서도 뚜렷한 수지상형태를 띠고 있음을 확인할 수 있다.As shown in (a), (b), and (c) of FIG. 4 , in the case of injection temperatures of 1400° C., 1500° C., and 1600° C., iron (Fe) particles are relatively homogeneously distributed, but when injected at 1700° C. It can be seen that iron (Fe) particles were segregated, and the coarse iron particles had a distinct dendritic shape even at a magnification of 100 times.

본 발명에 따르는 바람직한 일 실시예로서 용해 후 편석을 줄이기 위해 입자 미세화제(KBF4및 ZrF) 0.5 wt%이상 및 주조 온도 1500℃ 조건으로 수행될 수 있다. As a preferred embodiment according to the present invention, in order to reduce segregation after dissolution, it may be carried out under the conditions of 0.5 wt% or more of particle refiners (KBF4 and ZrF) and a casting temperature of 1500°C.

본 철동합금의 제조에 있어서는 순동과 순철을 사용하여 Cu-10 wt%Fe 조성의 합금을 제조하기 위하여 알루미나 내화재를 사용한 도가니에서 용해한 후 알루미나 내화재가 도포된 금형을 사용하여 인고트를 제조하였다. 여기서 사용된 유도로는 5 KHz, 150 KW 유도 용해로를 사용하였으며 금형몰드를 사용하여 Φ80 X 300 mm의 인고트를 제조하였다. 이렇게 제조된 소재는 600℃에서 10 시간 동안 균질화 열처리를 시행하여 압출에 투입하였다.In the production of this iron-copper alloy, pure copper and pure iron were melted in a crucible using alumina refractory material to prepare an alloy of Cu-10 wt% Fe composition, and then an ingot was prepared using a mold coated with alumina refractory material. The induction furnace used here was a 5 KHz, 150 KW induction melting furnace, and an ingot of Φ80 X 300 mm was manufactured using a mold. The material thus prepared was subjected to homogenization heat treatment at 600° C. for 10 hours and then put into extrusion.

압출공정(S200)에서는, 균질화처리가 끝난 인고트를 대기중에서 저항가열로를 이용하여 850℃에서 2시간 가열한 후 Φ3.5 mm X 3줄로 압출한다. 이 때, 압출비는 174 이었으며 사용된 압출기는 직접식으로 용량은 800톤이다. 여기서 압출비(extrusion ratio)는 소재의 단면적과 압출되는 제품의 단면적의 비로, 단면감소율이 R0라면 압출비는 1/(1-R0)가 된다.In the extrusion process (S200), the homogenized ingot is heated in the atmosphere at 850° C. for 2 hours using a resistance heating furnace, and then extruded in Φ3.5 mm X 3 rows. At this time, the extrusion ratio was 174 and the extruder used was a direct type, and the capacity was 800 tons. Here, the extrusion ratio (extrusion ratio) is the ratio of the cross-sectional area of the material to the cross-sectional area of the extruded product, and if the reduction in area is R 0 , the extrusion ratio is 1/(1-R 0 ).

인발공정(S300)에서는 압출공정을 통해서 제조된 Φ3.5 mm의 선재를 최종적으로 Φ0.5 mm로 세선화 시키기 위해서 인발공정이 사용되었다. 인발공정을 확립하는 데 있어서 가장 중요한 사항은 각 회의 단면감소율과 패스 스케쥴, 그리고 공정 중 삽입되는 어닐링 공정 조건이다. 이는 본 공정이 냉간 가공 공정하에서 수행되기 때문이다. 선재 인발기와 인발공정중에 가공경화된 소재를 연화시키기 위한 전기 가열로가 어닐링공정에 사용되었다.In the drawing process (S300), the drawing process was used to finally thin the wire of Φ3.5 mm manufactured through the extrusion process to Φ0.5 mm. The most important things in establishing the drawing process are the reduction in area and pass schedule for each cycle, and the annealing process conditions inserted during the process. This is because the present process is carried out under a cold working process. A wire drawing machine and an electric heating furnace for softening the work-hardened material during the drawing process were used in the annealing process.

본 발명에 따른 공정에서 사용되는 패스 스케쥴은 다음과 같다.The pass schedule used in the process according to the present invention is as follows.

