KR20150083998A - 두꺼운 주철 부품을 위한 접종 합금 - Google Patents

두꺼운 주철 부품을 위한 접종 합금 Download PDF

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KR20150083998A
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Abstract

본 발명은 0.005 내지 3 중량%의 희토류를 함유하는, 두꺼운 페로실리콘계 주철 부품을 처리하기 위한 접종 합금으로서, 0.2 내지 2 중량%의 안티모니를 또한 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

두꺼운 주철 부품을 위한 접종 합금{INOCULANT ALLOY FOR THICK CAST-IRON PARTS}
본 발명은 주철을 처리하기 위한 접종 합금에 관한 것이다.
주철은 기계 부품 제조용으로 널리 사용되는 잘 알려진 철-탄소 합금이다. 주철은 주형 내에서의 주조 전에 1320 내지 1450 ℃의 온도에서 액체 상태로 합금 성분을 혼합하고, 얻어진 합금을 냉각함으로써 얻어진다.
냉각 시, 탄소는 여러 가지 파라미터에 따라 여러 가지 물리화학적 조직을 취할 수 있다.
탄소가 철과 결합하여 철 탄화물 Fe3C(시멘타이트라고도 함)를 형성하는 경우, 얻어지는 주철은 백주철이라고 불린다. 백주철은 일부의 용도를 위해 바람직하지 않은 경성 및 취성의 특징을 갖는다.
탄소가 흑연의 형태로 발현되는 경우, 얻어지는 주철은 회주철이라고 불린다. 회주철은 연성을 가지므로 가공될 수 있다.
그러므로 우수한 기계적 특성을 갖는 주철 부품을 얻기 위해, 흑연의 형태로 최대의 탄소를 포함하는 주철의 조직을 얻고, 합금을 경화 및 취화시키는 철 탄화물의 형성을 가능한 많이 제한하는 것이 필요하다.
임의의 특정 접종 처리를 하지 않는 경우, 탄소는 철과 결합하여 철 탄화물을 형성하는 경향을 갖는다. 그러므로, 탄소의 관련 파라미터를 개변시킴으로써 원하는 조직을 얻도록 액체 상태에서 주철을 처리하는 것이 필요하다.
이 목적을 위해, 액체 주철은 주철이 주형 내에서 냉각될 때 철 탄화물보다 흑연의 출현을 촉진시키는 일반적으로 배아(germ)라고 불리는 주철 흑연화 성분 또는 흑연화 담체를 도입하는 것을 목적으로 하는 접종 처리를 받는다.
그러므로 일반적으로 접종제의 성분은 주철의 응고 중에 흑연의 형성 및 철 탄화물의 분해를 촉진시키는 원소로 이루어진다. 예는 탄소, 규소, 칼슘, 알루미늄 등을 포함할 수 있다.
물론, 접종제는 다른 기능을 만족시키도록 설계될 수 있고, 이 목적을 위해 특정 효과를 갖는 다른 성분을 포함할 수 있다. 주철은 또한 추가의 전처리 또는 후처리를 받을 수 있다.
따라서, 요구되는 특성에 따라, 형성된 흑연은 구상, 연충상(vermicular) 또는 박판상인 것이 특히 바람직할 수 있다.
어떤 흑연 형태도 특정 성분에 의한 주철의 특정 처리에 의해 바람직하게 얻어질 수 있다.
따라서, 예를 들면, 흑연이 성장하여 구상 입자(구상체 또는 결절)을 형성할 수 있도록 충분한 양의 마그네슘을 포함하는 주철을 제공하는 것을 주 목적으로 하는 결절제(nodularizer) 처리라고 불리는 처리에 의해 구상 흑연의 형성이 촉진될 수 있다.
일반적으로 이들 결절제 성분은 특정 처리 중에 주철의 접종제 처리 전에 특정 합금(결절제 합금)의 형태로 첨가된다.
따라서, 결절제 합금은 본질적으로 흑연 결절의 형상에 영향을 줄 수 있고, 반면에 접종제 생성물은 이들 결절의 수를 증가시키는 것과 흑연 조직을 균질화하는 것을 목적으로 한다.
탈황 생성물 또는 냉각 중에 발현될 가능성이 있는 미소-수축 및 핀홀과 같은 액체 주철욕의 초기 조성에 따른 주철의 일부의 결함을 확실하게 처리할 수 있는 생성물에 대해서도 언급할 수 있다.
