KR20200076105A - Manufacturing method for casted magnesium alloy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마그네슘계 합금 주조재의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 최종 제품의 표면품질을 효과적으로 확보 가능한 마그네슘계 합금 주조재의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a magnesium-based alloy casting material, and more particularly, to a method of manufacturing a magnesium-based alloy casting material capable of effectively securing the surface quality of a final product.
마그네슘계 합금은 경량이면서도, 비강도, 비강성, 진동 흡수성 등이 우수하여, 전자 및 IT 산업뿐 아니라, 수송기기용 경량소재로 각광받고 있는 소재이다. 다만, 마그네슘계 합금은 이와 같이 우수한 물성을 구비하지만, 제조 공정 중에 발생하는 발화문제, 낮은 내식성 및 열악한 성형성 등을 이유로 다양한 분야에서의 적용에 기술적 제약이 존재한다. 특히, 마그네슘계 합금의 제조 공정 중에 발생하는 발화는 안전상 심각한 문제를 야기할 수 있는바, 이를 효과적으로 제어 가능한 기술 개발이 시급한 실정이다.Magnesium-based alloy is a material that is in the spotlight as a lightweight material for transportation equipment as well as the electronic and IT industries due to its light weight, excellent specific strength, non-rigidity, and excellent vibration absorption. However, the magnesium-based alloy has such excellent physical properties, but technical limitations exist in applications in various fields due to ignition problems, low corrosion resistance, and poor formability during the manufacturing process. In particular, ignition occurring during the manufacturing process of the magnesium-based alloy may cause serious problems in safety, and it is urgent to develop a technology capable of effectively controlling it.
용융된 마그네슘계 합금의 발화현상을 억제하는 방법으로 용제(flux)를 사용하는 방법과 보호가스(shield gas)를 사용하는 방법이 널리 이용되고 있다. As a method for suppressing the ignition phenomenon of the molten magnesium-based alloy, a method using a flux and a method using a shield gas are widely used.
용제로 사용되는 대표적인 물질은 MgCl2 및 KCl 등의 염화물이며, 이들 용제는 마그네슘계 합금 용탕에 포함된 마그네슘과 산소의 반응을 차단하여 공정 중 발화 발생을 억제하는 역할을 수행한다. 용제는 마그네슘계 합금의 발화 억제 측면에서는 유리하지만, 용제와 마그네슘계 합금 용탕이 반영하여 형성된 반응 생성물이 마그네슘계 합금에 잔존하여 최종 제품의 내식성 확보 측면에서 바람직하지 않다. Representative materials used as solvents are chlorides such as MgCl 2 and KCl, and these solvents block the reaction of magnesium and oxygen contained in the magnesium-based alloy molten metal to suppress the occurrence of ignition during the process. The solvent is advantageous in terms of suppressing ignition of the magnesium-based alloy, but the reaction product formed by reflecting the solvent and the magnesium-based alloy molten metal remains in the magnesium-based alloy and is not preferable in terms of securing corrosion resistance of the final product.
SF6 가스는 보호가스로 사용되는 대표적인 물질이다. SF6 가스는 유독성 물질로 인체에 유해할 뿐만 아니라, 부식에 의해 설비 손상을 유발하는 물질이기도 하다. 또한, SF6 가스는 대표적인 온실가스로 환경 보호 측면에서 향후 그 사용이 엄격히 제한될 것으로 예상되는 물질이기도 하다.SF 6 gas is a representative material used as a protective gas. SF 6 gas is a toxic substance that is not only harmful to the human body, but is also a substance that causes damage to equipment by corrosion. In addition, SF 6 gas is a representative greenhouse gas, and it is also expected to be strictly limited in its use in the future in terms of environmental protection.
특히, 내식성 및 가공성 확보를 위해 마그네슘계 합금 용탕에 칼슘(Ca) 및 이트륨(Y) 등의 성분이 첨가된 경우, 이들 성분과 보호가스에 포함되는 불소(F)가 반응하여 CaF2, YF, MgCaF 등의 금속간 화합물을 형성하며, 이들 금속간 화합물은 마그네슘계 합금 주조재에 잔존하여 최종 제품의 표면 결함을 야기할 수 있다. 따라서, 물성 및 공정 안전성을 효과적으로 확보하면서도, 최종 제품의 표면 품질을 효과적으로 확보 가능한 마그네슘계 합금 주조재의 제조 방법의 도입이 시급히 요구되는 실정이다. In particular, when components such as calcium (Ca) and yttrium (Y) are added to the magnesium alloy molten metal to secure corrosion resistance and processability, these components react with fluorine (F) contained in the protective gas to cause CaF 2 , YF, Intermetallic compounds such as MgCaF are formed, and these intermetallic compounds may remain in the magnesium-based alloy cast material to cause surface defects in the final product. Therefore, it is urgently required to introduce a method for manufacturing a magnesium-based alloy cast material capable of effectively securing physical properties and process safety while effectively securing the surface quality of the final product.
