KR20030048072A - 마그네슘 열간 스트립 제조 방법 - Google Patents
마그네슘 열간 스트립 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 마그네슘 열간 스트립을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 마그네슘 합금 용탕을 연속 주조하여 두께가 최대 50mm인 미가공 스트립으로 형성하고, 열간 압연시 제1 롤 패스에서의 두께 감소율이 적어도 15%가 되도록 하면서 주조된 거친 스트립을 적어도 250℃와 최대 500℃의 열간 압연 시작 온도에서 주조 열을 이용하여 곧 바로 열간 압연하여 최종 두께가 최대 4mm인 열간 스트립을 형성한다. 변형성이 향상된 마그네슘 시트를 제조하는 본 발명에 따른 방법에 의하면, 제조시의 노력과 비용이 크게 감소되었다.
Description
마그네슘은 가장 저밀도 금속이고, 알루미늄의 강도와 유사한 강도 특성을 구비하고 있으며, 경량 건축재로서 대체될 수 있는 금속이다. 그러나, 마그네슘을 경량 건축재로서 사용하는 데 있어서 중요한 전제 조건은 경제적으로 제조된 시트 재료의 입수 가능성이다. 오늘날, 시장에서 입수할 수 있는 마그네슘 시트는 그 양이 적으며 가격도 비싸다. 이는, 현재 기술 상태에 따르면 마그네슘 연합금의 열간 압연 시트 또는 스트립을 제조하는 데 있어 상당한 노력과 비용이 소요되고 있는 점에 의해 단적으로 설명된다. 이러한 점은 마그네슘 타쉔부흐(Magnesium Taschenbuch)(알루미늄-출판사 뒤셀도르프, 2000년, 제1판, 425 페이지 내지 429페이지)에 상세히 설명되어 있다. Mg 연합금의 열간 압연 시트가 갖고 있는 기본적인 문제중 하나는, 인고트(ingot) 주조 또는 연속 주조로 제조된 종래의 원재료는 입자가 크고 다공성인 형태로 응고될 뿐만 아니라 현저한 편석과 조대한 석출물을 포함한다는 사실이다. 대부분의 경우에 있어서 주조 인고트는 균질 어닐링 처리되고,그 다음에 약 200℃ 내지 450℃의 온도에서 열간 압연된다. 대부분의 경우 이러한 공정에서는 일부에서나마 압연재를 반복하여 중간 가열할 필요가 있게 되는데, 그렇지 않게 되면 압연재에 균열이 형성되어 폐기 처분되기 때문이다.
적당한 원재료를 제조하고 그 후에 열간 스트립을 압연함으로써 열간 압연 마그네슘 스트립의 변형성과 특성을 개선하기 위한 시도가 이루어졌다. 이러한 방법은, 예를 들어 미국 특허 제5,316,598호에 공지되었다. 공지된 방법에 따르면, 150 내지 275℃의 온도에서 압축된 마그네슘 분말이 급속 응고된다. 이러한 인고트가 압출 및 단조를 통해서 원재료로 제조되고, 그 다음에 두께가 적어도 0.5mm인 시트를 형성하기 위해서 압연되었다. 이 상황에서의 압연 온도는 200℃ 내지 300℃ 범위이다. 이러한 방법을 통해서 얻어진 마그네슘 열간 스트립은 초소성 특성을 보였고, 상온에서 강도가 높고 압연 방향에서 인성이 우수하였다.
그러나, 이러한 공지된 방법에서는, 원재료를 제조하기 위해서, 먼저 마그네슘 분말을 제조하고, 그 분말을 압축하고, 이어서 가속 냉각 공정을 실행해야 하는 단점이 있다. 이러한 방법에 있어서는, 이와 관련된 장치들과 인원 측면에서의 노력과 비용 지출로 인하여 제조 비용이 상승되었다. 이외에도, 정밀하게 원재료를 제조하였음에도 불구하고 열간 압연 공정에서의 원재료의 변형 제어가 어렵다는 것이 밝혀졌다.
