KR960001714B1 - 구리 합금으로 된 연속 주조용 몰드 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

구리 합금으로 된 연속 주조용 몰드 및 그 제조 방법

본 발명은 0.01내지 0.15%의 붕소(Boron)와 0.01내지 0.2%의 마그네슘(Mg)과 나머지의 구리 및 제조상 포함되는 불순물과 상용 첨가물로 이루어진 연속 주조용 몰드의 재료로서의 구리 합금에 관한 것이다. 본원 명세서에 사용된 모든 중량 표시는 중량%임을 명시한다.

강과 같은 고온 용융 금속을 연속 주조하기 위한 주조용 몰드(mold)를 제조하는 재료는 오랫동안, 구리, 특히 SF-Cu형 구리를 사용해 왔으며, 이 재료로 제조된 용융 금속으로부터 열량을 매우 빠르게 제거하기 위해 충분히 높은 열전도성을 나타낸다(SF-Cu형 구리는 고순도의 산소가 없는 산화되지 않은 구리를 의미하며 ISO 기준 R1337을 참고 바란다). 상기 몰드의 벽 두께는 충분히 큰 것으로 선택될 것이므로 예상되는 모든 기계적 부하 및 열적 부하를 적절히 흡수할 것이다.

이러한 몰드의 고온 강도를 증가시키기 위해 적어도 85%의 구리와 석출시 몰드를 경화시키는 부가적인 하나 이상의 성분을 갖는 합금으로 연속 주조몰드를 제조하는 것이 제안되었다. 이러한 합금의 성분으로는 각각 3% 이하의 크롬(Cr), 실리콘(Si), 은(Ag) 및 베릴륨(Be)이 제안되었다. 그러나, 이러한 재료로 제조된 몰드는 아직은 완전히 만족할 만한 단계는 아니다. 특히 합금 성분인 실리콘 및 베릴륨은 구리의 열전도성을 급격히 감소시킨다(예컨대 오스트리아 특허 제234 930호 참조).

따라서 본 발명의 목적은 양호한 열전도성 및 고온 가소성의 면에서의 기계적인 강도가 양호한 구리 합금으로 제조된 연속 주조용 몰드를 제공하는 것이다.

상기 목적은 구리 이외에 0.01 내지 0.15%의 붕소와, 0.01 내지 0.2%의 마그네슘과 나머지의 제조중에 생기는 불순물 및 상용 첨가물로 이루어진 구리합금으로 제조된 연속 주조용 몰드에 의해 달성된다.

상기 구리 합금은 0.01 내지 0.05%의 붕소 성분과 0.05 내지 0.15%의 마그네슘 성분을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 구리 합금은 0.05%까지의 실리콘(Si), 0.5%까지의 니켈(Ni), 0.3%까지의 철(Fe), 0.3%까지의 티탄(Ti), 0.2%까지의 지르코늄(Zr) 및 0.4%까지의 인(P)중 어느 한 성분 이상을 전체량이 0.6%보다 작도록 각각의 규정된 범위내에서 포함하는 것이 바람직하다.

구리 합금의 강도를 증대시키기 위해 구리 합금은 냉간 가동된 상태에서 사용되는 것이 필요하다. 즉, 몰드 재료를 가공시 최종 처리 단계가 적어도 10%의 변화량을 갖는 냉간 가공 단계인 것이 요구된다. 선행 단계로서 어닐링과 냉간 가공을 반복하며, 어닐링 공정은 종래의 온도보다 낮은 200 내지 450℃의 온도 범위에서 행해진다. 어떤 경우에도 최종 단계는 냉간가공 단계이어야 한다. 상기 단계에 의해 또한 강도가 상당히 증대된다.

본 발명에 따라 몰드는 연소 주조에 사용시 아주 양호한 기계적 특성 및 물리적 특성을 나타낸다. 예컨대, 순수한 구리의 85% 정도의 양호한 열전도성을 나타낸다. 고온 강도, 크리프(creep) 특성 및 고온 가소성에 대한 특성치는 연속 몰드 제조에 알맞다. 마모 강도의 기준인 브리넬 경도는 100BH 정도이다. 연속 주조 몰드에 필요한 또 다른 특성은 높은 내부식성인데, 이는 본 발명에 따른 구리-마그네슘-붕소-합금에 의해 만족된다.

미합중국 특허 제2,183,592호에는 최대 0.1%까지의 다른 성분이 탈산(de-oxidation)용을 부가될 수 있는 0.01 내지 0.15%의 붕소 합유 구리 합금이 기재되어 있다. 이와 관련하여 마그네슘이 0.05%까지 이 합금에 함유될 수 있다. 그러나, 상기 공지된 합금은 85% 이상의 IACS(International Annealed Copper Standard)의 높은 전기 전도성과 취성에 대한 높은 내성을 갖는 전기 도체에 대한 것이다.

