KR20150099109A - 편상 흑연 주철, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 카운터 웨이트 - Google Patents

편상 흑연 주철, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 카운터 웨이트 Download PDF

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Abstract

편상 흑연 주철은 전체 중량 대비 3.1 중량% 내지 3.3 중량%의 탄소(C), 1.0 중량% 내지 1.5 중량%의 규소(Si), 0.5 중량% 내지 3.0 중량%의 망간(Mn), 0.09 중량% 내지 0.13 중량%의 황(S), 0 중량%를 초과하며 0.05 중량% 이하의 인(P), 0.02 중량% 내지 0.1 중량%의 칼슘(Ca), 0.02 중량% 내지 0.1 중량%의 바륨(Ba) 및 잔량의 철(Fe)을 포함한다. 칼슘 및 바륨의 중량비(Ca/Ba)는 0.2 내지 5이다. 칼슘 및 바륨의 조성을 조절하여 기계적, 화학적 특성이 우수한 편상 흑연 주철을 수득할 수 있다.

Description

편상 흑연 주철, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 카운터 웨이트{FLAKE GRAPHITE IRON,D METHODS OF PREPARING THE SAME AND COUNTER WEIGHT INCLUDING THE SAME }
본 발명은 편상 흑연 주철, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 카운터 웨이트에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 복수 종의 금속 원소를 포함하는 편상 흑연 주철, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 카운터 웨이트에 관한 것이다.
최근 각종 공작 기계, 중장비, 엔진 부품 등의 소재로서 편상 흑연 주철이 사용되고 있다. 편상 흑연 주철은 주조성, 열전도성 및 진동 감쇄능이 우수하여 활용성이 높다. 예를 들면, 편상 흑연 주철을 이용하여 굴삭기, 로더, 지게차 등과 같은 중장비의 중량 균형 유지를 위한 카운터 웨이트(counter weight)를 제조할 수 있다.
편상 흑연 주철은 기지 조직 내 포함되는 흑연은 크기 및 분포에 따라 A형, B형, D형, E형 등으로 분류될 수 있다. 예를 들면, 상기 카운터 웨이트와 같은 공작 기계 부품에 활용되는 편상 흑연 주철은 편상 흑연이 비방향성으로 균일하게 분포하는 A형 흑연을 포함하는 것이 기계적 강도, 화학적 안정성 등의 측면에서 유리할 수 있다.
따라서, A형 흑연을 포함하는 편상 흑연 주철을 제조하기 위해 희토류와 같은 합금 금속을 첨가하거나 접종 공정을 수행할 수 있다. 그러나, 이 경우 제조 원가가 지나치게 상승한다는 문제가 있다.
본 발명의 일 목적은 기계적 화학적 안정성이 우수한 편상 흑연 주철을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기계적 화학적 안정성이 우수한 편상 흑연 주철의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기계적 화학적 안정성이 우수한 편상 흑연 주철을 포함하는 카운터 웨이트를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 실현하기 위한 편상 흑연 주철은 전체 중량 대비 약 3.1 중량% 내지 약 3.3 중량%의 탄소(C), 약 1.0 중량% 내지 약 1.5 중량%의 규소(Si), 약 0.5 중량% 내지 약 3.0 중량%의 망간(Mn), 약 0.09 중량% 내지 약 0.13 중량%의 황(S), 0 중량%를 초과하며 약 0.05 중량% 이하의 인(P), 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%의 칼슘(Ca), 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%의 바륨(Ba) 및 잔량의 철(Fe)을 포함한다. 칼슘 및 바륨의 중량비(Ca/Ba)는 약 0.2 내지 약 5이다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 편상 흑연 주철은 A형 흑연을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 편상 흑연 주철은 희토류 또는 추가적인 전이 금속이 배제될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 편상 흑연 주철은 중장비의 카운터 웨이트용 주철로 제공될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 편상 흑연 주철의 제조 방법에 따르면, 전체 중량 대비 약 3.1 중량% 내지 약 3.3 중량%의 탄소(C), 약 1.0 중량% 내지 약 1.5 중량%의 규소(Si), 약 0.5 중량% 내지 약 3.0 중량%의 망간(Mn), 약 0.09 중량% 내지 약 0.13 중량%의 황(S), 0 중량%를 초과하며 약 0.05 중량% 이하의 인(P) 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 제1 용탕을 제조한다. 상기 제1 용탕에 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba)을 첨가하여 칼슘 및 바륨의 중량비(Ca/Ba)가 약 0.2 내지 약 5인 제2 용탕을 제조한다. 상기 제2 용탕을 주형에 주입한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 칼슘 및 바륨의 첨가량은 각각 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 용탕은 레이들에 출탕될 수 있다. 칼슘 및 바륨은 상기 레이들 내부에 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 주형은 중장비의 카운터 웨이트 제조용 주형일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 주형에 주입된 상기 제2 용탕을 냉각할 수 있다. 상기 냉각에 의해 A형 흑연이 형성될 수 있다.
