KR20140087156A - 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박판으로 주조된 마그네슘 합금 판재를 열처리한 후 적절한 온도로 급랭하여 압연성이 우수하고 생산성이 향상되도록 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 (a) 마그네슘 합금 판재를 고온으로 열처리하는 단계와; (b) 열처리되어 제1맨드렐에 감긴 상기 고온의 마그네슘 합금 판재를 언코일링하는 단계와; (b) 상기 언코일링되는 상기 마그네슘 합금 판재를 에어 분사기를 통과시키면서 공기를 분사하는 단계와; (c) 상기 에어 분사기를 통과한 마그네슘 합금 판재를 제2맨드렐에 코일링하는 단계;를 포함하되, 상기 단계 (a)에서 상기 고온의 마그네슘 합금 판재는 400℃ 내외로 열처리되고, 상기 단계 (c)에서 상기 에어 분사기를 통과한 상기 마그네슘 합금 판재는 200℃ 내외로 급랭되는 마그네슘 합금 판재의 냉각 방법을 제공한다.
본 발명은 (a) 마그네슘 합금 판재를 고온으로 열처리하는 단계와; (b) 열처리되어 제1맨드렐에 감긴 상기 고온의 마그네슘 합금 판재를 언코일링하는 단계와; (b) 상기 언코일링되는 상기 마그네슘 합금 판재를 에어 분사기를 통과시키면서 공기를 분사하는 단계와; (c) 상기 에어 분사기를 통과한 마그네슘 합금 판재를 제2맨드렐에 코일링하는 단계;를 포함하되, 상기 단계 (a)에서 상기 고온의 마그네슘 합금 판재는 400℃ 내외로 열처리되고, 상기 단계 (c)에서 상기 에어 분사기를 통과한 상기 마그네슘 합금 판재는 200℃ 내외로 급랭되는 마그네슘 합금 판재의 냉각 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박판으로 주조된 마그네슘 합금 판재를 열처리한 후 적절한 온도로 급랭하여 압연성이 우수하고 생산성이 향상되도록 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
스트립캐스팅 공법으로 제조한 마그네슘 합금 판재는 약 3.5∼7.0mm 두께의 범위의 박판 주조 판재로서, 기존의 마그네슘 판재 제조 방법보다 가격 경쟁력 측면에서 매우 우수하여 최근 연구가 많이 되고 있다.
일반적으로 박판 주조는 트윈롤 사이에 용탕을 공급하여 응고 및 압연을 거의 동시에 시키는 것이다.
이러한 주조/압연 형태로서 일반적인 Mg-Al계 마그네슘 합금의 박판 주조 판재의 단면을 관찰하면 전형적인 응고 조직은 롤과 접촉하는 판재 표면에서 등축정(equiaxed grain)이 형성되고, 주상조직(columnar grain)이 발달한 다음에 중앙에 편석 지역이 형성된다.
판재 중앙부에 존재하는 편석 지역은 베타상이 모여있는 취성이 높은 지역이다.
이러한 중앙 편석 지역은 크고 작을 뿐 스트립캐스팅 공정에서 피할 수 없는 것이다.
따라서 박판 주조재를 압연할 때, 열처리를 실시하는데 박판 주조 판재를 균질화와 재결정을 시키며 중앙 편석에 존재하는 2차상을 최소화하는데 있다.
이러한 열처리 후 급랭을 하지 않으면 조대한 석출상이 생기게 되어 압연성이 저하되며, 최종 판재 제품에서 다양한 어닐링을 통한 물성 변화를 얻을 수 없게 된다.
따라서 품질적인 측면, 공정시간 단축의 필요성으로 열처리된 마그네슘 판재 코일을 급랭해야 한다.
일반적인 금속 판재 코일의 냉각은 코일 상태에서 냉각팬을 회전시키거나, 수냉에 의해 냉각을 시키는 것으로 알려져 있다.
수냉은 급랭이 가능하나 뒤틀림의 문제가 있고, 에어 냉각팬의 경우 냉각 속도의 한계가 있다.
