KR102348780B1 - Brass alloy with improved corrosion resistance - Google Patents

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KR102348780B1 KR1020200069839A KR20200069839A KR102348780B1 KR 102348780 B1 KR102348780 B1 KR 102348780B1 KR 1020200069839 A KR1020200069839 A KR 1020200069839A KR 20200069839 A KR20200069839 A KR 20200069839A KR 102348780 B1 KR102348780 B1 KR 102348780B1
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Abstract

본 발명에 따른 내식성이 향상된 주물용 황동 합금은, 구리(Cu) 61.0~65.0중량%, 납(Pb) 0.10중량% 이하, 철(Fe) 0.01~0.10중량%, 주석(Sn) 0.3~0.8중량%, 알루미늄(Al) 0.3~0.7중량%, 니켈(Ni) 0.2~0.7중량%, 비스무트(Bi) 0.1~0.5중량%, 인(P) 0.01~0.2중량%, 붕소(B) 0.001~0.005중량% 및 나머지 합금 성분이 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.The brass alloy for casting with improved corrosion resistance according to the present invention is copper (Cu) 61.0 to 65.0 wt%, lead (Pb) 0.10 wt% or less, iron (Fe) 0.01 to 0.10 wt%, tin (Sn) 0.3 to 0.8 wt% %, aluminum (Al) 0.3 to 0.7 wt%, nickel (Ni) 0.2 to 0.7 wt%, bismuth (Bi) 0.1 to 0.5 wt%, phosphorus (P) 0.01 to 0.2 wt%, boron (B) 0.001 to 0.005 wt% % and the rest of the alloy composition is characterized in that it consists of Zn and unavoidable impurities.

Figure R1020200069839
Figure R1020200069839

Description

내식성이 향상된 주물용 황동 합금{Brass alloy with improved corrosion resistance}Brass alloy with improved corrosion resistance

본 발명은 주물용 황동 합금에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 무연 합금으로서 열처리를 하지 않는 상태에서도 내식성이 우수한 주물용 황동 합금에 관한 것이다.The present invention relates to a brass alloy for casting, and more particularly, to a brass alloy for casting excellent in corrosion resistance even in a state without heat treatment as a lead-free alloy.

황동 합금은 음용수 관련 수도꼭지, 수도계량기, 밸브 등에 사용된다. 종래의 일반 황동 합금은 가공성을 향상시키기 위하여, 황동에 1.0~4.5중량% 정도의 납(Pb)을 첨가하여 양호한 절삭성을 확보하였다. 황동 합금 중에서 가공 중 공구와 피삭물과의 접촉 계면에서 발생되는 열에 의해 상대적으로 융점이 낮은 납(Pb)은 윤활제 역할로 가공 저항력을 감소시키는 효과가 있고, 절삭 칩을 잘게 분쇄하는 역할을 한다.Brass alloys are used in drinking water-related faucets, water meters, and valves. In order to improve the workability of the conventional general brass alloy, about 1.0 to 4.5 wt% of lead (Pb) was added to the brass to ensure good machinability. Among brass alloys, lead (Pb), which has a relatively low melting point due to the heat generated at the interface between the tool and the workpiece during machining, acts as a lubricant and has the effect of reducing the machining resistance and finely pulverizing the cutting chips.

그러나 납(Pb)은 인체 및 환경에 악영향을 미치는 유해물질이다. 그럼에도 불구하고 양호한 가공성을 확보한다는 이유로 수전금구류, 수도계량기, 밸브 등에 납(Pb) 성분이 함유된 일반 황동 합금이 보편적으로 사용되었다. 그 결과 수전금구 설치시 음용수 내에 납(Pb)이 용출되어 인체에 심각한 건강상의 문제점이 초래되었다. 최근 미국 국가공중위생국(NSF)에서는 수전금구용 동합금에 있어서 납(Pb)의 함유량을 제한하고 있다. 향후 황동 합금에 관하여 소위 G20과 같은 선진국 중심으로 납(Pb) 함유량과 용출량에 대한 기준을 더욱 더 강화할 것으로 예상된다.However, lead (Pb) is a toxic substance that adversely affects the human body and the environment. Nevertheless, general brass alloys containing lead (Pb) components were commonly used in faucets, water meters, and valves for the reason of securing good workability. As a result, when the faucet was installed, lead (Pb) was eluted in the drinking water, causing serious health problems to the human body. Recently, the US National Public Health Service (NSF) has restricted the content of lead (Pb) in copper alloys for faucets. With respect to brass alloys, it is expected that the standards for lead (Pb) content and elution amount will be further strengthened mainly in developed countries such as the so-called G20.

대한민국의 경우 일부 공공기관에서 2020년 3월부터는 납(Pb)을 포함하지 않는 무연 황동 합금 소재로 만든 수도계량기로 전량 교체하기 위해 공공 발주를 시작할 예정이다. 또한 다른 공공기관 및 건축 관련 분야 기관에서도 일반 황동 소재제품을 무연 황동 소재 제품으로 바꾸는 움직임이 확산될 것으로 예상된다.In the case of South Korea, some public institutions are planning to start placing public orders to replace all water meters with water meters made of lead-free brass alloy material that does not contain lead (Pb) from March 2020. In addition, it is expected that other public institutions and organizations in the construction field will also move from general brass materials to lead-free brass materials.

무연 황동 합금은 「환경기술 및 환경산업 지원법」에 규정된 "주물용 동합금(EL742)"에 따라, 납(Pb) 함량 0.25중량% 이하, 납 용출량 1mg/L을 만족하여야 하며, 내식성 평가는 KS D ISO 6509(금속 및 합금의 부식) 황동의 탈아연부식 시험을 통한 평균 부식깊이를 측정하여, 잉곳 300 ㎛이하, 동합금 주물 제품은 100㎛이하에 부합되는 합금이어야 한다.Lead-free brass alloys must satisfy lead (Pb) content of 0.25 wt% or less and lead elution amount of 1 mg/L in accordance with “Copper Alloy for Castings (EL742)” stipulated in the 「Environmental Technology and Environmental Industry Support Act」, and corrosion resistance evaluation is KS D ISO 6509 (Corrosion of metals and alloys) Measure the average corrosion depth through the dezincification corrosion test of brass, and the alloy must be less than 300 µm for ingots and less than 100 µm for copper alloy castings.

인체의 유해성을 해소하기 위해 납이 포함되지 않는 무연 황동 합금에 대한 연구 개발 활동이 활발하게 수행 되었다. 이러한 연구 결과 개발된 무연 황동 합금으로 납(Pb)을 비스무트(Bi)로 대체한 합금이 개발되었다. 비스무트(Bi)가 첨가된 무연 황동 합금의 일 예가 공개특허 제2005-0096346호 및 공개특허 제2012-0042483호에 개시되어 있다.Research and development activities on lead-free brass alloys that do not contain lead have been actively carried out in order to eliminate the harmfulness to the human body. As a result of these studies, an alloy was developed in which lead (Pb) was replaced with bismuth (Bi) as a lead-free brass alloy. An example of a lead-free brass alloy to which bismuth (Bi) is added is disclosed in Korean Patent Publication Nos. 2005-0096346 and 2012-0042483.

