KR860000166B1 - 압연시 균열이 발생하기 쉬운 구리의 열간 압연 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

압연시 균열이 발생하기 쉬운 구리의 열간 압연 방법

제1도는 주조장치와 성형장치의 구성도.

제2도는 주물방치상태(원주상 입자)의 주조봉의 단면도.

제3도는 제2도의 주조봉에 약간의 단면감소로 이루 게한 후의 단면도.

제4도는 제3도의 주조봉의 표면 부근에 미세하게 분포된 결정의 쉘을 형성시키기 위해 주조봉에 약간의 수직 압축력을 두번 가한 상태의 단면도.

제5도는 제4도의 주조봉에 격렬한 고온 성형 압축을 가한 상태의 단면도.

본 발명은 금속의 열간성형 특히 열간 압연시 균열이 발생하기 쉬운 불순금속의 주물 방치 상태의 봉을 연속 주조하고 열간 성형하는 방법에 관한 것이다.

구리와 같은 금속을 고정 수직주형이나 회전 주조휠에서 연속 주조하여 주조봉을 얻은 후, 즉시 주물방치상태(즉, 주조한 상태로 그 후의 처리를 전혀하지 않은 상태)에서 상기 주조봉을 열간 성형온도로 유지시키면서 업연밀의 롤스탠드를 통과시켜 열간 성형토록 하는 기술은 이미 주지된 것이다. 주물방치 상태의 주조봉을 재인발 로드와 같은 반제품으로 직접 열간성형하는 경우, 즉 주조봉의 각각의 축을 따라 다수의 변형을 가하여 초기의 큰 단면적을 그보다 훨씬 작은 단면적으로 감소시키는 방식으로 직접 열간성형하는 경우에는 열간성형중에 주조봉에 균열이 발생하는 문제점이 있었다.

물론, 주조봉을 초기에 바로 작은 단면적을 갖는 주조봉으로 주조하게 되면 압연의 필요성이 배제되어 상기의 문제점이 해결될 수는 있지만, 이 방법은 주조단가를 높이기 때문에 실용적이 못되므로, 상기와 같이 큰 단면적을 갖는 주조봉으로 일단 주조한 후 최소횟수의 심한 변형을 가하여 도선으로 일반하는 데 사용할 수 있는 직경이 3인치 정도 작은 단면의 봉으로 압연시키는 것이 제조단가의 저렴한 면에서 바람직하다. 그렇지만 이와 같이 상업적인 면을 고려하여 일단 큰 단면적의 주조봉을 주조한 후 일련의 단면감소 공정을 거쳐 상기 주조봉을 작은 단면적을 갖는 제품으로 열간 성형하는 경우에는, 연간 성형시 발생하는 균열의 문제점을 해결하여야만 한다.

그러나, 좋래에도 전해정련에 의해 비교적 순수하게 된, 즉 불순물인 납을 3 내지 10ppm 까지, 비스머트를 1ppm까지, 그리고 안티몬을 1ppm까지 함유하는 구리의 경우에는 상술한 바와 같은 문제점을 해결되고 있없다. 예를 들어, 미합중국 특허 제3,317,994호와 제3,672,490호에는 비교적 순수구리의 경우 상술한 바와 같은 균열의 문제점은 구리의 주조봉을 그이 방치시(즉, 주조한 상태로 그 후의 처리를 전혀하지 않을때) 형성되는 조직을 충분히 파괴 시킬 수 있을 정도까지 초기의 롤스탠드에서 크게 압연(35%)시키는 것에 의해 해결할 수 있다고 기재되어 있다. 이와 같이 하면, 각기 다른 변형축을 따라 시행되는 부가적인 단면 감소 공정을 안전하게 수행할 수 있게 되는데, 물론 상술한 바와 같이 주조봉의 방치시 형성되는 조직을 초기에 파괴시키지 않았다러면 그러한 부가적인 단면감소시 주조봉에는 균열이 발생하게 될 것이다.

주조봉을 이상과 같이 처리하게 되면, 열간성형시 주조봉의 균열발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 주조봉의 단면감소에 소요되는 동력을 최소화 시킬 수 있는 열간 성형온도로 유지되는 동안에도 주조봉의 단면을 크게 감소시킬 수 있다.

그러나, 종래의 기술에서도 건식정련 등에 의해 불순물을 다량 함유하고 있는 구리와 같은 금속의 경우에는 균열의 문제점을 해결하지 못었다. 그 이유는 주조봉의 방치시 형성된 조직을 파괴시키도록 주조봉의 초기 단면감소를, 불순물의 함량이 낮은 금속의 경우 효과적인 정도까지 크게 하면, 상기 주조봉의 방치시 형성된 조직의 결정립계에 존재하는 다량의 불순물에 의해 주조봉에 균열이 발생하기 때문이다. 더우기, 주조봉의 불순물 함량이 많으면 많을수록 열간성형시 균열은 더 많이 발생한다.

