[논문]Al-0.11Fe계 합금에서의 Zr, Sc원소 미세첨가에 따른 연속주조재 및 압연재의 특성

김병걸; 김상수; 김성규; 김지상; 김진한

doi:10.4313/jkem.2007.20.12.1099

Al-0.11Fe계 합금에서의 Zr, Sc원소 미세첨가에 따른 연속주조재 및 압연재의 특성
The Effect of Zr Element on the Properties of Continuous Casting and Rolling Materials for Al - 0.11 wt.%Fe Alloy 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.20 no.12, 2007년, pp.1099 - 1104

김병걸 (한국전기연구원 재료응용연구단) , 김상수 (한국전기연구원 재료응용연구단) , 김성규 (부경대학교 공과대학 재료공학부) , 김지상 (KTC(주)) , 김진한 (부산울산지방중소기업청 시험연구지원팀)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to develop non-heated STAl(super thermal resistant Aluminum alloy) for ampacity gain conductor, the systematic research was carried out. Especailly, the effect of a very small amount of Zr, Sc element in EC grade Al ingot on mechanical and electrical properties was our priority. As a result, it was found that the strength and recrystallization temperature of designed alloy was gradually increased with Zr, Sc addition up to 0.3 wt.%. However, the electric conductivity showed no drastic change. The tensile strength and recrystalliztion temperature, $17.75{\sim}20.05\;kgf/mm^2$ and $420{\sim}520\;^{\circ}C$, was obtained at 0.3 wt.% Zr, Sc addition, respectively. Particles of the $Al_3Zr$ and $Al_3Sc$ phase affected the ambient and elevated-temperature strength of the alloys.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 STA1 제조 시, 첨가원소의 편석을 최소화하고, 석출상 형성을 위한 열처리 공정이 필요하지 않는 비열처리형 STA1 을 개발하는 것을 목적으로 한다. 열처리공정이 생략됨으로 인하여 제조효율의 증가와 더불어 제조단가가 약 30 % 정도 하락이 예상된다.
본 연구에서는 초내열 알루미늄(STA1) 제조 시, 열처리 공정이 생략되는 비열처리형 STA1 개발에 있어 Zr과 Sc첨가에 따른 합금의 특성을 연구한 결과 다음과 같다.

제안 방법

그림 1에 STA1 합금의 제조공정을 나타내었으며, 표 1에 EC Al의 화학조성을 나타내었다. Zr과 Sc을 최대 0.3 wt%까지 첨가하여 연속주조, 연속다단압연, 냉간압연 공정을 거쳐 시험편을 제조하여 기계적 특성, 내열성, 도전율을 측정하였다. 열간다단압연은 13pass로 압연하였다.
재결정온도는 200 °C에서 500 °C까지 각 100 °C단위로 1시간 동안 열처리 후 상온 인장강도가 50 % 연화하는 온도로 결정하였다. Zr을 첨가할수록 고용강화와 시효석출 등에 의해 재결정온도는 증가하였다.

대상 데이터

비열처리형 초내열 A1 합금을 개발하기 위하여 99.8 %A1 의 EC(Electrical Conduct) AT합금을 사용하였다. 그림 1에 STA1 합금의 제조공정을 나타내었으며, 표 1에 EC Al의 화학조성을 나타내었다.

