KR20110011228A - The method for preparing of al-mg-mn alloy strip using twin roll cast and al-mg-mn alloy strip - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 쌍롤주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a magnesium-aluminum-manganese alloy cast using a twin roll casting method and a magnesium-aluminum-manganese alloy cast prepared accordingly.
마그네슘 합금은 낮은 밀도, 높은 강도와 강성 및 주조성과 피삭성이 뛰어나 경량 구조에 유용하게 이용할 수 있다. 그러므로, 경량 구조 성분으로 마그네슘 합금을 사용하는 사례가 급격히 증가하고 있으며, 주로 정형다이주조법(near net-shape die-casting) 기술을 이용하여, 높은 압력의 다이주조 부품들이 주조된다. 그러나, 가공용 마그네슘 합금은 대개 값이 비싸고, 전통적인 방법으로 주조되는 것과 비교하여 상온에서 주조하기 어려운 문제가 있다. 또한, 가공용 마그네슘 합금은 주조 합금보다 일반적으로 더 좋은 기계적 특성을 가지지만 다양한 경량 금속을 제작하는데 필요한 마그네슘 가공용 제품, 특히 판재에 있어서는 여전히 경쟁성 이 부족하다. 따라서, 가공 비용이나 성형성 향상이 요구된다.Magnesium alloy is excellent in low density, high strength and rigidity, and castability and machinability, and can be usefully used for light weight structure. Therefore, the use of magnesium alloys as a lightweight structural component is rapidly increasing, and high pressure die casting parts are mainly cast using near net-shape die-casting technology. However, process magnesium alloys are often expensive and difficult to cast at room temperature as compared to those cast by traditional methods. In addition, workable magnesium alloys generally have better mechanical properties than cast alloys, but still lack competition in the workmanship of magnesium, particularly plates, required to produce a variety of lightweight metals. Therefore, processing cost and moldability improvement are calculated | required.
최근에 쌍롤 주조법은 박판의 압연 제품을 한 단계 공정으로 제조할 수 있는 이점이 있고, 연속적인 주편 주조와 직접적 고온 압연으로 이루어져 용융물로부터 가공용 마그네슘 합금판을 경제적으로 제조할 수 있다. 또한, 쌍롤 주조법은 형성된 비금속 개재물 등의 입자크기가 고르게 분포되며, 미세구조에서 균일성을 유지하게 하는 이점이 있다. 가공용 마그네슘 합금의 강도와 성형성을 향상시키기 위해, 가공용 마그네슘 합금은 균일한 미세구조(결정과 입자)와 이방성이 낮은 구조로 이루어져야 한다. 높은 냉각속도는 Mg 합금에서 제한된 용해성을 가지는 합금 성분에 의해 응고시 분산 강화을 용이하게 하며, 고용체 강화를 용이하게 하는데, 상기 방법은 낮은 냉각속도에서 큰 금속간 입자를 형성하기 때문에 잉곳 주조에서는 대개 사용하지 않는다. 따라서, 분산 강화와 고용체 강화는 준-속도 고형 처리인 102 - 103 k/s의 비교적 높은 냉각속도를 갖는 쌍롤 주조법에 이용될 수 있다. 대한민국 공개특허 제10-2007-0087137호에는 쌍롤식 연속 주조법에 의해 주조 및 냉간 압연된 판 두께 0.5 내지 3 ㎜의 Al-Mg계 알루미늄 합금판의 제조방법이 기재되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제0711793호에는 쌍롤식 박판 주조기의 주조롤 및 이를 사용하여 제조된 주물편을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 미국공개특허 제2003/0196733호에는 Fe 0.15 - 1.5%, Mn 0.35 - 1.9%와 추가적으로 Si<0.8%, Mg<0.2%, Cu<0.2%, Cr<0.2%, Zn<0.2%가 함유되어 있는 알루미늄 합금 주편을 제조 하는 방법이 기재되어 있고, 미국등록특허 제6193818호에는 Si 0.5 - 13%, Mg 0 - 2%, Cu 0 - 2%, Mn 0 - 1%, Fe 0 - 2%를 함유하고 1.5 - 5 ㎜의 두께를 가지는 알루미늄 합금을 주조하는 방법이 기재되어 있다. In recent years, the twin roll casting method has the advantage of manufacturing a rolled product of thin sheet in one step process, and it is possible to economically manufacture a magnesium alloy sheet for processing from the melt by consisting of continuous cast steel casting and direct hot rolling. In addition, the twin roll casting method has an even distribution in the particle size of the formed non-metallic inclusions and the like, and maintains uniformity in the microstructure. In order to improve the strength and formability of the working magnesium alloy, the working magnesium alloy should have a uniform microstructure (crystals and particles) and a low anisotropy structure. High cooling rates facilitate dispersion strengthening upon solidification by alloying components with limited solubility in Mg alloys and facilitate solid solution strengthening, which is commonly used in ingot casting because it forms large intermetallic particles at low cooling rates. I never do that. Therefore, dispersion strengthening and solid solution strengthening is given - can be used for ssangrol casting with a relatively high cooling rate of 10 3 k / s-speed solid for 10 second. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2007-0087137 discloses a method for producing an Al-Mg-based aluminum alloy plate having a plate thickness of 0.5 to 3 mm cast and cold rolled by a twin roll continuous casting method. In addition, the Republic of Korea Patent No. 0711793 describes a casting roll of a twin-roll thin plate casting machine and a method for manufacturing a cast piece manufactured using the same. U.S. Patent Publication No. 2003/0196733 contains Fe 0.15-1.5%, Mn 0.35-1.9% and additionally Si <0.8%, Mg <0.2%, Cu <0.2%, Cr <0.2%, Zn <0.2% A method for producing an aluminum alloy slab is described, and U.S. Patent No. 6193818 contains Si 0.5-13%, Mg 0-2%, Cu 0-2%, Mn 0-1%, Fe 0-2% And casting an aluminum alloy having a thickness of 1.5-5 mm.
이에, 본 발명자들은 쌍롤 주조법으로 제조되는 마그네슘 합금판을 연구하던 중, 고용체 강화를 위해 Al를 첨가하고 Al-Mn 혼합물의 분산을 야기하기 위해 Mn을 첨가하여 균일한 미세구조를 나타내도록 하여 기계적 특성이 향상된 마그네슘 합금판을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention while studying a magnesium alloy plate produced by twin roll casting method, by adding Al to strengthen the solid solution and Mn to cause the dispersion of the Al-Mn mixture to exhibit a uniform microstructure mechanical properties This improved magnesium alloy plate was developed and the present invention was completed.
본 발명의 목적은 쌍롤주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method for producing a magnesium-aluminum-manganese alloy cast using a twin roll casting method.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조되는 미세구조, 항복강도, 최대인장강도 및 연신율이 향상된 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제공하는 데 있다.Still another object of the present invention is to provide a magnesium-aluminum-manganese alloy cast having improved microstructure, yield strength, maximum tensile strength and elongation.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 알루미늄 잉곳과 망간원소를 혼합하여 알루미늄-망간 모합금을 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 알루미늄-망간 모합금을 용융 마그네슘에 첨가하여 혼합한 후 금속몰드에 부어 마그네슘-알루미늄-망간 합금 잉곳을 제조하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 제조된 마그네슘-알루미늄-망간 합금 용탕을 쌍롤주조법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하는 단계(단계 3)를 포함하는 쌍롤주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of preparing an aluminum-manganese master alloy by mixing the aluminum ingot and manganese element (step 1); Adding the aluminum-manganese mother alloy prepared in step 1 to molten magnesium, mixing the mixture, and then pouring the aluminum-manganese master alloy into a metal mold to prepare a magnesium-aluminum-manganese alloy ingot (step 2); And manufacturing a magnesium-aluminum-manganese alloy slab from the magnesium-aluminum-manganese alloy molten metal prepared in step 2 by a twin roll casting method (step 3). To provide.