전술된 기술 방법외에, 마그네슘 시트를 제조하기 위한 또 다른 방법이 일본 공개 특허 공보 제06293944호에 공지되었는데, 여기서 슬래브(slab)는 먼저 0.5 내지 1.5%의 REM, 0.1 내지 0.6%의 지르코늄, 2.0 내지 4.0%의 아연을 포함하고 잔부가 마그네슘인 용강으로부터 주조되었다. 그 다음에 이러한 슬래브는 2단계로 열간 압연되었는데, 제2 열간 압연 단계에서의 압연 온도는 180 내지 230℃, 바람직하게는 180 내지 200℃ 범위이고, 전체 변형은 40 내지 70%, 바람직하게는 40 내지 60% 범위이다. 이러한 방법을 통해서 얻어진 스트립은 우수한 변형성을 갖는다고 한다. 그러나, 2단계로 행해지는 열간 압연은, 압연 공정과 유지시킬 온도 제어가 정밀해지도록 하여 비용이 많이 들며 공정을 숙달하는 데 있어 어려움이 따른다.
앞에서 설명한 종래 기술들을 고려하여서, 본 발명은 제조 노력과 비용 지출을 줄이고도 변형성이 향상된 마그네슘 시트를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 데 있어서의 문제점에 해결 과제를 둔다.
본 발명은 마그네슘 연합금(鍊合金, wrought alloy)으로부터 열간 스트립을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 두께가 25mm 이하인 거친 슬라브용 주조 압연 설비에 대한 장치를 계략적으로 보이고 있는 도면이다.
위와 같은 해결 과제는, 마그네슘 합금 용탕을 연속 주조하여 두께가 최대 50mm인 미가공 스트립을 형성하고, 제1 열간 압연 패스에서 두께 감소율이 적어도 15%가 되도록 하면서, 주조된 미가공 스트립을 적어도 250℃와 최대 500℃의 열간 압연 시작 온도에서 주조 열을 이용하여 곧 바로 열간 압연하여 최종 두께가 최대 4mm인 열간 스트립을 형성하는 본 발명에 따른 마그네슘 열간 스트립의 제조 방법에 의해 해결되었다.
본 발명에 따르면, 거친 스트립은 두께가 얇으면 빠르게 냉각되기 때문에 최대 50mm의 두께로 주조되고, 그 결과 입자가 미세하고 기공이 적은 향상된 조직을 갖게 되었다. 이러한 상황에서 미크로 편석과 매크로 편석이 최소로 감소되었다. 또한, 주요 석출물들이 가능한 한 미세하고 균일하게 분포된 형태로 존재하였고,결과적으로 미세한 미세조직의 형성이 더욱 유지되었다. 특히 이러한 방법을 통해서 성취된 미세한 입자의 미세조직은, 추가 변형을 위해서 바람직한 연화를 실행하기 때문에 후속하는 열간 압연 중의 변형성에 일조를 한다. 또한 제1 열간 압연 패스에서 성취된 적어도 15%의 두께 감소율로 인하여 미세한 미세조직의 형성이 유지되었다. 이미 주조 상태에서 존재하고 압연 공정을 통해서 더욱 미세하게 된 미세조직으로 인하여, 종래 제조된 시트와 비교하여 용도 특성이 실질적으로 향상되는 결과를 본 발명의 마그네슘 시트에서 얻을 수 있었다.
본 발명에 따라서 사용된 마그네슘 재료의 미가공 스트립의 연속 실행 주조 및 그에 후속하여 주조 열에 의해 실행되는 얍연의 또 다른 이점은, 지금까지 마그네슘 시트 제조시 고려해야만 했던 스크랩의 비율이 실질적으로 감소된다는 사실이다. 적당한 재용해와 주조 기술의 사용 덕분에, 원재료의 조달에 있어서 상당한 독자성이 달성될 수 있었다. 이에 더하여, 본 발명에 따라 사용된 주조-압연 기술에 의하면 에너지 소요량이 최소화되고, 제조되는 제품의 범위에 있어서의 고도의 융통성이 보장된다.
