KR20210035141A - Brass fabricated with stainless steel scrap for water supplyuynt and manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스테인레스강 스크랩(Scrap)을 활용해 제조한 음용수용 황동(Brass) 합금 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 부연하면 본 기술은 소재의 기지 조성을 구성할 (1) 황동을 구성하는 모원소(혹은 스크랩)와 (2) 스테인레스강(Strainless steel, SUS) 스크랩을 동시에 용해하여 스테인레스강을 제 2상 형태로 석출시킴으로써, 고강도, 고내식성, 고가공성 및 고절삭 특성의 다기능 특성을 가지는 음용수용 황동 합금을 제조하는 것에 관한 것이다. 상술한 황동 합금은 스테인레스강을 제 2상 형태로 입내 석출시켜 기존 황동대비 고강도와 고내식성을 가지며, 기존 가공 특성 및 절삭성 향상을 위해 납(Pb) 석출물이 하던 역할을 스테인레스강 석출물로 대체하여 제조하였기 때문에 환경 친화적이고, 고순도 모원소 대신 스크랩을 활용해 제조되었기 때문에 높은 경제성을 가지는 효과가 있다.The present invention relates to a drinking water brass (Brass) alloy manufactured using stainless steel scrap (Scrap) and a method of manufacturing the same. In other words, this technology dissolves (1) the parent element (or scrap) constituting the brass and (2) the stainless steel (SUS) scrap at the same time, which will constitute the base composition of the material, thereby depositing stainless steel in the form of a second phase. By doing so, it relates to manufacturing a brass alloy for drinking water having multifunctional characteristics of high strength, high corrosion resistance, high workability and high cutting characteristics. The brass alloy described above has high strength and high corrosion resistance compared to conventional brass by depositing stainless steel in the mouth in the form of a second phase, and is manufactured by replacing the role of lead (Pb) precipitates with stainless steel precipitates to improve the existing processing characteristics and machinability. Therefore, it is environmentally friendly, and since it is manufactured using scrap instead of a high-purity parent element, there is an effect of having high economic efficiency.
황동은 구리(Cu)와 아연(Zn)의 합금으로 심미적으로 아름답고, 우수한 전연성, 가공성으로 인해 압출 및 성형 등의 가공시에 정밀한 형상 구현이 가능하다. 뿐만 아니라 여타 합금 대비 상대적으로 높은 산화 저항성을 가지기 때문에 수전, 가스 배관 등에 활용되어 왔다. 이와 같이 황동을 원하는 부품으로 활용하기 위해서는 가장 중요한 것 중 하나가 절삭성이다. 하지만 Cu와 Zn 만으로 구성된 순(Pure) 황동 소재의 경우에는 연성이 너무 커, 원하는 형상으로 소재를 가공하는 데에 문제가 있었다. 기존에는 이와 같은 문제의 해결을 위해 구리에 쉽게 석출물을 형성하는 합금 원소인 납(Pb), 비스무트(Bi) 등을 함께 합금화 하여 황동소재를 활용하였다. 이 때 합금화 된 첨가 원소들은 황동의 입계(Grain boundary)가 아닌, 입내 (Grain 내부)에 석출되어 절삭 가공 간에 적절한 크기의 칩(Chip) 형성을 유도함으로써 절삭성 향상에 도움을 주었다. 이러한 복합미세구조를 형성하기 위해서는 황동을 구성하는 주 원소인 (1) Cu와 큰 양(+)의 혼합열(Enthalpy of mixing, Hmix)을 가지며, 동시에 (2) 큰 융점차이를 가져 편정 반응이나 포정반응을 통해 쉽게 액상에서 분리되어야 한다. 실제로 Pb는 황동과 액상 분리에 의한 편정(Monotectic) 반응을 형성하며, 응고 시에 액상 상태로 분리되어 최종 응고 미세조직을 형성하기 때문에 대부분의 납 석출물이 결정립계가 아닌 결정립 내부에 형성되는 것으로 알려져 있다.Brass is an alloy of copper (Cu) and zinc (Zn), which is aesthetically beautiful, and due to its excellent electrical conductivity and workability, it is possible to implement a precise shape during processing such as extrusion and molding. In addition, since it has relatively high oxidation resistance compared to other alloys, it has been used for power reception and gas piping. In order to use brass as a desired part, one of the most important things is machinability. However, in the case of a pure brass material composed of only Cu and Zn, the ductility is too large, and there is a problem in processing the material into a desired shape. Conventionally, in order to solve such a problem, brass materials were used by alloying together alloying elements such as lead (Pb) and bismuth (Bi), which are alloying elements that easily form precipitates in copper. At this time, the alloyed additive elements precipitated in the grain (inside the grain), not in the grain boundary of the brass, and helped to improve the machinability by inducing the formation of a chip of an appropriate size between cutting operations. In order to form such a complex microstructure, it has a large positive (+) enthalpy of mixing (H mix ) with (1) Cu, which is the main element of brass, and at the same time (2) has a large difference in melting point, resulting in a biased reaction. However, it must be easily separated from the liquid phase through a trapping reaction. In fact, Pb forms a monotectic reaction by liquid phase separation from brass, and it is known that most lead precipitates are formed inside the crystal grains rather than the grain boundaries because it is separated into a liquid state during solidification to form a final solidified microstructure .
그러나 증가하는 국제 사회의 환경 규제에 따라 납이 포함되지 않은 무연 황동(Pb-free brass)의 수요가 급증하면서, 이에 대한 대체재의 연구 개발이 활발하다. 따라서 본 발명에서는 Pb를 필수적으로 포함하지 않으면서도 고강도, 고내식성 및 고절삭 특성의 다기능 특성을 가지는 음용수용 황동 신소재 개발을 위하여, 열역학 시뮬레이션 접근법인 Calphad 계산을 통한 다양한 열역학적 고찰을 통하여 대표적인 내부식 합금인 황동과 스테인리스강간 독특한 복합미세구조를 가지는 신합금을 개발하였다. However, as the demand for lead-free brass (Pb-free brass) that does not contain lead increases rapidly due to the increasing international environmental regulations, research and development of alternative materials are active. Therefore, in the present invention, in order to develop a new brass material for drinking water that does not necessarily contain Pb and has multifunctional characteristics of high strength, high corrosion resistance, and high cutting characteristics, a representative corrosion resistant alloy through various thermodynamic considerations through Calphad calculation, a thermodynamic simulation approach. A new alloy has been developed that has a unique complex microstructure between phosphorus brass and stainless steel.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 황동을 구성하는 모원소 (혹은 같은 조성을 가지는 스크랩)와 (2) 스테인레스강 (Strainless steel, SUS)의 모원소 (혹은 같은 조성을 가지는 스크랩)를 동시에 용해하여 스테인레스강을 제 2상 형태로 황동기지에 석출시킴으로써, 고강도, 고내식성, 고가공성 및 고절삭 특성의 다기능 특성을 가지는 음용수용 황동 합금을 개발하고자 하였다. The present invention is to solve the problems of the prior art described above, the parent element constituting the brass (or scrap having the same composition) and (2) the parent element (or scrap having the same composition) of stainless steel (Strainless steel, SUS) ) Simultaneously dissolving and depositing stainless steel in the brass base in the form of a second phase to develop a brass alloy for drinking water with multifunctional characteristics of high strength, high corrosion resistance, high workability, and high cutting characteristics.