또한, 본 발명은 미세구조, 항복강도, 최대인장강도 및 연신율이 향상된 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제공한다.In addition, the present invention provides a magnesium-aluminum-manganese alloy slab with improved microstructure, yield strength, maximum tensile strength and elongation.
본 발명에 따른 쌍롤주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편은 고용체 강화를 위해 알루미늄이 첨가되고, 분산강화를 촉진하기 위해 망간이 첨가되었으며, 종래방법으로 제조된 잉곳 주조 주편보다 향상된 미세구조를 가지며, 항복강도, 최대인장강도 및 연신율에서도 향상된 값을 가지므로, 경량의 구조재료로 유용하게 사용할 수 있다.Magnesium-aluminum-manganese alloy cast using the twin roll casting method according to the present invention, aluminum is added to strengthen the solid solution, manganese is added to promote dispersion strengthening, and has an improved microstructure than the ingot cast slab manufactured by the conventional method , Yield strength, maximum tensile strength and elongation also have improved values, so it can be used as a lightweight structural material.
본 발명은 알루미늄 잉곳과 망간원소를 혼합하여 알루미늄-망간 모합금을 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 알루미늄-망간 모합금을 용융 마그네슘에 첨가하여 혼합한 후 금속몰드에 부어 마그네슘-알루미늄-망간 합금 잉곳을 제조하는 단계(단계 2); 및 상기 단계 2에서 제조된 마그네슘-알루미늄-망간 합금 용탕을 쌍롤주조법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하는 단계(단계 3)를 포함하는 쌍롤주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of preparing an aluminum-manganese master alloy by mixing the aluminum ingot and manganese element (step 1); Adding the aluminum-manganese mother alloy prepared in step 1 to molten magnesium, mixing the mixture, and then pouring the aluminum-manganese master alloy into a metal mold to prepare a magnesium-aluminum-manganese alloy ingot (step 2); And manufacturing a magnesium-aluminum-manganese alloy slab from the magnesium-aluminum-manganese alloy molten metal prepared in step 2 by a twin roll casting method (step 3). To provide.
이하, 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail step by step.
먼저, 본 발명에 따른 상기 단계 1은 알루미늄 잉곳과 망간 원소를 혼합하여 알루미늄-망간 모합금을 제조하는 단계이다.First, step 1 according to the present invention is a step of preparing an aluminum-manganese master alloy by mixing the aluminum ingot and manganese elements.
상기 단계 1의 알루미늄, 망간의 함량은 각각 2.5 - 3.5 중량%, 0.5 - 1.5 중량%인 것이 바람직하다. 만약, 알루미늄의 함량이 2.5 중량% 미만인 경우에는 강도가 낮아지는 문제가 있고, 3.5 중량%를 초과하는 경우에는 부식성에 좋지않고 고용강화를 약화시키는 Mg17Al12과 Mg8Al5 등의 석출상이 형성되는 문제가 있다. 또한, 망간의 함량이 0.5 중량% 미만인 경우에는 분산석출상이 적은 문제가 있고, 1.5 중량%를 초과하는 경우에는 분산석출상이 과다하게 조대해져 연성이 저하되는 문제가 있다.The content of aluminum and manganese in the step 1 is preferably 2.5 to 3.5% by weight, 0.5 to 1.5% by weight, respectively. If the aluminum content is less than 2.5% by weight, there is a problem that the strength is lowered. If the content of aluminum is more than 3.5% by weight, precipitation phases such as Mg 17 Al 12 and Mg 8 Al 5 , which are not good for corrosiveness and weaken solid solution strengthening, have a problem. There is a problem formed. In addition, when the content of manganese is less than 0.5% by weight, there is a problem in that the dispersed precipitated phase is less, and when it exceeds 1.5% by weight, the dispersed precipitated phase is excessively coarse to reduce the ductility.
다음으로, 본 발명에 따른 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 알루미늄-망간 모합금을 용융 마그네슘에 첨가하여 혼합한 후 금속몰드에 부어 마그네슘-알루미늄-망간 잉곳을 제조하는 단계이다.Next, the step 2 according to the present invention is a step of preparing a magnesium-aluminum-manganese ingot by adding the aluminum-manganese mother alloy prepared in step 1 to the molten magnesium, mixed and then poured into a metal mold.
본 발명에 따른 상기 단계 2에서 용융 마그네슘을 첨가한 후, 합금원소들이 완전하게 용해되고 분산되도록 700 - 800 ℃에서 20 - 40 분간 유지되게 하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 온도가 700 ℃ 미만인 경우에는 용탕의 유동성이 낮은 문제가 있고, 800 ℃를 초과하는 경우에는 과열로 인한 가스함유량이 증가하는 문제가 있다. 또한, 상기 시간이 20 분 미만인 경우에는 합금원소의 완전 고용에 의해 분산이 저하되는 문제가 있고, 40 분을 초과하는 경우에는 에너지 효율의 측면에서 과량의 에너지가 소모되는 문제가 있다.After the molten magnesium is added in step 2 according to the present invention, it is preferable to maintain the alloying elements at 700-800 ° C for 20-40 minutes so that the alloying elements are completely dissolved and dispersed. If the temperature is less than 700 ℃, there is a problem of low fluidity of the molten metal, if the temperature exceeds 800 ℃ there is a problem that the gas content due to overheating increases. In addition, if the time is less than 20 minutes, there is a problem that the dispersion is reduced by the complete solid solution of the alloying elements, if more than 40 minutes there is a problem that excessive energy is consumed in terms of energy efficiency.
다음으로, 본 발명에 따른 상기 단계 3은 상기 단계 2에서 제조된 마그네슘- 알루미늄-망간 합금 용탕을 쌍롤 주조법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하는 단계이다.Next, step 3 according to the present invention is a step of producing a magnesium-aluminum-manganese alloy cast piece by the twin roll casting method of the magnesium-aluminum-manganese alloy molten metal prepared in step 2.
상기 단계 3의 쌍롤 주조는 롤 속도가 3 - 3.5 rpm이고, 롤간 간격이 3.0 - 4.0 ㎜인 것이 바람직하다. 만약 롤 속도가 3 rpm 미만인 경우에는 고액계면이 롤 전방에 위치하는 문제가 있고, 3.5 rpm을 초과하는 경우에는 고액계면이 롤 후방에 위치하는 문제가 있다. 또한, 롤간 간격이 3.0 ㎜ 미만인 경우에는 생산성이 저하되는 문제가 있고, 4.0 ㎜를 초과하는 경우에는 응고속도가 늦어 조직이 조대해지는 문제가 있다.It is preferable that the twin roll casting of the said step 3 has a roll speed of 3-3.5 rpm, and the interval between rolls is 3.0-4.0 mm. If the roll speed is less than 3 rpm, there is a problem that the liquid-liquid interface is located in front of the roll, if the roll speed exceeds 3.5 rpm, there is a problem that the solid-liquid interface is located behind the roll. Moreover, when the space | interval between rolls is less than 3.0 mm, there exists a problem that productivity falls, and when it exceeds 4.0 mm, there exists a problem that a solidification rate becomes slow and a structure becomes coarse.
또한, 상기 단계 3에서 쌍롤 주조된 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 300 - 400 ℃에서 20 - 40 분간 가열하고 온간압연기로 압연하는 단계를 추가적으로 더 포함할 수 있다.In addition, the magnesium-aluminum-manganese alloy cast slab cast in step 3 may be further heated for 20 to 40 minutes at 300-400 ℃ and rolling with a warm rolling mill.
