[논문]동속압연과 이속압연이 동합금판재의 조직 및 기계적 성질에 미치는 영향

이성희; 임정윤; 윤대진; 어광준; 한승전

doi:10.3740/mrsk.2011.21.1.015

동속압연과 이속압연이 동합금판재의 조직 및 기계적 성질에 미치는 영향
Effects of Conventional Rolling and Differential Speed Rolling on Microstructure and Mechanical Properties of a Copper Alloy Sheet 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.21 no.1, 2011년, pp.15 - 20

이성희 (국립목포대학교 신소재공학과) , 임정윤 (국립목포대학교 신소재공학과) , 윤대진 (오사카대학교 재료과학과) , 어광준 (재료연구소 구조재료연구본부) , 한승전 (재료연구소 구조재료연구본부)

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of conventional rolling (CR) and differential speed rolling (DSR) on the microstructure and mechanical properties of a copper alloy sheet were investigated in detail. A copper alloy with thickness of 3 mm was rolled to a 50% reduction at ambient temperature without lubrication with a differential speed ratio of 2:1; sample was then annealed for 0.5h at various temperatures from 100 to $800^{\circ}C$. Conventional rolling, in which the rolling speed of the upper and lower rolls is identical, was performed under the same rolling conditions. The shear strain introduced by the CR showed positive values at positions on the upper roll side and negative values at positions on the lower roll side. However, the shear strain showed a zero or positive value at all positions for the samples rolled by the DSR. The microstrucure and mechanical properties of the as-rolled copper alloy did not show very significant differences between the CR and DSR for the microstructure and mechanical properties. However, those properties showed very significant differences in the case of the annealed samples. The effects of rolling method on the microstructure and mechanical properties of the as-rolled and subsequently annealed materials are discussed in terms of the shear strain.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

¹²⁾ 또한 일반 상용 동합금으로 많이 사용되고 있는 C194 (Cu-Fe-P)합금에도 이속압연을 적용하여 미세조직 및 기계적 특성에 미치는 이속압연의 효과를 조사한 바 있다.¹³⁾ 본 연구에서는 새롭게 합금설계한 동합금에 이속압연을 적용하여 압연 후 및 어닐링 후의 미세조직 및 기계적 특성이 동속 압연된 재료와 어떤 차이가 있는지 조사하였다.
본 연구에 사용된 동합금은 무산소동보다 C194와 유사한 조성을 가지고 있으며 무산소동에 비해 용질 농도가 높고 적층결함에너지가 작으므로 가공경화가 용이하게 일어난다. 그러므로 가공경화에 의한 경도 증가의 큰 효과로 인하여 전단변형량 도입에 의한 여분의 경도 증가 효과가 상대적으로 미미했으리라 사료된다.

