KR20100038809A - Magnesium alloy panel having high formability and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고성형성 마그네슘 합금 판재와 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 마그네슘에 첨가되는 합금 성분의 제어, 박판주조법을 이용한 판재의 제조 및 후속 가공 열처리를 통해, 우수한 생산성과 함께 고성형성 특히 프레스 가공성이 우수한 마그네슘 합금 판재의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 마그네슘 합금 판재에 관한 것이다.The present invention relates to a high formability magnesium alloy sheet and a method of manufacturing the same, and more particularly, to control the alloying components added to magnesium, to manufacture the plate using a thin plate casting method and subsequent heat treatment, to form a high formability in particular with excellent productivity A method for producing a magnesium alloy sheet having excellent press formability and a magnesium alloy sheet produced by the method.
마그네슘 합금은 낮은 비중, 우수한 비강도 및 강성을 갖는 구조 재료용 합금으로, 최근 휴대전화, 노트북과 같은 경량화가 요구되는 휴대 전자 기기용 소재로, 또한 연비 향상을 위한 자동차용 소재로서 수요가 증대되고 있다.Magnesium alloy is an alloy for structural materials with low specific gravity, excellent specific strength and rigidity. Recently, the demand for light electronic devices such as mobile phones and laptops is increasing, and automotive materials for fuel efficiency are also increasing. have.
그런데 마그네슘 합금의 연구는 주로 주조용 부품에 한정되어 왔으며, 특히 자동차 엔진이나 기어 부품에 적용을 위한 고온 물성 향상에 관심이 집중되어온 반면, 판재와 같이 보다 다양한 분야에 적용될 수 있는 가공용 마그네슘 합금에 대한 연구는 부족한 실정이었다. However, research on magnesium alloys has been mainly limited to casting parts, and in particular, attention has been focused on improving high-temperature properties for application to automotive engines and gear parts, while processing magnesium alloys that can be applied to various fields such as sheet materials. The study was insufficient.
최근 마그네슘 합금의 보다 다양한 적용을 위해 판재용 제품에 대한 요구가 높아지고 있는데, 판재로의 적용을 위해서는 판재를 목적하는 다양한 형상의 부품으로 가공할 수 있도록 높은 연성과 성형성을 갖는 마그네슘 합금 판재의 개발이 필수적이다.Recently, the demand for plate products is increasing for more diverse applications of magnesium alloy. For application to plate materials, development of magnesium alloy sheet material having high ductility and formability to process the plate into various shapes of desired shapes This is essential.
한편, 마그네슘 합금 판재를 제조하는 방법으로, 종래 다이캐스팅식 주조(이하 "DC주조"라 함)와 같은 반연속 주조법을 통해 주조재를 얻고 이를 열간 압출한 후 압연가공 등을 통해 목표하는 두께의 판재로 만드는 방법이 알려져 있다.On the other hand, as a method of manufacturing a magnesium alloy plate, a casting material obtained by a semi-continuous casting method, such as conventional die-casting casting (hereinafter referred to as "DC casting"), hot-extruded and then rolled to a target plate thickness How to make is known.
그런데 이 방법은 생성된 주조재의 결정립이 커서 그대로 프레스 가공 등 단조 가공 등으로 성형 가공하기 어렵기 때문에 주조재를 열간압출하는 과정을 통해 결정립을 미세화하는 과정이 추가로 필요하다. 더욱이 활성금속인 마그네슘 합금을 열간압출할 때는 발생하는 가공열에 의한 표면 흑화나 연소를 막기 위하여 압출시 충분한 냉각이 가능한 속도가 되도록 해야 하기 때문에 압출속도를 높이는데에도 한계가 있다.However, in this method, since the crystal grains of the cast material are large and difficult to be formed by forging such as press working, it is necessary to further refine the crystal grains through hot extrusion of the casting material. Moreover, when hot-extrusion of magnesium alloy, which is an active metal, there is a limit in increasing the extrusion speed because it must be a speed that allows sufficient cooling during extrusion in order to prevent surface blackening or combustion caused by processing heat generated.
