[논문]고속열간압연시 압연조건에 따른 AA5052의 두께방향으로의 변형량 및 미세조직 변화

이성희

doi:10.3740/mrsk.2009.19.5.265

고속열간압연시 압연조건에 따른 AA5052의 두께방향으로의 변형량 및 미세조직 변화
Through-Thickness Variation of Strain and Microstructure of AA5052 with Rolling Conditions During High Speed Hot Rolling 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.19 no.5, 2009년, pp.265 - 269

Abstract ▼ AI-Helper

The through-thickness variations of strain and microstructure during high-speed hot rolled 5052 aluminum alloy sheet were investigated. The specimens were rolled at temperature ranges from 410 to $560^{\circ}C$ at a rolling speed of 15 m/s without lubrication and quenched into water at an interval of 30 ms after rolling. The redundant shear strain induced by high friction between rolls and the aluminum sheet was increased largely beneath the surface at a rolling reduction above 50%. Dynamic recrystallization occurred in the surface regions of the specimen rolled under conditions of high temperatures or high rolling reductions.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그런데 고속열간압연의 경우, 재료와 롤간의 마찰조건이 합금에 따라 변화하므로 압연 후의 변형량 및 조직변화 또한 합금의 변화에 민감하게 변한다. 본 연구에서는 대표적인 Al-Mg합금인 AA5052에 고속열간압연을 실시하여 압연조건에 따른 변형량 및 미세조직의 변화를 조사하였다.

가설 설정

3. 표면부위에 발생한 동적재결정은 AA1050보다 AA5052에서 더욱 활발하였으며 이것은 압연시 도입되는 기하학적 전위(g-n전위)가 AA5052에서 더 다량으로 도입되었기 때문이다.

제안 방법

공시재료는 Fig. 1(a)의 광학현미경 조직에서 나타낸 바와 같이 어닐링 후에도 압연조직이 다소 남아 있었으므로 열간압연 전에 560 ℃에서 20분간 균일화 열처리를 실시하였다. 그 조직사진을 Fig.
특히, 고속열간압연의 경우 전단변형량이 판재의 두께방향에서 표면부위에 집중되는 경향이 있어 초미세한 결정립을 형성하는 등 매우 다른 조직을 나타내기도 한다.^9,10)본 연구자는 지난 연구¹¹⁾에서 AA1050 알루미늄에 고속열간압연을 적용하여 두께방향으로의 변형량 변화 및 미세조직 변화를 조사하여 발표하였다. 그 결과, 410 ℃, 460 ℃에서의 압연의 경우에는 압하율이 20%에서 50%까지 높아져도 도입된 변형량의 크기가 매우 작았으며 두께방향으로 큰 변화가 없었으나 510 ℃의 경우에는 압하율이 증가함에 따라 전단변형량의 크기가 특히 표면 부위에서 점차적으로 증가함을 알게 되었다.
AA5052 알루미늄합금을 410 ℃~560 ℃의 각 온도에서 20~60% 압하율로 고속열간압연을 실시하여, 두께방향으로의 변형량 및 미세조직 변화를 관찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
2는 열간압연의 열이력곡선을 나타낸다. 압연은 시편을 560 ℃에서 균일화처리를 실시한 후, 410 ℃, 460 ℃, 510 ℃, 560 ℃의 각 온도에서 압하율 20~60% 범위에서 실시 하였으며, 압연속도는 15 m/sec의 고속으로 실시하였다. 본 연구에 사용된 열간압연기의 롤 직경은 530 mm, 롤폭은 120 mm이었으며, 압연된 시편은 압연기에 부착되어 있는 수냉식 스프레이 쿨러 장치를 이용하여 30 ms의 매우 짧은 시간 내에 냉각되었다.
두께방향으로의 변형량 분포를 측정하기 위하여 압연 전에 판재의 폭 방향의 중심부에 직경 약 2 mm의 구멍을 뚫어 시편과 같은 재질의 핀(환상의 봉)을 심어 넣었다. 열간압연 후에 이 핀의 완곡형상으로부터 좌표를 읽어 임의의 점에서의 전단변형량을 구하였다. 전단병형량을 구할 때의 가정 및 공식 등은 이전 논문¹¹⁾과 동일하다.
열간압연된 알루미늄합금의 미세조직은 압연방향과 평행하게 횡단면으로 시편을 잘라(TD면) 연마작업으로 경면을 만든 후 불화붕소산(HBF₄ 4% + H₂O96%)으로 전해부식하여 광학현미경으로 관찰하였다.