본 발명에 따른 방법은 특히 거친 스트립이 주조 열을 이용하여 곧 바로 열간 압연되기 때문에 경제적으로 실행될 수 있다. 처리된 합금의 특성과 장치의 상황에 따라서는, 열간 압연 전에 실행된 온도 균등화 또는 균형 공정의 과정에서 미가공 거친 스트립의 압연 개시 온도를 조정하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 온도 균등화 또는 균형의 결과로써, 미가공 스트립에서 균일한 온도 분포가 얻어졌고, 추가 미세조직 균질화도 성취되었다.
보호 또는 불활성 가스 분위기 상태로 되는 적합하게 설계된 응고 장치에 의해 용강의 주물이 제조되기 때문에 스트립 표면의 산화 및 미세조직 내의 불필요한 산화물의 형성은 확실하게 피할 수 있다.
미세조직의 형성은 열간 압연 공정의 제1 롤 패스에서 두께의 감소율이 적어도 20%가 될 경우에 더욱 바람직하다.
열간 압연동안 스트립의 변형성을 확보하기 위해서는, 최초 열간 압연 온도가 적어도 250℃가 되어야 한다.
본 발명에 따라 제조된 거친 스트립의 우수한 변형성은 열간 스트립을 제1 패스 후 연속적으로 몇 번의 패스를 통해서 최종 두께로 마무리 압연하는 것을 가능하게 하였다. 열 변형이 발생되기 때문에 각각의 롤 패스 사이에서의 가열은 불필요하다.
만약 열간 스트립의 최종 압연을 위해서 압연 트레인을 이용할 수 없는 경우에는, 열간 압연이 역행하는 방식으로 몇 번의 패스를 통해서 실행되는 본 발명에 따른 방법을 통해서 마그네슘 열간 스트립이 제조될 수 있다.
열간 압연동안 압연을 중지하거나 압연 시간을 조절할 필요성이 있는 경우인 압연 공정의 연속 진행이 불가능한 동안에는 열간 스트립이 적어도 제1 패스 후 열간 권취기로 권취되고 각각의 변형 온도에서 유지되는 것이 바람직하다. 역행하는 방식으로 열간 압연이 실행되는 경우에 있어서는, 열간 압연된 열간 스트립이 각 롤 패스 사이의 열간 권취기로 권취되고 각각의 변형 온도에서 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 열간 스트립이 권취기에서 유지될 때 변형 온도는 적어도 300℃가바람직하다.
마무리 압연된 스트립의 변형 특성 및 소정 두께에 관하여, 열간 압연동안 얻어진 전체 변형도는 적어도 60%가 되어야 한다.
본 발명에 따른 방법은 10% 이하의 알루미늄, 10% 이하의 리튬, 2% 이하의 아연 및 2% 이하의 망간을 함유한 마그네슘 연합금을 이용하여 실행될 수 있다. 각 경우에 있어서 합금에 첨가된 1% 이하의 지르코늄 또는 세륨은 응고 미세조직의 미세한 입자를 형성하는 데 기여한다.
다음에는, 본 발명이 실시예들을 바탕으로 하여 더욱 상세히 설명되었다.
주조 압연 설비(1)는 이송 방향(F)으로 서로 후방에 연속적으로 배열된, 용해로(2), 응고 설비(3), 제1 구동 장치(4), 한 세트의 전단기(5), 제2 구동 장치 (6), 균질화로(7), 제1 권취 장치(8), 제3 구동 장치(9), 역행 롤 스탠드(10), 제4 구동 장치(11), 제4 권취 장치(12) 및 롤러 테이블(13)을 포함한다.