상술한 본 발명의 또 다른 목적을 실현하기 위한 카운터 웨이트는 전체 중량 대비 약 3.1 중량% 내지 약 3.3 중량%의 탄소(C), 약 1.0 중량% 내지 약 1.5 중량%의 규소(Si), 약 0.5 중량% 내지 약 3.0 중량%의 망간(Mn), 약 0.09 중량% 내지 약 0.13 중량%의 황(S), 0 중량%를 초과하며 약 0.05 중량% 이하의 인(P), 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%의 칼슘(Ca), 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%의 바륨(Ba) 및 잔량의 철(Fe)을 포함하며, 칼슘 및 바륨의 중량비(Ca/Ba)는 약 0.2 내지 약 5인 편상 흑연 주철로 제조될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 편상 흑연 주철은 주철 원소에 부가적으로 칼슘과 바륨을 합금원소로서 포함할 수 있다. 칼슘과 바륨의 함량 및/또는 함량비를 특정 범위 내로 조절함으로써, 편상 흑연 주철의 기지 조직이 A형 흑연을 포함하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 예시적인 실시예들에 따른 편상 흑연 주철을 사용하여 중장비의 카운터 웨이트를 제조하는 경우, 상기 카운터 웨이트로부터 수소 가스의 배출이 빠르게 유도될 수 있다. 따라서, 상기 카운터 웨이트의 기계적, 화학적 안정성 및 도장성이 향상될 수 있다.
도 1은 D형 흑연에서 A형 흑연으로 변화 과정을 설명하기 위한 도면 및 그래프이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 편상 흑연 주철의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 모식도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 실시예 1 및 비교예 1에 따른 편상 흑연 주철의 미세 조직을 나타내는 이미지들이다.
도 4a 내지 도 4c는 실시예들에 따른 편상 흑연 주철로 제조된 카운터 웨이트의 표면을 나타내는 이미지들이다.
도 5a 내지 도 5c는 비교예들에 따른 편상 흑연 주철로 제조된 카운터 웨이트의 표면을 나타내는 이미지들이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에 사용되는, 용어"약"은 개시된 함량, 농도 등과 같은 수치에 있어서, 전형적으로 언급된 수치의 균등물 범위에 있는 +/- 범위까지 포함하는 것으로 이해된다.
본 출원에서 사용되는 "잔량"이라는 용어는 언급된 성분들을 제외한 나머지 양을 의미하나, 추가적인 다른 성분들이 포함될 경우 가변적으로 변화될 수 있는 개방적 의미로 이해되어야 한다.
본 출원에 있어서, 일부 실시예들은 범위 형식으로 개시될 수 있다. 범위에 대한 설명은 모든 가능한 서브-범위들 뿐만 아니라, 그 범위 안에 있는 개별적 수치도 개시하는 것으로 이해된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
편상 흑연 주철
예시적인 실시예들에 따르면, 편상 흑연 주철은 주철 성분 및 합금 성분을 포함할 수 있다. 상기 주철 성분의 예로서 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 황(S) 및 인(P)을 들 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 합금 성분은 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba)을 포함할 수 있다. 상기 편상 흑연 주철은 상기 주철 성분 및 상기 강화 성분을 포함하며, 잔량의 철(Fe)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 편상 흑연 주철은 전체 중량 대비 탄소 약 3.1 중량% 내지 약 3.3 중량%, 규소 약 1.0 중량% 내지 약 1.5 중량%, 망간 0.5 중량% 내지 약 3.0 중량%, 황 약 0.09 중량% 내지 약 0.13 중량% 및 인 약 0.05 중량% 이하의 중량비로서 상기 주철 성분을 포함할 수 있다.