Φ3.5 mm ==> Φ3.2 mm ==> Φ3.0 mm ==> Φ2.8 mm ==> Φ2.6 mm ==> Φ2.4 mm ==> Φ2.2 mm ==> Φ2.0 mm ==> Φ1.8 mm ==> Φ1.6 mm ==> Φ1.5 mm ==> Φ1.4 mm ==> Φ1.3 mm ==> Φ1.2 mm ==>Φ1.1 mm ==>Φ1.0 mm ==>Φ0.9 mm ==>Φ0.8 mm ==>Φ0.75 mm ==>Φ0.70 mm ==>Φ0.65 mm ==>Φ0.60 mm ==>Φ0.55 mm ==>Φ0.50 mmΦ3.5 mm ==> Φ3.2 mm ==> Φ3.0 mm ==> Φ2.8 mm ==> Φ2.6 mm ==> Φ2.4 mm ==> Φ2.2 mm ==> Φ2 .0 mm ==> Φ1.8 mm ==> Φ1.6 mm ==> Φ1.5 mm ==> Φ1.4 mm ==> Φ1.3 mm ==> Φ1.2 mm ==>Φ1. 1 mm ==>Φ1.0 mm ==>Φ0.9 mm ==>Φ0.8 mm ==>Φ0.75 mm ==>Φ0.70 mm ==>Φ0.65 mm ==>Φ0.60 mm ==>Φ0.55 mm ==>Φ0.50 mm

즉, Φ3.5 mm에서 Φ1.6 mm까지는 0.2 mm씩 직경을 감소시켰으며 Φ1.6 mm에서 Φ0.8 mm까지는 0.2 mm씩 직경을 감소시켰고 그 이하에서는 0.1 mm씩 직경을 감소시켜 최종적으로 Φ0.50 mm의 선재를 제조하였다.That is, from Φ3.5 mm to Φ1.6 mm, the diameter was reduced by 0.2 mm, from Φ1.6 mm to Φ0.8 mm by 0.2 mm, and below that, the diameter was decreased by 0.1 mm to finally Φ0. A wire rod of .50 mm was prepared.

어닐링(annealing)은 금속재료를 가열함으로써 재료의 내부 구조 속에 남아 있는 열 이력 및 가공에 의한 영향을 제거하는 것으로, 금속등 내부의 변형을 바로 잡기 위하여 일정 온도까지 가열했다가 서서히 식히는 열처리(S400) 공정의 하나이다.Annealing is to remove the heat history and processing effects remaining in the internal structure of the material by heating the metal material, and heat treatment to a certain temperature and then slowly cool it to correct the internal deformation of the metal (S400) one of the processes.

어닐링공정은 가공경화에 의한 연신율의 저하를 회복하기 위해서 공정 도중에 삽입하였으며, Φ1.0 mm까지는 매 3회마다, 그리고 Φ1.0 mm이하에서는 매 2회 인발 후 배치로를 사용하여 수행하였다. 어닐링 공정조건은 대기중 600 ℃에서 1시간 유지 후 공냉하였다. 이 때 표면에 약간의 산화층이 관찰되었으나 후속 공정에서 제거됨을 확인하였다.The annealing process was inserted during the process to recover the decrease in elongation due to work hardening, and was performed every 3 times up to Φ1.0 mm and every 2 times under Φ1.0 mm using a batch furnace after drawing. The annealing process conditions were maintained at 600 °C in the air for 1 hour and then air-cooled. At this time, a slight oxide layer was observed on the surface, but it was confirmed that it was removed in a subsequent process.

<실시예><Example>

시험편의 용해dissolution of the test piece

다양한 조성의 시편용 철동합금은 1Kg급의 소형 진공 유도로를 이용하여 제조 되었다. 본 실험에 사용된 유도로는 주파수 10KHz 로서 10KW 용량을 가졌다. 몰드는 도형제를 바른 그라파이트 몰드를 사용하였으며 두께 18 mm의 판재형태로 주조되도록 가공되었다. 동(Cu)과 철(Fe)은 융점의 차이가 크고 또한 철의 용해를 위해 1600℃까지 가열할 때 진공유도로의 진공도에 따라 철이 산화가 될 우려가 있고 그러한 경우 철의 산화에 의한 슬러그(slug)화로 철함량을 정확히 맞추기가 어렵기 때문에 이러한 문제를 해결하기 위해서 Cu-30wt%.Fe 조성의 모합금을 제조하여 철의 함량을 맞추는데 사용하였다. 모합금은 약 30 Kg로 제조하였다. Ferro-copper alloys for specimens of various compositions were manufactured using a 1kg-class small vacuum induction furnace. The induction furnace used in this experiment had a capacity of 10KW with a frequency of 10KHz. A graphite mold coated with paint was used for the mold, and it was processed to be cast in the form of a plate with a thickness of 18 mm. Copper (Cu) and iron (Fe) have a large melting point difference, and when heated to 1600°C for iron dissolution, iron may be oxidized depending on the degree of vacuum in the vacuum induction furnace. In order to solve this problem, since it is difficult to accurately match the iron content by slug heating, a master alloy with a composition of Cu-30wt%.Fe was prepared and used to adjust the iron content. The master alloy was prepared at about 30 kg.