제안 방법

압연에 의해 도입되는 전단변형량을 측정하기 위해 이전 연구와 동일한 방법으로 압연 전에 시편 중앙부위에 시편과 동일한 재질의 핀을 삽입하여 두께방향으로의 전단변형량의 크기를 정량적으로 측정하였다.¹⁵⁾ 또한 압연재의 어닐링 특성을 조사하기 위하여 동속 및 이속압연된 동합금에 대하여 100~800℃의 소정의 온도에서 30분간 어닐링을 실시하였다.
시험편은 표점거리 25 mm, 폭 6 mm로 인장축이 압연방향과 일치하도록 방전가공기로 잘라 판상인장시편을 제작하여 실시하였다. 경도시험은 압연 전 및 압연 후 재료의 횡단면을 절단하여 기계 연마한 후 MicroVickers 경도기를 이용하여 실시하였다. 경도값은 하중 유지시간 5초로 10회 측정하여 최대값과 최소값을 뺀 나머지의 산술평균값을 취하였다.
압연 전후 및 어닐링 시편에 대하여 광학현미경에 의한 조직관찰을 실시하였다. 조직관찰은 시편을 횡단면(TD면)에서 판재 절단기로 잘라내어 연마 후 에칭액(FeCl₃ : HCl : H₂O = 5 g : 12.
압연 전후 및 어닐링 시편에 대하여 상온에서 인장시험을 실시하였다. 시험편은 표점거리 25 mm, 폭 6 mm로 인장축이 압연방향과 일치하도록 방전가공기로 잘라 판상인장시편을 제작하여 실시하였다.
0 m/min의 동일 속도에서 실시하였다. 압연에 의해 도입되는 전단변형량을 측정하기 위해 이전 연구와 동일한 방법으로 압연 전에 시편 중앙부위에 시편과 동일한 재질의 핀을 삽입하여 두께방향으로의 전단변형량의 크기를 정량적으로 측정하였다.¹⁵⁾ 또한 압연재의 어닐링 특성을 조사하기 위하여 동속 및 이속압연된 동합금에 대하여 100~800℃의 소정의 온도에서 30분간 어닐링을 실시하였다.
사용된 압연기는 상부롤과 하부롤의 주속을 다르게 제어할 수 있는, 롤 직경이 130 mm인 이속압연기였으며, 압연은 압하율을 50%로 하여 상온 무윤활 조건에서 실시하였다. 이속압연은 고속(high speed)인 상부롤의 주속(v₂)을 4.0 m/min, 저속(low speed)인 하부롤의 주속(v₁)을 2.0 m/min, 즉, 이속비(difference speed ratio)를 2:1로 하여 실시하였으며, 동속 압연은 상부롤과 하부롤속도를 모두 주속 2.0 m/min의 동일 속도에서 실시하였다. 압연에 의해 도입되는 전단변형량을 측정하기 위해 이전 연구와 동일한 방법으로 압연 전에 시편 중앙부위에 시편과 동일한 재질의 핀을 삽입하여 두께방향으로의 전단변형량의 크기를 정량적으로 측정하였다.
압연 전후 및 어닐링 시편에 대하여 광학현미경에 의한 조직관찰을 실시하였다. 조직관찰은 시편을 횡단면(TD면)에서 판재 절단기로 잘라내어 연마 후 에칭액(FeCl₃ : HCl : H₂O = 5 g : 12.5 ml : 50 ml)에서 3초간 부식한 후 실시하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 동합금의 화학조성을 Table 1에 나타내었으며, 이전 연구에 사용된 C194 (Cu-2.42Fe-0.097P)와 유사하지만, C, Si, Mn 등의 용질 원소가 추가되었다. 출발재료는 두께 3 mm, 폭 25 mm, 길이 300 mm인 열간압연 판재이다.
출발재료는 두께 3 mm, 폭 25 mm, 길이 300 mm인 열간압연 판재이다. 사용된 압연기는 상부롤과 하부롤의 주속을 다르게 제어할 수 있는, 롤 직경이 130 mm인 이속압연기였으며, 압연은 압하율을 50%로 하여 상온 무윤활 조건에서 실시하였다. 이속압연은 고속(high speed)인 상부롤의 주속(v₂)을 4.
압연 전후 및 어닐링 시편에 대하여 상온에서 인장시험을 실시하였다. 시험편은 표점거리 25 mm, 폭 6 mm로 인장축이 압연방향과 일치하도록 방전가공기로 잘라 판상인장시편을 제작하여 실시하였다. 경도시험은 압연 전 및 압연 후 재료의 횡단면을 절단하여 기계 연마한 후 MicroVickers 경도기를 이용하여 실시하였다.
097P)와 유사하지만, C, Si, Mn 등의 용질 원소가 추가되었다. 출발재료는 두께 3 mm, 폭 25 mm, 길이 300 mm인 열간압연 판재이다. 사용된 압연기는 상부롤과 하부롤의 주속을 다르게 제어할 수 있는, 롤 직경이 130 mm인 이속압연기였으며, 압연은 압하율을 50%로 하여 상온 무윤활 조건에서 실시하였다.

데이터처리

경도시험은 압연 전 및 압연 후 재료의 횡단면을 절단하여 기계 연마한 후 MicroVickers 경도기를 이용하여 실시하였다. 경도값은 하중 유지시간 5초로 10회 측정하여 최대값과 최소값을 뺀 나머지의 산술평균값을 취하였다.

