KR20110072048A

KR20110072048A - Ｃｇｉ 주철 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20110072048A
Application number: KR1020090128817A
Authority: KR
Inventors: 양식; 심동섭
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-06-29
Also published as: CN102666896A; WO2011078500A2; US20120301346A1; CN103938067A; CN103938067B; KR101605905B1; EP2518174A2; EP2518174B1; EP2518174A4; CN102666896B; WO2011078500A3

Abstract

본 발명은 주철에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 구리(Cu), 주석(Sn) 및 마그네슘(Mg) 량을 제어하여 제조됨으로써, 주조성을 향상되고, 아울러 안정적인 인장강도와 항복강도를 가지며 적절한 범위의 경도를 가지는 CGI(Compacted Graphite Iron) 주철과 그 제조방법에 대한 것이다.

주철, CGI, 인장, 마그네슘

Description

ＣＧＩ 주철 및 그 제조방법{CGI CAST IRON AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 주철 및 그 제조방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는, 철에 첨가되는 성분들의 함량을 제어함으로서, 주조성이 향상되고, 안정적인 인장강도와 항복강도를 갖게 되는 주철과 그 제조방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 주철은 특히 고출력의 디젤엔진의 실린더 블록에 적용 가능한 과공정(hypereutectic) CGI (compacted graphite iron) 주철에 해당된다.

최근 환경규제의 강화로 인하여 엔진에서 배출되는 Cox나 NOx와 같은 환경 오염물질의 함량을 줄이는 것이 필연적이다.

디젤엔진의 경우, 상기 Cox나 NOx와 같은 환경 오염물질의 배출량을 줄이기 위해서는 엔진의 폭발 압력을 높이는 것이 필요하다. 이와 같이 엔진의 폭발 압력을 높이기 위해서는 엔진의 실린던 블록의 강도가 높아져야만 한다.

종래 실린더 블록에 일반적으로 사용되는 재료는 주철인데, 보통의 주철(common grade cast iron)은 일반적으로 회주철이다. 회주철은 주조(鑄造)할 때 탄소가 흑연으로 분리·생성되어 표면이 회색을 띠기 때문에 회주철이라고 불린다.

일반적으로 주철은 기지에 포함된 흑연의 모양, 크기, 분포 상태에 따라 차이가 많이 생기는데, 일반적으로 주철이라 불리는 회주철의 인장강도는 약 15∼20 kg/mm² 정도이다. 상기와 같은 회주철은 우수한 주조성, 진동감쇄능, 그리고 열전도율을 가지고 있지만, 강도가 낮기 때문에 폭발 압력이 높은 엔진의 실린던 블록 재료로 사용되는 데는 한계가 있다.

이러한 회주철의 물성을 개선한 주철로서 구상 흑연 주철이 있다. 구상흑연주철(spherical graphite cast iron)은 보통의 주철(회주철) 조직에 나타나는 흑연을, 본래의 엽편상(葉片狀) 조직에서 구상(球狀) 조직으로 변화시켜 강인성(强靭性)을 향상시킨 주철이다. 이러한 구상흑연주철은 노듈러 주철(nodular cast iron) 혹은 덕타일 주철(ductile cast iron)이라고도 불린다. 상기 구상흑연주철은 내마모성, 내열성, 내식성 등이 우수하고 일반 회주철보다 탄성계수가 크고, 브리넬 경도가 200 정도나 되며, 절삭성(切削性)도 같은 굳기의 보통 주철보다 좋다.

그런데, 구상흑연주철의 경우, 실린더 블록에서 필요로 하는 높은 강도를 가지기는 하지만, 복잡한 행태로 만들기에는 주조성이 부족하고, 낮은 열전도율을 가져 복잡한 형상의 실린더 블록에 적용되기에는 한계가 있다.