본 발명의 한 가지 측면에 따르면 마그네슘계 합금 주조재의 제조방법이 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a method of manufacturing a magnesium-based alloy cast material may be provided.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.The subject of this invention is not limited to the above-mentioned content. Those skilled in the art will have no difficulty in understanding the additional subject matter of the present invention from the general contents of this specification.
본 발명의 일 측면에 따른 마그네슘계 합금 주조재의 제조방법은, 마그네슘계 합금 잉곳 또는 스크랩을 용해로에 장입한 후 650~750℃의 온도범위로 가열하여, 중량%로, 칼슘(Ca): 0.2~1.0%, 나머지 마그네슘(Mg) 및 기타 불순물을 포함하는 마그네슘계 합금 용탕을 제조하는 용탕 제조 단계; 및 상기 마그네슘 합금 용탕을 몰드에 공급하여 마그네슘계 합금 주조재를 제조하는 주조 단계를 포함하되, 상기 용탕 제조 단계는, 상기 마그네슘계 함금 용탕의 온도가 300℃ 이상인 경우에 한하여 상기 마그네슘계 합금 용탕에 이산화황(SO2) 가스를 포함하는 보호가스를 공급하며, 상기 용해로 장입구의 개폐 여부에 따라 상기 보호가스에 포함되는 이산화항(SO2) 가스의 농도를 선택적으로 조절할 수 있다.Method of manufacturing a magnesium-based alloy cast material according to an aspect of the present invention, after charging the magnesium-based alloy ingot or scrap to the melting furnace, heated to a temperature range of 650 ~ 750 ℃, by weight, calcium (Ca): 0.2 ~ A molten metal preparation step of manufacturing a magnesium-based alloy molten metal containing 1.0%, remaining magnesium (Mg) and other impurities; And a casting step of supplying the magnesium alloy molten metal to a mold to produce a magnesium alloy casting material, wherein the molten metal manufacturing step is performed only when the temperature of the magnesium alloy molten metal is 300°C or higher. A protective gas containing sulfur dioxide (SO 2 ) gas is supplied, and the concentration of the anti-oxidation (SO 2 ) gas contained in the protective gas can be selectively adjusted according to whether the furnace opening is opened or closed.
상기 용해로 장입구가 폐쇄된 경우, 질소(N2) 가스 또는 건조공기(dry air) 중에서 선택된 어느 하나와 0.1~1.0부피%의 이산화황(SO2) 가스가 혼합된 제1 보호가스를 상기 마그네슘 합금 용탕에 공급하고, 상기 용해로 장입구가 개방된 경우, 질소(N2) 가스 또는 건조공기(dry air) 중에서 선택된 어느 하나와 1.5~5.0부피%의 이산화황(SO2) 가스가 혼합된 제2 보호가스를 상기 마그네슘 합금 용탕에 공급할 수 있다.When the melting furnace charging port is closed, the first protective gas in which 0.1 to 1.0 vol% of sulfur dioxide (SO 2 ) gas is mixed with any one selected from nitrogen (N 2 ) gas or dry air is the magnesium alloy. When supplied to the molten metal, and the opening of the furnace is opened, the second protection in which any one selected from nitrogen (N 2 ) gas or dry air and 1.5 to 5.0% by volume of sulfur dioxide (SO 2 ) gas are mixed Gas can be supplied to the magnesium alloy molten metal.
상기 주조 단계는, 질소(N2) 가스 또는 건조공기(dry air) 중에서 선택된 어느 하나와 1.5~5.0부피%의 이산화황(SO2) 가스가 혼합된 보호가스를 응고 중인 상기 마그네슘 합금 용탕에 공급할 수 있다.In the casting step, nitrogen (N 2 ) gas or any one selected from dry air (dry air) and 1.5 to 5.0% by volume of sulfur dioxide (SO 2 ) gas mixed protective gas may be supplied to the magnesium alloy molten metal being coagulated. have.
상기 마그네슘계 합금 용탕은, 중량%로, 알루미늄(Al): 2.5~3.5%, 아연(Zn): 0.5~1.5%, 이트륨(Y): 0.1~0.5% 및 망간(Mn): 0.3% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.The magnesium alloy molten metal, by weight, aluminum (Al): 2.5 to 3.5%, zinc (Zn): 0.5 to 1.5%, yttrium (Y): 0.1 to 0.5% and manganese (Mn): 0.3% or less It may further include one or more.
상기 마그네슘계 합금 주조재의 표층부에 형성된 마그네슘 산화물(MgO) 보호필름의 두께가 3㎛ 이하일 수 있다.The thickness of the magnesium oxide (MgO) protective film formed on the surface layer portion of the magnesium alloy casting material may be 3 μm or less.
상기 과제의 해결 수단은 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니며, 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.The solving means of the above problem does not list all the features of the present invention, and various features of the present invention and the advantages and effects thereof may be understood in more detail with reference to specific embodiments below.