그런데 비스무트(Bi) 계열 주물용 무연 황동 합금은 금형 주조, 절삭 가공 시 크랙(crack)이 쉽게 발생하는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 미시메탈(Misch metal)을 소량 첨가하여 무연황동 내 비스무트(Bi)의 형상을 필름형태에서 구형으로 만들어, 절삭 가공 시 크랙 발생을 줄일 수 있다. 그러나, 미시메탈 첨가는 무연 황동 합금에 대한 금속 유동성이 저하되어 성형성을 감소시키는 문제점이 발생되었다. 또한 비스무트(Bi) 계열의 무연 황동 합금의 내식성을 향상하기 위해서는 열처리를 통해 조직을 균일하게 만들어 향상시키는 방법이 사용이 되었으나, 주물용 황동 합금의 경우 열처리를 통한 내식성 향상 방법은 현실적이지 않다. 이로 인해 열처리를 하지 않고도 우수한 내식성과 크랙 발생이 되지 않는 주물용 무연 황동 합금 개발이 요구되고 있다. 물론 열처리를 하지 않고, 내식성을 향상시키기 위해 대한민국 특허공보 제10-2011-0073900호에는 중량%로 Cu:56-58%, Sn:0.5-1.5%, Fe:0.2-0.3%, Sb:0.1-0.2%, Ni:1.5-2.0%, P:0.04-0.08%, Al:0.8-1.2%, S:1.0-1.2%, Bi:1.3-1.5%, Se:0.1-0.2% 및 잔부 Zn으로 조성된 것을 특징으로 안티몬(Sb)을 소량 첨가한 연구를 진행하였으나, 이 경우 첨가되는 안티몬(sb)은 납(Pb)과 같이 인체에 유해한 물질로 분류되므로 실용적이지 않는 문제점이 있다.However, the bismuth (Bi)-based lead-free brass alloy for casting has a problem that cracks easily occur during mold casting and cutting. To solve this problem, a small amount of misch metal is added to make the shape of bismuth (Bi) in lead-free brass from a film form to a spherical shape, thereby reducing the occurrence of cracks during cutting. However, the addition of misimetal caused a problem in that the metal fluidity for the lead-free brass alloy was lowered, thereby reducing the formability. In addition, in order to improve the corrosion resistance of bismuth (Bi)-based lead-free brass alloys, a method of making the structure uniform through heat treatment has been used, but in the case of brass alloys for casting, the method of improving corrosion resistance through heat treatment is not realistic. For this reason, there is a demand for the development of lead-free brass alloys for casting that do not have excellent corrosion resistance and cracks without heat treatment. Of course, without heat treatment, in order to improve corrosion resistance, in Korean Patent Publication No. 10-2011-0073900, Cu:56-58%, Sn:0.5-1.5%, Fe:0.2-0.3%, Sb:0.1- 0.2%, Ni:1.5-2.0%, P:0.04-0.08%, Al:0.8-1.2%, S:1.0-1.2%, Bi:1.3-1.5%, Se:0.1-0.2% and balance Zn A study was conducted in which a small amount of antimony (Sb) was added, but in this case, the added antimony (sb) is classified as a substance harmful to the human body, such as lead (Pb), so there is a problem in that it is not practical.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위해 비스무트(Bi) 계열의 주물용 무연 황동 합금에서 발생하는 크랙 발생문제를 해소하고, 주물 제품 상태에서 별도의 열처리와 비소(As), 안티몬(Sb) 등 내식성에 향상에 효과가 있지만 인체에 해로운 원소가 포함되지 않고, 법규에 규정된 내식성을 만족시킬 수 있는 주물용 황동 합금을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to solve the crack generation problem occurring in the bismuth (Bi)-based lead-free brass alloy for casting in order to solve the above problems, and separate heat treatment and arsenic (As), antimony (Sb) in the state of the casting product It is effective in improving corrosion resistance, but it does not contain elements harmful to the human body, and provides a brass alloy for casting that can satisfy the corrosion resistance stipulated in laws and regulations.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 내식성이 향상된 주물용 황동 합금은, 구리(Cu) 61.0~65.0중량%, 납(Pb) 0.10중량% 이하, 철(Fe) 0.01~0.10중량%, 주석(Sn) 0.3~0.8중량%, 알루미늄(Al) 0.3~0.7중량%, 니켈(Ni) 0.2~0.7중량%, 비스무트(Bi) 0.1~0.5중량%, 인(P) 0.01~0.2중량%, 붕소(B) 0.001~0.005중량% 및 나머지 합금 성분이 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어진 점에 특징이 있다.In order to achieve the above object, the brass alloy for casting with improved corrosion resistance according to the present invention is copper (Cu) 61.0 to 65.0 wt%, lead (Pb) 0.10 wt% or less, iron (Fe) 0.01 to 0.10 wt%, tin ( Sn) 0.3 to 0.8 wt%, aluminum (Al) 0.3 to 0.7 wt%, nickel (Ni) 0.2 to 0.7 wt%, bismuth (Bi) 0.1 to 0.5 wt%, phosphorus (P) 0.01 to 0.2 wt%, boron ( B) 0.001 to 0.005 wt % and the remaining alloy components are characterized in that they consist of Zn and unavoidable impurities.

Al과 P가 합금 내에서 서로 반응하여 Al-P 개재물을 형성함으로써,Al and P react with each other in the alloy to form Al-P inclusions,

1.1 ≤

Figure 112020059344292-pat00001
≤ 1.5 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.1.1 ≤
Figure 112020059344292-pat00001
It is preferable to satisfy the relation ≤ 1.5.

Sn과 Ni 합(Sn+Ni)과 Al의 비율이 합금 내에서 1.5 ≤

Figure 112020059344292-pat00002
≤ 2.5 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.If the ratio of Sn and Ni sum (Sn+Ni) to Al is 1.5 ≤
Figure 112020059344292-pat00002
It is preferable to satisfy the relation ≤ 2.5.

상기 Al-P 개재물은 주사전현미경(SEM) 또는 전계 방출형 주사전자현미경(FE-SEM)으로 1,000배 이상의 배율에서 측정될 때, 상기 Al-P 개재물의 평균 입경은 15㎛이하이며,When the Al-P inclusions are measured at a magnification of 1,000 times or more with a scanning electron microscope (SEM) or a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), the average particle diameter of the Al-P inclusions is 15 μm or less,

상기 Al-P 개재물 개체수와 Bi 개체수가 0.8 ≤

Figure 112020059344292-pat00003
≤ 3.0 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.The number of Al-P inclusions and the number of Bi individuals are 0.8 ≤
Figure 112020059344292-pat00003
It is preferable to satisfy the relation ≤ 3.0.

본 발명에 따른 내식성이 향상된 주물용 황동 합금은 별도의 열처리 없이 Al-P 개재물을 형성 및 분포시켜 Al-P 개재물이 칩 브레이커 역할을 함으로써 절삭 가공시 칩이 모재에서 잘 분리되고 칩이 말리는 현상을 억제하여 우수한 절삭성을 가지며, Al-P 개재물이 α상 및 β상의 입내 및 입계에 위치하여 부식의 진행을 방해함으로써 내식성이 향상되는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 황동 합금은 Al-P 개재물이 Bi에 병합되어 Pb 대신 첨가된 Bi로 인하여 모재와 Bi 간 응력에 의해 발생하는 크랙의 발생을 억제하는 효과를 제공한다. 또한 비소(As), 안티몬(Sb)과 같이 인체에 해로운 원소를 첨가를 하지 않고도 내식성 향상의 효과를 제공하므로 친환경적인 장점이 있다.The brass alloy for casting with improved corrosion resistance according to the present invention forms and distributes Al-P inclusions without additional heat treatment, so that the Al-P inclusions act as a chip breaker. It has excellent machinability by suppressing it, and Al-P inclusions are located within the grains and at the grain boundaries of the α-phase and β-phase to prevent the progress of corrosion, thereby providing an effect of improving corrosion resistance. In addition, the brass alloy according to the present invention provides an effect of suppressing the occurrence of cracks caused by stress between the base material and Bi due to the Al-P inclusions being incorporated into Bi and adding Bi instead of Pb. In addition, since it provides the effect of improving corrosion resistance without adding elements harmful to the human body such as arsenic (As) and antimony (Sb), it has an environmental-friendly advantage.

