KR20070114278A

KR20070114278A - 마그네슘 장척재의 제조방법

Info

Publication number: KR20070114278A
Application number: KR1020077019932A
Authority: KR
Inventors: 타이치로 니시카와; 요시히로 나카이
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-11-30
Also published as: EP1864723A4; TWI383054B; JP2006263745A; WO2006100859A1; TW200643187A; US20080138640A1; CA2601806A1; CN101146627A; KR101293816B1; AU2006225915A1; CA2601806C; EP1864723B1; AU2006225915B2; JP4697657B2; EP1864723A1

Abstract

본 발명은, 소성가공성이 우수한 마그네슘 장척재(長尺材)의 제조방법, 및 이 제조방법에 의해 얻어지는 마그네슘 장척재를 제공한다.

순마그네슘 또는 마그네슘합금을 주조해서 주조재를 제작하고, 이 주조재에 소성가공을 실시해서 장척의 가공재를 얻는다. 이 소성가공에는, 단면감소를 수반하는 가공으로 250℃이상의 온도에서 실행하는 열간가공을 포함한다. 열간가공을 실행함으로써, 가공 중에 피가공재의 표면 근방에 있어서 산화물이 생성되어서, 가공재의 표면 근방에는, 산화물이 존재하고, 이 산화물이, 가공재에 신선이나 단조 등의 소성가공(2차 가공)을 실행할 때에, 균열이나 단선의 시점이 될 우려가 있다. 그래서, 본 발명에서는, 가공재의 표면층을 제거해서, 균열이나 단선의 시점이 되는 산화물을 효과적으로 제거하고, 2차 가공성을 향상시키는 것을 특징으로 한 것이다.

Description

마그네슘 장척재의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCING CONTINUOUS MAGNESIUM MATERIAL}

본 발명은, 순마그네슘 또는 마그네슘합금으로 이루어지는 장척재(長尺材)를 제조하는 제조방법, 및 이 제조방법에 의해 얻어지는 마그네슘 장척재에 관한 것이다. 특히, 신선가공이나 단조가공 등과 같은 소성가공성이 우수한 마그네슘 봉재(棒材)나 마그네슘 선재(線材)를 제조하는 데에 최적인 마그네슘 장척재의 제조방법에 관한 것이다.

Mg은, 비중(밀도 g/㎤, 20℃)이 1.74이며, 구조용으로 이용되는 금속재료 중에서 가장 경량인 금속이다. 그런 연유로, Mg을 주성분으로 하는 마그네슘합금은, 경량화가 요구되는 휴대기기류나 자동차부품 등의 재료로서 기대된다. 예를 들면, 신선가공이나 단조가공 등과 같은 전신용 마그네슘합금 소재 중, 막대형상 소재로서는, 연속주조(direct chill casting)(DC 주조) 등과 같은 반연속주조법에 의해서 얻어진 주조 빌릿(billet)에 열간압출가공을 실시해서 막대형상으로 한 것이 있다. DC 주조 등의 반연속주조법에 의해서 얻어진 주조재는, 수십 μm와 같은 조대한 결정석출물이 조직 내에 존재하거나, 결정조직이 조밀한 혼립조직으로 되어 있거나 하는 경우가 있다. 그런 연유로, 이 주조재에 그대로 단조나 신선 등과 같은 소성가공을 실행하면, 조대한 결정립이나 결정석출물이 시점이 되어서 균열이나 단선이 발생한다. 그래서, 막대형상 소재는, 상기 반연속주조재를 재차 가열하여, 열간에서 압출가공함으로써 결정립을 미세화해서 소성가공성을 높이고 있다.

한편, 특허문헌 1에는, 가동주형을 이용한 연속주조를 실행하는 동시에, 냉각속도를 높임으로써 결정립을 미세화하는 것이 기재되어 있다.

[특허문헌 1]

국제공개제02/083341호 팜플렛

상술한 바와 같이 단조가공이나 신선가공 등과 같은 소성가공(2차 가공)이 실시되는 전신용 소재에 있어서는, 예를 들면, 단조가공 시에 균열하지 않는 것, 신선가공 시에 단선하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명자는, 이와 같은 소성가공 시의 균열이나 단선 등의 원인을 상세히 조사했던바, 조대한 결정립이나 결정석출물이 존재하는 것 이외에도 균열이나 단선이 발생하는 원인이 있다고 하는 식견을 얻었다. 구체적으로는, 소재의 표면 근방에 존재하는 Mg0 등의 산화물이 시점으로 되어서 균열이나 단선 등이 발생하는 경우가 있다고 하는 식견을 얻었다.