한편, 대한민국 등록특허공보 제10-1009039호(2011. 01. 11. 등록)에는 마그네슘 합금 판재를 압연하여 270℃ 내지 300℃의 온도를 갖는 마그네슘 합금 압연 판재를 형성하는 단계; 제1 롤 및 제2 롤에 상기 마그네슘 합금 압연 판재를 권취하여 제1 롤 및 제2 롤을 동일 방향으로 회전시켜 장력을 제공하면서 상기 마그네슘 합금 압연 판재에 냉각 가스를 제공하는 냉각기로 상기 마그네슘 합금 압연 판재의 온도를 부분적으로 90℃ 내지 120℃ 감온시키는 단계를 포함하는 '마그네슘 합금 압연 판재의 형상 정정 방법'이 개시되어 있다.
상기한 등록특허는 형상 정정을 위해 압연재를 냉각시키는 방법이나, 후술하는 본 발명은 주조재를 열처리 한 후 압연성 향상을 위해 급랭하는 방법이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 박판 주조된 마그네슘 합금 판재를 열처리 후 적절한 온도로 급랭하여 압연성이 우수한 마그네슘 판재의 생산성이 향상되도록 한 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치는, 유입된 공기 중의 수분을 제거하여 공기를 건조시키는 에어 드라이어와; 상기 에어 드라이어로부터 공급된 공기를 냉각 압축하는 에어 냉각압축기와; 상기 에어 냉각압축기로부터 받은 공기를 통과되는 고온의 마그네슘 합금 판재에 에어를 분사하여 급랭시키는 에어 분사기;를 포함하되, 상기 고온의 마그네슘 합금 판재는 열처리되어 상기 에어 분사기의 일측에 설치된 제1맨드렐에 감겨 언코일링 되고, 상기 에어 분사기를 통과해 급랭된 마그네슘 합금 판재는 상기 에어 분사기로부터 빠져 나와 상기 에어 분사기의 타측에 설치된 제2맨드렐에 코일링되는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 에어 분사기는 에어 나이프 타입을 포함하여 된다.
그리고 상기 에어 분사기는 통과되는 상기 마그네슘 합금 판재의 상면 및 하면으로 동시에 공기를 분사한다.
또한 상기 제1맨드렐로부터 언코일링되는 상기 고온의 마그네슘 합금 판재는 400℃ 내외로 열처리되어 있고, 상기 에어 분사기를 통과한 고온의 마그네슘 합금 판재는 200℃ 내외로 급랭된다.
그리고 상기 마그네슘 합금 판재는, 두께가 4∼7mm이고, 폭은 500∼2000mm로 이루어진다.
또한 상기 마그네슘 합금 판재는 상기 에어 분사기를 15mpm 이상의 속도로 이송 통과되고, 상기 제1맨드렐의 내부에는 냉각수가 순환되며, 상기 에어 분사기는 5℃ 내외의 공기를 분사한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마그네슘 합금 판재의 냉각 방법은, (a) 마그네슘 합금 판재를 고온으로 열처리하는 단계와; (b) 열처리되어 제1맨드렐에 감긴 상기 고온의 마그네슘 합금 판재를 언코일링하는 단계와; (c) 상기 언코일링되는 상기 마그네슘 합금 판재를 에어 분사기를 통과시키면서 공기를 분사하는 단계와; (d) 상기 에어 분사기를 통과한 마그네슘 합금 판재를 제2맨드렐에 코일링하는 단계;를 포함하되, 상기 단계 (a)에서 상기 고온의 마그네슘 합금 판재는 400℃ 내외로 열처리되고, 상기 단계 (c)에서 상기 에어 분사기를 통과한 상기 마그네슘 합금 판재는 200℃ 내외로 급랭된다.
상기 에어 분사기로부터 분사되는 공기는 5℃ 내외이다.
그리고 상기 마그네슘 합금 판재는, 두께가 4∼7mm이고, 폭은 500∼2000mm이다.
또한 상기 마그네슘 합금 판재가 상기 에어 분사기를 통과할 때, 상기 마그네슘 합금 판재의 상면 및 하면에서 공기를 분사한다.