이에, 상기 회주철의 우수한 주조성, 진동감쇄능, 및 열전도율을 가지면서, 동시에 구상흑연주철의 높은 강도와 일정 연신율을 모두 가지는 CGI(compacted graphite iron) 주철이 최근 차세대 실린더 블록 소재로서 적용되고 있다.

이러한 CGI 주철은, 구상흑연주철 재료를 용광로에서 용융한 구상흑연주철 용융액을, 용광로에서 녹인 쇳물 원탕을 다른 곳으로 옮기는 기구인 래들(ladle)로 출탕할 때, 마그네슘(Mg)의 함량을 정밀하게 제어함으로써 제조될 수 있다.

CGI 주철에서 안정적인 기계적 물성(인장강도)을 확보하기 위해서는 용융/출탕 온도와 마그네슘 양 등을 정밀하게 제어는 것이 필요한데, 이를 위해서는 정밀한 제어장치와 작업자의 숙련도, 불순물의 함량이 낮은 고급선철을 사용하는 것 등이 필수적으로 요구된다. 이러한 정밀한 제어에도 불구하고, 마그네슘 함량, 출탕위치, 출탕온도, 출탕속도 등 다양한 요구조건에서 발생되는 오차로 인하여 CGI 주철의 재질 불량 및 주조 불량이 자주 발생하는 등의 문제점이 있다.

본 발명에서는, 안정적인 물성과 주조 불량이 발생하지 않도록 하는 범위로 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 구리(Cu), 주석(Sn) 및 마그네슘(Mg)의 함량을 제어하여, 인장강도(Tensile Strength)와 항복강도(Yield Strength)가 각각 500~600MPa, 350~450MPa 범위로 조절된 주철을 제공하고자 한다.

본 발명은 마그네슘(Mg)의 양의 정밀하게 제어함으로써 안정적인 물성과 조직을 가지는 주철을 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명은 특히, 고출력 고마력 디젤엔진의 실린더 블록에도 적용 가능한 주철을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 안정적인 인장강도와 항복강도를 가지며 적절한 경도(Hardness)를 가져서, 고출력 고마력 디젤엔진에 적용 가능한 실린더 블록용 주철을 제조할 수 있는 화학조성 및 제조방법을 확립하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 전체 중량에 대하여 탄소(C) 3.65~3.75 중량%, 규소(Si) 2.0~2.25 중량%, 망간(Mn) 0.3~0.6 중량%, 구리(Cu) 1.2~1.4 중량%, 주석(Sn) 0.07~0.10 중량%, 마그네슘(Mg) 0.008~0.018 중량%, 인(P) 0.04 중량% 이하, 황(S) 0.02 중량% 이하 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 주철을 제공한다.

본 발명의 일례에 따르면 상기 주철의 인장강도(Tensile Strength)는 500 내지 600 MPa의 범위이다. 또한 본 발명의 다른 일례에 따르면 상기 주철의 항복강도(Yield Strength)가 350 내지 450Mpa의 범위이다. 한편 상기 주철의 브리넬 경도 값(BHW)이 255 내지 280의 범위를 가진다.

본 발명의 일례에 따르면 상기 주철의 탄소 당량(CE: Carbon Equivalent)은 4.35~4.5의 범위가 되도록 한다.

본 발명의 일례에 따르면 상기 주철에서 탄소에 의해 형성되는 흑연의 구상화율(Nodularity)은 5~20% 정도인 것이 가능하다.