마그네슘합금은, 일반적으로 실온에서의 소성가공성이 악화하기 때문에, 250℃이상의 고온으로 가열된 상태에서 소성가공을 실시하는 경우가 많다. 상술한 반연속주조재에 실시되는 압출가공도 열간(250 ~ 420℃정도)에서 실행되고, 특허문헌 1에도 연속주조재에 400℃에서 압연가공을 실행하는 것이 기재되어 있다. 한편, Mg은 활성인 금속이기 때문에, 상기와 같은 고온에서 압출이나 압연 등의 소성가공(1차 가공)을 실행함으로써, 피가공재의 표면에 산화물이 생성되며, 가공 중에 이 산화물이 피가공재의 표면 근방에 포함된다. 따라서, 얻어진 전신용 소재(1차 가공재)의 표면 근방에는, 산화물이 존재한다고 사료된다. 그리고, 이와 같은 산화물이 존재하는 전신용 소재에, 또한 신선가공이나 단조가공 등의 2차 가공을 실시하면, 산화물이 균열이나 단선 등의 시점이 되는 경우가 있다.

그래서, 본 발명의 주된 목적은, 단조가공이나 신선가공 등의 소성가공(2차 가공)을 실행할 때에, 균열이나 단선 등이 거의 발생하지 않는 전신용 소재를 얻는 데에 최적인 마그네슘 장척재의 제조방법을 제공하는 데에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은, 상기 제조방법에 의해 얻어지는 마그네슘 장척재를 제공하는 데에 있다.

본 발명은, 2차 가공을 실행하기 전에, 1차 가공재의 표면에 생성된 산화물을 제거하기 위해서, 1차 가공재의 표면층을 제거함으로써 상기 목적을 달성한다. 즉, 본 발명 마그네슘 장척재의 제조방법은, 순마그네슘 또는 마그네슘합금을 주조해서 주조재를 제작하는 공정과, 이 주조재에 소성가공을 실시해서 장척의 가공재를 제작하는 공정과, 이 가공재의 표면층을 제거하는 공정을 구비한다. 상기 소성가공은, 단면감소를 수반하여, 250℃이상의 온도에서 실행하는 열간가공을 포함하는 것으로 한다. 또, 상기 표면층은, 가공재의 횡단면에 있어서 표면에서 깊이 0.01㎜이상 0.5㎜이하까지의 영역으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명 마그네슘 장척재의 「마그네슘」은, Mg 및 불순물로 이루어지는 이른바 순마그네슘, 또는 첨가원소와 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘합금으로 한다. 첨가원소로서는, 예를 들면, Al, Zn, Mn, Si, Cu, Ag, Y, Zr 등의 원소군 중, 적어도 1종의 원소를 들 수 있다. 상기 원소군으로부터 선택되는 복수의 원소를 함유하고 있어도 된다. 이와 같은 첨가원소를 함유시킴으로써, 본 발명 장척재는, 강도, 연신, 고온강도, 내식성 등이 우수한 재료가 된다. 첨가원소의 함유량은, 합계로 20질량%이하가 바람직하다. 첨가원소가 20질량% 초과가 되면, 주조 시에 균열 등이 발생하는 원인이 된다. 첨가원소를 함유한 보다 구체적인 조성으로서는, 예를 들면, 이하의 조성을 들 수 있다.

I. Al: 0.1 ~ 12질량%를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물

Ⅱ. Al: 0.1 ~ 12질량%와, 질량%로 Mn: 0.1 ~ 2.0%, Zn: 0.1 ~ 5.0%, Si: 0.1 ~ 5.0%로 이루어지는 3원소군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물

Ⅲ. 질량%로 Zn: 0.1 ~ 10%, Zr: 0.1 ~ 2.0%를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물

또한, 불순물은, 유의적으로 첨가하지 않은 원소만으로 해도 되고, 유의적으로 첨가한 원소(첨가원소)를 함유하고 있어도 된다.

상기 조성의 마그네슘합금으로서, 대표적인 조성인 ASTM기호에 있어서의 AZ계, AS계, AM계, ZK계 등의 마그네슘합금을 이용해도 된다. AZ계 마그네슘합금은, 예를 들면, AZ10, AZ21, AZ31, AZ61, AZ91 등, AS계 마그네슘합금은, 예를 들면, AS21, AS41 등, AM계 마그네슘합금에는, 예를 들면, AM60, AM100 등, ZK계 마그네슘합금에는, 예를 들면, ZK40, ZK60 등을 들 수 있다. 또한, 상기 I ~ Ⅲ의 조성에 부가해서, Ca를 0.002 ~ 5.0질량% 함유시키면, 용해 시나 주조 시 등에 연소나 산화를 억제할 수 있어서 바람직하다.