권취 장치(12)와 압연기 테이블(13)이 플랫폼(14) 위에 설치되고, 상기 플랫폼은 주조 압연 설비(1)에서 제조된 마그네슘 스트립의 이송 통로(15)의 단부에서 권취 장치(12)가 제1 작동 위치에 배치되고 롤러 테이블(13)이 제2 작동 위치에 배열되도록 하는 방식으로 이송 방향(F)에 대해 횡단하는 방향으로 이동할 수 있다.동일한 방식으로, 균질화로(7) 및 권취 장치(8)는 플랫폼(16) 위에 배열되고, 따라서 각각의 경우 이러한 장치들 중 하나가 이송 통로(15) 바로 옆의 제1 작동 위치에 배열되고 제2 작동 위치에서는 제조될 마그네슘 스트립의 이송 통로에 배열된다. 마그네슘 열간 스트립의 제조 초기에, 균질화로(7) 및 권취기(12)가 이송 통로 (15)에 설치된 반면에, 권취기(8) 및 롤러 테이블(13)은 이송 통로(15) 바로 옆에 배열된다.
권취 장치(8, 12)는, 여기에서 도시되지 않은, 가열 장치를 갖추고 있고, 마찬가지로 도시되지 않은 권취기 위로 스트립을 감는 수단에 의해 다음 압연 패스가 실행될 때까지 각각의 경우에서 각각의 변형 온도로 유지될 수 있다.
보호 또는 불활성 가스 분위기 상태인 응고 설비(3) 내부에서, 용탕이 거친 스트립으로 성형되기 위해 산소가 제거되면서 연속적으로 주조된다. 이러한 용탕용의 일반적인 합금을 아래의 표 1에 나타내었다.
| 화학성분 (질량%) | ||||||||
| 합금 | Al | Mn | Zn | Si | Cu | Ni | Fe | 기타 Σ |
| AZ31 | 2.5 | 0.35 | 0.85 | 0.02 | 0.002 | 0.018 | 0.003 | ＜0.02 |
| AZ61 | 5.91 | 0.22 | 0.84 | 0.022 | 0.005 | 0.001 | 0.002 | ＜0.02 |
| AM20 | 2.0 | 0.4 | 0.15 | 0.04 | 0.05 | ＜0.001 | 0.003 | ＜0.02 |
| AM50 | 4.8 | 0.35 | 0.18 | 0.08 | 0.06 | ＜0.002 | 0.003 | ＜0.02 |
HP(고순도) 마그네슘 합금을 이용하면 특히 유리함이 입증되었다. 예를 들면, 그러한 합금은 10ppm 미만의 Ni, 40ppm 미만의 Fe 및 150ppm 미만의 Cu를 포함한다.
응고 설비(3)로부터 나오는 응고된 거친 스트립은 전단기(5)에 의해 절단되고 이송 통로(15) 위의 구동 장치(4, 6)에 의해 균질화로(7)를 관통해서 이송된다. 여기에서, 최초 압연 온도가 거친 스트립의 단면 전체에 250 내지 500℃의 범위로 균일하게 분포되어 설치되는 과정을 통해서 온도 균등 또는 균형이 일어난다.
이러한 방법을 통해서 온도가 제어된 거친 스트립이 그 다음에 구동 장치(9)에 의해 역행 롤 스탠드(10)로 이송되고, 제1 열간 롤 패스된다. 그에 의해 두께 감소율이 적어도 15%로 성취되었다. 롤 스탠드를 떠나는 열간 스트립이 권취 장치 (12)에 의해 권취되고 그 다음의 변형 패스동안 최적의 변형 온도로 유지되었다.
제1 롤 패스가 끝난 후, 플랫폼(16)은 작동 위치에 있게 되고, 권취 장치(8)는 이송 통로(15)에 서 있게 된다. 그 다음에 열간 스트립이 그의 최종 두께가 4mm 미만으로 될 때까지 몇 번의 패스를 통해서 압연되며, 각 경우에서 각 권취 장치 (8, 12)에 의해 번갈아 감기고, 각 경우에서 각각의 변형 온도에서 유지된다. 각각의 경우에서의 온도는 250℃보다 높다.
최종 압연 패스 전에, 플랫폼(14)은 롤러 트레인(13)이 이송 통로(15)의 끝 부분에 배열된 작동 위치로 이동한다. 최종 패스 후 역행 롤 스탠드를 떠나는 마무리 압연된 마그네슘 열간 스트립이 추가 처리를 위해 롤러 테이블(13)을 통해 안내된다.