도 1은 본 발명의 실시예1과 여러 비교예들의 조성과 내부식성,절삭성 시험결과를 정리한 표이다.
도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 주물 제품의 사진이다.
도 3은 실시예1 내지 비교예5의 절삭 칩 형상의 사진이다.
도 4는 실시예1과 비교예1의 시료의 100배 확대 사진이다.
도 5는 실시예1의 표면으로부터 내부까지 부식된 전체의 200배 확대 사진 및 부식 끝난 위치의 1,000배 확대 사진이다.
도 6은 실시예1과 비교예1의 주사전자현미경 1,000배 확대 사진이다.
도 7은 비교예2와 비교예3의 금속현미경 500배 확대 사진이다.
도 8은 비교예4와 비교예5의 금속현미경 사진이다.
도 9는 도 1에 기재된 비교예4, 실시예1, 비교예5를 P함량% 기준으로 정렬하여 표시한 것이다.
도 10은 실시예1을 주사전자현미경으로 1,000배 배율에서 촬영한 사진이다.
1 is a table summarizing the composition, corrosion resistance, and machinability test results of Example 1 and several comparative examples of the present invention.
2 is a photograph of a casting product according to Example 1 of the present invention.
3 is a photograph of the cutting chip shape of Examples 1 to 5;
4 is a 100-fold enlarged photograph of the samples of Example 1 and Comparative Example 1.
5 is a 200-fold magnified photograph of the whole corroded from the surface to the inside of Example 1, and a 1,000-fold magnified photograph of the corroded position.
6 is a 1,000-fold magnification of Example 1 and Comparative Example 1 under a scanning electron microscope.
7 is a 500-fold enlarged photograph of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 under a metallographic microscope.
8 is a metallographic microscope photograph of Comparative Example 4 and Comparative Example 5;
FIG. 9 is a graph showing Comparative Example 4, Example 1, and Comparative Example 5 described in FIG. 1 in order of P content %.
10 is a photograph taken at 1,000 times magnification with a scanning electron microscope of Example 1.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예1과 여러 비교예들의 조성과 내부식성,절삭성 시험결과를 정리한 표이다. 도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 주물 제품의 사진이다. 도 3은 실시예1 내지 비교예5의 절삭 칩 형상의 사진이다. 도 4는 실시예1과 비교예1의 시료의 100배 확대 사진이다. 도 5는 실시예1의 표면으로부터 내부까지 부식된 전체의 200배 확대 사진 및 부식 끝난 위치의 1,000배 확대 사진이다. 도 6은 실시예1과 비교예1의 주사전자현미경 1,000배 확대 사진이다. 도 7은 비교예2와 비교예3의 금속현미경 500배 확대 사진이다. 도 8은 비교예4와 비교예5의 금속현미경 사진이다. 도 9는 도 1에 기재된 비교예4, 실시예1, 비교예5를 P함량% 기준으로 정렬하여 표시한 것이다. 도 10은 실시예1을 주사전자현미경으로 1,000배 배율에서 촬영한 사진이다.1 is a table summarizing the composition, corrosion resistance, and machinability test results of Example 1 and several comparative examples of the present invention. 2 is a photograph of a casting product according to Example 1 of the present invention. 3 is a photograph of the cutting chip shape of Examples 1 to 5; 4 is a 100-fold enlarged photograph of the samples of Example 1 and Comparative Example 1. 5 is a 200-fold magnified photograph of the whole corroded from the surface to the inside of Example 1, and a 1,000-fold magnified photograph of the corroded position. 6 is a 1,000-fold magnification of Example 1 and Comparative Example 1 under a scanning electron microscope. 7 is a 500-fold magnification photograph of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 under a metallographic microscope. 8 is a metallographic microscope photograph of Comparative Example 4 and Comparative Example 5; FIG. 9 is a graph showing Comparative Example 4, Example 1, and Comparative Example 5 described in FIG. 1 in order of P content %. 10 is a photograph taken at 1,000 times the magnification of Example 1 with a scanning electron microscope.

본 발명에 따른 내식성이 향상된 주물용 황동 합금은, 대한민국 법규인 「환경기술 및 환경산업 지원법」에 무연황동합금으로 규정한 조건인 납(Pb) 성분이 포함되지 않거나 최대로 포함되어도 0.25중량%를 넘지 않는 조건을 만족하는 동합금에 관한 것이다. 납(Pb)은 선반으로 작업하는 가공성 개선을 위해 첨가하는 원소지만, 국제적으로 환경 규제 대상이 되는 물질이다. 캘리포니아 법안 AB 1953에서는 수전 금구 및 각종 밸브류에 납(Pb)의 함량을 0.25중량% 이하로 규제하고 있다. 본 발명에서는 이러한 국제적인 기준에 맞도록 납(Pb)의 성분이 전혀 포함되지 않거나 최대 0.25중량% 이하로 포함하도록 하였다.The brass alloy for casting with improved corrosion resistance according to the present invention does not contain lead (Pb), which is a condition stipulated as a lead-free brass alloy in the 「Environmental Technology and Environmental Industry Support Act」, a Korean law, or contains 0.25% by weight at the maximum. It relates to a copper alloy that satisfies the condition not to be exceeded. Lead (Pb) is an element added to improve the processability of lathe work, but is a material subject to international environmental regulations. California Bill AB 1953 regulates the content of lead (Pb) in faucet fittings and various valves to 0.25% by weight or less. In the present invention, the component of lead (Pb) is not included at all or is included in a maximum amount of 0.25% by weight or less to meet these international standards.

본 발명의 바람직한 실시 예에서 Al와 P의 함량을 특정 범위로에서 한정함으로써, Al-P 개재물(화합물)을 형성하여 절삭성과 내식성을 향상시키며 크랙의 생성을 억제하였다. 본 발명에 따른 내식성이 향상된 주물용 황동 합금을 구성하는 합금 조성의 역할은 다음과 같다.In a preferred embodiment of the present invention, by limiting the Al and P content to a specific range, Al-P inclusions (compounds) are formed to improve machinability and corrosion resistance and suppress the generation of cracks. The role of the alloy composition constituting the brass alloy for casting with improved corrosion resistance according to the present invention is as follows.

먼저, 구리(Cu)의 함량은 61.0~65.0중량%로 한정하였다. 구리(Cu)는 동합금의 주성분으로, 아연(Zn) 및 첨가원소의 함량에 따라 아연 및 첨가원소와 α상, β상 조직을 형성하여 절삭성과 가공성 및 내식성 향상시키는 역할을 한다. Cu의 함량이 61.0중량% 미만에서는 β상이 과하게 생성되어 내식성이 나빠지며, 가공성이 떨어지는 문제점이 있다. Cu의 함량이 65.0중량%를 초과할 경우 α상이 다량 생성되어 내식성은 향상되나 원재료 가격상승은 물론 주조성 떨어지며 절삭성을 충분히 확보하기 어려운 문제점이 있다. First, the content of copper (Cu) was limited to 61.0 to 65.0 wt%. Copper (Cu) is the main component of a copper alloy, and it forms α-phase and β-phase structures with zinc and additional elements depending on the content of zinc (Zn) and additional elements to improve machinability, workability, and corrosion resistance. If the content of Cu is less than 61.0 wt%, the β phase is excessively generated, and corrosion resistance deteriorates, and there is a problem in that workability is deteriorated. When the content of Cu exceeds 65.0 wt%, a large amount of α-phase is generated and corrosion resistance is improved, but there is a problem in that it is difficult to sufficiently secure machinability as well as an increase in raw material price as well as poor castability.