상기 온간압연기의 롤은 200 - 300 ℃로 가열되는 것이 바람직하다. 만약 쌍롤의 가열온도가 200 ℃ 미만인 경우에는 균열 발생에 의한 압연 결합이 증가하는 문제가 있고, 300 ℃를 초과하는 경우에는 롤 표면의 소착과 롤 설비 관리가 곤란한 문제가 있다. The roll of the warm rolling mill is preferably heated to 200-300 ℃. If the heating temperature of the twin roll is less than 200 ℃, there is a problem that the rolling bonds due to crack generation is increased, and if it exceeds 300 ℃, there is a problem that sintering of the roll surface and management of the roll equipment is difficult.
또한, 온간압연기의 롤 속도는 압연기 기능에 따라 가변적이지만, 본 발명에서는 3.0 - 4.0 rpm으로 수행하는 것이 바람직하다. In addition, although the roll speed of the warm rolling mill is variable according to the rolling mill function, it is preferable to carry out at 3.0-4.0 rpm in the present invention.
나아가, 상기 온간압연은 300 - 350 ℃ 온도범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 만약, 온간압연 온도가 300 ℃ 미만인 경우에는 균열 발생에 의해 압연 결합 이 증가하는 문제가 있고, 350 ℃를 초과하는 경우에는 판재의 표면상태가 양호하지 못한 문제가 있다.Further, the warm rolling is preferably performed at a temperature range of 300-350 ° C. If the warm rolling temperature is less than 300 ℃, there is a problem that the rolling bond is increased by the occurrence of cracks, if the temperature exceeds 350 ℃ there is a problem that the surface state of the plate is not good.
또한, 상기 온간압연은 1 - 7 회 수행하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 온간압연을 7회를 초과하여 수행하는 경우에는 가공경화가 발생하므로, 이를 연화하기 위해 충분한 중간 소둔처리를 수행해야 하는 문제가 있다.In addition, the warm rolling is preferably performed 1-7 times. If the warm rolling is performed more than seven times, work hardening occurs, so that there is a problem that sufficient intermediate annealing treatment should be performed to soften it.
나아가, 상기 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편은 1회의 온간압연 수행단계마다 300 - 400 ℃에서 3 - 7 분 동안 가열되는 것이 바람직하다. 만약, 상기 가열온도가 300 ℃ 미만인 경우에는 균열 발생에 의한 압연 결합이 증가하는 문제가 있고, 400 ℃를 초과하는 경우에는 판재의 표면상태가 양호하지 못한 문제가 있다. 또한, 상기 가열시간이 3 분 미만인 경우에는 내외부 온도가 불균일한 문제가 있고, 7 분을 초과하는 경우에는 에너지 효율의 측면에서 과량의 에너지가 소모되는 문제가 있다.Furthermore, it is preferable that the magnesium-aluminum-manganese alloy slab is heated for 3 to 7 minutes at 300-400 ° C. for each warm rolling step. If the heating temperature is less than 300 ℃, there is a problem that the rolling bonds due to crack generation increases, and if the heating temperature exceeds 400 ℃, there is a problem that the surface state of the plate material is not good. In addition, when the heating time is less than 3 minutes, there is a problem that the internal and external temperature is uneven, and when it exceeds 7 minutes, there is a problem in that excessive energy is consumed in terms of energy efficiency.
본 발명에 따른 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조방법은 열처리하는 단계를 추가적으로 더 포함할 수 있다.Method for producing a magnesium-aluminum-manganese alloy cast according to the present invention may further comprise the step of heat treatment.
상기 열처리는 300 - 400 ℃에서 50 - 70 분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 만약, 상기 열처리 온도가 300 ℃ 미만인 경우에는 내부응력을 충분히 제거하지 못하는 문제가 있고, 400 ℃를 초과하는 경우에는 표면산화를 증가시키는 문제가 있다. 또한, 열처리 시간이 50 분 미만인 경우에는 내부응력이 충분히 제거되지 못하는 문제가 있고, 70 분을 초과하는 경우에는 에너지 효율의 측면에서 과량의 에너지가 소모되는 문제가 있다.The heat treatment is preferably carried out at 300-400 ℃ for 50-70 minutes. If the heat treatment temperature is less than 300 ° C., there is a problem that the internal stress cannot be sufficiently removed, and if the heat treatment temperature is higher than 400 ° C., there is a problem of increasing the surface oxidation. In addition, when the heat treatment time is less than 50 minutes, there is a problem that the internal stress is not sufficiently removed, if more than 70 minutes there is a problem that excessive energy is consumed in terms of energy efficiency.
본 발명에 따른 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편은 향상된 미세구조를 가지며, 항복강도, 최대인장강도 및 연신율에서도 향상된 값을 가지므로, 경량의 구조재료로 유용하게 사용할 수 있다.The magnesium-aluminum-manganese alloy slab according to the present invention has an improved microstructure, and has improved values in yield strength, maximum tensile strength and elongation, and thus can be usefully used as a lightweight structural material.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, the content of the present invention is not limited by the following examples.
<실시예 1> 쌍롤 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 1Example 1 Preparation of Magnesium-Aluminum-Manganese Alloy Cast Using Twin Roll Casting Method 1
마그네슘 합금 주편을 제조하기 위해 수냉각 장치가 있는 수평형 쌍롤 주조장치를 사용하였다. 300 ㎚의 직경을 가진 구리 합금 쌍롤러는 수평형 쌍롤 주조장치에 사용되었다. 합금을 제조하기 위해 순수한 마그네슘과 알루미늄 잉곳을 사용하였다. 망간 원소는 Al-Mn 모합금(Al 10 중량%)에 첨가되었다. 용융 합금을 보호하기 위해 보호가스로 SF6 와 CO2를 사용하였다. Al과 Al-Mn 모합금의 합금원소는 750 ℃에서 용융 마그네슘에 첨가되었고, 합금원소가 완전히 용해되고 분산되기 위해 상기 용융물을 750 ℃에서 30분간 유지시켰다. 잉곳 주조를 위해, 상기 용융 합 금을 720 ℃에서 180 ㎜×160 ㎜×25 ㎜ 크기의 금속몰드에 주입하였다. 쌍롤 주조를 위해, 용융 금속은 용해로로부터 턴디쉬로 흐르게 하고, 턴디쉬의 주입구로 들어간 후 용융 금속은 회전하는 롤러 표면으로 이동된다. 용융 금속은 냉각된 롤러와 접촉하여 급속히 응고되고, 롤러 사이를 통과한다. 압연속도는 3 - 3.25 rpm이고, 롤러의 간격은 3 ㎜이다. 두께 4 ㎜, 폭 180 ㎜ 및 길이 10 m인 쌍롤 주조 주편(strip)을 제조하였다.A horizontal twin roll casting machine with a water cooling system was used to produce magnesium alloy slabs. Copper alloy twin rollers with a diameter of 300 nm were used in horizontal twin roll casting machines. Pure magnesium and aluminum ingots were used to produce the alloy. Manganese element was added to the Al-Mn mother alloy (
<실시예 2> 쌍롤 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 2Example 2 Preparation of Magnesium-Aluminum-Manganese Alloy Cast Using Two Roll Casting Method 2
등축(equiaxed)이고 미세립 구조인 가공용 마그네슘 합금판을 제조하기 위해, 온간압연과 열처리를 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하였다. 온간 압연을 하기 전에 쌍롤주조법으로 제조된 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 350 ℃에서 30 분 동안 재가열하였고, 롤러 직경이 200 ㎜인 롤러밀을 통과하였다. 롤러는 250 ℃로 가열되고, 3.5 rpm으로 작동하였다. 각각의 통과되는 지점 사이에서 상기 합금은 350 ℃에서 5 분 동안 재가열되었다. 온간압연은 한번 수행하여 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하였다. Magnesium-aluminum-manganese alloy slabs were prepared in the same manner as in Example 1, except that warm rolling and heat treatment were performed to produce an equiaxed and fine grained magnesium alloy plate. Prior to warm rolling, the magnesium-aluminum-manganese alloy slabs prepared by twin roll casting were reheated at 350 ° C. for 30 minutes and passed through a roller mill having a roller diameter of 200 mm. The roller was heated to 250 ° C. and operated at 3.5 rpm. Between each passing point the alloy was reheated at 350 ° C. for 5 minutes. Warm rolling was performed once to prepare a magnesium-aluminum-manganese alloy cast.