성능/효과

것이다. 그림 3(a)의cast bar는 응고 방향을 따라 수지상 조직이 잘 발달되어 있었으며 중심부에서 수지상의 폭이 크며 표면부에서의 폭은 밀집되어 있다. 그림 3(b)는 연속다단압연공정과정 주의 조직으로 주조조직은 파괴되기 시작하여 변형조직으로 발달 형성되고 있었다.
거의 동일하였다. 0.05Sc첨가 합금의 전기전도도는 58.9 %IACS, 0.2Sc합금 전기전도도는 약 54.8 %IACS이다. Sc 첨가와 도전율관계는 거의 직선적으로 감소하며 그관계는 28.
2Sc합금은 522 °C와 1025 %로 증가하였다. 0.2Zr합금의 재결정온도보다 약 120 °C이상 높게 나타났다. 이때의 도전율은 60.
1) 연속주조 시 주조 bar의 압연성과 주조결함 등을 고려한 최적의 조건은 mold ring의 온도를 최대 550 °C로 유지하였으며 주조된 cast bar의 온도는 460 °C 〜 490 °C 이다.
2) 연속다단압연 시작온도는 약 490 °C 이며 coiling 온도는 250 °C 〜 290 °C 를 나타내었다. 열간가공 개시 온도가 550 °C를 초과하면 次의 강제고용된 합금원소가 조대하게 석출되어 내열성과 강도 등의 특성향상에 기여하지 않는 현상이 발생되었으며 열간가공의 종료온도가 350 °C 이상에서는 Zr과 Sc의 석출site가 되는 전위의 증식이 충분하지 않았다.
3) EC Al합금의 인장강도와 재결정온도는 16.6 kgf/mm², 360 °C며 Zr과 Sc첨가에 따라 인장강도와 재결정온도는 고용강화, 석출 등에 의해 증가하였다. 약 0.
4) Sc을 약 0.2 % 첨가한 Al-O.HFe-0.2 Sc 합금의 인장강도와 재결정온도 및 내열성은 20.05 kgf/mm², 522 °C 와 102.5 %로 Zi■합금에 비하여 우수한 고온특성을 나타내었다. Sc첨가에 의한 열적 효과는 Zr첨가에 얻어지는 것보다 우수하였다.
EC Al Casting bar의 전기전도도는 63.0 %IACS 에서 연속다단압연과 냉간가공에 의해 60.7 %IACS 로 가공에 의한 전기전도도는 2〜3 %IACS 감소하였다. Al-0.
그러나 강도가 증가하면 전기전도도는 감소하게 된다. EC Al에 Zr을 약 0.3 wt% 첨가한 합금의 전기전도도는 60.72 %IACS 에서 55.4 %IACS로 감소하였다. 이는 강도와 도전율은 반대되는 요소로 Zr의 첨가로 주조나 연속 다단 압연 중에 AkZr。] 정출되므로 인해 강도는 증가하지만 전기전도도는 감소하게 된다[4-8].
8 %IACS이다. Sc 첨가와 도전율관계는 거의 직선적으로 감소하며 그관계는 28.9 %IACS/wt%로나타났다. 강도와 전기전도도는 반비례의 관계를 나타내고 있으며, 전선용 초내열 알루미늄합금 도체로 사용되기 위해서는 인장강도 16.
Zr첨가 거의 동일한 효과가 발생하였다. Sc을 약 0.2 % 첨가한 Al-0:llFe-0.2Sc합금의 인장강도는 20.05 kgf/mm² 으로 Zr을 0.2 % 첨가한 Al-0.11 Fe-0.2Zr합금의인장강도 17.59 kgf/mni2에 비하여 약 12 % 우수한 강도 특성을 나타내었다. Sc첨가에 의한 강도효과는 Zr첨가에 얻어지는 것보다 우수하였다.
Zr, Sc 등을 첨가하는 초내열 도체의 경우 불순물 용탕가스는 전기전도도의 저하 뿐아니라 신선과정에서의 단선의 원인이 되기때문에 첨가물의 편석에 유의하여야 한다. Zr의 함량을 0.5 %로 첨가하여 각 온도에서의 편석 거동을 조사한 결과 740 °C 이하의 온도에서는 편석이 발생이 심화되었으며 이 온도이상에서는 거의 편석이 발생되지 않았다. 또한 재결정온도도 주조온도가 높을수록 높은 값을 나타내었다.
5 %로 첨가하여 각 온도에서의 편석 거동을 조사한 결과 740 °C 이하의 온도에서는 편석이 발생이 심화되었으며 이 온도이상에서는 거의 편석이 발생되지 않았다. 또한 재결정온도도 주조온도가 높을수록 높은 값을 나타내었다. 이는 용 탕 온도가 높을수록 A1 에 Zr 등과 같이 첨가원소를 가능한 많이 강제 고용시켜 내열성과 재결정온도를 향상시키기 때문이다[4, 5].
Sc을 첨가한 합금에서는 주조상태에서 AbSc가 형성되며 이로 인해 주조상태에서부터 Zr을 첨가한 합금보다 더욱 미세해진다. 석출물을 확인한 결과 AkSc과 Ah)Fe상이 단독으로 존재하였으며 주조상태에서는 결정립 또는 결정립계에 원형과 판상형으로 존재하고 있었으며 크기는 약 수십 nm에서 200 nm 정도이다. AkSc상과 AkFe상은 이후 연속 다단 압연공정과 같은 반복 시 파단 및 분쇄되어 미세하게 분산된다.
5 mm의 선이 낮은 전기전도도를 나타내나 인장강도는 증가한다. 연속 다단 압연 시 시작온도는 약 490 °C이며 13pass를 거치며 각 단계별의 압연율은 평균적으로 25 %로 직경 9.5 mm로 권치기 에 coiling될 때 의 온도는 250 °C 〜 290 °C 를 나타내었다. 윤활제의 온도는 40 °C 〜 50 °C로 계면활성제를 사용한다.
열간가공 개시 온도가 550 °C를 초과하면 次의 강제고용된 합금원소가 조대하게 석출되어 내열성과 강도 등의 특성향상에 기여하지 않는 현상이 발생되었으며 열간가공의 종료온도가 350 °C 이상에서는 Zr과 Sc의 석출site가 되는 전위의 증식이 충분하지 않았다.
cast bar을 열간압연 하는 것은 주조조직을 파괴하고 정출한 Zr, Sc, Fe등을 포함한 조대한 정출물을 분쇄하여 균일하고 미세하게 분포시켜 강도를 향상시킴과 동시에 신선후 처리에 있어서 Zr, Sc, Fe 등의 석출 site가 되는 전위를 증식시키기 위해서 이다. 열간가공 온도를 550 °C 이하에서 시작하여 350 °C 이하에서 가공을 종료하는 이유는 열간가공 개시 온도가 550 °C를 초과하면 Zr, Sc, Fe 등의 강제 고용된 합금원소가 조대하게 석출되어 내열성과 강도 등의 특성향상에 기여하지 않는 현상이 발생되었으며 열간가공의 종료온도가 350 °C 이상에서는 Zr의 석출site가 되는 전위의 증식이 충분하지 않았다.

