KR20130087213A - High strength flake graphite iron using rare earth element and preparation method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: High-strength flake graphite iron using rare-earth elements and a manufacturing method thereof are provided to obtain stable structure, excellent fluidity, high tensile strength, and high hardness by precisely controlling a ratio of sulfur and the rare-earth elements. CONSTITUTION: A manufacturing method of high-strength flake graphite iron using rare-earth elements is as follows: a step of melting iron materials containing 3.3-3.4 wt.% of C, 2.0-2.2 wt.% of Si, 0.6-0.8 wt.% of Mn, 0.04 wt.% or less of P, and the rest of Fe in a furnace to manufacture molten iron; a step of adding 0.15-0.2 wt.% of S and 0.01-0.03 wt.% of the rare-earth elements to the molten iron; a step of adding Sr-based inoculants to the molten iron tapped to a ladle; and a step of injecting the molten iron to a mold (500).

Description

희토류 원소를 이용한 고강도 편상 흑연 주철 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH FLAKE GRAPHITE IRON USING RARE EARTH ELEMENT AND PREPARATION METHOD THEREOF}High-strength flake graphite cast iron using rare earth element and its manufacturing method {HIGH STRENGTH FLAKE GRAPHITE IRON USING RARE EARTH ELEMENT AND PREPARATION METHOD THEREOF}

본 발명은 고강도 편상 흑연 주철의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조되는 편상 흑연 주철에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주철을 구성하는 주성분과 첨가 성분의 함량들을 제어함으로써, 흑연 형상이 균일하고 높은 강도와 우수한 유동성과 주조성을 발휘하는 편상 흑연 주철 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing high strength flaky graphite cast iron and flaky graphite cast iron produced by the method, and more particularly, by controlling the contents of the main component and the additive component constituting the cast iron, the graphite shape is uniform and high strength and The present invention relates to a flake graphite cast iron exhibiting excellent fluidity and castability, and a method of manufacturing the same.

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 폭발압력을 높이기 위해서는 엔진을 구성하는 엔진의 실린던 블록이나 헤드의 강도가 높아져야만 한다. Due to the recent tightening of environmental regulations, it is inevitable to reduce the amount of environmental pollutants such as COx and NOx emitted from engines. In the case of diesel engines, it is necessary to increase the explosion pressure of the engine in order to reduce the emission of environmental pollutants such as COx and NOx. Thus, in order to increase the explosion pressure of the engine, the strength of the cylinder block or head of the engine constituting the engine must be increased.

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 불리우며, 또는 편상흑연 조직이므로 편상 흑연 주철이라고도 한다. The material commonly used in conventional cylinder blocks is cast iron, common grade cast iron is usually gray cast iron. Gray cast iron is called gray cast iron because carbon is separated and produced by graphite when cast, and the surface is gray, or gray graphite cast iron is also called flake graphite structure.

일반적으로 주철은 기지에 포함된 흑연의 모양, 크기, 분포 상태에 따라 차이가 많이 생기는데, 일반적으로 주철이라 불리는 편상 흑연 주철의 인장강도는 약 15∼20 kg/mm2 정도이다. 이러한 편상 흑연 주철은 우수한 주조성, 진동감쇄능, 그리고 열전도율을 가지고 있지만, 현재까지의 개발된 재질은 강도가 낮기 때문에 폭발 압력이 높은 엔진의 실린던 블록 재료로 사용되는 데는 한계가 있다. In general, cast iron has a lot of difference depending on the shape, size, and distribution of graphite contained in the matrix. Generally, the tensile strength of flake graphite cast iron called cast iron is about 15 to 20 kg / mm 2 . These flaky graphite cast irons have excellent castability, vibration damping ability, and thermal conductivity, but the materials developed to date have low strength and are limited to being used as cylinder block materials of high explosion pressure engines.

상기 편상 흑연 주철의 물성을 개선한 주철로서, 구상 흑연 주철이 있다. 구상 흑연 주철(spherical graphite cast iron)은 보통의 주철(회주철) 조직에 나타나는 흑연의 엽편상(葉片狀) 조직을 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 편상 흑연 주철에 비해 탄성계수가 크고, 브리넬 경도 220 정도나 되며, 절삭성(切削性)도 같은 굳기의 보통 주철보다 좋다. 전술한 구상흑연 주철은 실린더 블록에 적용할 수 있을 정도의 높은 강도를 가지는 반면, 유동성, 주조성이 부족하고, 낮은 열전도율을 가져 복잡한 형상의 실린더 블록에 적용되기에는 한계가 있다.
As cast iron which improved the physical property of the said flake graphite cast iron, spherical graphite cast iron is mentioned. Spherical graphite cast iron is a cast iron that improves toughness by converting the flake-like structure of graphite that appears in a normal cast iron (gray cast iron) structure into a spherical structure. Such nodular cast iron is also called nodular cast iron or ductile cast iron. The spheroidal graphite cast iron has excellent abrasion resistance, heat resistance, corrosion resistance, and the like, and has a large elastic modulus, brinell hardness of about 220, and better machinability than ordinary cast iron having the same hardness. While the above-described spherical graphite cast iron has a high strength enough to be applied to a cylinder block, there is a limitation in that it is insufficient to be applied to a cylinder block having a complex shape due to a lack of fluidity and castability and low thermal conductivity.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 주철의 5대 원소인 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 황(S), 인(P)에 희토류 원소(Rare Earth Element, RE)를 첨가하되, 이들의 함량, 황과 희토류 원소의 함량 비(RE/S)를 특정 범위로 제어함으로써, 고강도와 우수한 가공성과 유동성을 동시에 갖는 편상 흑연 주철 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made in order to solve the above problems, and the rare earth elements (Rare Earth) in the five major elements of cast iron, carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), sulfur (S), phosphorus (P) Element, RE), but by controlling their content, the content ratio of sulfur and rare earth elements (RE / S) to a specific range, to provide a flat graphite cast iron having a high strength and excellent workability and fluidity at the same time and a method for producing the same For the purpose of

또한 본 발명은 황(S)과 희토류 원소(RE)의 사용비율을 정밀하게 제어함으로써 안정적인 조직과 우수한 유동성, 높은 인장강도와 경도(Hardness)를 가지는 주철을 제공하는 데 그 목적이 있으며, 특히 형상이 복잡한 디젤엔진의 엔진 실린더 블록 및/또는 엔진 실린더 헤드에 적용 가능한 편상 흑연 주철을 제공하는 것을 목적으로 한다.
In addition, an object of the present invention is to provide a cast iron having a stable structure and excellent fluidity, high tensile strength and hardness by precisely controlling the use ratio of sulfur (S) and rare earth elements (RE), in particular the shape It is an object to provide flat graphite cast iron applicable to the engine cylinder block and / or engine cylinder head of this complex diesel engine.

