KR20080042989A

KR20080042989A - 회주철계 ｃｇｉ 주철의 제조 방법

Info

Publication number: KR20080042989A
Application number: KR1020060111418A
Authority: KR
Inventors: 홍명구; 이재기
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2008-05-16
Also published as: KR100836399B1

Abstract

본 발명은 회주철계 CGI 주철 조성 및 이의 제조공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소(C), 실리콘(Si), 기타 미량원소 및 잔류 마그네슘(Mg)량을 조절하여 기존의 회주철 제조 라인(LINE)에서 설비 및 자재 변경없이 주조성(수축, 유동성)및 기계적 물성이 우수한 대형 엔진용 실린더 블럭 등 소재를 제조할 수 있도록 한 회주철계 CGI 주철 조성 및 이의 제조공법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 철(Fe)를 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.45~3.55wt%, 실리콘(Si) 2.3~2.4 wt%, 마그네슘(Mg) 0.003~0.005wt%, 구리(Cu) 0.5~0.7wt%, 크롬(Cr) 0.04~0.06wt%, 주석(Sn) 0.06~0.08wt%, 망간(Mn) 0.3~0.35wt%, 인(P) 0.1 wt% 이하, 황(S) 0.1 wt% 이하가 함유되며, 탄소당량(CE)은 4.3±0.04wt% 인 것을 특징으로 하는 회주철계 CGI 주철 조성 및 이의 제조 방법을 제공한다.

회주철계, CGI, 조성, 탄소, 실리콘, 탄소당량, 실린더 블럭

Description

회주철계 ＣＧＩ 주철 조성 및 이의 제조 방법{CGI Cast Iron and method for manufacturing the same}

도 1은 본 발명에 따른 회주철계 CGI 주철 제품의 제조방법을 종래의 방법와 비교 설명하는 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 CGI 주철 제품 및 기존의 제품을 제조하는 과정에서 용탕의 응고과정을 측정한 결과를 나타내는 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 CGI 주철 제품 조직 및 기존의 제품 조직을 비교한 전자 현미경 사진,

도 4는 본 발명에 따른 CGI 주철 제품 및 기존의 제품에 대한 표면을 관찰한 사진.

본 발명은 회주철계 CGI 주철 조성 및 이의 제조공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소(C), 실리콘(Si), 기타 미량원소 및 잔류 마그네슘(Mg)량을 조절하 여 기존의 회주철 제조 라인(LINE)에서 설비 및 자재 변경없이 주조성(수축, 유동성)및 기계적 물성이 우수한 대형 엔진용 실린더 블럭 등 소재를 제조할 수 있도록 한 회주철계 CGI 주철 조성 및 이의 제조공법에 관한 것이다.

종래에는, 기계적물성(인장강도)를 용이하계 확보하기 위해 구상흑연 주철 베이스(BASE)에서 마그네슘 접종을 정밀하게 제어하여 CGI주철을 제조하는데 이를 위해 정밀한 제어 장치, 인과 황의 함량이 낮은 고급자재를 사용하고도, 조건변화에 민감하여 재질 불량 및 주조불량 가능성이 높은 문제점이 있었다.

종래의 CGI 주철은 하기의 표 1에 기재된 바와 같이, 탄소(C) 3.6~3.8wt%, 실리콘(Si) 1.9~2.1 wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.015wt%, 구리(Cu) 0.05wt% 이하, 크롬(Cr) 0.05wt% 이하, 망간(Mn) 0.25~0.4wt%, 인(P) 0.05 wt% 이하, 황(S) 0.05 wt% 이하로 조성되며, 탄소당량은 4.45±0.05로 관리되고 있다.

이러한 종래의 조성을 기반으로 CGI 주철 제품을 제조하는 방법은 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 위의 조성을 용해시킨 다음, 세륨첨가제, 커버재, 마그네슘 구화재를 투입하고, 이후 열분석 및 필요에 따라 추가적인 접종을 실시한 후, 온도 측정 및 금형내 주입공정을 포함하여 진행되고 있다.