이들 처리는 동시에 또는 수 차례에 걸쳐, 그리고 주철의 제조 중에 상이한 순간에 수행될 수 있다.
전통적으로 대부분의 접종제는 목적으로 하는 접종제의 조성에 따라 화학적 성질을 조절하면서 FeSi45, FeSi65 또는 FeSi75과 같은 페로실리콘 합금으로 제조된다. 이것 또한 여러 가지 합금의 혼합물로 이루어질 수 있다.
주철 부품의 접종 효율도 그 두께(또는 응고 속도)에 의존한다는 것에 유의해야 한다.
더 신속하게 냉각되는 작은 두께를 갖는 영역에서 탄화물 형성의 위험성이 더 높아진다는 것을 알 수 있을 것이다.
반대로, 더 큰 두께를 갖는 영역에서는 냉각이 더 느려질 것이고(2 내지 4 시간), 흑연의 형성은 촉진될 것이다.
그 결과, 상이한 두께의 영역을 갖는 부품은 영역마다 상이한 물리화학적 조직을 가질 수 있고, 이것은 바람직하지 않다.
더욱이, 더 큰 두께를 갖는 영역에서의 발아를 제어하는 것은 여전히 어렵고, 비균질 조직을 초래할 수 있다.
큰 두께를 갖는 부품에서, 접종 방법이 제어되지 않은 경우, 변성 흑연 및/또는 "천키(chunky)" 흑연은 주철의 기계적 특성을 약화시킬 수 있다. 이들 결함을 해결하기 위해, 일반적으로 제련업자는 액체 금속 내에 순수한 안티모니의 첨가를 실시한다.
액체 금속 내에 순수한 안티모니의 첨가는 그 도입의 속도가 매우 느리므로(액체 주철 1 톤 당 약 10 내지 30g) 정확도 문제를 일으킨다. 순수한 안티모니의 첨가 효율은 50 내지 80%이므로 효과적인 도입량은 제어하기가 어렵다.
만일 그 양이 충분하지 않으면, 분해된 흑연이 조직 내에 형성될 수 있다.
반대로, 만일 도입량이 목표치를 초과하면, 안티모니는 펄라이트 비율을 크게 증가시키는 경향을 가지고, 이 상(phase)은 페라이트 조직에서 바람직하지 않다.
순수한 안티모니의 첨가의 경우, 제련업자는 흑연의 형태의 최대의 향상을 달성하기 위해 희토류(약칭 RE)를 더 결합시켜야 한다. 유사하게, 만일 희토류의 양이 충분하지 않으면, 부품은 "스파이키(spiky)"형 흑연 결함을 가질 것이다. 반대로, 만일 희토류가 다량으로 투여되면, 흑연 결합은 오히려 "천키"형이 될 것이고, 이것은 본질적으로 사용된 원료 재료가 비교적 순수한 것일 때 발생한다.
이들 "스파이키" 또는 "천키"형 흑연 결함은 주철의 기계적 특성, 특히 형성된 부품의 인장 강도 및 내충격성을 열화시킨다.
더욱이, 액체 주철 내에 순수한 안티모니의 도입은 그것의 기화를 유발하므로 심한 기체 발생을 초래한다. 순수한 안티모니의 첨가의 경우, 작업 환경에서의 안티모니의 배출의 한계치는 노출 제한치(법규에 의해 설정되는 ELV)인 0.5 mg/m3를 초과한다. 그러므로, 작업자는 N95계 이상의 입자로부터 보호를 위해 호흡기를 착용하고 작업해야 한다.
작은 두께를 갖는 부품의 처리는 이미 특정 접종제의 개발을 위해 고려되어 왔다. 문헌 FR2511044A1, FR2855186A1 및 EP0816522A1은 이와 같은 얇은 부품을 위한 접종제를 설명하고 있다.
이들 문헌에 따르면, 이와 같은 얇은 부품을 위한 접종제는 특히 페로실리콘계 접종 합금을 포함하고, 0.005 내지 3 중량%의 희토류, 특히, 란타넘 뿐만 아니라 0.005 내지 3 중량%의 비스무스, 납 또는 안티모니를 포함하고, 희토류/(비스무스 + 납 + 안티모니)의 비율은 0.9 내지 2.2이고, 비스무스가 특히 바람직하고, 이들 문헌의 설명은 비스무스만을 취급한다.
이들 문헌은 단지 일반적 방식으로의 안티모니의 사용을 개시하고, 이들 문헌은 이 원소에 관련되는 특정 실시예나 특정 값을 포함하고 있지 않다는 것에 유의해야 한다.