이에 따라 종래의 마그네슘 합금 판재의 제조방법은 생산성이 크게 떨어지고 제조비용이 많이 드는 문제가 있다. 더욱이 열간 압출만으로는 결정립 미세화가 충분하지 않고 최초 주조재의 두께가 두꺼워 최종 판재로 만들기까지 높은 압하율의 압연공정을 여러번 실시해야 하기 때문에 집합조직(texture)이 발달하여 판재의 이방성이 커지므로, 종래의 제조법에 의해 제조된 마그네슘 합금 판재는 복잡한 형상으로 가공하기에는 성형성, 특히 프레스 가공성이 떨어지는 문제도 있다.Accordingly, the conventional method of manufacturing a magnesium alloy sheet has a problem that the productivity is greatly reduced and the manufacturing cost is high. Furthermore, hot extrusion alone is not enough to refine the grains, and the thickness of the original cast material is so thick that a high rolling rate rolling process must be performed several times until the final sheet is formed. Therefore, texture is developed and plate anisotropy is increased. The magnesium alloy sheet produced by the manufacturing method has a problem in that moldability, in particular, press formability is poor in order to process into a complicated shape.
본 발명은 전술한 종래의 마그네슘 합금 판재의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 석출 강화형 합금계인 Mg-Zn계 합금에 이트륨(Y)을 첨가하고, 박판주조와 후속 가공 열처리 공정을 통해 조직을 미세화시키고 분산상의 거동을 제어함으로써, 우수한 강도와 함께 높은 연신율과 낮은 이방성을 가져 성형성이 종래의 마그네슘 합금 판재에 비해 크게 개선된 고성형성 마그네슘 합금 판재를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.The present invention was devised to solve the problems of the conventional magnesium alloy sheet described above, and added yttrium (Y) to the Mg-Zn-based alloy, which is a precipitation-reinforced alloy, and the structure through sheet casting and subsequent heat treatment process. By miniaturizing and controlling the behavior of the dispersed phase, it is an object of the present invention to provide a highly formed magnesium alloy sheet material having excellent elongation, low anisotropy, and excellent moldability compared to a conventional magnesium alloy sheet material.
또한, 본 발명의 다른 과제는 성형성이 우수한 고강도 고성형성 마그네슘 합금 판재를 저비용으로 제조할 수 있는 마그네슘 합금 판재의 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for producing a magnesium alloy sheet that can produce a high strength, high formability magnesium alloy sheet having excellent formability at low cost.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은, Zn: 1 ~ 10 중량%, Y: 0.2 ~ 5 중량%를 함유하고, 나머지 불가피한 불순물과 마그네슘으로 이루어지며, 평균 결정립경이 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 고성형성 마그네슘 합금 판재를 제공한다.The present invention as a means for solving the above problems, Zn: 1 to 10% by weight, Y: 0.2 to 5% by weight, consisting of the remaining unavoidable impurities and magnesium, characterized in that the average grain size is 20㎛ or less Provide a high formability magnesium alloy sheet.
본 발명에 있어서 조성을 상기와 같이 한정한 이유는 다음과 같다.The reason for limiting the composition as described above in the present invention is as follows.
Zn은 Mg 기지 내에서의 최대 고용한이 340℃에서 6.2중량%로서, 1.0중량% 이상 첨가시 열처리를 통하여 침상 석출상을 형성시켜 시효강화 거동을 나타낸다. 1.0중량% 미만으로 첨가할 경우, 석출 강화 현상을 거의 기대할 수 없으며, 10중 량%를 초과하여 첨가할 경우에는 결정립계에 평형상의 석출이 조장되어 기계적 성질의 저하를 가져올 수 있다. 따라서 본 발명에서 Zn의 첨가범위는 1 ~ 10중량%의 범위로 하는 것이 바람직하며, 5.0 ~ 7.0중량%로 첨가할 경우 그 효과를 극대화시킬 수 있으므로 보다 바람직하다.Zn is 6.2% by weight at 340 ° C. in the maximum solid solubility in Mg matrix, and when 1.0% by weight or more is added, Zn forms an acicular precipitated phase through heat treatment. When added at less than 1.0% by weight, precipitation hardening may hardly be expected, and when added at more than 10% by weight, equilibrium precipitation may be encouraged at grain boundaries, resulting in deterioration of mechanical properties. Therefore, the addition range of Zn in the present invention is preferably in the range of 1 to 10% by weight, and when added in 5.0 to 7.0% by weight can be maximized the effect is more preferable.