진공유도로의 조업은 철중의 그라파이트 pick-up을 막기 위하여 그라파이트 도가니 대신에 알루미나 도가니를 사용하였다. 원하는 함량으로 칭량된 순 동(Cu) 과 Cu-30wt%.Fe 조성의 모합금 소재를 알루미나 도가니에 채운후 진공을 뽑기 시작하여 2.0 X 10-2 torr 에 이르면 가열을 시작하였고 약 1400℃에 이르면 용해가 된다. 이렇게 준비된 용탕은 진공하에서 준비된 그래파이트 몰드에 주조되었다. 주조가 끝난 판재 샘플은 미세조직의 균질화를 위해서 대기로를 이용하여 900℃에서 6시간 동안 가열한 후 공냉하였다.In the operation of the vacuum induction furnace, an alumina crucible was used instead of the graphite crucible to prevent the graphite pick-up in iron. After filling an alumina crucible with pure copper (Cu) and a master alloy material of Cu-30wt%.Fe composition weighed to the desired content, start drawing a vacuum and start heating when it reaches 2.0 X 10 -2 torr, and when it reaches about 1400℃ it dissolves The molten metal thus prepared was cast into the prepared graphite mold under vacuum. After casting, the plate sample was heated at 900° C. for 6 hours using an atmospheric furnace for homogenization of the microstructure and then air-cooled.

압연 및 rolled and 인발drawing 공정 process

선재 형태의 시편을 제조하기 위하여 판상으로 주조된 인고트(ingot)를 11 mm 두께까지 압하하는 판재압연과정을 거친 후, 한변이 11mm인 각재로 절단 한 후 형압연을 거쳐 Φ4mm의 선재로 압연한 후 인발공정을 거쳐 Φ0.5mm까지의 선재를 제조한다. 상기 소재를 이용하여 필요한 여러가지 물성을 측정하였다. 이 때 압연이나 인발공정이 냉간 소성가공이기 때문에 도중에 연화(단단한 것이 부드럽게 되는 과정)를 위하여 약 600℃에서 약 1시간 어닐링 공정이 수행되었다.In order to manufacture a wire-shaped specimen, a plate-shaped ingot is rolled down to a thickness of 11 mm, and then cut into a 11 mm square, followed by die rolling, and rolled into a Φ4 mm wire. After the drawing process, wire rods up to Φ0.5mm are manufactured. Various necessary physical properties were measured using the above material. At this time, since the rolling or drawing process is a cold plastic working, an annealing process was performed at about 600° C. for about 1 hour for softening (a process in which a hard thing becomes soft) in the middle.

열처리 공정heat treatment process

상기의 공정을 거쳐 제조된 선재나 공정중의 선재를 사용하여 냉간가공량 또는 열처리 조건에 따른 기계적 성질의 변화나 전기전도도의 변화에 대한 영향을 평가하였다. 이 때 여러 가지 열처리 조건의 변화를 주기 위해서 분위기 관상로나 대기 박스로를 사용하여 행하였고 온도측정은 R타입 또는 K타입 열전대를 사용하여 측정하였다.The effect on changes in mechanical properties or changes in electrical conductivity according to the amount of cold working or heat treatment conditions was evaluated using the wire produced through the above process or the wire during the process. At this time, in order to change various heat treatment conditions, atmospheric tube furnaces or atmospheric box furnaces were used, and temperature was measured using R-type or K-type thermocouples.

<시험예><Test Example>

철동합금의of iron-copper alloy 합금설계 연구 Alloy design research

상기 공정을 통해 고전도도 및 내열성을 가진 커넥터 핀, 내열 스프링과 같은 전자부품용 선재로 내열온도 450도 이상(이는 상온 인장강도의 80 % 가 되는 온도), 인장강도 60 kg/mm2 이상, 도전율 50% IACS 이상, 내응력 이완성은 80 % 이상의 특성을 가지고, 10mass% 이상의 철(Fe)를 함유하는 Φ0.50 mm 철동 합금 선재의 제조가 가능하다. Through the above process, it is a wire for electronic components such as connector pins and heat-resistant springs with high conductivity and heat resistance, with a heat resistance temperature of 450 degrees or higher (this is a temperature at which 80% of the tensile strength at room temperature), a tensile strength of 60 kg/mm 2 or more, Conductivity 50% IACS or more, stress relaxation resistance has characteristics of 80% or more, and it is possible to manufacture a Φ0.50 mm iron-copper alloy wire containing iron (Fe) of 10 mass% or more.