<실시예 3> 쌍롤 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 3Example 3 Preparation of Magnesium-Aluminum-Manganese Alloy Cast Using Two Roll Casting Method 3
온간압연을 3번 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하였다.A magnesium-aluminum-manganese alloy cast was prepared in the same manner as in Example 2 except that the warm rolling was performed three times.
<실시예 4> 쌍롤 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 4Example 4 Fabrication of Magnesium-Aluminum-Manganese Alloy Cast Using Two Roll Casting Method 4
온간압연을 5번 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하였다.A magnesium-aluminum-manganese alloy cast was prepared in the same manner as in Example 2 except that the warm rolling was performed five times.
<실시예 5> 쌍롤 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 5Example 5 Preparation of Magnesium-Aluminum-Manganese Alloy Cast Using Two
온간압연을 7번 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하였다.A magnesium-aluminum-manganese alloy cast was prepared in the same manner as in Example 2 except that the warm rolling was performed seven times.
<실시예 6> 쌍롤 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 6Example 6 Preparation of Magnesium-Aluminum-Manganese Alloy Cast Using Twin Roll Casting Method 6
350 ℃에서 60 분 동안 열처리를 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 5와 동일한 방법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하였다.A magnesium-aluminum-manganese alloy cast was prepared in the same manner as in Example 5 except that the heat treatment was performed at 350 ° C. for 60 minutes.
<비교예 1> 종래 잉곳 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 1<Comparative Example 1> Preparation of magnesium-aluminum-manganese alloy cast using a conventional ingot casting method 1
마그네슘-알루미늄-망간 용융금속을 금속몰드에 주입하여 두께 25 ㎜인 잉곳을 제조하고, 주조 잉곳으로부터 4 ㎜ 두께의 알루미늄-망간 빌레트(billet)을 사용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 주조 잉곳을 제조하였다. Magnesium-manganese molten metal was injected into the metal mold to prepare an ingot having a thickness of 25 mm, and an aluminum-manganese billet having a thickness of 4 mm from the casting ingot was used in the same manner as in Example 1 above. Casting ingots were prepared.
<비교예 2> 종래 잉곳 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 2Comparative Example 2 Preparation of Magnesium-Aluminum-Manganese Alloy Cast Using 2 Conventional Ingot Casting Method 2
온간압연을 1번 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하였다.A magnesium-aluminum-manganese alloy cast was prepared in the same manner as in Example 2 except that the warm rolling was performed once.
<비교예 3> 종래 잉곳 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 3Comparative Example 3 Preparation of Magnesium-Aluminum-Manganese Alloy Cast Using a Conventional Ingot Casting Method 3
온간압연을 3번 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하였다.A magnesium-aluminum-manganese alloy cast was prepared in the same manner as in Example 2 except that the warm rolling was performed three times.
<비교예 4> 종래 잉곳 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 4Comparative Example 4 Preparation of Magnesium-Aluminum-Manganese Alloy Cast Using the Ingot Casting Method 4
온간압연을 5번 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하였다.A magnesium-aluminum-manganese alloy cast was prepared in the same manner as in Example 2 except that the warm rolling was performed five times.
<비교예 5> 종래 잉곳 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 5Comparative Example 5 Preparation of Magnesium-Aluminum-Manganese Alloy Cast Using the
온간압연을 7번 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하였다.A magnesium-aluminum-manganese alloy cast was prepared in the same manner as in Example 2 except that the warm rolling was performed seven times.
<비교예 6> 종래 잉곳 주조법을 이용한 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편의 제조 6Comparative Example 6 Preparation of Magnesium-Aluminum-Manganese Alloy Cast Using the Ingot Casting Method 6
350 ℃에서 60 분 동안 열처리를 수행한 것을 제외하고는 상기 비교예 5와 동일한 방법으로 마그네슘-알루미늄-망간 합금 주편을 제조하였다.A magnesium-aluminum-manganese alloy cast was prepared in the same manner as in Comparative Example 5 except that the heat treatment was performed at 350 ° C. for 60 minutes.
상기 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 6의 화학적 조성과 온간압연 횟수 및 열처리 조건을 상기 표 1에 나타내었다.The chemical composition, the number of warm rolling and the heat treatment conditions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 6 are shown in Table 1 above.
<실험예 1> 쌍롤 주조법 및 종래 잉곳 주조방법으로 제조된 주편의 미세구조 분석Experimental Example 1 Analysis of Microstructure of Cast Steel Made by Twin Roll Casting Method and Conventional Ingot Casting Method
쌍롤 주조법에 의해 제조된 주편의 미세구조와 종래 방법으로 제조된 주편을 분석하기 위해 광학현미경(optical microscopy)으로 분석하고 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.In order to analyze the microstructure of the cast steel produced by the twin roll casting method and the cast produced by the conventional method by optical microscopy (optical microscopy) and the results are shown in Figures 1 and 2.
광학현미경 관찰을 위해 시편을 만들고, 상온주입 마운트(cold-mounted)하고, 폴리싱한 후 피크릭산과 아세트산(산 5 g, 아세트 10 ㎖, 증류수 100 ㎖, 및 에탄올 100 ㎖) 수용액으로 5 - 10 초 동안 에칭하였다. Specimens were prepared for optical microscopy, cold-mounted, polished and polished for 5-10 seconds with aqueous picric acid and acetic acid (5 g of acid, 10 ml of acetic acid, 100 ml of distilled water, and 100 ml of ethanol). During etching.
도 1에 나타난 바와 같이, 쌍롤 주조 주편의 미세구조는 표면과 중앙부분이 다른 것을 알 수 있다. 쌍롤 주조 동안 방향성 응고와 고온변형과 연관된 수지상 결정은 표면에서 관찰되고(도 1의 (a) 참조), 주조 압연 방향에 따라 45 - 80 ° 기울어진 곳에서 관찰되었다. 주상정에서 등축정으로의 전환은 중간-두께 부분에서 발생하였고 주편 두께를 통과하는 매크로 편석은 발견되지 않았다(도 1의 (b) 참조). As shown in Figure 1, it can be seen that the microstructure of the twin roll cast slab is different from the surface and the central portion. Dendritic crystals associated with directional solidification and hot deformation during twin roll casting were observed on the surface (see FIG. 1 (a)) and were inclined at 45-80 ° along the casting rolling direction. The transition from columnar to equiaxed occurred in the mid-thickness section and no macro segregation through the slab thickness was found (see FIG. 1 (b)).
주편의 표면과 중앙 부분 사이의 미세구조 차이는 수평형 쌍롤 주편 주조시 주편의 두께에 따라 응고속도가 다르기 때문이다. 용융합금은 물로 냉각되는 구리 롤러와 직접적으로 접촉하여, 냉각속도는 중앙부보다 표면에서 높은 수치를 가진다. 수지상 구조는 온도구배에 따라 표면에서 주편의 중앙부에 형성된다. The microstructural difference between the surface and the center of the cast is due to the different solidification rate depending on the thickness of the cast when casting the horizontal twin roll. The molten alloy is in direct contact with a copper roller which is cooled with water, so that the cooling rate is higher at the surface than at the center. The dendritic structure is formed in the central portion of the slab on the surface according to the temperature gradient.