성능/효과

2(b)) 및 이속압연(Fig. 2(c)) 시편 모두 결정립이 압연방향으로 크게 연신된 냉간압연 조직을 나타내고 있으며 압연방법에 따른 광학현미경 미세조직의 차이는 거의 나타나지 않았다.
1. 전단변형은 동속의 경우 두께방향으로의 중앙부위를 중심으로 상부롤 부위에서는 양의 값을 하부롤 부위에서는 음의 값을 나타내었으나, 이속의 경우는 0 또는 양의 값을 나타내었다.
2. 압연재의 경우, 경도 및 강도는 동속의 경우가 이속에 비해 다소 큰 값을 나타내었다.
3. 어닐링재료의 경우, 동속에서 부분재결정이 발생하여 두께방향으로 불균일한 경도분포를 나타내었으나 이주속의 경우는 균일한 경도분포를 나타내었다.
4. 이속압연재의 완전재결정온도는 650℃였으며, 700℃인 동속압연재에 비해 더 낮은 값을 나타내었다.
¹¹⁾ 그러나 본 연구에서는 동속과 이속압연재료 모두에서 두께방향으로의 경도분포의 차이가 거의 나타나지 않았는데, 이것은 피가공 재료의 차이로 인한 가공경화 정도의 차이에 기인한 것이라 사료된다. 본 연구에 사용된 동합금은 무산소동보다 C194와 유사한 조성을 가지고 있으며 무산소동에 비해 용질 농도가 높고 적층결함에너지가 작으므로 가공경화가 용이하게 일어난다. 그러므로 가공경화에 의한 경도 증가의 큰 효과로 인하여 전단변형량 도입에 의한 여분의 경도 증가 효과가 상대적으로 미미했으리라 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	비대칭압연의 일종인 이속압연이 동속압연에서 균일한 석출상의 생성에 유리한 이유는?	비대칭압연의 일종인 이속압연(Differential Speed Rolling, DSR)3-13)은 동속압연(Conventional Rolling, CR)에서는 두께 표면부위에만 도입되는 전단변형을 내부까지 도입시킬 수 있으므로 두께 방향으로 균일한 변형을 부가하는 것이 가능하여 균일한 석출상의 생성에 매우 유리한 가공법이라 할 수 있다. 또한, 동과 같은 FCC금속의 경우, 롤과 재료사이의 마찰계수가 큰 조건의 동속 압연에서 재료 표면부위에만 도입되는 전단집합조직의 한 성분인[111]//ND를 재료 전체에 도입하는 것이 가능하게 되어 성형성의 향상에 기여할 뿐 아니라,3) cube texture를 갖지않게 되어 굽힘 특성 향상에도 효과가 있다.
	동의 고강도화 방법으로는 무엇이 있는가?	최근, 전기/전자 산업 및 정보통신 산업의 비약적인 발달로 고전도도와 고강도의 특성을 동시에 겸비한 동 소재의 개발이 절실히 요구되고 있다.1,2) 동의 고강도화 방법으로는 고용체강화법, 석출경화법, 결정립초미세화법 등 이 있으나 각 방법별로 장단점을 가지고 있어 고강도와 고전기전도도를 동시에 달성하기 위해서는 극복해야할 과제가 많이 남아 있다. 석출경화법의 경우 기지내에 미세한 석출물을 많이 그리고 균일하게 형성시키는 것이 매우 중요하다.
	롤과 재료사이의 마찰계수가 큰 조건의 동속 압연에서 동과 같은 FCC금속의 경우, 이속압연의 효과는?	비대칭압연의 일종인 이속압연(Differential Speed Rolling, DSR)3-13)은 동속압연(Conventional Rolling, CR)에서는 두께 표면부위에만 도입되는 전단변형을 내부까지 도입시킬 수 있으므로 두께 방향으로 균일한 변형을 부가하는 것이 가능하여 균일한 석출상의 생성에 매우 유리한 가공법이라 할 수 있다. 또한, 동과 같은 FCC금속의 경우, 롤과 재료사이의 마찰계수가 큰 조건의 동속 압연에서 재료 표면부위에만 도입되는 전단집합조직의 한 성분인[111]//ND를 재료 전체에 도입하는 것이 가능하게 되어 성형성의 향상에 기여할 뿐 아니라,3) cube texture를 갖지않게 되어 굽힘 특성 향상에도 효과가 있다. 9,10) 그러므로 최근 동 및 동합금의 미세조직 및 집합조직 제어를 목적으로 이속압연을 적용한 사례가 많이 보고되고 있다.

참고문헌 (16)

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F. J. Humphreys and M. Hatherly, Recrystallization and Related Annealing Phenomena, 2nd Edition, p.228, Elsevier, UK (2004).

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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