본 발명은 또한 전체 중량에 대하여 탄소(C) 3.65~3.75 중량%, 규소(Si) 2.0~2.25 중량%, 망간(Mn) 0.3~0.6 중량%, 인(P) 0.04 중량% 이하, 황(S) 0.02 중량% 이하 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 주철 재료를 용광로에서 용융하여 주철 원탕을 제조하는 단계; 상기 용광로에서 용융된 주철 원탕을 출탕하기 위한 용기인 래들(ladle)에, 구리(Cu) 1.2~1.4 중량%, 주석(Sn) 0.07~0.10 중량% 및 마그네슘(Mg) 0.008~0.018 중량% 만큼 배치하는 단계; 상기 제조된 주철 원탕을, 상기 구리(Cu) 1.2~1.4 중량%, 주석(Sn) 0.07~0.10 중량% 및 마그네슘(Mg) 0.008~0.018 중량% 만큼 배치된 상기 래들로 출탕하여 주철 용융액을 제조하는 단계; 상기 래들에 담겨진 주철 용융액에 포함된 마그네슘 함량을 파악하여 추가 될 마그네슘 양을 결정하는 단계; 상기에서 결정된 추가될 양만큼의 마그네슘을 상기 래들에 담겨진 주철 용융액에 첨가하는 마그네슘 첨가 단계; 및 상기 마그네슘이 첨가된 주철 용융액을 금형에 주입하는 단계;를 포함하는 주철의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서는 용광로에서 용융된 주철 원탕을 출탕하기 위한 용기인 래들에 마그네슘(Mg) 일정량과, 구리 (Cu) 및 주석(Sn)을 적정량 투입한 후, 주철 원탕을 래들에 출탕하여 안정적인 CGI가 되도록 흑연을 정출시켜, 안정적인 기계적 특성을 갖는 CGI 주철을 얻는다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 주철 원탕에서 탄소 당량(CE: Carbon Equivalent)은 4.35~4.5 정도가 되도록 조정한다.

또한, 본 발명의 일례에 따르면, 상기 원탕의 출탕온도는 1520±10℃가 되도록 조정한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 마그네슘 첨가단계에서는 와이어(wire) 형태의 마그네슘 접종제를 이용하여 마그네슘을 접종할 수 있다.

본 발명에 따른 주철의 경우, 주철 용융액에 포함된 마그네슘의 함량을 통하여 주철에 포함된 흑연의 구상화율의 예측이 가능하고, 상기 구상화율에 따른 강도의 범위를 추정할 수 있다.

본 발명에서는 마그네슘의 함량은 필요로 하는 강도에 따라 달라질 수 있는데, 고출력 디젤엔진의 실린더 블록에 적용하기 위해서는 그 함량이 0.008~0.018 중량%가 되도록 한다.

본 발명에 따르면 마그네슘(Mg)의 양을 정밀하게 제어하고, 구리(Cu)와 주석(Sn)의 양을 제어하여, 500 내지 600 MPa의 범위의 인장강도, 350 내지 450MPa 범위의 항복강도 및 255 내지 280의 범위의 브리넬 경도를 가진 주철을 제공할 할 수 있다.

본 발명에 따른 주철은 안정적인 인장강도와 항복강도를 가지며 적절한 경도를 가져서, 고출력 고마력 디젤엔진에 적용 가능한 실린더 블록 제조에 적용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 또한 마그네슘(Mg)의 양을 세밀하게 제어하여 고마력의 디젤엔진용 실린더 블록용으로 사용할 수 있을 정도로 높은 강도를 가지고 균질한 조직을 가지는 CGI 주철을 제조할 수 있다. 또한, 합금원소인 구리(Cu)와 주석(Sn)의 양의 제어에 의하여 경도 및 인장강도를 다양하게 가질 수 있는 CGI 주철을 제조할 수 있다.

이하 구체적인 예시를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 주철은 전체 중량에 대하여 탄소(C) 3.65~3.75 중량%, 규소(Si) 2.0~2.25 중량%, 망간(Mn) 0.3~0.6 중량%, 구리(Cu) 1.2~1.4 중량%, 주석(Sn) 0.07~0.10 중량% 및 마그네슘(Mg) 0.008~0.018 중량%를 포함하고; 인(P)은 0.04 중량% 이하 및 황(S)은 0.02 중량% 이하를 포함하며; 잔량의 철(Fe)을 포함한다. 본 발명의 주철은 철(Fe)을 기본재질로 한다,

다음으로, 본 발명에서 상기 주철의 각 구성성분 및 함량에 대하여 설명한다.