상기 편상 흑연 주철은 상기 주철 성분에 부가하여 전체 중량 대비 약 0.04 중량% 내지 약 0.2 중량%의 상기 합금 성분을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 편상 흑연 주철은 상기 주철 성분에 부가하여 칼슘 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량% 및 바륨 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%를 함유할 수 있다.
예를 들면, 탄소는 편상 흑연 정출을 위해 첨가될 수 있으며, 칼슘과 바륨은 상기 편상 흑연 주철 제조를 위한 용탕에 있어서 흑연이 성장 혹은 핵생성(nucleation)될 수 있는 성장 사이트(site)를 제공할 수 있다. 또한, 칼슘 및 바륨은 실질적으로 접종제 역할을 함께 수행할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 칼슘 및 바륨의 중량비(Ca/Ba)는 약 0.2 내지 약 5 사이의 값을 가질 수 있다.
칼슘 및 바륨의 중량비가 약 0.2 미만인 경우 상기 합금 성분의 접종 효과가 실질적으로 나타나지 않을 수 있다. 또한, 칼슘 및 바륨의 중량비가 약 5를 초과하는 경우 오히려 핵생성 씨드(seed)가 과다 생성되어 흑연 조직이 지나치게 미세화될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 칼슘 및 바륨의 중량비를 약 0.2 내지 약 5 사이의 범위로 조절함으로써 상기 편상 흑연 주철의 기지 조직이 A형 흑연을 포함하도록 유도할 수 있다.
도 1은 D형 흑연에서 A형 흑연으로 변화 과정을 설명하기 위한 도면 및 그래프이다. 도 1은 D형 흑연, B형 흑연 및 A형 흑연을 예로서 설명하고 있다.
도 1의 좌측 도면을 참조하면, D형 흑연에서는 지나치게 미세한 개개의 편상 흑연들이 무방향성을 가지고 배열된다. 편상 흑연 주철이 이러한 D형 흑연을 함유하는 경우, 기지 조직이 페라이트(ferrite)화되어 강도가 지나치게 낮아질 수 있다. 한편, B형 흑연의 경우 중심에 형성된 미세 흑연 집단으로부터 방사상으로 큰 편상 흑연들이 뻗어나가는 형상을 가질 수 있다.
한편, A형 흑연의 경우 편상 흑연이 예를 들면 부드러운 만곡 형상을 가지고 비방향성을 가지며 균등하게 분포된다.
예를 들면, 결정핵 생성을 위한 합금 등의 접종(inoculation)에 의해 D형 흑연에서 A형 흑연으로 변화될 수 있다.
도 1의 우측 그래프를 참조하면, 흑연의 이론적인 공융(eutetic) 온도보다 낮은 온도로 응고될수록, 즉 과냉도가 증가할수록 B형 흑연 혹은 D형 흑연이 형성되기 쉽다.
카운터 웨이트(counter weight)와 같은 중장비에 사용되는 비교적 대형 부품 제조를 위한 편상 흑연 주철의 경우, 제조 공정의 용이성, 제조 원가등의 측면에서 추가적인 접종 공정이 수행되거나 고가의 합금 원소를 사용하기가 곤란하며, 용탕의 과냉도가 증가할 수 있다. 따라서, 상기 편상 흑연 주철은 D형 흑연을 주로 포함할 수 있다.
D형 흑연의 경우, 흑연 조직이 지나치게 미세하여 편상 흑연 주철 제조시 기지 조직 내에 포함된 수소 가스가 외부로 방출되지 않고 상기 기지 조직 내에 포획된 상태로 장시간 유지될 수 있다. 따라서, 편상 흑연 주철의 화학적 및/또는 기계적 안정성에 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 예를 들면 카운터 웨이트와 같은 부품을 제조하고 외표면을 도장한 후에도 수소 가스가 상기 부품 내부로부터 지속적으로 방출됨으로써 도장면에 기포가 생성되는 문제가 발생할 수 있다.
