[논문]Fe-Ni 인바(Invar) 합금 박판의 가공성 향상을 위한 방향성 조직 제어

박성용; 남궁정; 김문철; 김상선; 이상석; 박찬경

doi:10.5228/kspp.2006.15.8.586

Fe-Ni 인바(Invar) 합금 박판의 가공성 향상을 위한 방향성 조직 제어
Relationship Between Texture and Deformability in Fe-Ni Invar Alloy Strips 원문보기

박성용 (포항공과대학교 신소재공학과) , 남궁정 (포항산업과학기술원 주조공정팀) , 김문철 (포항산업과학기술원 주조공정팀) , 김상선 (대명 SMC(주)) , 이상석 (대명 SMC(주)) , 박찬경 (포항공과대학교 신소재공학과)

42Ni-Fe Invar alloy strips were fabricated using conventional ingot casting and melt drag casting followed by rolling. Mechanical properties such as tensile strength, elongation and blanking deformability of the strips were evaluated. The properties were strongly depended on fabrication methods. Tensile strength and elongation of all strips were in the range of $40-60kg/mm^{2}$ and 26-35%, respectively, which are enough values for the manufacture of the final products. In some of the strips, however, burrs occurred at deformed surface. The properties of strips were explained in terms of microstructure such as grain size and texture formation during rolling. Additionally, strips by melt drag casting method were compared to those by conventional ingot casting.

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문제 정의

하였다. 또한 제조된 박판의 가공성에 미치는 미세구조의 영향에 대해서도 살펴보았다.
본 연구는 전자 부품용 42Ni-Fe 합금 박판의 집합 조직 등의 미세구조와 기계적 물성 및 타발가공 특성에 대해 조사하였다. 이를 통하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
본 연구에서는 몇몇 제조사의 Invar 합금 주물을 열간 및 냉간 압연을 통하여 제조한 박판과 열연 공정을 생략한 용탕인출법을[5] 통해 제조한 박판을 비교하여 새로운 Invar 합금 박판 제조 공정을 개발하고자 하였다. 또한 제조된 박판의 가공성에 미치는 미세구조의 영향에 대해서도 살펴보았다.

제안 방법

42%Ni-Fe Invar 합금 박판의 제조를 위하여 이합금을 생산하는 제조사(N, D, S사)에서 수입한 주물을 ㈜대명 SMC 에서 기존 제품에 적용하는 공정을 이용하여 열간 및 냉간 압연과 소둔을 거쳐 0.3mm 두께의 박판으로 가공하였다.
또한 충분한 재결정이 일어났던 시편 D의 연신율이 낮은 것은 설명이 되지 않는다. 따라서, 압연 조직에 대한보다 정밀한 진단을 위해 EBSD를 통한 집합 조직을 평가하였으며, 대표성을 위해 100개 이상의 입계가 포함되도록 측정하였다. 각 시편의 pole figure 결과를 [Fig.
또한 [Fig. 1]과 같이 본 연구진에서 개발한 용탕인출법을 이용하여 제조한 strip(P 시편)을 냉간 압연을 통하여 0.3mm 두께로 가공 후 850-1150℃ 구간에서 소둔 열처리를 하였다. 용탕이 롤에 의해 인출될 때, 주물의 터짐을 방지하기 위하여 액상/고상 공존 온도를 넓히는 원소인 Si이 첨가 되었다[5].
2 와 같이 최종 제품의 형상을 위한 성형성을 시험 하였다.미세조직의 평가를 위해 광학, 주사전자현미경을 이용하였으며, EBSD를 통해 박판의 방향성을평가하였다.
그러나, 앞서 언급한 바와같이 통상적인 요구 연신율을 만족하는 범위에 해당함에도 불구하고 표면 거칠어짐이 발생하였다. 이러한 원인을 조사하기 위하여 미세조직 분석을 수행하였다.
제조된 박판 시편을 인장 시험을 통해 강도와 연신율을 측정하였으며, 타발 가공을 통해 Fig. 2 와 같이 최종 제품의 형상을 위한 성형성을 시험 하였다.미세조직의 평가를 위해 광학, 주사전자현미경을 이용하였으며, EBSD를 통해 박판의 방향성을평가하였다.

성능/효과

(2) 압연 조직의 발생은 박판의 전체 연신율을 저하시키고 타발 가공 시 burr의 발생을 유발하였다.
(3) 용탕 인출법으로 제조한 Invar 합금 박판의 경우 제조 공정을 간소화 하며, 낮은 압연율로 인하여 집합 조직의 생성을 억제할 수 있었다.
또한 최종 형상의 성형을 위해서 연신율이 25% 이상이 필요하다. N 시편은 인장강도가 높으나 연신율이 낮았으며, 용탕인출법에 의한 시편 P-1 과 P-2은 인장강도는 가장 낮았으나 가장 높은 수준의 연신율을 보였다. 본 연구에서 제작한 모든 시편이 요구 강도와 연신율을 만족하였다.
모든 시편에서 소둔 쌍정과 약간의 Mn 개재물이 관찰되었다. 주물로 제조한 시편의 경우 입계 크기가 40㎛ 이내의 미세한 조직을 보이고 있으며, 용탕인출법으로 제조한 P-1 시편은 130㎛, P-2 시편은 174㎛의 비교적 큰 결정립 크기를 보였다.
N 시편은 인장강도가 높으나 연신율이 낮았으며, 용탕인출법에 의한 시편 P-1 과 P-2은 인장강도는 가장 낮았으나 가장 높은 수준의 연신율을 보였다. 본 연구에서 제작한 모든 시편이 요구 강도와 연신율을 만족하였다.

후속연구

반면 용탕인출법을 사용하여 제조한 박판의 경우, 초기 두께가 얇기 때문에 높은 압연율이 필요하지 않아 집합조직의 생성이 미비하다. 즉 공정의 간소화는 물론 집합조직 생성을 방지할 수 있어 산업적으로 가치가 높은 Invar 합금 박판의 제조 방법으로 기대된다.

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