KR20150099025A

KR20150099025A - 마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20150099025A
Application number: KR1020140020487A
Authority: KR
Inventors: 신광선; 박상준
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-08-31
Also published as: WO2015126054A1

Abstract

본 발명은 Mg-Al 합금계를 기본으로 망간(Mn), 주석(Sn), 칼슘(Ca) 또는 미시메탈(Mm) 등의 합금원소를 첨가함으로써 마그네슘 합금의 응고 구간을 조절하고 이를 통한 스트립 캐스팅 공정에서 발생하는 편석 분율을 제어하여 기존의 마그네슘 합금 판재에 비해 우수한 기계적 특성을 지닌 스트립 캐스팅된 마그네슘 합금 판재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 스트립 캐스팅용 마그네슘합금은 3.0초과~10.0중량%의 Al, 0.1~3.0중량%의 Mn을 첨가하고 이에 0.1~5.0중량%의 Ca, 또는 0.1~5.0중량%의 희토류금속을 함유하며 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 Mg-Al-Mn-X(X= Ca or RE) 합금계와 3.0~10.0중량%의 Al, 0.1~6.0중량%의 Sn, 0.1~0.3중량%의 Mn를 첨가하고 이에 0.1~5.0중량%의 Ca, 또는 0.1~5.0중량%의 희토류금속을 함유하며 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 Mg-Al-Sn-X(X=Ca 또는 RE) 합금계로써, 판재의 편석 분율이 2.5% 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

마그네슘 합금 판재 및 이의 제조방법 {MAGNESIUM ALLOY SHEET AND METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 스트립 캐스팅 공정에서 발생하는 편석을 최소화한 마그네슘 합금을 캐스팅하여 얻은 마그네슘 합금 판재와 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스트립 캐스팅에 적합하도록 응고 구간이 제어되어 판재의 편석분율을 최소화할 수 있고, 상용 마그네슘 합금인 AZ61과 대비하여, 그 기계적 특성이 저하되지 않거나 향상될 수 있어 우수한 기계적 특성을 구현할 수 있는 마그네슘 합금 판재와 이의 제조방법에 관한 것이다.

마그네슘 합금은 구조용 재료 중에서 최소의 밀도를 갖고 있는 동시에 우수한 비강도와 비탄성계수를 갖고 있으며, 진동, 충격, 전자파 등에 대한 흡수성이 탁월하여 경량화 소재가 요구되는 분야에 매우 적합한 소재로 평가받고 있다.

현재 마그네슘 합금을 이용하여 부품을 제조하는 공정으로는 중력주조, 다이캐스팅, 압출, 압연 등이 있으며, 이중 다이캐스팅 공정을 통한 부품의 제조가 90%이상을 차지하고 있다. 하지만 우수한 기계적 특성과 기존의 방법에 비해 보다 효율적인 제조가 가능한 스트립 캐스팅 공정이 주목받고 있다.

스트립 캐스팅 공정은 회전하는 양 롤 사이에 용탕을 직접 공급하여 박판을 제조하는 공정으로써 마그네슘 합금 판재를 저렴하게 제조할 수 있는 장점을 지니고 있으나, 합금의 조성 및 제조 조건에 따라 응고 과정 중 용질 원자의 분배 및 롤 압하력에 의해 판재 내부에 역편석 및 중심편석이 발생하며, 이러한 편석은 판재의 표면 상태 및 기계적 특성에 악영향을 미쳐 판재의 품질을 저하시키는 원인이 된다.

최근 상업적으로 사용되고 있는 스트립 캐스팅용 마그네슘 합금은 알루미늄과 아연이 들어간 Mg-Al-Zn합금계가 주로 사용되고 있으나 저융점 합금원소인 Zn의 영향으로 응고 구간이 넓어 주조 시 중심편석 및 역편석이 다량 생성하여 판재의 활용에 한계가 있다.

한편, 하기 특허문헌에는 Al: 1~3중량%와 Sn 0.5~3중량%를 포함하고 스트립 캐스팅 공정을 통해 얻어진 판재로서 중심편석과 역편석을 최소화한 마그네슘 합금 판재가 개시되어 있는데, Al과 Sn의 최대 함량으로 첨가된 AT33합금의 인장강도는 273~283MPa에 불과하여, 이에 비해 고강도가 요구되는 수요에는 대응하기 어려운 점이 있다.