Y는 Mg-Zn-Y 삼원계 합금에서 Mg-Zn-Y계 분산상을 형성하도록 하는 성분이다. 특히 Y/Zn의 중량비가 0.7이하인 경우 열적으로 안정하며 강도와 연신율을 증대시킬 수 있는 Mg-Zn-Y계 준결정상이 형성될 수 있는데, 빠른 냉각속도를 가지는 박판주조법을 이용하면 보다 분산된 이차상을 얻을 수 있으며 준결정상의 부피 분율 또한 크게 증가한다. 한편 이트륨이 0.2% 이하인 경우 형성되는 준결정상의 부피 분율이 적어 강도 및 성형성의 향상 효과를 얻기 어렵고, 7중량%를 초과할 경우 준결정상을 형성할 수 없기 때문에, 이트륨의 함량은 0.2 ~ 7중량%가 바람직하며, 1.0 ~ 5.0 중량 %로 첨가되는 경우 효과를 극대화시킬 수 있으므로 보다 바람직하다.Y is a component for forming an Mg-Zn-Y-based dispersed phase in the Mg-Zn-Y ternary alloy. Particularly, when the weight ratio of Y / Zn is 0.7 or less, Mg-Zn-Y quasi-crystalline phase which can be thermally stable and can increase strength and elongation can be formed. A phase can be obtained and the volume fraction of the quasicrystalline phase is also greatly increased. On the other hand, if the yttrium is 0.2% or less, the volume fraction of the quasi-crystalline phase formed is difficult to obtain the effect of improving the strength and formability, and if it exceeds 7% by weight, the yttrium content is 0.2 to 7 weight. % Is preferred, and more preferably 1.0 to 5.0% by weight because it can maximize the effect.
한편 Y/Zn의 중량비가 0.2 이하가 될 경우에 상기 준결정상의 형성에 의한 성형성 향상 효과가 충분하지 못하고 0.7을 초과할 경우에는 준결정상이 형성되기 어려우므로, Y/Zn의 중량비는 0.2 ~ 0.7의 범위로 유지되는 것이 바람직하며, 0.22 ~ 0.7의 범위가 보다 바람직하다.On the other hand, when the weight ratio of Y / Zn is 0.2 or less, the formability improvement effect due to the formation of the above semicrystalline phase is not sufficient, and when the ratio exceeds 0.7, the semicrystalline phase is hardly formed, so the weight ratio of Y / Zn is 0.2 to It is preferable to remain in the range of 0.7, and the range of 0.22-0.7 is more preferable.
또한, 상기 결정립의 평균 입경(크기)은 20㎛ 이하인 것이 바람직한데, 결정립의 평균 입경이 20㎛를 초과하게 되면 재료의 강도가 저하되기 때문이며, 성형성과 강도를 고려할 때 10㎛ 이하, 보다 바람직하게는 5㎛이하인 것이 보다 바람직하 다.In addition, the average grain size (size) of the crystal grains is preferably 20 µm or less, because when the average grain diameter of the crystal grains exceeds 20 µm, the strength of the material decreases, and in view of formability and strength, more preferably 10 µm or less. More preferably, it is 5 micrometers or less.
또한, 상기 마그네슘 합금 판재는 한계돔높이(LDH, Limit Dome Height)가 5mm 이상인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 있어서, '한계돔높이'는 직경 50mm, 두께 0.7mm의 디스크형 시험편의 외주부를 5kN의 힘으로 고정한 후 20mm의 직경을 갖는 구형 펀치를 사용하여 0.1 mm/sec의 속도로 변형을 가하여 디스크형 시편의 파단시까지의 디스크의 변형된 높이를 말한다.In addition, the magnesium alloy plate is characterized in that the limit dome height (LDH, Limit Dome Height) is 5mm or more. In the present invention, the 'limit dome height' is fixed by applying a strain of 0.1 mm / sec using a spherical punch having a diameter of 20 mm after fixing the outer peripheral portion of a disk-shaped test piece having a diameter of 50 mm and a thickness of 0.7 mm with a force of 5 kN. Refers to the deformed height of the disk until break of the disk-shaped specimen.
또한, 상기 마그네슘 합금 판재의 미세조직에 있어서, 상기 분산 입자의 평균 입경이 5㎛ 이하인 것이 강도의 측면에서 바람직하고, 2㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 그리고, 상기 분산입자의 부피 분율은 5% 이하인 것이 바람직한데, 이는 분산 입자의 부피 분율이 5%를 초과하게 되면 강도는 증가하나, 전위의 움직임을 저해하여 연성을 저하시키기 때문이다.Moreover, in the microstructure of the said magnesium alloy plate material, it is preferable from an aspect of strength that it is preferable that the average particle diameter of the said dispersed particle is 5 micrometers or less, and it is more preferable that it is 2 micrometers or less. In addition, the volume fraction of the dispersed particles is preferably 5% or less, since the strength increases when the volume fraction of the dispersed particles exceeds 5%, but decreases the ductility by inhibiting the movement of dislocations.