본 발명은 (i) 전체 중량%에 대하여 탄소(C) 3.3~3.4 중량%, 규소(Si) 2.0~2.2 중량%, 망간(Mn) 0.6~0.8 중량%, 인(P) 0.04 중량% 이하, 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 주철 재료를 용광로에서 용융하여 주철 원탕을 제조하는 단계; (ⅱ) 상기 용융된 주철 원탕에 황(S) 0.15~0.2 중량% 및 희토류 원소(RE) 0.01~0.03 중량%을 조절하여 첨가하는 단계; (ⅲ) 레들로 출탕되는 상기 주철 원탕에 Sr계 접종제를 접종처리하는 단계; 및 (ⅳ) 상기 접종처리된 주철 용융액을 사형에 주입하는 단계를 포함하는 편상 흑연 주철의 제조방법을 제공한다.The present invention (i) 3.3 to 3.4% by weight of carbon (C), 2.0 to 2.2% by weight of silicon (Si), 0.6 to 0.8% by weight of manganese (Mn), 0.04% by weight or less of phosphorus (P), And melting the cast iron material including the remaining amount of iron (Fe) in a blast furnace to produce a cast iron wontang; (Ii) adding 0.15 to 0.2% by weight of sulfur (S) and 0.01 to 0.03% by weight of rare earth element (RE) to the molten cast iron wontang; (Iii) inoculating the Sr-based inoculant on the cast iron wontang which is tapping into the ladle; And (iii) injecting the inoculated cast iron melt into a sand mold.

여기서, 상기 희토류 원소(RE) 함량의 상기 황(S) 함량에 대한 비(RE/S)는 0.05 내지 0.2 범위로 조절되는 것이 바람직하다.Here, the ratio (RE / S) of the rare earth element (RE) content to the sulfur (S) content is preferably adjusted in the range of 0.05 to 0.2.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 단계 (ⅱ)의 주철 원탕은 용광로에서 용융된 주철 원탕(i)에 황(S) 0.15~0.2 중량%를 투입하여 용융시킨 후, 희토류 원소(RE) 0.01~0.03%를 투입하여 제조되는 것이 가능하다.According to one embodiment of the present invention, the cast iron wontang of the step (ii) is melted by adding 0.15 to 0.2% by weight of sulfur (S) to the molten cast iron won (i) in the furnace, and then rare earth element (RE) 0.01 ~ 0.03 It is possible to manufacture by adding%.

이때 상기 희토류 원소(RE)는 주철 원탕과 직접적으로 접촉하지 않은 상태로 주철 원탕에 투입되는 것이 바람직하다. 일례로, 상기 희토류 원소(RE)는 주철 원탕과의 직접 접촉을 방지하는 접촉방지부재의 내부에 구비되어 주철 원탕에 투입되는 것일 수 있다.At this time, the rare earth element (RE) is preferably added to the cast iron wontang state in direct contact with the cast iron wontang. For example, the rare earth element RE may be provided inside the contact preventing member that prevents direct contact with the cast iron wontang.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 주철 원탕에서 탄소 당량(CE: Carbon Equivalent)은 3.97~4.13 범위가 되도록 조정한다.According to an example of the present invention, the carbon equivalent (CE: Carbon Equivalent) in the cast iron wontang is adjusted to be in the range of 3.97 ~ 4.13.

또한 본 발명의 일례에 따르면, 상기 출탕 온도는 1520 ± 10℃ 범위로 조정한다.In addition, according to an example of the present invention, the tapping temperature is adjusted to 1520 ± 10 ℃ range.

아울러 본 발명은 전술한 제조방법에 의해 제조된 편상 흑연 주철을 제공한다.In addition, the present invention provides a flake graphite cast iron produced by the above-described manufacturing method.

여기서, 상기 편상 흑연 주철은 전체 중량%에 대하여 탄소(C) 3.3~3.4 중량%, 규소(Si) 2.0~2.2 중량%, 망간(Mn) 0.6~0.8 중량%, 황(S) 0.15~0.2 중량%, 희토류 원소(RE) 0.01~0.03 중량%, 인(P) 0.04 중량% 이하, 및 100 중량%를 만족시키는 잔량의 철(Fe)을 포함하며, 상기 희토류 원소(RE) 함량의 상기 황(S) 함량에 대한 비(RE/S)가 0.05 내지 0.2 범위의 조성을 지닌다. Here, the flaky graphite cast iron is 3.3 to 3.4% by weight of carbon (C), 2.0 to 2.2% by weight of silicon (Si), 0.6 to 0.8% by weight of manganese (Mn), and 0.15 to 0.2% by weight of sulfur (S). %, 0.01 to 0.03 wt% of rare earth elements (RE), 0.04 wt% or less of phosphorus (P), and remaining amount of iron (Fe) satisfying 100 wt%, wherein the sulfur content of the rare earth element (RE) content S) The ratio to content (RE / S) has a composition in the range from 0.05 to 0.2.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 편상 흑연 주철의 탄소 당량(CE: Carbon Equivalent)은 CE = 탄소+(규소+인)×1/3의 방법으로 계산하였을 때, 3.97~4.13 범위가 되도록 한다.According to one embodiment of the present invention, the carbon equivalent (CE: Carbon Equivalent) of the flake graphite cast iron is in the range of 3.97 to 4.13 when calculated by the method of CE = carbon + (silicon +) x 1/3.

또한 본 발명의 일례에 따르면, 상기 편상 흑연 주철의 인장강도(Tensile Strength)는 300~350 MPa 범위이며, 브리넬 경도값(BHW)이 200~230 범위인 것이 가능하다.In addition, according to one embodiment of the present invention, the tensile strength of the flake graphite cast iron (Tensile Strength) is in the range of 300 ~ 350 MPa, Brinell hardness value (BHW) may be in the range of 200 ~ 230.

한편 본 발명의 일례에 따르면, 상기 편상 흑연 주철은 유동성(Fluidity) 시험편의 나선의 길이가 800~850 mm인 것이 가능하다.Meanwhile, according to one example of the present invention, the flaky graphite cast iron may have a length of 800 to 850 mm of the spiral of the fluidity test piece.

아울러, 본 발명의 일례에 따르면, 상기 편상 흑연 주철은 실린더 헤드, 실린더 블록, 또는 브레이크 디스크용 주철로 사용 가능하다.In addition, according to an example of the present invention, the flake graphite cast iron can be used as a cast iron for a cylinder head, a cylinder block, or a brake disk.

본 발명에 따르면, 황(S)과 희토류 원소(RE)의 함량 비(RE/S)에 따라 인장 강도, 유동도, 브리넬 경도가 달라질 수 있는데, 형상이 복잡한 디젤엔진의 실린더 블록에 적용하기 위해서는 RE/S 함량 비율(RE/S)이 0.05~0.2가 되도록 한다.
According to the present invention, tensile strength, flow rate and brinell hardness may vary according to the content ratio (RE / S) of sulfur (S) and rare earth element (RE). RE / S content ratio (RE / S) should be 0.05 ~ 0.2.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 주철에 첨가되는 희토류 원소(RE)의 양, 및 희토류 원소(RE) 함량의 황(S) 함량에 대한 비(RE/S)를 정밀하게 제어함으로써, 합금철의 사용없이 300~350 MPa의 높은 인장강도와 800mm 이상의 우수한 유동성, 200~230 범위의 브리넬 경도를 가진 편상 흑연 주철을 제공할 수 있다. As described above, in the present invention, by controlling the amount of rare earth element (RE) added to the cast iron, and the ratio (RE / S) to the sulfur (S) content of the rare earth element (RE) content, the ferroalloy It is possible to provide flake graphite cast iron with high tensile strength of 300 to 350 MPa, excellent flowability of more than 800 mm, and Brinell hardness in the range of 200 to 230 without using.