본 발명에 의한 음용수용 황동은 Cu 및 Zn 의 기지 제 1상과 스테인레스강 석출물의 제 2상으로 구성된다. 특히 이때의 스테인레스강 석출물은 스크랩을 재활용해 제조한 것일 수 있다. 또한 이와 같은 음용수용 황동 합금의 제조 방법은 황동 기지를 구성할 모원소 혹은 스크랩을 준비하는 단계; 제 2상 석출물을 형성할 스테인레스강 모원소 혹은 스크랩을 준비하는 단계; 및 준비한 모원소 혹은 스크랩을 동시에 용해하여 합금화 하는 단계로 구성된다.Brass for drinking water according to the present invention is composed of a first phase of a matrix of Cu and Zn and a second phase of a stainless steel precipitate. In particular, the stainless steel precipitate at this time may be manufactured by recycling scrap. In addition, such a method for producing a brass alloy for drinking water comprises the steps of preparing a parent element or scrap to constitute a brass base; Preparing a stainless steel parent element or scrap to form a second phase precipitate; And it consists of a step of alloying by melting the prepared parent element or scrap at the same time.
부연하면, "스테인레스강 모원소 혹은 스크랩을 준비하는 단계"에서는 제 1상을 구성하는 Cu와 양(+)의 혼합열 관계를 가져 쉽게 상분리 될 수 있는 스테인레스강 소재를 준비하는 것이 필요하다. 이와 더불어 "황동 기지를 구성할 모원소 혹은 스크랩을 준비하는 단계"에서는 황동 기지의 제 1상을 구성할 수 있도록 하는 특정한 Cu 및 Zn 비율로 모합금 혹은 황동 스크랩 소재를 준비하여야 한다. 마지막으로 "준비한 모원소 혹은 스크랩을 동시에 용해하여 합금화 하는 단계"에서는 상기 합금화 원소들이 균질하게 용해될 수 있도록 하는 것이 중요하며, 용해 되었을 때, 쉽게 액상 분리 현상을 가질 수 있도록 용융온도 이상의 충분히 높은 온도에서 용해하는 것이 중요하다. 이와 더불어 합금이 제조된 이후에도 압출, 압연 및 열처리 공정을 포함하는 후처리 공정을 통하여 적합한 미세조직을 확보할 수 있다.Incidentally, in the "step of preparing a stainless steel parent element or scrap", it is necessary to prepare a stainless steel material that can be easily phase-separated by having a positive (+) mixed heat relationship with Cu constituting the first phase. In addition, in the "step of preparing the parent element or scrap to constitute the brass base", a master alloy or brass scrap material must be prepared in a specific Cu and Zn ratio to constitute the first phase of the brass base. Finally, in the "step of alloying by dissolving the prepared parent element or scrap at the same time", it is important to ensure that the alloying elements are homogeneously dissolved, and when dissolved, a sufficiently high temperature above the melting temperature so as to easily have a liquid phase separation phenomenon. It is important to dissolve in. In addition, even after the alloy is manufactured, a suitable microstructure can be secured through a post-treatment process including extrusion, rolling, and heat treatment processes.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 황동 소재의 경우, 제 1상의 황동 기지에 형성된 스테인레스강 조성의 석출물들이 특성 향상에 도움을 줌으로써, 기존에는 확보하기 어려웠던 고강도, 고내식성, 고가공성 및 고절삭성 등의 다기능 특성을 확보하는 효과가 있다. 부연하면, 본 발명을 통해 개발된 음용수용 황동의 경우에는 (1) 주요 합금원소로써 필수적으로 납이 포함되지 않아 친환경적이며 (2) 스테인레스강 석출물이 입내에서 절삭의 윤활 역할을 수행함으로써 우수한 가공성 및 절삭성을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 (3) 기존의 연질상인 황동 소재에 고강도/내부식성 석출물이 형성된 복합 구조를 형성함으로써 고강도/내부식성의 우수한 물성 역시 확보할 수 있다. 이와 동시에, (4) 모원소 대비 10배 이상 저렴한 스크랩을 활용함으로써 제품의 생산 시에 경제성 역시 확보할 수 있다.As described above, in the case of the brass material according to the present invention, the precipitates of the stainless steel composition formed on the brass base of the first phase help to improve properties, such as high strength, high corrosion resistance, high processability, and high cutting properties, which were previously difficult to secure. It has the effect of securing the multifunctional characteristics of Incidentally, in the case of brass for drinking water developed through the present invention, (1) it is eco-friendly because it does not contain lead as a major alloying element, and (2) stainless steel precipitates play a role of lubrication for cutting in the mouth, thereby providing excellent workability and In addition to providing machinability, (3) excellent physical properties of high strength/corrosion resistance can be secured by forming a composite structure in which high strength/corrosion resistant precipitates are formed in the existing soft brass material. At the same time, (4) by using scrap, which is more than 10 times cheaper than the parent element, economic efficiency can be secured in the production of products.
도 1은 Cu 와 Zn 간 2원계 상태도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 각각 대표적으로 활용되는 황동 조성인 Cu70Zn30(FCC 단상 소재) 및 Cu60Zn40(FCC+BCC 복합소재)과 Pb 간 의사 2원계 상태도이다.
도 3 내지 도 5는 각각 200계, 300계 및 400계 스테인레스강을 대표하는 스테인리스강 201(비교예 1), 스테인리스강 304 (비교예 5) 및 스테인리스강 430 합금 (비교예 11)과 (a) 비교예 14 및 (b) 비교예 15의 대표적 황동합금간 열역학 계산을 통해 작도한 의사 2원계 상태도이다.
도 6은 본 발명에 의한 (a) 비교예 20 및 (b) 실시예 30 의 미세구조를 관찰한 후방산란전자(BSE, Back scattered electron) 주사전자현미경(SEM, Scanning electron microsope) 이미지이다.
