초록 ▼

□ 연구개요
자동차와 항공기 등 운송수단의 제작에 사용되는 여러 소재를 경량재로 대체하려는 연구가 선진국을 중심으로 진행되고 있다. 본 연구에서는 그 중에서 자동차 내외판용 철강 판재를 알루미늄이나 마그네슘 합금 판재로 대체하기 위한 노력의 일부로써 쌍롤주조로 판재를 제조하는 방법을 수치해석법을 통하여 분석하고자 하였다.
이 기술은 주조와 압연에 의한 기존의 기술에 비하여 경제적이면서도 우수한 품질의 판재를 생산할 수 있는 장점으로 인하여 스테인리스 강이나 알루미늄 합금 판재의 생산에 응용되고 있다. 최근에는 마그네슘 합

□ 연구개요
자동차와 항공기 등 운송수단의 제작에 사용되는 여러 소재를 경량재로 대체하려는 연구가 선진국을 중심으로 진행되고 있다. 본 연구에서는 그 중에서 자동차 내외판용 철강 판재를 알루미늄이나 마그네슘 합금 판재로 대체하기 위한 노력의 일부로써 쌍롤주조로 판재를 제조하는 방법을 수치해석법을 통하여 분석하고자 하였다.
이 기술은 주조와 압연에 의한 기존의 기술에 비하여 경제적이면서도 우수한 품질의 판재를 생산할 수 있는 장점으로 인하여 스테인리스 강이나 알루미늄 합금 판재의 생산에 응용되고 있다. 최근에는 마그네슘 합금 판재는 물론, 클래드 판재의 생산에도 응용의 가능성을 보여주었다. 하지만 실험적 방법에 의한 기술의 발전은 많은 시행착오를 거듭해야하는 문제점이 있다. 본 연구에서는 이를 해결하기 위하여 수치해석적 방법을 시도하게 되었다. 추가로 쌍롤주조에서 종종 발생하는 판재 내기공을 압착하기 위하여 수행하는 압연과 단조 등 소성가공에서 압착 여부를 예측할 수 있는 기공압착조건을 개발하고자 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
과거에도 이러한 수치해석적 방법을 개발하려는 시도가 있었지만 다음과 같은 이유로 인하여 만족할 만한 성과를 거두지 못하였다. 첫째, 액상의 유동과 고상의 변형을 함께 다룰 수 있는 연속체 역학의 개념을 찾지 못하였고, 둘째, 많은 계산을 수반하는 비정상 상태를 해석할 수 있는 타당한 방법이 불완전하였으며, 셋째, 해석에 필요한 여러 물성치 데이터가 불충분하였기 때문이었다.
본 연구에서는 점성 유체의 유동과 고온 금속의 소성 변형을 나타내는 식이 매우 유사하다는 사실을 파악하고, 모든 온도 범위에서 금속재료의 유동응력을 온도, 변형률 속도 그리고 변형률의 함수로 표현하였다. 이렇게 함으로써 쌍롤주조에서 나타나는 액상과 액고상의 유동, 그리고 고상의 변형을 하나의 식으로 나타낼 수 있게 되었다. 또한 상용 프로그램 DEFORM은 이러한 식을 바탕으로 비정상상태을 해석할 수 있는 기능을 갖추고 있어 본 연구에 응용하게 되었으며, 여러 가지 물성치 데이터는 문헌에 나와있는 실험결과를 근거하여 논리적으로 유추하여 함수화 하였다.
이와 같은 방법을 통하여 Mg-AZ31과 AA3003의 수평식과 수직식 쌍롤주조를 성공적으로 해석할 수 있게 되었으며, 또 이 두 재료 사이의 클래딩 공정도 검토할 수 있게 되었다. 이 과정에서 용탕에서의 와류 발생이 미세구조와 롤 토오크에 매우 큰 영향을 미친다는 사실을 알게 되었다. 또 기공의 압착은 기공 단면의 모양에 의존함과 정수압 응력과 유효변형률로 예측할 수 있음을 알게 되었다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서 개발된 수치해석법으로 쌍롤주조와 관련 클래딩 공정을 정확하게 해석할 수 있게 되었다. 또 노즐 내부에 코어를 삽입함으로써 와류 발생을 억제할 수 있다는 사실을 발견하고 국내외 특허를 출원, 등록하였으며, 기공압착조건을 개발하여 소성가공에서의 압착 여부를 수치해석으로 예측할 수 있도록 하였다.
그 외에 본 연구를 통하여 발견한 용탕의 유동, 응고 현상, 롤 하중, 롤 토오크, 온도 분포 등 모든 내용은 SCI급 학술지에 게재하거나, 국제학술회의를 통하여 발표하였다. 그리고 이 분야의 전문가인 독일의 Helmholtz 연구소의 Kainer 교수, 오사카 기술원의 하가 교수, 서울대학교 신광선 교수, 포항공대 김낙준 교수, 재료연구소의 김형석 박사 등과도 교류하여 왔으며, 순천에 POSCO 마그네슘 광폭 쌍롤주조 공장, 조일알미늄 등 현장도 방문하여 견학하였다. 따라서 본 연구개발의 결과는 최소한 공정 개발의 관점에서 경량합금 판재의 생산을 위한 쌍롤주조 기술의 이해와 발전에 미력하나마 도움을 줄 수 있을 것으로 생각한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 3
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 11
• 끝페이지 ... 11