B형 흑연의 경우에도 방사성으로 형성된 편상 흑연들 사이에 수소 가스가 포획되어 상술한 D형 흑연에서의 문제가 유사하게 발생할 수 있다.
A형 흑연의 경우, 상술한 바와 같이 편상 흑연들이 방향성 없이 배열되므로 편상 흑연 주철 내부로부터 수소 가스가 빠르게 방출될 수 있다. 따라서, 상기 편상 흑연 주철로부터 제조된 부품의 화학적, 기계적 안정성이 향상되며 기포 발생과 같은 문제가 제거될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 비교적 저렴한 알칼리 토금속 원소인 칼슘과 바륨의 조성 및/또는 중량비를 조절함으로써 편상 흑연 주철에 포함된 흑연 조직을 A형 흑연으로 용이하게 형성할 수 있다. 예를 들면, 편상 흑연 주철 제조를 위한 용탕이 과냉될 경우에도 흑연 조직이 D형 흑연으로 형성되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 별도의 추가적인 접종 공정, 과냉 억제를 위한 온도 제어 및 희토류 또는 전이 금속과 같은 고가의 합금 원소 접종/추가 없이도 A형 흑연을 포함하는 편상 흑연 주철을 용이하게 제조할 수 있다.
이하에서는, 예시적인 실시예들에 따른 편상 흑연 주철의 상기 주철 성분의 조성에 대해 설명한다.
탄소(C)는 편상 흑연 정출을 위해 첨가되며 및 펄라이트(pearlite) 조직내의 기본 원소이다. 상술한 바와 같이, 탄소는 약 3.1 중량% 내지 약 3.3 중량%의 함량으로 상기 편상 흑연 주철에 첨가될 수 있다.
탄소의 함량이 약 3.1 중량% 미만인 경우, 충분한 편상 흑연 정출량이 확보되지 않을 수 있으며, 칠(chill) 현상이 발생할 수 있다. 한편, 탄소의 함량이 약 3.3 중량%를 초과하는 경우 흑연의 크기가 지나치게 증가하거나 탄화물 형성이 야기되어 편상 흑연 주철의 취성(brittleness)이 증가하거나, 강도가 저하될 수 있다.
규소(Si)는 편상 흑연 정출을 촉진하며, 형성된 흑연을 안정화 하는 역할을 수행할 수 있다. 상술한 바와 같이, 규소는 약 1.0 중량% 내지 약 1.5 중량%의 함량으로 상기 편상 흑연 주철에 첨가될 수 있다
규소의 함량이 약 1.0 중량% 미만인 경우, 충분한 편상 흑연 정출량이 확보되지 않을 수 있으며, 칠(chill) 현상이 발생할 수 있다. 한편, 규소의 함량이 약 1.5 중량%를 초과하는 경우, 흑연이 과다 정출되어 편상 흑연 주철의 강도가 저하될 수 있으며, 탄화물 형성을 야기할 수 있다.
따라서, 상술한 바와 같이 약 0.2 내지 약 5 범위의 칼슘 및 바륨의 중량비를 유지하면서, 약 3.1 중량% 내지 약 3.3 중량%의 탄소 및 약 1.0 중량% 내지 약 1.5 중량%의 규소를 함유시킴으로써, 안정적인 기지 조직 구조 및 소정의 고강도를 갖는 편상 흑연 주철을 수득할 수 있다.
망간(Mn)은 형성된 흑연 및 펄라이트의 안정화를 위해 첨가될 수 있다. 상술한 바와 같이, 망간은 약 0.5 중량% 내지 약 3.0 중량%의 함량으로 첨가될 수 있다.
망간의 함량이 약 0.5 중량% 미만인 경우, 기지 조직의 안정화 효과가 충분히 발휘되지 않아 원하는 강도의 편상 흑연 주철이 제조되지 않을 수 있다. 망간의 함량이 약 3.0 중량%를 초과하는 경우 탄화물이 생성이 증가하여 편상 흑연 주철의 취성이 증가할 수 있다.