도 2의 (a)에 나타난 바와 같이, 쌍롤 주조 주편의 수지상 결정 간 경계면에 분산된 작은 1차 입자가 존재하는 것을 알 수 있다. 주편 합금에서는 소수의 금속간 화합물 상들이 발견된다. 분산된 입자들의 평균 크기는 약 1 ㎛이다. 도 2의 (b)는 결정립계를 따라 또는 결정 내에 존재하는 큰 1차 입자와 소수의 금속간 화합물 상이 존재하는 것을 알 수 있다. 분산된 입자의 평균 크기는 약 8 ㎛이다. 쌍롤 주조 주편과 잉곳 주조 합금에서 1차 입자들의 체적은 각각 약 3.2% 와 약 4.6% 이다.As shown in (a) of FIG. 2, it can be seen that small primary particles dispersed at the interface between the dendritic crystals of the twin roll cast slab exist. A few intermetallic compound phases are found in cast alloys. The average size of the dispersed particles is about 1 μm. 2 (b) shows that large primary particles and a few intermetallic compound phases exist along or within the grain boundaries. The average size of the dispersed particles is about 8 μm. The volume of primary particles in twin roll cast and ingot cast alloys is about 3.2% and about 4.6%, respectively.
<실험예 2> 쌍롤 주조법 및 종래 잉곳 주조법으로 제조된 주편의 입자 분석Experimental Example 2 Particle Analysis of Cast Steel Made by Twin Roll Casting Method and Conventional Ingot Casting Method
쌍롤 주조법 및 종래 잉곳 주조법으로 제조된 주편의 입자를 분석하기 위해 투과전자현미경(TEM, JEOL, JEM-2100F)으로 분석하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.In order to analyze the particles of the cast steel produced by the twin roll casting method and the conventional ingot casting method, it was analyzed by transmission electron microscope (TEM, JEOL, JEM-2100F), and the results are shown in FIG.
도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 주편에서 나노 크기를 가진 두번째 정출 입자는 잉곳 주조 주편 보다 훨씬 적으며, 이는 실시예 1 주편의 응고속도가 빠르기 때문이다. 쌍롤 주조 주편에서 Al과 Mn은 높은 고용도를 나타내고, Al과 Mn 합금원소는 Al과 Mn이 풍부한 금속간 화합물 상을 형성함으로써, α-Mg에서 용해되는 Al 과 Mn의 양은 감소되는 것으로부터 작은 크기의 입자가 미세구조에 존재하는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, the second crystallized particles having nano size in the cast steel of Example 1 were much smaller than the ingot cast slabs because the solidification rate of the cast steel of Example 1 was faster. Al and Mn exhibit high solid solubility in twin roll cast slabs, and Al and Mn alloy elements form Al and Mn-rich intermetallic phases, so that the amount of Al and Mn dissolved in α-Mg is reduced to small size. It can be seen that the particles of exist in the microstructure.
<실험예 3> 쌍롤 주조법 및 종래 잉곳 주조법으로 제조된 주편의 온간압연 후의 미세구조 분석Experimental Example 3 Analysis of Microstructure after Warm Rolling of Cast Steel Made by Twin Roll Casting Method and Conventional Ingot Casting Method
쌍롤 주조법 및 종래 잉곳 주조법으로 제조된 주편을 온간압연을 수행한 후 주편의 미세구조를 분석하기 위해 광학현미경(OM)으로 관찰하고, 그 결과를 도 4, 도 5 및 도 6에 나타내었다.After performing the warm rolling of the cast steel produced by the twin roll casting method and the conventional ingot casting method was observed with an optical microscope (OM) to analyze the microstructure of the cast steel, the results are shown in Figures 4, 5 and 6.
도 4는 350 ℃에서 서로 다른 압하율로 압연된 쌍롤 주조 마그네슘-알루미늄-망간 주편의 미세구조를 나타낸 사진이다. 도 4의 (a)는 실시예 2의 사진이고, 도 4의 (b)는 실시예 3의 사진이며, 도 4의 (c)는 실시예 4의 사진이고, 도 4의 (d)는 실시예 5의 사진이다.4 is a photograph showing the microstructure of a twin roll cast magnesium-aluminum-manganese slab rolled at different reduction ratios at 350 ° C. Figure 4 (a) is a photograph of Example 2, Figure 4 (b) is a photograph of Example 3, Figure 4 (c) is a photograph of Example 4, Figure 4 (d) is implemented Example 5 is a photo.
두께 감소가 30 %인 실시예 2의 변형된 수지상 구조는 도 4의 (a)를 통해 알 수 있다. 다수의 수지상 결정은 늘어난 모양으로 변형되었으며, 압연 방향과 평형한 방향이다. 쌍정은 발견되지 않았으며, 두께가 67% 감소한 실시예 3에서는 변형 밴드 또는 전단 밴드가 광범위하게 나타나며, 변형 밴드와 전단 밴드 사이의 거리는 좁아졌다. 두께가 80% 감소한 실시예 4, 특히 86% 감소한 실시예 5에서 균일한 변형 미세구조가 나타났다. 변형된 수지상 구조, 변형 밴드 또는 전단 밴드를 포함하는 변형 미세구조 모양에서는 쌍정과 미세 재결정화된 결정은 나타나지 않았다. The modified dendritic structure of Example 2 having a thickness reduction of 30% can be seen from FIG. 4A. Many dendritic crystals were deformed into elongated shapes and in a direction parallel to the rolling direction. No twins were found, and in Example 3, where the thickness was reduced by 67%, strain bands or shear bands appeared extensively, and the distance between strain bands and shear bands became narrower. Uniform strain microstructures were found in Example 4, in particular by Example 86, which was reduced by 80% in thickness. Twin and micro recrystallized crystals did not appear in modified microstructure shapes including modified dendritic structures, modified bands or shear bands.
도 5는 온간 압연 동안, 종래방법으로 제조된 마그네슘-알루미늄-망간 합금의 전형적인 광학 미세구조를 보여주며, 도 5의 (a)는 비교예 2(30% 감소)의 사진이며, (b)는 비교예 3(67% 감소)의 사진이고, (c)는 비교예 4(80% 감소)의 사진이고, (d)는 비교예 5(86% 감소)의 사진이다. 쌍정은 온간 압연 동안 광범위하게 발생하며, 도 5의 (a)에서 나타난 바와 같이, 대부분의 압연 변형은 쌍정에 의해 발생한다. 도 5의 (a)에서 대부분의 쌍정은 Mg에서 가장 쉽게 발생하는 {10 - 12} 쌍정이다. 두께가 67%로 감소된 비교예 3(도 5의 (b))에서는, 동적 재결정된 더 많은 결정이 쌍정된 영역에서 관찰되었다. 동적 재결정된 결정의 크기는 쌍정의 폭으로 짐작할 수 있으며, 동적 재결정된 결정의 형성은 쌍정과 연관된 특정 메커니즘과 밀접하게 관련된다. 두께 감소가 80%(도 5의 (c))일때, 재결정된 작은 결정은 전형적인 목걸이 구조를 형성하면서 결정입계에 나타나며, 전체적인 미세구조는 불균일한 것을 알 수 있다. 몇몇의 결정들은 동적 재결정에 민감하여 동적 재결정된 미세결정으로 빠르게 바뀐다. 반면에, 몇몇의 결정들은 동적 재결정에 민감하지 않아 미세구조에서 큰 결정크기로 존재한다. 불균일 미세구조는 다른 경향의 결정에서 불균일한 재결정율 때문이다. 또한, 전단밴드와 같은 미세 결정은 쌍정 범위에서 응집된 동적 재결정된 결정과 깊은 관련이 있다. 도 5의 (d)에 나타난 바와 같이, 압하율이 80%일때, 특히 86%일때 동적 재결정과 결정 성장이 균일한 상태에 도달하였다.5 shows a typical optical microstructure of the magnesium-aluminum-manganese alloy prepared by the conventional method during the warm rolling, (a) is a photograph of Comparative Example 2 (30% reduction), (b) A photo of Comparative Example 3 (67% reduction), (c) is a photo of Comparative Example 4 (80% reduction), and (d) is a photo of Comparative Example 5 (86% reduction). Twins occur extensively during warm rolling, and as shown in Fig. 5A, most of the rolling deformations are generated by twins. Most of the twins in FIG. 5A are {10-12} twins most easily occurring in Mg. In Comparative Example 3 (FIG. 5B) in which the thickness was reduced to 67%, more crystals with dynamic recrystallization were observed in the twinned region. The size of the dynamic recrystallized crystal can be estimated by the width of the twin, and the formation of the dynamic recrystallized crystal is closely related to the specific mechanism associated with the twin. When the thickness reduction is 80% (Fig. 5 (c)), small crystals recrystallized appear at the grain boundaries, forming a typical necklace structure, it can be seen that the overall microstructure is nonuniform. Some crystals are sensitive to dynamic recrystallization and quickly turn into dynamic recrystallized microcrystals. On the other hand, some crystals are not sensitive to dynamic recrystallization and therefore exist in large crystal size in the microstructure. The heterogeneous microstructure is due to the heterogeneous recrystallization rate in the determination of different trends. In addition, microcrystals, such as shear bands, are deeply related to agglomerated dynamic recrystallized crystals in the twin range. As shown in (d) of FIG. 5, when the reduction ratio was 80%, particularly at 86%, dynamic recrystallization and crystal growth reached a uniform state.