표 1에 나열된 합금을 이용하여서 주조 압연 설비(1)에 기술된 방식으로 제조된 대기 온도에서의 마그네슘 열간 스트립에 대한 일반적인 특성을 표 2에 나타내었다. 각각의 경우에서 시트 두께는 1.2 내지 1.5mm 이다.
| 대기 온도에서 기계적 특성 | |||||||
| 합금 | RP02[MPa] | Rm[MPa] | Ag[%] | A5[%] | rm | Δr | n *) |
| AZ31 | 155 | 250 | 18 | 25 | 1.7 | 0.3 | 0.22 |
| AZ61 | 165 | 270 | 15 | 20 | 1.5 | 0.1 | 0.2 |
| AM20 | 115 | 190 | 14 | 18 | 1.4 | 0.1 | |
| AM50 | 130 | 205 | 12 | 16 | 1.4 | 0.1 |
*) Ag에 대한 2%의 범위 이내에서 결정됨
본 발명에 따라서 제조된 스트립이 미세한 미세조직을 구비하였고, 결과적으로 우수한 변형성을 보였다. 따라서, 본 발명에 따라서 제조된 시트의 특성이 종래 제조된 시트의 각각의 특성보다 적어도 20% 더 우수한 것으로 판명되었다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
F: 이송 방향
1: 주조 압연 설비 2: 용해로
3: 응고 설비 4: 구동 장치
5: 전단기 6: 구동 장치
7: 균질화로 8: 권취 장치
9: 구동 장치 10: 역 스탠드 롤
11: 구동 장치 12: 권취 장치
13: 롤러 테이블 14: 플랫폼
15: 이송 통로 16: 플랫폼
Claims (11)
- 마그네슘 합금의 용탕을 연속적으로 주조하여 두께가 최대 50mm인 미가공 스트립을 형성하고,제1 열간 압연 패스에서 두께 감소율이 적어도 15%가 되도록 하면서, 상기 주조된 미가공 스트립을 적어도 250℃와 최대 500℃의 열간 압연 시작 온도에서 주조 열을 이용하여 곧 바로 열간 압연하여 최종 두께가 최대 4mm인 열간 스트립을 형성하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 열간 스트립 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 용탕의 주조는 보호 또는 불활성 가스 분위기 하에서 행해지는 것을 특징으로 하는 마그네슘 열간 스트립 제조 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 거친 스트립이 열간 압연 전에 온도 균등화 과정을 통해서 열간 압연 시작 온도로 되게 하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 열간 스트립 제조 방법.
- 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 제1 열간 압연 패스에서 두께 감소율이 적어도 20%로 되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 열간 스트립 제조 방법.
- 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열간 스트립이 제1 패스후 몇 번의 패스를 통해서 최종 두께로 연속적으로 마무리 압연되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 열간 스트립 제조 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 역행하는 형태로 몇 번의 패스를 통해서 상기 열간 압연이 행해지는 것을 특징으로 하는 마그네슘 열간 스트립 제조 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 열간 스트립이 적어도 제1 패스 후에 열간 권취기로 권취되고, 변형 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 열간 스트립 제조 방법.
- 제6항 및 제7항에 있어서, 역행하여 열간 압연된 열간 스트립이 각 압연 패스 사이에서 열간 권취기로 권취되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 열간 스트립 제조 방법.
- 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 열간 스트립이 코일로 유지되는 변형 온도가 300℃를 초과하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 열간 스트립 제조 방법.
- 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 열간 압연 동안 성취된 전체 변형도가 적어도 60%로 되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 열간 스트립 제조 방법.
- 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마그네슘 합금이, 10% 이하의 알루미늄, 10% 이하의 리튬, 2% 이하의 아연, 2% 이하의 망간, 1% 이하의 지르코늄 및 1% 이하의 세륨을 함유한 연합금인 것을 특징으로 하는 마그네슘 열간 스트립 제조 방법.
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