철(Fe)의 함량은 0.01~0.10중량%로 한정하였다. 본 발명에 따르는 동합금에서, Fe는 B와 반응하여 유동성 향상과 조직 미세화를 통해 강도향상에 기여 한다. Fe의 함량이 0.01중량% 미만인 경우 Fe가 B와 반응하지 않아 유동성 향상과 조직 미세화 효과가 얻어지지 않는 문제점이 있다. Fe의 함량이 0.10중량% 초과 시 주조된 제품에 경점(Hard spot)이라는 금속조직에 국부적으로 경화된 편석(segregation) 물질이 형성되어 취성(brittleness)이 증가함으로써 제품의 내구성(durability)을 떨어뜨리는 문제점이 있다.The content of iron (Fe) was limited to 0.01 to 0.10 wt%. In the copper alloy according to the present invention, Fe reacts with B and contributes to the improvement of strength through improved fluidity and microstructure. When the content of Fe is less than 0.01% by weight, Fe does not react with B, so there is a problem in that fluidity improvement and tissue refinement effect are not obtained. When the content of Fe exceeds 0.10% by weight, a locally hardened segregation material is formed in the metal structure called a hard spot in the cast product, which increases brittleness, thereby reducing the durability of the product. There is a problem.

주석(Sn)의 함량은 0.3~0.8중량%로 한정하였다. 본 발명에 따르는 동합금에서, Sn은 내탈아연부식성 등의 내식성을 향상시키는 역할을 한다. Sn의 함량이 0.3중량% 미만인 경우 내식성 향상에 크게 도움이 되지 않는다. Sn의 함량이 0.8중량% 초과 시 원재료 가격 상승 및 용탕 흐름성이 하락되는 문제점이 있다.The content of tin (Sn) was limited to 0.3 to 0.8% by weight. In the copper alloy according to the present invention, Sn serves to improve corrosion resistance such as dezincification corrosion resistance. When the content of Sn is less than 0.3% by weight, it does not greatly help to improve corrosion resistance. When the content of Sn exceeds 0.8% by weight, there is a problem in that the raw material price increases and the flowability of the molten metal decreases.

알루미늄(Al)의 함량은 0.3~0.7중량%로 한정하였다. 본 발명에 따르는 동합금에서에서, Al은 일반적으로 내식성 및 용탕 흐름성을 향상시키는 효과가 있다. Al의 함량이 0.3중량% 미만인 경우 용탕 흐름성 향상에 크게 효과가 없다. Al의 량이 0.7중량% 초과 시 용탕 흐름성은 대폭 향상되나 Al의 아연당량이 6이기 때문에 β상이 과하게 생성되어 내식성 하락을 초래하는 문제점이 있다.The content of aluminum (Al) was limited to 0.3 to 0.7 wt%. In the copper alloy according to the present invention, Al generally has an effect of improving corrosion resistance and molten metal flowability. When the content of Al is less than 0.3% by weight, there is no significant effect on improving the flowability of the molten metal. When the amount of Al exceeds 0.7 wt%, the flowability of the molten metal is greatly improved, but since the zinc equivalent of Al is 6, there is a problem in that the β phase is excessively generated, causing a decrease in corrosion resistance.

니켈(Ni)의 함량은 0.2~0.7중량%로 한정하였다. 본 발명에 따른 동합금에서에서, Ni은 내식성 향상을 보조하는 역할을 한다. Ni의 함량이 0.2중량% 미만 시 내식성에 영향을 크게 주지 않는다. Ni의 함량이 0.7중량% 초과 시 용탕 흐름성이 저하되고 주조된 제품에 경점(Hard spot)이 형성되어 제품의 내구성과 품질에 악영향을 준다.The content of nickel (Ni) was limited to 0.2 to 0.7% by weight. In the copper alloy according to the present invention, Ni serves to assist the improvement of corrosion resistance. When the content of Ni is less than 0.2% by weight, the corrosion resistance is not significantly affected. When the content of Ni exceeds 0.7% by weight, the flowability of the molten metal is lowered and a hard spot is formed on the cast product, which adversely affects the durability and quality of the product.

본 발명에 따른 동합금에서 Al과 Sn+Ni의 함량의 비율은 중요한 역할을 한다. Sn과 Ni은 협동하여 내부식성 향상에 기여한다. 1.5 ≤

Figure 112020059344292-pat00004
≤ 2.5 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
Figure 112020059344292-pat00005
가 1.5 미만일 경우 합금의 용탕 흐름성은 향상되나 내식성 향상에 효과가 없다.
Figure 112020059344292-pat00006
가 2.5초과될 경우, 내식성은 향상되나 용탕 흐름성 감소되고 절삭성이 하락하고, 제품에 경점(Hard spot)이 발생하여 내구성과 품질에 악영향을 준다.In the copper alloy according to the present invention, the ratio of the content of Al and Sn+Ni plays an important role. Sn and Ni work together to improve corrosion resistance. 1.5 ≤
Figure 112020059344292-pat00004
It is preferable to satisfy the range of ≤ 2.5.
Figure 112020059344292-pat00005
If is less than 1.5, the molten metal flowability of the alloy is improved, but there is no effect on improving the corrosion resistance.
Figure 112020059344292-pat00006
If is over 2.5, corrosion resistance is improved, but molten metal flow is reduced and machinability is reduced, and hard spots occur in the product, which adversely affects durability and quality.

본 발명에서 비스무트(Bi)의 함량은 0.1~0.5중량%로 한정하였다. Bi는 Pb를 대신하여 절삭성 향상에 효과가 있다. Bi는 황동합금에 고용되지 않고 독립적으로 존재한다. 일반적으로 Bi의 함량이 높으면 높을수록 가공성이 향상되나 크랙을 유발한다. Bi는 다른 금속과 달리 냉각 시 팽창하는 특징이 있어서 모재인 황동이 수축할 때 Bi는 팽창하여 모재 간 Bi간 응력이 발생하여 크랙이 발생될 가능성이 있다. 그러한 이유로 Bi를 다량으로 첨가하는 것은 바람직하지 않다. Bi의 함량이 0.1중량% 미만 시 절삭성에 큰 영향을 주지 않는다. Bi의 함량이 0.5중량% 초과 시 주물 제품 주조 후 냉각 시 크랙이 발생될 가능성이 높다.In the present invention, the content of bismuth (Bi) is limited to 0.1 to 0.5% by weight. Bi replaces Pb and is effective in improving machinability. Bi is not dissolved in the brass alloy and exists independently. In general, the higher the Bi content, the better the workability, but cracks are caused. Unlike other metals, Bi has a characteristic that expands upon cooling, so when brass, which is a base material, contracts, Bi expands, and inter-Bi stress between the base materials is generated, which may cause cracks. For that reason, it is not preferable to add Bi in a large amount. When the content of Bi is less than 0.1% by weight, machinability is not greatly affected. When the Bi content exceeds 0.5% by weight, cracks are highly likely to occur during cooling after casting the cast product.

본 발명에서 인(P)의 함량은 0.01~0.2중량%로 한정하였다. P는 일반적으로 주조 시 탈산제의 역할을 하여 용탕의 유동성을 향상시킨다. 반면에, 본 발명에서는 Bi의 입자를 고르게 분산시켜주는 분산제 역할로 사용한다. P의 함량이 0.01중량% 미만 시 Bi 입자 분산에 영향을 주지 않는다. P의 함량이 0.2중량% 초과 시 Bi 입자 분산에 효과가 있으나 첨가량 증가에 따른 추가적인 효과가 발생하지 않는다.In the present invention, the content of phosphorus (P) was limited to 0.01 to 0.2% by weight. P generally serves as a deoxidizer during casting to improve the fluidity of the molten metal. On the other hand, in the present invention, it is used as a dispersant for evenly dispersing the particles of Bi. When the content of P is less than 0.01% by weight, the dispersion of Bi particles is not affected. When the content of P exceeds 0.2% by weight, it is effective in dispersing Bi particles, but an additional effect does not occur due to an increase in the amount of P added.