대상 데이터

압연은 시편을 560 ℃에서 균일화처리를 실시한 후, 410 ℃, 460 ℃, 510 ℃, 560 ℃의 각 온도에서 압하율 20~60% 범위에서 실시 하였으며, 압연속도는 15 m/sec의 고속으로 실시하였다. 본 연구에 사용된 열간압연기의 롤 직경은 530 mm, 롤폭은 120 mm이었으며, 압연된 시편은 압연기에 부착되어 있는 수냉식 스프레이 쿨러 장치를 이용하여 30 ms의 매우 짧은 시간 내에 냉각되었다.
사진에서와 같이 압연 전의 조직은 평균결정립경이 30 µm의 완전재결정조직이다. 실험에 사용된 AA5052알루미늄합금은 순도가 96.69%로 구체적인 화학조성을 Table1에 나타내었다. Fig.
실험에 사용된 공시재료(as-received material)는 냉간압연후 완전 어닐링된 두께 3 mm, 폭28 mm, 길이 600 mm의 공업용 AA5052 알루미늄 판재이다. 공시재료는 Fig.

성능/효과

1. 압하율 증가에 따른 전단변형량의 크기 증가는 주로 표면부위에서 뚜렷하였으며, 그런 경향은 압연온도가 증가할수록 더욱 크게 나타났다. 410 ℃, 460 ℃의 경우 롤과 재료사이의 소착현상으로 인해 표면부위에 매우 큰전단변형량이 도입되었다.
2. 동적재결정은 주로 두께방향의 표면부위에서 발생하였으며 고온, 고압하율 조건일수록 용이하게 발생하였다.
9) 이전단변형은 압축변형과 중첩되어 실효적 변형량, 즉 상당변형량을 증가시킬 뿐 아니라 변형양식을 바꿈으로 {111} 방위의 형성에도 큰 영향을 준다.
^9,10)본 연구자는 지난 연구¹¹⁾에서 AA1050 알루미늄에 고속열간압연을 적용하여 두께방향으로의 변형량 변화 및 미세조직 변화를 조사하여 발표하였다. 그 결과, 410 ℃, 460 ℃에서의 압연의 경우에는 압하율이 20%에서 50%까지 높아져도 도입된 변형량의 크기가 매우 작았으며 두께방향으로 큰 변화가 없었으나 510 ℃의 경우에는 압하율이 증가함에 따라 전단변형량의 크기가 특히 표면 부위에서 점차적으로 증가함을 알게 되었다. 또한, 압하율이 30%이하의 시편의 경우, 모든 온도에서 가공조직을 나타내었으나, 압하율이 증가함에 따라 회복 및 재결정조직으로 변화하였으며 그 정도는 두께방향의 위치 및 압연온도에 따라 다소 차이가 있음을 밝혔다.
이전 연구의 AA1050의 경우¹¹⁾, 460 ℃까지는 압하율이 높아도 재결정이 발생하지 않았으며, 510 ℃의 경우에도 압하율이 60%이상에서 부분재결정이 발생했었다. 그러나 본 연구에서는 Fig. 8에서 나타낸 바와 같이 410 ℃에서도 고압하율의 경우 재결정이 발생하였으며, 온도가 높을수록 재결정을 일으키는 최소 압하율이 감소함을 알 수 있다. 이것은 고속열간압연의 경우 AA1050에 비해 AA5052에서 재결정 발생이 용이함을 나타내는 것이다.
그림에서와 같이 거의 모든 온도에 있어서 가공조직을 나타내었으며 표면부근과 중앙부위 사이에 미세조직의 큰 차이는 없었다. 또한 온도에 따른 미세조직의 차이도 거의 나타나지 않았으며 모든 온도에서 결정립이 압연방향으로 다소 연신되어 있음을 알 수 있다. 다만, 560 ℃의 경우 극히 부분적이지만 표면부위에서 재결정조직이 관찰되기도 하였다.
그림에서와 같이 모든 온도에서 30%의 압하율의 경우보다 압연방향으로의 연신 정도가 크며 전형적인 가공조직을 나타낸다. 또한, 510 ℃까지는 표면부위와 중심부위에서 미세조직의 차이가 나타나지 않았으나, 560 ℃의 경우 표면부위에서 재결정이 발생하여 등축(equiaxed)모양의 결정립이 다수 관찰됨을 알 수 있다.