한국공개특허공보 제2013-0043355호

본 발명은 상기 상용의 Mg-Al-Zn 마그네슘 합금의 스트립 캐스팅 시 발생하는 중심편석 및 역편석의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 합금의 응고구간을 최소화할 수 있는 합금원소의 선정과 그 합금원소의 함량을 제어함으로써, 스트립 캐스팅 시 발생하는 편석을 크게 억제할 수 있을 뿐 아니라, 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있는 마그네슘 합금 판재를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 다른 과제는 상기 마그네슘 합금 판재의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1측면은, Al:3.0초과~10.0중량%를 함유하고, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 마그네슘 합금을 스트립 캐스팅을 포함하는 공정으로 제조한 것으로, 판재 편석 분율이 2.5%이하인 마그네슘 합금 판재를 제공하는 것이다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2측면은, Al:3.0초과~10.0중량%와 Sn:0.1~6.0중량%를 함유하고, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 마그네슘 합금을 스트립 캐스팅을 포함하는 공정으로 제조한 것으로, 판재의 편석 분율이 2.5%이하인 마그네슘 합금 판재를 제공하는 것이다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제3측면은, Al:3.0초과~10.0중량%와 Mn:0.1~3.0중량%를 함유하고, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 마그네슘 합금을 스트립 캐스팅을 포함하는 공정으로 제조한 것으로, 판재의 편석 분율이 2.5%이하인 마그네슘 합금 판재를 제공하는 것이다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제4측면은, Al:3.0초과~10.0중량%, Sn:0.1~6.0중량% 및 Ca:0.1~5.0중량% 또는 미쉬메탈:0.1~5.0중량% 중 어느 하나를 함유하고, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 마그네슘 합금을 스트립 캐스팅을 포함하는 공정으로 제조한 것으로, 판재의 편석 분율이 2.5%이하인 마그네슘 합금 판재를 제공하는 것이다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제5측면은, Al:3.0초과~10.0중량%, Mn:0.1~3.0중량%, Ca:0.1~5.0중량%, 및 Ca:0.1~5.0중량% 또는 미쉬메탈:0.1~5.0중량% 중 어느 하나를 함유하며, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 마그네슘 합금을 스트립 캐스팅을 포함하는 공정으로 제조한 것으로, 판재의 편석 분율이 2.5%이하인 마그네슘 합금 판재를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1측면 내지 제5측면에 있어서, 상기 편석분율은 2.0% 이하일 수 있다.

본 발명의 제4측면 또는 제5측면에 있어서, 상기 미쉬메탈은 원자번호 57(La, 란탄) 내지 71(Lu, 루테튬)에 속하는 원소의 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.

본 발명의 제4측면 또는 제5측면에 있어서, 상기 미쉬메탈은 세륨리치 미시메탈일 수 있다.

본 발명의 제3측면 또는 제5측면에 있어서, 상기 Mn의 함량은 0.1~0.3중량%일 수 있다.

본 발명의 제1측면 내지 제5측면에 있어서, 상기 Al의 함량은 5.0~7.0중량%일 수 있다.

상기 다른 과제를 해결하기 위해 본 발명은, (a) 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 마그네슘 합금의 용탕을 650~750℃로 유지하고 스트립 캐스팅 공정을 통해 판재를 주조하는 단계; (b) 주조된 판재를 200~500℃에서 0.5~48시간 동안 균질화 열처리를 실시하는 단계; 및 (c) 균질화 열처리된 판재를 200~500℃로 예열하고, 롤을 25~250℃로 가열한 후 1패스당 50% 이하의 압하율로 열간 압연을 실시하여 최종 압하량이 90% 이하가 되도록 냉간 압연 또는 열간 압연을 실시하는 단계;를 포함하는 마그네슘 합금 판재의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 마그네슘 합금은 스트립 캐스팅을 수행하였을 때, 기존의 상용 마그네슘 합금인 AZ61 합금에 비해 편석이 생기는 것을 효과적으로 제어할 수 있고, 동일한 조건의 압연 및 열처리 조건에서 보다 우수한 기계적 특성을 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 제조방법은 마그네슘 합금의 기계적 특성을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1a~도 1b는 Mg-xAl-yZn-0.3Mn 합금계와 Mg-xAl-ySn-0.3Mn 합금계의 조성에 따른 응고 구간을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스트립 캐스트 판재를 제조하기 위한 스트립 캐스팅 장치의 모식도이다.
도 3a~도 3n은 본 발명의 실시예에 따른 스트립 캐스트 마그네슘 합금의 주조방향에 대한 미세조직사진이다.