도 7은 본 발명에 의한 실시예 30 소재를 주조한 후 압출한 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 의한 실시예 30 조성의 (a) 압출소재를 압연하여 (b), (c), (d)와 같이 서로 다른 위치에서 두께를 측정한 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 의한 (a) 비교예 20 소재의 절삭면과 (b) 실시예 30 소재의 절삭면을 나타내는 주사전자 현미경 이미지와, (c) 실시예 30 소재 절삭 시편의 형상을 나타내는 이미지이다.
도 10은 본 발명에 의한 (a) 비교예 20 및 (b) 실시예 30, (c) 실시예 34, (d) 실시예 31 및 (e) 실시예 35의 비커스(Vickers) 경도를 나타낸 도면이다.1 is a binary state diagram between Cu and Zn.
2A and 2B are pseudo-binary phase diagrams between Cu 70 Zn 30 (FCC single-phase material) and Cu 60 Zn 40 (FCC+BCC composite material) and Pb, which are representatively used brass compositions, respectively.
3 to 5 are stainless steel 201 (Comparative Example 1), stainless steel 304 (Comparative Example 5), and stainless steel 430 alloy (Comparative Example 11) and (a) representing 200 series, 300 series, and 400 series stainless steels, respectively. ) Comparative Examples 14 and (b) is a pseudo-binary phase diagram drawn through thermodynamic calculations between representative brass alloys of Comparative Example 15.
6 is a scanning electron microscope (SEM) image of a back scattered electron (BSE) observing the microstructures of (a) Comparative Examples 20 and (b) Example 30 according to the present invention.
7 shows the result of extrusion after casting the material of Example 30 according to the present invention.
8 shows the results of measuring the thickness at different locations as in (b), (c), and (d) by rolling the (a) extruded material of the composition of Example 30 according to the present invention.
9 is a scanning electron microscope image showing (a) a cutting surface of a material of Comparative Example 20 and (b) a cutting surface of the material of Example 30 according to the present invention, and (c) an image showing the shape of a cut sample of the material of Example 30. to be.
10 is a diagram showing the Vickers hardness of (a) Comparative Examples 20 and (b) Examples 30, (c) Examples 34, (d) Examples 31 and (e) Example 35 according to the present invention to be.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the embodiments of the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In addition, in the case of well-known technologies, detailed descriptions thereof will be omitted.
한편, 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. On the other hand, when it is said that a certain part "includes" a certain component throughout the specification, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.
추가로, 본 발명에 의한 소재의 "제 1상"을 구성하는 "황동 합금"은 구리(Cu)에 아연(Zn)이 합금화 된 것으로, 전체 복합 소재의 "합금 기지(Matrix)"를 구성하기 때문에, 상기의 3 가지 개념은 같은 것으로 이해되어야 하며, 혼용되어 사용될 수 있다. 같은 의미에서, "제 2상"을 구성하는 "석출물" 혹은 "게재물"은 "스테인레스강"의 조성을 가지기 때문에, 상기 3 가지 개념 역시 혼용되어 사용될 수 있다.In addition, the "brass alloy" constituting the "first phase" of the material according to the present invention is an alloy of zinc (Zn) with copper (Cu), and constitutes the "alloy matrix" of the entire composite material. Therefore, the above three concepts should be understood as the same, and may be used interchangeably. In the same meaning, the "precipitate" or "post" constituting the "second phase" has a composition of "stainless steel", so the three concepts may also be used interchangeably.
황동 소재의 구분 및 절삭성 향상을 위한 합금화 전략Alloying strategy for classifying brass materials and improving machinability
황동은 Zn가 Cu에 고용된 형태의 고용 합금으로 황금색을 띄어 심미성이 우수하기 때문에 다양한 분야에 활용되어 왔다. 이러한 황동 소재는 면심입방(Face centered cubic, FCC) 결정구조의 소재를 기지로 하는 단상의 황동 소재와, 필요에 따라 체심입방(Body centered cubic, BCC) 결정구조의 상을 동시에 포함하는 복합 구조의 소재로 활용되기도 한다. 이와 같은 소재들은 Zn의 함량에 따라 다양하게 구분되며, [도 1]에 도시된 Cu 와 Zn 간 2원계 상태도에서 그 기준을 확인할 수 있다. (본 발명에서 제시한 모든 상태도는 열역학 시뮬레이션이 가능한 Thermo-Calc 소프트웨어를 기반으로 고용합금에 대한 데이터베이스인 SSOL 6 를 활용해 계산하였다. 단, 스테인레스강을 포함하는 합금의 경우 계산의 정확도를 높이고자 철계 합금에 대한 데이터베이스인 TCFE 9를 활용해 계산하였다.) 해당 도면에 나타난 바와 같이, Zn의 함량이 35 at.% 를 초과하는 경우 BCC 결정구조의 상이 형성되기 시작하며, 특히 Zn가 46.5 at.% 보다 많이 포함된 경우에는 FCC 결정구조의 α 상이 전혀 형성되지 않고, BCC 결정 구조의 β 상단일 합금 등의 다른 합금이 구성되기 때문에, 제 1상의 기지 합금 대비 Zn가 46.5 at.% 이상 포함되는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 도면에 나타난 바와 같이 황동에 포함될 수 있는 Zn 의 양은 최대 46.5 at.% 로 제한되며, "황동"으로 명명될 수 있는 합금 조성을 일반식으로 나타내면 아래 [화학식 1]과 같다. Brass is a solid solution alloy in which Zn is dissolved in Cu and has a golden color and has excellent aesthetics, so it has been used in various fields. This brass material is a composite structure that includes a single-phase brass material based on a face centered cubic (FCC) crystal structure and a body centered cubic (BCC) crystal structure simultaneously. It is also used as a material. These materials are classified in various ways according to the content of Zn, and the criteria can be confirmed in the binary phase diagram between Cu and Zn shown in [Fig. 1]. (All state diagrams presented in the present invention were calculated using
(단, 0 < a ≤ 46.5 at.%)(However, 0 <a ≤ 46.5 at.%)
그러나 상기와 같이 Cu와 Zn만으로 구성된 순 황동의 경우 너무 큰 연성을 가지기 때문에, 이와 같은 소재의 절삭성 향상을 위해서Pb 가 합금화된 유연 황동을 활용해 왔다. 황동에 합금화 되어 제 2상을 입내에 형성하는 Pb는 절삭시에 윤활 역할을 함으로써, 적절한 크기의 절삭 칩(Chip)을 형성시켜, 절삭 이후에도 유려한 표면을 갖도록 한다. 실제로 Pb는 황동 기지를 구성하는 성분 중, 그 특성을 좌우 하는 것으로 알려진 구리와 큰 양의 혼합열(+15 kJ/mol)을 가지기 때문에, 쉽게 고온의 액상에서 용해도 간극(Miscibility gap)을 가지게 되며, 이를 응고시키면 결정립(Grain) 내부에 균질하게 분포된 석출물이 형성되는 것으로 알려져 있다. However, since pure brass composed of only Cu and Zn as described above has too much ductility, flexible brass alloyed with Pb has been used to improve the machinability of such a material. Pb, which is alloyed with brass to form the second phase in the mouth, acts as a lubrication during cutting, thereby forming a cutting chip of an appropriate size, so that it has a smooth surface even after cutting. In fact, Pb has a large amount of mixing heat (+15 kJ/mol) with copper, which is known to influence its properties, among the components constituting the brass matrix, so it easily has a solubility gap in a high-temperature liquid phase. , It is known that when solidifying it, precipitates homogeneously distributed within the grain are formed.