황(S)은 예를 들면 망간과 결합하여 MnS를 형성하여 가공성을 향상시킬 수 있으며, 편상 흑연 핵생성을 위한 보조 사이트로 제공될 수 있다. 상술한 바와 같이, 황은 약 0.09 중량% 내지 약 0.13 중량%의 함량으로 첨가될 수 있다.
황의 함량이 약 0.09 중량% 미만인 경우, 충분한 강도의 편상 흑연 주철이 수득되지 않을 수 있다. 황의 함량이 약 0.13 중량%를 초과하는 경우 오히려 편상 흑연 주철의 취성이 지나치게 증가할 수 있다.
인(P)은 편상 흑연 주철에 일종의 불순물로서 첨가될 수 있다. 적절량의 인의 혼입은 펄라이트를 안정화시키고 편상 흑연 주철의 내마모성을 증가시킬 수 있으나, 인의 함량이 과도한 경우 취성이 급격히 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 인의 함량은 약 0.05 중량% 이하로 억제할 수 있다. 인 함량의 하한치는 특별히 제한되지 않으며 0 중량%로 포함될 수 있다. 그러나, 현실적으로 편상 흑연 주철의 제조 공정상 미량의 불순물로서 인이 포함되므로 0 중량%의 인 함량은 곤란할 수 있다.
편상 흑연 주철의 제조 방법
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 편상 흑연 주철의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 모식도이다.
도 2를 참조하면, 주철 재료를 용해로(100)에 용융시켜 제1 용탕(110)을 제조한다(단계 S10).
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 주철 재료는 전체 중량 대비 탄소 약 3.1 중량% 내지 약 3.3 중량%, 규소 약 1.0 중량% 내지 약 1.5 중량%, 망간 0.5 중량% 내지 약 3.0 중량%, 황 약 0.09 중량% 내지 약 0.13 중량% 및 인 약 0.05 중량% 이하의 함량으로 상기 주철 성분을 포함하며, 잔량의 철을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 예비 용탕을 제조하고 예를 들면 열분석기를 통해 상기 예비 용탕의 성분 분석을 수행한 후, 부족한 성분이 있으면 추가로 주입함으로써 상술한 함량을 만족하는 제1 용탕(110)을 수득할 수 있다
수득된 제1 용탕(110)을 레이들(ladle, 200) 내부로 출탕시킨다(단계 S20). 예시적인 실시예들에 따르면, 레이들(200) 내부에는 합금 성분으로서 칼슘 및 바륨이 배치될 수 있다. 이에 따라, 레이들(200) 내부에는 칼슘 및 바륨을 포함하는 제2 용탕(210)이 제조될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 레이들(200) 내부의 제2 용탕(210)에 대해 열분석기 등을 사용한 성분 분석을 통해 칼슘을 전체 중량 대비 약 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%, 바륨을 전체 중량 대비 0.02 중량% 내지 약 0.1 중량%의 함량으로 조절할 수 있다. 또한, 칼슘 및 바륨의 중량비를 약 0.2 내지 약 5의 범위로 조절할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 용탕(110) 제조시 미량의 칼슘 및 바륨을 상기 주철 재료에 첨가시킨 후, 제2 용탕(210) 제조시 성분 분석을 통해 부족한 성분을 더 추가함으로써 상술한 칼슘 및 바륨의 함량 및 중량비를 만족시킬 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 황은 탈황되는 경향이 있으므로 제2 용탕(210) 제조시 마지막으로 첨가될 수도 있다.
수득된 제2 용탕(210)을 주형(300)에 주입하고 냉각 공정을 통해 응고시킴으로써 편상 흑연 주철을 제조할 수 있다(단계 S30). 주형(300)은 예를 들면, 중장비의 카운터 웨이트 또는 각종 공작 기계의 부품용 주형일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 냉각 공정시 과냉이 발생하더라도, 제2 용탕(210)은 상술한 중량비로 칼슘 및 바륨을 포함하므로, 상기 편상 흑연 주철 내 D형 흑연 형성이 억제되고, A형 흑연 형성이 촉진될 수 있다.
이하에서는, 구체적인 실시예 및 비교예를 통해 편상 흑연 주철의 특성에 대해 설명한다.