본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함하는 의미이다. 그리고 '포함한다'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및 /또는 성분을 구체화하며 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만 여기에 사용되는 기술용어 및 과학 용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미이다. 또한, 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술 문헌과 현재 개시된 내용에 부합되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술 문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 갖는 것으로 추가 해석되고 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 마그네슘 합금 판재의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 마그네슘 합금 판재에 대한 실시예들을 상세하게 설명하겠지만 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경할 수 있음은 자명하다.

본 발명에 있어서, "판재 편석 분율"이란 스트립 캐스팅 시 판재의 단면적 중에서 중심 편석이 형성된 면적의 비율, 즉 중심편석이 있는 단면적을 판재의 전체 단면적으로 나눈 값이다.

본 발명자들은 스트립 캐스팅에 주로 사용되고 있는 Mg-Al-Zn계 합금의 경우, 저융점 합금원소인 Zn의 영향으로 응고 구간이 넓어 주조 시 중심편석 및 역편석이 다량 생성하여 판재의 활용에 한계가 있음에 주목하고, 중심편석 및 역편석을 최소화하면서 기계적 특성이 우수한 마그네슘 합금에 대해 연구한 결과, Mg-Al 합금계를 기본으로 망간(Mn), 주석(Sn), 칼슘(Ca) 또는 미시메탈(Mm) 등의 합금원소를 응고 구간을 고려하여 첨가할 경우, 스트립 캐스팅 공정에서 발생하는 편석을 최소화함과 동시에 우수한 기계적 특성을 지닌 판재를 얻을 수 있음을 밝혀내고 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명에 따른 상기 제1 내지 제5 측면에 따른 마그네슘 합금 판재에 있어서, 각 성분의 첨가 이유는 다음과 같다.

Al은 고용강화 효과를 나타는 원소로써, 3.0중량% 미만일 경우 강도 증가 현상을 기대하기 힘들고, 10.0중량%를 초과할 경우 Mg₁₇Al₁₂상 석출로 인해 편석 형성을 촉진하므로, 3.0~10.0중량%으로 함유되는 것이 바람직하며, 5.0~7.0중량%가 보다 바람직하다.

Sn은 상대적으로 Zn등 다른 원소와 비교해 볼 때, 용질분배계수가 상대적으로 높아 편석 발생을 제어하는 원소로써, 0.1중량% 미만일 경우 상기의 효과를 얻을 수 없으며, Al이 포함된 마그네슘 합금에서 Sn의 고용한이 대략 6.0중량%이기 때문에 고용한을 초과하여 Sn을 첨가할 경우 다량의 중심 편석이 발생할 가능성이 높아 최대 Sn의 첨가량을 6.0중량%이하로 제한되는 것이 바람직하므로, 0.1~6.0중량%으로 함유되는 것이 바람직하다.

Mn은 마그네슘합금의 내식성에 악영향을 미치는 철(Fe)과 반응하여 FeMn화합물을 형성하고 이 화합물은 슬러지로 걸러져 마그네슘합금의 Fe 함량을 낮추기 때문에 마그네슘합금의 내식성을 개선하는 역할을 하는 원소로써, 0.1중량% 미만일 경우 상기의 효과를 얻을 수 없으며, 3.0중량%를 초과할 경우 Al-Mn화합물의 고온에서 정출하기때문에 0.1~3.0중량%으로 함유되는 것이 보다 바람직하다.

Ca은 판재의 집합조직 및 미세조직을 제어하는 원소로써, 상온 인장강도와 성형성을 향상시키는 역할을 하며, 0.1중량% 미만일 경우 상기의 효과는 거의 얻을 수 없으며, 5.0중량%를 초과할 경우 Al₂Ca상 등을 형성하여 주조 또는 압연 시 Hot Cracking를 발생하기 때문에, 0.1~5.0중량%으로 함유되는 것이 바람직하다.