철동합금에서 철의 함량이 기계적 성질과 전기전도도에 미치는 영향을 알아보기 위하여 철의 함량을 7 wt% 내지 13 wt% 범위에서 변화시켜가면서 미세조직과 경도값 그리고 전기전도도의 변화를 측정하였다. 이 때 철의 함량은 Cu- 30wt%Fe의 모합금을 사용하였다. 표 1은 목표 철의 함량과 ICP를 사용하여 실제 측정된 각 합금의 조성을 보여준다. 양자 값을 비교해 보면 철(Fe)의 함량의 실측값이 보다 적음을 알 수 있다. 차이값은 대략 0.5 wt% 이내이며 철의 함량이 높아짐에 따라 그 차이가 줄어드는 것을 볼 수 있는데, 상기 결과는 진공유도로의 진공도가 높지 못하여 일부 철성분이 산화되었기 때문으로 보여진다.To investigate the effect of iron content on mechanical properties and electrical conductivity in iron-copper alloys, changes in microstructure, hardness, and electrical conductivity were measured while varying the iron content in the range of 7 wt% to 13 wt%. At this time, the iron content was used as a master alloy of Cu-30wt%Fe. Table 1 shows the target iron content and the composition of each alloy actually measured using ICP. Comparing the quantum values, it can be seen that the measured value of the content of iron (Fe) is smaller. The difference value is within about 0.5 wt%, and it can be seen that the difference decreases as the iron content increases.

Cu-Fe 합금의 ICP 성분분석 결과ICP component analysis result of Cu-Fe alloy 목표조성(wt%)Goal setting (wt%) 7.07.0 8.08.0 9.09.0 10.010.0 11.011.0 12.012.0 13.013.0 실제조성(wt%)Actual composition (wt%) 6.666.66 7.907.90 8.658.65 9.579.57 10.7210.72 11.8411.84 12.9812.98

도 5의 (a) 내지 (g)는 철(Fe)함량의 변화에 따른 철동합금의 미세조직을 나타낸다. 5 (a) to (g) show the microstructure of the iron-copper alloy according to the change in the iron (Fe) content.

도 5에 각 이미지에 나타난 검은 입자는 철(Fe)입자인데, 각 이미지마다 철(Fe)입자가 비교적 고르게 분포되어있는 것을 확인할 수 있다. 또한 일부 철 입자들은 수지상 형태로 석출되었음을 알 수 있으며 수지상의 평면밀도는 철의 함량이 높아질수록 높아짐을 알 수 있다. 한편 주조상태의 조직이기 때문에 기지인 Cu는 응고 온도 직하에서의 철(Fe) 용해도만큼의 철을 고용하고 있을 것으로 추정된다.The black particles shown in each image in FIG. 5 are iron (Fe) particles, and it can be seen that the iron (Fe) particles are relatively evenly distributed in each image. In addition, it can be seen that some iron particles are precipitated in a dendritic form, and it can be seen that the planar density of the dendritic phase increases as the iron content increases. On the other hand, since it is a cast structure, it is estimated that Cu, which is a matrix, contains as much iron as the solubility of iron (Fe) directly below the solidification temperature.

도 6은 철(Fe) 함량에 따른 경도와 전기전도도의 변화를 나타내는 그래프이다. 구체적으로 주조 상태에서의 철(Fe) 함량에 따라 비커스 경도값(Vicker's hardness)과 전기전도도가 어떻게 변화하는지를 보여주고 있다. 철의 함량이 증가함에 따라 경도값은 증가하는데 반하여 전기전도도값은 감소함을 알 수 있다. 상기 결과는 철(Fe)의 함량의 증가는 석출된 철(Fe)입자의 증가에도 기인하지만, 구리(Cu) 기지안에 고용되어 있는 철(Fe)의 고용량에도 기인한다.6 is a graph showing changes in hardness and electrical conductivity according to iron (Fe) content. Specifically, it shows how the Vicker's hardness value and electrical conductivity change according to the iron (Fe) content in the cast state. It can be seen that as the iron content increases, the hardness value increases while the electrical conductivity value decreases. The above results show that the increase in the content of iron (Fe) is due to the increase in the precipitated iron (Fe) particles, but also to the high capacity of iron (Fe) dissolved in the copper (Cu) matrix.

철(Fe)은 구리(Cu)와 비교하여 경도값은 높으나 전기전도도는 크게 낮다. 따라서 철의 함량이 많아짐에 따라 기지의 고용강화효과가 커지고 석출된 철입자의 상대적인 높은 강도 때문에 전체적으로 경도값이 올라가지만 반면에 철의 고용량의 증가는 기지인 구리의 전기전도도를 떨어뜨릴뿐 아니라 석출물 역시 전기전도도를 강하시키는 역할을 하기 때문이다.Compared to copper (Cu), iron (Fe) has a higher hardness value, but a significantly lower electrical conductivity. Therefore, as the iron content increases, the solid solution strengthening effect of the matrix increases and the overall hardness value increases due to the relatively high strength of the precipitated iron particles. This is because it also plays a role in lowering the electrical conductivity.