그 결과, 410 ℃, 460 ℃에서의 압연의 경우에는 압하율이 20%에서 50%까지 높아져도 도입된 변형량의 크기가 매우 작았으며 두께방향으로 큰 변화가 없었으나 510 ℃의 경우에는 압하율이 증가함에 따라 전단변형량의 크기가 특히 표면 부위에서 점차적으로 증가함을 알게 되었다. 또한, 압하율이 30%이하의 시편의 경우, 모든 온도에서 가공조직을 나타내었으나, 압하율이 증가함에 따라 회복 및 재결정조직으로 변화하였으며 그 정도는 두께방향의 위치 및 압연온도에 따라 다소 차이가 있음을 밝혔다. 그런데 고속열간압연의 경우, 재료와 롤간의 마찰조건이 합금에 따라 변화하므로 압연 후의 변형량 및 조직변화 또한 합금의 변화에 민감하게 변한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	알루미늄합금의 성형성 향상을 위해서 필요한 것은?	그러나 알루미늄 합금의 경우 강도와 성형성 면에서 철강재료에 비해 크게 떨어진다. 알루미늄합금의 성형성을 향상시키기 위해서는 {111}//ND 집합조직을 발달시켜 소성변형비(r-value) 를 증가시킬 필요가 있다.1-5) 그러나 알루미늄은 순금속형(Cu-type) 압연집합조직을 나타내므로 압연 시에 발달하는 대표적인 집합조직 성분은 {112}<111>, {123}<634>, {110}<112> 등이며 {111}//ND 집합조직은 발달하지 않는다.
	알루미늄 합금은 철강재료에 비해 어떤면이 떨어지는가?	1-3) 자동차 경량화의 접근 방법에는 여러 가지가 있을 수 있으나 가장 쉽게 접근할 수 있는 방법 중의 하나가 종래에 많이 사용하던 철강 재료의 대체재료로 비중이 철강재료의 약 1/3에 불과한 알루미늄합금을 사용하는 것이다. 그러나 알루미늄 합금의 경우 강도와 성형성 면에서 철강재료에 비해 크게 떨어진다. 알루미늄합금의 성형성을 향상시키기 위해서는 {111}//ND 집합조직을 발달시켜 소성변형비(r-value) 를 증가시킬 필요가 있다.
	AA5052 알루미늄합금을 410 ℃~560 ℃의 각 온도에서 고속열간압연을 실시하여, 두께방향으로의 변형량 및 미세조직 변화를 관찰한 결과로 얻은 결론?	1. 압하율 증가에 따른 전단변형량의 크기 증가는 주로 표면부위에서 뚜렷하였으며, 그런 경향은 압연온도가 증가할수록 더욱 크게 나타났다. 410 ℃, 460 ℃의 경우 롤과 재료사이의 소착현상으로 인해 표면부위에 매우 큰전단변형량이 도입되었다. 2. 동적재결정은 주로 두께방향의 표면부위에서 발생하였으며 고온, 고압하율 조건일수록 용이하게 발생하였다. 3. 표면부위에 발생한 동적재결정은 AA1050보다 AA5052에서 더욱 활발하였으며 이것은 압연시 도입되는 기하학적 전위(g-n전위)가 AA5052에서 더 다량으로 도입되었기 때문이다.

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S. H. Lee, Kor. J. Mater. Res., 18(9), 492 (2008)

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M.F. Ashby, Phil. Mag., 21, 399 (1970)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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