본 발명의 일 측면에 따르면, 마그네슘계 합금 주조재의 제조 시 공정 안정성을 효과적으로 확보하면서도, 최종 마그네슘계 합금 제품의 물성 및 표면 품질을 효과적으로 확보 가능한 마그네슘계 합금 주조재의 제조방법을 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a magnesium-based alloy cast material that effectively secures process stability when manufacturing a magnesium-based alloy cast material, and can effectively secure physical properties and surface quality of a final magnesium-based alloy product.
도 1은 N2 가스에 0.5부피%의 SO2 가스가 혼합된 보호가스를 공급하여 120분 동안 가열한 후 응고된 시편의 표면측 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2는 N2 가스에 0.5부피%의 SF6 가스가 혼합된 보호가스를 공급하여 120분 동안 가열한 후 응고된 시편의 표면측 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.FIG. 1 is a photograph of the surface side cross-section of a solidified specimen observed with a scanning electron microscope after supplying a protective gas mixed with 0.5% by volume of SO 2 gas to N 2 gas and heating for 120 minutes.
FIG. 2 is a photograph of the surface side cross-section of the solidified specimen observed with a scanning electron microscope after supplying a protective gas containing 0.5% by volume of SF 6 gas to N 2 gas and heating for 120 minutes.
본 발명은 마그네슘계 합금 주조재의 제조방법에 관한 것으로, 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하기 위하여 제공되는 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a magnesium-based alloy cast material, and the following will describe preferred embodiments of the present invention. The embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The present embodiments are provided to those skilled in the art to further detail the present invention.
본 발명의 마그네슘계 합금 주조재는, 마그네슘(Mg)을 주성분으로 포함하며, 가공성 등의 물성 확보를 위해 0.2~1.0중량%의 칼슘(Ca)을 필수적으로 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 마그네슘계 합금 주조재는 강도 및 내식성 등의 물성 확보를 위해 2.5~3.5중량%의 알루미늄(Al), 0.5~1.5중량%의 아연(Zn), 0.1~0.5중량%의 이트륨(Y) 및 0.3중량% 이하의 망간(Mn) 중 1종 이상을 선택적으로 포함할 수 있으며, 제조 공정 중 불가피하게 포함되는 불순물을 포함할 수 있다. 여기서, 각 성분 원소의 함량을 나타내는 중량%는 마그네슘계 합금 주조재의 전체 중량을 기준으로 한다.The magnesium-based alloy cast material of the present invention contains magnesium (Mg) as a main component, and may essentially include 0.2 to 1.0% by weight of calcium (Ca) in order to secure properties such as processability. In addition, the magnesium-based alloy cast material of the present invention is 2.5 to 3.5% by weight of aluminum (Al), 0.5 to 1.5% by weight of zinc (Zn), 0.1 to 0.5% by weight of yttrium (Y) to secure physical properties such as strength and corrosion resistance ) And 0.3% by weight or less of manganese (Mn) may be selectively included, and may include impurities inevitably included in the manufacturing process. Here, the weight percent representing the content of each component element is based on the total weight of the magnesium-based alloy cast material.
이하, 본 발명의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 측면에 따르면, 마그네슘계 합금 용탕을 제조하는 용탕 제조 단계; 및 상기 마그네슘계 합금 용탕을 몰드에 주입하여 마그네슘계 합금 주조재를 제조하는 주조 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, a molten metal manufacturing step for manufacturing a magnesium-based alloy molten metal; And a casting step of injecting the magnesium-based alloy molten metal into a mold to produce a magnesium-based alloy casting material.
용탕 제조Molten metal manufacturing
마그네슘계 합금 용탕 제조를 위해 마그네슘계 합금 잉곳 또는 스크랩을 준비한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 마그네슘계 합금 주조재는 0.2~1.0중량%의 칼슘(Ca)을 필수적으로 포함하고, 2.5~3.5중량%의 알루미늄(Al), 0.5~1.5중량%의 아연(Zn), 0.1~0.5중량%의 이트륨(Y) 및 0.3중량% 이하의 망간(Mn) 중 1종 이상을 추가적으로 더 포함할 수 있으므로, 이들 성분 함량에 부합하도록 마그네슘계 합금 잉곳 또는 스크랩을 준비한다. Magnesium-based alloy ingots or scraps are prepared for the production of magnesium-based alloy molten metal. As described above, the magnesium-based alloy cast material of the present invention essentially contains 0.2 to 1.0% by weight of calcium (Ca), 2.5 to 3.5% by weight of aluminum (Al), and 0.5 to 1.5% by weight of zinc (Zn). , 0.1 to 0.5% by weight of yttrium (Y) and 0.3% by weight or less of manganese (Mn) may further include one or more, thus preparing a magnesium-based alloy ingot or scrap to match these component contents.
준비된 마그네슘계 합금 잉곳 또는 스크랩을 약 200℃의 온도에서 예열하여 잉곳 및 스크랩의 표면에 존재할 수 있는 습기를 제거하고, 이들 마그네슘계 합금 잉곳 또는 스크랩을 용해로에 장입하여 가열할 수 있다. 마그네슘계 합금 용탕의 성분 조정 등을 위해 필요한 경우, 기타 첨가제를 함께 장입할 수 있다. 용해로에 장입된 마그네슘계 합금 잉곳 또는 스크랩은 전기저항 가열방식에 의해 650~750℃의 온도범위까지 가열되며, 마그네슘계 합금 용탕으로 제공될 수 있다. The prepared magnesium-based alloy ingot or scrap may be preheated at a temperature of about 200° C. to remove moisture that may be present on the surface of the ingot and scrap, and these magnesium-based alloy ingots or scraps may be charged and heated in a melting furnace. If necessary for the adjustment of the components of the magnesium alloy molten metal, etc., other additives may be charged together. The magnesium-based alloy ingot or scrap charged in the melting furnace is heated to a temperature range of 650 to 750°C by an electric resistance heating method, and may be provided as a magnesium-based alloy molten metal.
마그네슘계 합금 잉곳 또는 스크랩 가열 시 이산화황(SO2) 가스를 포함하는 보호가스가 공급될 수 있다. 본 발명의 보호가스는 질소(N2) 가스 또는 건조공기(dry air) 중에서 선택된 어느 하나에 이산화황(SO2) 가스가 혼합된 혼합가스일 수 있다. 여기서, 건조공기(dry air)는 수분이 포함되지 않은 공기를 의미할 수 있다. 또한, 본 발명의 보호가스는 공정 조건 중 불가피하게 유입되는 불순물을 포함할 수 있으나, 보호가스 내에 불화계 가스가 포함되는 것을 전면적으로 배제할 수 있다. When heating the magnesium-based alloy ingot or scrap, a protective gas including sulfur dioxide (SO 2 ) gas may be supplied. The protective gas of the present invention may be a mixed gas in which sulfur dioxide (SO 2 ) gas is mixed with any one selected from nitrogen (N 2 ) gas or dry air. Here, dry air may mean air that does not contain moisture. In addition, the protective gas of the present invention may include impurities that are inevitably introduced during the process conditions, but it is possible to entirely exclude that the fluorinated gas is contained in the protective gas.
본 발명은 불화계 가스의 사용을 배제하는 반면, 이산화황(SO2) 가스가 일정 함량으로 혼합된 혼합가스를 보호가스로 사용하므로, 마그네슘 산화물(MgO)을 주성분으로 포함하는 보호필름이 마그네슘계 합금 용탕 및 주조재의 표면측에서 두껍게 형성되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 불화계(SF6) 가스를 포함하는 보호가스를 공급하는 경우, MgF2 및 CaF2가 보호필름 내에 형성되어 보호필름 조직이 상대적으로 엉성하게 형성되는 반면, 이산화황(SO2) 가스를 포함하는 보호가스를 공급하는 경우, 마그네슘 산화물(MgO)과 함께 형성된 MgS에 의해 마그네슘 산화물(MgO) 보호필름 조직이 치밀하게 형성되기 때문이다. While the present invention excludes the use of fluorinated gas, since the mixed gas in which sulfur dioxide (SO 2 ) gas is mixed at a certain content is used as a protective gas, the protective film containing magnesium oxide (MgO) as a main component is a magnesium-based alloy. It is possible to effectively suppress the formation of thick on the surface side of the molten metal and the casting material. When supplying a protective gas containing a fluorinated (SF 6 ) gas, MgF 2 and CaF 2 are formed in the protective film to form a relatively loose protective film structure, whereas protection comprising sulfur dioxide (SO 2 ) gas This is because when the gas is supplied, the magnesium oxide (MgO) protective film structure is densely formed by MgS formed together with the magnesium oxide (MgO).
또한, 본 발명의 마그네슘계 합금 용탕은 칼슘(Ca)을 포함하므로, 불화계 성분이 포함된 보호가스를 마그네슘계 합금 용탕에 공급하는 경우, 마그네슘계 합금 주조재의 표면측에 CaF2, MgCaF 및 YF 등의 금속간 화합물이 형성될 수 있다. 이들 금속간 화합물은 최종 제품에 잔류하여 표면 결함을 유발하므로, 이들 금속간 화합물의 생성을 적극 억제하는 것이 바람직하다. 본 발명은 불화계 가스의 사용을 배제하는 반면, 이산화황(SO2) 가스가 일정 함량으로 혼합된 혼합가스를 보호가스로 사용하므로, CaF2, MgCaF 및 YF 등의 금속간 화합물의 형성을 적극 억제하며, 최종 제품에서의 표면 품질을 효과적으로 확보할 수 있다. In addition, since the magnesium alloy molten metal of the present invention contains calcium (Ca), when a protective gas containing a fluorinated component is supplied to the magnesium alloy molten metal, CaF 2 , MgCaF and YF are formed on the surface side of the magnesium alloy casting material. Intermetallic compounds such as may be formed. Since these intermetallic compounds remain in the final product and cause surface defects, it is desirable to actively suppress the formation of these intermetallic compounds. While the present invention excludes the use of fluorinated gas, since the mixed gas in which sulfur dioxide (SO 2 ) gas is mixed at a certain content is used as a protective gas, the formation of intermetallic compounds such as CaF 2 , MgCaF and YF is actively suppressed. And can effectively secure the surface quality in the final product.