그리고 상기 마그네슘 합금 판재는 15mpm 이상의 속도로 상기 에어 분사기를 통과하며 급랭된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열처리 후 마그네슘 합금 판재를 급랭시킴으로써, 조대한 석출을 방지하여 압연성이 우수한 판재로 제조할 수 있을 뿐 만 아니라, 냉각 시간을 대폭 감소시킴으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.
따라서 열처리 후, 급랭에 따른 주조재의 압연성을 향상시킬 수 있고, 생산성 향상에 따른 생산 원가 절감이 기대되고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치의 구성을 나타내 보인 구성도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 가열처리 후 로냉시 마그네슘 합금 판재의 조직 상태를 나타내 보인 사진이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치 및 방법이 적용된 마그네슘 합금 판재의 미세조직을 나타내 보인 사진이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 가열처리 후 로냉시 마그네슘 합금 판재의 조직 상태를 나타내 보인 사진이다.
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치 및 방법이 적용된 마그네슘 합금 판재의 미세조직을 나타내 보인 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치의 구성을 나타내 보인 구성도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치는, 유입된 공기 중의 수분을 제거하여 공기를 건조시키는 에어 드라이어(23)와, 이 에어 드라이어(23)로부터 공급된 공기를 냉각 압축하는 에어 냉각압축기(22)와, 이 에어 냉각압축기(22)로부터 받은 공기를 통과되는 고온의 마그네슘 합금 판재(13a)에 에어를 분사하여 급랭시키는 에어 분사기(21)를 포함하여 구성된다.
그리고 고온의 마그네슘 합금 판재(13a)는 열처리되어 에어 분사기(21)의 일측에 설치된 제1맨드렐(11)에 감겨 언코일링(uncoiling) 되고, 에어 분사기(21)를 통과해 급랭된 마그네슘 합금 판재(13b)는 에어 분사기(21)로부터 빠져 나와 에어 분사기(21)의 타측에 설치된 제2맨드렐(12)에 코일링된다.
또한 상기 에어 분사기(21)는 에어 나이프 타입을 포함하여 되고, 이 에어 분사기(21)는 통과되는 마그네슘 합금 판재(13a)의 상면 및 하면으로 동시에 공기를 분사한다.
그리고 상기 제1맨드렐(11)로부터 언코일링되는 고온의 마그네슘 합금 판재(13a)는 400℃ 내외로 열처리되어 있고, 건조 냉각된 공기를 상면 및 하면에서 분사하는 에어 분사기(21)를 통과한 고온의 마그네슘 합금 판재(13b)는 200℃ 내외로 급랭된다.
또한 냉각 효과를 거두기 위해서 두께가 4∼7mm이고, 폭은 500∼2000mm의 마그네슘 합금 판재(13a)가 적용되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 마그네슘 합금 판재(13a)는 원하는 냉각효과를 거두기 위해서 상기 에어 분사기(21)를 15mpm(meter per minute) 이상의 속도로 이송 통과되는 것이 바람직하며, 상기 고온의 마그네슘 합금 판재(13a)가 감긴 제1맨드렐(11)의 내부에는 냉각수가 순환된다.
또한 상기 에어 분사기(21)는 5℃ 내외의 공기를 공급받아 분사한다.
상기와 같은 구성을 갖는 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치를 적용하여 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 냉각 방법을 설명한다.
도 1을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 냉각 방법은, 우선, 박판 주조된 마그네슘 합금 판재(13a)를 고온으로 열처리한다.(단계 110)
이어서, 열처리되어 제1맨드렐(11)에 감긴 고온의 마그네슘 합금 판재(13a)를 언코일링한다.(단계 120)
그리고 제1맨드렐(11)로부터 언코일링되는 마그네슘 합금 판재(13a)를 에어 분사기(21)를 통과시키면서 공기를 분사한다.(단계 130)
또한 상기 에어 분사기(21)를 통과한 마그네슘 합금 판재(13b)를 제2맨드렐(12)에 코일링한다.(단계 140)
한편, 상기 단계 110에서 고온의 마그네슘 합금 판재(13a)는 400℃ 내외로 열처리되고, 상기 단계 130에서 에어 분사기(21)를 통과한 마그네슘 합금 판재(13b)는 200℃ 내외로 급랭된다.