미쉬메탈(Mm)은 판재의 상온 성형성을 향상시키는 원소로써, 0.1중량% 미만일 경우 상기의 효과를 거의 얻을 수 없으며, 5.0중량%를 초과할 경우 고온 정출상으로 인해 주조 온도를 증가시키므로, 0.1~5.0중량%으로 함유되는 것이 바람직하다. 상기 미쉬메탈은 일반적으로 원자번호 57(La, 란탄) 내지 71(Lu, 루테튬)에 속하는 원소의 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으며, 세륨리치 미시메탈(Mm)은 대략 50 중량%의 Ce(세륨), 25 중량%의 La(란탄), 20 중량%의 Nd(네오디뮴), 5 중량%의 Pr(프라세오디뮴)으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재는, (a) 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 마그네슘 합금의 용탕을 650~750℃로 유지하고 스트립 캐스팅 공정을 통해 판재를 주조하는 단계와, (b) 주조된 판재를 200~500℃에서 0.5~48시간 동안 균질화 열처리를 실시하는 단계 및 (c) 균질화 열처리된 판재를 200~500℃로 예열하고, 롤을 25~250℃로 가열한 후 1패스당 50% 이하의 압하율로 열간 압연을 실시하여 최종 압하량이 90% 이하가 되도록 냉간 압연 또는 열간 압연을 실시하는 단계를 통해 제조될 수 있다.

상기 용탕의 온도는 650℃ 미만일 경우 주조 시 압하력이 상당히 증가하여 역편석 발생을 증가시키며, 750℃를 초과할 경우 스트립 캐스팅을 할 때 응고가 지연되어 정상적인 판재를 제조할 수 없기 때문에, 650~750℃로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 스트립 캐스팅 공정에서 회전하는 롤 속도를 1~10m/min으로 유지하여 용탕이 롤 사이에 빠져나올 때 용탕의 냉각 속도가 10²~10³K/s가 되도록 한다.

상기 스트립 캐스팅 공정으로 제조된 합금 판재의 중심편석 분율은 2.5%미만을 나타내며, 2.5%를 초과할 경우 균질화 열처리 공정에서 편석부가 재고용되는 과정에서 부피변화 및 리멜팅 현상으로 인해 표면 품질에 악영향을 미치기 때문에, 합금 판재의 중심편석 분율은 2.5%미만으로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 공정으로 제조된 합금 판재는 균질화 처리를 수행하는 것이 바람직하며, 이때 균질화 열처리 온도는 300℃ 미만일 경우 열처리에 걸리는 시간이 상당히 길며 500℃를 초과할 경우 부분적으로 용해가 발생하기 때문에 균질화 열처리 온도는 300~500℃가 바람직하고, 균질화 열처리 시간은 30분 미만일 경우 균질화 효과를 달성할 수 없으며, 48시간을 초과할 경우 결정립이 조대화되기 때문에 30분~48시간이 바람직하다.

상기 균질화 열처리가 수행된 판재는 박판 제조와 기계적 특성의 향상을 위해 압연을 실시할 수 있으며, 이때 압연 롤의 가열온도는 25℃ 미만일 경우 핫 크래킹(Hot Cracking) 발생이 현저히 증가하고, 250℃를 초과할 경우 압연 시 판재가 롤에 달아붙는 현상이 발생되기 때문에, 롤의 가열온도는 25~250℃가 바람직하다. 또한, 판재의 가열온도는 200℃ 미만일 경우 판재에 에지 크랙 발생이 현저히 증가하고, 500℃ 초과할 경우 부분적으로 판재에서 리멜팅이 발생되기 때문에 판재의 가열온도는 200~500℃인 것이 바람직하다.

1패스당 압하율을 50% 이하가 바람직하고, 최종 압하량 90% 이하로, 냉간 압연 또는 열간 압연을 수행할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들을 기초로 본 발명을 상세하게 설명한다.

마그네슘 합금의 조성

본 발명자들은 열역학 전산모사 프로그램인 Pandat 프로그램을 이용하여, 조성별로 합금의 액상선 온도 및 고상선 온도를 예측하는 [식 1] 및 [식 2]를 도출하였으며, 이를 토대로 각 합금별 응고 구간의 크기를 예측하였다.