그리하여, 비록 고순도 전해정련 구리의 경우에는 해당되지 않지만(마그네트 도선 같은 특수한 용도에는 예외), 현재까지는 연속 주조 및 열간 성형 장치를 사용하여 그의 많은 잇점을 얻을 수 있도록 고순도 정련 구리를 사용하는 것이 필요시 되어 왔다. 결과적으로, 전도율 또는 다른 특성면에서 꼭 고순도로 하지 않아도 되는 경우까지, 고순도로의 정련을 하게 됨에 의해 제품의 가격이 비싸지는 문제점이 있었다.

예를 들면, 불순물을 많이 함유하는 건식정련 구리도선의 경우는 가전용 도선에 대한 IACS 의표준 전도율을 충분히 제공하는 것으로서, 주조봉을 연속주조 및 열간 성형 장치를 사용하여 도선으로 인발한다면 충분히 경제적으로 생산될 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 열간 압연 공정시, 불순물의 함량이 낮은 주조봉뿐만 아니라 불순물의 함량이 높은 주조봉의 경우에도 균열이 일어남이 없도록 하는 연속 주조 및 열간 압연방법을 제공함으로써 좋래의 균열발생의 문제점을 해결코저 하는 것이다.

즉, 본 발명은 용융금속을 대체적으로 큰 단면적으로 갖는 주조봉으로 연속 주조한 후, 열간성형 온도에서 그 주조봉을, 그의 방치시 형성된 조직에 의하여 주조봉에서 균열이 일어나리라고 예상되는 감소율로 작은 단면적을 가지는 제품으로 열간 성형하도록 구성된 방법에, 주조봉의 실질적인 단면감소에 앞서 열간 성형온도에서 주조봉을 약간 변형시키는 것에 의해 주조봉의 표피층에 미세하게 분포된 재결정 입자의 쉘(shell)을 형성시키는 부가적인 공정을 제공하고 있는 것이다.

상술한 바와 같은 주조봉의 약간의 변형이란 주조봉이 균열을 일으키지 않을 정도(5 내지 20%)이면서, 주조봉의 성형온도와 더불어 후속 공정의 시행시 주조봉에의 균열의 발생을 방지(불순물이 많을 때라도) 하기에 충분한 두께(전면적의 약 10%)로 미세하게 분포된 재결정 입자의 쉘을 형성시킬 수 있는 정도의 변형을 말한다.

본 발명에 따른 상술한 바와 같은 미세한 입자의 쉘은 주조봉이 불순물을 다량 함유하고 있을지라도, 후속공정에서 균열을 일으킴 이 없이 40% 이상까지 봉의 단면적을 감소시킬 수 있게 해 준다.

예를 들면, 본 발명의 납, 비스머트, 철, 안티몬 같은 불순물을 50 내지 200ppm 함유하고 5평방인치의 단면적을 갖는 구리 주조봉을 균열없이 1/2평방인치의 단면적을 갖는 구리봉으로 연속적으로 열간성형시킬 수 있게 해 준다.

이와 같이, 본 발명은 구리봉을 연속 주조한 다음에 주물방치 상태에서 다수의 실질적인 압축을 가하여 구리 주조봉을 열간 성형하는 방법에 있어서, 주조에 이어서 약간의 예비압축에 의하여 그러나 다수의 실질적인 압축에 앞서서 압축하여 미세한 재결정립이 분포된 쉘을 형성하여 열성형용의 구리봉의 조절하는 것을 특징으로 하는 열간 압연방법을 제공하고 있다.

이러한 본 발명의 방법을 실시하는 데 사용할 수 있는 장치는 건식정련구리, 재용융구리 스크랩이나 무산화 구리 등을 구리봉으로 연속 주조하는 장치와, 주물 방치상태에서 다수의 실질적인 압축을 가하여 주조봉을 열간 성형하는 장치와, 상기 다수의 실질적인 압축시 균열 발생을 방지하도록 열간 성형에 앞서 구리 주조봉을 조절하는 장치를 포함하고, 상기 조절장치는 주조봉의 표면 위에 미세하게 분포된 재결정 입자층을 형성시킬 수 있게 약간의 예비 압축을 행할 수 있는 장치를 포함하고 있다.

다음에는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관한 설명한다.