본 발명의 제1 보호가스는 마그네슘계 합금 용탕이 300℃ 이상의 온도범위로 가열된 경우에 한하여 이산화황(SO2) 가스가 포함된 보호가스를 공급할 수 있다. 마그네슘계 합금 용탕의 온도가 300℃ 이하인 경우, 마그네슘의 발화 위험이 낮아 보호가스의 공급 없이도 작업 안정성을 충분히 확보할 수 있기 때문이다.The first protective gas of the present invention can supply a protective gas containing sulfur dioxide (SO 2 ) gas only when the magnesium-based alloy molten metal is heated to a temperature range of 300° C. or higher. This is because when the temperature of the magnesium-based alloy molten metal is 300° C. or lower, the risk of ignition of magnesium is low, so that the working stability can be sufficiently secured without supply of a protective gas.
또한, 본 발명은 용해로의 장입구 개방 여부에 따른 보호가스에 포함되는 이산화황(SO2) 가스 분율을 조절하여 공급할 수 있다. In addition, the present invention can be supplied by adjusting the fraction of sulfur dioxide (SO 2 ) gas contained in the protective gas depending on whether the inlet of the melting furnace is opened.
용해로의 장입구가 폐쇄된 경우, 용해로 내부는 열역학적으로 닫힌 계(closed system)로 이루어지므로, 외부로부터의 용해로 내부로의 산소 유입이 차단된 상태이다. 따라서, 보호가스가 상대적으로 소량의 이산화황(SO2) 가스를 포함하더라도 마그네슘의 발화를 효과적으로 억제할 수 있으므로, 본 발명은 용해로의 장입구가 폐쇄된 경우, 질소(N2) 가스 또는 건조공기(dry air) 중에서 선택된 어느 하나와 0.1~1.0부피%의 이산화황(SO2) 가스가 혼합된 제1 보호가스를 용해로 내에 공급할 수 있다. When the inlet of the melting furnace is closed, since the inside of the melting furnace is made of a thermodynamically closed system, oxygen inflow from the outside into the inside of the melting furnace is blocked. Therefore, even if the protective gas contains a relatively small amount of sulfur dioxide (SO 2 ) gas, it is possible to effectively suppress the ignition of magnesium, so the present invention provides a nitrogen (N 2 ) gas or dry air ( dry air) and a first protective gas in which 0.1 to 1.0% by volume of sulfur dioxide (SO 2 ) gas is mixed may be supplied to the melting furnace.
제1 보호가스에 포함되는 이산화황(SO2) 가스의 분율이 일정 수준 미만인 경우, 이산화황(SO2) 가스에 의한 마그네슘의 발화 방지 효과가 충분하지 못하므로, 본 발명은 제1 보호가스에 포함되는 이산화황(SO2) 가스의 분율을 0.1부피% 이상으로 제한할 수 있다. 반면, 제1 보호가스에 포함되는 이산화황(SO2) 가스의 분율이 일정 수준을 초과하는 경우, 마그네슘 산화물(MgO)의 형성 억제 효과는 포화되는 반면, 과다한 이산화황(SO2) 가스의 사용에 의한 작업자의 안전 위험 및 환경 오염 등의 문제가 발생할 수 있는바, 본 발명은 제1 보호가스에 포함되는 이산화황(SO2) 가스의 분율을 1.0부피% 이하로 제한할 수 있다. When the fraction of the sulfur dioxide (SO 2 ) gas contained in the first protective gas is less than a certain level, the effect of preventing the ignition of magnesium by the sulfur dioxide (SO 2 ) gas is insufficient, so the present invention is included in the first protective gas. The fraction of sulfur dioxide (SO 2 ) gas may be limited to 0.1% by volume or more. On the other hand, when the fraction of the sulfur dioxide (SO 2 ) gas contained in the first protective gas exceeds a certain level, the effect of suppressing the formation of magnesium oxide (MgO) is saturated, while excessive sulfur dioxide (SO 2 ) gas is used. Since problems such as safety hazards of workers and environmental pollution may occur, the present invention can limit the fraction of sulfur dioxide (SO 2 ) gas contained in the first protective gas to 1.0% by volume or less.
반면, 용해로의 장입구가 개방된 경우, 용해로 내부는 열역학적으로 열린 계(open system)로 이루어지므로, 외부로부터 용해로 내부로의 산소 유입이 가능한 상태이다. 따라서, 마그네슘의 발화 방지를 위해서는 용해로의 장입구가 개방된 경우에 비해 상대적으로 다량의 이산화황(SO2)이 요구될 수 있다. 따라서, 본 발명은 용해로의 장입구가 개방된 경우, 질소(N2) 가스 또는 건조공기(dry air) 중에서 선택된 어느 하나와 1.5~5.0부피%의 이산화황(SO2) 가스가 혼합된 제2 보호가스를 용해로 내에 공급할 수 있다. On the other hand, when the charging port of the melting furnace is opened, since the inside of the melting furnace is made of a thermodynamically open system, oxygen can be introduced into the melting furnace from the outside. Therefore, in order to prevent ignition of magnesium, a relatively large amount of sulfur dioxide (SO 2 ) may be required compared to the case where the charging port of the melting furnace is opened. Accordingly, the present invention provides a second protection in which 1.5 to 5.0% by volume of sulfur dioxide (SO 2 ) gas is mixed with any one selected from nitrogen (N 2 ) gas or dry air when the inlet of the melting furnace is opened. Gas can be supplied into the melting furnace.