소성가공과 Plastic Processing Department 어닐링Annealing 공정조건이 경도 및 전기전도도에 미치는 영향 Effect of Process Conditions on Hardness and Electrical Conductivity

도 7의 (a), (b), (c), (d)는 Cu-10wt%Fe 합금에서 압하율에 따른 미세조직을 나타낸 것이다. 구체적으로 Cu-10wt%Fe 합금에 대하여 주조 후 균질화열처리를 거친 시편에 대하여 압연율에 따라 주조조직이 어떻게 변화하는지를 보여준다.7 (a), (b), (c), (d) shows the microstructure according to the reduction ratio in the Cu-10 wt% Fe alloy. Specifically, it shows how the casting structure changes according to the rolling rate for a specimen subjected to homogenization heat treatment after casting for Cu-10wt%Fe alloy.

도 7의 (a)에 나타난바와 같이 20% 압하의 경우에는 거의 주조상태의 수지상 조직이 그대로 남아 있으나 압하량이 증가함에 따라 수지상 철(Fe) 조직이 분쇄돼고 압연방향에 평행하게 배열되어감을 알 수 있다.As shown in (a) of Figure 7, in the case of 20% reduction, almost the cast dendritic structure remains as it is, but as the reduction amount increases, the dendritic iron (Fe) structure is pulverized and arranged parallel to the rolling direction. have.

도 8의 (a), (b)는 각각 열처리 전후의 미세조직을 나타낸다. 60% 압하의 압연을 거친 소재에 대하여 500 에서 1시간 어닐링을 하면 도 8의 (b)에서 볼 수 있듯이 철(Fe)입자가 10~30μm 크기로 미세화되고 구상화(spheroidizing)되며 보다 균질하게 배열됨을 알 수 있다. 따라서 60% 냉간압연된 철동합금은 500℃에서 재결정됨을 알 수 있고, 해당 온도에서 어닐링이 충분히 일어남을 알 수 있다.8 (a), (b) shows the microstructure before and after heat treatment, respectively. When the material that has undergone rolling under 60% reduction is annealed at 500°C for 1 hour, as shown in FIG. Able to know. Therefore, it can be seen that the 60% cold-rolled iron-copper alloy is recrystallized at 500° C., and it can be seen that annealing is sufficiently performed at that temperature.

도 9의 (a), (b), (c), (d)는 압연 후 400℃, 500℃, 600℃에서 어닐링한 시편의 유지시간에 따른 경도와 전기전도도의 변화를 나타낸 그래프이다. 구체적으로 Cu-10wt% Cu 합금에 대하여 20%, 40%, 60% 및 80% 압하율로 압연한 각 소재에 대하여 400℃, 500℃, 600℃에서 어닐링한 경우 어닐링 시간에 따른 각 조건에서의 경도값과 전기전도도의 변화를 보여주고 있다.9 (a), (b), (c), and (d) are graphs showing changes in hardness and electrical conductivity according to holding time of specimens annealed at 400°C, 500°C, and 600°C after rolling. Specifically, when annealing at 400°C, 500°C, and 600°C for each material rolled at a reduction ratio of 20%, 40%, 60% and 80% with respect to Cu-10wt% Cu alloy, in each condition according to the annealing time It shows the change of hardness value and electrical conductivity.

도 9를 참조하면, 기본적으로 어닐링 온도가 높아질수록 경도는 낮아지고 전기전도도는 높아지는 것을 알 수 있다. 경도 변화를 보면 모든 어닐링 온도에서 어닐링시간이 증가하면 경도값이 감소함을 알 수 있다. 그러나 감소의 정도는 압하량이 20%로 적을 경우, 어닐링온도에 상관없이 시험한 어닐링 온도구간이나 유지 시간의 변화에 따른 경도값의 강하가 미미하다.Referring to FIG. 9 , it can be seen that basically, as the annealing temperature increases, the hardness decreases and the electrical conductivity increases. Looking at the hardness change, it can be seen that the hardness value decreases as the annealing time increases at all annealing temperatures. However, as for the degree of reduction, when the reduction amount is as small as 20%, the decrease in hardness value according to the change of the tested annealing temperature section or the holding time is negligible regardless of the annealing temperature.