이에 따라, 본 발명의 편상 흑연 주철은 높은 인장강도, 우수한 유동성 및 적절한 경도를 동시에 가지므로, 복잡한 형상을 가진 디젤엔진의 실린더 블록, 실린더 헤드 등의 엔진 부품에 유용하게 적용될 수 있다.
Accordingly, the flaky graphite cast iron of the present invention has high tensile strength, excellent flowability and appropriate hardness at the same time, and thus can be usefully applied to engine parts such as cylinder blocks and cylinder heads of diesel engines having complicated shapes.

도 1은 본 발명에 따른 편상 흑연 주철의 제조공정의 일례를 간략히 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 편상 흑연 주철의 유동도 측정용 나선 시험편 제작을 위한 금형을 나타낸 것이다.
<부호의 간단한 설명>
100: 용해로 110: 주철 용융액
200: 황(S) 210: 희토류 원소(Rare Earth Element)
220: Sr계 접종제 300: 금속막대
400: 래들(ladle) 500: 사형
1 briefly illustrates an example of the manufacturing process of flaky graphite cast iron according to the present invention.
Figure 2 shows a mold for producing a spiral test piece for measuring the flow of flake graphite cast iron according to the present invention.
<Short description of symbols>
100: melting furnace 110: cast iron melt
200: sulfur (S) 210: rare earth element
220: Sr-based inoculant 300: metal rod
400 ladle 500 death penalty

이하, 구체적인 예시를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with specific examples.

종래 편상 흑연 주철의 고강도화를 위해 첨가된 합금철에 의한 칠(chill)화를 방지하고자 용탕에 희토류 원소를 첨가하기도 하였으나, 이 경우 희토류 원소의 강한 산화성으로 인해 투입 효과를 얻기 어려웠을 뿐만 아니라, 오히려 첨가된 희토류 원소에 의해 용탕의 유동성 저하와 Chill화가 촉진되어 형상이 복잡한 엔진 실린더 블록 소재로 적용하기에는 한계가 있었다.Conventionally, rare earth elements were added to the molten metal to prevent chilling by ferroalloy added to increase the strength of the flake graphite cast iron, but in this case, it was not only difficult to obtain a charging effect due to the strong oxidizing property of the rare earth elements. The added rare earth element promotes the decrease in fluidity and chilling of the molten metal, and thus has a limitation in being applied to an engine cylinder block material having a complicated shape.

그러나 본 발명에서는 합금철의 사용 없이, 주철에 희토류 원소만을 첨가하되, 주철을 구성하는 5대 원소(예, C, Si, Mn, S, P)와 희토류 원소(RE)의 함량, 및 황과 희토류 원소의 함량비(RE/S)를 각각 특정 범위로 정밀하게 제어함으로써, 첨가된 희토류 원소에 의한 용탕의 유동성 저하가 발생하지 않고 건전한 A형 편상 흑연의 성장 및 정출을 보조하여 고강도와 우수한 가공성, 유동성 및 경도를 가지는 편상 흑연 주철을 제공할 수 있다.In the present invention, however, only the rare earth elements are added to cast iron without the use of ferroalloy, and the five major elements constituting the cast iron (for example, C, Si, Mn, S, P) and the content of rare earth elements (RE), and sulfur and By precisely controlling the content ratio (RE / S) of the rare earth elements in a specific range, the fluidity of the molten metal due to the added rare earth elements is not reduced, and the growth and crystallization of the healthy type A flake graphite is assisted, thereby achieving high strength and excellent processability. It is possible to provide a flake graphite cast iron having fluidity and hardness.

이때 첨가되는 희토류 원소(RE)의 함량, 및 주철 내 희토류 원소(RE)와 황(S)과의 함량비(RE/S)는 인장강도가 300 MPa 이상이면서 유동성이 800mm 이상인 편상 흑연 주철을 제조하는데 가장 중요한 인자이다. 따라서 본 발명의 편상 흑연 주철은 하기에 예시되는 제조방법 및 해당 화학조성으로 한정하는 것이 필요하다.
At this time, the content of the rare earth element (RE) added, and the content ratio (RE / S) of the rare earth element (RE) and sulfur (S) in the cast iron to produce flake graphite cast iron having a tensile strength of 300 MPa or more and fluidity of 800 mm or more. Is the most important factor. Therefore, it is necessary to limit the flaky graphite cast iron of the present invention to the production method and chemical composition exemplified below.

이하, 본 발명에 따른 편상 흑연 주철의 제조방법 및 제조된 편상 흑연 주철의 화학조성에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다. Hereinafter, a method of manufacturing flake graphite cast iron and a chemical composition of the flake graphite cast iron produced according to the present invention will be described. However, the present invention is not limited to the following production methods, and the steps of each process may be modified or selectively mixed if necessary.

여기서, 각 원소의 첨가량은 중량%이다. Here, the addition amount of each element is weight%.

도 1을 참조하여 설명하면, 먼저 전체 중량%에 대하여 탄소(C) 3.3~3.4 중량%, 규소(Si) 2.0~2.2 중량%, 망간(Mn) 0.6~0.8 중량%, 인(P) 0.04 중량% 이하, 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 주철 용융액 원탕(110)을 제조한다.Referring to FIG. 1, first, 3.3 to 3.4 wt% of carbon (C), 2.0 to 2.2 wt% of silicon (Si), 0.6 to 0.8 wt% of manganese (Mn), and 0.04 wt% of phosphorus (P) based on the total wt% A cast iron melt raw water 110 containing% or less, and a residual amount of iron (Fe) is manufactured.

본 발명에 따른 주철 용융액 원탕(110)을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 주철의 5대 원소인 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 황(S), 인(P)이 전술한 함량 범위로 함유된 주철 재료를 용광로(100)에서 용융하여 주철 용융액 원탕(110)을 준비한다.The method for producing the cast iron melt bath 110 according to the present invention is not particularly limited. For example, the five major elements of cast iron are carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), sulfur (S), and phosphorus ( The cast iron material containing P) in the above-described content range is melted in the furnace 100 to prepare the cast iron melt raw water 110.

이때 인(P)은 주조를 하기 위한 원재료에 불순물로 포함될 수 있으며, 또는 별도로 첨가할 수도 있다. 한편, 본 발명에서 상기 주철 원탕 중의 화학조성의 한정이유는 후술하는 편상 흑연 주철의 화학조성의 경우에서 기술하는 이유와 동일하므로, 이에 관한 설명은 생략한다.At this time, the phosphorus (P) may be contained in the raw material for casting as an impurity, or may be added separately. In the present invention, the reason for limiting the chemical composition in the cast iron wontang is the same as the reason described in the case of the chemical composition of the flaky graphite cast iron described later, the description thereof will be omitted.

상기와 같이 용융된 주철 용융액 원탕(110)에 황(S) 0.15~0.2 중량% 및 희토류 원소(RE) 0.01~0.03 중량%을 조절하여 첨가한다. Sulfur (S) 0.15 to 0.2% by weight and rare earth element (RE) 0.01 to 0.03% by weight are added to the molten cast iron melt bath 110 as described above.