그러나, 기존 종래의 CGI주철을 이용한 제품 성형시, 첨부한 도 4에 화살표로 지시된 바와 같이 실린더블럭에 수축불량이 다량 발생하고, 소재치수가 불균일한 현상이 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 회주철계 조성에서 접종재량을 일정하게 투입하고 실리콘량으로 조직을 제어하여 안정적인 재질을 확보하고, 용탕에 미량 금속원소를 첨가하여 기지조직을 강화하여 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있으며, 조업시 인 및 황의 함량이 높은 자재를 사용해도 품질 안정성이 매우 우수하고, 기계적 물성이 기존의 구상 주철계 CGI보다 우수한 회주철계 CGI 주철 조성 및 이의 제조공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 철(Fe)를 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.45~3.55wt%, 실리콘(Si) 2.3~2.4 wt%, 마그네슘(Mg) 0.003~0.005wt%, 구리(Cu) 0.5~0.7wt%, 크롬(Cr) 0.04~0.06wt%, 주석(Sn) 0.06~0.08wt%, 망간(Mn) 0.3~0.35wt%, 인(P) 0.1 wt% 이하, 황(S) 0.1 wt% 이하가 함유되며, 탄소당량(CE)은 4.3±0.04wt% 인 것을 특징으로 하는 회주철계 CGI 주철 조성을 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 철(Fe)를 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.45~3.55wt%, 실리콘(Si) 2.3~2.4 wt%, 마그네슘(Mg) 0.003~0.005wt%, 구리(Cu) 0.5~0.7wt%, 크롬(Cr) 0.04~0.06wt%, 주석(Sn) 0.06~0.08wt%, 망간(Mn) 0.3~0.35wt%, 인(P) 0.1 wt% 이하, 황(S) 0.1 wt% 이하가 함유되며, 탄소당량(CE)은 4.3±0.04wt% 인 회주철계 CGI 주철 조성을 용해시킨 다음, Mg 함량 2.0%의 구화재를 용탕량 500kg대비 3.0kg투입하여 제품부 잔류 Mg량을 0.004~0.001로 유지시킴으로써, 이 용탕을 온도 측정하여바로 금형에 주입할 수 있도록 한 것을 특징으 로 하는 회주철계 CGI 주철의 제조공법을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 회주철계 CGI 주철 조성은 하기의 표 1에 기존 조성과 비교하여 기재한 바와 같이, 탄소(C), 실리콘(Si), 기타 미량원소 및 잔류 마그네슘(Mg)량을 조절하여 기존의 회주철 제조 라인(LINE)에서 설비 및 자재 변경없이 주조성(수축, 유동성)및 기계적 물성이 우수한 대형 엔진용 실린더 블럭 등 소재를 제조할 수 있도록 철(Fe)를 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.45~3.55wt%, 실리콘(Si) 2.3~2.4 wt%, 마그네슘(Mg) 0.003~0.005wt%, 구리(Cu) 0.5~0.7wt%, 크롬(Cr) 0.04~0.06wt%, 주석(Sn) 0.06~0.08wt%, 망간(Mn) 0.3~0.35wt%, 인(P) 0.1 wt% 이하, 황(S) 0.1 wt% 이하가 함유된 것으로 조성된다.

여기서, 본 발명의 주철재에 함유된 각 성분의 첨가 이유 및 함량 범위 한정 이유를 설명하면 다음과 같다.

1) 탄소(C) 3.45~3.55wt%

탄소는 공정흑연량 정출 비율을 극대화시키기 위하여 첨가되며, 3.45wt% 이하이면 흑연편상화가 발생되고, 3.55wt% 이상이면 흑연구상화 수축불량이 발생하므로, 3.45~3.55wt%로 한정하는 것이 바람직하다.

2) 실리콘(Si) 2.3~2.4 wt%

실리콘는 제품에 페라이트 5~10% 물성 확보를 위하여 첨가되며, 2.3wt% 이하이면 흑연편상화가 발생되고, 2.4 wt% 이상이면 조대흑연 및 페라이트 과다 확보되므로, 2.3~2.4 wt%로 한정하는 것이 좋다.

3) 마그네슘(Mg) 0.003~0.005wt%

마그네슘은 CGI 흑연 핵생성 및 성장 촉진을 위하여 첨가되며, 0.003wt% 이하이면 흑연편상화가 발생되고, 0.005wt%이상이면 흑연구상화 및 수축불량이 발생하므로, 0.003~0.005wt%로 한정하는 것이 바람직하다.

4) 구리(Cu) 0.5~0.7wt%

구리는 펄라이트 안정화를 통하여 물성 확보를 도모하기 위하여 첨가되며, 0.5wt% 이하이면 경도가 저하되고, 0.7wt% 이상이면 너무 고경도가 되므로, 0.5~0.7wt%로 한정한다.

