KR100430967B1 - 내식·내후성이 우수한 철-망간계 진동감쇠합금강 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우수한 진동 감쇠능을 보유함과 동시에 우수한 내식·내후성을 갖는 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강에 관한 것으로 중량%로 Mn : 15~22%, C : 0.2% 이하, 그리고 Cr : 10~15%, Ni : 10~15% 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소, 나머지 Fe로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

내식·내후성이 우수한 철-망간계 진동감쇠합금강{Fe-Mn Damping alloy having a good corrosion resistant and weather proof property}

본 발명은 우수한 진동감쇠능을 보유함과 동시에, 우수한 내식·내후성을 갖는 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강에 관한 것으로, 특히 Cr, Ni 등 합금원소 첨가에 의해 기존의 진동감쇠 합금강에 비해 내식·내후성을 향상시킨 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강에 관한 것이다.

기존의 Fe-Mn계 방진합금은 진동감쇠능이 우수한 성질을 갖고 있어 자동차부품, 교량, 산업기계부품등의 중요 소재에 이용이 가능하다. 특히, 최근에는 골프클럽헤드에 본 방진합금을 적용하여 본 결과 방진합금이 타구된 볼의 방향성 및 비거리를 향상시키는데 우수한 효과가 있다는 것이 확인된 바 있다.

그러나, Fe-Mn계 방진합금은 우수한 진동 감쇠능을 갖고 있음에도 불구하고 내부식성이 약하여 실제 재료들을 설계 수명보다도 빨리 파괴시키고 파괴형태도 커다란 재해형태로 일어날 수 있고, 또한 Fe-Mn계 방진합금은 제품으로 제조되는 경우 투박한 검은 색상을 나타내어 미관상 고급이미지를 연출하는 제품에는 사용이 제한적일 수 밖에 없었다. 따라서 Fe-Mn계 방진합금은 그 자체로 사용하기보다는 그 위에 내 부식성이 강한 재료를 도금하여 사용하여 온 것이 현실정이다.

이와 같이 금속을 도금하여 제품을 제조하는 경우 도금에 따른 제조경비 상승은 물론 도금기술의 한계성으로 도금층이 박리되어 제품의 품질을 떨어 뜨리는 문제가 대두되고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로 내부식성이 우수하여 재료의 수명을 대폭 연장시킴은 물론 진동감쇠능도 기존의 Fe-Mn계 합금과 별차이가 없으며 은백색의 고급스러운 색상을 갖는 Fe-Mn계 방진합금을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 Fe-Mn 이원계 상태도에서 Mn량에 따른 각 상의 상대분율 그래프,

도2는 진동측정장치의 개략도,

도3은 Cr 첨가에 따른 진동감쇠능 및 부식도의 변화를 나타낸 그래프,

도4는 Ni 첨가에 따른 진동감쇠능 및 부식도의 변화를 나타낸 그래프,

도5는 20%NaCl 용액에 196시간 침지시험 후의 표면 사진,

도6은 각 성분에 따른 미세조직의 비교 사진.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중량%로 Mn : 15~22%, C : 0.2% 이하, 그리고 Cr : 10~15%, Ni : 10~15% 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소, 나머지 Fe로 구성되는 것을 특징으로 하는 내식·내후성이 우수한 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강을 제공한다.

이하에 본발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 내식·내후성을 향상시켜 재료의 수명을 증대시키고 국부부식을 억제하기 위하여 내식·내후성 향상에 효과적인 Cr, Ni 등을 투입하여 제조하되, 합금원소가 첨가되어도 진동감쇠능에 큰 변화가 없는 것을 특징으로 한다.

이를 위해 본 발명에서는 Fe-Mn계 성분을 기본으로 하되 Mn을 15-22%로 한정하였는데 그 이유는 제1도의 Mn량에 따른 각상의 상대 분율을 나타낸 Fe-Mn 이원계 상태도에서와 같이 상온부근에서 진동감쇠능에 큰 영향을 미치는 ε마르텐사이트가 가장 많이 생성되어/ε계면적을 증가시킬수 있는 Mn의 조성범위가 15-22% 이기 때문이다.

C를 0.2% 이하로 한정하는 이유는 C는 용해로에서 용해작업시 불가피하게 혼입되는 것으로서 0.2%를 초과하는 경우 진동감쇠능이 크게 저하하기 때문이다.

Cr을 10~15%, Ni을 10-15% 첨가하는 이유는 Cr과 Ni은 모두 내식·내후성을 향상시켜 재료의 수명을 증대시키고 국부부식을 억제하는 원소로서 Cr, Ni 모두 10%미만에서는 내식성을 크게 향상시키지 못하고 15%초과시에는 진동감쇠능이 크게 떨어지기 때문에 10~15%로 한정하였다.

이하 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명한다.

(실시예)

용해로에 철을 장입한 후 1500℃이상의 온도로 가열하여 녹인 다음 내식·내후성 향상 원소인 Cr, Ni과 망간을 장입하여 용해시킨다.

상기 용탕을 주조하여 제조된 잉곳트와 이를 열간압연하여 압연재를 제조한다.

상기와 같이 제조된 소재를 900~1100℃온도에서 30~60분 가열한 후 수냉 또는 공냉하여 Fe-Mn계 합금을 제조한다음 이와 같이 제조된 합금의 진동감쇠능 및 내식성시험을 수행하였다.