안티모니의 사용을 언급하는 다른 문헌 중에서 다음의 문헌을 인용할 수 있다.
문헌 WO2006/068487A1은 안티모니로 이루어질 수 있는 흑연의 조질을 개질하기 위한 작용물질과 관련되는 상-개질용 성분(접종제 기능)을 포함하는 접종제를 설명한다. 이 조직-개질용 작용물질은 접종제 화합물(페로실리콘)과의 혼합물로서 사용되고, 화합된 형태로 사용되지 않는다는 것에 유의해야 한다. 더욱이, 안티모니는 위에서 언급된 바와 같이 일반적으로 바람직하지 않은 상인 펄라이트 촉진제로서 분명히 언급되어 있다. 사용된 안티모니의 양은 3 내지 15%이고, 이것은 형성된 펄라이트 비율의 원점에서 다분히 상당한 양에 해당한다.
문헌 JP2200718A는 페로실리콘, 안티모니, 칼슘 규화물 및 희토류의 혼합물로 이루어지는 접종제를 설명한다. 안티모니는 화합된 형태로 사용되지 않는다.
문헌 JP57067146A는 5 내지 50 중량%의 안티모니 및 최대 10%의 희토류를 포함하는 페로실리콘계 합금을 설명한다. 안티모니의 높은 비율 이외에 이 합금은 펄라이트 억제제로서 사용되고, 접종제로서 사용되지 않는다.
또한 안티모니의 결절제 기능(흑연 형태)을 다루는 여러 가지 논문 및 문헌이 있고, 이것은 근본적인 목적이 아니고, 접종 문제(결절의 수 및 양)를 해결하지 못한다. 더욱이, 이것은 대부분의 경우 화합된 형태가 아닌 혼합된 형태로의 안티모니의 사용으로 이루어져 있다.
그러므로, 두꺼운 부품의 처리를 향상시킬 수 있는 접종 합금을 위한 요구가 존재한다.
이를 수행하기 위해, 본 발명은 0.005 내지 3 중량%의 희토류를 함유하는, 두꺼운 페로실리콘계 주철 부품을 처리하기 위한 접종 합금을 목적으로 하는 것으로서, 0.2 내지 2 중량%의 안티모니를 또한 함유하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 실제로 예상 외로 안티모니는, 청구된 비율에 따라 페로실리콘계 합금 내의 희토류에 화합되었을 때, 순수한 안티모니의 위에서 언급된 결점 없이 안정화된 구상체로 두꺼운 부품의 효과적 접종을 가능하게 한다는 것이 관찰되었다.
특히, 합금의 형태로 안티모니를 도입하면 약 97 내지 99%로 안티모니의 높은 사용 효율을 달성할 수 있다. 그러므로, 효과적인 도입량을 훨씬 정확하게 알 수 있다.
따라서, 효율의 증대는 생성물의 결제를 가능하게 하고, 희토류를 포함하는 생성물 첨가의 관리를 단순화한다.
이러한 효율의 증대 및 대기 중에서의 기체 방출의 동시적 감소로 인해 이러한 첨가를 담당하는 작업자를 위한 작업 조건도 개선된다.
본 발명에 따른 합금을 사용하면 0.1 내지 0.2 mg/m3에서 안티모니의 기체 발생을 제한할 수 있고, 호흡기 마스크의 사용은 더 이상 필요하지 않다.
또한 안티모니/희토류 결합은 안티모니의 감쇠 시간을 상당히 연장시키는 것을 알 수 있을 것이다. 그러므로, 생성된 효과는 완료된 주조 공정에서 더 오래 지속된다. 안티모니 감쇠 시간은 얇은 부품을 위한 접종 합금에서 비스무스 감쇠 시간보다 길다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 출원에 따른 합금은, 레이들 첨가 또는 노 첨가 시, 이것에 의해 추가 제트(jet) 또는 후기(late) 접종을 대체하고 심지어 억제할 수 있다.
또한 본 출원에 따른 합금은 특히 "천키" 또는 "스파이키"형 흑연 결함의 형성을 크게 제한하고 심지어 방지할 수 있을 뿐만 아니라 구상체를 완전 구형에 근접시킴과 동시에 95%를 초과하는 결절형성을 보장함으로써 흑연의 형태를 향상시킬 수 있다.
따라서 본 출원에 따른 합금은 제조된 부품의 상이한 두께의 전체에 걸쳐 균질의 페라이트/펄라이트 매트릭스를 보장할 수 있고, 특히 이것은 부품의 후속 기계가공의 조건을 개선시켜 준다.