또한, 본 발명은 상기 다른 과제를 해결하기 위한 수단으로서, (a) Zn: 1 ~ 10중량%, Y: 0.2 ~ 7 중량%를 함유하고, 나머지는 불가피한 불순물과 마그네슘으로 이루어지는 합금의 용탕을 제조하는 단계; (b) 상기 마그네슘 용탕을 650 ~ 750 ℃로 유지하여, 회전하는 두 냉각롤의 사이에 주입하여 102 ~ 103K/s의 냉각속도로 냉각시켜 판재를 제조하는 단계; (c) 제조된 판재를 350 ~ 450℃에서 1 ~ 24 시간 동안 용체화처리(T4 열처리)하는 단계; (d) 용체화처리된 판재를 350 ~ 450 ℃에서 예열하여 패스(pass)당 40%이하의 압하율로 최종 압하량 80%이하로 압연하는 단계; 및 (e) 압연된 판재를 250 ~ 450℃에서 5분 ~ 24시간 동안 열처리하는 단계;를 포 함하는 고성형성 마그네슘 합금 판재의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention as a means for solving the other problems, (a) Zn: 1 to 10% by weight, Y: 0.2 to 7% by weight, the remainder is produced molten alloy of the alloy consisting of inevitable impurities and magnesium Doing; (b) maintaining the magnesium molten metal at 650 to 750 ° C., injecting between two rotating cooling rolls, and cooling the plate at a cooling rate of 10 2 to 10 3 K / s to manufacture a plate; (c) solution treatment (T4 heat treatment) for 1 to 24 hours at 350 ~ 450 ℃ manufactured plate material; (d) preheating the solution-treated plate at 350 to 450 ° C. and rolling the final plated amount at 80% or less at a rolling rate of 40% or less per pass; And (e) heat-treating the rolled sheet at 250 to 450 ° C. for 5 minutes to 24 hours.
상기 마그네슘 합금의 용탕을 제조함에 있어서는 Mg-Y 모합금을 첨가하여 Y의 함량을 조절하는 것이 바람직한데 이는 Y의 녹는점이 높아서 주조시 원하는 조성만큼 쉽게 첨가되지 않기 때문이다. 그리고 Mg-Y 모합금은 바람직하게는 Mg-1.5~4중량%Y 모합금을 사용한다.In manufacturing the molten metal of the magnesium alloy, it is preferable to control the content of Y by adding a Mg-Y mother alloy, because the melting point of Y is not easily added as desired in casting. And the Mg-Y master alloy is preferably used Mg-1.5 ~ 4% by weight Y master alloy.
또한, 상기 용탕의 온도는 650℃ ~ 750℃로 유지하는 것이 바람직한데, 이는 650℃ 미만에서는 롤에 접촉하기 전에 응고되어 롤을 빠져나오지 못하고, 750℃를 초과하는 경우에는 내부에 액상이 존재한 채로 빠져나와 표면에 응고결함이나 균열이 발생하기 때문이다.In addition, the temperature of the molten metal is preferably maintained at 650 ℃ ~ 750 ℃, which is less than 650 ℃ solidified before contacting the roll does not exit the roll, when the temperature exceeds 750 ℃ the liquid is present inside This is due to the solids coming out and causing solidification defects or cracks on the surface.
또한, 상기 용탕의 냉각속도는 102~103K/s로 유지하는 것이 바람직한데, 이는 102K/s 미만일 경우에는 일반적인 몰드주조법과 미세조직상 큰 차이가 없고, 103K/s을 초과하는 경우에는 매우 얇은 리본형태를 얻는 급냉응고법을 제외하고는 상용적으로 도달하기 어렵기 때문이다.In addition, the cooling rate of the molten metal is preferably maintained at 10 2 ~ 10 3 K / s, which is less than 10 2 K / s, there is no big difference in the general mold casting method and microstructure, 10 3 K / s If exceeded, it is difficult to reach commercially except for the quench solidification method, which obtains a very thin ribbon.