도 6의 (a)과 (b)는 쌍롤 주조와 온간압연(압하율 86%로 압연)된 실시예 5 및 종래 주조법으로 제조된 비교예 5의 합금판에서의 미세구조를 나타낸다. 0.8 ㎛의 주 직경을 가진 미세하고 균일하게 분포된 입자는 도 6의 (a)에 나타난 바와 같이, 쌍롤 주조 판의 통해 확연하게 관찰된다. 반면, 평균 직경이 약 6.8 ㎛인 크고, 불균일하게 분산된 입자는 도 6의 (b)에 나타나 있다. 직경이 1 - 3 ㎛인 비교적 작은 입자들은 동일 변형대에 배열되는 경향이 있고, 온간압연 과정 동안 큰 입자에서 작은 입자들로 분해되는 것을 알 수 있다. 그러므로, 도 6의 (a)에 나타난 쌍롤 주조판에서 관찰되는 미세하고 균질하게 분포된 입자는 도 2의 (a)에 나타난 쌍롤 주조 주편에서 미세하고 균일하게 분포된 입자에 의한 것이다. 6 (a) and 6 (b) show the microstructures of the alloy plate of Example 5 manufactured by twin roll casting and warm rolling (rolled at a reduction ratio of 86%) and Comparative Example 5 manufactured by a conventional casting method. Fine, uniformly distributed particles with a main diameter of 0.8 μm are clearly observed through the twin roll cast plate, as shown in FIG. In contrast, large, non-uniformly dispersed particles having an average diameter of about 6.8 μm are shown in FIG. 6 (b). It can be seen that relatively small particles having a diameter of 1 to 3 μm tend to be arranged in the same strain zone, and decompose into larger particles from smaller particles during the warm rolling process. Therefore, the fine and homogeneously distributed particles observed in the twin roll cast plate shown in FIG. 6 (a) are due to the fine and uniformly distributed particles in the twin roll cast slab shown in FIG.
상기에서 언급한 상기 실험 결과들로부터, 온간압연 변형거동은 실시예 2-5와 비교예 2-5와는 확연하게 다르다. 실시예 2-5의 변형거동은 온간압연 동안 슬립전위 메커니즘에 의한 것이며, 비교예 2-5의 합금은 온간압연 동안의 변형거동은 동적 재결정화에 의한 것이다. 따라서, 변형 거동의 차이는 상기 두 합금의 미세구조 차이에 의한 것이다.From the above experimental results mentioned above, the warm rolling deformation behavior is significantly different from that of Example 2-5 and Comparative Example 2-5. The deformation behavior of Example 2-5 is due to the slip dislocation mechanism during warm rolling, and the alloy of Comparative Example 2-5 is the deformation behavior during warm rolling due to dynamic recrystallization. Thus, the difference in deformation behavior is due to the difference in microstructure of the two alloys.
<실험예 4> 쌍롤 주조법 및 종래 잉곳 주조법으로 제조된 주편의 온간압연 후의 상 분석Experimental Example 4 Phase Analysis After Warm Rolling of Cast Steel Made by Twin Roll Casting Method and Conventional Ingot Casting Method
쌍롤 주조법 및 종래 잉곳 주조법으로 제조된 주편의 온간압연 후의 상을 상기 도를 통해 분석하였다.The phase after the warm rolling of the cast steel produced by the twin roll casting method and the conventional ingot casting method was analyzed through the above figure.
쌍롤 주조 주편의 미세구조는 Al, Mn 원자의 고용도에 의해 결정된다. Mg-Al의 합금에서, Al은 고용체 강도를 높이기 위해 Mg-기지에 첨가되고, Mn은 Al-Mn 금속간 화합물의 분산을 야기하기 위해 첨가된다. 종래 잉곳 주조에서, Mg-Mn 이원 상태도에 기초한 α-Mg 기지에서 Mn은 낮은 고용도를 나타낸다. 그러나, 본 발명에서는, 종래 잉곳 주조와 비교하여 쌍롤 주조하는 동안 빠른 용해도 때문에 Al, 특히 Mn은 높은 고용도를 나타낸다. α-Mg 기지에서 구성의 차이는 α-Mg 기지의 변형모드가 많이 다르기 때문이다. 350 ℃에서 온간압연하는 동안 종래 잉곳 주조 합금의 미세구조 변화는 쌍정과 동적 재결정에 의한 쌍정뿐만 아니라 연속적이고 불연속적인 동적 재결정 때문이다(도 5 참조). 그러나, 쌍롤 주조 합금에서, 온간압연 과정 동안 미세구조 변화는 변형밴드 또는 전단밴드에 의한 것이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 현저한 쌍정과 동적 재결정된 미세결정은 관찰되지 않았다. 온간 압연 미세구조는 투과전자현미경(TEM, JEOL, JEM-2100F)을 사용하여 분석되고, 실시예 5 및 비교예 5를 도 7에 나타내었다. 온간 압연 후의 쌍롤 주조 합금판에서, 높은 밀도 전위를 가진 정렬된 아결정(subgrain)이 나타나며, 도 7의 (a)에 나타난 바와 같이 피라미드 슬립 시스템에서 <c+a> 슬립인 전위 증식 슬립(dislocation multiplication slip)이 광범위하게 일어난다. 그러나, 온간 압연 후 잉곳 주조 합금판에서는 정렬된 고경각 결정입계를 관찰할 수 있으며, 충분한 동적 재결정이 발생한 것을 도 7의 (b)로부터 알 수 있다. The microstructure of the twin roll cast slab is determined by the solubility of Al and Mn atoms. In the alloy of Mg-Al, Al is added to the Mg-base to increase solid solution strength, and Mn is added to cause dispersion of the Al-Mn intermetallic compound. In conventional ingot casting, Mn at α-Mg matrix based on Mg-Mn binary phase diagram shows low solubility. However, in the present invention, Al, in particular Mn, exhibits high solubility due to fast solubility during twin roll casting as compared to conventional ingot casting. The difference in composition at the α-Mg matrix is due to the very different deformation modes of the α-Mg matrix. The microstructure change of the conventional ingot cast alloy during hot rolling at 350 ° C. is due to the twin and the continuous and discontinuous dynamic recrystallization by dynamic recrystallization (see FIG. 5). However, in twin roll cast alloys, the microstructure change during the warm rolling process is due to strain bands or shear bands. As shown in FIG. 4, no significant twins and dynamic recrystallized microcrystals were observed. Warm rolling microstructure was analyzed using transmission electron microscope (TEM, JEOL, JEM-2100F), and Example 5 and Comparative Example 5 are shown in FIG. In a twin roll cast alloy plate after warm rolling, aligned subgrains with high density dislocations appear, and dislocation propagation slip (dislocation) is <c + a> slip in the pyramid slip system as shown in FIG. multiplication slip occurs extensively. However, in the ingot cast alloy sheet after warm rolling, aligned high-angle grain boundaries can be observed, and it can be seen from FIG. 7B that sufficient dynamic recrystallization has occurred.