일반적으로 Al과 P는 용탕의 유동성과 탈산제 역할을 한다. 반면 본 발명에서는 Al과 P는 Al-P 개재물을 형성하여 절삭성 향상, 크랙억제, 내부식성 향상의 역할을 한다. Al과 P는 1 : 1 몰 비율로 결합하여 Al-P 개재물(화합물)이 된다. 몰 비율을 중량 비로 환산하면 Al과 P는 1 : 1.15이다.In general, Al and P act as molten metal fluidity and deoxidizer. On the other hand, in the present invention, Al and P form Al-P inclusions to improve machinability, suppress cracks, and improve corrosion resistance. Al and P combine in a 1:1 molar ratio to form an Al-P inclusion (compound). When the molar ratio is converted into a weight ratio, Al and P are 1:1.15.

본 발명에서 Al와 P가 결합하여 화합물을 형성할 때, 1.1 ≤

Figure 112020059344292-pat00007
≤ 1.5 관계식을 만족하는 것이 바람직하다. 주사전현미경(SEM) 또는 전계 방출형 주사전자현미경(FE-SEM)으로 1,000배 이상 배율에서 Al-P 개재물의 평균 입경을 측정하는 것이 바람직하다. 상기 Al-P 개재물의 평균 입경은 15㎛ 이하인 것이 바람직하다. 만일 Al-P 개재물의 평균 입경이 15㎛ 초과할 경우 오히려 경점(Hard Spot)을 유발하여 제품 내구성 및 제품 품질에 악영향을 미친다. 상기 Al-P 개재물의 평균 입경의 하한은 물리적으로 0㎛ 보다 큰 것은 자명하며 별도의 한정을 할 필요는 없다.In the present invention, when Al and P combine to form a compound, 1.1 ≤
Figure 112020059344292-pat00007
It is preferable to satisfy the relation ≤ 1.5. It is preferable to measure the average particle diameter of Al-P inclusions at a magnification of 1,000 times or more with a scanning electron microscope (SEM) or a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). It is preferable that the average particle diameter of the Al-P inclusions is 15 μm or less. If the average particle diameter of the Al-P inclusions exceeds 15 μm, hard spots are caused to adversely affect product durability and product quality. It is obvious that the lower limit of the average particle diameter of the Al-P inclusions is physically larger than 0 μm, and there is no need to separately limit it.

Figure 112020059344292-pat00008
가 1.1 미만일 경우 주사전현미경(SEM) 또는 전계 방출형 주사전자현미경(FE-SEM)으로 1,000배 이상 배율에서 Al-P 개재물 개체수가 현격하게 적어 절삭성, 내식성, 크랙 억제 등의 특성이 발현되지 않을 수 있다.
Figure 112020059344292-pat00008
If is less than 1.1, the number of Al-P inclusions is remarkably small at a magnification of 1,000 times or more with a scanning electron microscope (SEM) or field emission scanning electron microscope (FE-SEM), so characteristics such as machinability, corrosion resistance, and crack suppression may not be expressed. can

Figure 112020059344292-pat00009
가 1.5 초과일 경우 주사전현미경(SEM) 또는 전계 방출형 주사전자현미경(FE-SEM)으로 1,000배 이상 배율에서 관찰 시, Al-P 개재물 개체수가 현격하게 증가하여, 기계적 강도 하락과 더불어 절삭성 하락을 초래할 수 있다.
Figure 112020059344292-pat00009
If is greater than 1.5, when observed at a magnification of 1,000 times or more with a scanning electron microscope (SEM) or a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), the number of Al-P inclusions increases significantly, resulting in a decrease in machinability as well as decrease in mechanical strength may cause

본 발명에서 붕소(B)의 함량은 0.001~0.005중량%로 한정하였다. B는 용탕 내 Fe과 반응하여 용탕 흐름성 및 조직 미세화에 효과가 있다. B의 함량이 0.001중량% 미만일 경우 용탕 흐름성 및 조직 미세화의 효과가 거의 없다. 한편, B의 함량이 0.005중량% 초과 시 추가적인 투입에 의한 효과가 없다. In the present invention, the content of boron (B) was limited to 0.001 to 0.005% by weight. B reacts with Fe in the molten metal, which is effective in molten metal flowability and tissue refinement. When the content of B is less than 0.001% by weight, there is little effect of molten metal flowability and tissue refinement. On the other hand, when the content of B exceeds 0.005% by weight, there is no effect due to additional input.

본 발명에 아연(Zn)은 Cu와 함께 Cu-Zn 합금을 형성한다. Zn의 첨가 함량에 따라 α상, β상 조직 생성에 기여하며, 내식성 및 주조성과 가공성 영향을 미치게 된다. 본 발명에서는 잔부로 첨가된다. 그 밖에 합금 제조 공정에서 불가피하게 첨가되는 원소는 Si, Cr, Co, Ti 등이 있으며 합계 함량이 0.5중량%로 제어될 경우 본 발명에 따른 동합금의 물리적 및 화학적 특성에 영향을 미치지 않는다. In the present invention, zinc (Zn) forms a Cu—Zn alloy together with Cu. Depending on the content of Zn added, it contributes to the formation of α-phase and β-phase structures, and affects corrosion resistance, castability, and workability. In the present invention, the balance is added. Other elements that are unavoidably added in the alloy manufacturing process include Si, Cr, Co, Ti, and the like, and when the total content is controlled to 0.5% by weight, the physical and chemical properties of the copper alloy according to the present invention are not affected.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예와 비교예를 예로 들어 본 발명에 따른 동합금의 특성을 평가하였다.Hereinafter, the properties of the copper alloy according to the present invention were evaluated using preferred examples and comparative examples of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예1과 여러 비교예들의 조성과 내부식성,절삭성 시험결과를 정리한 표이다. 본 발명에서는 도 1에 기재된 조성에 따라, 실시예1과 비교예들의 동합금 주물 시편 을 제조하였다. 제조된 동합금 시편의 특성을 후술하는 시험 방법에 따라 평가하였다.1 is a table summarizing the composition, corrosion resistance, and machinability test results of Example 1 and several comparative examples of the present invention. In the present invention, according to the composition described in FIG. 1, copper alloy casting specimens of Example 1 and Comparative Examples were prepared. The properties of the prepared copper alloy specimen were evaluated according to the test method to be described later.

<탈아연 부식 실험 방법><Dezincification corrosion test method>

본 발명에서 동합금 시편의 내부식성은 KS D ISO 6509(금속 및 합금의 부식 - 황동의 탈아연부식 시험) 방법에 의하여 평균 탈아연 부식 깊이를 측정하였다. 탈아연 부식은 황동합금으로부터 탈합금 또는 선택 침출 부식에 의해 아연이 선택적으로 제거되는 현상이다. 국내 수도배관자재용 무연 내식 황동의 탈아연 부식시험에 대한 합격 기준은 환경부 고시 환경표지 인증기준 주물용 동합금(EL742)인 잉곳 기준 평균 300㎛ 이하, 동합금 주물 제품 기준 평균 100㎛ 이하이다. 본 발명에서는 주물 제품이며, EL742 기준으로 100㎛이하일 때, 내식성이 우수하다고 평가한다. 100㎛초과할 경우 나쁨으로 평가한다. 도 2는 본 발명의 실시예1에 따른 주물 제품의 사진이다.In the present invention, the corrosion resistance of the copper alloy specimen was measured by measuring the average depth of dezincification corrosion according to KS D ISO 6509 (Corrosion of metals and alloys - Dezincification corrosion test of brass). Dezincification corrosion is a phenomenon in which zinc is selectively removed from a brass alloy by dealloying or selective leaching corrosion. The passing standards for the dezincification corrosion test of lead-free corrosion-resistant brass for domestic water pipe materials are 300㎛ or less on average based on ingots, which are copper alloys for casting (EL742), and 100㎛ or less on average based on copper alloy casting products. In the present invention, it is a casting product, and when it is 100 μm or less based on EL742, it is evaluated as excellent in corrosion resistance. If it exceeds 100㎛, it is evaluated as bad. 2 is a photograph of a casting product according to Example 1 of the present invention.