참고문헌 (8)

김상수, 김병걸, 박주환, '고강도저손설 가공송전선 개발( I )-기계적 특성', 전기전자재료학회논문지, 18권, 12호, p. 1152, 2005

원문보기 상세보기
김상수, 김병걸, 박주환, '고강도저손실 가공송전선 개발( I )-전기적 특성', 전기전자재료학회논문지, 18권, 12호, p. 1159, 2005

원문보기 상세보기
박종우, 임차용, '강소성 가공에 의한 고강도 나노벌크소재 제조기술', 재료마당, 16권, 5호, p. 10, 2003
C. B. Fuller and D. N. Seidman, 'Temporal evolution of nanostructure of AI(Sc, Zr) alloy: Part- II -coarsening of Ab(Scl-xZrx) precotates', Acta Materialia, Vol. 53, p. 5415, 2005

상세보기
C. B. Fuller, D. N. Seidman, and D. C. Dunand, 'Mechanical properties of AHSz, Zr) alloys at ambient and elevate temperatures', Acta Materialia, Vol. 51, p. 4803, 2003

상세보기
J. D. Robson, M. J. Jones, and P. B. Prangnell, 'Extension of the N-model to predict competing homogeneous and heterogeneous precipitation in AI-Sc alloys', Acta Materialia, Vol. 51, p. 1453, 2003

상세보기
M. J. Jones and F. J. Humpherys, 'Interaction of recrystallization and precipitation: The effect of Al3Sc on the recryatallization behaviour of deformed aluminum', Acta Materialia, Vol. 51, p. 2149, 2003

상세보기
H. Yamada, 'Effect of precipitation treatment on the recrystallization temperature of AI-Zr and Al-Zr-Misch Metal alloy', J. of Japan Institute of Light Metals, Vol. 31, No.1, p. 3, 1981

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

Al-0.11Fe계 합금에서의 Zr, Sc원소 미세첨가에 따른 연속주조재 및 압연재의 특성
The Effect of Zr Element on the Properties of Continuous Casting and Rolling Materials for Al - 0.11 wt.%Fe Alloy 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

Al-0.11Fe계 합금에서의 Zr, Sc원소 미세첨가에 따른 연속주조재 및 압연재의 특성 The Effect of Zr Element on the Properties of Continuous Casting and Rolling Materials for Al - 0.11 wt.%Fe Alloy 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김병걸 (27) 김상수 (16) 김성규 (22)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

Al-0.11Fe계 합금에서의 Zr, Sc원소 미세첨가에 따른 연속주조재 및 압연재의 특성
The Effect of Zr Element on the Properties of Continuous Casting and Rolling Materials for Al - 0.11 wt.%Fe Alloy 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper