KR20020008710A - 고강도 선재 및 판재용구리(Ｃｕ)-니켈(Ｎｉ)-주석(Ｓｎ)-알루미늄(Ａｌ),실리콘(Ｓｉ), 스트론튬(Ｓｒ), 티타늄(Ｔｉ), 보론(Ｂ)합금 및 그 제조방법 - Google Patents

고강도 선재 및 판재용구리(Ｃｕ)-니켈(Ｎｉ)-주석(Ｓｎ)-알루미늄(Ａｌ),실리콘(Ｓｉ), 스트론튬(Ｓｒ), 티타늄(Ｔｉ), 보론(Ｂ)합금 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고강도 선재 및 판재용 구리(Cu)-니켈(Ni)-주석(Sn)-알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 보론(B) 합금 및 그 제조방법에 관한 것으로 그 목적은 구리-니켈-주석 합금에 있어서 니켈과 주석을 주 합금원소로 하나 고가인 니켈(Ni)과 주석의 일부를 줄이고 이에 따른 재료강도의 보완과 미세조직을 제어할 수 있는 기능을 갖는 원소들을 첨가하여 새로운 고강도 합금 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 조성은 합금은 1.0 ∼ 8.0 wt%(중량 백분율)니켈(Ni)과, 1.0 ∼ 6.0 wt%(중량 백분율)주석(Sn)과, 총합량을 0.1 ∼ 5.0 wt%(중량 백분율)로한 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 보론(B)으로 이루어진 군중에서 선택된 2 종 이상의 원소와, 나머지는 구리(Cu)로 조성된 합금 및 그 제조방법을 요지로 한다.

Description

고강도 선재 및 판재용 구리(Ｃｕ)-니켈(Ｎｉ)-주석(Ｓｎ)-알루미늄(Ａｌ), 실리콘(Ｓｉ), 스트론튬(Ｓｒ), 티타늄(Ｔｉ), 보론(Ｂ) 합금 및 그 제조방법{Cu-Ni-Sn-Al, Si, Sr, Ti, B alloys for high strength wire or plate and its manufacturing method}
본 발명은 고강도 선재 및 판재용 구리(Cu)-니켈(Ni)-주석(Sn)-알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 보론(B) 합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.
기존의 구리합금 중에서 스피노달 분해강화 효과로써 고강도를 나타내는 것으로는 구리(Cu)-니켈(Ni)-주석(Sn)계 3원합금이 있으며, 이 합금의 대표적인 조성은 중량 퍼센트로서 9%의 니켈(Ni)과 6%의 주석(Sn)을 함유하며 나머지 85%는 구리(Cu)로 구성된다.
85% 구리(Cu)-9% 니켈(Ni)-6% 주석(Sn)계 3원합금은 스피노달 분해강화 효과를 이용한 가공열처리를 통하여 인장강도를 1,000MPa 이상 얻을 수 있어서, 전기부품이나 특수 목적용 고강도 스프링용으로 사용되고 있다.
그러나 구리(Cu)-니켈(Ni)-주석(Sn)계 스피노달 분해강화 합금에서 주석의 함량이 6% 이상이 되면 주석의 주상정 입계석출로 인하여 주괴의 열간가공이 불가능하여 분말야금법에 의한 판재, 봉재 및 선재가 일부 생산되고 있으나 제조공정의 어려움, 품질의 안정성, 고비용 및 양산성에 문제가 있으며, 그 단가가 매우 고가라는 경제적 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 구리-니켈-주석 합금에 있어서 니켈과 주석을 주 합금원소로 하나 고가인 니켈(Ni)과 주석의 일부를 줄이고 이에 따른 재료강도의 보완과 미세조직을 제어할 수 있는 기능을 갖는 원소들을 첨가하여 새로운 고강도 합금 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 본 발명은 합금조성범위를 1.0 ∼ 8.0 wt%(중량 백분율)니켈(Ni)과, 1.0 ∼ 6.0 wt%(중량 백분율)주석(Sn)과, 총합량을 0.1 ∼ 5.0 wt%(중량 백분율)로한 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 보론(B)으로 이루어진 군중에서 선택된 2 종 이상의 원소와, 나머지는 구리(Cu)로 조성함으로서 인장강도를 1,000 Mpa 이상, 연신율을 5 ∼ 10%를 얻고 있으며, 전기비저항치도 10 ∼ 14 μΩcm를 나타내는 고강도 동합금 및 그 제조방법을 제공함으로써 달성된다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 보완하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 합금은 1.0 ∼ 8.0 wt%(중량 백분율)니켈(Ni)과, 1.0 ∼ 6.0 wt%(중량 백분율)주석(Sn)과, 총합량을 0.1 ∼ 5.0 wt%(중량 백분율)로한 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 보론(B)으로 이루어진 군중에서 선택된 2 종 이상의 원소와, 나머지는 구리(Cu)로 조성된다.