제2 보호가스에 포함되는 이산화황(SO2) 가스의 분율이 1.5부피% 미만인 경우, 마그네슘의 발화 방지에 충분하지 못하며, 제2 보호가스에 포함되는 이산화황(SO2) 가스의 분율이 5.0부피%를 초과하는 경우, 마그네슘 산화물(MgO)의 형성 억제 효과는 포화되는 반면, 과다한 이산화황(SO2) 가스의 사용에 따라 작업자의 안전 및 환경오염 측면에서 바람직하지 않기 때문이다. If the fraction of sulfur dioxide (SO2) gas contained in the second protective gas is less than 1.5% by volume, it is not sufficient to prevent ignition of magnesium, and the fraction of sulfur dioxide (SO 2 ) gas contained in the second protective gas is 5.0% by volume. If exceeded, the effect of suppressing the formation of magnesium oxide (MgO) is saturated, while the use of excessive sulfur dioxide (SO 2 ) gas is undesirable in terms of worker safety and environmental pollution.
주조casting
이상의 조건에 의해 제조된 마그네슘계 합금 용탕은 보온로에서 일정 온도범위로 유지된 후 턴디쉬 및 노즐을 통해 몰드로 공급될 수 있다.The magnesium-based alloy molten metal manufactured under the above conditions can be supplied to the mold through a tundish and a nozzle after being maintained at a constant temperature range in a heat insulating furnace.
보온로에 공급된 마그네슘계 합금 용탕은 650~750℃의 온도범위로 보온될 수 있으며, 보온로 내부는 밀폐된 공간이므로 전술한 제1 보호가스와 동일한 조건의 보호가스가 공급될 수 있다. 또한, 턴디쉬 및 노즐을 통해 이동하는 마그네슘계 합금 용탕은 대기와 접촉 가능한 상태이므로, 전술한 제2 보호가스와 동일한 조건의 보호가스가 공급될 수 있다. The magnesium-based alloy molten metal supplied to the insulating furnace may be insulated in a temperature range of 650 to 750° C. Since the inside of the insulating furnace is a closed space, protective gas having the same conditions as the first protective gas described above may be supplied. In addition, since the magnesium-based alloy molten metal moving through the tundish and the nozzle is in contact with the atmosphere, a protective gas having the same conditions as the above-described second protective gas may be supplied.
노즐을 통해 공급된 마그네슘계 합금 용탕은 몰드에 공급되어 일정한 형상을 가지는 주조재로 제공될 수 있다. 마그네슘계 합금 주조재는 판재 형상을 가지도록 제조되는 것이 일반적이나, 본 발명의 마그네슘계 합금 주조재의 형상이 반드시 이에 구속되는 것은 아니다.The magnesium alloy molten metal supplied through the nozzle may be supplied to a mold and provided as a casting material having a constant shape. The magnesium-based alloy cast material is generally manufactured to have a plate shape, but the shape of the magnesium-based alloy cast material of the present invention is not necessarily limited thereto.
몰드 통과 후 응고중인 마그네슘 합금 주조재는 여전히 고온의 조건이며, 대기와 직접적으로 접촉되는바, 전술한 제2 보호가스와 동일한 조건의 보호가스가 공급되어 마그네슘계 합금 주조재를 제공할 수 있다.After passing through the mold, the magnesium alloy casting material that is solidifying is still in a high temperature condition, and since it is in direct contact with the atmosphere, a protection gas having the same conditions as the second protective gas described above may be supplied to provide the magnesium alloy casting material.
전술한 제조방법으로 제조된 마그네슘 합금 주조재는 표층부 측에 형성된 마그네슘 산화물(MgO)이 주성분인 보호필름의 두께를 적극 제한할 수 있으며, 마그네슘 산화물(MgO)이 주성분인 보호필름의 두께는 3㎛ 이하일 수 있다. 또한, 전술한 제조방법으로 제조된 마그네슘 합금 주조재는, 불화계 금속간 화합물을 포함하지 않을 수 있다.The magnesium alloy cast material manufactured by the above-described manufacturing method can actively limit the thickness of the protective film mainly containing magnesium oxide (MgO) formed on the surface layer side, and the thickness of the protective film mainly containing magnesium oxide (MgO) is 3 μm or less. Can. In addition, the magnesium alloy cast material manufactured by the above-described manufacturing method may not contain a fluorinated intermetallic compound.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.