바람직하게, 안티모니 대 희토류의 비는 1.4를 초과 2.5 미만이고, 바람직하게는 1.6을 초과 2 미만이다.
제 1 변형례에 따르면, 접종 합금은 또한 마그네슘을 포함한다. 그러면 이것은 추가적 접종제 효과를 갖는 결절제이다.
예상외로, 특히 이미 사용되는 비스무스와 달리 안티모니는 주철 내에 도입되는 마그네슘의 더 우수한 효율을 달성할 수 있다는 것이 관찰되었다.
비스무스에 관하여, 비스무스는 주철 내의 마그네슘의 침전(decantation)를 가속화시키고, 그 결과 박판상 흑연을 구상 흑연으로 변형시키는 작용을 하는 더 활성인 마그네슘을 상실한다는 것이 알려졌다. 본 발명에 따른 결절제의 형태로의 안티모니의 더 우수한 동화작용으로 인해 1350℃ 내지 1580℃에서 잔류 마그네슘의 우수한 안정성이 보장될 수 있다.
제 2 변형례에 따르면, 접종 합금은 마그네슘을 함유하지 않는다.
바람직하게, 희토류 대 안티모니의 비는 0.9 내지 2.2이다.
바람직하게, 안티모니의 중량비는 0.3%를 초과하고, 바람직하게는 0.5%를 초과하고, 더 바람직하게는 0.8%을 초과한다.
바람직하게, 안티모니의 중량비는 1.5% 미만이고, 바람직하게는 1.3% 미만이다.
유리하게는, 희토류는 란타넘을 포함하고, 바람직하게는 란타넘만 포함한다.
바람직하게, 희토류의 중량비는 0.2%를 초과하고, 바람직하게는 0.3%을 초과한다.
바람직하게, 희토류의 중량비는 1.2% 미만이고, 바람직하게는 1% 미만이다.
본 발명은 본 발명에 따른 접종제의 사용에 관한 것이다.
제 1 사용 변형례에 따르면, 상기 접종제는 분말의 형태에 도입된다.
이것에 관련하여 문헌 FR2511044A1 및 EP0816522A1에 설명된 생성물의 결점은 접종제의 보관 중에 시간의 경과에 따라 그 결정립의 크기 분포의 열화였다는 것에 주목해야 한다. 본 발명에 따른 접종제는 일부의 조건에서 결정립 크기 분포에서 높은 안정성을 보였다.
제 2 변형례에 따르면, 상기 접종제는 주조 주형 내에 설치되는 고체 삽입물의 형태로 도입된다.
바람직하게, 본 발명에 따른 접종제의 용도는 6 mm를 초과하는 두께를 구비하는 부분, 바람직하게는 20 mm를 초과하는 두께를 구비하는 부분, 그리고 더 바람직하게는 50 mm를 초과하는 두께를 구비하는 부분을 갖는 주철 부품을 제조하기 위한 목적을 갖는다.
본 발명은 이하의 설명 및 실시예에 비춰보면 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 접종제는 전형적으로 주철욕의 접종에 관련하여 사용된다. 이것은 또한 상기 주철 뿐만 아니라 적절한 경우 결절제를 전처리하기 위해서 사용될 수 있다.
접종제의 전형적 용도에 관련하여, 본 발명에 따른 접종 합금의 조성은 예를 들면 다음을 포함한다.
원소 양 (중량%)
Si 45 - 80
Ca 0.5 - 4
Al 0.5 - 3
Sb 0.2 - 2
희토류 (란타넘 포함) 0.2 - 3
철 잔부
접종 합금 - 조성 1
물론, 접종제는 요구되는 특성에 따라 특정 효과를 유발하는 추가의 원소를 또한 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 이것은 철-주물의 전처리에 관련하여 해당될 수 있다.
실시예로서, 따라서 접종 합금은 다음의 조성을 가질 수 있다.
원소 양 (중량%)
Si 45 - 80
Ca 0.5 - 8
Al 0.5 - 3
Sb 0.2 - 2
희토류 (란타넘 포함) 0.2 - 3
Ba 2 - 15
Mn 2 - 6
Zr 2 - 6
철 잔부
접종 합금 - 조성 2
전형적으로 접종 처리는 특히 실시예로서 주어지는 다음의 조건 하에서 주철욕에 0.05 (바람직하게는 적어도 0.1%) 내지 0.8 중량% 의 접종제를 첨가하는 것이다.