상기에서 스피노달 분해강화효과 외에 알루미늄 및 실리콘을 첨가함으로써 석출강화효과를 얻었으며,
상기에서 스트론튬, 티타늄 및 보론 등을 첨가하여 조직미세화 등을 달성하였다.
또한 상기 알루미늄과 실리콘은 석출강화를 목적으로 첨가하나 용탕 속에서 강력한 탈산작용에 의한 정련효과와 함께 용탕의 유동성도 개선하며, 미량으로 첨가하는 스트론튬, 티타늄 및 보론 등은 접종효과로써 주상조직을 미세화 시키며, 제조공정 중에서 소성가공 후에 소둔열처리시에 결정성장을 억제하여 기지조직을 미세화 시키는 효과를 나타낸다.
실험한 결과에 의하면, 시효강화효과가 우수한 원소중에서 알루미늄이 효과가 우수하면서 정련효과도 나타나고 있다.
그리고 결정미세화 효과가 우수한 스트론튬, 티타늄, 보론 등은 알루미늄-스트론튬, 알루미늄-티타늄-보론 등의 모합금으로서 저렴하면서 구하기도 용이하다.
그리고 이들 원소는 이렇게 복합적으로 합성된 경우에 합금하기가 좋으며, 성분 손실이 적다.
본 발명의 경우에 박팜 및 세선까지의 가공성과 재료의 강도향상을 위해서 인고트의 주조조직에서 가공조직에 이르기까지 결정립을 미세하게 제어할 필요가 있으며, 이를 위해 접종처리로써 주조 인고트 단계에서부터 효과를 얻을 수 있는 원소들이다.
그리고 상기 각 성분별 수치를 한정한 이유는 한정 범위 이하에서는 효과가 거의 없으며, 그 이상에서는 오히려 기계적 성질에 악영향을 미치므로 수치를 제한하엿다.
구리-니켈-주석 합금에서의 재료강도는 스피노달 분해강화효과에만 의존할 수 있으나, 본 발명에서는 스피노달 분해강화효과 외에 알루미늄, 실리콘, 스트론튬, 티타늄 및 보론 등을 첨가하여 석출강화 및 조직미세화 등을 도입하였다.
즉, 알루미늄과 실리콘은 석출강화를 목적으로 첨가하나 용탕 속에서 강력한 탈산작용에 의한 정련효과와 함께 용탕의 유동성도 개선하며, 미량으로 첨가하는 스트론튬, 티타늄 및 보론 등은 접종효과로써 주상조직을 미세화시키며, 제조공정 중에서 소성가공 후에 소둔열처리시에 결정성장을 억제하여 기지조직을 미세화 시키는 효과를 나타낸다.
그리고 제조공정 중에서 주괴의 제조는 열간가공이 가능한, 주석이 4% 이하인, 합금방안의 경우에는 주괴의 살두께가 70 mm 이상의 두꺼운 판재나 직경이 Φ100 mm 이상의 큰 대경봉으로 연속주조나 금형주조로 인고트를 제조하고,
냉간가공이 유리한, 주석이 4% 이상인, 합금방안의 경우에는 주괴의 살두께가 30 mm 이하의 얇은 판재나 직경이 Φ 20 mm 이하의 작은 소경봉으로 연속주조하여 인고트를 제조하였다.
이렇게 제조된 주괴 중에서 판재나 소경봉 상태의 주괴는 균질화처리 후, 냉간압연 또는 냉간인발에 의해 85% 이상의 소성가공으로 주조조직을 완전히 제거한 후, 이를 850±50℃의 온도에서 0.5∼ 1.0 시간 유지한 후에 수냉하여 용체화처리를 행한다.