이러한 기준에 의할 때 순수 구리는 100% IACS에 상응하는 58m/Ω·㎟의 전기 전도율을 가진다.

본 발명에 따라 제조된 연속 주조 몰드의 물리적 특성은 전도성에만 국한되지는 않는다. 종래 기술의 상태로부터 직접 얻을 수 없는 특성이 다수 있다. 강의 연속 구조에 있어서 몰드 벽과 접촉하는 강 합금의 용융 온도가 1300℃ 이상이며, 구리 내지 구리합금의 용융점이 1100℃를 크게 초과하지 않는 점을 고려할 때, 용강으로부터 열을 제거하는 것이 아주 중요함은 명백하다. 즉, 몰드 벽을 통한 열의 전달 통로에 장애가 없어야 한다. 그래서 상기 몰드 벽은 450℃ 이하의 온도 정도의 열을 흡수하면 충분함이 알여졌다. 주조중의 몰드의 실제 작용 온도보다 훨씬 높은 온도 범위에서도 양호하도록 본 발명에 따라 몰드의 고온 강도가 이동되었고 강도의 불가피한 저하가 개선되었다. 예컨대, 30분의 어닐링시간에 대한 반경화 온도인 재결정 온도가 본 발명에 따른 합금에서 450 내지 540℃이다. 350℃의 일정한 어닐링 온도에서 반경화 어닐링시간은 보통 64시간 이상이다.

연속 주조 몰드용 재료의 또 다른 중요한 특성은 파괴(fracture) 후의 단면감소로 결정되는 고온 가소성(hot plasticity)이다. 연속 주조 몰드에서는 온도 증가시 열적인 장력이 취성 균열(brittleness cracks)을 발생하지 않도록 파괴후 높은 단면 감소가 필요하다.

연속 주조 몰드의 또 다른 기준은 높은 온도에서의 크리프 특성이다. 몰드 재료의 작은 크리프 변형은 그의 사용기간을 길게 해주는데, 이는 몰드의 필수적인 크기 안정성이 오랜시간으로 유지되기 때문이다. 용융금속으로부터 떨어진 측면으로부터 물에 의하여 연속 주조용 몰드는 일반적으로 냉각되므로 물과 접촉하는 부분에서 높은 내부식성이 또한 필요하다.

이하 본 발명이 실시예를 통한 상세히 설명된다.

[실시예 1]

0.096%의 마그네슘(Mg)과 0.032%의 붕소(B)와 나머지의 제조중에 포함되는 불순물 및 구리로 구성된 구리 합금(합금 1)이 진공의 흑연 도가니로에서 용융되어 잉곳으로 주조된다.

이어서, 잉곳은 압출에 의해 관으로 성형되어 냉각된 후 단면을 20% 감소시킨다.

이어서, 500℃에서 5시간의 어닐링후에 이러한 관으로부터 비교의 목적으로 3개의 시편이 제작된다. 시편 1은 10%, 시편 2는 20%, 시편 3은 40%의 변형율로 냉각 인발(cold-drawn)된다. 이들 각각의 시편에 대해 전도성 및 재결정과 같은 전기적 및 기계적 특성이 조사된다.

이 측정치들은 표Ⅰ 내지 표 Ⅲ에 기재되어 있으며, 여기서 본 발명의 합금 1과 경화된 구리-크롬-지르코늄 합금과 비교 재료인 SF-Cu가 표시되어 있다.

일정한 경우에 몇가지 첨가물을 가하는 것을 통해 본 발명의 구리-마그네슘-붕소 합금은 높은 열전도성이나 전기적인 열전도성을 낮추는 것이 오히려 유익할 수도 있다. 이는, 몰드의 국부 영역에서의 주조에서 통상 요구되는 것보다 다소 덜 격렬하게 냉각되어야 하는 경우와 같이 특수한 주조 기술상의 이유로 주조수단의 특성으로부터 기인하는 것이다. 또다른 문제는 몰드벽을 통해 용융 재료를 유도 교란하는 것이다. 이를 통해 다음의 결과가 얻어진다. 0.05% 이하의 실리콘, 0.5% 이하의 니켈, 0.3% 이하의 철, 0.35 이하의 티탄, 0.2% 이하의 지르코늄, 0.04% 이하의 인 중에서 하나 이상의 원소를 첨가함으로써 경도, 재결정 온도 및 리프 강도의 면에서 기본 합금의 유용한 특성을 훼손하지 않고 전기 전도율이 35 내지 52m/Ω㎟만큼이 저하된다. 결정 조직에서의 재결정 촉진 붕소 함유상의 커다란 부분에 기인하여 이러한 합금은 붕소 성분량이 작은 상응하는 구리 합금보다 큰 어닐링 강도를 가진다.

[실시예 2]

0.07%의 마그네슘, 0.05%의 붕소(B), 0.4%의 니켈, 0.035%의 실리콘, 나머지는 제조상 포함되는 불순물과 구리로 구성된 구리 합금(합금 2)이 제조되고 실시예 1에 기재된 바와같이 처리되고 가공되었다.