실시예 및 비교예
표 1에 따른 조성비에 따라 실시예들 및 비교예들에 편상 흑연 주철을 제조하였다. 구체적으로, 탄소, 규소, 망간, 인을 포함하는 원탕을 제조하고 칼슘 및 바륨을 포함하는 합금 성분을 표 1의 조성비로 조절되도록 첨가하였다. 한편, 황은 용융과정이 장시간 진행될 경우 탈황되는 경향이 있으므로 최종적으로 첨가하였다. 수득된 편상 흑연 주철을 주형에 주입하여 카운터 웨이트를 제조 후, 상기 카운터 웨이트 표면을 도장하였다. 도장 후, 약 10시간 후, 상기 카운터 웨이트 표면 상에 기포 생성 여부를 관찰하였으며, 그 결과를 표 1에 함께 나타낸다.
구분 C Si Mn P S Ca Ba Fe Ca/Ba 기포
발생 여부
실시예 1 3.17 1.0 0.5 0.03 0.103 0.05 0.1 잔량 0.5 X
실시예 2 3.19 1.18 1.2 0.036 0.108 0.08 0.03 잔량 2.66 X
실시예 3 3.21 1.26 3.0 0.033 0.109 0.06 0.05 잔량 1.2 X
실시예 4 3.19 1.44 2.8 0.042 0.107 0.1 0.02 잔량 5 X
실시예 5 3.20 1.5 1.9 0.039 0.107 0.1 0.05 잔량 2.0 X
비교예 1 3.20 0.9 0.6 0.03 0.10 0.2 0.03 잔량 6.6 O
비교예 2 3.22 1.2 0.4 0.031 0.13 0.3 0.04 잔량 7.5 O
비교예 3 3.25 1.6 0.65 0.033 0.10 0.08 0.5 잔량 0.16 O
비교예 4 3.18 1.3 3.1 0.037 0.11 0.4 0.07 잔량 5.7 O
비교예 5 3.21 1.27 0.57 0.04 0.13 0.06 0.4 잔량 0.15 O
표 1을 참조하면, 실시예들의 경우 칼슘 및 바륨의 중량비(Ca/Ba)는 0.2 내지 5 범위 내로 조절되었으며, 비교예들의 경우 상기의 칼슘 및 바륨의 중량비 범위에서 벗어나도록 조절되었다.
도 3a 및 도 3b는 각각 실시예 1 및 비교예 1에 따른 편상 흑연 주철의 미세 조직을 나타내는 이미지들이다.
도 3a를 참조하면, 편상 흑연 주철의 흑연 조직이 실질적으로 방향성이 없이 고르게 분포된 A형 흑연으로 형성되었음을 확인할 수 있다. 반면, 도 3b를 참조하면, 편상 흑연 주철의 흑연 조직이 미세하게 형성되며 일부 영역에 응집되어 분포되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 도 3b에 나타낸 비교예의 편상 흑연 주철의 경우 흑연이 응집된 영역에서 수소가 포획될 수 있음을 예측할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 실시예들에 따른 편상 흑연 주철로 제조된 카운터 웨이트의 표면을 나타내는 이미지들이다. 구체적으로, 도 4a, 도 4b 및 도 4c는 각각 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 따른 편상 흑연 주철로 제조된 카운터 웨이트의 표면을 도시하고 있다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 실시예들의 카운터 웨이트의 경우 도장 후에도 기포가 발생되지 않아 매끈한 표면을 가짐을 확인할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 비교예들에 따른 편상 흑연 주철로 제조된 카운터 웨이트의 표면을 나타내는 이미지들이다. 구체적으로, 도 5a, 도 5b 및 도 5c는 각각 비교예 1, 비교예 2 및 비교예 4에 따른 편상 흑연 주철로 제조된 카운터 웨이트의 표면을 도시하고 있다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 비교예들의 카운터 웨이트의 경우 도 장 후 내부 조직으로부터 수소 가스 방출이 지속되어 도장면에 기포가 발생함을 확인할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 편상 흑연 주철에 함유된 칼슘 및 바륨의 함량 및/또는 중량비를 소정의 범위로 조절함으로써 실질적으로 A형 형상의 흑연을 포함하는 편상 흑연 주철을 수득할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 편상 흑연 주철은 상대적으로 저렴한 비용 및 단순한 공정으로 제조될 수 있으므로, 대형 중장비의 카운터 웨이트와 같은 구조물, 부품 등에 효과적으로 활용될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 용해로 110: 제1 용탕
200: 레이들 210: 제2 용탕
300: 주형

Claims (10)

  1. 전체 중량 대비 3.1 중량% 내지 3.3 중량%의 탄소(C), 1.0 중량% 내지 1.5 중량%의 규소(Si), 0.5 중량% 내지 3.0 중량%의 망간(Mn), 0.09 중량% 내지 0.13 중량%의 황(S), 0 중량%를 초과하며 0.05 중량% 이하의 인(P), 0.02 중량% 내지 0.1 중량%의 칼슘(Ca), 0.02 중량% 내지 0.1 중량%의 바륨(Ba) 및 잔량의 철(Fe)을 포함하며,
    칼슘 및 바륨의 중량비(Ca/Ba)가 0.2 내지 5인 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철.