그리고 열간압연이나 압출에 의해 제조된 판재나 선재의 경우도 850±50℃의 온도에서 0.5∼1.0 시간 유지한 후에 수냉하여 용체화처리를 행한다.
이렇게 용체화처리된 중간 상태의 봉재나 판재는 목표로하는 물성의 목표에 따른 냉간가공량 만큼 압연이나 인발을 한 후에 시효처리로서 300 ∼ 550℃에서 1 ∼ 10 hr 유지한 후 공냉하면 구리(Cu)-니켈(Ni)-주석(Sn)계 합금에서 나타나는 (CuxNiy)zSn 형 스피노달 분해생성물에 의한 강화효과와 구리(Cu)-니켈(Ni)-알루미늄(Al), 실리콘(Si)계 합금에서 나타나는 CuxAl, CuyNizAl, NixAl, CuxSi, CuyNizSi, NixSi 형 석출물에 의한 강화효과를 얻으므로 고강도의 동합금을 얻을 수 있다.
이러한 결과는 고가인 니켈(Ni)과 주석을 각각 8% 이하와 주석(Sn)을 6% 이하로 줄이고도 인장강도를 1,000 Mpa 이상, 연신율을 5 ∼ 10%를 얻고 있으며, 전기비저항치도 10 ∼ 14 μΩcm를 나타내는 고강도 동합금을 제조할 수 있다.
이하 보다 상세한 본 발명의 제조방법이다.
고강도 선재 및 판재용 동합금으로 합금조성범위를 1.0 ∼ 8.0 wt%(중량 백분율)니켈(Ni)과, 1.0 ∼ 6.0 wt%(중량 백분율)주석(Sn)과, 총합량을 0.1 ∼ 5.0 wt%(중량 백분율)로한 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 보론(B)으로 이루어진 군중에서 선택된 2 종 이상의 원소와, 나머지는 구리(Cu)로 조성되도록 각각 평량하는 단계와,
평량한 후, 용해로 바닥에 구리(Cu)를 적당량 깔고 그 위에 니켈(Ni)을 한 층 깔고 다시 구리(Cu)를 적당량 덮고 다시 니켈(Ni)을 깔고 구리(Cu)로 덮는 방법을 반복한 적층으로 장입하되 마지막에는 구리(Cu)로써 비교적 두껍게 덮은 후, 용해를 시작하여 구리와 니켈이 모두 용해하면 슬래그를 제거하고 난 후, 용탕의 온도가 약 1,250℃ 정도가 되었을 때, 가열을 중단하거나 매우 낮은 열원을 공급하는 정도로 하고 주석(Sn)을 비롯하여, 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트롬튬(Sr), 티타늄(Ti), 보론(B) 중에서 첨가원소로 선정된 원소들을 연속적으로 투입하고 잘 교반하여 용해시키는 용해합금단계와,
합금원소들이 충분히 용해하고 용탕온도도 1100∼1250℃ 정도로서 용탕의 유동성이 좋아지면, 주석이 4% 이하로 열간가공이 가능한 합금방안의 경우에는 주괴의 살두께가 70 mm 이상의 두꺼운 판재나 직경이 Φ100 mm 이상의 큰 대경봉으로 연속주조나 금형주조로 인고트를 제조하고, 냉간가공이 유리한 주석이 4% 이상인합금방안의 경우에는 주괴의 살두께가 30 mm 이하의 얇은 판재나 직경이 Φ20 mm 이하의 작은 소경봉으로 연속주조하여 주괴를 만드는 단계와,
이렇게 제조된 주괴 중에서 판재나 소경봉 상태의 주괴는 균질화처리 후, 냉간압연 또는 냉간인발에 의해 85% 이상의 소성가공으로 주조조직을 완전히 제거한 후, 이를 850±50℃의 온도에서 0.5 ∼ 1.0 시간 유지한 후에 수냉하여 용체화처리를 행하며, 열간압연이나 압출에 의해 제조된 판재나 선재의 경우도 850±50℃의 온도에서 0.5 ∼ 1.0 시간 유지한 후에 수냉하여 용체화처리를 행하는 단계와,
이렇게 용체화처리된 중간 상태의 봉재나 판재는 목표로하는 물성의 목표에 따른 냉간가공량 만큼 압연이나 인발을 한 후에 시효처리로서 300∼550℃에서 1∼10hr 유지한 후 공냉하면 구리(Cu)-니켈(Ni)-주석(Sn)계 합금에서 나타나는 (CuxNiy)zSn 형 스피노달 분해생성물에 의한 강화효과와 구리(Cu)-니켈(Ni)-알루미늄(Al), 실리콘(Si)계 합금에서 나타나는 CuxAl, CuyNizAl, NixAl, CuxSi, CuyNizSi, NixSi 형 석출물에 의한 강화효과를 얻는 시효처리 단계를 거친다.