1) 탄소(C) 3.65~3.75중량%

탄소는 강화흑연(compacted graphite) 정출을 위해 첨가되는데, 본 발명에 따른 주철에서는 탄소의 함량이 3.65 중량% 미만이면 박육부(thin-walled part)에서 칠(chill)화 거동이 관찰되고, 3.75 중량%를 초과하면 흑연 구상화 수축 및 유동불량이 발생한다. 따라서, 다양한 두께를 가지는 고강도 실린더 블록에서 이러한 불량을 예방하기 위하여 본 발명에서는 탄소의 함량을 3.65~3.75 중량%로 한정한다.

2) 규소(Si) 2.0~2.25중량%

규소는 탄소와 최적 비율로 첨가될 경우 강화흑연(compacted graphite) 정출량을 극대화하고 주철의 강도를 증가시킨다. 본 발명에 따른 주철에서는 규소의 함량이 2.0 중량% 미만이면 강화흑연 정출량이 낮아지는 문제가 발생하고, 2.25 중량%를 초과하면 연성이 낮아지는 문제가 발생하므로, 그 함량을 2.0~2.25 중량%로 설정한다.

3) 망간(Mn) 0.3~0.6중량%

망간은 흑연의 미세화와 펄라이트 안정화를 위하여 첨가되는데, 본 발명에 따른 주철에서는 망간의 함량이 0.3 중량% 미만이면 경도가 저하되고, 0.6 중량%를 초과하면 취성이 증가하게 되므로, 그 함량을 0.3~0.6 중량%로 설정한다.

4) 구리(Cu) 1.2~1.4중량%

구리는 강화흑연화를 위한 원소로서, 펄라이트 생성을 촉진하고 미세화시키는 작용하기 때문에 강도확보를 위해 필요한 원소이다. 본 발명에 따른 주철에서는 구리의 함량이 1.2 중량% 미만일 경우 강도의 부족을 초래하지만, 그 함량이 1.4 중량%를 초과하더라도 그 초과분에 해당하는 첨가 효과는 없다. 따라서 본 발명에서는 구리의 함량을 1.2~1.4중량%로 설정한다.

5) 주석(Sn) 0.07~0.10중량%

주석은 매우 강력한 펄라이트 생성 촉진 원소로서, 구리와 마찬가지로 강도 향상을 목적으로 첨가된다. 본 발명에 따른 주철에서는 주석의 함량이 0.07 중량% 미만일 경우 강도의 저하가 초래되고, 0.10 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는 취성을 급격하게 증가시키게 되므로, 그 함량을 0.07~0.10 중량%로 설정한다.

6) 마그네슘(Mg) 0.008~0.018중량%

마그네슘은 흑연의 구상화(nodularity) 기능을 하면서 동시에 강화흑연(compacted graphite)의 핵 생성 및 성장 촉진 역할을 한다. 본 발명에 따른 주철에서는 마그네슘의 함량이 0.008 중량% 미만이 되면 흑연이 편상화되고, 0.018 중량%를 초과하게 되면 흑연의 구상화율이 증가되어 수축불량을 야기하므로, 그 함량을 0.008~0.018 중량% 범위로 한정한다.

7) 인(P) 0.04중량% 이하

인은 공기 중에서의 주철 제조공정에서 자연적으로 첨가되는 불순물의 일종이기도 하다. 이러한 인은 펄라이트를 안정화하는 역할도 하지만, 그 함량이 0.04 중량%를 초과하게 되면 취성을 급격히 증가시키고 이는 편석(segregation)으로 인한 수축 결함과 연관이 있다. 따라서 본 발명에 따른 주철에서는 인의 함량이 0.04중량% 이하가 되도록 관리하는 것이 좋다.