이때 희토류 원소(RE)는 산화성이 높은 물질이므로, 적절한 투입 시기와 투입방법이 필수적으로 요구된다. 본 발명에서는 주철 용융액 원탕(110)에 황(S)과 희토류 원소(RE)를 첨가시, 먼저 황(S) 0.15~0.2 중량%를 투입하여 용융시킨 후, 다음으로 희토류 원소(RE) 0.01~0.03%를 투입하는 것이 바람직하다. At this time, since the rare earth element (RE) is a highly oxidizable material, appropriate timing and input method are essential. In the present invention, when sulfur (S) and rare earth element (RE) are added to the molten iron casting 110, 0.15 to 0.2% by weight of sulfur (S) is added and melted, followed by 0.01 to rare earth element (RE). It is preferable to add 0.03%.

또한 산화성이 강한 희토류 원소(RE)는 주철 용융액 원탕(110)에 직접 접촉한 상태로 투입하면 희토류 원소의 투입 효과가 거의 나타나지 않게 되므로, 주철 원탕과 직접적으로 접촉하지 않은 상태로 투입하는 것이 필요하다. 이에, 본 발명에서는 주철 원탕(110)과의 직접 접촉을 방지하는 접촉방지부재의 내부에 희토류 원소(RE)를 구비한 상태로 주철 원탕에 투입한다. In addition, the rare earth element (RE) having high oxidizing property is added to the molten metal round bath 110 in direct contact with the rare earth element so that the effect of the rare earth element is hardly exhibited. . Thus, in the present invention, the rare iron element (RE) is provided inside the contact preventing member for preventing direct contact with the cast iron wontang 110 is cast into the cast iron wontang.

상기 접촉방지 부재는 주철 원탕(110)과 희토류 원소(RE)의 직접 접촉을 방지하면서, 투입된 이후 주철 원탕의 조성에 영향을 주지 않는 물질이라면 이의 성분, 형태, 함량 등에 특별한 제한이 없다. 사용 가능한 접촉방지 부재의 비제한적인 예로는 알루미늄 호일 등이 있다. The contact preventing member is a material that does not affect the composition of the cast iron wontang, while preventing direct contact between the cast iron wontang 110 and the rare earth element (RE), there is no particular limitation on the component, form, content thereof. Non-limiting examples of contact preventing members that can be used include aluminum foil and the like.

본 발명에 따른 황(S)과 희토류 원소(RE) 첨가단계(ⅱ)의 일례를 들면, 황(200)을 우선적으로 투입한 후 용해를 완료하고, 이후 알루미늄(Al) 호일로 개별적으로 포장된 강 산화성 희토류 원소(210)를 투입하여 주철 용융액 원탕(110)과의 투입시 반응을 최소화한다. 투입된 희토류 원소(210)가 원탕(110)내에 균일하게 포함될 수 있도록 금속막대(300)를 이용하여 교반을 실시한다.For example of the sulfur (S) and rare earth element (RE) addition step (ii) according to the present invention, sulfur (200) is preferentially added, complete dissolution, and then individually packaged with aluminum (Al) foil. A strong oxidizing rare earth element 210 is added to minimize the reaction when the cast iron melt is injected with the raw water 110. Agitation is performed using the metal rod 300 so that the introduced rare earth element 210 can be uniformly included in the round bath 110.

이때 본 발명에서는 편상 흑연 주철의 화학조성을 상기와 같이 한정함과 동시에, 상기 첨가되는 희토류 원소(RE) 함량의 상기 황(S) 함량에 대한 비(RE/S)를 0.05~0.2 범위로 한정할 필요가 있다. 상기 RE/S의 비가 0.05 미만이면 강도의 저하가 초래되고, RE/S의 비가 0.2를 초과하면 가공성이 저하될 수 있다. 이와 같이 RE/S 비를 한정함으로써, 안정적인 A형의 편상 흑연을 얻을 수 있고, Chill화를 감소시키기 때문에 인장강도가 300MPa 이상이면서, 가공성이 우수한 엔진 실린더 블록용 고강도 편상 흑연 주철을 얻을 수 있다.In this invention, the chemical composition of flake graphite cast iron is limited as described above, and the ratio (RE / S) to the sulfur (S) content of the added rare earth element (RE) content is limited to the range of 0.05 to 0.2. There is a need. When the ratio of RE / S is less than 0.05, a decrease in strength is caused, and when the ratio of RE / S exceeds 0.2, workability may decrease. By limiting the RE / S ratio in this manner, stable A-shaped graphite graphite can be obtained, and since the Chilling is reduced, a high-strength graphite graphite cast iron for an engine cylinder block having a tensile strength of 300 MPa or more and excellent workability can be obtained.

상기와 같이 제조된 주철 용융액 원탕(110)은 탄소 당량 측정기, 탄소/황 분석기 및 분광분석기를 이용하여 원탕의 성분 분석을 완료한다. The cast iron melt bath 110 prepared as described above completes the component analysis of the bath using a carbon equivalent meter, a carbon / sulfur analyzer, and a spectrometer.

이후 상기 주철 원탕(110)을 출탕하기 위한 용기인 래들(400, ladle)을 준비하고 출탕하는데, 고강도 편상 흑연 주철의 재질의 안정화 측면에서 레들(400)로 출탕되는 상기 주철 용융액 원탕(110)에 Sr계 접종제(220)를 스트림(Stream) 접종을 하면서 출탕한다. 이와 같이 주철 원탕을 래들에 출탕할 때 Sr계 접종처리를 하면, 안정적인 A형의 편상 흑연을 정출시켜, 안정적인 기계적 특성과 유동성을 갖는 편상 흑연 주철을 얻게 된다.After preparing and tapping the ladle (400, ladle), which is a container for tapping the cast iron wontang 110, the cast iron melt bath is tapping into the ladle 400 in terms of stabilization of the material of high-strength graphite cast iron. The Sr-based inoculum 220 is tapping while stream inoculation. In this way, when the Sr-based inoculation treatment is carried out when tapping the cast iron wontang into the ladle, stable graphite A-type graphite is crystallized, thereby obtaining graphite graphite cast iron having stable mechanical properties and fluidity.

이때 투입되는 접종제의 크기는 직경 1~3mm 범위일 수 있으며, 고강도 편상 흑연 주철의 재질 안정화 효과를 얻기 위한 접종제의 투입량은 중량비(%)로 0.3±0.05% 로 한정하는 것이 바람직하다.At this time, the size of the inoculant may be in the range of 1 to 3mm in diameter, and the amount of the inoculant to obtain a material stabilization effect of the high strength flaky graphite cast iron is preferably limited to 0.3 ± 0.05% by weight ratio (%).

이어, 출탕이 완료된 레들(400)의 용탕 온도를 침적식 타입의 온도계를 사용하여 측정하고, 온도를 측정한 후 준비된 사형(500)에 주철 용융액(110)을 주입하여 고강도 편상 흑연 주철의 제조를 완성한다. Subsequently, the molten metal temperature of the ladle 400 which is completed tapping is measured by using an immersion type thermometer, and after the temperature is measured, the cast iron melt 110 is injected into the prepared sand mold 500 to prepare high-strength flake graphite cast iron. Complete

상기와 같이 제조된 본 발명의 고강도 편상 흑연 주철은, 현재 엔진 실린더 블록 및 헤드에 사용되는 인장강도 250MPa급 편상 흑연 주철보다 높은 300~350 MPa 강도를 가지면서도 800mm 이상의 우수한 유동성과 적절한 경도를 보여준다. 따라서 본 발명에 따른 편상 흑연 주철은 형상이 복잡하고, 폭발압 상승에 따라 더욱 높은 수준의 강성이 요구되는 디젤엔진의 실린더 블록 및/또는 헤드에 적용 가능한 아공정(hypoeutectic) GC (gray cast iron) 주철에 해당된다.The high-strength flake graphite cast iron of the present invention prepared as described above exhibits excellent fluidity and appropriate hardness of 800 mm or more while having a strength of 300 to 350 MPa higher than that of 250 MPa grade graphite cast iron, which is currently used in engine cylinder blocks and heads. Therefore, the flaky graphite cast iron according to the present invention is a hypoeutectic gray cast iron (GC) applicable to a cylinder block and / or a head of a diesel engine having a complicated shape and requiring a higher level of rigidity as the explosion pressure increases. Corresponds to cast iron.