다음의 표 1은 본 발명에서 제시하는 합금들의 예이며, 표 2와 표 3은 가공열처리에 따른 인장강도와 연신율의 변화이며, 표 4는 가공열처리에 따른 전기비저항치의 변화이다.
표 2, 표 3 및 표 4에서 보면, 기존의 85% 구리(Cu)-9% 니켈(Ni)-6%주석(Sn) 3원합금의 경우에 300 ∼ 400℃에서 3 시간 시효처리하면 인장강도는 1,043 ∼ 1,195 MPa, 연신율은 7 ∼ 9%를 얻을 수 있으며, 전기비저항치는 10 ∼ 14 μΩcm를 나타내고 있다.
그러나 구리(Cu)-9% 니켈(Ni)-6% 주석(Sn)계에 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 및 티타늄(Ti) 만을 첨가한 것은 인장강도가 최고 1,250 MPa까지로서 첨가하지 않은 경우의 최고 인장강도인 1,195 MPa에 비하여 그 증가가 크게 현저하지 못하며, 경우에 따라서는 오히려 1,000 MPa 이하로 저하하는 예도 나타나고 있으며, 연신율은 5% 이하로 크게 저하하고 있으며, 전기비저항치는 2∼5 μΩcm 증가하여 도전성을 해치는 것으로 나타났다.
한편, 본 발명의 경우인 구리(Cu)-니켈(Ni)-주석(Sn)-알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트롬튬(Sr), 티타늄(Ti), 보론(B)계 합금에서와 같이, 니켈(Ni)과 주석(Sn)의 일부를 줄이고 여기에 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 보론(B) 중에서 2 종 이상의 원소를 소량 첨가한 경우의 합금계에서는 인장강도를 1,000 Mpa 이상, 연신율을 5∼10%를 얻고 있으며, 전기비저항치도 10∼14 μΩcm를 나타내는 고강도 동합금을 제조할 수 있다.
그리고 특별히 주목되는 점은 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 보론(B) 등의 합금원소를 첨가한 경우에는 450℃의 고온시효처리에도 많은 합금들이 900 MPa 이상의 고강도를 유지하고 있다.
이상의 결과는 인장강도를 1000 MPa 이상 얻을 수 있는 새로운 고강도 재료인 구리(Cu)-니켈(Ni)-주석(Sn)-알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트롬튬(Sr),티타늄(Ti), 보론(B)계 합금을 개발하는 효과를 가져오게 되었으며, 특히, 고온 시효온도인 450℃ 이상의 온도에 노출되어도 열화되지 않고 고강도를 유지하는 장점을 갖는다.