실시예1 및 비교예들에 따른 시편에 대해 KS D ISO 6509에 따라 탈아연 부식 깊이를 측정하기 위해, 각 시편 표면을 가로, 세로 10mm X 10mm로 자른 후 연마지로 2000번까지 연마한 후, 시편은 증류수 1000ml당 CuCl2 12.7g 첨가된 용액을 250ml로 나누어 담아 각각 시편을 침지하고 75℃ ± 5℃ 온도로 가열하여 24시간 유지한 후 평균 탈아연 부식 깊이를 측정하였다.In order to measure the depth of dezincification corrosion according to KS D ISO 6509 for the specimens according to Example 1 and Comparative Examples, the surface of each specimen was cut to 10 mm X 10 mm in width and length, and then polished up to 2000 times with abrasive paper, and then the specimen A solution containing 12.7 g of CuCl 2 per 1000 ml of silver distilled water was divided into 250 ml, each specimen was immersed, heated to 75 ° C. ± 5 ° C. and maintained for 24 hours, and then the average depth of dezincification was measured.

<절삭성 실험 방법><Method of machinability test>

본 발명에서 동합금의 절삭성은 절삭저항 토크로 평가하였다. 절삭성 시험기를 사용하여 가공 시 절삭 공구에 전달되는 저항 토크(torque)를 측정하여 평가하였다. 절삭 시, 회전속도 580rpm, 절삭두께 0.5mm, 절삭속도 0.42mm/s, 이동방향은 오른쪽에서 왼쪽으로인 수평 방향이였다. 절삭저항 토크가 크다면 절삭 가공성이 낮은 것을 뜻하며, 절삭저항 토크가 작으면 동일한 깊이를 가공하더라도 적은 힘이 소요되는 것이므로 절삭 가공성이 높은 것이다. 비교예1(ASTM B30 C89580)는 대표적으로 사용되고 있는 Bi계 무연황동이다.In the present invention, the machinability of the copper alloy was evaluated by the cutting resistance torque. The resistance torque transmitted to the cutting tool during machining was measured using a machinability tester and evaluated. During cutting, the rotational speed was 580rpm, the cutting thickness was 0.5mm, the cutting speed was 0.42mm/s, and the moving direction was horizontal from right to left. If the cutting resistance torque is large, it means that the machinability is low. If the cutting resistance torque is small, the cutting force is high even if the same depth is machined, so the cutting machinability is high. Comparative Example 1 (ASTM B30 C89580) is a Bi-based lead-free brass that is typically used.

실시예1 및 비교예(1,2,3,4,5)들의 가공 절삭성은 비교예1(ASTM B30 C89580)의 절삭저항토크에 1.67kgf의 환산비율 90% 이상일 때 우수하다 평가하였다. 환산비율이 90%를 초과할 경우 나쁨이라 평가한다. 비교예1은 절삭성 시험기의 절삭 팁의 상태와 비교예1의 미세한 성분차이 등으로 절삭저항토크의 변동 있기에 1.67kgf으로 국한되지 않는다. 상황에 따라 평가된 비교예1의 절삭저항토크를 환산비율 100%으로 두고 환산비율이 90% 이상일 경우 우수, 환산비율이 90% 미만일 경우 나쁨이라고 정의한다.The machining machinability of Example 1 and Comparative Examples (1,2,3,4,5) was evaluated to be excellent when the conversion ratio of 1.67kgf to the cutting resistance torque of Comparative Example 1 (ASTM B30 C89580) was 90% or more. If the conversion ratio exceeds 90%, it is evaluated as bad. Comparative Example 1 is not limited to 1.67kgf because there is a change in the cutting resistance torque due to the state of the cutting tip of the machinability tester and the minute component difference of Comparative Example 1. The cutting resistance torque of Comparative Example 1 evaluated according to the situation is set as a conversion ratio of 100%, and when the conversion ratio is more than 90%, it is defined as good, and when the conversion ratio is less than 90%, it is defined as bad.

환산비율은

Figure 112020059344292-pat00010
으로 산정한다.the conversion ratio
Figure 112020059344292-pat00010
to be calculated as

<판정의 기준><Criteria for Judgment>

본 발명에서 내식성 평가는 실시예1 내지 비교예들의 주물 제품 기준 평균 부식깊이 100㎛이하일 때 내식성이 우수하다 평가한다. 평균 부식깊이 100㎛초과할 경우 나쁨으로 평가한다.In the present invention, corrosion resistance evaluation is evaluated as excellent in corrosion resistance when the average corrosion depth is 100 μm or less based on the casting products of Examples 1 to Comparative Examples. If the average corrosion depth exceeds 100㎛, it is evaluated as bad.

본 발명에서 절삭성 평가는 실시예1 내지 비교예들의 샘플 기준, 비교예1(ASTM B30 C89580)의 절삭저항토크인 1.67kgf의 환산비율 90% 이상일 때 우수하다 평가하였다. 환산비율이 90% 미만일 경우 나쁨이라 평가한다.In the present invention, the machinability evaluation was excellent when the conversion ratio of 1.67kgf, which is the cutting resistance torque of Comparative Example 1 (ASTM B30 C89580), was greater than 90% based on the samples of Examples 1 to Comparative Examples. If the conversion ratio is less than 90%, it is evaluated as bad.

본 발명에서 종합은 내식성과 절삭성이 둘 다 우수일 때 ○라 평가한다. 내식성과 절삭성 둘 중 하나라도 나쁨일 경우 ⅹ라 평가한다. In the present invention, the overall evaluation is evaluated as ○ when both corrosion resistance and machinability are excellent. If either one of corrosion resistance and machinability is bad, it is evaluated as ⅹ.

이와 같은 시험 결과는 도 1에 잘 정리되어 있다.Such test results are well summarized in FIG. 1 .

<미세조직 분석 방법><Microstructure analysis method>

실시예1과 비교예들에 대해 금속현미경(제조사 OLYMPUS, 모델명 BX31)과 주사전자현미경(제조사 JEOL, 모델명 JSM-7100F)으로 미세조직을 분석하였다. For Example 1 and Comparative Examples, the microstructure was analyzed with a metallurgical microscope (manufacturer OLYMPUS, model name BX31) and a scanning electron microscope (manufacturer JEOL, model name JSM-7100F).

<평균입경 및 개체수 측정 방법><Measurement method for average particle size and number of individuals>

Al-P 개재물 평균입경 및 Al-P 개재물 개체수, Bi 개체수를 측정하기 위해서 주사전자현미경(제조사 JEOL, 모델명 JSM-7100F)을 이용하여 1,000배 이상 배율에서 주사전자현미경 관찰 모드 중 후방산란전자모드(Backscattered Electron Mode, BSE 모드)를 사용하였다. 후방산란전자모드로 관찰 시 해당 원소의 원자번호에 비례하여 명암이 달라져 크기와 개체수를 더 명확하게 측정할 수 있다.In order to measure the average particle diameter of Al-P inclusions, the number of Al-P inclusions, and the number of Bi individuals, using a scanning electron microscope (manufacturer JEOL, model name: JSM-7100F), the backscattered electron mode ( Backscattered Electron Mode, BSE mode) was used. When observed in the backscattered electron mode, the contrast changes in proportion to the atomic number of the element, making it possible to measure the size and number of individuals more clearly.