주철 원료성분에서 인의 함량이 0으로 되도록 하는 것은 현실적으로 어려움이 있으며, 설령 주철 원료성분에서 인의 함량이 0이 되도록 하더라도 주철의 제조공정에서 인이 함유되게 될 것이다. 따라서 본 발명에서는 인의 함량이 0.04중량%을 넘지 않도록 하는 것이 중요하다.

8) 황(S) 0.02중량% 이하

황은 강화흑연(compacted graphite)의 생성처 역할을 하지만, 그 함량이 0.02 중량%를 초과할 경우에는 강화흑연 생성을 위하여 더욱 많은 마그네슘의 추가가 요구된다. 즉, 마그네슘의 함량이 한정된 상태에서 황의 함량이 일정범위 이상으로 많아지면 강화흑연(compacted graphite)이 편상화되는 문제가 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 주철에서는 황의 함량이 0.02 중량% 이하로 관리되어야 한다.

주철 원료성분에서 황의 함량 역시 0으로 되도록 하는 것은 현실적으로 어려움이 있으며, 설령 주철 원료성분에서 황의 함량이 0이 되도록 하더라도 주철의 제조공정에서 황이 함유되게 될 것이다. 따라서 본 발명에서는 황의 함량이 0.02중량%을 넘지 않도록 하는 것이 중요하다.

9) 철(Fe)

철은 본 발명에 따른 주철의 주재이다. 상기 성분 이외의 잔량의 성분은 철이다.

본 발명의 일례에 따르면 탄소당량(carbon equivalent)은 4.35~4.5가 되도록 한다. 본 발명에 따른 주철에서는 탄소당량이 4.35 미만인 경우에는 박육부(thin-walled part)의 칠(chill)화 경향이 발생하고, 4.5를 초과하는 경우에는 초정흑연(primary graphite)의 과도한 생성에 의해 수축 및 유동불량이 발생하므로, 그 범위를 4.35~4.5로 한정한다. 이 때, 탄소당량(CE)은 탄소 + (규소+인) X 1/3로 정의되며, 그 값은 제품의 물성과 품질의 제어를 위해 조절될 수 있다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 주철의 인장강도(Tensile Strength)는 500 ~ 600MPa이고, 항복강도(Yield Strength)는 350 ~ 450MPa이다.

본 발명의 일례에 따르면 상기 주철에 있어서, 상기 탄소에 의해 형성되는 흑연의 구상화(Nodularity)율이 5~20%가 되도록 한다.

이러한 본 발명에 따른 주철의 제조과정을 도 4를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 주철의 제조방법에 따르면 먼저, 전체 중량에 대하여 탄소(C) 3.65~3.75 중량%, 규소(Si) 2.0~2.25 중량%, 망간(Mn) 0.3~0.6 중량%, 인(P)은 0 초과 0.04 중량% 이하, 황(S)은 0 초과 0.02 중량% 이하, 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 주철 재료를 용광로(100)에서 용융하여 주철 용융액(110) 원탕을 제조한다.

상기 용광로에서 용융된 주철 용융액 원탕을 출탕하기 위한 용기인 래들(200; ladle)에, 나머지 성분(210)인 구리(Cu) 1.2~1.4 중량%, 주석(Sn) 0.07~0.10 중량% 및 마그네슘(Mg) 0.008~0.018 중량% 만큼 배치하여 래들(200)을 준비한다.

상기 제조된 주철 용융액 원탕을, 상기 구리(Cu) 1.2~1.4 중량%, 주석(Sn) 0.07~0.10 중량% 및 마그네슘(Mg) 0.008~0.018 중량% 만큼 배치된 상기 래들(200)로 출탕하여 주철 용융액(110)을 제조한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 출탕온도는 1520±10℃가 되도록 조정할 수 있다.

한편, 본 발명의 일례에 따르면, 상기 주철 원탕에서 탄소 당량(CE: Carbon Equivalent)은 4.35~4.5가 되도록 조절할 수 있다.