[도 2]의 (a) 및 (b)는 각각 대표적으로 활용되는 황동 조성인 Cu70Zn30(FCC 단상 소재) 혹은 Cu60Zn40(FCC+BCC 복합소재)과 Pb 간 의사 2원계 상태도이다. 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이 두 합금 모두 고온에서 넓은 액상 분리 영역을 가지는 것을 알 수 있었다. 즉, 이와 같이 Cu와 양(+)의 혼합열 관계를 가지는 Pb를 황동에 첨가하여 합금화 함으로써 황동기지내 제 2상 형태로 고르게 석출된 쾌삭황동을 개발할 수 있다. 그러나 최근 미국, 유럽 연합을 비롯해 전세계적으로 납에 의한 환경 오염 문제가 대두 되면서, 납의 사용 제한이 요구되어 왔으며, 필연적으로 유연 황동의 사용 역시 제한되어 왔다. 따라서 본 발명에서는 해당 소재를 대체할 수 있는 새로운 조성의 황동 소재를 개발하였다. [Fig. 2] (a) and (b) are pseudo-binary phase diagrams between Cu 70 Zn 30 (FCC single-phase material) or Cu 60 Zn 40 (FCC+BCC composite material) and Pb, which are representatively used brass compositions, respectively. . As can be seen in the figure, it was found that both alloys had a wide liquid phase separation region at high temperature. That is, by adding Cu and Pb having a positive (+) heat of mixing relationship to brass and alloying it, it is possible to develop free-cutting brass evenly precipitated in the form of the second phase in the brass base. However, as the problem of environmental pollution caused by lead has recently emerged in the United States, the European Union, and around the world, the use of lead has been required to be restricted, and inevitably the use of leaded brass has also been restricted. Therefore, in the present invention, a new composition of brass material that can replace the material has been developed.
스테인레스강 석출물을 활용한 절삭성 향상 방안A plan to improve machinability using stainless steel precipitates
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 스테인레스강 소재를 활용한 음용수용 황동의 개발을 위한 합금화 원소 및 방법을 개발하였다. 스테인레스강은 납과 비교하여 인체에 무해하며, 일반적인 금속 소재 대비 내부식성도 우수하기 때문에, 음용수용 파이프 소재로써 부족함이 없다. In order to solve this problem, the present invention has developed an alloying element and method for the development of brass for drinking water using a stainless steel material. Stainless steel is harmless to the human body compared to lead and has excellent corrosion resistance compared to general metal materials, so there is no shortage as a pipe material for drinking water.
이때, [표 1]은 대표적인 상용 스테인레스강의 조성을 나타낸 표이며, 표에 나타난 바와 같이 스테인레스강은 그 조성에 따라 다양한 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 상용 소재로 많이 활용되는 300계 스테인레스강을 기준으로, 200계 소재는 경제성 향상을 위해 Ni을 Mn으로 대체한 소재에 해당하며, 400계 소재는 Ni 함량을 극도로 낮춤으로써 페라이트(Ferrite)상의 안정화를 통해 형성된 고강도 소재이다.At this time, [Table 1] is a table showing the composition of typical commercial stainless steel, and as shown in the table, stainless steel is known to have various properties according to its composition. Based on 300 series stainless steel, which is widely used as a commercial material, 200 series materials correspond to materials in which Ni is replaced with Mn to improve economic efficiency, and 400 series materials stabilize ferrite phase by extremely low Ni content. It is a high-strength material formed through.
(예시구분)(Example classification)
규격standard
-
18.016.0
-
18.0
-
5.503.50
-
5.50
-
19.017.0
-
19.0
-
6.004.00
-
6.00
-
17.515.5
-
17.5
-
3.51.5
-
3.5
9.06.50
9.0
-
18.016.5
-
18.0
-
1.751.00
-
1.75
-
0.500.30
-
0.50
- 10.508.00
-10.50
- 13.009.00
-13.00
전술한 다양한 스테인레스강 소재의 화학적 조성은 아래의 [화학식 2]과 같은 일반식으로 표현 될 수 있다.The chemical composition of the above-described various stainless steel materials can be expressed by a general formula such as [Chemical Formula 2] below.
(단, 11.50 ≤ b ≤ 24.00, 0 ≤ c ≤ 15, 1 ≤ d ≤ 15.5, 0 ≤ e ≤ 5 at.% 이며, X는 C, Si, P, Mo 및 Ti 이 포함된 첨가 원소군에서 선택된1종 이상의 합금원소)(However, 11.50 ≤ b ≤ 24.00, 0 ≤ c ≤ 15, 1 ≤ d ≤ 15.5, 0 ≤ e ≤ 5 at.%, and X is selected from the group of additional elements including C, Si, P, Mo, and Ti. One or more alloying elements)
이때, 스테인레스강을 구성하는 가장 대표적인 원소는 Fe, Cr, Ni 및 Mn 으로, 일반적인 경우, 이 원소들이 전체 화학 조성의 95 at.% 이상을 차지하기 때문에 소재 전체의 특성 역시 상기 원소들에 의해 결정된다고 할 수 있다. At this time, the most representative elements constituting stainless steel are Fe, Cr, Ni and Mn. In general, since these elements occupy 95 at.% or more of the total chemical composition, the properties of the entire material are also determined by the above elements. It can be said that it is done.