- 노심용융 in the 유도로 내에서의 노심용융(meltdown) 시
- 마그네슘을 이용한 결절제 처리 전, 더 상세하게는 이 처리의 1 내지 5 분 전
- 후속되는 "샌드위치" 또는 "턴시치-커버(Tunsich-cover)"형 처리의 커버로서
- 주조로 내에서
- 2 개의 레이들(특히 이동 및 주조) 사이에서의 이동 중에
- 전처리용 접종제는 특히 코어형 와이어의 형태로 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 접종제의 결정립 크기 분포는 그 첨가의 방법에 따라 변화될 수 있다.
실시예는 다음을 포함할 수 있다.
- 유도로 내의 첨가: 최대 약 40 mm의 결정립 크기 분포
- 유도로와 주조용 레이들 사이의 첨가: 약 10 내지 약 30 mm의 결정립 크기 분포.
- 주조용 베이슨(basin) 내의 첨가: 약 0.4 내지 약 2 mm의 결정립 크기 분포.
- 주형 내에서의 주조 전에 첨가: 약 0.2 내지 약 0.5~2 mm의 결정립 크기 분포.
- 주조 주형 내에 설치되는 접종제 삽입물의 형태로의 첨가: 예를 들면, 20g, 40g, 60g, 80g, 300g, 800g, 2kg, 5kg, 10kg, 20kg 및 50kg의 삽입물.
접종 합금은 또한 합금(특히 1.5 내지 5 중량%의 Ba alc 0.5 내지 2 중량%의 Ca)의 화학적 성질을 조절한 후, 주조 주형을 충만시키기 전이나 제이들 또는 후기 접종 중에 접종제로서 성공적으로 첨가될 수 있다.
본 발명에 따른 접종 합금을 이용한 처리 후의 주철의 금속학적 상태에 따라 후 접종(post-inoculation) 단계를 억제하는 것이 가능하다. 실제로, 안티모니의 작용을 이용하여 긴 시간 기간 동안 접종 효과를 유지하면 후기 접종 처리를 상당히 감소시킬 수 있고, 심지어 후기 접종 처리를 억제할 수 있다. 예를 들면, Bi/RE 쌍을 함유하는 접종제를 첨가할 때, 접종 효과는 최초의 4 분 동안에 30%를 상실한다. 따라서, 접종제의 후기 단계 첨가는 달성될 접종 효과의 100%를 회수하기 위해 필수가 된다. 이것은 본 발명에 따른 접종제의 경우에는 해당되지 않는다.
추가적 접종제 기능을 갖는 결절제로서의 용도에 관련하여, 이 합금의 조성은 또한 마그네슘을 포함한다. 실시예로서, 접종제 기능을 갖는 이와 같은 결절제 합금의 조성은 다음과 같을 수 있다.
원소 양 (중량%)
Si 30 - 60
Ca 0.2 - 5
Al 0.2 - 3
Sb 0.1 - 2
희토류 (란타넘 포함) 0.1 - 3
Mg 3 - 12
철 잔부
접종제 효과를 갖는 결절제 합금 - 조성 3
본 발명에 따른 (특히 접종제 기능을 갖는) 결절제의 결정립 크기 분포는 처리 레이들의 크기에 따라 변화된다. 예를 들면, 100 내지 500 kg의 주철을 수용한 레이들의 경우, 약 0.4 내지 약 2 mm, 심지어 최대 7 mm의 결정립 크기 분포가 선호된다. 500 내지 1000 kg의 주철을 수용한 레이들의 경우, 약 2 내지 약 7 mm, 또는 약 10 내지 약 30 mm의 결정립 크기 분포가 선호된다. 1000 kg을 초과하는 주철을 수용하는 레이들의 경우, 약 10 내지 약 30 mm의 결정립 크기 분포가 선호된다.
이하 사용의 실시예를 설명한다.
실시예 1: 주물 A - 8 mm 의 두꺼운 부품.
대조 주물 (A1)
종래 기술에 따라, 액체 주철 1 톤 당 안티모니 30 g의 비율로 순수한 안티모니를 유도로 내에 첨가하여 액체 주철을 처리하였다.
그 후, 2%의 희토류를 함유하는 FeSiMg 합금을 1/3 그리고 희토류를 함유하지 않는 FeSiMg 합금을 2/3 포함하는 FeSiMg형 결절제 합금을 이용하여 주철에 결절제 처리를 실시하였다.