표 1 합금의 종류 및 합금성분(wt%)
합금종류 Ni Sn Al Si Sr Ti B Cu
N9S6 9 6 - - - - - 나머지
N9S6Al.5 9 6 0.5 - - - - 나머지
N9S6Si.5 9 6 - 0.5 - - - 나머지
N9S6Ti.5 9 6 - - - 0.5 - 나머지
N9S6Al1 9 6 1.0 - - - - 나머지
N9S6Si1 9 6 - 1.0 - - - 나머지
N9S6Ti1 9 6 - - - 1.0 - 나머지
N9S6Al2 9 6 2.0 - - - - 나머지
N9S6Si2 9 6 - 2.0 - - - 나머지
N9S6Ti2 9 6 - - - 2.0 - 나머지
N6S4Al1 6 4 1.0 - - - - 나머지
N6S4Al2 6 4 2.0 - - - - 나머지
N6S4Al.5Si.5 6 4 0.5 0.5 - - - 나머지
N6S4Al.5Ti.5 6 4 0.5 - - 0.5 - 나머지
N6S4Si.5Ti.5 6 4 - 0.5 - 0.5 - 나머지
N6S4Al.5Si.5Ti.5 6 4 0.5 0.5 - 0.5 - 나머지
N4S2Al2Si.5 4 2 2.0 0.5 - - - 나머지
N6S2Al2Si.5 6 2 2.0 0.5 - - - 나머지
N6S4Al1Si1 6 4 1.0 1.0 - - - 나머지
N8S2Al2Si.5 8 2 2.0 0.5 - - - 나머지
N8S4Al1Si1 8 4 1.0 1.0 - - - 나머지
N6S2Al1.8Sr.2 6 2 1.8 - 0.2 - - 나머지
N6S2Al1.8Sr.2Si.5 6 2 1.8 0.5 0.2 - - 나머지
N6S2Al4.5Sr.5 6 2 4.5 - 0.5 - - 나머지
N6S2Al1.8Ti.1B.02Si.5 6 2 1.8 0.5 - 0.1 0.02 나머지
N6S2Al1.8Sr.1Ti.05B.01Si.5 6 2 1.8 0.5 0.1 0.05 0.01 나머지
N6S2Al4.6Sr.25Ti.13B.03 6 2 4.6 - 0.25 0.13 0.03 나머지
N6S2Al4.6Sr.25Ti.13B.03Si.5 6 2 4.6 0.5 0.25 0.13 0.03 나머지
표 2 가공열처리에 따른 인장강도의 변화 (단위 : MPa)
시 료 명 용체화상태850℃x0.5h 냉간가공상태73% 3시간 시효처리 상태
300℃ 350℃ 400℃ 450℃
N9S6 413 896 1,089 1,195 1,043 687
N9S6Al.5 418 - 1,007 1,093 1,123 1,062
N9S6Si.5 508 - 1,151 1,202 1,175 1,029
N9S6Ti.5 492 - 1,102 1,181 1,210 975
N9S6Al1 308 984 1,104 1,179 1,154 1,063
N9S6Si1 551 1,001 1,065 1,158 1,056 914
N9S6Ti1 561 1,004 1,120 1,250 1,036 896
N9S6Al2 472 933 1,104 1,156 1,190 1,140
N9S6Si2 365 951 1,067 970 998 925
N9S6Ti2 413 841 865 859 837 702
N6S4Al1 - - 1,023 - - -
N6S4Al2 - - 1,033 - - -
N6S4Al.5Si.5 - 823 1,012 1,046 1,052 987
N6S4Al.5Ti.5 - 872 871 941 886 880
N6S4Si.5Ti.5 - 850 891 918 919 861
N6S4Al.5Si.5Ti.5 - 830 882 914 923 932
N4S2Al2Si.5 364 745 845 944 973 890
N6S2Al2Si.5 436 804 926 946 1,027 877
N6S4Al1Si1 489 845 971 1,040 1,032 823
N8S2Al2Si.5 603 737 843 971 1,000 1,061
N8S4Al1Si1 434 872 990 1,032 1,106 1,044
N6S2Al1.8Sr.2 370 632 671 720 779 870
N6S2Al1.8Sr.2Si.5 401 688 845 922 985 961
N6S2Al4.5Sr.5 331 796 870 909 939 853
N6S2Al1.8Ti.1B.02Si.5 486 730 833 922 961 926
N6S2Al1.8Sr.1Ti.05B.01Si.5 401 745 880 978 1,022 981