{10 - 12} 인장 쌍정 또는 {10 - 11}-{10 - 12} 이중-쌍정은 Mg에서 쉽게 발생하고, 압축 실험 또는 Mg-Al-Zn(Mn) 합금에서 온간압연을 수행하는 동안 광범위하게 일어난다(도 4의 (a) 참조). 그러나, 도 4의 (a)에 나타난 바와 같이, 쌍롤 주조 주편에서 온간압연 동안 쌍정은 발견되지 않았다. 그러므로, 쌍정과 동적 재결정은 α-Mg 기지에서 Mn의 높은 고용도 또는 쌍롤 주조 주편에서 분산된 미세 입자에 의해 억제된다. {10-12} tensile twins or {10-11}-{10-12} double-twins easily occur in Mg and are extensively used during compression experiments or during hot rolling in Mg-Al-Zn (Mn) alloys. (See FIG. 4A). However, as shown in Fig. 4A, twins were not found during warm rolling in a twin roll cast slab. Therefore, twins and dynamic recrystallization are suppressed by the high solubility of Mn at the α-Mg matrix or fine particles dispersed in the twin roll cast slabs.
Mg에서, {0002}<11-20> 기저 슬립뿐만 아니라 {10-12}<10-11> 쌍정은 선택적으로 일어나는데 임계분해전단응력(critical resolved shear stree)은 상온에서 비-기저 슬립의 임계분해전단응력보다 훨씬 낮은 값을 가진다. 그러나, 기저 슬립은 단지 두개의 독립된 슬립 시스템을 가지며, {10 - 12} 쌍정은 오직 제한된 가소성 변형(0.13)을 나타낸다. 다섯개의 독립 슬립 시스템은 균열 없이 다결정 물질을 등방성으로 변형하게 하고 상온에서 Mg와 Mg합금의 낮은 연성과 변형을 일으킨다. 비-기저 슬립의 임계분해전단응력은 온도가 상승할수록 감소하고 인장 쌍정은 온도와 무관한다. 도 5에 나타난 바와 같이, 온간압연을 4번 이하로 수행한 것에서 쌍정-동적 재결정과 연속적인-동적 재결정의 조합으로 나타난다. 그러나, 쌍롤 주조 주편에서는 쌍정이 일어나지 않는다. 그러므로, 쌍정의 억제는 비-기저 슬립의 활성으로 나타나며, 비-기저 슬립의 임계분해전단응력은 감소한다.At Mg, not only {0002} <11-20> basal slip but also {10-12} <10-11> twins occur selectively and critical resolved shear stree is critical decomposition of non-basal slip at room temperature. It is much lower than the shear stress. However, the base slip has only two independent slip systems, and the {10-12} twins show only limited plastic deformation (0.13). Five independent slip systems allow isotropic deformation of polycrystalline materials without cracking, resulting in low ductility and deformation of Mg and Mg alloys at room temperature. The critical decomposition shear stress of the non-base slip decreases with increasing temperature and the tensile twin is independent of temperature. As shown in FIG. 5, the warm rolling is performed four times or less, and is represented by a combination of twin-dynamic recrystallization and continuous-dynamic recrystallization. However, twinning does not occur in twin roll cast steel. Therefore, inhibition of twins is manifested as the activity of non-base slip, and the critical breakdown shear stress of the non-base slip is reduced.
증가된 전위의 폭은 적층결함에너지와 반비례하기 때문에 교화-슬립은 증가된 적층결함에너지로 더욱 활성화된다. Mg와 Mg 합금에서 <a>슬립의 활성은 기저면에서부터 각형 면까지 나선전위의 교차슬립과 일치한다. Mg의 적층결함에너지는 감소하고 동적 재결정은 Al의 첨가로 발생한다. Mg-Y 합금에 Zn을 첨가하면 적층결함에너지를 감소시키는데 효과적이며, 비-기저 슬립은 억제된다. 비-기저 슬립이 Mg와 Mg 합금의 변형에 중요한 역할을 하는데, 반응속도 제어공정은 Fridel-Escaig 메커니즘에 의해 나선전위의 교차슬립이다. 그러므로, 상기 쌍롤 주조 합금에서 Mn의 높은 고용도에 의해 적층결함에너지가 증가하여 교차슬립은 증가하며, 온간압연을 수행하는 동안 쌍정은 억제되고 비-기저 슬립이 발생한다. 따라서, 쌍롤 주조 주편에서 온간압연 동안 쌍정이 발생하지 않는 것은 입자/쌍정 상호 작용과 무관한 것처럼 보이지만, α-Mg에서 Mn의 높은 고용도에 의해 나타나는 적층결함에너지의 증가 때문이다. Since the width of the increased potential is inversely proportional to the stacking defect energy, the re-slip is further activated by the increased stacking defect energy. In the Mg and Mg alloys, the activity of the <a> slip coincides with the cross slip of the spiral potential from the base to the square face. Lamination defect energy of Mg decreases and dynamic recrystallization occurs with the addition of Al. The addition of Zn to the Mg-Y alloy is effective in reducing stacking defect energy and suppressing non-base slip. Non-base slip plays an important role in the deformation of Mg and Mg alloys. The reaction rate control process is the cross-slip of spiral potentials by the Fridel-Escaig mechanism. Therefore, the lamination defect energy increases due to the high solubility of Mn in the twin roll cast alloy, so that the cross slip increases, and twins are suppressed and non-base slip occurs during warm rolling. Thus, the twine does not occur during warm rolling in twin roll cast slabs due to an increase in stacking fault energy, which appears to be independent of particle / twine interaction, but is manifested by the high solubility of Mn in α-Mg.
도 4의 (a)는 350 ℃에서 압연에 따른 쌍롤 주조 주편의 미세구조 변화를 나타낸다. 상기 온도에서 압연된 종래 잉곳 주조 방법으로 제조된 합금과는 다르게 동적 재결정화된 결정은 결정입계와 변형 특징과 관련이 있다. 열적으로 활성화된 과정이기 때문에 마그네슘 합금의 변형 동안 동적 재결정화가 일어난다. 반면, 금속간 화합물의 입자들은 결정 성장 동안 결정입계의 이동을 지연하는 효과가 있다. 본 발명의 합금에서, 도 2에 나타나는 것과 같이 빠른 응고속도로 인해 쌍롤 주조 주편은 다수의 미세한 분산 입자가 존재하며, 효과적으로 결정입계를 형성할 수 있으며 재결정화를 지연시켜서 재결정화되지 못한 미세구조의 특성을 나타낸다.Figure 4 (a) shows the microstructure change of the twin roll cast slab with rolling at 350 ℃. Unlike alloys made by conventional ingot casting methods rolled at these temperatures, dynamic recrystallized crystals are associated with grain boundaries and deformation characteristics. Because of the thermally activated process, dynamic recrystallization occurs during deformation of the magnesium alloy. On the other hand, particles of intermetallic compounds have the effect of delaying the movement of grain boundaries during crystal growth. In the alloy of the present invention, due to the fast solidification rate as shown in Figure 2, the twin roll cast slab has a large number of fine dispersed particles, it can effectively form grain boundaries and delay the recrystallization characteristics of the microstructure not recrystallized Indicates.