또한 본 발명의 편상 흑연 주철은 높은 인장강도와 경도, 유동성을 모두 가지고 있기 때문에, 단면 두께가 10mm 이상인 후육부와 단면 두께가 5mm 이하인 박육부가 동시에 존재하는 복잡한 형상의 엔진 실린더 블록 및 헤드에 유용하게 적용될 수 있다.
In addition, since the flaky graphite cast iron of the present invention has both high tensile strength, hardness, and fluidity, it is useful for complex cylinder cylinder blocks and heads in which thick portions having a cross section thickness of 10 mm or more and thin portions having a cross section thickness of 5 mm or less exist simultaneously. Can be applied.

본 발명에서는 전술한 방법에 의해 제조된 고강도 편상 흑연 주철을 제공한다. 보다 구체적으로, 상기 편상 흑연 주철은 전체 중량%에 대하여 탄소(C) 3.3~3.4 중량%, 규소(Si) 2.0~2.2 중량%, 망간(Mn) 0.6~0.8 중량%, 황(S) 0.15~0.2 중량%, 희토류 원소(RE) 0.01~0.03 중량%, 인(P) 0.04 중량% 이하, 및 100 중량%를 만족시키는 잔량의 철(Fe)을 포함하며, 상기 희토류 원소(RE) 함량의 상기 황(S) 함량에 대한 비(RE/S)가 0.05 내지 0.2 범위의 조성을 지닌다. The present invention provides a high strength flaky graphite cast iron produced by the method described above. More specifically, the flaky graphite cast iron is 3.3 to 3.4 wt% of carbon (C), 2.0 to 2.2 wt% of silicon (Si), 0.6 to 0.8 wt% of manganese (Mn), and 0.15 to sulfur (S). 0.2 wt%, 0.01 to 0.03 wt% of rare earth elements (RE), 0.04 wt% or less of phosphorus (P), and a residual amount of iron (Fe) satisfying 100 wt%, wherein the rare earth element (RE) content The ratio (RE / S) to sulfur (S) content has a composition in the range from 0.05 to 0.2.

이하, 본 발명에서 상기 편상 흑연 주철에 함유된 각 성분의 첨가 이유 및 첨가된 함량의 범위를 한정하는 이유는 다음과 같다.
Hereinafter, the reason for adding each component contained in the flaky graphite cast iron in the present invention and the reason for limiting the range of the added content are as follows.

1) 탄소(C) 3.3~3.4 중량%1) Carbon (C) 3.3 ~ 3.4 wt%

탄소는 흑연(graphite) 정출을 위해 첨가된다. 본 발명에 따른 편상 흑연 주철에서 탄소의 함량이 3.3 중량% 미만이면 단면 두께가 5mm 이하인 박육부(thin-walled part)에서 칠(chill)화 거동이 관찰되고, 3.4 중량%를 초과하면 강도 저하가 발생한다. 따라서, 다양한 두께를 가지는 고강도 실린더 블록에서 안정적인 강도와 안정적인 흑연 조직을 확보하기 위하여, 본 발명에서는 탄소의 함량을 3.3~3.4 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
Carbon is added for graphite crystallization. In the flaky graphite cast iron according to the present invention, when the carbon content is less than 3.3 wt%, the chilling behavior is observed in the thin-walled part having a cross-sectional thickness of 5 mm or less, and when the content exceeds 3.4 wt%, the strength decreases. Occurs. Therefore, in order to secure stable strength and stable graphite structure in the high strength cylinder block having various thicknesses, in the present invention, it is preferable to limit the content of carbon to 3.3 to 3.4% by weight.

2) 규소(Si) 2.0~2.2 중량%2) Silicon (Si) 2.0 ~ 2.2 wt%

규소는 탄소와 최적 비율로 첨가될 경우 흑연(graphite) 정출량을 극대화하고 주철의 강도를 증가시킨다. 본 발명에 따른 편상 흑연 주철에서 규소(Si)의 함량이 2.0 중량% 미만이면 흑연 정출량이 낮아지는 문제가 발생하고, 2.2 중량%를 초과하면 연성이 낮아지고, 편상 흑연의 과다 발생에 따른 강도의 저하가 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서는 규소(Si)의 함량을 2.0~2.2 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
Silicon, when added in the optimum ratio with carbon, maximizes graphite crystallization and increases the strength of cast iron. When the content of silicon (Si) in the flaky graphite cast iron according to the present invention is less than 2.0% by weight, a problem of lowering the crystallization amount of graphite occurs. When the content of the flaky graphite cast iron exceeds 2.2% by weight, the ductility is lowered. Deterioration occurs. Therefore, in the present invention, it is preferable to limit the content of silicon (Si) to 2.0 to 2.2% by weight.

3) 망간(Mn) 0.6~0.8 중량%3) Manganese (Mn) 0.6 ~ 0.8 wt%

망간은 펄라이트의 미세화로 편상 흑연 주철의 강도의 향상을 위해 첨가되는 원소이다. 본 발명에 따른 편상 흑연 주철에서 망간(Mn)의 함량이 0.6 중량% 미만이면 강도가 저하되고, 0.8 중량%를 초과하면 탄화물 생성에 따라 취성이 증가하고 가공성이 저하된다. 따라서 본 발명에서는 망간(Mn)의 함량을 0.6~0.8 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
Manganese is an element added for improving the strength of flake graphite cast iron by miniaturization of pearlite. When the content of manganese (Mn) in the flaky graphite cast iron according to the present invention is less than 0.6% by weight, the strength is lowered. If the content of the manganese (Mn) is more than 0.8% by weight, brittleness increases and workability decreases with carbide production. Therefore, in the present invention, it is preferable to limit the content of manganese (Mn) to 0.6 to 0.8% by weight.

4) 황(S) 0.15~0.2 중량%4) Sulfur (S) 0.15 ~ 0.2 wt%

황은 주철 원탕에 포함되어 있는 미량 원소(예, 희토류 원소)와 반응하여 황화물을 형성하며, 이러한 황화물은 편상 흑연(graphite)의 핵 생성처 역할을 하여 편상 흑연의 성장을 보조하는 역할을 한다. 본 발명에 따른 편상 흑연 주철에서 황(S)의 함량이 0.15 중량% 미만이면 희토류 원소와 반응하여 많은 흑연 핵생성처를 생성하지 못하므로 강도의 저하가 초래되고, 0.2 중량%를 초과할 경우에는 취성이 증대되는 문제가 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서는 황(S)의 함량을 0.15~0.2 중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
Sulfur reacts with trace elements (e.g., rare earth elements) contained in the cast iron mound to form sulfides, which act as nucleation sources for the graphite and assist in the growth of the graphite. When the content of sulfur (S) in the flaky graphite cast iron according to the present invention is less than 0.15% by weight, it does not react with rare earth elements to produce many graphite nucleation sites, resulting in a decrease in strength, and when exceeding 0.2% by weight. There is a problem of increased brittleness. Therefore, in the present invention, it is preferable to limit the content of sulfur (S) to 0.15 to 0.2% by weight.