본 발명에서는, 우선, 순마그네슘 또는 상기 조성의 마그네슘합금을 용해해서 주조하여, 주조재를 제작한다. 특히, 주조 시의 냉각속도를 높이는, 구체적으로는, 1℃/sec이상으로 하는 것이 바람직하다. 냉각속도를 높임으로써, 응고 시에 조직 중에 결정석출되는 결정석출물의 성장을 억제해서, 조대한 결정석출물의 생성을 억제할 수 있는 것 이외에, 냉각공정에서 석출되는 석출물의 생성이나 성장도 억제할 수 있다. 또, 냉각속도를 높임으로써, 결정의 성장도 억제되며, 조대한 결정립이 거의 없고, 미세한 결정조직으로 할 수 있다. 구체적으로는, 결정석출물의 최대 입경을 20μm이하, 결정의 최대 입경을 50μm이하로 할 수 있다. 냉각속도가 높을수록, 결정석출물이나 결정을 미세한 것으로 할 수 있으며, 보다 바람직한 냉각속도는, 1O℃/sec이상이다. 이와 같이 석출물의 석출을 억제하거나, 결정석출물이나 결정을 미세화해서 기둥형상 결정, 또는 입자형상 결정, 혹은 기둥형상 결정과 입자형상 결정과의 혼합조직으로 이루어지는 미세한 주조조직으로 함으로써 소성가공성이 높아지며, 이 주조재에 압연, 스웨이징 등의 소성가공(1차 가공)을 실행할 때에, 주조재에 균열 등을 거의 발생하지 않게 한다. 또, 이 소성가공에 의해서 결정을 보다 미세화할 수 있어서 소성가공성을 높일 수 있기 때문에, 얻어진 소성가공재는, 신선, 단조 등의 2차 가공을 실행해도, 단선이나 균열 등이 거의 발생하지 않으며, 소성가공성이 우수하다.

엔드리스(endless) 가동주형을 이용한 연속주조를 실행하면, 냉각속도를 용이하게 높일 수 있다. 가동주형으로서는, 예를 들면, 1. 휠-벨트(wheel/belt)법(차륜 벨트법)으로 대표되는 복수의 휠(롤)과 벨트를 조합해서 이루어지는 휠-벨트방식 주형, 2. 트윈벨트법(쌍벨트법)으로 대표되는 한 쌍의 벨트로 이루어지는 트윈벨트방식 주형을 들 수 있다. 이들 휠이나 벨트를 이용한 가동주형에서는, 용탕(溶湯)과 접촉하는 면이 연속적으로 나타나기 때문에, 주조재의 표면 상태를 평활하게 하기 쉬우며, 또, 보수가 용이하다. 휠-벨트방식 주형은, 예를 들면, 표면부(용탕에 접촉하는 면)에 용탕이 유입되는 홈을 구비한 주조용 휠과, 이 주조용 휠에 종동(從動)하여, 주조용 휠을 끼우도록 배치되는 한 쌍의 종동휠과, 상기 홈에 유입된 용탕이 유출되지 않도록 홈의 개구부를 피복하도록 배치되는 벨트로 구성되는 것을 들 수 있다. 그 외에, 벨트의 장력을 조정하는 장력롤러를 구비하고 있어도 된다. 이 벨트는, 주조용 휠과 종동휠과의 사이에 배치하는 동시에, 양쪽 휠 표면을 따라서 배치하고, 폐쇄 루프를 형성함으로써, 용탕의 응고면을 일정하게 하기 쉬우며, 또한 용탕이 응고되는 냉각속도를 일정하게 유지하기 쉽다. 또, 주조용 휠의 홈의 형상을 변경함으로써, 주조재는, 다양한 형상, 예를 들면, 직사각형상 등으로 형성할 수 있다. 주조재의 횡단면의 형상을 직사각형상으로 하는 경우, 짧은 직경을 60㎜이하로 함으로써, 횡단면에 있어서의 냉각속도를 높여서, 결정석출물의 조대화나 결정립의 조대화를 억제해서 미세한 조직을 얻기 쉽다. 특허문헌 1에 기재되는 연속주조장치를 이용해도 된다. 이와 같은 가동주형에 의한 연속주조를 실행함으로써, 1. 이론상 무한적으로 긴 장척의 주조재를 얻을 수 있어서, 대량생산이 가능하다, 2. 횡단면에 있어서의 냉각이 균일적으로 실행되기 쉽기 때문에, 표면 성상이 우수한, 특히, 긴쪽방향으로 균일적이며 고품질인 주조재를 얻을 수 있다고 하는 효과도 나타낸다.

또한, 용해 시나 주조 시, Mg과 대기 중의 산소가 반응되어서 연소하거나, 산화에 의한 흑변화가 생기는 등의 문제를 방지하기 위해서, 용해로 내부나 가동주형 근방에 아르곤가스 등의 불활성 가스나 SF₆ 등의 방연(防燃)용 가스를 혼합시킨 공기 등을 충전해서 밀폐하는 것과 같은 구성으로 해두는 것이 바람직하다. 또, 첨가원소로서 Ca를 첨가해서, 상기 연소나 산화를 억제하도록 해도 된다.