이와 같은 미세조직 분석 결과 Al-P 개재물의 영향에 대해 살펴 본다. 도 3은 실시예1 내지 비교예5의 절삭 칩 형상의 사진이다. 도 3을 참조하면, 실시예1과 비교예1은 절삭 칩 형상이 거의 유사하고, 절삭저항지수는 실시예1이 비교예1의 환산비율 94.8%로 우수하다. 비교예1이 Bi가 0.652중량%이고 실시예1은 0.296중량%로 2배 이상 낮아졌음에도 절삭성이 유사한 이유는 Al-P 개재물이 절삭성에 기여하기 때문이다. 황동 합금 내에 Al-P 개재물 개체수가 적절할 경우 절삭성이 우수하다.The effect of Al-P inclusions as a result of such microstructure analysis will be examined. 3 is a photograph of the cutting chip shape of Examples 1 to 5; Referring to FIG. 3 , the cutting chip shape of Example 1 and Comparative Example 1 is almost similar, and the cutting resistance index of Example 1 is excellent at a conversion ratio of 94.8% of Comparative Example 1. The reason why the machinability is similar in Comparative Example 1 is that Bi is 0.652 wt% and Example 1 is 0.296 wt%, which is more than twice lowered, because Al-P inclusions contribute to the machinability. When the number of Al-P inclusions in the brass alloy is appropriate, the machinability is excellent.

도 4는 실시예1과 비교예1의 시료의 100배 확대 사진이다. 평균 부식깊이는 실시예1 및 비교예1 각각 72㎛와 201㎛이다. 실시예1은 β상 부식이고 비교예1은 전면부식이다. 비교예1의 전면부식은 표면으로부터 일정한 두께로 어느 위치에서도 유사한 속도로 부식되는 현상을 말한다. 비교예1의 부식된 계면과 달리 실시예1의 부식된 계면이 요철(凹凸)이 있으며, 전면부식이 아닌 β상 부식으로 전환된 것이다.4 is a 100-fold enlarged photograph of the samples of Example 1 and Comparative Example 1. The average corrosion depth was 72 μm and 201 μm in Example 1 and Comparative Example 1, respectively. Example 1 is β-phase corrosion and Comparative Example 1 is front corrosion. Front corrosion of Comparative Example 1 refers to a phenomenon of corrosion at a similar rate at any location with a constant thickness from the surface. Unlike the corroded interface of Comparative Example 1, the corroded interface of Example 1 has irregularities and is converted to β-phase corrosion rather than front corrosion.

도 5는 실시예1의 표면으로부터 내부까지 부식된 전체의 200배 확대 사진 및 부식 끝난 위치의 1,000배 확대 사진이다. β상에 부식된 끝부분을 관찰해 보면 Al-P 개재물이 존재한다. 표면으로부터 시작된 부식을 Al-P 개재물이 진행을 막음으로써 전면부식으로의 진행을 억제하고 β상 부식으로만 그치게 하여 내식성을 향상 시킨다.5 is a 200-fold magnified photograph of the whole corroded from the surface to the inside of Example 1, and a 1,000-fold magnified photograph of the corroded position. Observing the corroded end of the β phase, Al-P inclusions are present. By blocking the progress of corrosion initiated from the surface by Al-P inclusions, it suppresses the progress to the front corrosion and stops only the β-phase corrosion to improve the corrosion resistance.

도 6은 실시예1과 비교예1의 주사전자현미경 1,000배 확대 사진이다. 모재인 황동은 회색이고 흰색은 Bi, 검은색은 Al-P 개재물이다. 비교예1은 Bi만 존재하고 있는 반면, 실시예1은 일부의 Al-P 개재물이 Bi와 병합되어 있다. 냉각 시 팽창하는 Bi를 Al-P 개재물이 억제해줌으로써 크랙을 억제한다.6 is a 1,000-fold magnification of Example 1 and Comparative Example 1 under a scanning electron microscope. Brass, the base material, is gray, white is Bi, and black is Al-P inclusions. In Comparative Example 1, only Bi was present, whereas in Example 1, some Al-P inclusions were incorporated with Bi. Cracks are suppressed by Al-P inclusions suppressing Bi, which expands during cooling.

이제 Al과 Sn 및 Ni의 관계를 살펴 보기로 한다. 도 1에서 비교예2와 비교예3을 비교하면, 비교예2는 Sn중량%와 Ni중량%의 합이 0.003이고, 비교예3는 Sn중량%와 Ni중량%의 합 1.667이다. 비교예2는 내식성은 나쁘나 절삭성은 우수하며, 비교예3은 내식성은 우수하나 절삭성이 나쁘다. 도 7은 비교예2와 비교예3의 금속현미경 500배 확대 사진이다. 비교예 2에 Al-P 개재물은 어느 한곳에 쏠리지 않고 고르게 분포되어 있다. 비교예3은 α상과 β상 경계에 Al-P 개재물이 편석되어 형성되어 있다. Sn중량%와 Ni중량%의 합이 너무 낮을 경우 충분한 내식성을 확보할 수 없고, Sn중량%와 Ni중량%의 합이 너무 많을 경우 내식성은 확보되나 도리어 절삭성을 해친다는 것을 알 수 있다. 이와 같은 특성에 따라 절삭성, 내식성의 바람직한 성질은 1.5 ≤

Figure 112020059344292-pat00011
≤ 2.5 관계식을 만족할 때 내식성과 절삭성이 편중되지 않고 균형을 이루면서 양호한 특성이 발휘한다는 것을 연구결과 도출하였다.Now let's look at the relationship between Al and Sn and Ni. Comparing Comparative Example 2 and Comparative Example 3 in FIG. 1 , in Comparative Example 2, the sum of Sn wt% and Ni wt% is 0.003, and in Comparative Example 3, the sum of Sn wt% and Ni wt% is 1.667. Comparative Example 2 has poor corrosion resistance but excellent machinability, and Comparative Example 3 has excellent corrosion resistance but poor machinability. 7 is a 500-fold magnification photograph of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 under a metallographic microscope. In Comparative Example 2, Al-P inclusions are evenly distributed without being concentrated in any one place. Comparative Example 3 is formed by segregation of Al-P inclusions at the boundary between the α phase and the β phase. It can be seen that, if the sum of Sn wt% and Ni wt% is too low, sufficient corrosion resistance cannot be secured, and if the sum of Sn wt% and Ni wt% is too large, corrosion resistance is secured, but machinability is adversely affected. According to these characteristics, the desirable properties of machinability and corrosion resistance are 1.5 ≤
Figure 112020059344292-pat00011
When the ≤ 2.5 relational expression is satisfied, the results of the study showed that corrosion resistance and machinability are not unbalanced and good characteristics are achieved while balancing.

한편, 비교예4와 비교예5를 통해 Al과 P의 관계를 도출해 낼 수 있다. Al-P 개재물은 Bi의 역할인 절삭성 향상에 영향을 주며 동시에 내식성 향상에 효과가 있다. 비교예의 P중량%은 0.009로 극단적으로 낮고, 비교예5의 P중량%은 0.488로 극단적으로 높다. 도 8은 비교예4와 비교예5의 금속현미경 사진으로 P중량%이 너무 낮으면 Al-P 개재물 개체수가 너무 적어 절삭성과 내식성 향상에 효과가 없다. P중량%가 너무 높으면 Al-P 개재물 개체수가 증가해 내식성의 향상은 있으나 절삭성은 도리어 해친다. Al중량%와 P중량%가 1.1 ≤

Figure 112020059344292-pat00012
≤ 1.5 관계식을 만족할 때 절삭성과 내식성이 편중되지 않고 균형을 이루면서 발휘하는 것으로 연구결과 밝혀졌다.On the other hand, the relationship between Al and P can be derived through Comparative Examples 4 and 5. Al-P inclusions affect the machinability improvement, which is the role of Bi, and at the same time have an effect on corrosion resistance improvement. P weight % of Comparative Example is extremely low as 0.009, and P weight % of Comparative Example 5 is extremely high as 0.488. 8 is a metal micrograph of Comparative Example 4 and Comparative Example 5. When P weight % is too low, the number of Al-P inclusions is too small, and thus there is no effect in improving machinability and corrosion resistance. If P weight % is too high, the number of Al-P inclusions increases, improving corrosion resistance, but machinability is adversely affected. Al weight % and P weight % 1.1 ≤
Figure 112020059344292-pat00012
When the ≤ 1.5 relational expression is satisfied, the results of the study revealed that machinability and corrosion resistance are exhibited in a balanced manner without being biased.