[식 1]

액상선 온도(℃) = 650.00 - 5.16Al - 1.33Sn - 3.04Zn + 0.39Mn - 0.12SnAl - 0.06ZnSn - 0.10ZnAl - 0.03MnSn - 0.07MnAl - 0.03MnZn (여기서 Al, Sn, Zn 및 Mn은 이들 원소의 중량%임)

[식 2]

고상선 온도(℃) = 650.00 - 18.51Al - 5.44Sn - 37.89Zn + 0.35Mn - 0.54SnAl - 1.61ZnSn + 1.65ZnAl - 0.2Zn²Al - 0.26MnSn + 1.33MnSn + 1.33MnAl + 1.23MnZn (여기서, Al, Sn, Zn 및 Mn은 이들 원소의 중량%임)

또한, 상기 식 1 및 식 2로부터 도출된 결과와 실제 합금 간의 상관관계를 확인하기 위하여, 실제 합금을 제조하여 액상선 온도 및 고상선 온도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

합금계 (중량%)	액상선 온도(℃)		고상선 온도(℃)		응고 구간(℃)
합금계 (중량%)	계산식	Pandat	계산식	Pandat	계산식	Pandat
Mg-6Al	619.0	619.0	538.9	538.0	80.1	81.0
Mg-6Al-0.3Mn	619.0	619.3	541.4	542.0	77.6	77.3
Mg-6Al-1Zn-0.3Mn	615.4	616.0	512.1	507.7	103.3	108.3
Mg-6Al-1Sn-0.3Mn	617.0	617.5	532.7	535.2	84.3	82.3
Mg-6Al-3Sn-0.3Mn	612.8	613.8	515.1	520.5	97.7	93.3
Mg-6Al-3Sn-2Zn-0.3Mn	605.2	606.5	443.5	446.5	161.7	160.0
Mg-1Al-2Sn-1Zn-0.5Mn	638.8	633.1	580.9	587.6	57.9	45.5
Mg-3Al-4Sn-3Zn-0.5Mn	617.0	618.5	444.0	452.6	173.0	165.9
Mg-5Al-5Sn-2Zn-0.3Mn	606.8	608.3	438.2	447.5	168.6	160.8

상기 표 1에서 확인된 바와 같이, 상기 식 1 및 식 2에서 예측된 응고 구간의 크기는 실제 측정된 합금의 응고 구간과 매우 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있다.

도 1a ~ 도 1b는, 상기 식 1 및 식 2로부터 도출한 액상선 및 고상선으로부터 Mg-xAl-yZn-0.3Mn 합금계와 Mg-xAl-ySn-0.3Mn 합금계의 조성에 따른 응고 구간을 나타낸 그래프이다.

도 1에 보이는 바와 같이, Zn 대신 Sn를 첨가하면 응고 구간의 크기가 감소하는 것을 볼 수 있으며, 이는 스트립 캐스팅 시 중심편석 내지 역편석의 감소로 이어질 수 있다.

순번	명칭	조성 (중량%)							비고
순번	명칭	Al	Sn	Mn	Ca	RE	Zn	Mg	비고
No.1	A6	6.0	-	0.3	-	-	-	Bal.	실시예
No.2	AZ60	6.0	-	0.3	-	-	0.3	Bal.	비교예
No.3	AZ61	6.0	-	0.3	-	-	1	Bal.	비교예
No.4	AM61	6.0	-	1.0	-	-	-	Bal.	실시예
No.5	AMX610	6.0	-	1.0	0.3	-	-	Bal.	실시예
No.6	AMX611	6.0	-	1.0	1.0	-	-	Bal.	실시예
No.7	AME610	6.0	-	1.0	-	0.3	-	Bal.	실시예
No.8	AME611	6.0	-	1.0	-	1.0	-	Bal.	실시예
No.9	AT63	6.0	3.0	0.3	-	-	-	Bal.	실시예
No.10	ATX630	6.0	3.0	0.3	0.3	-	-	Bal.	실시예
No.11	ATX631	6.0	3.0	0.3	1.0	-	-	Bal.	실시예
No.12	ATE630	6.0	3.0	0.3	-	0.3	-	Bal.	실시예
No.13	ATE631	6.0	3.0	0.3	-	1.0	-	Bal.	실시예
No.14	AT67	6.0	7.0	0.3	-	-	-	Bal.	비교예

상기 표 2의 합금 조성은, 상기한 응고 구간의 크기와, 첨가되었을 때 마그네슘 합금의 기계적 특성에 미치는 영향을 고려하여 선정된 것이며, 상기 표 2에서 No.2, No.3 및 No.14 합금은 본 발명의 실시예에 따른 합금과의 비교를 위한 것이다.