(예시 구분)Remark
(Example classification)
황동 구성원소Brass and
Brass element
대표 구성원소Stainless steel
Representative member
이때, 상기 [표 2]에는 황동을 구성하는 Cu, Zn 등 대표적인 황동 조성들과 함께, 일반적인 스테인레스강 조성의 95 at.% 이상을 구성하는 Fe, Cr, Ni 및 Mn 의 특성을 나타내었다. 표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 스테인레스강을 구성하는 모든 원소들은 황동의 특성을 결정하는 금속 원소인 Cu와 큰 양의 혼합열을 가지며, 그 중에서도 기지 조성의 대부분을 구성하는 Fe 및 Cr 은 각각 +13 및 +12 kJ/mol 의 큰 혼합열을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 스테인레스강을 구성하는 모든 합금 원소들은 황동 합금과의 큰 융점 차이를 보이고 있었는데, 이를 통해 스테인레스강 역시 황동 기지와 합금화 되었을 때, 쉽게 액상 분리 영역을 가질 수 있을 것으로 예상할 수 있었다. At this time, the [Table 2] shows the characteristics of Fe, Cr, Ni and Mn constituting 95 at.% or more of the general stainless steel composition, along with typical brass compositions such as Cu and Zn constituting brass. As can be seen from the table, all elements constituting stainless steel have a large amount of mixing heat with Cu, a metal element that determines the properties of brass, and among them, Fe and Cr constituting most of the matrix composition are each + It was confirmed that it has a large heat of mixing of 13 and +12 kJ/mol. In addition, all the alloying elements constituting stainless steel showed a large difference in melting point from that of brass alloy, and through this, it could be expected that stainless steel could easily have a liquid phase separation region when alloyed with a brass matrix.
[도 3] 내지 [도 5]는 각각 200계, 300계 및 400계 스테인레스강을 대표하는 스테인리스강 201(비교예 1), 스테인리스강 304 (비교예 5) 및 스테인리스강 430 합금 (비교예 11)과 (a) 비교예 14 및 (b) 비교예 15의 대표적 황동합금간 열역학 계산을 통해 작도한 의사 2원계 상태도를 나타낸다. 이때, 철계 합금의 계산 정확도 향상을 위해 TCFE 9 데이터베이스를 활용해 계산이 수행되었다. [Fig. 3] to [Fig. 5] are stainless steel 201 (Comparative Example 1), stainless steel 304 (Comparative Example 5), and stainless steel 430 alloy (Comparative Example 11) representing 200 series, 300 series, and 400 series stainless steels, respectively ) And (a) Comparative Examples 14 and (b) shows a pseudo-binary phase diagram drawn through thermodynamic calculations between representative brass alloys of Comparative Example 15. At this time, the calculation was performed using the
모든 도면에서 Zn의 양에 따라 액상 분리 영역의 형상이 크게 바뀌지 않았다는 점을 확인할 수 있는데, 이는 황동을 구성하는 대표적 성분인 Cu가 황동의 열역학적 특성을 좌우하기 때문인 것으로 판단된다. 추가적으로 스테인레스강의 조성 및 결정구조 차이가 있음에도, 동일하게 FCC 결정구조의 석출물이 형성됨을 확인할 수 있다. 이와 같은 현상은 스테인레스강을 구성하는 주원소인 Fe가 황동을 구성하는 주 원소인 Cu 와 상분리 시에, 두 종류의 FCC 합금으로 분리되기 때문이다. 특히, Cu 의 경우 스테인레스 강을 구성하는 대부분의 합금 원소와 양(+)의 혼합열을 가지고 있더라도, 1 at.% 내외의 작은 고용도를 보일 수 있다. 본 발명에서는 황동 합금 대비 포함되는 스테인레스강 합금의 분율이 5 at.% 이하로 매우 작기 때문에, 어떠한 조성의 스테인레스강 스크랩을 합금화 하더라도, 열역학적으로 가장 안정한 특정한 조성 영역의 석출물이 형성될 수 있다. 즉, 상기 [화학식 2]의 조건을 만족하는 스테인레스강이라면 같은 혹은 비슷한 형태의 미세구조를 기대할 수 있다. 즉, 황동에 스테인레스강을 합금화 함으로써 쉽게 스테인리스강 석출물을 형성할 수 있으며, 형성된 석출물이 가공특성 및 절삭성에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단할 수 있다.In all the drawings, it can be seen that the shape of the liquid phase separation region did not change significantly depending on the amount of Zn, which is considered to be because Cu, a representative component of brass, influences the thermodynamic properties of brass. In addition, it can be seen that even though there is a difference in the composition and crystal structure of stainless steel, precipitates having the same FCC crystal structure are formed. This is because Fe, the main element constituting stainless steel, is separated into two types of FCC alloys during phase separation from Cu, which is the main element constituting brass. In particular, in the case of Cu, even if it has a heat of mixing positive (+) with most of the alloying elements constituting stainless steel, it can show a small solubility of about 1 at.%. In the present invention, since the fraction of the stainless steel alloy contained in the brass alloy is very small, 5 at.% or less, even if the stainless steel scrap of any composition is alloyed, precipitates in a specific composition region that are thermodynamically most stable can be formed. That is, if the stainless steel satisfies the conditions of [Chemical Formula 2], the same or similar microstructure can be expected. That is, by alloying stainless steel with brass, stainless steel precipitates can be easily formed, and it can be determined that the formed precipitates can help the processing characteristics and machinability.
스테인레스강 스크랩을 활용한 음용수용 황동 제조Manufacture of brass for drinking water using stainless steel scrap
본 단계에서는 본 발명에 의한 음용수용 황동을 제조하고 그 미세구조를 분석하였다. 이와 같은 음용수용 황동 합금의 제조 방법은 황동 기지를 구성할 모원소 혹은 스크랩을 준비하는 단계; 제 2상 석출물을 형성할 스테인레스강 모원소 혹은 스크랩을 준비하는 단계; 및 준비한 모원소 혹은 스크랩을 동시에 용해하여 합금화 하는 단계로 구성된다.In this step, brass for drinking water according to the present invention was prepared and its microstructure was analyzed. The manufacturing method of such a drinking water brass alloy comprises the steps of preparing a parent element or scrap to constitute a brass base; Preparing a stainless steel parent element or scrap to form a second phase precipitate; And it consists of a step of alloying by melting the prepared parent element or scrap at the same time.