그러나 압하량이 점차 증가함에 따라, 유지시간에 따른 경도값의 강하가 보다 증가한다. 압하량이 40%, 60%의 경우에는 400℃ 와 500℃ 어닐링의 강하량이 거의 같고, 600℃ 어닐링의 경우에는 현저하게 감소하는데 반하여, 80% 압하한 경우에는 400℃ 어닐링 경우에는 유지시간에 따른 경도값의 강하가 미미한 반면 500℃, 600℃ 어닐링 경우가 시험한 유지시간 범위에서 경도값의 현저한 저하를 관찰할 수 있다. 이러한 결과는 압하량의 증가에 따라 재결정 온도가 낮아지기 때문이라 여겨지며 80% 압하하는 경우에는 500℃ 이하로 떨어진다는 것을 추정해 볼 수 있다.However, as the rolling reduction gradually increases, the drop in the hardness value according to the holding time further increases. In the case of 40% and 60% reduction in reduction, the drop in 400°C and 500°C annealing is almost the same, and in the case of 600°C annealing, it significantly decreases, whereas in the case of 80% reduction, in the case of 400°C annealing, hardness according to holding time While the drop in value is insignificant, a significant decrease in hardness value can be observed in the holding time range tested in the case of annealing at 500°C and 600°C. This result is believed to be because the recrystallization temperature decreases as the reduction amount increases, and it can be estimated that the temperature drops below 500°C when the reduction is 80%.

한편, 전기전도도는 모든 압하량에 대해 압연 한 시편에 대해서 어닐링 온도에 상관없이 유지시간이 길어지면 전기전도도가 증가함을 알 수 있다. 상기 결과는 어닐링함에 따라 구리(Cu)기지 내 고용되었던 철(Fe)원자들이 석출되어 고용된 철(Fe)의 양이 감소할 뿐 아니라 전위(dislocation)의 밀도가 감소하기 때문으로 여겨진다. 또한 모든 압하량의 경우 500℃ 어닐링의 경우가 400℃, 600℃ 어닐링의 경우보다 모든 유지온도에서 보다 높은 전기전도도값을 보여 주었다.On the other hand, it can be seen that the electrical conductivity increases when the holding time is long regardless of the annealing temperature for the rolled specimen for all rolling reductions. The above result is believed to be because, as annealing, iron (Fe) atoms that were dissolved in the copper (Cu) matrix are precipitated, so that the amount of dissolved iron (Fe) decreases as well as the density of dislocations decreases. In addition, in the case of all rolling reductions, the 500 °C annealing showed higher electrical conductivity values at all holding temperatures than the 400 °C and 600 °C annealing.

인발drawing 선재에서의in the wire 단면감소율에 따른 According to the section reduction rate 경도값과hardness value and 전기전도도 특성의 변화 Changes in electrical conductivity properties

도 10은 인발된 선재와 어닐링 된 선재의 인장강도 및 전기전도로를 나타낸다. Φ1.2, 0.6, 0.5, 0.4mm로 인발 된 선재와 각 선재에 대해서 500에서 1시간동안 어닐링 된 선재의 인장강도, 전기전도도를 측정하여 도 10과 같은 결과를 얻었다.10 shows the tensile strength and electrical conductivity of the drawn wire rod and the annealed wire rod. Tensile strength and electrical conductivity of the wire drawn with Φ1.2, 0.6, 0.5, and 0.4 mm and each wire annealed at 500 for 1 hour were measured, and the results shown in FIG. 10 were obtained.

어닐링 전의 선재의 경우 단면적이 감소할수록 인장강도가 크게 증가하였으나 전기전도도가 감소하며 목표치에 미치지 못하는 것을 볼 수 있었고, 어닐링 후의 선재는 전기전도도 목표치에 근사하지만 인장강도가 목표치에 미치지 못하는 것을 확인하였다. 어닐링 전에 비해 어닐링 후 인장강도가 30kgf/mm²가량 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 상기 결과를 통해 가공경화 된 구리가 재결정되어 인장강도가 크게 감소하고, 구리 내부격자의 변형이 감소하여 전기전도도가 크게 증가하였음을 알 수 있다.In the case of the wire rod before annealing, it was confirmed that the tensile strength increased significantly as the cross-sectional area decreased, but the electrical conductivity decreased and did not reach the target value. It was confirmed that the tensile strength decreased by about 30kgf/mm² after annealing compared to before annealing. Through the above results, it can be seen that the work-hardened copper is recrystallized to significantly decrease the tensile strength, and the deformation of the copper inner lattice is reduced, thereby greatly increasing the electrical conductivity.

목표를 달성하기 위하여 냉간 소성가공과 어닐링공정의 최적화가 필요함을 알 수 있다. 상기 이러한 목적을 달성하기 위해 어닐링 된 Φ1.2mm 선재를 Φ0.1mm씩 감소시켰을 때 전기전도도의 변화를 측정한 결과를 표 2에 나타내었다.It can be seen that the optimization of cold plastic working and annealing processes is necessary to achieve the goal. Table 2 shows the results of measuring the change in electrical conductivity when the annealed Φ1.2mm wire was reduced by Φ0.1mm to achieve the above object.