도면 제1도는 본 발명의 방법을 실시하는 데 사용되는 장치를 계략적으로 나타낸 것이다. 연속주조 및 열간 성형장치(10)는 주조기(12)를 포함하고 있는데, 이 주조기는 외면홈을 가지고 있는 주조 흴(14)와, 외면홈을 둘러싸고 있는 가요성 밴드(16)과, 상기 주조 휠(14)과 밴드(16) 사이에 주형을 형성시키기 위해 주조 휠(14)에 대해 가요성 밴드(16)을 가압시키는 다수의 안내휠(17)로 구성된다.

용융금속이 주입구(19)를 통해 주형에 부어짐에 따라 주조 휠(14)가 회전하고, 밴드(16)는 주조 휠(14)와 함께 이동하여 회전주형을 형성하게 된다. 주조기(12)안의 냉각장치(도시되어 있지 않음)는 주형내의 용융금속을 응고시켜 고체의 주조봉(20)으로 형성시키게 하며, 이 주조봉(20)은 주조 휠(14)로부터 배출되게 된다.

주조기(12)로 부터 배출된 주조봉(20)은 조절장치(21)을 통과하는 데, 여기에는 롤 스탠드(22)와 (23)이 설치되어 있다.

조절룰 스탠드(22)와 (23)은 봉(20)을 약하게 압축시키도록 작용하고, 이에 의해 봉(20)은 압축 지역에서 재결정화 되어 봉(20)의 표면에 미세하게 분포된 입자층이 형성되게 된다. 조절장치(21)에 의한 조절후, 봉(20)은 다수의 롤 스탠드(25), (26), (27)과 (28)을 구비하고 있는 기존의 압연 밀(24)를 통과하는 데, 이 때 압연 밀(24)의 롤 스탠드는 조절된 봉이 바라는 단면 크기와 형상으로 축소될 때까지 상기 봉을 압축하여 열간 성형시킨다.

도면 제2도는 주조기(12)로 부터 배출된 주조봉(20)의 결정조직을 나타낸다. 용융금속은 주조기에서 냉각속도에 따라 주상이나 등방성 혹은 상기 두 조직의 복합형으로 응고한다. 주물방치 상태시의 조직은 봉의 표면으로 부터 방사상으로 연장되고 결정입계(31)에 의해 분리되는 큰 결정(30)을 특징으로 한다. 주조봉에 존재하는 대부분의 불순물들은 결정 및 수지상정입계(31)을 따라 위치한다.

미합중국 특허 제3,317,994호에 기재된 바와 같은 종래 기술에 따르면, 주입구(19)를 통하여 주조 휠(14)에 부어진 용융 구리가 전해정련 구리가 아니고 건식정련 구리이고, 또 주조봉(20)이 조절장치(21)을 통과하지 않고 직접 압연 밀(24)을 통과한 경우에 주조봉(20)의 입계(31)에 나타난 불순물은 압연 밀(24)의 롤 스탠드에 의한 변형시 입계에서 균열을 유발시키게 한다.

그러나, 본 발명의 방법을 실시하는 데 사용되는 조절장치(21)은 도면 제3도와 제4도에 도시된 바와 같은 약간의 예비압축을 제공함으로써 상술한 바와 같은 균열을 방지시켜 주는 데, 압축결과 및 주조봉의 형상은 점선으로 도시되어 있다.

제3도는 수평 압축 축(33)을 따라 롤 스탠드(22)에 의해 이루어진 7%의 수축 결과를 나타낸다. 이 경우 주상이나 등방성을 이루는 주조금속의 주물방치 상태시 조직은 주조봉(20)의 일부 표면을 둘러싸는 등방성 결정층(35)로 재결정화 되었다. 그러나, 봉의 내부는 아직 주물방치 상태시 조직을 그대로 유지하고 있을 수 있다.

제4도에서, 봉(20)은 롤 스탠드(22)의 압축축에 대해 수직인 수직 압축 축(33)을 따라 롤 스탠드(23)에 의해 7%의 이차 수축을 받았다. 이 경우, 미세하게 분포된 재결정 층(35)는 봉(20)의 전 표면을 둘러싸는 쉘(36)을 형성하게 되며, 봉의 내부는 아직도 조금은 주물방치 상태시 조직을 유지하게 된다.

쉘 형성은 소정수, 바람직하게는 2개 이상의 롤 스탠드와, 압출다이, 다수의 단조 해머와 같은 성형공구등으로 구성되는 조절장치에 의해 이룰 수 있는 것이지만, 단 이 때 금속의 약간의 예비 변형에 의해 봉의 전 표면이, 또는 초기의 큰 수축을 받을 때 균열이 발생하게 되는 부분이 재결정화 된 입자의 쉘로 둘러싸여지게 되어야만 한다.