다음에, 본 발명에서는, 상기와 같이 해서 얻어진 주조재에 소성가공을 실시해서 막대형상 혹은 선형상과 같은 장척의 가공재를 제작한다. 특히, 본 발명에 있어서 주조재에서 장척의 가공재를 제작할 때까지 실시하는 소성가공(이하, 장척가공이라고 호칭함)에는, 단면감소를 수반하는 가공을 포함하는 것으로 한다. 따라서, 장척가공을 모두 단면감소를 수반하는 가공으로 해도 되며, 최종적으로 장척의 가공재로 되어 있으면, 도중의 소성가공에 단면감소를 수반하지 않는 가공(등면적가공)을 포함하고 있어도 된다. 단면감소를 수반하는 가공으로서는, 예를 들면, 압연, 단조(예를 들면, 스웨이징 등의 회전단조), 신선을 들 수 있다. 따라서, 장척 가공재는, 압연재이어도 되며, 단조재이어도 되고, 신선재이어도 된다. 보다 구체적으로는, 장척 가공재는, 주조재를 압연해서 장척으로 가공한 압연재로 해도 되며, 주조재를 스웨이징해서 장척으로 가공한 단조재로 해도 되고, 또한 얻어진 단조재를 압연해서 장척으로 가공한 압연재로 해도 되며, 또한 얻어진 압연재 또는 단조재를 신선해서 장척으로 가공한 신선재로 해도 된다.

상기 단면감소를 수반하는 가공은, 동일 종의 가공을 1패스만 실행해도 되며(예를 들면, 신선을 1패스 실행함), 다른 복수 종의 가공을 실행해도 되고(예를 들면, 스웨이징과 신선을 실행함), 동일 종의 가공을 2패스 이상의 복수패스에 걸쳐서 실행해도 된다(예를 들면, 압연을 복수패스 실행함). 특히, 동일 종의 소성가공을 2패스 이상 실행하는 경우, 그 가공 전의 피가공재의 횡단면형상과, 그 가공 후의 가공재의 횡단면형상이 비상사형(非相似形)으로 되는 비상사가공을 실행해도 된다. 비상사가공으로서는, 예를 들면, 복수의 롤을 이용한 공형(孔型)압연을 들 수 있다. 공형압연은, 표면부에 소정형상의 홈을 가지는 롤을 2 ~ 4개 이용해서 실행하는 것이며, 예를 들면, 2개의 롤을 대향 배치시키고, 롤간에 피가공재를 삽통시킴으로써 소정형상의 압연재를 얻거나, 3개의 롤을 삼각형상으로 배치시키고, 이들 롤에 의해 포위되는 공간에 피가공재를 삽통시킴으로써 소정형상의 압연재를 얻거나, 4개의 롤 중 2개씩을 대향시켜서 직사각형상으로 배치시키고, 이들 롤에 의해 포위되는 공간에 피가공재를 삽통시킴으로써 소정형상의 압연재를 얻는 것을 들 수 있다. 압연재의 형상으로서는, 직사각형, 타원형, 원형 등을 들 수 있다. 비상사압연은, 이들 형상이 다른 압연을 연속적으로 실행하는 것이며, 예를 들면, 타원-원형 압연이나 직사각형-타원-원형 압연 등을 들 수 있다.

또, 상기 단면감소를 수반하는 가공의 적어도 1패스는, 250℃이상의 온도에서 실행한다. 즉, 본 발명에서는, 장척 가공재를 얻을 때에, 단면감소를 수반하는 가공을 250℃이상의 온도에서 적어도 1패스 실행한다. 단면감소를 수반하는 가공을 모두 250℃이상의 온도에서 실행해도 되며, 250℃이상의 온도에서 실행하는 가공과, 250℃미만의 온도에서 실행하는 가공을 조합해서 실행해도 되고, 예를 들면, 주조재에 스웨이징가공을 실행할 때에, 250℃이상에서 실행하며, 이 열간가공재를 신선할 때에, 실온에서 실행해도 된다. 또한, 온도에 부가해서 적절한 가공도를 선택함으로써, 얻어진 장척 가공재는, 결정립이 미세화되며, 그 이후에 신선가공이나 단조가공 등의 소성가공(이하, 2차 가공이라고 호칭함)의 가공성을 향상시킬 수 있다. 온도가 높을수록 단면감소를 수반하는 가공이 실행하기 쉬우며, 보다 바람직한 온도는 350℃이상이다. 그러나, 온도가 지나치게 높으면 산화물의 생성이 과잉으로 촉진되기 때문에, 500℃이하, 특히 450℃이하가 바람직하다. 피가열 대상인 주조재 또는 스웨이징이나 압연 등이 실시된 가공재를 상기 온도로 가열하기 위해서는, 히터나 고주파가열기 등의 가열수단에 의해, 피가열대상을 직접 가열해도 되고, 압연롤이나 금형, 다이스 등의 가공용 부재에 히터 등의 가열수단을 구비해서 피가열대상을 간접적으로 가열해도 된다. 또한, 실온에서 신선하는 경우는, 가공도를 낮추는(20%이하/패스) 동시에, 신선 전에 열처리(200 ~ 450℃ × 15 ~ 60분, 바람직하게는 250 ~ 400℃ × 15 ~ 60분)를 실시해서 소성가공성을 높여 두는 것이 바람직하다.