5) 크롬(Cr) 0.04~0.06wt%

크롬은 흑연미세화를 위하여 첨가되며, 0.04wt% 이하이면 경도가 저하되고, 0.06wt% 이상이면 시멘타이트 형성되어 취성 및 수축이 발생되므로, 0.04~0.06wt%로 한정한다.

6) 주석(Sn) 0.06~0.08wt%

주석은 펄라이트의 안정화를 위하여 첨가되며, 0.06wt% 이하이면 경도가 저하되고, 0.08wt% 이상이면 시멘타이트 형성되어, 폭발상 흑연을 발생시키므로, 0.06~0.08wt% 로 한정한다.

7) 망간(Mn) 0.3~0.35wt%

망간 또한 흑연미세화를 위하여 첨가되며, 0.3wt% 이하이면 경도가 저하되고, 0.35wt% 이상이면 시멘타이트가 형성되어 취성 및 수축이 발생되므로, 0.3~0.35wt%로 한정한다.

8) 인(P) 0.1 wt% 이하

인은 펄라이트 안정화를 도모하지만, 0.1wt% 이상으로 관리하면 취성을 발생시키므로, 그 함량을 되도록 0.1wt% 이하로 관리한다.

9) 황(S) 0.1 wt% 이하

황은 CGI 흑연 형성을 보조하지만, 0.1wt% 이상으로 관리하면 CGI흑연 형성이 불량하게 되므로, 그 함량을 되도록 0.1wt% 이하로 관리한다.

이때, 탄소당량(CE)은 탄소함량 + (실리콘함량×1/3)로 결정되며, 제품의 수축불량 감소, 유동불량 감소, 물성 확보 등을 이유로 조절될 수 있다.

예를들어, 본 발명의 첨가함량을 기준으로, 탄소 3.45~3.55wt% + (실리콘 2.3~2.4 wt%×1/3)을 계산하면, 탄소당량은 4.22~4.35wt% 가 된다.

그러나, 본 발명에 따르면 탄소당량이 4.26wt% 이하이면 흑연 편상화가 발생하고, 4.34wt% 이상이면 제품에 수축 및 유동 불량이 발생되므로, 그 함량비를 4.26~4.34wt% 로 조절해주는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명의 CGI 회주철 조성을 이용하여 회주철 제품을 제조하는 방법을 첨부한 도 1을 참조로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 철(Fe)를 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.45~3.55wt%, 실리콘(Si) 2.3~2.4 wt%, 마그네슘(Mg) 0.003~0.005wt%, 구리(Cu) 0.5~0.7wt%, 크롬(Cr) 0.04~0.06wt%, 주석(Sn) 0.06~0.08wt%, 망간(Mn) 0.3~0.35wt%, 인(P) 0.1 wt% 이하, 황(S) 0.1 wt% 이하가 함유되며, 탄소당량(CE)은 4.3±0.04wt% 인 회주철계 CGI 주철 조성을 용해시킨 다음, 로내 성분 확보가 정확히 이루어졌기 때문에 기존과 같은 열분석 및 추가 접종 등의 제어 공정없이 Mg구화재만을 첨가하여 곧바로 온도측정 및 금형내 주입이 가능하다.

즉, 용해과정후, Mg 함량 2.0%의 구화재를 용탕량 500kg대비 3.0kg투입하여 제품부 잔류 Mg량을 0.004~0.001로 유지시키는 공정만을 더 진행하여, 용탕을 온도 측정하여 바로 금형에 주입할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

철(Fe)를 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.40wt%, 실리콘(Si) 2.35wt%, 마그네슘(Mg) 0.004wt%, 구리(Cu) 0.6wt%, 크롬(Cr) 0.05wt%, 주석(Sn) 0.07wt%, 망간(Mn) 0.3wt%, 인(P) 0.1 wt%, 황(S) 0.1 wt%가 함유된 되며, 탄소당량(CE)은 4.2wt% 로 조절된 회주철계 CGI 주철 조성을 용해시킨 다음, Mg 함량 2.0%의 구화재를 용탕량 500kg대비 3.0kg투입하여 제품부 잔류 Mg량을 0.004~0.001로 유지시키는 공정을 진행한 후, 용탕을 온도 측정하여 바로 금형에 주입하여 CGI 주철 제품을 제조하였다.