도 9는 도 1에 기재된 비교예4, 실시예1, 비교예5를 P함량% 기준으로 정렬하여 표시한 것이다. 주사전현미경(SEM) 또는 전계 방출형 주사전자현미경(FE-SEM)으로 1,000배 이상 배율에서 측정 Al-P 개재물 개체수 및 Bi 개체수 측정하였다. 도 10은 실시예1을 주사전자현미경으로 1,000배 배율에서 촬영한 사진이며, 검은색 숫자 표기는 Al-P 개재물이고, 흰색 숫자 표기는 Bi이다. Al-P 개재물은 Bi와 마찬가지로 절삭성 향상에 역할을 하나, Al-P 개재물의 개체수가 Bi 개체수 보다 너무 작으면 절삭성 향상 효과가 없으며, Al-P 개재물의 개체수가 Bi 개체수 대비 일정 비율 보다 높을 경우 기계적 강도 하락과 절삭성 하락을 동반한다.FIG. 9 is a graph showing Comparative Example 4, Example 1, and Comparative Example 5 described in FIG. 1 in order of P content %. The number of Al-P inclusions and the number of Bi individuals were measured at a magnification of 1,000 times or more with a scanning electron microscope (SEM) or a field emission scanning electron microscope (FE-SEM). 10 is a photograph taken with a scanning electron microscope at 1,000 times magnification of Example 1, black numbers indicate Al-P inclusions, and white numbers indicate Bi. Al-P inclusions play a role in improving machinability like Bi, but if the number of Al-P inclusions is too small than the number of Bi, there is no machinability improvement effect. It is accompanied by a decrease in strength and a decrease in machinability.

Al-P 개재물 개체수 및 Bi 개체수의 관계가 0.8 ≤

Figure 112020059344292-pat00013
≤ 3.0일 때 절삭성과 내식성이 편중되지 않고 균형을 이루면서 양호한 특성을 발휘하는 것으로 연구결과 도출되었다. 만약
Figure 112020059344292-pat00014
값이 0.8 미만일 경우, Al-P 개재물 개체수가 현격히 감소하여 절삭성 및 내식성이 하락할 수 있는 문제점이 있다. 한편,
Figure 112020059344292-pat00015
값이 3.0을 초과할 경우, Al-P 개재물 개체수가 크게 증가하여 기계적 강도 감소와 더불어 절삭성 하락을 초래하는 문제점이 있다.The relationship between the number of Al-P inclusions and the number of Bi individuals is 0.8 ≤
Figure 112020059344292-pat00013
When ≤ 3.0, machinability and corrosion resistance were found to be balanced and exhibit good characteristics. if
Figure 112020059344292-pat00014
If the value is less than 0.8, there is a problem in that the number of Al-P inclusions is significantly reduced, so that machinability and corrosion resistance may decrease. Meanwhile,
Figure 112020059344292-pat00015
When the value exceeds 3.0, there is a problem that the number of Al-P inclusions increases significantly, resulting in a decrease in machinability as well as a decrease in mechanical strength.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 내식성이 향상된 주물용 황동 합금은 별도의 열처리 없이 Al-P 개재물을 형성 및 분포시켜 Al-P 개재물이 칩 브레이커 역할을 함으로써 절삭 가공시 칩이 모재에서 잘 분리되고 칩이 말리는 현상을 억제하여 우수한 절삭성을 가지며, Al-P 개재물이 α상 및 β상의 입내 및 입계에 위치하여 부식의 진행을 방해함으로써 내식성이 향상되는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 황동 합금은 Al-P 개재물이 Bi에 병합되어 Pb 대신 첨가된 Bi로 인하여 모재와 Bi 간 응력에 의해 발생하는 크랙의 발생을 억제하는 효과를 제공한다. 또한 비소(As), 안티몬(Sb)과 같이 인체에 해로운 원소를 첨가를 하지 않고도 내식성 향상의 효과를 제공하므로 친환경적인 장점이 있다.As described above, the brass alloy for casting with improved corrosion resistance according to the present invention forms and distributes Al-P inclusions without additional heat treatment, so that the Al-P inclusions act as a chip breaker. It has excellent machinability by suppressing this curling phenomenon, and provides an effect of improving corrosion resistance by interfering with the progress of corrosion by the presence of Al-P inclusions in the grains and at the grain boundaries of the α-phase and β-phase. In addition, the brass alloy according to the present invention provides an effect of suppressing the occurrence of cracks caused by stress between the base material and Bi due to the Al-P inclusions being incorporated into Bi and adding Bi instead of Pb. In addition, since it provides the effect of improving corrosion resistance without adding elements harmful to the human body such as arsenic (As) and antimony (Sb), it has an environmental-friendly advantage.

이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.Above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited by such examples, and various types of embodiments may be embodied within the scope without departing from the technical spirit of the present invention.

Claims (4)

구리(Cu) 61.0~65.0중량%, 납(Pb) 0.10중량% 이하, 철(Fe) 0.01~0.10중량%, 주석(Sn) 0.3~0.8중량%, 알루미늄(Al) 0.3~0.7중량%, 니켈(Ni) 0.2~0.7중량%, 비스무트(Bi) 0.1~0.5중량%, 인(P) 0.01~0.2중량%, 붕소(B) 0.001~0.005중량% 및 나머지 합금 성분이 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지며,
Al과 P가 합금 내에서 서로 반응하여 Al-P 개재물을 형성함으로써,
1.1 ≤
Figure 112021117327592-pat00029
≤ 1.5 관계식을 만족하고,
Sn과 Ni 합(Sn+Ni)과 Al의 비율이 합금 내에서 1.5 ≤
Figure 112021117327592-pat00030
≤ 2.5 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 주물용 황동 합금.
Copper (Cu) 61.0 to 65.0 wt%, lead (Pb) 0.10 wt% or less, iron (Fe) 0.01 to 0.10 wt%, tin (Sn) 0.3 to 0.8 wt%, aluminum (Al) 0.3 to 0.7 wt%, nickel (Ni) 0.2 to 0.7% by weight, bismuth (Bi) 0.1 to 0.5% by weight, phosphorus (P) 0.01 to 0.2% by weight, boron (B) 0.001 to 0.005% by weight, and the remaining alloy components are Zn and unavoidable impurities. ,
Al and P react with each other in the alloy to form Al-P inclusions,
1.1 ≤
Figure 112021117327592-pat00029
≤ 1.5 the relation is satisfied,
If the ratio of Sn and Ni sum (Sn+Ni) to Al is 1.5 ≤
Figure 112021117327592-pat00030
A brass alloy for casting with improved corrosion resistance, characterized in that it satisfies the ≤ 2.5 relation.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 Al-P 개재물은 주사전현미경(SEM) 또는 전계 방출형 주사전자현미경(FE-SEM)으로 1,000배 이상의 배율에서 측정될 때, 상기 Al-P 개재물의 평균 입경은 15㎛이하이며,
상기 Al-P 개재물 개체수와 Bi 개체수가 0.8 ≤
Figure 112021117327592-pat00018
≤ 3.0 관계식을 만족하는 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 주물용 황동 합금.

The method of claim 1,
When the Al-P inclusions are measured at a magnification of 1,000 times or more with a scanning electron microscope (SEM) or a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), the average particle diameter of the Al-P inclusions is 15 μm or less,
The number of Al-P inclusions and the number of Bi individuals are 0.8 ≤
Figure 112021117327592-pat00018
Brass alloy for casting with improved corrosion resistance, characterized in that it satisfies the ≤ 3.0 relation.

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