마그네슘 합금 판재의 제조

마그네슘 합금 판재는 도 2에 개략적으로 도시된 스트립 캐스팅 장치를 이용하여 제조하였다. 구체적으로 상기 스트립 캐스팅 장치는 Cu-Be 합금으로 이루어진 쌍롤(10)과, 용탕을 수용하는 도가니(20)와, 상기 도가니(20)로부터 용탕을 상기 쌍롤(10)로 주입하는 노즐(30)과, 상기 도가니(20) 내에 배치되어 용탕을 노즐로 보내도록 하는 펜들럼(40)과 상기 도가니를 수용하고 일정 이상의 온도로 유지하게 하는 핫 챔버(50)를 포함한다. 이때 상기 롤의 직경은 140mm 이다.

상기 표 1과 같이 준비된 합금을 용탕온도 700~720℃, 롤속도 3~4mpm, 롤갭 2mm 조건을 적용하여 마그네슘 합금 판재를 제조하였다.

미세조직 분석

이와 같이 제조된 마그네슘 합금 판재에 나타난 편석을 관찰하기 위하여, 스트립 캐스팅 공정으로 제조한 판재에서 횡단 방향으로 시편을 채취하였으며, 각 시편은 4000번까지의 사포를 사용하여 기계적 연마를 행한 후 0.05mm 알루미나 분말을 사용하여 최종 미세 연마를 실시하였다. 이와 같이 연마된 시편을 0.5% 나이탈(Nital) 용액으로 에칭한 후 광학현미경을 이용하여 미세조직을 관찰하였다.

도 3a는 실시예 No.1 스트립 캐스트 판재의 주조방향에서 관찰한 미세조직 사진이다. 도 3에서 확인되는 바와 같이, Zn이 첨가된 AZ60와 AZ61합금의 최종 응고 부분인 판재의 중심부에서 편석이 생성된 것을 볼 수 있으며, 판재 중심편석 분율이 각각 3.30% 및 2.66%인 것을 확인하였다. 이는 일반적으로 분배계수가 1보다 작은 Al과 Zn의 용질 원자들이 판재의 표면으로부터 재분배하기 때문이다. 저융점합금 원소인 Zn가 첨가된 합금계는 적은 양을 첨가하여도 고상선 온도가 낮아져 상대적으로 많은 양의 중심 편석을 생성하며 스트립 캐스팅 공정에는 적합하지 않은 합금계임을 알 수 있다.

하기 표 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 마그네슘 합금으로 스트립 캐스팅된 판재의 중심편석 분율을 나타내었으며, 이미지 분석 프로그램인 ImageJ를 이용하여 중심편석의 분율을 계산하였으며 중심편석의 면적과 판재의 전체면적을 고려하였다.

합금 번호	조성	주조방향 중심편석 분율(%)	비고
1	A6	2.29	실시예
2	AZ60	3.30	비교예
3	AZ61	2.66	비교예
4	AM61	1.24	실시예
5	AMX610	1.96	실시예
6	AMX611	2.12	실시예
7	AME610	1.79	실시예
8	AME611	1.17	실시예
9	AT63	1.55	실시예
10	ATX630	1.90	실시예
11	ATX631	2.34	실시예
12	ATE630	2.36	실시예
13	ATE631	1.21	실시예
14	AT67	6.20	비교예

표 3에서 확인되는 바와 같이, AT67 합금을 제외한 다른 실시 예에서는 중심 편석 분율이 Mg-6Al-xZn 합금보다 적게 생성하는 것을 볼 수 있었다. AT67 합금의 중심편석 분율은 6.20%으로 Mg-6Al-xZn 합금보다 많이 생성되었으며, Al 합금원소가 6.0중량이 포함된 마그네슘 합금의 Sn 고용한이 대략 6.0중량이기 때문에 Sn 합금원소가 7.0중량이 포함된 AT67 합금의 경우 상대적으로 많은 양의 중심편석이 생성되는 것을 볼 수 있다.

주조재 균질화 열처리 및 압연재 제조

스트립 캐스팅된 마그네슘 판재의 내외부에는 편석 및 결함이 혼재되어 있으므로 압연시 균열이 발생하기 쉬우며, 이를 제거하기 위해 균질화 열처리를 실시해야한다. 균질화 열처리는 400℃에서 12시간 실시하였으며, 균질화 열처리된 판재를 350℃에 예열한 후 200℃로 가열된 압연 롤에서 1패스당 압하율 15% 조건에서 열간압연을 실시하였다.