어닐링 후 단면감소에 따른 전기전도도의 변화Changes in electrical conductivity due to cross-section reduction after annealing 선재의 지름(mm)Wire diameter (mm) 1.21.2 1.11.1 1.01.0 0.90.9 0.80.8 0.70.7 0.60.6 0.50.5 전기전도도(%IACS)Electrical Conductivity (%IACS) 54.0654.06 55.4855.48 55.2955.29 54.7554.75 54.3454.34 54.3054.30 54.2254.22 52.0552.05

Φ1.2mm에서 인발이 되어 Φ0.6mm에 이를 때까지는 변형량의 증가에 따라 전기전도도가 떨어짐이 없이 거의 일전하게 유지되다가 직경이 Φ0.5mm이하로 떨어지면 전기전도도값이 점차 크게 떨어지기 시작한다. 이러한 결과는 연신되어 있던 철(Fe)입자가 인발량이 커질수록 일방향으로 연신되어 종횡비가 커지고 횡단면의 철 조직크기가 줄어들면서 전자가 이동할 수 있는 구리의 직경이 넓어지는 효과가 일어나 결과적으로 구리의 평균자유전자이동도가 커지게 되어, 일정 인발과정 동안은 전기전도도가 거의 감소하지 않다가 구리의 가공경화가 일정 수치이상이 되면 전기전도도가 크게 감소하기 시작하는 것으로 여겨진다. 인장시험결과 Φ0.5mm 선재의 인장강도는 66.21kgf/mm²로 측정되었고 전기전도도는 52.05 %IACS로 측정되어 목표 물성치에 만족되는 값을 얻을 수 있었다.From Φ1.2mm to Φ0.6mm, the electrical conductivity is maintained almost the same without any drop as the amount of deformation increases until it reaches Φ0.6mm. These results show that the stretched iron (Fe) particles are stretched in one direction as the drawn amount increases, increasing the aspect ratio and decreasing the iron texture size of the cross-section, resulting in an effect of widening the diameter of copper through which electrons can move. As the free electron mobility increases, the electrical conductivity hardly decreases during a certain drawing process. As a result of the tensile test, the tensile strength of the Φ0.5mm wire was measured to be 66.21kgf/mm² and the electrical conductivity was measured to be 52.05 %IACS, which satisfies the target properties.

특성 평가 방법Characteristic evaluation method

미세조직microstructure

여러 가지 공정 조건변화에 따른 미세조직의 변화를 보기 위해서 적절한 크기로 절단된 샘플을 마운팅하고, #1500까지의 사포로 연마한 후 0.1㎛의 알루미나 분말용액을 사용하여 폴리싱한 다음 물 100ml + 염산 30ml + 염화철(Ⅱ) 5g 혼합용액을 사용하고 1 내지 3분간 에칭하였다. 이렇게 준비된 시편을 광학현미경을 사용하여 여러 배율에서 미세조직을 관찰 하였다.In order to see the change of microstructure according to various process conditions, a sample cut to an appropriate size is mounted, polished with sandpaper up to #1500, polished using 0.1㎛ alumina powder solution, and then 100ml of water + 30ml of hydrochloric acid + A mixed solution of 5 g of iron(II) chloride was used and etched for 1 to 3 minutes. The microstructure of the thus prepared specimen was observed at various magnifications using an optical microscope.

경도시험 및 인장시험Hardness test and tensile test

시편의 경도 측정을 위해서 비커스 또는 마이크로 비커스 경도계를 사용하여 측정하였고, 최종적으로, 선재 또는 양산 설비를 이용하여 제조된 선재의 인장강도 평가는 선재 인장시험기를 사용하여 측정하였다. To measure the hardness of the specimen, it was measured using a Vickers or micro Vickers hardness tester. Finally, the tensile strength evaluation of the wire rod or the wire rod manufactured using a mass production facility was measured using a wire rod tensile tester.

전기전도도의 측정Measurement of electrical conductivity

전기전도도의 측정은 초기에는 와전류(Eddy-Current) 방식의 도전율 측정방식을 택했으나 철과 같은 강자성체가 포함된 합금에서는 자기장에 미치는 영향으로 인해 적용되지 않음을 확인하였다. 따라서 도전율 측정방식을 더블 브리지(Double bridge) 방식으로 변경하여, 저항값 측정 후 저항값과 도체의 길이, 단면적에 따른 비저항을 구하여 도전율 값으로 환산하는 방법을 통해 전기전도도를 측정하였다.The eddy-current method was initially used to measure electrical conductivity, but it was confirmed that it was not applied in alloys containing ferromagnetic materials such as iron due to the effect on the magnetic field. Therefore, the conductivity measurement method was changed to the double bridge method, and the electrical conductivity was measured by measuring the resistance value and converting the resistance value, the specific resistance according to the length and cross-sectional area of the conductor to the conductivity value.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although representative embodiments of the present invention have been described in detail above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various modifications are possible within the limits without departing from the scope of the present invention with respect to the above-described embodiments. . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.