장척의 가공재는, 단면형상이 원형상의 것뿐만 아니라, 타원이나 직사각형, 다각형 등과 같은 비원형상의 이형으로 해도 된다. 단면형상은, 다이스의 구멍형상이나 롤의 홈형상 등에 의해 적절히 변경할 수 있다.

그리고, 본 발명이 가장 특징으로 하는 바는, 상기 장척의 가공재의 표면층을 제거하는 데에 있다. 상술한 바와 같이 장척의 가공재를 얻을 때에, 본 발명에서는, 250℃이상이라고 하는 온도에서 소성가공을 실행하고 있으며, 이 열간가공 중, 피가공재의 표면 근방에 있어서 산화물이 생성되며, 가공재의 표면 근방에 산화물이 존재하게 된다. 특히, 열간가공의 온도를 높임으로써, 상기 산화물의 생성량은 증가한다. 또, 열간가공을 실행하지 않아도, 가공 도중에 열처리를 실시함으로써도 산화물은 생성된다. 그래서, 본 발명에서는, 2차 가공 시에 균열이나 단선 등과 같은 문제를 저감하기 위해서 상기 산화물을 효과적으로 제거할 작정으로, 산화물이 가장 많이 존재하고 있다고 사료되는 장척 가공재의 표면층을 제거한다. 산화물이 많이 존재하는 영역으로서는, 장척 가공재의 횡단면에 있어서 표면에서의 거리(깊이)가 O.O1㎜까지의 영역이다. 그래서, 표면에서 깊이 O.O1㎜까지의 영역을 최저한 제거하기 위해서, 제거되는 표면층의 최소치를 표면에서 깊이 O.O1㎜까지의 영역으로 한다. 보다 바람직하게는, 표면에서의 거리가 0.05㎜까지의 영역이다. 한편, 본 발명자가 조사했던바, 표면에서의 거리가 0.5㎜까지의 영역을 제거하면, 2차 가공성이 우수한 소재를 얻을 수 있다고 하는 식견을 얻었다. 또, 제거되는 표면층의 양이 지나치게 많으면, 수율이 악화되며, 생산성을 저해한다. 그래서, 제거되는 표면층의 최대치는, 표면에서 깊이 0.5㎜까지의 영역으로 한다.

표면층의 제거는, 선삭공구를 이용해서 실행해도 되고, 박피(剝皮) 다이스를 이용해서 실행해도 된다. 이들 선삭공구나 박피 다이스는, 공지된 것을 이용하면 된다.

상기와 같이 표면층의 제거가 실행된 본 발명 마그네슘 장척재는, 균열이나 단선 등의 시점이 되는 산화물이 저감되거나, 혹은 거의 존재하지 않기 때문에, 신선가공이나 단조가공 등의 소성가공성이 우수하다. 구체적으로는, 예를 들면, 장척 가공재로서 압연재 또는 단조(스웨이징)재를 이용하여, 2차 가공으로서 신선가공을 실행하는 경우, 신선가공 전에 표면층의 제거가 실행되고 있음으로써, 본 발명 장척재는, 신선가공 중에 단선 등이 거의 생기지 않으며, 신선가공성이 우수하다. 또, 예를 들면, 상기 장척 가공재로서 신선재를 이용하여, 2차 가공으로서 또한 신선가공을 실행하는 경우에도(즉, 신선가공 도중에 표면층의 제거가 실행되는 상황) 마찬가지로 본 발명 장척재는, 2차 가공에 있어서의 신선가공 중에 단선 등이 거의 생기지 않으며, 신선가공성이 우수하다. 이와 같이 신선가공을 복수패스에 걸쳐서 실행하는 경우, 피가공재의 단면적이 작을수록, 즉, 피가공재가 소경(小徑)으로 될수록, 피가공재의 단면적에 있어서의 표면층의 면적비율이 커지기 때문에, 표면 근방에 존재하는 산화물이 영향을 받아서 단선이 일어나기 쉬워진다. 즉, 신선가공을 실행하고 있어도 총가공도가 작은 가공 중에는, 단선이 일어나지 않아도, 총가공도가 커져서 피가공재가 미세직경으로 되어 가면, 상기 산화물이 기인해서 단선이 생기기 쉬워진다. 따라서, 1차 가공에서는, 단선이 생기지 않아도, 2차 가공에서는 단선이 생기기 쉬워진다. 그런 연유로, 복수패스에 걸친 신선가공을 실행할 때에, 표면층을 제거해 두는 것은, 단선방지에 매우 효과적이다. 또한, 예를 들면, 상기 장척 가공재로서 압연재, 단조재, 신선재 중 어느 하나를 이용해서, 2차 가공으로서 단조가공을 실행하는 경우, 단조가공 전에 표면층의 제거가 실행되고 있음으로써, 단조가공 중에 균열 등이 거의 발생하지 않으며, 본 발명 장척재는, 단조가공성이 우수하다.