이때, 본 발명에 의한 음용수용 황동은 전자기장에 의한 교반효과가 있어 균질한 미세구조의 합금 제조가 용이한 고주파 유도용해법(Induction melting)을 통해 용해 후 냉각하여 제조하였다. 유도 용해법 이외에도, 아크플라즈마를 통해서 고온을 구현할 수 있기 때문에, 빠르게 벌크 형태의 균질한 고용체를 제조할 수 있고 산화물과 기공 등의 불순물을 최소화할 수 있는 아크 멜팅법(Arc-melting)이나, 혹은 정밀한 온도 제어가 가능한 저항 가열법 및 전율 고용체의 형성이 유리한 급랭 응고법 등을 활용하여 상용 주조 공정을 통해 제조하는 것이 가능하다. 이와 더불어, 원료 고융점 금속의 용해가 가능한 상용 주조법뿐 만 아니라, 원료를 분말 등으로 제조하여 분말 야금법을 이용해 스파크 플라즈마 소결 (Spark Plasma Sintering) 혹은 열간 정수압 소결(Hot Isostatic Pressing)을 이용하여 고온/고압으로 소결하여 제조할 수 있으며, 소결법에 의한 경우에는 보다 정밀한 미세 조직 제어 및 원하는 형상의 부품 제조가 용이한 장점이 있다. 상기와 같이 제조된 합금은 미세구조 제어를 위해 압출, 냉연 및 열연 혹은 재결정화를 위한 열처리 등의 후처리 공정을 추가적으로 수행할 수 있다.At this time, the brass for drinking water according to the present invention was prepared by melting and cooling through high frequency induction melting, which makes it easy to manufacture an alloy having a homogeneous microstructure due to an agitation effect by an electromagnetic field. In addition to the induction melting method, since high temperature can be achieved through arc plasma, it is possible to quickly produce a homogeneous solid solution in bulk form and to minimize impurities such as oxides and pores. It is possible to manufacture through a commercial casting process using a resistance heating method capable of temperature control and a rapid cooling and solidification method in which the formation of an electrifying solid solution is advantageous. In addition, not only the commercial casting method capable of dissolving the high melting point metal of the raw material, but also the high temperature using spark plasma sintering or hot isostatic pressing using powder metallurgy by making the raw material into powder, etc. / It can be manufactured by sintering at high pressure, and in the case of sintering, there are advantages of more precise microstructure control and easy manufacturing of parts having a desired shape. The alloy prepared as described above may be additionally subjected to a post-treatment process such as extrusion, cold rolling, hot rolling, or heat treatment for recrystallization in order to control the microstructure.
한편, 스테인레스강을 구성하는 Cr 및 Ni 등의 원소재는 기존에 활용되던 납에 비해 5배 이상 높은 가격이 형성되어 있다. 따라서 스테인레스강 원소재를 활용하여 합금을 제조하는 경우, 그 소재의 경제성에 악영향을 미칠수 밖에 없다. 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 스테인레스강의 스크랩(Scarp)을 활용하는 방안을 고려하였다. 스크랩의 경우에는 고순도 모원소 대비 10배 이상 낮은 가격을 가지기 때문에 경제성의 증대를 가져올 수 있다. 하기에서는 스크랩을 활용한 쾌삭동의 제조 방법 및 그 결과에 대해 비교예와 직접 연구한 실시예를 바탕으로 체계적으로 설명한다.On the other hand, raw materials such as Cr and Ni constituting stainless steel have a price that is more than five times higher than lead used in the past. Therefore, when an alloy is manufactured using a raw material of stainless steel, it has no choice but to adversely affect the economics of the material. In order to solve this problem, the present invention considers a method of utilizing stainless steel scrap. In the case of scrap, since it has a price that is more than 10 times lower than that of a high-purity parent element, it can bring about an increase in economic efficiency. In the following, a method of manufacturing a free cutting copper using scrap and its results will be systematically described based on comparative examples and examples directly studied.
이때, 본 발명에서 개발한 음용수용 황동과의 비교를 위해 아래 [표 3]과 같이 기존의 유연황동을 제조하고 비교하였다. 이때, 황동의 경우에도 스크랩으로 제조한 경우(비교예 20)와 모합금을 준비하여 제조한 경우(비교예 21) 모두에서 비슷한 형상의 석출물을 가지는 것을 확인할 수 있었으며, 이는 화학적 조성이 비슷한 경우 최종 제조물의 미세구조는 큰 차이가 없음을 의미한다. 따라서 제 1상 황동 기지의 경우, 모합금으로 제조하는 경우나, 스크랩을 활용하는 경우의 미세구조적 차이가 거의 없음을 알 수 있다.At this time, for comparison with the brass for drinking water developed in the present invention, conventional leaded brass was prepared and compared as shown in [Table 3] below. At this time, in the case of brass, it was confirmed that the same shape precipitates were found in both the case of scrap manufacturing (Comparative Example 20) and the case of preparing the master alloy (Comparative Example 21), which is the final case when the chemical composition is similar. The microstructure of the product means that there is no significant difference. Therefore, in the case of the first phase brass base, it can be seen that there is little difference in the microstructure of the case of manufacturing with the master alloy or the case of using scrap.
[도 6]의 (a)는 상기 표3 비교예 20의 미세구조를 나타낸 SEM 사진으로, 미세구조 전반에 걸쳐 황동 기지에, 납 석출물이 형성된 것을 확인할 수 있다. 즉 이와 같은 제 2상 석출물들이 절삭시에 윤활 역할을 통해 절삭성 향상에 도움을 주는 것을 알 수 있다. 이와 비슷하게 [도 6]의 (b)는 본 발명의 하기 표4 실시예 30의 미세구조를 나타낸 것으로, 기지 전반에 걸쳐 스테인레스강 석출물이 분포하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 합금이 기존 유연황동과 유사한 미세구조를 가짐을 통해 본 발명의 합금 역시 우수한 절삭성을 나타낼 수 있음을 예상할 수 있다. (A) of FIG. 6 is an SEM photograph showing the microstructure of Comparative Example 20 in Table 3, and it can be seen that lead precipitates were formed in the brass matrix throughout the microstructure. That is, it can be seen that these second phase precipitates help improve machinability through the role of lubrication during cutting. Similarly , (b) of [Fig. 6] shows the microstructure of Example 30 in Table 4 below of the present invention, and it can be seen that stainless steel precipitates are distributed throughout the matrix. That is, it can be expected that the alloy of the present invention can also exhibit excellent machinability through having a microstructure similar to that of the existing flexible brass.
다음 [표 4]는 석출상을 형성하는 스테인레스강 스크랩 분율, 황동의 Zn 분율 및 스크랩 종류 등을 변화시키며 확인한 본 발명에 의한 다양한 실시예들을 나타낸다. 특히 체계적 확인을 위하여 스테인레스강의 스크랩 조성 역시 각 계열에서 대표적인 합금 4가지(201, 304, 316 및 405)에 대해 수행하였다.The following [Table 4] shows various embodiments according to the present invention confirmed by varying the stainless steel scrap fraction, the Zn fraction of brass, and the type of scrap forming the precipitated phase. In particular, for systematic confirmation, the scrap composition of stainless steel was also performed for four representative alloys (201, 304, 316 and 405) in each series.