표 Ⅰ 내지 표 Ⅲ에는 실시예 2에 대한 특성 수치가 표시되며, 여기에서 실시예 1의 경우와 치수가 거의 일치하는 것도 있으나, 전기 전도율이 52.5에서 41.5m/Ω㎟으로 감소한다.

표 Ⅰ의 하나 하나의 컬럼에는 여러 합금의 냉간 가공 상태와 측정된 여러 가지 평균치가 표시된다. 인장 강도 Rm, 0.2%의 항복 강도 RP 0.2, 파괴 연신율 A5, 파괴시 면적 감소 Z, 브리넬 경도(HB 2.5/62.5)등이 표시된다. 또 다른 컬럼에는 m/Ω㎟의 단위를 갖는 전기 전도율이 기재되어 있다. 표Ⅰ의 우측 부분에는 재결정의 기준으로서 반경화 온도 및 반경화 어닐링시간이 기재되어 있다.

표 Ⅱ 및 표 Ⅲ에는 150N/㎟의 일정한 응력과 200 내지 250℃의 온도에서 여러 재료의 크리프 연상율을 %로 표시하고 있다. 본 발명의 재료로 제조된 관형 몰드를 6,24,72,216,500,1000 및 2000시간 사용한 후 사용기간과 관련한 여러 결과치를 조사하였다.

표 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ에 기재된 수치를 비교해 보면 본 발명에 따른 합금 1과 합금 2는 비교 재료나 기준 재료인 SF-Cu보다 모든 것에서 우위에 있음을 알 수 있다.

표 Ⅰ을 보면 본 발명에 따른 합금의 파괴시 면적 감소는 변형 정도에 별영향을 받지 않음을 알 수 있다.

비교 재료가 구리-크롬-지르코늄 합금인 경우 몇몇 성질은 비교 재료보다 다소 열악하지만, 이들 성질은 연속 주조용 재료와는 관련없는 것이며, 본 발명의 합금은 어떤 구리-크롬-지르코늄 합금보다 경제적이고 저렴하게 제조할 수 있다.

본 발명은 물론 관형 몰드나 이러한 합금의 사용에 한정되지는 않는다. 오히려, 본 발명에서와 같이 구리 합금은 구리 및 구리-금속 합금을 포함하는 비칠 금속과 금속 합금만이 아니라 강의 잉곳을 연속 주조하기 위한 반 또는 완전한 연속 주조 방법에서 사용되는 어떤 종류의 몰드로서도 사용될 수 있다. 블록 몰드, 주조휠, 이중 리본형 주조 설비의 측벽 및 원통형 주조 재킷으로 사용할 수 있다.

본 발명은 전기 설명한 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 범위 및 기술사상에서 벗어나지 않는 모든 변형과 개량은 본 발명에 속한다.

[표 Ⅰ]

[표 Ⅱ]

[표 Ⅲ]

Claims (5)

1. 중량%로, 0.01 내지 0.15%붕소, 0.05 내지 0.2%의 마그네슘, 잔여량의 구리와 제조중에 함유되는 불순물 및 가공 첨가물을 포함하는 구리 합금으로 제조된 연속 주조용 몰드.
2. 중량%로, 0.01 내지 0.15%붕소, 0.05 내지 0.2%의 마그네슘 및 첨가물로서 전체량이 0.6%를 넘지않는 양으로 0.05이하의 실리콘과 0.5% 이하의 니켈과 0.3% 이하의 철과 0.3% 이하의 티탄과 0.2% 이하의 지르코늄 및 0.04% 이하의 인으로 구성된 그룹중에서 하나 이상의 성분과, 잔여량의 구리 및 제조중에 함유되는 불순물을 포함하는 구리 합금으로 제조된 연속주조용 몰드.
3. 중량%로 0.01 내지 0.15% 붕소, 0.05 내지 0.2% 마그네슘, 잔여량의 구리와 제조중에 함유되는 불순물 및 가공 첨가물을 포함하는 구리 합금으로 제조된 연속 주조용 몰드의 제조 방법으로서, 강도를 증가시키도록 10%이상의 변형율로 냉간 가공하는 것을 특징으로 하는 구리 합금으로 된 연속 주조용 몰드의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 냉간 가공에 앞서 열간 가공이 실시되며, 냉간 가공후 300 내지 550℃의 온도 범위에서 15분 이상 어닐링이 실시되고, 이어서 10%이상의 변형율로 최종 냉간 가공되는 것을 특징으로 하는 구리 합금으로 된 연속 주조용 몰드의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 최종 냉간 가공후 200 내지 450℃의 온도범위에서 추가로 어닐링이 실시되고 이어서 10% 이상의 변형율로 최종적인 냉간 가공이 실시되는 것을 특징으로 하는 구리 합금으로 된 연속 주조용 몰드의 제조 방법.