마지막으로, 주조용 베이슨 내에서 0.1 중량%의 FeSiMnZr 합금 및 0.1%의 FeSiAl 합금을 첨가함으로써 주철에 접종 처리를 실시하였고, 이 접종 합금은 주형 내의 접종제 삽입물의 형태로 첨가되었다.
본 발명에 따른 접종 합금의 사용 (A2)
(중량비로) Si = 65% Si, Ca = 1.76% Ca, Al = 1.23%, Sb = 0.15%; RE = 0.16%, Ba = 7.9%를 함유하는 위에서 언급된 조성 2에 따른 접종 합금을 주철의 0.15 중량%의 비율로 사용하였다.
순수한 안티모니의 첨가의 단계는 억제되었고, 결절제 처리는 희토류를 함유하지 않는 FeSiMg 결절제 합금만을 사용함으로써 단순화되었다.
A1 (대조) A2 (출원)
흑연 결절형성 95% 98%
주철의 매트릭스 (% 펄라이트) 8% 3%
연신율 15% 18%
비교 결과
본 출원에 따른 접종제를 이용하여 처리된 주조 A는 EN-GJS-400-15 등급의 시험용 시료에 대해 인장 연신율의 증가를 보였다.
실시예 2: 주물 B - 200 mm 의 두꺼운 부품.
대조 주물 (B1)
종래 기술에 따라, 액체 주철 1 톤 당 안티모니 20 g의 비율로 순수한 안티모니를 유도로 내에 첨가하여 액체 주철을 처리하였다.
그 후, 1 중량%의 희토류를 포함하는, 그리고 코어형 와이어의 형태로 주철 내에 도입되는 FeSiMg형 결절제 합금을 이용하여 주철에 결절제 처리를 실시하였다.
마지막으로, 주조용 베이슨 내에서 0.15 중량%의 FeSiBiRE 합금을 첨가함으로써 주철에 접종제 처리를 실시하였다.
본 출원에 따른 접종 합금의 사용 (B2)
전과 같이 Si = 65% Si, Ca = 1.76% Ca, Al = 1.23%, Sb = 0.15%, RE = 0.16%, Ba = 7.9%를 함유하는 위에서 언급된 조성 2에 따른 접종 합금을 주철의 0.15 중량%의 비율로 사용하였다.
순수한 안티모니의 첨가의 단계는 억제되었고, 결절제 처리는 희토류를 함유하지 않는 (또한 코어형 와이어의 형태로 도입되는) FeSiMg 결절제 합금만을 사용함으로써 단순화되었다.
B1 (대조) B2 (출원)
흑연 결절형성 91% 97%
주철의 매트릭스 (% 펄라이트) 4% 3%
"천키" 흑연 결함 15% 0%
-20℃에서의 복원력 7 J 12 J
비교 결과
내충격성 결과에 관하여,주철 B2는 요구조건에 부합하는 결과를 달성하였다.
실시예 3: 주물 C - 얇은 부품 (두께는 6 mm 미만이다).
대조 주물 ( C1 )
종래 기술에 따라, 액체 주철 1 톤 당 안티모니 25 g의 비율로 순수한 안티모니를 유도로 내에 첨가하여 액체 주철을 처리하였다.
그 후, 6.7 중량%의 마그네슘 뿐만 아니라 1.2%의 칼슘 및 0.98%의 희토류를 포함하는 FeSiMg형 결절제 합금을 이용하여 주철에 결절제 처리를 실시하였다.
마지막으로, 0.2 내지 5 mm의 결정립 크기 분포를 갖는 0.12 중량%의 FeSiMnZrBa 합금을 첨가함으로써 주철에 후기 접종 처리를 실시하였다.
결절제 기능을 갖는 본 출원에 따른 접종 합금의 사용 ( C2 )
위에서 언급된 조성 3에 따른 접종제 기능을 구비하는 결절제 합금이 사용되었다.
이전의 실시예와 같이, 순수한 안티모니의 첨가의 단계는 억제되었다.
본 출원의 조성 3에 따라 6.4 중량%의 마그네슘 뿐만 아니라 1.3%의 칼슘, 0.6%의 안티모니 및 1.2%의 희토류를 포함하는 FeSiMg 합금을 이용하여 결절제 처리가 수행되었다.
0.09%의 FeSiAlCa 합금 및 0.009%의 FeSiMnZrBa 합금으로 후기 접종 방법에 따라 상보적 접종이 수행되었다.