본 발명에서는 쌍롤식 박판주조법을 통해 주조하는데, 쌍롤식 박판주조법은 주조와 열간압연 공정을 하나의 공정으로 동시에 진행하기 때문에 판재를 생산할 때 기존의 잉곳(ingot) 주조법에 비해 매우 경제적일 뿐 아니라, 동시에 잉곳 주조법에 비해 매우 빠른 102~103 K/s의 냉각속도를 제공할 수 있다. 한편 상기와 같은 빠른 냉각속도는 주조 조직을 미세화시키고 편석을 감소시킬 뿐 아니라, 냉각속도 가 느릴 경우 인장특성에 해로운 역할을 하는 금속간화합물들을 기지내에 미세하게 분산시킴으로써 이로운 역할을 하게 할 수 있다. 더욱이 주조 단계에서 타 주조법에 비해 상대적으로 얇은 판재의 제조가 가능하기 때문에, 압연공정에 있어서 압하율 및 압연 패스(pass) 수를 줄일 수 있어 압연공정에서 발생하는 집합조직을 최소화할 수 있게 되어, 프레스 성형성에 악영향을 미치는 판재의 이방성을 줄일 수 있다.In the present invention, the cast through the twin-roll sheet casting method, the twin-roll sheet casting process is carried out at the same time as the casting and hot rolling process as a single process is not only very economical compared to the conventional ingot (ingot) casting method when producing a plate, At the same time, a cooling rate of 10 2 to 10 3 K / s can be achieved, which is much faster than ingot casting. On the other hand, such a high cooling rate can not only refine the cast structure and reduce segregation, but can also play a beneficial role by finely dispersing intermetallic compounds in the matrix that are detrimental to the tensile properties when the cooling rate is slow. In addition, since it is possible to manufacture a relatively thin plate compared to other casting methods in the casting step, it is possible to reduce the rolling reduction rate and the number of rolling passes in the rolling process, thereby minimizing the texture generated in the rolling process, The anisotropy of the plate material which adversely affects press formability can be reduced.
또한, 상기 제조방법에 있어서, 상기 두 냉각롤의 간격은 10㎜ 이하로 유지하고 롤의 회전속도는 10m/min 이하로 유지하는 것이 상기와 같은 냉각속도를 얻는데 유리하다.In addition, in the manufacturing method, it is advantageous to obtain the cooling rate as described above to maintain the interval between the two
또한, 상기와 같이 박판주조된 합금판재에는 주조시 발생할 수 있는 합금원소의 편석과 이에 따른 가공재의 특성 불균일이 있을 수 있으므로, 용체화처리를 해야 하는데, 용체화처리 온도 및 시간은 주 합금원소인 Zn의 확산도와 SDAS(secondary dendrite arm spacing)와, DTA/DSC를 통해 측정된 용융시작(incipient melting) 여부 및 산화도를 확인하여, 350 ~ 450℃에서 1 ~ 24시간으로 설정하였다.In addition, as described above, the thin sheet cast alloy sheet material may have segregation of alloying elements and uneven characteristics of the processed material, which may occur during casting, so that the solution treatment should be performed. The solution treatment temperature and time may be the main alloying elements. The diffusion of Zn and secondary dendrite arm spacing (SDAS) and incipient melting and oxidation degree measured through DTA / DSC were checked, and were set at 350 to 450 ° C. for 1 to 24 hours.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 제조방법에 있어서, 상기 (c) 단계 후, 용체화처리된 판재를 350 ~ 450 ℃에서 예열하여, 패스(pass)당 40%이하의 압하율로 최종 압하량 80%이하로 압연하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 예열온도범위(가공온도범위)는 건전한 판재를 얻을 수 있는 범위이므로, 상기 범위 내에서 가공하는 것이 바람직하다. 또한 최종 압하량이 증가할수록 집합조직이 발달하여 성 형성이 저하되므로 80%이하로 압연하는 것이 바람직하다.In addition, in the magnesium production method according to the present invention, after the step (c), the solution-treated plate is preheated at 350 ~ 450 ℃, the final reduction of 80% at a reduction rate of 40% or less per pass (pass) It may further comprise the step of rolling below. Since the said preheating temperature range (processing temperature range) is a range which can obtain a healthy board | plate material, it is preferable to process within the said range. In addition, as the final reduction decreases, the texture is reduced and the formation of the castle is reduced, so it is preferable to roll the sheet at 80% or less.