5) 인(P) 0.04 중량% 이하5) Phosphorus (P) 0.04 wt% or less

인은 주철 제조공정 중 공기에서 자연적으로 첨가되는 불순물의 일종이기도 하다. 이러한 인은 펄라이트를 안정화하는 역할도 하나, 그 함량이 0.04 중량%를 초과하게 되면 취성을 급격히 증가시키게 되고, 이는 편석(segregation)으로 인한 수축 결함과도 연관이 있다. 따라서 본 발명에 따른 편상 흑연 주철에서는 인(P)의 함량이 0.04 중량% 이하가 되도록 한정하는 것이 바람직하다. Phosphorus is also a kind of impurities that are naturally added in the air during the cast iron manufacturing process. Such phosphorus also stabilizes perlite, but when the content exceeds 0.04% by weight, brittleness is rapidly increased, which is also associated with shrinkage defects due to segregation. Therefore, in the flaky graphite cast iron according to the present invention, the content of phosphorus (P) is preferably limited to 0.04% by weight or less.

한편 주철 원료성분에서 인(P)의 함량이 0이 되도록 하는 것은 현실적으로 어려움이 있으며, 설령 주철 원료성분에서 인의 함량이 0이라 하더라도 주철의 제조공정에서 인이 함유될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 인의 함량이 0.04 중량%을 넘지 않도록 조절하는 것이 중요하다.
On the other hand, it is practically difficult to make the content of phosphorus (P) in the cast iron raw material to 0, even if the content of phosphorus in the cast iron raw material may be contained in the manufacturing process of cast iron. Therefore, in the present invention, it is important to adjust the content of phosphorus not to exceed 0.04% by weight.

6) 희토류 원소(Rare Earth Element, RE) 0.01~0.03 중량%6) Rare Earth Element (RE) 0.01 ~ 0.03 wt%

희토류 원소는 강력한 흑연의 핵 생성처로 작용하여 미세한 흑연의 많은 정출을 위해 첨가된다. 본 발명에 따른 편상 흑연 주철에서 희토류 원소(RE)의 함량이 0.01 중량% 미만이면 흑연의 정출량이 작아 유동성 저하 및 칠(chill) 발생이 야기되고, 0.03 중량% 초과하면 과도한 흑연의 정출에 따른 강도의 저하와 유동성의 급격한 저하가 발생되게 된다. 따라서 본 발명에서는 희토류 원소의 함량이 0.01~0.03 중량%로 조절하는 것이 바람직하다.
Rare earth elements act as a nucleation source for strong graphite and are added for many crystallization of fine graphite. When the content of rare earth element (RE) in the flaky graphite cast iron according to the present invention is less than 0.01% by weight, the amount of crystallization of graphite is small, which causes a decrease in fluidity and generation of chills, and when it exceeds 0.03% by weight, the strength due to excessive crystallization of graphite. The decrease of and the rapid decrease of fluidity will occur. Therefore, in the present invention, the content of the rare earth element is preferably adjusted to 0.01 to 0.03% by weight.

7) 철(Fe)7) Iron (Fe)

철은 본 발명에 따른 주철의 주재이다. 상기 성분 이외의 잔량의 성분은 철(Fe)이며, 그 외 불가피한 불순물이 일부 포함될 수 있다.
Iron is the mainstay of cast iron according to the present invention. Residual components other than the above components are iron (Fe), and some other unavoidable impurities may be contained.

본 발명의 편상 흑연 주철은 상기 화학조성에 한정될 뿐 아니라, 상기 희토류 원소(RE) 함량의 황(S) 함량에 대한 비(RE/S)를 0.05~0.2 범위로 한정함으로써, 안정적인 A형 편상 흑연을 얻을 수 있고, 인장강도가 300MPa 이상이면서, 가공성이 우수하여 엔진 실린더 블록 및 헤드로 적용 가능한 고강도 편상 흑연 주철을 얻을 수 있다. The flaky graphite cast iron of the present invention is not only limited to the chemical composition, but also stable A-type flaky by limiting the ratio (RE / S) to the sulfur (S) content of the rare earth element (RE) in the range of 0.05 to 0.2. Graphite can be obtained, and the high strength flaky graphite cast iron which can be applied to an engine cylinder block and a head is excellent in workability, while tensile strength is 300 Mpa or more.

본 발명의 일례에 따르면, 탄소 당량(CE: carbon equivalent)은 3.97~4.13이 되도록 한다. 본 발명에 따른 주철에서는 탄소 당량(CE)이 3.97 미만인 경우에는 단면의 두께가 5mm 이하인 박육부(thin-walled part)에서 칠(chill)이 발생하여 주조불량 및 유동성 저하가 초래되며, 탄소 당량(CE)이 4.13을 초과하는 경우에는 초정 흑연(primary graphite)의 과도한 생성에 의해 강도의 저하가 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서는 탄소 당량(CE)의 범위를 3.97~4.13으로 한정하는 것이 바람직하다. 이 때, 탄소 당량(CE)은 탄소 + (규소+인) × 1/3로 정의되며, 그 값은 엔진 실린더 블록 및 헤드의 기계적 성질, 제품의 물성과 품질의 제어를 위해 적절히 조절될 수 있다.According to one embodiment of the invention, the carbon equivalent (CE) is to be 3.97 ~ 4.13. In the cast iron according to the present invention, when the carbon equivalent (CE) is less than 3.97, a chill occurs in a thin-walled part having a thickness of 5 mm or less in cross section, resulting in poor casting and fluidity, and a carbon equivalent ( When CE) exceeds 4.13, the strength decreases due to excessive generation of primary graphite. Therefore, in this invention, it is preferable to limit the range of carbon equivalent (CE) to 3.97-4.13. At this time, the carbon equivalent (CE) is defined as carbon + (silicon +) × 1/3, the value can be appropriately adjusted to control the mechanical properties of the engine cylinder block and head, the physical properties and quality of the product. .

본 발명의 일례에 따르면, 전술한 화학조성을 가진 편상 흑연 주철의 인장강도(Tensile Strength)는 300~350MPa 범위이며, 브리넬 경도값(BHW)은 200~230 정도이다.According to an example of the present invention, the tensile strength of the flaky graphite cast iron having the above-described chemical composition is in the range of 300 to 350 MPa, and the Brinell hardness value (BHW) is about 200 to 230.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 화학조성을 가진 편상 흑연 주철을 적용한 유동성(Fluidity) 시험편의 나선의 길이가 800~850mm 범위이다. 이때 유동성 시험편은 하기 도 2와 같이 도시될 수 있다. According to an example of the present invention, the length of the spiral of the fluidity test piece to which the flake graphite cast iron having the chemical composition is applied is in the range of 800 to 850 mm. In this case, the fluidity test specimen may be shown as shown in FIG. 2.