(실시예 1)(Example 1)
0.5wt%의 칼슘(Ca)을 포함하는 마그네슘계 합금을 실험용 용해로에 장입한 후 약 700℃의 온도에서 가열하여 아래의 표 1에 기재된 조건으로 마그네슘계 합금 용탕을 제조하였다. 아래의 표 1에서, 조건 1은 N2 가스에 0.5부피%의 SO2 가스가 혼합된 보호가스를 공급하여 용탕 가열을 실시한 경우이며, 조건 2는 N2 가스에 0.5부피%의 SF6 가스가 혼합된 보호가스를 공급하여 용탕 가열을 실시한 경우이다. 각 조건에서 보호가스는 용탕 가열 중 지속적으로 용해로 내에 공급되었다. 각 보호가스 공급 조건하에서 10분, 60분 및 120분이 경과 지점에서 마그네슘계 합금 용탕을 용해로 외부로 출탕하였으며, 이들 마그네슘계 합금 용탕이 응고된 시편의 표층부를 관찰한 결과를 표 1에 함께 기재하였다. 마그네슘계 합금 용탕이 응고된 시편을 FIB(Focused Ion Beam)으로 가공한 후 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 각 시편의 표면측에 형성된 산화물 보호필름의 두께를 측정하였다. A magnesium-based alloy containing 0.5 wt% of calcium (Ca) was charged to an experimental melting furnace, and then heated at a temperature of about 700° C. to prepare a magnesium-based alloy molten metal under the conditions described in Table 1 below. In Table 1 below, Condition 1 is a case where molten metal heating is performed by supplying a protective gas in which 0.5% by volume of SO 2 gas is mixed with N 2 gas, and
표 1에 나타난 바와 같이, SF6 가스가 포함된 보호가스를 이용한 조건 2의 경우, SO2 가스가 포함된 보호가스를 이용한 조건 1에 비해 마그네슘 산화물(MgO) 보호필름이 현저히 두껍게 형성되는 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, in the case of
도 1은 조건 1로 120분 가열 후 응고된 시편의 표면측 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이며, 도 2는 조건 2로 120분 가열 후 응고된 시편의 표면측 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다. 조건 2의 시편 표층부에는 마그네슘 산화물(MgO) 필름이 두껍게 형성될 뿐만 아니라, 마그네슘 산화물(MgO) 보호필름 직하에 불화계 화합물(MgF2)이 형성되는 반면, 조건 1의 시편 표층부에는 마그네슘 산화물(MgO) 보호필름이 얇게 형성될 뿐만 아니라. 마그네슘 산화물(MgO) 보호필름 근처에 금속간 화합물이 형성되지 않은 것을 확인할 수 있다.FIG. 1 is a photograph of a surface-side cross section of a specimen solidified after heating for 120 minutes under condition 1, and FIG. 2 is a scanning electron microscope of a surface-side cross section of the specimen solidified after heating for 120 minutes under
(실시예 2)(Example 2)
0.5wt%의 칼슘(Ca)을 포함하는 마그네슘계 합금을 실험용 용해로에 장입한 후 약 700℃의 온도에서 가열하여 아래의 표 2에 기재된 조건으로 보호가스를 공급하여 마그네슘계 합금 용탕을 제조하였다. 마그네슘계 합금 용해시 용해로 장입구 개방 및 폐쇄 환경을 모사하여 용해로 조건을 제어하였으며, 각각의 조건 하에서 마그네슘계 합금 용탕에서의 발화 여부를 육안으로 관찰하였다. 총 2시간 30분의 가열 시간 중간에 30분의 장입구 개방 시간을 도입하였으며, 각각의 시구간에서 보호가스에 포함되는 이산화황(SO2) 가스의 분율을 조절하여 보호가스를 공급하였다.After charging the magnesium-based alloy containing 0.5 wt% of calcium (Ca) into an experimental melting furnace, heating at a temperature of about 700° C. and supplying a protective gas under the conditions shown in Table 2 below to prepare a magnesium-based alloy molten metal. When the magnesium-based alloy was dissolved, the furnace conditions were controlled by simulating the opening and closing environment of the melting furnace, and under each condition, ignition in the magnesium-based alloy melt was visually observed. In the middle of the total heating time of 2 hours and 30 minutes, a 30 minute charging opening time was introduced, and the protective gas was supplied by adjusting the fraction of sulfur dioxide (SO 2 ) gas contained in the protective gas in each time period.
표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 보호가스 공급 조건을 만족하는 조건 B의 경우, 마그네슘계 합금 용탕의 발화가 발생하지 않은 바면, 본 발명의 보호가스 공급 조건을 만족하지 않는 조건 A 및 조건 C의 경우 마그네슘계 합금 용탕의 발화가 발생한 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 2, in the case of condition B that satisfies the protective gas supply condition of the present invention, when the ignition of the magnesium-based alloy molten metal does not occur, conditions A and C that do not satisfy the protective gas supply condition of the present invention In this case, it can be confirmed that ignition of the magnesium-based alloy melt occurred.