본 발명은 종래의 상용 마그네슘 합금 판재의 제조방법과 달리, 쌍롤식 박판 주조법을 통해 주조를 하고, 상기 박판 주조법에 맞는 합금설계와 그에 따른 후속 처리(열처리 또는 가공열처리)를 통해, 결정립 미세화, 분산 입자의 크기, 형상 및 부피 분율을 제어함으로써, 종래의 상용 마그네슘 합금 판재에 비해 연신 및 성형성이 향상되어 자동차 및 전자산업 등에 폭넓게 적용이 가능한 고성형성 마그네슘합금 판재를 제공한다. The present invention, unlike the conventional manufacturing method of the commercial magnesium alloy sheet material, is cast through the twin-roll thin plate casting method, through the alloy design according to the thin plate casting method and subsequent processing (heat treatment or processing heat treatment), grain refinement, dispersion By controlling the size, shape and volume fraction of the particles, it is possible to provide a highly formed magnesium alloy sheet that can be widely applied to automobiles and the electronics industry by being stretched and formable compared to conventional commercial magnesium alloy sheets.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 제조방법에 의하면, 종래의 Mg-Zn-Y 합금에 비하여 적은 합금원소를 첨가하고도 높은 이차상 분율을 포함한 합금 판재를 제조할 수 있고, 미세한 분산상을 보다 고르게 분포시킬 수 있기 때문에 종래의 합금에 비해 저렴한 비용으로 고강도 및 고성형성 합금 판재를 제조할 수 있다.In addition, according to the method for producing a magnesium alloy sheet according to the present invention, an alloy sheet including a high secondary phase fraction can be produced even if a small alloying element is added as compared to a conventional Mg-Zn-Y alloy, and a fine dispersed phase is obtained. Since it can be distributed evenly, it is possible to produce a high strength and high formability alloy sheet material at a lower cost than conventional alloys.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 제조방법에 의하면, 종래의 판재의 제조공정에 비해 제조공정수가 줄기 때문에, 종래의 상용 마그네슘 합금 판재에 비해 저렴한 비용으로 마그네슘 합금 판재를 제조할 수 있다. 또한 최종 압하량을 크게 줄일 수 있기 때문에 집합조직의 형성을 최소화 할 수 있고, 이로부터 개선된 프레스 성형성을 얻을 수 있다.Moreover, according to the manufacturing method of the magnesium alloy plate material which concerns on this invention, since a manufacturing process number is reduced compared with the conventional manufacturing process of a plate material, a magnesium alloy plate material can be manufactured at low cost compared with the conventional commercial magnesium alloy plate material. In addition, since the final reduction can be greatly reduced, the formation of the texture can be minimized, and improved press formability can be obtained therefrom.
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.The singular forms used to describe the embodiments of the present invention are intended to include the plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. And “comprises” means specific features, domains, integers, steps, actions, elements and / or components, and the presence or addition of other specific features, domains, integers, steps, actions, elements, components and / or groups. It is not excluded.
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 부합하는 의미를 갖는 것으로 추가 해석되고 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. In addition, commonly used terms defined in advance are not to be interpreted in an ideal or very formal sense unless further interpreted and defined as having a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 마그네슘 합금 판재의 제조 방법 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. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a method for producing a magnesium alloy plate and a magnesium alloy plate produced using the same in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be variously modified without departing from the technical spirit of the present invention.
마그네슘 합금 판재의 제조Manufacture of Magnesium Alloy Plate
순 Mg(99.9%)과, Mg-2.5wt%Y 모합금, 순 Zn(99.995%)를 사용하여, Mg 합금을 유도 용해로를 이용하여 CO2와 SF6의 혼합가스 분위기 하에서 하기 표 1의 조성이 되도록 조성을 조절하여 용탕을 용해하였다.Mg alloy using pure Mg (99.9%), Mg-2.5wt% Y master alloy, pure Zn (99.995%) in an induction melting furnace under a mixed gas atmosphere of CO 2 and SF 6 The composition was adjusted so that the molten metal was dissolved.
이와 같이 용해된 용탕을 700℃로 유지하고, 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 턴디쉬(10)로 이송한 후, 쌍롤식 박판 주조기에 구비된 수냉되고 있는 두 냉각롤(20) 사이로 주입하였다. 이때 상기 턴디쉬는 상기 용해로의 용탕의 온도와 동일한 온도가 되도록 유지하였다.The molten molten metal is maintained at 700 ° C., transferred to a
한편, 상기 박판 주조기에 있어서, 두 냉각롤의 간격은 2㎜로 유지하고 용탕 주입시 냉각롤의 회전속도를 4 ~ 4.5m/min로 유지하여 용탕의 냉각속도가 100 ~ 400 K/s가 되도록 주조하였으며, 그 결과 길이 5m, 폭 70mm, 두께 2mm의 마그네슘 합금 판재를 얻었다.On the other hand, in the thin sheet casting machine, the interval between the two cooling rolls is maintained at 2mm and the rotational speed of the cooling roll is maintained at 4 ~ 4.5m / min during the injection of the melt so that the cooling rate of the molten metal is 100 ~ 400 K / s As a result, a magnesium alloy sheet having a length of 5 m, a width of 70 mm, and a thickness of 2 mm was obtained.