이상 설명한 바와 같이 주조재에 열간가공을 실시해서 얻어진 가공재의 표면층을 제거함으로써, 얻어진 마그네슘 장척재는, 신선가공이나 단조가공 등의 2차 가공성이 우수하다. 따라서, 본 발명 마그네슘 장척재는, 전신용 소재로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 설명한다.

시험예 1

휠-벨트방식 주형을 구비한 연속주조장치를 이용해서, 용해된 마그네슘합금을 연속주조하고, 마그네슘합금으로 이루어지는 주조재(횡단면적: 약 300㎟, 폭 18㎜, 높이 17㎜)를 제작하였다. 본 예에서 이용한 마그네슘합금은, AZ31합금 상당재(질량%로, Al: 3.0%, Zn: 1.0%, Mn: 0.15%를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물, 조성은 화학분석에 의해 조사했음)로 하였다.

연속주조장치는, 용탕이 접촉되는 표면부에 용탕이 유입되는 직사각형상 홈(횡단면적: 약 3OO㎟)을 구비한 주조용 휠과, 이 주조용 휠에 종동하는 한 쌍의 종동휠과, 직사각형상 홈에 유입된 용탕이 유출되지 않도록 홈의 개구부를 피복하도록 배치되는 벨트와, 벨트의 장력을 조정하는 장력롤을 구비한 것을 이용하였다. 한 쌍의 종동휠은, 주조용 휠을 끼우도록 배치되고, 장력롤은, 이들 3개의 휠의 후방에 배치된다. 벨트는, 주조용 휠의 외주, 주조용 휠과 종동휠과의 사이, 종동휠의 외주, 종동휠로부터 장력롤에 걸치는 동안, 및 장력롤의 외주에 걸쳐서 배치되어 폐쇄 루프를 형성한다. 주조용 휠과 한쪽의 종동휠과의 사이에는, 용해로로부터 용탕을 주조용 휠의 홈에 유입하는 주탕구(스파웃(spout))를 가지는 공급부가 배치된다. 용해로로부터 공급부에 주입된 용탕은, 주탕구를 개재해서 주조용 롤의 홈에 유입되고, 홈의 개구부가 벨트에 의해 피복되어서, 단면 직사각형상의 주조재를 연속적으로 얻는다. 본 예에서는, 주조용 휠의 내부에 냉각수를 유입하여, 휠을 냉각할 수 있도록 하고, 주조속도: 3m/min, 주조재의 냉각속도: 10℃/sec ~ 20℃/sec로 되도록 하였다.

또한, 본 예에서는, 주탕구의 횡단면형상과 주조용 휠의 홈의 횡단면형상을 동일형상으로 하는 동시에, 주탕구로부터 주조용 휠 사이에 걸쳐서 밀폐구조로서, 공급부 및 주조용 휠 근방에 있어서 용탕이 외부의 공기에 접촉되지 않는 구조로 하였다. 또, 본 예에서는, 용해로 내의 분위기를 공기에 0.2체적%의 SF₆가스를 혼합시킨 분위기로서 마그네슘합금을 용해하였다.

얻어진 주조재에 대해서, 그 횡단면을 광학현미경을 이용해서 확인했던바, 결정석출물이 확인되었지만, 그 크기는, 최대이어도 1Oμm였다. 또, 결정조직은, 기둥형상 결정 및 입자형상 결정의 적어도 어느 하나의 형상으로 이루어지는 미세한 주조조직이었다.

얻어진 주조재에 250℃이상 400℃이하에서 열간압연을 복수패스 실시하여, 횡단면 원형상의 압연재(선경 ø13.2㎜)를 제작하였다. 본 예에서는, 타원형-원형 공형압연을 실행하였다. 구체적으로는, 표면부에 소정형상의 홈을 가지는 2개의 롤을 대향 배치시켜서 타원형상의 압연과, 표면부에 소정형상의 홈을 가지는 2개의 롤을 대향 배치시켜서 원형상의 압연을 연속적으로 실행하였다. 그리고, 얻어진 압연재에 박피 다이스를 이용해서, 압연재의 횡단면에 있어서 표면에서의 거리가 O.1㎜까지의 영역(표면층)을 제거한 시료를 제작하였다. 이들 표면층을 제거한 시료(선경 ø13㎜)와, 표면층의 제거를 실행하고 있지 않은 압연재(선경 ø13.2㎜)에 신선가공을 실시하였다. 신선가공조건은, 가공온도: 200℃, 1패스의 감면율: 10 ~ 15%, 2 ~ 3패스마다 300℃ × 30min의 열처리 실시, 최종 선경 ø8㎜로 하였다. 이 신선가공은, 시료 10kg, 압연재 10kg에 대해서 실행하였다.