아울러 본 발명의 편상 흑연 주철은 인장강도가 300MPa 이상인 고강도 소재이므로, 디젤엔진용 부품, 특히 형상이 복잡하여 후육부와 박육부가 동시에 존재하는 엔진 실린더 블록, 엔진 실린더 헤드, 브레이크 디스크 또는 이들 모두에 적용하는 것이 가능하다.In addition, the flaky graphite cast iron of the present invention is a high-strength material having a tensile strength of 300 MPa or more. It is possible to apply.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시된 것으로, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안되며, 본 발명의 사상을 일탈하지 않고 하기의 실시예들로부터 다양한 변형 및 변경이 가능하다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. It is possible.

<실시예 1~5 및 비교예 1~5><Examples 1-5 and Comparative Examples 1-5>

하기 표 1의 조성에 따라 실시예 1~5 및 비교예 1~5에 의한 편상 흑연 주철을 제조하였다. According to the composition of Table 1, flake graphite cast iron according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 were prepared.

구분division CC SiSi MnMn SS PP CrCr SnSn CuCu RERE RE/SRE / S FeFe 실시예1Example 1 3.313.31 2.152.15 0.680.68 0.1570.157 0.0260.026 -- -- -- 0.020.02 0.1270.127 잔량Balance 실시예2Example 2 3.343.34 2.102.10 0.630.63 0.200.20 0.0280.028 -- -- -- 0.020.02 0.0960.096 잔량Balance 실시예3Example 3 3.343.34 2.02.0 0.580.58 0.1800.180 0.0280.028 -- -- -- 0.020.02 0.110.11 잔량Balance 실시예4Example 4 3.313.31 2.02.0 0.650.65 0.200.20 0.0270.027 -- -- -- 0.010.01 0.050.05 잔량Balance 실시예5Example 5 3.393.39 2.212.21 0.660.66 0.1510.151 0.0280.028 -- -- -- 0.030.03 0.20.2 잔량Balance 비교예1Comparative Example 1 3.333.33 2.052.05 0.610.61 0.0810.081 0.0270.027 -- -- -- 0.040.04 0.490.49 잔량Balance 비교예2Comparative Example 2 3.333.33 2.132.13 0.630.63 0.1040.104 0.0280.028 -- -- -- 0.0050.005 0.050.05 잔량Balance 비교예3Comparative Example 3 3.423.42 1.951.95 0.670.67 0.180.18 0.0240.024 -- -- -- 0.0080.008 0.040.04 잔량Balance 비교예4Comparative Example 4 3.383.38 2.12.1 0.670.67 0.080.08 0.0320.032 0.180.18 0.060.06 -- -- -- 잔량Balance 비교예5Comparative Example 5 3.313.31 1.951.95 0.670.67 0.0530.053 0.030.03 0.20.2 0.070.07 0.400.40 -- -- 잔량Balance

먼저 표 1의 조성에 따라 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 황(S), 인(P)이 함유된 원탕을 준비하였다. 이때 원탕을 구성하는 각 성분의 단위는 중량%이다. 인(P)의 경우 취성문제와 수축문제로 인하여 0.04 중량% 이하가 되도록 하였다. First, a raw tea containing carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), sulfur (S) and phosphorus (P) was prepared according to the composition shown in Table 1. At this time, the unit of each component constituting the wontang is weight%. Phosphorus (P) is less than 0.04% by weight due to brittleness and shrinkage problems.

상기와 같이 제조된 주철 용융액 원탕은 탄소 당량 측정기, 분광분석기를 이용하여 원탕의 성분 분석을 완료하였다. 이와 같이 용융된 주철 용융액 원탕에 황(S) 0.15~0.2 중량% 및 희토류 원소(RE) 0.01~0.03 중량%을 조절하여 첨가하였다. 이때 희토류 원소(RE)가 포함되지 않는 비교예 4~5의 경우에는 크롬(Cr), 주석(Sn), 구리(Cu)를 용융액 원탕에 출탕 직전에 적정 중량을 조절하여 첨가하였다. The cast iron melt bath prepared as described above completed a component analysis of the bath using a carbon equivalent meter and a spectrometer. Thus, the molten cast iron melt was added by adjusting the sulfur (S) 0.15 ~ 0.2% by weight and the rare earth element (RE) 0.01 ~ 0.03% by weight. In this case, in the case of Comparative Examples 4 to 5 that do not contain the rare earth element (RE), chromium (Cr), tin (Sn), and copper (Cu) were added to the molten liquid bath just by adjusting the appropriate weight.

이후 상기 주철 원탕을 출탕하기 위한 용기인 래들을 준비하고 출탕하는데, Sr계 접종제를 투입하면서 출탕하였다. 레들에 출탕을 완료한 후 용탕의 온도를 측정하고, 준비된 주형에 용탕을 주입하여 엔진 실린더 블록 및 헤드용 편상 흑연 주철 제품을 제조하였다.Then, to prepare and tap the ladle, which is a container for tapping the cast iron wontang, tapping while adding a Sr-based inoculant. After completion of the tapping on the ladle, the temperature of the molten metal was measured, and the molten metal was injected into the prepared mold to prepare flake graphite cast iron products for the engine cylinder block and the head.

상기 표 1의 조성에 따라 제조된 실시예 1~5 및 비교예 1~5의 주철의 탄소당량, 인장강도, 경도, 및 유동도를 각각 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.Carbon equivalents, tensile strength, hardness, and flow rate of the cast iron of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5 prepared according to the composition of Table 1 were measured and shown in Table 2 below.

구분division 탄소 당량
(C.E.)
Carbon equivalent
(CE)
인장강도
(N/mm2)
The tensile strength
(N / mm 2 )
경도
(HBW)
Hardness
(HBW)
유동도
(mm)
Flow rate
(mm)
실시예1Example 1 4.034.03 308308 227227 845845 실시예2Example 2 4.044.04 302.5302.5 217.7217.7 832832 실시예3Example 3 4.014.01 315.7315.7 209.3209.3 815815 실시예4Example 4 3.983.98 349349 229.7229.7 801801 실시예5Example 5 4.134.13 306.2306.2 207.5207.5 849849 비교예1Comparative Example 1 4.014.01 271271 197.3197.3 795795 비교예2Comparative Example 2 4.044.04 284284 217.3217.3 625625 비교예3Comparative Example 3 4.074.07 253.7253.7 211211 680680 비교예4Comparative Example 4 4.084.08 273.5273.5 191.7191.7 808.5808.5 비교예5Comparative Example 5 3.963.96 305.7305.7 208208 642.5642.5

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, RE/S 비가 0.05~0.2 범위로 조절된 실시예 1~5에 따른 주철의 인장강도는 300~350 MPa 범위이며, 브리넬 경도값은 200~230 HB 범위이며, 유동도는 800mm 이상인 것을 알 수 있었다.As shown in Table 2, the tensile strength of the cast iron according to Examples 1 to 5 in which the RE / S ratio is adjusted to 0.05 ~ 0.2 range is 300 ~ 350 MPa range, Brinell hardness value is 200 ~ 230 HB range, flow The figure was found to be 800 mm or more.