이와 같이, 주조된 판재를 다음과 같은 방법으로 열처리를 행하였다.Thus, the cast board was heat-treated in the following manner.
먼저, 주조된 모든 판재를 330℃에서 2시간 동안 T4 열처리(또는 용체화처리)를 하였다. 다음으로, 용체화처리된 판재를 300℃로 예열하여 150℃로 가열된 압연 롤로 열간압연을 실시하였다.First, all cast plates were subjected to T4 heat treatment (or solution treatment) at 330 ° C. for 2 hours. Next, the solution-treated plate | board material was preheated to 300 degreeC, and hot rolling was performed by the rolling roll heated at 150 degreeC.
한편, 열간압연시 패스(pass)당 압하율은 매 pass당 35%로 하여, 최종 두께 약 1 ~ 0.7mm의 판재를 얻은 후, 이 판재를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 열처리하여 최종 판재를 수득하였다.On the other hand, the rolling reduction rate per pass during hot rolling is 35% per pass to obtain a plate having a final thickness of about 1 to 0.7 mm, and then heat treating the plate as shown in Table 1 to obtain a final plate. It was.
마그네슘 합금 판재의 미세조직Microstructure of Magnesium Alloy Plate
이상과 같이 제조된 판재의 미세조직을 분석하였다. 도 3a는 이상과 같이 제조된 마그네슘 합금 판재 중 시편 No. 의 미세조직을 관찰한 사진으로, 약 5㎛ 크기의 결정립과 미세한 분산상이 고르게 분포하는 것을 확인할 수 있다. 또한 분 산상을 주사전자 현미경으로 관찰한 결과 도 3b와 같이 1㎛이하의 크기를 갖는 미세한 분산상이 고르게 분포하고 있음을 확인할 수 있고, 그 분율은 5%였다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 합금 판재의 제조방법을 통해, 종래에 비해 단순한 공정으로, 미세한 결정립과 고르게 분산된 분산상을 획득할 수 있음을 알 수 있다.The microstructure of the plate produced as described above was analyzed. 3a is a specimen No. of the magnesium alloy sheet prepared as described above. The microstructure of the photograph, it can be seen that evenly distributed crystal grains and fine dispersed phase of about 5㎛ size. As a result of observing the dispersed phase with a scanning electron microscope, as shown in FIG. 3B, it was confirmed that the finely dispersed phase having a size of 1 μm or less was evenly distributed, and the fraction was 5%. That is, it can be seen that through the manufacturing method of the magnesium alloy sheet according to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain a fine grain and evenly dispersed dispersed phase by a simple process compared to the conventional.
마그네슘 합금 판재의 성형성 평가Evaluation of Formability of Magnesium Alloy Sheet
본 발명에 따라 제조된 마그네슘 합금 판재의 인장 특성을 평가하기 위하여, 게이지 길이 12.6mm, 게이지 너비 5mm, 두께 1mm를 갖는 인장 시편을 제작하여, 공지의 인장시험기를 사용하여 6.4 × 10-4 s-1의 변형률 속도로 인장 시험하였다.In order to evaluate the tensile properties of the magnesium alloy sheet prepared according to the present invention, a tensile test piece having a gauge length of 12.6 mm, a gauge width of 5 mm, and a thickness of 1 mm was prepared, and a known tensile tester was used to produce a tensile tester of 6.4 × 10 −4 s −. Tensile tests were conducted at a strain rate of one .