<실험예 5> 쌍롤 주조법 및 종래 잉곳 주조법으로 제조된 주편의 온간압연 및 열처리 후의 미세구조 분석Experimental Example 5 Analysis of Microstructure after Warm Rolling and Heat Treatment of Cast Steel Made by Twin Roll Casting Method and Conventional Ingot Casting Method
쌍롤 주조법 및 종래 잉곳 주조법으로 제조된 주편의 온간압연 및 열처리 후의 미세구조를 분석하기 위해 광학현미경(OM)으로 관찰하고, 그 결과를 도 8 및 표 2에 나타내었다.Observed by optical microscope (OM) in order to analyze the microstructure after the warm rolling and heat treatment of the cast slab produced by the twin roll casting method and the conventional ingot casting method, the results are shown in Figure 8 and Table 2.
온간 압연(86% 압하율, 롤 7회 통과)을 수행한 후, 상기 실시예 5 및 비교예 5를 350 ℃에서 1시간 동안 열처리하였다. After performing warm rolling (86% reduction rate, seven passes of the roll), Example 5 and Comparative Example 5 were heat-treated at 350 ° C. for 1 hour.
도 8 및 표 2를 참조하면, 쌍롤 주조 주편의 열처리를 통해 미세-결정이고 등축인 구조를 나타나고, 정적 재결정되는 동안 균일한 응집과 결정성장이 쌍롤 주조 주편의 온간 압연판에서 일어나는 것을 알 수 있다. 주 결정크기는 약 8.6 ㎛로 측정되었다. 도 8의 (b)는 비교예 6의 광학적 미세구조를 나타낸다. 결정성장은 열처리하는 동안 일어난다. 3 - 5 ㎛의 크기를 가진 소성밴드와 같은 미세결정을 포함하는 불균일한 미세구조와 15 - 20 ㎛의 크기를 가진 비교적 굵은 결정이 관찰되었으며, 이는 온간 압연 쌍롤 주조 미세구조와 밀접하게 연관된 것이다. 측정된 결정 크기는 약 12.8 ㎛이며, 쌍롤 주조 미세구조보다 큰 크기를 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 직경이 3 - 10 ㎛인 몇몇의 큰 입자는 도 8의 (b)에 관찰되었다. 반면, 입자들이 결정입계에 선택적으로 존재하기 위한 뚜렷한 경향은 없었지만, 결정입계에 존재하는 몇몇의 미세결정은 결정입계의 이동을 방해하며, 쌍롤 주조판에서 균일한 미세-결정 구조를 얻을 수 있다. Referring to FIG. 8 and Table 2, it can be seen that the heat treatment of the twin roll cast slab shows a micro-crystallized and equiaxed structure, and that uniform agglomeration and crystal growth occurs in the warm rolled plate of the twin roll cast slab during static recrystallization. . The main crystal size was measured to be about 8.6 μm. 8B illustrates an optical microstructure of Comparative Example 6. FIG. Crystal growth occurs during heat treatment. Non-uniform microstructures including microcrystals, such as plastic bands with a size of 3-5 μm and relatively coarse crystals with a size of 15-20 μm, were closely associated with warm rolling twin roll casting microstructures. The measured crystal size is about 12.8 μm, and it can be seen that it has a larger size than the twin roll cast microstructure. In addition, some large particles with a diameter of 3-10 μm were observed in FIG. 8 (b). On the other hand, although there was no apparent tendency for the particles to selectively exist at the grain boundaries, some of the microcrystals present at the grain boundaries interfere with the movement of the grain boundaries and a uniform micro-crystal structure can be obtained in the twin roll cast plate.
<실험예 6> 쌍롤 주조법 및 종래 잉곳 주조법으로 제조된 주편의 온간압연 및 열처리 후의 기계적 특성 분석Experimental Example 6 Analysis of Mechanical Properties after Warm Rolling and Heat Treatment of Cast Steel Made by Twin Roll Casting Method and Conventional Ingot Casting Method
쌍롤 주조법 및 종래 잉곳 주조법으로 제조된 주편의 온간압연 및 열처리 후의 기계적 특성을 분석하기 위해, 항복강도, 최대인장강도 및 연신율을 측정하고, 그 결과를 도 9 및 표 3에 나타내었다.Yield strength, maximum tensile strength and elongation were measured in order to analyze the mechanical properties after the warm rolling and heat treatment of cast steel produced by the twin roll casting method and the conventional ingot casting method, and the results are shown in FIGS. 9 and 3.
표 3을 참조하면, 쌍롤주조법으로 제조된 실시예 6의 항복강도와 최대인장강도 및 연신율은 종래 잉곳 주조법으로 제조된 비교예 6과 비교하면 모두 증가한 것을 알 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the yield strength, the maximum tensile strength, and the elongation of Example 6 manufactured by the twin roll casting method increased compared with Comparative Example 6 manufactured by the conventional ingot casting method.
도 1은 본 발명에 따른 쌍롤주조법으로 제조된 실시예 1의 광학현미경 사진이고;1 is an optical microscope photograph of Example 1 prepared by a twin roll casting method according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 쌍롤주조법으로 제조된 실시예 1 및 종래 주조법으로 제조된 비교예 1의 광학현미경 사진이고;2 is an optical microscope photograph of Example 1 prepared by a twin roll casting method and Comparative Example 1 manufactured by a conventional casting method according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 쌍롤주조법으로 제조된 실시예 1 및 종래 주조법으로 제조된 비교예 1의 투과전자현미경 사진이고;3 is a transmission electron microscope photograph of Example 1 prepared by a twin roll casting method and Comparative Example 1 manufactured by a conventional casting method according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 쌍롤주조법으로 제조된 실시예 2, 3, 4 및 5의 광학현미경 사진이고;4 is an optical micrograph of Examples 2, 3, 4 and 5 prepared by the twin roll casting method according to the present invention;
도 5는 종래 주조법으로 제조된 비교예 2, 3, 4 및 5의 광학현미경 사진이고;5 is an optical micrograph of Comparative Examples 2, 3, 4 and 5 prepared by a conventional casting method;
도 6은 본 발명에 따른 쌍롤주조법으로 제조된 실시예 5 및 종래 주조법으로 제조된 비교예 5의 광학현미경 사진이고;6 is an optical microscope photograph of Example 5 prepared by a twin roll casting method and Comparative Example 5 manufactured by a conventional casting method;
도 7은 본 발명에 따른 쌍롤주조법으로 제조된 실시예 6 및 종래 주조법으로 제조된 비교예 6의 투과전자현미경 사진이고;7 is a transmission electron microscope photograph of Example 6 prepared by a twin roll casting method and Comparative Example 6 manufactured by a conventional casting method according to the present invention;
도 8은 본 발명에 따른 쌍롤주조법으로 제조된 실시예 6 및 종래 주조법으로 제조된 비교예 6의 광학현미경 사진이고; 및8 is an optical microscope picture of Example 6 prepared by a twin roll casting method and Comparative Example 6 manufactured by a conventional casting method; And
도 9는 본 발명에 따른 쌍롤주조법으로 제조된 실시예 6 및 종래 주조법으로 제조된 비교예 6의 인장강도를 측정한 그래프이다.9 is a graph measuring the tensile strength of Example 6 prepared by a twin roll casting method according to the present invention and Comparative Example 6 manufactured by a conventional casting method.
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