N6S2Al4.6Sr.25Ti.13B.03 - 543 595 668 708 801
N6S2Al4.6Sr.25Ti.13B.03Si.5 353 789 1,022 1,057 1,081 949
표 3 가공열처리에 따른 연신율의 변화 (단위 : %)
시 료 명 용체화상태850℃x0.5h 냉간가공상태73% 3시간 시효처리 상태
300℃ 350℃ 400℃ 450℃
N9S6 50 6 7 - 9 15
N9S6Al.5 56 - 9 6 4 5
N9S6Si.5 26 - 1 1 2 2
N9S6Ti.5 24 - 3 3 5 10
N9S6Al1 20 6 3 3 2 2
N9S6Si1 22 4 1 1 2 3
N9S6Ti1 26 5 2 2 3 5
N9S6Al2 - - - - - -
N9S6Si2 - - 1 1 1 1
N9S6Ti2 - - 1 1 1 1
N6S4Al1 - - - 11 - -
N6S4Al2 - - - 3 - -
N6S4Al.5Si.5 - 7 5 4 5 7
N6S4Al.5Ti.5 - 4 7 5 6 8
N6S4Si.5Ti.5 - 6 7 7 7 9
N6S4Al.5Si.5Ti.5 - 5 5 5 5 9
N4S2Al2Si.5 56 12 8 4 5 12
N6S2Al2Si.5 38 7 2 2 4 11
N6S4Al1Si1 37 5 2 3 4 9
N8S2Al2Si.5 29 8 7 6 6 9
N8S4Al1Si1 37 3 1 2 3 4
N6S2Al1.8Sr.2 31 7 6 4 3 4
N6S2Al1.8Sr.2Si.5 29 5 7 6 6 7
N6S2Al4.5Sr.5 28 4 5 3 3 3
N6S2Al1.8Ti.1B.02Si.5 34 6 7 3 3 5
N6S2Al1.8Sr.1Ti.05B.01Si.5 29 6 10 6 7 8
N6S2Al4.6Sr.25Ti.13B.03 14 3 1 2 2 2
N6S2Al4.6Sr.25Ti.13B.03Si.5 13 6 2 2 2 5
표 4 가공열처리에 따른 전기비저항의 변화 (단위 : μΩcm)
시 료 명 용체화상태850℃x0.5h 냉간가공상태73% 3시간 시효처리 상태
300℃ 350℃ 400℃ 450℃
N9S6 18 18 14 12 10 9
N9S6Al.5 17 - 16 15 14 14
N9S6Si.5 19 - 14 13 10 8
N9S6Ti.5 22 - 15 15 11 6
N9S6Al1 25 20 18 17 15 11
N9S6Si1 19 18 14 13 11 9
N9S6Ti1 18 17 13 11 9 6
N9S6Al2 - - - - - -
N9S6Si2 - - 15 14 13 -
N9S6Ti2 12 - 11 10 10 10
N6S4Al1 - - - 14 - -
N6S4Al2 - - - 17 - -
N6S4Al.5Si.5 - 16 14 13 11 10
N6S4Al.5Ti.5 - 14 12 11 10 9
N6S4Si.5Ti.5 - 14 12 10 10 9
N6S4Al.5Si.5Ti.5 - 14 12 12 10 9
N4S2Al2Si.5 8 9 8 7 7 6
N6S2Al2Si.5 9 10 9 8 8 6
N6S4Al1Si1 8 9 8 7 7 7
N8S2Al2Si.5 8 10 9 10 9 7
N8S4Al1Si1 10 10 9 8 7 7
N6S2Al1.8Sr.2 8 9 9 9 9 7
N6S2Al1.8Sr.2Si.5 9 10 9 9 8 7
N6S2Al4.5Sr.5 9 10 10 10 10 7
N6S2Al1.8Ti.1B.02Si.5 9 10 9 9 8 7
N6S2Al1.8Sr.1Ti.05B.01Si.5 9 10 9 9 8 6
N6S2Al4.6Sr.25Ti.13B.03 10 11 11 11 10 7
N6S2Al4.6Sr.25Ti.13B.03Si.5 10 11 10 9 8 7
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
상기와 같은 본 발명은 기존의 Cu-9Ni-6Sn 합금에서 고가인 Ni과 Sn의 일부를 줄여원가절감과 열간소성가공성을 부여하여 양산이 가능한 경제성을 갖추었고, 스피노달분해 강화형에다 석출강화 및 조직 미세화 기능을 부여한 고강도 합금으로서 고온 내열화성을 개선함으로써 인장강도를 1,000 Mpa 이상, 연신율을 5∼10%를 얻고 있으며, 전기비저항치도 10∼14 μΩcm를 나타내는 등의 장점이 있어서 그 산업상 이용가능성이 크게 기대된다.