  2. 제1항에 있어서, A형 흑연을 포함하는 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철.
  3. 제1항에 있어서, 희토류 또는 추가적인 전이금속이 배제된 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철.
  4. 제1항에 있어서, 상기 편상 흑연 주철은 중장비의 카운터 웨이트용 주철인 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철.
  5. 전체 중량 대비 3.1 중량% 내지 3.3 중량%의 탄소(C), 1.0 중량% 내지 1.5 중량%의 규소(Si), 0.5 중량% 내지 3.0 중량%의 망간(Mn), 0.09 중량% 내지 0.13 중량%의 황(S), 0 중량%를 초과하며 0.05 중량% 이하의 인(P) 및 잔량의 철(Fe)을 포함하는 제1 용탕을 제조하는 단계;
    상기 제1 용탕에 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba)을 첨가하여 칼슘 및 바륨의 중량비(Ca/Ba)가 0.2 내지 5인 제2 용탕을 제조하는 단계; 및
    상기 제2 용탕을 주형에 주입하는 단계를 포함하는 편상 흑연 주철의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 칼슘의 첨가량은 0.02 중량% 내지 0.1 중량%이고, 바륨의 첨가량은 0.02 중량% 내지 0.1 중량%인 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 용탕을 레이들에 출탕하는 단계를 더 포함하며, 칼슘 및 바륨은 상기 레이들 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 주형은 중장비의 카운터 웨이트 제조용 주형인 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철의 제조 방법.
  9. 제5항에 있어서, 주형에 주입된 상기 제2 용탕을 냉각하는 단계를 더 포함하며,
    상기 냉각에 의해 A형 흑연이 형성되는 것을 특징으로 하는 편상 흑연 주철의 제조 방법.
  10. 제1항에 따른 상기 편상 흑연 주철로 제조된 중장비용 카운터 웨이트.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003171729A (ja) 2001-12-10 2003-06-20 Daihatsu Motor Co Ltd 鋼板スクラップの再利用方法
JP2004339577A (ja) * 2003-05-16 2004-12-02 Kimura Chuzosho:Kk 鋳鉄用接種剤
KR20050007683A (ko) * 2003-07-11 2005-01-21 삼창주철공업(주) 내열균열성이 우수한 브레이크 디스크용 편상흑연주철
KR20100031131A (ko) 2007-06-26 2010-03-19 고쿠리츠다이가꾸호진 이와테다이가꾸 편상 흑연 주철 및 이의 제조방법
JP2011231392A (ja) 2010-04-27 2011-11-17 Yoshiro Naya 片状黒鉛鋳鉄の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003171729A (ja) 2001-12-10 2003-06-20 Daihatsu Motor Co Ltd 鋼板スクラップの再利用方法
JP2004339577A (ja) * 2003-05-16 2004-12-02 Kimura Chuzosho:Kk 鋳鉄用接種剤
KR20050007683A (ko) * 2003-07-11 2005-01-21 삼창주철공업(주) 내열균열성이 우수한 브레이크 디스크용 편상흑연주철
KR20100031131A (ko) 2007-06-26 2010-03-19 고쿠리츠다이가꾸호진 이와테다이가꾸 편상 흑연 주철 및 이의 제조방법
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