진동감쇠능 시험은 제2도의 Fopple-Pertz형 비틀림 진자 시험장치를 이용하여 시편을 자유진동 시켰을 때 시간의 경과에 따라 진동의 진폭이 점차 감소해가는 것을 potentiometer로 감지하여, 증폭기를 거쳐 A/D converter를 통해 입력된 신호인 시간 대 진폭 변화 곡선으로부터 strain에 따른 진동감쇠능(Specific Damping Capacity)을 측정하였다.

또한, 인장시험은 Model No. 1127의 Instron 만능시험기를 사용하였으며, 시험편은 JIS 8호 C형 시험편을 제작하였다.

내식성 시험은 KS D 0222 시험법에 준하여 직경 30mm, 두께 30mm의 봉상 시험편을 가공하여 10% 및 20% 염화나트륨용액에 침지하여 30일 경과한 후, 부착되어 있는 부식생성물을 실온의 30% 질산으로 산세하여 무게를 측정하여 무게의 감소를 구하였다. 또한 표면의 부식상태를 관찰하기 위하여 표면사진을 비교하였다. 한편, 내후성 시험을 위하여 용액에서 꺼낸 시험편을 대기중에 200일간 폭로시험 후의 무게 감소도 측정하였다. 시험 전후의 시험편의 무게는 0.1mg까지 측정하였다. 부식도는 시험 후의 감소된 무게로 단위 면적, 단위 시간당의 값(g/m²h)으로 표시하되,KS A 0021에 따라 소수점 이하 둘째 자리로 끝맺음을 표시하였다.

상기 공정에 의거 제조된 합금의 성분조성과 진동감쇠능 및 부식도가 다음 표1 및 제3도, 제4도, 제5도에 나타나 있다.

표1은 종전합금과 내식 및 내후성 향상 원소인 Cr, Ni중에서 1종 이상 첨가한 본 발명합금의 진동감쇠능과 10, 20% NaCl 용액에 192시간(8일) 침지시험 후의부식도를 측정한 결과를 나타낸 것으로서, Cr, Ni를 첨가한 본 발명 합금이 첨가하지 않은 합금에 비해 매우 우수한 진동감쇠능과 월등히 뛰어난 내식성을 나타내고 있음을 알 수 있으며, 종전의 Fe-Mn 이원계 합금과 비교하여도 비슷한 진동감쇠능을 유지하면서도 약 10~20배 정도 우수한 내후성을 갖고 있음을 나타낸다.

제3도는 본 발명합금의 Cr 첨가에 따른 진동감쇠능 및 부식도의 변화를 나타낸 것이다. Cr 첨가에 따라 진동감쇠능은 15%Cr까지는 약간 감소하다가 그 이상의 조성에서는 크게 저하됨을 알 수 있다. 반면에 부식도는 Cr 첨가량이 많아질수록 낮아져 내식성이 향상됨을 나타내었다.

즉 15%Cr 이상의 조성에서 진동감쇠능이 크게 감소하는 이유는 제6도에 보이는 바와 같이 진동감쇠능에 크게 영향을 미치는 ε마르텐사이트가 사라지고 오스테나이트화하기 때문이다. 반면에 Cr의 내식성 효과에 의해 첨가량이 많아질수록 내식성은 개선되었다.

제5도는 Cr 및 Ni이 첨가된 본 발명합금, 비교강 및 종래강의 196시간 20%NaCl 용액 침지시험 후의 시험편의 표면사진을 나타낸 것이다. 본 발명합금은 침지전과 동일한 깨끗한 표면을 나타내었다.

제4도는 본 발명합금의 Ni 첨가에 따른 진동감쇠능 및 부식도의 변화를 나타낸 것이다. Ni 첨가에 따라 진동감쇠능은 15%Ni까지는 약간 감소하다가 그 이상의 조성에서는 크게 저하됨을 알 수 있다. 반면에 부식도는 Ni 첨가량이 많아질수록 낮아져 내식성이 향상됨을 나타내었다.

즉 15%Ni 이상의 조성에서 진동감쇠능이 크게 감소하는 이유는 Cr의 영향과마찬가지로 진동감쇠능에 크게 영향을 미치는 ε마르텐사이트가 사라지고 오스테나이트화하기 때문이다. 반면에 Ni의 내식성 효과에 의해 첨가량이 많아질수록 내식성은 개선되었다.

본 발명의 Fe-Mn계 진동감쇠 합금강은 진동감쇠능이 우수하면서도 내식성이 우수하며, 합금이 갖는 색상이 은백색으로 고급스러움을 더해주므로 표면에 내식성 재료를 도금할 필요가 없어 재료의 수명연장 및 제조단가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 중량%로 Mn : 15~22%, C : 0.2%이하, Cr : 10~15%, 나머지 Fe로 구성되는 것을 특징으로 하는 내식·내후성이 우수한 Fe-Mn계 진동감쇠합금강.
2. 중량%로 Mn : 15~22%, C : 0.2%이하, Cr : 10~15%, Ni : 10~15%, 나머지 Fe로 구성되는 것을 특징으로 하는 내식·내후성이 우수한 Fe-Mn계 진동감쇠합금강.