참고로, 비교예 1과 3은 실시예 1~5의 원탕과 동일하고, 단 RE 함량과 RE/S 비가 본 발명의 조성 범위를 벗어난 예이다.For reference, Comparative Examples 1 and 3 are the same as the wontang of Examples 1 to 5, except that the RE content and the RE / S ratio are outside the composition range of the present invention.

비교예 2는 실시예 1~5의 원탕과 동일하고, 단 RE 함량이 본 발명의 조성 범위를 벗어난 예이다.Comparative Example 2 is the same as the wontang of Examples 1 to 5, except that the RE content is outside the composition range of the present invention.

비교예 4는 종래 엔진실린더 블록 및 헤드용 편상 흑연 주철로 사용하고 있는 인장강도 250 MPa급 소재의 일례이다.Comparative Example 4 is an example of a tensile strength 250 MPa class material conventionally used for flake graphite cast iron for engine cylinder blocks and heads.

비교예 5는 종래 엔진 실린더 블록 및 헤드용 고강도 편상 흑연 주철로 사용하고 있는 300MPa급 소재로서, 낮은 유동도를 보이는 일례이다.Comparative Example 5 is a 300 MPa class material conventionally used for high strength single-strand graphite cast iron for engine cylinder blocks and heads, and is an example showing low fluidity.

Claims (14)

(i) 전체 중량%에 대하여 탄소(C) 3.3~3.4 중량%, 규소(Si) 2.0~2.2 중량%, 망간(Mn) 0.6~0.8 중량%, 인(P) 0.04 중량% 이하, 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 주철 재료를 용광로에서 용융하여 주철 원탕을 제조하는 단계;
(ⅱ) 상기 용융된 주철 원탕에 황(S) 0.15~0.2 중량% 및 희토류 원소(RE) 0.01~0.03 중량%을 조절하여 첨가하는 단계;
(ⅲ) 레들로 출탕되는 상기 주철 원탕에 Sr계 접종제를 접종처리하는 단계; 및
(ⅳ) 상기 접종처리된 주철 용융액을 사형에 주입하는 단계
를 포함하는 편상 흑연 주철의 제조방법.
(i) 3.3 to 3.4 wt% of carbon (C), 2.0 to 2.2 wt% of silicon (Si), 0.6 to 0.8 wt% of manganese (Mn), 0.04 wt% or less of phosphorus (P), and the balance of Melting the cast iron material including iron (Fe) in a blast furnace to produce a cast iron wontang;
(Ii) adding 0.15 to 0.2% by weight of sulfur (S) and 0.01 to 0.03% by weight of rare earth element (RE) to the molten cast iron wontang;
(Iii) inoculating the Sr-based inoculant on the cast iron wontang which is tapping into the ladle; And
(Iii) injecting the inoculated cast iron melt into a mold;
Method for producing flake graphite cast iron comprising a.
제1항에 있어서, 상기 희토류 원소(RE) 함량의 상기 황(S) 함량에 대한 비(RE/S)는 0.05 내지 0.2 범위로 조절되는 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철의 제조방법.The method of claim 1, wherein the ratio (RE / S) of the rare earth element (RE) to the sulfur (S) content is controlled in a range of 0.05 to 0.2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (ⅱ)의 주철 원탕은 용광로에서 용융된 주철 원탕(i)에 황(S) 0.15~0.2 중량%를 투입하여 용융시킨 후, 희토류 원소(RE) 0.01~0.03%를 투입하여 제조되는 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철의 제조방법.The method of claim 1, wherein the cast iron wontang of the step (ii) is melted by adding 0.15 to 0.2% by weight of sulfur (S) to the molten cast iron won (i) in the furnace, 0.01 to 0.03% rare earth element (RE) Method for producing flake graphite cast iron, characterized in that it is prepared by adding a. 제 1항에 있어서, 상기 희토류 원소(RE)는 주철 원탕과 직접적으로 접촉하지 않은 상태로 주철 원탕에 투입되는 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철의 제조방법.The method of claim 1, wherein the rare earth element (RE) is introduced into the cast iron wontang without being in direct contact with the cast iron wontang. 제1항에 있어서, 상기 희토류 원소(RE)는 주철 원탕과의 직접 접촉을 방지하는 접촉방지부재의 내부에 구비되어 주철 원탕에 투입되는 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철의 제조방법. The method of claim 1, wherein the rare earth element (RE) is provided inside a contact preventing member that prevents direct contact with the cast iron wontang and is introduced into the cast iron wontang. 제1항에 있어서, 상기 주철 원탕에서 탄소 당량(CE: Carbon Equivalent)은 3.97~4.13 범위인 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철의 제조방법.The method of claim 1, wherein the carbon equivalent (CE: Carbon Equivalent) in the cast iron wontang is characterized in that the range of 3.97 ~ 4.13. 제1항에 있어서, 상기 출탕 온도는 1520±10℃ 범위로 조절되는 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철의 제조방법.The method of claim 1, wherein the tapping temperature is controlled to be in the range of 1520 ± 10 ℃. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 편상 흑연 주철.The flaky graphite cast iron produced by the method according to any one of claims 1 to 7. 제8항에 있어서, 상기 주철은 전체 중량%에 대하여 탄소(C) 3.3~3.4 중량%, 규소(Si) 2.0~2.2 중량%, 망간(Mn) 0.6~0.8 중량%, 황(S) 0.15~0.2 중량%, 희토류 원소(RE) 0.01~0.03 중량%, 인(P) 0.04 중량% 이하, 및 100 중량%를 만족시키는 잔량의 철(Fe)을 포함하며,
상기 희토류 원소(RE) 함량의 상기 황(S) 함량에 대한 비(RE/S)가 0.05 내지 0.2 범위의 조성을 지닌 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철.
According to claim 8, wherein the cast iron is carbon (C) 3.3 to 3.4% by weight, silicon (Si) 2.0 to 2.2% by weight, manganese (Mn) 0.6 to 0.8% by weight, sulfur (S) 0.15 ~ 0.2% by weight, 0.01 to 0.03% by weight of rare earth elements (RE), 0.04% by weight or less of phosphorus (P), and a residual amount of iron (Fe) that satisfies 100% by weight,
Particle graphite cast iron, characterized in that the ratio of the rare earth element (RE) to the sulfur (S) content (RE / S) has a composition in the range of 0.05 to 0.2.
제8항에 있어서, 인장강도(Tensile Strength)가 300~350 MPa인 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철.The flaky graphite cast iron according to claim 8, wherein the tensile strength is 300 to 350 MPa. 제 8항에 있어서, 유동성(Fluidity) 시험편의 나선의 길이가 800~850 mm인 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철.The flaky graphite cast iron according to claim 8, wherein the length of the spiral of the fluidity test piece is 800 to 850 mm. 제 8항에 있어서, 탄소 당량(CE: Carbon Equivalent)이 3.97~4.13인 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철.The planar graphite cast iron according to claim 8, wherein the carbon equivalent (CE) is 3.97 to 4.13. 제 8항에 있어서, 브리넬 경도값(BHW)이 200~230 범위인 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철.The planar graphite cast iron according to claim 8, wherein the Brinell hardness value (BHW) is in the range of 200 to 230. 제8항에 있어서, 실린더 헤드, 실린더 블록, 또는 브레이크 디스크용 주철인 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철.The flaky graphite cast iron according to claim 8, which is a cast head for a cylinder head, a cylinder block, or a brake disc.
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