C1 (대조) C2 (출원)
흑연 결절형성 93% 98%
주철의 매트릭스 (% 펄라이트) 15% 4/5%
"천키" 흑연 결함 4% 0%
비교 결과
본 출원에 따른 결절제를 사용하는 경우, 모든 제어된 부품에서 "천키" 흑연 결함이 사라졌음을 알 수 있었다.
따라서, 더 경제적인 FeSiAlCa형 접종제를 사용하여 추가적 접종(후기 접종)을 실행할 수 있었다.
실시예 4: 주물 D - 거대 부품.
대조 주물 ( D1 )
종래 기술에 따라, 액체 주철 1 톤 당 안티모니 30 g의 비율로 순수한 안티모니를 유도로 내에 첨가하여 액체 주철을 처리하였다.
그 후, 9.1 중량%의 마그네슘 뿐만 아니라 1.4%의 칼슘 및 1.1%의 희토류를 포함하는 FeSiMg형 결절제 합금을 이용하여 주철에 결절제 처리를 실시하였다.
마지막으로, 주철 1 톤 당 FeSiMnZr 접종 합금의 삽입물 10 kg을 첨가하여 주철에 접종 처리를 실시하였다.
본 출원에 따른 접종 합금의 사용 ( D2 )
Si = 65% Si, Ca = 1.76% Ca, Al = 1.23%, Sb = 0.15%, RE = 0.16%, Ba = 7.9%를 함유하는 위에서 언급된 조성 2에 따른 접종 합금이 대조와 동일한 방식으로 10kg의 삽입물의 형태로 사용되었다.
이전의 실시예와 같이, 순수한 안티모니의 첨가의 단계는 억제되었다.
대조와 동일한 합금을 이용하여, 즉 9.1 중량%의 마그네슘 뿐만 아니라 1.4%의 칼슘 및 1.1%의 희토류를 포함하는 FeSiMg형 결절제 합금을 이용하여 결절제 처리가 수행되었다.
D1 (대조) D2 (출원)
흑연 결절형성 92% 97%
주철의 매트릭스 (% 펄라이트) 5/10% 0/5%
"천키" 흑연 결함 2% 0%
인장 강도
연신율		 370 MPa
18%		 420 MPa
22%
-20℃에서의 내충격성 10 J 14 J
비교 결과
주철 D는 특히 풍력 분야에서 사용되는 주철 EN-GJS-400-18-LT 등급의 제조를 가능하게 한다. 본 출원에 따른 접종제의 사용은 내충격성의 상당한 증가를 가능하게 하였다.
실시예 5: 주물 E - 얇은 부품 + 결절제 처리
대조 주물 ( E1 )
9.1 중량%의 마그네슘 뿐만 아니라 0.8%의 비스무스 및 0.7%의 희토류를 포함하는 FeSiMg형 결절제 합금을 이용하여 액체 주철에 결절제 처리를 실시하였다.
그 후, 0.2 내지 5 mm의 결정립 크기 분포를 갖는 0.18%의 FeSiMnZr 합금을 첨가함으로써 주철에 후기 접종 방법에 따른 접종 처리를 실시하였다.
결절제 기능을 갖는 본 출원에 따른 접종 합금의 사용 ( E2 )
위에서 언급된 조성 3에 따른 결절제 합금이 사용되었다. 사용된 합금은 9.1%의 마그네슘 뿐만 아니라 0.75%의 안티모니 및 0.5%의 희토류를 포함하는 FeSiMg형 합금이다.
그 후, 0.2 내지 5 mm의 결정립 크기 분포를 갖는 0.17%의 FeSiMnZr 합금을 첨가함으로써 주철에 후기 접종 방법에 따른 추가의 접종 처리를 실시하였다.
E1 (대조) E2 (출원)
흑연 결절형성 91% 95%
"천키" 흑연 결함 2% 0%
Mg 효율 54% 69%
비교 결과
위에서 언급된 바와 같이, 비스무스를 안티모니로 대체함으로써 주철 E 내의 마그네슘의 효율이 향상되는 것이 관찰되었다.
실시예 6: 거대 부품의 주물 D.
대조 주물(F1) 및 본 출원에 따른 접종 합금을 사용하는 시험(F2)이 거대 부품을 접종함으로써 실시예 4 및 주물 D 에 따라 실현되었다.
F1 (대조) F2 (출원)
Sb 효율 67% 98%
비교 결과
달성된 높은 효율로 인해 첨가되는 안티모니의 양을 더 양호하게 제어할 수 있음이 관찰되었다. 주조 F2는 첨가될 안티모니의 투여량을 31.5%만큼 감소시킴으로써 상당한 경제성을 가능하게 한다.