그 결과, 표면층을 제거한 시료 및 표면층의 제거를 실행하고 있지 않은 압연재 모두 단선하지 않고 신선가공을 실시할 수 있었다. ø13 → ø8까지의 신선가공에서는, 선경이 비교적 크고, 피가공재의 단면적에 있어서의 표면층의 면적비율이 작기 때문에, 피가공재의 표면 근방에 산화물이 존재하고 있어도 단선에 영향을 받지않았었다고 사료된다. 또, ø13 → ø8까지의 총가공도(약 62%)가 비교적 작기 때문에, 단선이 생기지 않았었다고 사료된다. 그러나, 상기와 같은 조건으로 다시 신선가공(최종 선경 ø2.8㎜)을 실행했던바, 표면층을 제거한 시료에서는, 단선하지 않고 ø2.8㎜의 신선재 10kg을 얻을 수 있었던 것에 대해서, 표면층의 제거를 실행하고 있지 않은 압연재에서는, ø2.8㎜의 신선재 10kg을 얻을 때에 5회의 단선이 생겼다. 이로써, 표면층의 제거를 실행한 소재는, 신선가공성이 우수함이 확인되었다. 특히, 피가공재가 미세한 직경으로 됨으로써 피가공재의 단면적에 있어서의 표면층의 면적비율이 커지며, 피가공재의 표면 근방에 존재하는 산화물이 영향을 받아서 단선이 생기기 쉬워지기 때문에, 표면층을 제거하는 것은, 단선방지에 효과가 있음을 알 수 있다.

시험예 2

시험예 1에 의해 얻어진 신선재(선경 ø8㎜)로부터 높이 12㎜의 시험편을 20개 절단하고, 각 시험편에 각각 스웨이징시험을 실행하였다. 스웨이징시험조건은, 스웨이징속도: 12㎜/sec, 스웨이징율: 70%(높이: 3.6㎜), 온도: 300℃로 하였다.

그 결과, 표면층의 제거를 실행한 시료를 신선한 신선재로부터 절단한 시험편에서는, 20개 모두가 균열하지 않고 스웨이징가공을 실행할 수 있었다. 이것에 대해서, 표면층의 제거를 실행하고 있지 않은 압연재를 신선한 신선재로부터 절단한 시험편에서는, 20개 중 3개에 균열이 발생하였다. 이로써, 표면층의 제거를 실행한 소재는, 단조가공성이 우수함이 확인되었다.

시험예 3

시험예 1과 동일한 조건으로 연속주조에 의해 주조재(횡단면적: 약 3OO㎟, 폭 18㎜, 높이 17㎜)를 제작하고, 이 주조재에 400℃에서 열간 스웨이징가공을 실시하여, 횡단면 원형상의 열간가공재(선경 ø13.2㎜)를 제작하였다. 그리고, 얻어진 열간가공재에 박피 다이스를 이용해서, 표면에서 깊이가 O.1㎜까지의 영역(표면층)을 제거한 시료를 제작하였다. 이들 표면층을 제거한 시료(선경 ø13㎜)와, 표면층의 제거를 실행하고 있지 않은 열간가공재(선경 ø13.2㎜)로부터 높이 16㎜의 시험편을 20개 절단하고, 각 시험편에 각각 스웨이징시험을 실행하였다. 스웨이징시험조건은, 스웨이징속도: 16㎜/sec, 스웨이징율: 70%(높이: 4.8㎜), 온도: 300℃로 하였다.

그 결과, 표면층의 제거를 실행한 시료로부터 절단한 시험편에서는, 20개 모두가 균열하지 않고 스웨이징가공을 실행할 수 있었다. 이것에 대해서, 표면층의 제거를 실행하고 있지 않은 열간가공재로부터 절단한 시험편에서는, 20개 중 7개에 균열이 발생하였다.

시험예 4

상기 시험예 1에서 이용한 마그네슘합금과 다른 조성의 금속재료를 준비하고, 마찬가지로 연속주조해서 주조재를 제작한 후, 열간압연을 실시하여, 압연재를 제작하였다. 이하에 조성을 나타낸다.