상기 래들(200)에 담겨진 용융된 주철에 포함된 마그네슘 함량을 파악하여 추가 될 마그네슘 양을 결정한다.

여기서, 당초 마그네슘이 포함되어 있던 래들로 주철 원탕이 옮겨졌기 때문에 래들에 담겨진 용융된 주철에는 소정 함량의 마그네슘이 포함되어 있다. 그럼에도 불구하고, 레들 이송중의 마그네슘 손실을 고려하고 마그네슘의 함량을 보다 정밀하게 제어하기 위하여, 상기 래들에 담겨진 용융 주철에 포함된 마그네슘 함량을 다시 한번 파악하여, 마그네슘의 추가가 필요하다고 판단되면 다시 마그네슘을 추가한다.

본 발명의 일례에 따르면 상기 마그네슘 함량을 파악하기 위하여 열분석기(300)를 사용할 수 있다.

상기에서 결정된 추가될 양만큼의 마그네슘을 상기 래들에 담겨진 주철 용융액에 첨가한다. 본 발명의 일례에 따르면 와이어 형태의 마그네슘(500)을 이용하여 마그네슘을 첨가할 수 있다.

이때 마그네슘과 더불어, 주철 제조과정에서 일반적으로 사용되는 다른 접종제를 추가할 수 있다. 예를 들어 실리콘계 접종제를 추가로 첨가할 수 있다. 상기 실리콘계 접종제는 상업적으로 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있다. 접종제의 종류와 함량은 필요에 따라 당업자가 용이하게 선정 및 결정할 수 있다. 상기 다른 접종제들 역시 와이어 형태(500)가 가능하다.

이어, 상기 마그네슘이 첨가된 용융액을 금형(400)에 주입하여 주철을 완성한다.

<실시예 1-10 및 비교예 1-10>

하기 표 1의 조성에 따라 실시예 1-10 및 비교예 1-10에 의한 주철을 제조하였다.

단위: 중량%

구분	C	Si	Mn	Cu	Sn	Mg	P	S	Fe
실시예 1	3.650	2.240	0.440	1.360	0.090	0.017	0.031	미량	잔량
실시예 2	3.680	2.190	0.400	1.340	0.090	0.010	0.031	미량	잔량
실시예 3	3.700	2.110	0.390	1.410	0.080	0.011	0.031	미량	잔량
실시예 4	3.710	2.080	0.400	1.330	0.100	0.009	0.034	미량	잔량
실시예 5	3.680	2.140	0.380	1.260	0.080	0.011	0.031	미량	잔량
실시예 6	3.680	2.180	0.430	1.340	0.090	0.018	0.026	미량	잔량
실시예 7	3.710	2.130	0.400	1.290	0.070	0.013	0.031	미량	잔량
실시예 8	3.690	2.050	0.400	1.350	0.100	0.014	0.033	미량	잔량
실시예 9	3.710	2.130	0.400	1.290	0.070	0.013	0.031	미량	잔량
실시예 10	3.700	2.140	0.430	1.320	0.090	0.017	0.030	미량	잔량
비교예 1	3.810	2.220	0.110	1.150	0.090	0.012	0.034	미량	잔량
비교예 2	3.710	2.090	0.290	0.820	0.070	0.008	0.024	미량	잔량
비교예 3	3.780	1.970	0.110	0.870	0.070	0.000	0.019	미량	잔량
비교예 4	3.690	2.220	0.080	1.100	0.120	0.011	0.036	미량	잔량
비교예 5	3.780	2.010	0.110	0.890	0.070	0.000	0.018	미량	잔량
비교예 6	3.620	2.230	0.480	1.650	0.090	0.020	0.028	미량	잔량
비교예 7	3.720	2.090	0.460	1.390	0.090	0.022	0.029	미량	잔량
비교예 8	3.710	2.090	0.430	1.430	0.100	0.024	0.025	미량	잔량
비교예 9	3.650	2.190	0.370	1.230	0.090	0.020	0.031	미량	잔량
비교예 10	3.690	2.370	0.290	0.810	0.070	0.017	0.023	미량	잔량

먼저 하기 표 1의 조성에 따라, 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P)이 함유된 원탕을 준비하였다. 황(S)은 주철의 제조원료 및 제조과정에서 필연적으로 포함되는 원소로서 별도로 첨가하지 않고 다만, 그 함량이 0.02 중량% 이하가 되도록 하였다.