실시예 7: 거대 부품의 주물 D
대조 주물(G1) 및 본 출원에 따른 접종 합금을 사용하는 시험(G2)이 거대 부품을 접종함으로써 실시예 4 및 주조 D 에 따라 실현되었다.
G1 (대조) G2 (출원)
8 시간 내의 Sb 유리 0.7 mg/m3 0.1 mg/m3
비교 결과
본 출원에 따른 접종제로 인해 안티모니 유리는 상당히 제한되고, 규제된 한계치 0.5 mg/m3보다 훨씬 적다는 것이 관찰되었다. 이것에 의해 조건이 개선된다.
실시예 8: 주물 H - 150 mm 의 두꺼운 부품.
대조 주물 ( H1 )
종래 기술에 따라, 액체 주철 1 톤 당 안티모니 15 g의 비율로 순수한 안티모니를 유도로 내에 첨가하여 액체 주철을 처리하였다.
그 후, 결절제 코어형 와이어(13 mm의 직경, 32%의 Mg, 1.2%의 RE, 230 g/m의 분말)을 이용하여 주철에 결절제 처리를 실시하였다.
마지막으로, 주조 제트(jet)에 0.15 중량%의 FeSiMnZr 합금을 첨가함으로써 주철에 후기 접종 처리를 실시하였다.
본 출원에 따른 접종 합금의 사용 ( H2 )
[Si = 64% Si, Ca = 1.64% Ca, Al = 1.15%, Sb = 0.5%, RE = 0.3%을 함유하는] 위에서 언급된 조성 1에 따른 접종 합금을 주철의 0.2 중량%의 비율로 사용하였다.
순수한 안티모니의 첨가의 단계는 억제되었고, 결절제 처리는 희토류를 함유하지 않는 (또한 코어형 와이어의 형태로 도입되는) FeSiMg 결절제 합금만을 사용함으로써 단순화되었다.
H1 (대조) H2 (출원)
흑연 결절형성 87% 98%
주철의 매트릭스 (% 펄라이트) 3% 3%
"천키" 흑연 결함 19% 0%
-20℃에서의 복원력 4 J 14 J
비교 결과
내충격성 결과에 관하여,주철 H2는 요구조건에 부합하는 결과를 달성하였다.
비록 본 발명은 특정 실시형태를 이용하여 설명되었으나, 본 발명은 그것에 제한되지 않고, 설명된 수단의 모든 기술적 등가 뿐만 아니라 본 발명의 범위 내에 속하는 경우의 그 조합을 포함함은 말할 것도 없다.

Claims (12)

  1. 0.005 내지 3 중량%의 희토류를 함유하는, 두꺼운 페로실리콘계 주철 부품을 처리하기 위한 접종 합금으로서, 0.2 내지 2 중량%의 안티모니를 또한 함유하는, 접종 합금.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접종 합금은 마그네슘을 또한 포함하고, 결절제(nodularizer) 합금을 구성하는, 접종 합금.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접종 합금은 마그네슘을 함유하지 않는, 접종 합금.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 희토류 대 안티모니의 비는 0.9 내지 2.2인, 접종 합금.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안티모니의 중량비는 0.3 %를 초과하고, 바람직하게는 0.5 %를 초과하고, 더 바람직하게는 0.8 %를 초과하는, 접종 합금.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안티모니의 중량비는 1.5 % 미만이고, 바람직하게는 1.3% 미만인, 접종 합금.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 희토류는 란타넘을 포함하고, 바람직하게는 란타넘만 포함하는, 접종 합금.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 희토류의 중량비는 0.2%를 초과하고, 바람직하게는 0.3%를 초과하는, 접종 합금.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 희토류의 중량비는 1.2% 미만이고, 바람직하게는 1% 미만인, 접종 합금.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 접종제의 용도로서, 상기 접종제는 분말의 형태로 도입되는, 접종제의 용도.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접종제는 주조 주형 내에 설치되는 고체 삽입물의 형태로 도입되는, 접종제의 용도.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    6 mm를 초과하는 두께를 구비하는 부분, 바람직하게는 20 mm를 초과하는 두께를 구비하는 부분, 그리고 더 바람직하게는 50 mm를 초과하는 두께를 구비하는 부분을 갖는 주철 부품을 제조하기 위한, 접종제의 용도.
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