상온 인장 특성 평가

이상과 같이 스트립 캐스트, 균질화 열처리 및 열간 압연을 실시한 마그네슘판재의 기계적 특성을 평가하기 위해 상온에서 2×10^-4/s의 공칭변형률속도로 인장시험을 실시하였으며, 그 결과는 하기 표 4와 같다.

합금 번호	합금 조성	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	연신율 (%)
1	A6	178.7	296.1	20.0
3	AZ61	189.7	301.5	17.1
4	AM61	186.3	294.9	19.6
5	AMX610	193.7	302.8	20.1
6	AMX611	203.4	295.7	12.9
7	AME610	185.0	293.7	22.1
8	AME611	188.9	286.1	9.7
9	AT63	180.7	305.8	21.7
10	ATX630	190.0	318.2	20.8
11	ATX631	197.8	309.9	13.1
12	ATE630	180.3	301.3	16.1
13	ATE631	187.3	303.4	18.3

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 상용합금인 AZ61합금의 인장강도가 301.5MPa인데, 본 발명의 실시예에 따른 합금들은 AZ61합금에 비해 앞에서 살펴본 바와 같이 중심편석이 낮으면서도 285MPa 이상의 인장강도의 구현이 가능하며, 특히 AMX610 및 ATX630합금의 경우, 그 인장강도가 각각 302.5MPa, 318.2MPa으로 AZ61합금보다 더 우수하게 구현됨을 알 수 있었다.

Claims

Al:3.0초과~10.0중량%를 함유하고, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 마그네슘 합금을 스트립 캐스팅을 포함하는 공정으로 제조한 것으로, 판재 편석 분율이 2.5%이하인 마그네슘 합금 판재.
Al:3.0초과~10.0중량%와 Sn:0.1~6.0중량%를 함유하고, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 마그네슘 합금을 스트립 캐스팅을 포함하는 공정으로 제조한 것으로, 판재 편석 분율이 2.5%이하인 마그네슘 합금 판재.
Al:3.0초과~10.0중량%와 Mn:0.1~3.0중량%를 함유하고, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 마그네슘 합금을 스트립 캐스팅을 포함하는 공정으로 제조한 것으로, 판재 편석 분율이 2.5%이하인 마그네슘 합금 판재.
Al:3.0초과~10.0중량%, Sn:0.1~6.0중량%, 및 Ca:0.1~5.0중량% 또는 미쉬메탈:0.1~5.0중량% 중 어느 하나를 함유하고, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 마그네슘 합금을 스트립 캐스팅을 포함하는 공정으로 제조한 것으로, 판재 편석 분율이 2.5%이하인 마그네슘 합금 판재.
Al:3.0초과~10.0중량%, Mn:0.1~3.0중량%, 및 Ca:0.1~5.0중량% 또는 미쉬메탈:0.1~5.0중량% 중 어느 하나를 함유하며, 나머지는 마그네슘과 불가피한 불순물로 이루어진 마그네슘 합금을 스트립 캐스팅을 포함하는 공정으로 제조한 것으로, 판재 편석 분율이 2.5%이하인 마그네슘 합금 판재.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편석분율은 2.0% 이하인 마그네슘 합금 판재.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 미쉬메탈은 원자번호 57(La, 란탄) 내지 71(Lu, 루테튬)에 속하는 원소의 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함하는 마그네슘 합금 판재.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 미쉬메탈은 세륨리치 미시메탈인 마그네슘 합금 판재.
제3항 또는 제5항에 있어서,
상기 Mn의 함량은 0.1~0.3중량%인 마그네슘 합금 판재.
(a) 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 마그네슘 합금의 용탕을 650~750℃로 유지하고 스트립 캐스팅 공정을 통해 판재를 주조하는 단계;
(b) 주조된 판재를 200~500℃에서 0.5~48시간 동안 균질화 열처리를 실시하는 단계; 및
(c) 균질화 열처리된 판재를 200~500℃로 예열하고, 롤을 25~250℃로 가열한 후 1패스당 50% 이하의 압하율로 열간 압연을 실시하여 최종 압하량이 90% 이하가 되도록 냉간 압연 또는 열간 압연을 실시하는 단계;를 포함하는 마그네슘 합금 판재의 제조방법.