Claims (7)

철동모합금(Fe-Cu)소재 및 순 동(Cu)를 용해시켜 용탕을 형성하는 공정;
상기 용탕에 산화 방지용 첨가제 B203를 첨가하되, 테트라플루오로붕산칼륨(KBF₄)및 플루오르화지르코늄(ZrF)을 포함하는 결정립 미세화제를 0.5~0.9wt% 첨가하는 공정;
상기 결정립 미세화제 및 상기 산화 방지용 첨가제가 첨가된 상기 용탕을 몰드로 주입하고 인고트를 제조하는 공정;
상기 인고트를 압연하는 공정; 및
상기 압연한 인고트를 단계별로 직경을 감소시키면서 복수의 단계로 인발하되 상기 직경을 감소시키는 단계의 횟수가 미리 정한 횟수가 될 때마다 어닐링 공정을 삽입하면서 인발하여 철동 합금 선재를 형성하는 공정을 포함하고,
상기 복수의 단계는 단면 감소율이 변경되는 단계를 포함하고,
상기 복수의 단계로 인발할 때, 상기 직경이 감소되어 소정의 직경에 이른 후부터는 상기 소정의 직경이 되기 이전 보다 상기 직경을 감소시키는 단계의 횟수를 줄여서 상기 어닐링 공정을 삽입하는 단계를 포함하고,
각각의 상기 어닐링은 500~600℃에서 1~2시간 수행되며,
상기 철동 합금 선재는 5 내지 10mass%의 철(Fe)을 함유하는 직경 1.0 mm 이하이고, 상기 철동 합금 선재의 인장강도는 60kg/mm2 이상이며, 도전율은 50 내지 60% IACS 인 철동 합금 선재의 제조방법.
A process of forming a molten metal by dissolving an iron-copper master alloy (Fe-Cu) material and pure copper (Cu);
Addition of antioxidant B 2 0 3 to the molten metal, but 0.5 to 0.9 wt % of a grain refiner including potassium tetrafluoroborate (KBF₄) and zirconium fluoride (ZrF);
injecting the molten metal to which the grain refiner and the antioxidant additive are added into a mold to prepare an ingot;
rolling the ingot; and
The rolled ingot is drawn in a plurality of steps while reducing the diameter step by step, but whenever the number of steps of reducing the diameter reaches a predetermined number, an annealing process is inserted while drawing to form an iron-copper alloy wire rod. do,
The plurality of steps include a step in which the cross-sectional reduction rate is changed,
When drawing in the plurality of steps, after the diameter is reduced and reaches a predetermined diameter, reducing the number of steps of reducing the diameter than before reaching the predetermined diameter and inserting the annealing process,
Each of the annealing is performed at 500-600 ° C. for 1-2 hours,
The iron-copper alloy wire has a diameter of 1.0 mm or less containing 5 to 10 mass% of iron (Fe), the tensile strength of the iron-copper alloy wire is 60 kg/mm 2 or more, and the conductivity is 50 to 60% IACS of the iron-copper alloy wire rod manufacturing method.
제1항에 있어서,
상기 용탕을 몰드로 주입하고 인고트를 제조하는 공정에서, 주입 온도 1400 내지 1600℃로 하여 몰드로 주입하고 상기 인고트를 제조하는 철동 합금 선재의 제조방법.
The method of claim 1,
A method of manufacturing an iron-copper alloy wire rod by injecting the molten metal into a mold and manufacturing the ingot by injecting the molten metal into the mold at an injection temperature of 1400 to 1600°C in the process of manufacturing the ingot.
제1항에 있어서,
상기 인고트를 압연하는 공정에서, 상기 인고트를 압연율 40 내지 60%로 압연하는 철동 합금 선재의 제조방법.
The method of claim 1,
In the step of rolling the ingot, a method of manufacturing an iron-copper alloy wire rod by rolling the ingot at a rolling ratio of 40 to 60%.
제1항에 있어서,
상기 복수의 단계에서 10 내지 20%의 단면감소율로 인발하는 철동 합금 선재의 제조방법.
The method of claim 1,
A method of manufacturing an iron-copper alloy wire rod drawn with a reduction in area of 10 to 20% in the plurality of steps.
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