KR940006495B1 - 연속주조용 주형의 재료로 사용되는 구리 합금 및 그 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

연속주조용 주형의 재료로 사용되는 구리 합금 및 그 제조방법

본 발명은 고온 용융 금속, 예컨대 강의 연속주조용 주형과 같은 연속주조용 주형의 재료로서 사용되는 구리합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래에 이러한 용도로 사용되는 주형은 SF-Cu 형태의 구리로 제작되었으며, 이 재료는 특히 높은 열전도도로 인해 주조될 용융금속으로부더 다량의 열을 급속히 추출하는 능력을 가지고 있다. 이러한 주형의 벽두깨는 예상되는 기계적 하중 및 마모를 수용할 수 있기 충분한 크기를 가진다.

이러한 주형의 고온 강도를 증가시키기 위해 85% 이상의 구리와 석출경화를 일으키는 합금원소를 포함한 합금을 사용하는 것이 제안된 바 있다. 이러한 합금원소로서 3%까지의 크롬, 규소, 은 및 베리륨의 사용될수 있다. 그러나, 이러한 특정 합금으로 제조된 주형은 완전히 만복할 만한 것은 아니다. 왜냐하면, 특정성분인 규소 및 베릴륨은 최종 생성된 제품의 열전도도를 다소 급격히 감소시키기 때문이다(AT-PS 234 930참조).

본 발명의 목적은 높은 열전도도를 가지고, 특히 300℃를 넘는 온도에서 높은 기계적 강도와 높은 열가소성을 가지는 구리합금을 제공하는 것이다. 이러한 재료는 주로 연속주조용 주형을 제조하는데 사용하거나 사용될 수 있어야 한다.

이러한 목적은 합금원소가 0.05 내지 0.4%의 아연과, 0.02 내지 0.3%의 마그네슘과, 0.02 내지 0.2%의 인으로 되고(모두 중량%), 나머지는 구리 및 제조조건상 불가피한 불순물로 되는 구리합금에 의해 달성된다.

통상, 아연 또는 마그네슘을 첨가하면 구리의 전도도가 감소하는 것으로 알려져 있다. 그러나, 이러한 감소는 인이 구리에 첨가되었을때 열전도도를 급격히 감소시키는 것에 비해 그렇게 큰 정도는 아니다. 한편, 강도는 아연-마그네슘 또는 인의 첨가에 의해 증가된다. 그러나, 전혀 신규한 것은 전술한 범위내에서 3개의 모든 원소를 첨가하게 되면 구리의 열전도도가 상업적으로 사용되고 있는 SF-구리와 비교하여 전혀 감소되지 않는다는 점이다. 그럼에도 불구하고 인화물 형성을 통한 보충적인 경화에 의해 증대되는 혼정 결정 경화에 기인하여 강도는 SF-구리에 비해 현저히 높게 된다. 인화물은 석출되기 쉬운 경향을 가진다는 점을 상기해야 한다. 특히 고온강도는 SF-구리의 고온 강도보다 현저히 우수하다. 0.1 내지 0.25%의 아연과, 0.05 내지 0.15%의 마그네슘과 0.05 내지 0.1%의 인을 포함하고(모두 중량%), 나머지는 구리 및 불가피한 불순물을 포함하는 합금이 특히 유리한 것으로 밝혀졌다.

0.2중량%까지의 적합하게는 약 0.1중량%의 규소를 첨가하게 되면 경도를 상승시키는 효과가 생기게 되어 내마모성이 향상된다.

또한, 0.15%까지의 지르코늄을 첨가하면 열가소성이 증가한다. 아울러, 본 발명의 방법에 따른 특정하게 조절된 열처리를 수행함과 동시에 상기 원소들을 첨가하게 되면 재료의 연화 특성이 보다 개선된다.

전술한 농도로 규소 및 지르코늄의 두 원소를 첨가한다 해도 주목할만한 정도로 열전도도가 감소되지는 않는다.

전술한 형태의 상기 합금을 제조하는 것에 관한한 본 발명에서는 다음과 같은 단계를 수행하게 된다.

본 발명의 합금을 제조하는 적합한 실시예에 따라, 전술한 조성으로 합금을 주조한 직후 이 주물을 열간 가공하고, 이어서 300℃ 내지 550℃의 온도로 1 내지 5시간 동안 소둔한 후 최종적으로 10% 이상의 변형도로 냉간가공하는 제조방법을 제안한다.

열간가공단계와 그 이후 300℃ 내지 550℃로 석출소둔을 수행하는 단계 사이의 중간에 부가적으로 10%이상의 냉간변형을 수행하게 되면 균질화 및 원하는 합금특성들의 조합에 부가적으로 유리한 효과를 얻게된다. 그러나, 어떠한 경우에도 최종 소둔에 뒤이어 10% 이상의 냉간가공을 수행하는 것이 필수적이다.

특히, 합금성분의 최대 용해도를 온도를 넘는 온도에서 열간가공을 수행한 후 약 750℃의 온도에서 담금질을 수행하는 것이 유리하다. 이러한 조처에 의해 부가적인 경화효과를 얻게 된다. 이때, 용체화 소둔(균질화 소둔)을 열간 가공과는 별도로 수행할 수도 있다. 그러나, 균질화 소둔 및/또는 750℃를 넘는 온도에서 열간가공을 수행하고서 부터 시작되는 담금질은 후속되는 소둔의 온도인 300℃ 내지 550℃에 이를때가지 수행될 수 있다. 그러나, 최종 소둔이 특정이유로 지연되거나 부가적인 냉간변형 단계를 개재하여 수행할 경우에는 상온까지 담금질하는 것이 적합하다.