Claims (2)

  1. 고강도 선재 및 판재용 구리합금에 있어서,
    1.0∼8.0 wt%(중량 백분율)니켈(Ni)과, 1.0∼6.0 wt%(중량 백분율)주석(Sn)과, 총합량을 0.1∼5.0 wt%(중량 백분율)로한 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 보론(B)으로 이루어진 군중에서 선택된 2 종 이상의 원소와, 나머지는 구리(Cu)로 조성된 것을 특징으로 하는 고강도 선재 및 판재용 구리(Cu)-니켈(Ni)-주석(Sn)-알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 보론(B) 합금.
  2. 고강도 선재 및 판재용 구리-니켈-주석-알루미늄, 실리콘, 스트론튬, 티타늄, 보론계 합금 제조방법에 있어서,
    목표로하는 합금성분에 따라 각각의 첨가원소들을 1.0 ∼ 8.0 wt%(중량 백분율)니켈(Ni)과, 1.0 ∼ 6.0 wt%(중량 백분율)주석(Sn)과, 총합량을 0.1 ∼ 5.0 wt%(중량 백분율)로한 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti) 및 보론(B)으로 이루어진 군중에서 선택된 2 종 이상의 원소와, 나머지는 구리(Cu)로 조성되도록 각각 평량하는 단계와,
    평량한 후, 용해로 바닥에 구리(Cu)를 적당량 깔고 그 위에 니켈(Ni)을 한 층 깔고 다시 구리(Cu)를 적당량 덮고 다시 니켈(Ni)을 깔고 구리(Cu)로 덮는 방법을 반복한 적층으로 장입하되 마지막에는 구리(Cu)로써 비교적 두껍게 덮은 후, 용해를 시작하여 구리와 니켈이 모두 용해하면 슬래그를 제거하고 난 후, 용탕의 온도가 약 1,250℃ 정도가 되었을 때, 가열을 중단하거나 매우 낮은 열원을 공급하는 정도로 하고 주석(Sn)을 비롯하여, 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트롬튬(Sr), 티타늄(Ti), 보론(B) 중에서 첨가원소로 선정된 원소들을 연속적으로 투입하고 잘 교반하여 용해시키는 용해합금단계와,
    합금원소들이 충분히 용해하고 용탕온도도 1100∼1250℃ 정도로서 용탕의 유동성이 좋아지면, 주석이 4% 이하로 열간가공이 가능한 합금방안의 경우에는 주괴의 살두께가 70 mm 이상의 두꺼운 판재나 직경이 Φ100 mm 이상의 큰 대경봉으로 연속주조나 금형주조로 인고트를 제조하고, 냉간가공이 유리한 주석이 4% 이상인 합금방안의 경우에는 주괴의 살두께가 30 mm 이하의 얇은 판재나 직경이 Φ20 mm 이하의 작은 소경봉으로 연속주조하여 주괴를 만드는 단계와,
    이렇게 제조된 주괴 중에서 판재나 소경봉 상태의 주괴는 균질화처리 후, 냉간압연 또는 냉간인발에 의해 85% 이상의 소성가공으로 주조조직을 완전히 제거한 후, 이를 850±50℃의 온도에서 0.5 ∼ 1.0 시간 유지한 후에 수냉하여 용체화처리를 행하며, 열간압연이나 압출에 의해 제조된 판재나 선재의 경우도 850±50℃의 온도에서 0.5∼1.0 시간 유지한 후에 수냉하여 용체화처리를 행하는 단계와,
    이렇게 용체화처리된 중간 상태의 봉재나 판재는 목표로하는 물성의 목표에 따른 냉간가공량 만큼 압연이나 인발을 한 후에 시효처리로서 300 ∼ 550℃에서 1 ∼ 10 hr 유지한 후 공냉하면 구리(Cu)-니켈(Ni)-주석(Sn)계 합금에서 나타나는(CuxNiy)zSn 형 스피노달 분해생성물에 의한 강화효과와 구리(Cu)-니켈(Ni)-알루미늄(Al), 실리콘(Si)계 합금에서 나타나는 CuxAl, CuyNizAl, NixAl, CuxSi, CuyNizSi, NixSi 형 석출물에 의한 강화효과를 얻는 시효처리 단계를 거치도록 한 것을 특징으로 하는 고강도 선재 및 판재용 구리(Cu)-니켈(Ni)-주석(Sn)-알루미늄(Al), 실리콘(Si), 스트론튬(Sr), 티타늄(Ti), 보론(B) 합금의 제조방법.
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