그리고 상기 에어 분사기(21)로부터 분사되는 공기는 5℃ 내외이며, 전술한 도 1의 냉각 장치를 적용하여 적절한 급랭 효과를 거두기 위한 마그네슘 합금 판재(13a)는 두께가 4∼7mm이고, 폭은 500∼2000mm인 것이 적용된다.
또한 상기 마그네슘 합금 판재(13a)가 에어 분사기(21)를 통과할 때, 마그네슘 합금 판재(13a)의 상면 및 하면에서 공기를 분사한다.
그리고 상기 냉각 효과를 거두기 위해 마그네슘 합금 판재(13a)는 15mpm 이상의 속도로 에어 분사기(21)를 통과하며 급랭된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 냉각방법의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
우선, 박판 주조가 가능하고 열처리에 민감한 예컨대, 고강도 AZ61(Al 6wt%, Zn 1wt%) 합금을 선택하여 박판 주조를 하고, 열처리를 완료하면 판재(13b)의 온도는 400℃ 내외가 된다.
이러한 판재(13a)를 서냉시킬 경우 특히 350∼250℃에서 조대한 석출상 생성이 빠르게 되므로, 400℃ --> 200℃로 급랭이 필요하다.
본 발명에서는 이를 위해 도 1의 냉각 장치를 이용하여 마그네슘 합금 판재(13a)를 급랭시킬 수 있다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 급랭 전 고온(약 400℃)의 마그네슘 합금 판재(13a)를 한쪽의 제1맨드렐(11)에 고정시키는데, 이때 고온에 의한 제1맨드렐(11)의 작동에 문제가 발생할 수 있으므로, 반드시 제1맨드렐(11)의 내부에 냉각수를 순환시켜야 한다.
이렇게 상기 제1맨드렐(11)에 급랭 전 마그네슘 합금 판재(13a)를 고정한 후 서서히 언코일링 하면서, 에어 분사기(21), 에어 냉각압축기(22) 및 에어 드라이어(23)를 포함하는 냉각장치를 이용하여 에어 분사기(21)에서 마그네슘 합금 판재(13a)에 공기를 분사시켜 마그네슘 합금 판재(13a)를 급랭시킨다.
특히, 도 1에 도시된 바와 같이, 마그네슘 합금 판재(13a)를 급랭시키면서 다른 한쪽의 제2맨드렐(12)에 급랭된 마그네슘 합금 판재(13b)를 고정시킨다.
이때, 상기 마그네슘 합금 판재(13a) 급랭 시, 마그네슘 합금 판재(13a)는 적절한 장력을 유지하고, 15mpm 이상의 속도로 제1맨드렐(11)의 마그네슘 합금 판재(13a)를 제2맨드렐(12)로 이동시키면서 상기한 냉각장치를 이용하여 급랭을 실시한다.
그러면, 상기 제2맨드렐(12)로 코일링이 종료되었을 때 급랭 후 마그네슘 합금 판재(13b)의 온도는 200℃ 내외가 된다.
특히, 본 발명에 적용된 냉각장치의 에어 분사기(21)는 에어 나이프 타입을 적용하며, 냉각장치의 에어 드라이어(23) 및 에어 냉각압축기(22)를 거치면서 건조된 약 5℃ 내외 수준의 공기를 강한 압력으로 분사하여 마그네슘 합금 판재(13a)를 급랭시킨다.
예컨대, 상온(약 5℃ 내외)의 공기를 에어 분사기(21)에서 8세트(sets)의 에어 나이프를 통해 0.29MPa 압력으로 분사할 경우, 70℃ 수준의 냉각이 가능하기 때문에 건조시킨 공기를 냉각시켜서 분사해야 한다.
도 2의 (a) 및 (b)에 보이는 바와 같이, 가열 처리 후 로냉시(24시간) 중앙편석 근처에서 라멜라(lamellar) 상들이 나타나며, 중앙 지역이 아닌 곳에서도 석출이 발생함을 알 수 있다.