또한, 제조된 마그네슘 합금 판재의 프레스 성형성을 평가하기 위하여, 한계돔높이(LDH) 시험을 행하였는데, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 합금 판재의 한계돔높이(LDH)를 평가한 방법을 나타내는 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 직경 50mm, 두께 0.7mm의 디스크형 시험편을 제작한 후, 상부다이와 하부다이 사이에 시험편을 삽입한 후 5kN의 힘으로 시편을 고정하였으며 윤활유는 공지의 프레스유를 사용하였다. 그리고 20mm의 직경을 갖는 구형 펀치를 사용하여 0.1 mm/sec의 속도로 변형을 가하여, 디스크형 시편의 파단시까지 펀치를 삽입한 후 파단시의 변형 높이를 측정하였다.In addition, in order to evaluate the press formability of the manufactured magnesium alloy sheet, the limit dome height (LDH) test was performed, Figure 2 is to evaluate the limit dome height (LDH) of the magnesium alloy sheet according to an embodiment of the present invention A schematic diagram illustrating the method. As shown in FIG. 2, after the disk-shaped test piece having a diameter of 50 mm and a thickness of 0.7 mm was manufactured, the test piece was inserted between the upper die and the lower die, and then the specimen was fixed with a force of 5 kN. It was. Then, a strain was applied at a speed of 0.1 mm / sec using a spherical punch having a diameter of 20 mm, and the deformation height at the time of breaking was measured after the punch was inserted until the disc-shaped test piece was broken.
또한, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재와의 비교를 위하여 현재 시판되어 사용되고 있는 마그네슘 합금 판재(AZ31 H24)에 대해서도 파단시의 변형 높이를 측정하였다.In addition, the deformation height at the time of breaking was also measured for the magnesium alloy sheet (AZ31 H24) which is currently commercially available for comparison with the magnesium alloy sheet according to the present invention.
하기 표 1은 이상과 같은 방법에 의해 측정된 인장특성 및 성형특성을 나타낸 것이다.Table 1 shows the tensile and molding properties measured by the above method.
상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재 No.1 및 No.3과 비교예인 AZ31 H24과 대비해보면, 비교예에 비해 본 발명의 실시예가 인장강도는 다소 떨어지나 가공성에 영향을 미치는 연신율은 크게 개선되었음을 알 수 있다.As can be seen in Table 1, compared with magnesium alloy plate Nos. 1 and 3 according to the present invention and AZ31 H24, which is a comparative example, compared to the comparative example, the Examples of the present invention had a somewhat lower tensile strength, but the workability was affected. It can be seen that the elongation has greatly improved.
또한, 프레스 성형성의 측면을 고려할 때, 본 발명의 실시예인 No.2 ~ 6의 경우, 비교예인 AZ3 H24에 비해 LDH가 약 0.25 ~ 1.5배 정도 향상됨을 알 수 있다. 특히 LDH가 5.0mm 이상인 마그네슘 합금 판재의 경우, 종래의 마그네슘 합금 판재로는 프레스 성형이 어려웠던 부품도 성형할 수 있게 되어, 종래에 비해 어플리케이션의 영역이 확장될 수 있다.In addition, considering the press formability, it can be seen that in the case of Nos. 2 to 6 which are Examples of the present invention, LDH is improved by about 0.25 to 1.5 times compared to AZ3 H24 which is a Comparative Example. Particularly, in the case of a magnesium alloy sheet having a LDH of 5.0 mm or more, it is possible to mold parts that were difficult to press molding with a conventional magnesium alloy sheet, and thus, an area of application can be extended compared with the conventional.
이와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 경우, 합금 조성의 제어 특히 Y/Zn의 중량비의 제어, 결정립 미세화와 분산상의 조절을 통한 미세조직의 제어 및 압하율의 조절을 통해, 연신율이 높고 이방성이 낮은 판재가 형성되어 상기와 같은 높은 프레스 성형성을 얻을 수 있게 되었다.As described above, in the case of the magnesium alloy sheet according to the present invention, the elongation is high and anisotropic through the control of the alloy composition, in particular, the control of the weight ratio of Y / Zn, the control of the microstructure through the control of grain refinement and the dispersion phase, and the control of the reduction ratio. This low plate | board material was formed and the high press formability as mentioned above was acquired.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 합금 판재를 제조하기 위한 박판주조장치를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing a sheet casting apparatus for manufacturing a magnesium alloy sheet material according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 마그네슘 합금 판재의 한계돔높이를 평가방법을 나타낸 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing a method for evaluating the limit dome height of the magnesium alloy sheet according to the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 마그네슘 합금 판재의 미세조직을 광학현미경으로 관찰한 사진이다.3 is a photograph observing the microstructure of the magnesium alloy sheet prepared according to an embodiment of the present invention with an optical microscope.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 마그네슘 합금 판재의 미세조직 중 분산상의 상태를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.Figure 4 is a photograph of the state of the dispersion phase in the microstructure of the magnesium alloy sheet prepared according to an embodiment of the present invention by a scanning electron microscope.
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