(Brass)x(SUS)y Alloy fraction (at.%)
(Brass) x (SUS) y
(Cu)x(Zn)y Brass composition (at.%)
(Cu) x (Zn) y
종류Scrap (SUS)
Kinds
상기 표를 보면, 본 발명의 제조된 다양한 조성에서 모두 절삭성 향상을 기대할 수 있는 구형의 석출물이 형성되었음을 확인할 수 있으며, 석출물들이 서로 연결되지 않고 분리된 형태를 가졌기 때문에, 절삭시에 계면을 따라 균열 형성 등이 적을 것으로 기대된다. 특히 이와 같은 석출물 형성은 스테인레스강 스크랩의 조성과 큰 관계없이 비슷한 형태로 이루어 졌는데, 이는 스테인레스강의 경우 구성원소의 분율에 다소간 차이가 있을 뿐, 전체적인 구성 원소 종류는 비슷하기 때문인 것으로 판단된다. 이로부터 [화학식 2]의 조건을 만족하는 스테인레스강의 경우 모두 본 발명의 결과물로 받아들여질 수 있음을 판단할 수 있다. Looking at the table above, it can be seen that spherical precipitates that can be expected to improve machinability were formed in all of the various compositions prepared according to the present invention.Since the precipitates are not connected to each other and have a separate form, cracks along the interface during cutting It is expected that there will be less formation. In particular, the formation of such precipitates was made in a similar form regardless of the composition of the stainless steel scrap. This is believed to be due to the fact that stainless steel has only a slight difference in the fraction of constituent elements, and the overall types of constituent elements are similar. From this, it can be determined that all stainless steels satisfying the conditions of [Chemical Formula 2] can be accepted as a result of the present invention.
아래 [표 5]는 본 발명을 대표할 수 있는 조성인 실시예 17 내지 20와 같은 조성의 합금을 스크랩이 아닌, 고순도의 모원소를 이용해 제조한 결과를 나타낸다. 하기 표에서 확인할 수 있는 바와 같이 고순도의 모원소를 이용해 같은 조성을 구성한 후 합금을 제조하더라도, 쉽게 비슷한 미세구조의 합금을 제조할 수 있음을 알 수 있다. [Table 5] below shows the results of manufacturing an alloy having the same composition as Examples 17 to 20, which is a representative composition of the present invention, using a high-purity parent element instead of scrap. As can be seen in the table below, even if the alloy is prepared after configuring the same composition using the parent element of high purity, it can be seen that an alloy having a similar microstructure can be easily prepared.
(Brass)x(SUS)y Alloy fraction (at.%)
(Brass) x (SUS) y
(Cu)x(Zn)y Brass composition (at.%)
(Cu) x (Zn) y
한편, 아래 [표6]은 스테인레스강 합금화 원소 분율을 10 at.% 포함하는 합금군에 관한 결과이다. 이와 같이 스테인레스강 소재의 분율이 과도하게 높아지는 경우, 각 석출물이 서로 연결된 형태, 혹은 충분한 성장을 한 수지상 가지 모양으로 성장한다. 이와 같이 연결된 형태의 석출물은 절삭시에 그 계면을 통한 균열이 발생할 수 있어, 청구 범위에서 제외되는 것이 바람직하다.On the other hand, the following [Table 6] is a result of the alloy group containing 10 at.% of the alloying element fraction of stainless steel. In this way, when the proportion of the stainless steel material is excessively high, each precipitate grows in a form connected to each other, or in a form of a dendritic branch with sufficient growth. The precipitates in such a connected form may cause cracks through the interface during cutting, and are preferably excluded from the scope of the claims.
(Brass)x(SUS)y Alloy fraction (at.%)
(Brass) x (SUS) y
(Cu)x(Zn)y Brass composition (at.%)
(Cu) x (Zn) y
상기와 같이 본 단계에서 확인한 결과를 종합하면, 본 발명에 의한 스테인레스강이 제 2 상으로 석출된 음용수용 황동은 아래 [화학식 3]과 같이 표현될 수 있다.When the results confirmed in this step are summarized as described above, the brass for drinking water in which the stainless steel according to the present invention is deposited as the second phase can be expressed as shown in [Chemical Formula 3] below.
(단, 0 ≤ x ≤ 5.00 at.% 이며, Brass 는 [화학식 1]에 의한 황동 조성, SUS 는 [화학식 2]에 의한 스테인레스강 조성)(However, 0 ≤ x ≤ 5.00 at.%, Brass is a brass composition according to [Chemical Formula 1] , and SUS is a stainless steel composition according to [Chemical Formula 2])
한편, 하기 [표 7]에 나타난 실시예 41 내지 49는, 기지 절삭성 향상을 위한 것으로, 황동 소재에 소량 첨가되어 절삭성을 개선하는 것으로 알려진 Pb, Sn, Sb, As, Bi, Cd, P, Mg 및 Si 등으로 이루어진 합금군에서 선택된1종 이상의 합금원소가 전체 합금원소 대비 2 at.% 이상 포함된 결과를 나타낸다. 하기 표에 나타난 원소들은 황동 스크랩 등에 포함되어 쉽게 제거할 수 없는 물질이나, 황동 소재 자체의 절삭성을 향상 시킬 수 있는 원소로써, 본 개발의 청구 범위에 포함될 수 있다. 특히 하기의 소재들은 기존 황동 스크랩에 소량 포함될 수 있는 소재들로써, 황동 스크랩을 활용해 제조한 경우에 불가피하게 소재에 포함될 수 있다.On the other hand, Examples 41 to 49 shown in the following [Table 7] are for improving matrix machinability, Pb, Sn, Sb, As, Bi, Cd, P, Mg, which are known to improve machinability by adding a small amount to a brass material. And it shows the result that at least one alloy element selected from the alloy group consisting of Si and the like is contained in 2 at.% or more of the total alloy elements. The elements shown in the table below are substances that cannot be easily removed because they are included in brass scrap, or elements that can improve the machinability of the brass material itself, and may be included in the claims of the present development. In particular, the following materials are materials that can be included in a small amount in the existing brass scrap, and can inevitably be included in the material when manufactured using brass scrap.
(Brass)x(SUS)y(X)zAlloy fraction (at.%)
(Brass) x (SUS) y (X)z
(Cu)x(Zn)y Brass composition (at.%)
(Cu) x (Zn) y
종류Element added (X)
Kinds
스테인레스강 스크랩으로 제조된 음용수용 황동의 가공 특성 분석Analysis of processing characteristics of brass for drinking water manufactured from stainless steel scrap
본 단계에서는 스테인레스강 스크랩으로 제조된 스테인레스강 제 2상이 석출된 음용수용 황동의 가공 특성 및 절삭성 등을 분석한다. 이를 위해, 본 발명에 의한 대표조성으로써 실시예 30을 기준으로 다양한 분석을 수행하였다. In this step, processing characteristics and machinability of brass for drinking water in which the second phase of stainless steel made of stainless steel scrap is deposited are analyzed. To this end, various analyzes were performed based on Example 30 as a representative composition according to the present invention.