비교예

종래의 CGI 주철 즉, 탄소(C) 3.7wt%, 실리콘(Si) 2.0 wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~wt%, 구리(Cu) 0.05wt% 이하, 크롬(Cr) 0.05wt% 이하, 망간(Mn) 0.3wt%, 인(P) 0.05 wt% 이하, 황(S) 0.05 wt% 이하로 조성되며, 탄소당량은 약 4.45로 관리된 주철 조성을 용해시킨 다음, 세륨첨가제, 커버재, 마그네슘 구화재를 투입하고, 이후 열분석 및 추가적인 접종을 실시한 후, 용탕을 온도 측정 및 금형내 주입공정을 통하여 CGI 주철품을 제조하였다.

실험예1

실시예 및 비교예에 대한 용탕의 응고 과정을 측정하였는 바, 그 결과는 첨부한 도 의 그래프에 나타낸 바와 같다.

도 2의 그래프에서 보는 바와 같이, 본 발명의 CGI 제품은 작업영역이 넓고, 주조성 및 품질이 우수하며, 최적 작업 영역의 실현으로 최대주입온도가 낮아 제품에 대한 수축방지를 도모할 수 있음을 알 수 있었다.

실험예2

실시예 및 비교예에 따라 제조된 CGI 주철 제품을 에칭공정을 통하여 식각시킨 다음, 그 표면을 전자 현미경으로 관찰하였는 바, 그 결과는 첨부한 도 3에 나타낸 바와 같다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 CGI 95%, 구상 0~5%이고, 펄라이트 및 페라이트는 각각 90~95%, 5~10%로 나타났고, 비교예는 CGI 80%, 구상 10%이고, 펄라이트 및 페라이트는 각각 100%, 0%로 나타났음을 알 수 있었다.

또한, CGI 제품의 표면을 관찰한 결과, 도 4의 사진에서 보듯이 본 발명의 실시예에 따른 제품은 수축 불량이 없고 소재 치수가 일정함을 관찰할 수 있었고, 비교예에 따른 기존 제품은 수축불량 다량 발생 및 소재 치수가 불균일함을 알 수 있있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 회주철계 CGI 주철 조성 및 이의 제조공법에 의하면, 회주철계 조성에서 접종재량을 일정하게 투입하고 실리콘량으로 조직을 제어하여 안정적인 재질을 확보하고, 용탕에 미량 금속원소를 첨가하여 기지조직을 강화하여 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있으며, 조업시 인 및 황의 함량이 높은 자재를 사용해도 품질 안정성이 매우 우수하고, 기계적 물성이 기존의 구상 주철계 CGI보다 우수한 회주철계 CGI 주철 조성을 제공할 수 있는 장점이 있다.

Claims

철(Fe)를 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.45~3.55wt%, 실리콘(Si) 2.3~2.4 wt%, 마그네슘(Mg) 0.003~0.005wt%, 구리(Cu) 0.5~0.7wt%, 크롬(Cr) 0.04~0.06wt%, 주석(Sn) 0.06~0.08wt%, 망간(Mn) 0.3~0.35wt%, 인(P) 0.1 wt% 이하, 황(S) 0.1 wt% 이하가 함유되며, 탄소당량(CE)은 4.3±0.04wt% 인 것을 특징으로 하는 회주철계 CGI 주철 조성.
철(Fe)를 주성분으로 하고, 여기에 탄소(C) 3.45~3.55wt%, 실리콘(Si) 2.3~2.4 wt%, 마그네슘(Mg) 0.003~0.005wt%, 구리(Cu) 0.5~0.7wt%, 크롬(Cr) 0.04~0.06wt%, 주석(Sn) 0.06~0.08wt%, 망간(Mn) 0.3~0.35wt%, 인(P) 0.1 wt% 이하, 황(S) 0.1 wt% 이하가 함유되며, 탄소당량(CE)은 4.3±0.04wt% 인 회주철계 CGI 주철 조성을 용해시킨 다음, Mg 함량 2.0%의 구화재를 용탕량 500kg대비 3.0kg투입하여 제품부 잔류 Mg량을 0.004~0.001로 유지시킴으로써, 이 용탕을 온도 측정하여 바로 금형에 주입할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 회주철계 CGI 주철의 제조공법.