출탕 전에 CE meter를 이용하여 탄소당량(CE)을 측정하여 탄소의 함량을 조절하고, TL(액상선)을 기준으로 1,146±1℃로 맞추어 원탕을 준비하였다.

마그네슘(Mg), 구리(Cu) 및 주석(Sn) 첨가하여 래들을 준비하고, 출탕 온도를 균일하게 약 1,520℃ 내외로 일정하게 유지되도록 하면서 상기 원탕을 래들로 출탕하였다.

상기 출탕된 원탕을 열분석하여 최종적으로 포함될 마그네슘의 함량을 고려하여 추가될 마그네슘의 양을 결정하고 와이어(wire) 형태의 마그네슘을 합금성분을 조절한 후 1,410±10℃에서 몰드에 주입하였다.

상기 표 1의 조성에 따라 제조된 주철의 탄소당량(C.E.), 인장강도(TS), 항복강도(YS), 경도 (Hardness) 및 구상화율(nodularity)를 측정하여 표 2에 도시하였다. 여기서 경도는 브리넬 경도로서 HBW 브리넬 경도값이다.

구분	C.E	인장강도 (N/mm²)	항복강도 (N/mm²)	경도 (HBW)	Nodularity (%)
실시예 1	4.410	514.0	422.0	267.3	17.8
실시예 2	4.420	521.0	342.5	259.5	8.5
실시예 3	4.410	537.0	418.5	260.5	7.5
실시예 4	4.410	550.8	418.8	273.3	11.6
실시예 5	4.400	562.5	424.5	265.0	18.0
실시예 6	4.420	570.0	434.0	271.3	19.9
실시예 7	4.430	576.3	427.3	261.8	18.2
실시예 8	4.380	579.5	441.8	279.0	14.4
실시예 9	4.430	584.0	430.8	272.5	18.3
실시예 10	4.420	584.8	438.3	269.0	21.1
비교예 1	4.560	356.3	371.0	261.5	9.2
비교예 2	4.410	412.5	345.8	244.3	17.5
비교예 3	4.440	480.3	379.5	248.0	측정불가
비교예 4	4.440	480.7	372.0	256.7	5.1
비교예 5	4.460	481.0	390.0	248.0	측정불가
비교예 6	4.370	602.8	443.8	275.3	22.0
비교예 7	4.430	609.0	433.3	261.8	36.4
비교예 8	4.420	629.0	442.5	273.8	29.7
비교예 9	4.390	636.3	462.3	281.8	42.0
비교예 10	4.490	654.3	448.0	266.0	59.3

상기에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 주철은 인장강도(Tensile Strength)는 500 내지 600 MPa(N/mm²)의 범위이고, 항복강도(Yield Strength)가 350 내지 450MPa(N/mm²)의 범위이고, HBW 브리넬 경도값이 255 내지 280의 범위임을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 주철은 안정적인 인장강도와 항복강도를 가지며 적절한 경도를 가져서, 고출력 고마력 디젤엔진에 적용 가능한 실린더 블록 제조에 용이하게 적용될 수 있다.

참고를 위하여, 주철의 구상화율과 마그네슘 함량의 관계를 관찰한 결과를 도 1에 도시하였다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 CGI 주철 경우 구상화율이 5~20% 범위로 나타남을 알 수 있었다.