따라서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 마그네슘계 합금 주조재의 제조 시 공정 안정성을 효과적으로 확보하면서도, 최종 마그네슘계 합금 제품의 물성 및 표면 품질을 효과적으로 확보 가능한 마그네슘계 합금 주조재의 제조방법을 제공할 수 있다. Therefore, according to an aspect of the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a magnesium-based alloy cast material that effectively secures process stability when manufacturing a magnesium-based alloy cast material, and can effectively secure physical properties and surface quality of a final magnesium-based alloy product. .
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.Although the present invention has been described in detail through the above embodiments, other types of embodiments are possible. Therefore, the technical spirit and scope of the claims set forth below are not limited to the embodiments.
Claims (5)
상기 마그네슘 합금 용탕을 몰드에 공급하여 마그네슘계 합금 주조재를 제조하는 주조 단계를 포함하되,
상기 용탕 제조 단계는,
상기 마그네슘계 함금 용탕의 온도가 300℃ 이상인 경우에 한하여 상기 마그네슘계 합금 용탕에 이산화황(SO2) 가스를 포함하는 보호가스를 공급하며,
상기 용해로 장입구의 개폐 여부에 따라 상기 보호가스에 포함되는 이산화항(SO2) 가스의 농도를 선택적으로 조절하는, 마그네슘계 합금 주조재의 제조방법.After charging the magnesium-based alloy ingot or scrap to the melting furnace, heating it to a temperature range of 650 to 750°C, and by weight, calcium (Ca): 0.2 to 1.0%, magnesium containing magnesium (Mg) and other impurities A molten metal manufacturing step for manufacturing an alloy molten metal; And
Including the casting step of manufacturing the magnesium alloy casting material by supplying the magnesium alloy molten metal to the mold,
The molten metal production step,
A protective gas containing sulfur dioxide (SO 2 ) gas is supplied to the magnesium alloy molten metal only when the temperature of the magnesium alloy molten metal is 300° C. or higher,
Method for manufacturing a magnesium-based alloy casting material to selectively adjust the concentration of the gas (SO 2 ) gas contained in the protective gas depending on whether the melting furnace opening and closing.
상기 용탕 제조 단계는,
상기 용해로 장입구가 폐쇄된 경우, 질소(N2) 가스 또는 건조공기(dry air) 중에서 선택된 어느 하나와 0.1~1.0부피%의 이산화황(SO2) 가스가 혼합된 제1 보호가스를 상기 마그네슘 합금 용탕에 공급하고,
상기 용해로 장입구가 개방된 경우, 질소(N2) 가스 또는 건조공기(dry air) 중에서 선택된 어느 하나와 1.5~5.0부피%의 이산화황(SO2) 가스가 혼합된 제2 보호가스를 상기 마그네슘 합금 용탕에 공급하는, 마그네슘계 합금 주조재의 제조방법.According to claim 1,
The molten metal production step,
When the melting furnace charging port is closed, the first protective gas in which 0.1 to 1.0 vol% of sulfur dioxide (SO 2 ) gas is mixed with any one selected from nitrogen (N 2 ) gas or dry air is the magnesium alloy. Supply to the molten metal,
When the melting furnace charging port is opened, the magnesium alloy is used as a second protective gas in which 1.5 to 5.0% by volume of sulfur dioxide (SO 2 ) gas is mixed with any one selected from nitrogen (N 2 ) gas or dry air. Method for manufacturing magnesium alloy casting material supplied to molten metal.
상기 주조 단계는,
질소(N2) 가스 또는 건조공기(dry air) 중에서 선택된 어느 하나와 1.5~5.0부피%의 이산화황(SO2) 가스가 혼합된 보호가스를 응고 중인 상기 마그네슘 합금 용탕에 공급하는, 마그네?㎞? 합금 주조재의 제조방법.According to claim 1,
The casting step,
Supplying a protective gas mixed with nitrogen (N 2 ) gas or any one selected from dry air and 1.5 to 5.0% by volume of sulfur dioxide (SO 2 ) gas to the molten magnesium alloy, which is a magnet? Method for manufacturing an alloy casting material.
상기 마그네슘계 합금 용탕은, 중량%로, 알루미늄(Al): 2.5~3.5%, 아연(Zn): 0.5~1.5%, 이트륨(Y): 0.1~0.5%, 및 망간(Mn): 0.3% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는, 마그네슘계 합금 주조재의 제조방법.According to claim 1,
The magnesium alloy molten metal, by weight, aluminum (Al): 2.5 to 3.5%, zinc (Zn): 0.5 to 1.5%, yttrium (Y): 0.1 to 0.5%, and manganese (Mn): 0.3% or less Method of manufacturing a magnesium-based alloy cast material further comprising one or more of.
상기 마그네슘계 합금 주조재의 표층부에 형성된 마그네슘 산화물(MgO) 보호필름의 두께가 3㎛ 이하인, 마그네슘계 합금 주조재의 제조방법.
According to claim 1,
Method of manufacturing a magnesium-based alloy cast material, the thickness of the magnesium oxide (MgO) protective film formed on the surface layer portion of the magnesium-based alloy cast material is 3 μm or less.
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