각각의 약간의 압축은 조절공정시 봉에 균열을 일으키지 않게끔 5 내지 20% 바람직하게는 7 내지 10%의 수축을 이룰 수 있게 하는 범위로 이루어져야만 한다. 조절장치(21)에 의한 전 변형은 봉이 압연 밀(24)의 롤 스탠드(25 내지 28)을 통과하면서 심한 변형을 받는 동안 균열이 일어나지 않도록 하기에 충분한 깊이(적어도 약 10%)의 쉘(36)을 제공해야만 한다.

주물 방치 상태시의 주조봉의 형상이 제2도에 나타나 있듯이 현저한 모서리를 가지고 있는 경우, 롤 스탠드(22)와 (23)의 압축 표면의 형상은 주조봉의 다른 표면과 비교해서 모서리에 과다한 압축이 걸리지 않도록 설계되어 있고, 그에 따라 조절시 모서리에서 균열이 발생되지 않을 것이다.

제5도는 압선 밀(24)의 제1롤 스탠드(25)에 의한 단면 수축에 따른 주조봉(20)의 단면을 나타내는 데, 이에 있어서 주조봉(20)의 내부에 남아 있는 주물방치 상태시 조직은 재결정화 되어 미세하게 분포된 등방성입자(35)를 형성하고 있다.

봉(20)의 표면에 쉘(36)이 형성됐을 때, 압연 밀(24)의 제1롤 스탠드(25)에서 큰 수축을 이루게 할 수 있다. 본 발명에 따른 조절에 이어 이루어지는 초기열간 성형 압축은 40%를 초과할 것이다.

후속되는 열간 성형시 높은 수축율을 제공할 수 있다는 점은 요구되는 최종 단면의 크기와 형상을 몇 개의 롤 스탠드만을 갖는 압연밀을 사용하여 이루게 할 수 있다는 것을 의미한다.

이와 같이 본 발명에 따른 조절을 이루는 데 하나나 두 개의 롤 스탠드만이 필요하고, 따라서 조절 및 열간 성형 장치의 전체 부품수 및 조절단가가 감소하게 된다.

본 발명의 방법은 일반적으로 납, 비스머트, 철, 안티몬을 50~200ppm 정도 함유하는 건식정련 구리와 같은 불순물이 많은 금속을 균열을 발생시킴이 없이 봉으로 연속주조 및 압연시킬 수 있게 해 준다.

더우기, 금속의 열간 성형 온도 범위 전체에 걸쳐 균열의 발생이 방지된다. 게다가, 본 발명의 방법은 전해 정령 구리를 처리하는 데에도 효과적인 것이다. 이렇게 해서, 동일한 주조 및 열간 성형장치를 사용하여서도 특정 제품에 부합하는 각 규격에 따라 다양한 순도의 금속을 생산하는 것이 가능하다. 따라서 고순도 제품이 필요한 경우 외에는 최종 제품의 단가에 정련단가가 더 이상 부가되지 않는다.

균열의 발생을 보다 감소시키려면, 미합중국 특허 제3,317,994호에 기재된 바와 같이, 롤 스탠드에 주조금속을 통과시킬 때 롤에 최적의 접선 속도를 제공하도록 모든 롤 스탠드(22), 23), (25(내지 28)에 타원형의 압연홈을 제공할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같은 정도의 불순물을 갖는 금속에 본 발명을 적용시킨다면 상술한 바와 같은 구성을 채택하지 않아도 무방하다.

당분 야에서 숙련된 기술자라면 조절장치(21)의 롤 스탠드를 압연밀과 일체로 구성해도 되고 또는 별도로 구성해도 무방하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

지금까지 본 발명의 실시예에 관해 설명하였언, 본 발명은 이에 국한되지 않고 특허청구 범위에 기재된 바와 같은 발명의 범위내에서 변경이 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 50ppm 이상의 불순물을 함유하는 용융상태의 구리를 출발재료로 제공하고, 그 용융상태의 구리를 구리봉으로 연속주조한 후 점차 응고되어가는 상기 구리봉을 열간 성형온도하의 주물상태에서 열간 압연기로 이동시키고, 적어도 제1의 압연기에서 봉의 전단면적을 통해 완전한 재결정이 일어나게 하기에 충분할 정도인 40% 이상의 큰 단면 감소를 이루게 하는 단계로 구성된 열간 압연 방법에 있어서, 열간압연기에서 크게 단면감소 시키기 바로 직전에, 봉의 대부분은 거의 주물상태로 남겨둔채 봉의 비교적 얇은표면 쉘에서만 재결정이 일어나게 하도록 상기 주조봉을 미리 5 내지 20% 정도 단면 감소시켜 상기 주조봉을 조절하는 것을 특징으로 하는 압연시 크랙이 일어나기 쉬운 구리의 열간 압연 방법.

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