상기에서 제조된 CGI 주철의 구상화율에 따른 인장강도(Tensile Strength) 및 항복강도(Yield Strength)의 관계는 도 2 및 도 3을 참고할 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 인장강도와 항복강도는 각각 500~600MPa와 350~450Mpa 범위에 있는 주철이 양호한 품질을 가질 수 있도록 할 수 있다.

도 1은 마그네슘(Mg) 함량과 흑연의 구상화율의 관계를 설명하는 그래프이다.

도 2는 흑연의 구상화율과 인장강도(Tensile Strength) 및 항봉강도(Yield Strength)의 관계를 설명하는 그래프이다.

도 3은 마그네슘(Mg) 함량과 인장강도의 관계 및 주철의 대표조직의 모습을 보여주는 도표이다. 참고로 1MPa는 1N/mm²에 해당된다.

도 4는 본 발명에 따른 주철의 제조공정의 일례를 간략히 도시한 것이다.

<부호의 간단한 설명>

100: 용광로 110: 주철 용융액

200: 래들(ladle) 210: 구리, 주석, 마그네슘

300: 열분석기 400: 금형

500: 와이어 형태의 마그네슘과 기타 접종제

Claims

전체 중량에 대하여 탄소(C) 3.65~3.75 중량%, 규소(Si) 2.0~2.25 중량%, 망간(Mn) 0.3~0.6 중량%, 구리(Cu) 1.2~1.4 중량%, 주석(Sn) 0.07~0.10 중량%, 마그네슘(Mg) 0.008~0.018 중량%, 인(P) 0.04 중량% 이하, 황(S) 0.02 중량% 이하 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 주철.
제 1항에 있어서, 인장강도(Tensile Strength)가 500~600MPa인 것을 특징으로 하는 주철.
제 1항에 있어서, 항복강도(Yield Strength)가 350~450MPa인 것을 특징으로 하는 주철.
제 1항에 있어서, 탄소 당량(CE: Carbon Equivalent)이 4.35~4.5인 것을 특징으로 하는 주철.
제 1항에 있어서, 상기 탄소에 의해 형성되는 흑연의 구상화(Nodularity)율이 5~20%인 것을 특징으로 하는 주철.
전체 중량에 대하여 탄소(C) 3.65~3.75 중량%, 규소(Si) 2.0~2.25 중량%, 망 간(Mn) 0.3~0.6 중량%, 인(P) 0 초과 0.04 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.02 중량% 이하 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 주철 재료를 용광로에서 용융하여 주철 원탕을 제조하는 단계;

상기 용광로에서 용융된 주철 원탕을 출탕하기 위한 용기인 래들(ladle)에, 구리(Cu) 1.2~1.4 중량%, 주석(Sn) 0.07~0.10 중량% 및 마그네슘(Mg) 0.008~0.018 중량% 만큼 배치하는 단계;

상기 제조된 주철 원탕을, 상기 구리(Cu) 1.2~1.4 중량%, 주석(Sn) 0.07~0.10 중량% 및 마그네슘(Mg) 0.008~0.018 중량% 만큼 배치된 상기 래들로 출탕하여 주철 용융액을 제조하는 단계;

상기 래들에 담겨진 주철 용융액에 포함된 마그네슘 함량을 파악하여 추가 될 마그네슘 양을 결정하는 단계;

상기에서 결정된 추가될 양만큼의 마그네슘을 상기 래들에 담겨진 주철 용융액에 첨가하는 마그네슘 첨가 단계; 및

상기 마그네슘이 첨가된 주철 용융액을 금형에 주입하는 단계;

를 포함하는 주철의 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 주철 원탕에서 탄소 당량(CE: Carbon Equivalent)은 4.35~4.5인 것을 특징으로 하는 주철의 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 출탕온도는 1520±10℃가 되도록 조정하는 것을 특징 으로 하는 주철의 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 마그네슘 첨가단계에서는 와이어(wire) 형태의 마그네슘을 이용하여 마그네슘을 첨가하는 것을 특징으로 하는 주철의 제조방법.