그리고 도 3의 (a) 및 (b)에 보이는 바와 같이, 본 발명을 적용하여, 가열 처리 후 급랭이 중앙편석의 2차상들이 많이 사라지고, 재결정도 일어나 압연 공정에 유리함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
11 : 제1맨드렐
12 : 제2맨드렐
13a : 급랭 전 마그네슘 합금 판재
13b : 급랭 후 마그네슘 합금 판재
21 : 에어 분사기
22 : 에어 냉각압축기
23 : 에어 드라이어
12 : 제2맨드렐
13a : 급랭 전 마그네슘 합금 판재
13b : 급랭 후 마그네슘 합금 판재
21 : 에어 분사기
22 : 에어 냉각압축기
23 : 에어 드라이어
Claims (13)
- 유입된 공기 중의 수분을 제거하여 공기를 건조시키는 에어 드라이어와;
상기 에어 드라이어로부터 공급된 공기를 냉각 압축하는 에어 냉각압축기와;
상기 에어 냉각압축기로부터 받은 공기를 통과되는 고온의 마그네슘 합금 판재에 에어를 분사하여 급랭시키는 에어 분사기;를 포함하되,
상기 고온의 마그네슘 합금 판재는 열처리되어 상기 에어 분사기의 일측에 설치된 제1맨드렐에 감겨 언코일링 되고,
상기 에어 분사기를 통과해 급랭된 마그네슘 합금 판재는 상기 에어 분사기로부터 빠져 나와 상기 에어 분사기의 타측에 설치된 제2맨드렐에 코일링되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치. - 제1항에 있어서,
상기 에어 분사기는 에어 나이프 타입을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치. - 제2항에 있어서,
상기 에어 분사기는 통과되는 상기 마그네슘 합금 판재의 상면 및 하면으로 동시에 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1맨드렐로부터 언코일링되는 상기 고온의 마그네슘 합금 판재는 400℃ 내외로 열처리되어 있고, 상기 에어 분사기를 통과한 고온의 마그네슘 합금 판재는 200℃ 내외로 급랭되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치. - 제1항에 있어서,
상기 마그네슘 합금 판재는, 두께가 4∼7mm이고, 폭은 500∼2000mm로 이루어진 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치. - 제1항에 있어서,
상기 마그네슘 합금 판재는 상기 에어 분사기를 15mpm 이상의 속도로 이송 통과되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1맨드렐의 내부에는 냉각수가 순환되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치. - 제1항에 있어서,
상기 에어 분사기는 5℃ 내외의 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 장치. - (a) 마그네슘 합금 판재를 고온으로 열처리하는 단계와;
(b) 열처리되어 제1맨드렐에 감긴 상기 고온의 마그네슘 합금 판재를 언코일링하는 단계와;
(b) 상기 언코일링되는 상기 마그네슘 합금 판재를 에어 분사기를 통과시키면서 공기를 분사하는 단계와;
(c) 상기 에어 분사기를 통과한 마그네슘 합금 판재를 제2맨드렐에 코일링하는 단계;를 포함하되,
상기 단계 (a)에서 상기 고온의 마그네슘 합금 판재는 400℃ 내외로 열처리되고,
상기 단계 (c)에서 상기 에어 분사기를 통과한 상기 마그네슘 합금 판재는 200℃ 내외로 급랭되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 방법. - 제9항에 있어서,
상기 에어 분사기로부터 분사되는 공기는 5℃ 내외인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 방법. - 제9항에 있어서,
상기 마그네슘 합금 판재는, 두께가 4∼7mm이고, 폭은 500∼2000mm인 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 방법. - 제9항에 있어서,
상기 마그네슘 합금 판재가 상기 에어 분사기를 통과할 때, 상기 마그네슘 합금 판재의 상면 및 하면에서 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 방법. - 제9항에 있어서,
상기 마그네슘 합금 판재는 15mpm 이상의 속도로 상기 에어 분사기를 통과하며 급랭되는 는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 판재의 냉각 방법.
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