재료조성

순마그네슘 상당재: 99.9질량%이상의 Mg과 불순물로 이루어짐

AM60합금 상당재: 질량%로 Al: 6.1%, Mn: 0.44%를 함유하며, 잔부가 Mg과 불순물로 이루어지는 마그네슘합금

AZ61합금 상당재: 질량%로 Al: 6.4%, Zn: 1.0%, Mn: 0.28%를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘합금

ZK60합금 상당재: 질량%로 Zn: 5.5%, Zr: 0.45%를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘합금

또한, 상기 AM60합금 상당재, AZ61합금 상당재, ZK60합금 상당재에 Ca: 0.01질량% 함유시킨 합금

그리고, 시험예 1과 동일하게 얻어진 압연재(ø13.2㎜)의 표면층을 박피 다이스에 의해 제거한 시료(ø13㎜)를 제작하고, 이들 시료에 대해서, 시험예 1과 동일한 조건으로 신선가공을 실행했던바, 어느 조성의 시료에 있어서도, 단선하지 않고 신선가공을 실시할 수 있으며, 선경 ø8㎜의 신선재를 얻을 수 있었다. 또, 시험예 2와 동일하게 얻어진 신선재(선경 ø8㎜)를 절단해서 시험편(높이 12㎜)을 20개 제작하고, 시험예 2와 동일한 조건으로 스웨이징시험을 실행했던바, 어느 시험편에 있어서도, 20개 모두에 균열이 발생하지 않고, 스웨이징가공을 실행할 수 있었다. 비교로서, 박피 다이스에 의한 표면층의 제거를 실행하고 있지 않은 압연재(ø13㎜)를 제작하고, 마찬가지로 신선가공을 실행했던바, ø8㎜까지의 신선에서는, 단선이 생기지 않고 신선가공을 실행할 수 있었다. 그러나, 얻어진 신선재(ø8㎜)를 절단해서 시험편을 20개 제작하고, 마찬가지로 스웨이징시험을 실행했던바, 20개 중 5개에 균열이 발생하였다.

또, Ca를 첨가하고 있지 않은 재료를 이용했을 경우, 주조재의 표면에 일부 산화해서 흑변화한 것도 확인되었지만, Ca를 첨가한 재료를 이용했을 경우, 주조재 표면에 산화가 확인되지 않았고, Ca의 첨가는, 산화방지에 효과가 있음이 확인되었다. 그러나, 본 발명에서는, Ca를 첨가하고 있지 않아도, 표면층을 제거하기 때문에, 주조재에 생성된 산화물이나, 주조 후의 압연이나 스웨이징 등의 가공에 의해 생성된 산화물을 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 본 발명 마그네슘 장척재로 이루어지는 마그네슘소재는, 단조가공이나 신선가공과 같은 2차 가공에 있어서 가공성이 우수하다.

본 발명을 상세히 또 특정의 실시형태를 참조해서 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이나 수정을 부가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 분명하다.

본 출원은 2005년 3월 22일 출원된 일본특허출원(특원2005-082317)에 의거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명 마그네슘 장척재의 제조방법은, 신선가공이나 단조가공 등의 소성가공이 실시되는 전신용 소재에 적합한 마그네슘 장척재의 제조에 매우 적합하게 이용할 수 있다. 또, 본 발명 제조방법에 의해 얻어진 마그네슘 장척재는, 소성가공성이 우수하며, 전신용 소재에 최적이다.

Claims

순마그네슘 또는 마그네슘합금을 주조해서 주조재를 제작하는 공정과,

상기 주조재에 소성가공을 실시해서 장척의 가공재를 제작하는 공정과,

상기 가공재의 표면층을 제거하는 공정을 구비하고,

상기 소성가공은, 단면감소를 수반하여, 250℃이상의 온도에서 실행하는 열간가공을 포함하고,

상기 표면층은, 가공재의 횡단면에 있어서 표면으로부터 깊이 0.01㎜이상 0.5㎜이하까지의 영역으로 하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 장척재의 제조방법.
제 1항에 있어서,

열간가공에는, 비상사가공(非相似加工)을 포함하고,

상기 비상사가공은, 해당 가공의 전후에 횡단면형상이 비상사형으로 되는 가공인 것을 특징으로 하는 마그네슘 장척재의 제조방법.
제 1항에 있어서,

열간가공은, 350℃이상의 온도에서 실행하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 장척재의 제조방법.
제 1항에 있어서,

주조 시의 냉각속도를 1℃/sec이상으로 하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 장척재의 제조방법.
제 4항에 있어서,

주조는, 엔드리스(endless) 가동주형을 이용한 연속주조인 것을 특징으로 하는 마그네슘 장척재의 제조방법.
제 5항에 있어서,

가동주형은, 휠-벨트(wheel/belt)방식 주형인 것을 특징으로 하는 마그네슘 장척재의 제조방법.
제 2항에 있어서,

비상사가공은, 복수의 롤을 이용한 공형(孔型) 압연인 것을 특징으로 하는 마그네슘 장척재의 제조방법.
제 1항에 있어서,

표면층의 제거는, 박피(剝皮) 다이스를 이용해서 실행하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 장척재의 제조방법.
제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 의해서 제조된 것을 특징으로 하는 마그네슘 장척재.