이하, 본 발명을 특정 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

0.19%의 아연, 0.09%의 마그네슘, 0.07%의 인 및 잔여 구리와 불가피한 불순물(모두 중량%)로 되는 조성을 가진 합금을 제작하기로 하고, 이 재료를 주조한 후 압출을 통해 열간 가공하고, 압울된 생성물을 냉각한 후 20%의 변형도로 냉간인발하였다. 그후, 이 합금을 500℃에서 5시간 동안 소둔하였다. 이어서, 소둔된 합금을 각각 10%, 20% 및 40%로 냉간가공하여 A1 시편을 제작하였다. 표 A,B 및 C는 이들 시편의 특성을 나타내는 동시에 이들 특성과 SF-구리 및 구리-크롬-지르코늄 합금의 특성을 비교하고 있다.

연속주조용 주형에 통상 사용되는 SF-구리와 비교할때 본 발명의 신규한 재료는 상응하는 변형도에서 금속합금의 강도값이 약 10-50% 더 높게 됨을 명확히 알 수 있으며, 열전도도 역시 마찬가지로 현저히 더높게 나타난다. 그러나, 매우 중요한 점은 고온에서 연화되는 특성도 또한 본 발명의 신규합금이 보다 더 잘 부합하고 있다는 사실이다.예컨대, 본 발명의 합금은 상응하는 전도도에서 비교합금들과는 달리 500℃를 넘는 온도에서만 연화된다. 또한, 고온에서의 크리이프 변형도 현저히 낮으며, 이것은 크기와 형태를 보다 잘 유지할 수 있음을 보장해 주는 것이다. 특히, 비틀림 왜곡이 방지된다.

전체적인 면에서, 본 발명에 따른 신규한 구리합금이 연속주조용 주형을 제작하는데 매우 양호한 재료가될 것임을 예기할 수 있다. 이러한 신규 합금을 구리-크롬 합금과 비교하면 본 발명의 합금이 보다 양호한 특성을 가지고 있다. 본 발명의 합금은 보다 쉽고 간단하게 제작될 수 있으며, 사용되는 바와 같은 합금화 원소도 보다 저렴하다. 따라서, 전체적인 관점에서 다른 조건이 동일하다면 본 발명의 신규한 재료로 제작되어 연속주조용으로 사용되는 주형은 현저하게 더 경제적이다. 열간가공을 용체화 소둔온도에서 수행한 후 담금질하다고, 이어서 전술한 여러 단계를 수행하게 되면, 본 발명에 따른 합금의 기술적 특성이 다소 더 향상된다. 본 발명에 따른 합금에서는 구리 매트릭스로 부터 중간상이 석출됨으로써 보다 양호한 열전도도의 값과 강도의 값을 얻을 수 있게 된다.

한편, 표 D는 본 발명에 따른 합금의 성분 조성범위를 한정하는 이유를 설명하기 위한 실시예의 합금인 A2 및 A3 시편의 특성을 제시하고 있다. A2 시편은 성분 조성범위의 하한값에 가까운 0.12%의 아연과, 0.05%의 마그네슘과 0.06%의 인을 포함하고 있으며, A3 시편은 성분 조성범위의 상한값에 가까운 0.35%의 아연과, 0.2%의 마그네슘과,0.11%의 인 및 소량의 작업조건상의 첨가물(Si 0.03%)를 포함하고 있다. 이들 시편은 A1 시편과 유사한 방법으로 제작되었으며, 각각 20% 및 40%의 변형도로 냉간가공되었다. 표 A 및 D를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이 성분 조성범위의 하한값에 가까울수록 전도도에서 큰 차이가 없음에도 불구하고 강도값이 저하됨과 동시에 특히 연화거동이 열악해지며, 반대로 상한값에 가까울수록 강도값이 다소 높아지기는 하지만 연화거동이 차이가 없거나 오히려 열악해지고 특히 전도도가 감소세로 전환된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 합금의 성분 조성범위의 수치한정은 이러한 성분 조성범위에 따른 연속조주용 주형의 재료로서 특히 중요한 전도도, 연화거동 및 강도값의 변화 경향을 고려하여 정해진 것이다.

이상 본 발명을 특정 실시예들에 의해 설명하였지만 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 모든 변형 및 수정을 포함한다.

[표 a]

[표 b]

[표 c]

[표 d]

Claims (8)

1. 0.05 내지 0.4%의 아연과, 0.02 내지 0.3%의 마그네슘과, 0.02 내지 0.2%의 인과, 0.2%까지의 규소와, 잔부 구리 및 제조조건상 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조용 주형의 재료로 사용되는 구리합금.
2. 제1항에 있어서, 상기 구리합금은 0.1 내지 0.25%의 아연과, 0.05 내지 0.15%의 마그네슘과, 0.05내지 0.1%의 인과, 잔부 구리 및 제조조건상 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 주조용 주형의 재료로 사용되는 구리합금.
3. 제 1항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 규소는 0.01 내지 0.1%로 포함되는 것을 특징으로 하는 연속 주조용 주형의 재료로 사용되는 구리합금.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구리합금은 0.15%까지의 지르코늄을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조용 주형의 재료로 사용되는 구리합금.
5. 합금을 주조하고 주조된 합금을 열간압출하는 단계, 열간압출된 합금을 약 300℃ 내지 550℃의 온도로 1 내지 6시간 동안 소둔하는 단계 및 소둔된 합금을 최종적으로 10% 내지 40% 냉간인발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 따른 구리합금의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 열간압출단계와 소둔단계 사이의 중간에 합금을 10% 이상 냉간인발하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 열간압출은 최대 용해도의 온도를 넘는 온도에서 수행되며, 합금을 750℃의 이상의 온도로 부터 담금질하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
8. 제3항에 있어서, 상기 구리합금은 0.15%까지의 지르코늄을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 연속주조용 주형의 재료로 사용되는 구리합금.