[도 7]은 본 발명 대표 조성인 실시예 30에 대해 대용량 주조 (600 Kg)를 통해 제조한 빌렛 (175 mm직경, 380~550 mm 길이)을 19 mm 직경까지 압출한 시편의 형상을 보여준다. 이와 같은 결과는 스테인리스강 제 2 상이 석출된 음용수용 황동에 큰 변형을 주더라도, 내부 혹은 외부로부터의 균열이 쉽게 발생하지 않음을 의미한다. [Fig. 7] Silver For Example 30, which is a representative composition of the present invention, the shape of a specimen obtained by extruding a billet (175 mm diameter, 380-550 mm length) prepared through large-capacity casting (600 Kg) to a diameter of 19 mm is shown. This result means that even if the stainless steel second phase gives a large deformation to the deposited drinking water brass, cracks from the inside or outside do not easily occur.
이때, [도 8] 은 상기와 같이 압출한 소재를 다시 냉간 압연한 결과를 나타낸다. 도면에 나타난 바와 같이 두께 약 15 mm 의 소재를 2.7 mm 까지 (80% 이상) 압연하더라도, 큰 균열이 발생하지 않음을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 이와 같이 압연된 소재에서 위치를 다르게하며 두께를 측정하더라도, 0.001 mm 이하의 두께 차이를 보이는 것을 알 수 있다. 이는 본 발명을 통해 제조된 음용수용 황동이 정밀 가공 및 성형이 가능함을 의미한다.At this time, [Fig. 8] shows the result of cold rolling the material extruded as described above. As shown in the figure, even if a material having a thickness of about 15 mm is rolled to 2.7 mm (80% or more), it can be seen that no large cracks occur. In addition, it can be seen that the thickness difference of 0.001 mm or less is observed even if the position is different and the thickness is measured in the rolled material as described above. This means that the brass for drinking water manufactured through the present invention can be precisely processed and molded.
[도 9] 는 상기 [도 7]의 압출한 시편을 절삭가공한 결과를 나타낸다. 이때 (a)는 기존의 유연 황동을 절삭한 결과를 나타낸다. 유연 황동의 절삭면에서는 대단위의 균열이나 형상 변형을 확인할 수 없었다. 이와 마찬가지로, 본 발명의 실시예 30 시편의 절삭 표면에는 매우 미소한 표면 긁힘은 확인할 수 있나, 대단위의 균열이나 형상 변형이 발생하지 않은 것을 알 수 있다. 이는 본 발명에 의해 개발된 소재가 상용 황동으로 적용 가능함을 의미한다. 실제로 (c)에 나타난 바와 같이, 가공 시편의 전체 형상을 확인하더라도, 큰 균열없이 매끄럽고 유려한 형상을 확인할 수 있으며, 황동 특유의 황금색을 유지하는 것을 확인하였다. [Fig. 9] shows the result of cutting the extruded specimen of [Fig. 7]. At this time, (a) shows the result of cutting the existing flexible brass. In the cutting surface of the leaded brass, a large-scale crack or shape deformation could not be confirmed. Likewise, it can be seen that very minute surface scratches were observed on the cutting surface of the specimen of Example 30 of the present invention, but it was found that no large-scale cracks or shape deformation occurred. This means that the material developed by the present invention can be applied as a commercial brass. In fact, as shown in (c), even if the overall shape of the processed specimen was checked, it was confirmed that a smooth and fluid shape could be confirmed without major cracks, and that the golden color peculiar to brass was maintained.
[도 10] 은 본 발명을 통해 개발한 황동 소재와 기존 비교예의 경도를 비교한 결과이다. 경도 측정은 비커스 경도 측정법을 통해 분석하였으며, 본 발명의 황동 합금이 기존의 유연 황동에 비해 2-3 배 가량 높은 경도를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 이는 본 발명을 통해 개발된 소재가 스테인리스강 제 2 상의 석출을 통해 기존 소재 대비 고강도를 가져 구조용 소재로써 내구성을 가질 수 있음을 의미한다. 뿐만 아니라 본 발명에서 포함시킨 스테인레스강 석출물은 높은 내산화성을 가져, 기존 소재 대비 우수한 내산화성을 가질 수 있을 것으로 기대된다. [Fig. 10] is a result of comparing the hardness of the brass material developed through the present invention and the conventional comparative example. The hardness measurement was analyzed through the Vickers hardness measurement method, and it was confirmed that the brass alloy of the present invention exhibited a hardness that was 2-3 times higher than that of the existing flexible brass. This means that the material developed through the present invention has high strength compared to the existing material through the precipitation of the stainless steel second phase, so that it can have durability as a structural material. In addition, the stainless steel precipitate included in the present invention has high oxidation resistance, and is expected to have excellent oxidation resistance compared to existing materials.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허 청구 범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above through preferred embodiments, but the above-described embodiments are merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes are possible within the scope not departing from the technical idea of the present invention. Those of ordinary skill will understand. Therefore, the scope of protection of the present invention should be interpreted not by specific embodiments, but by the matters described in the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (7)
스테인레스강(SUS)의 구성원소를 포함하는 제 2상 석출물;을 가지도록 한정한 황동 합금의 조성영역이 (Cu100-aZna)100-x(SUS)x (단, 1 ≤ x ≤ 5이고, 0 < a ≤ 46.5 at.%)로 표현되는 것이되,
상기 식의 SUS의 조성비율이 Fe100-b-c-d-eCrbNicMndXe (단, 11.50 ≤ b ≤ 24.00, 0 ≤ c ≤ 15, 1 ≤ d ≤ 15.5, 0 ≤ e ≤ 5 at.% 이며,
X는 C, Si, P, Mo 및 Ti가 포함된 첨가 원소군에서 선택된 1종 이상의 합금원소)로 표현되는 것을 특징으로 하는 음용수용 황동 합금.
The first phase of a brass alloy composed of Cu and Zn; And
The composition area of the brass alloy limited to have a second phase precipitate containing the constituent elements of stainless steel (SUS) is (Cu 100-a Zn a ) 100-x (SUS) x (however, 1 ≤ x ≤ 5 And 0 <a ≤ 46.5 at.%),
The composition ratio of SUS in the above formula is Fe 100-bcde Cr b Ni c Mn d X e (however, 11.50 ≤ b ≤ 24.00, 0 ≤ c ≤ 15, 1 ≤ d ≤ 15.5, 0 ≤ e ≤ 5 at.%, and ,
X is a brass alloy for drinking water, characterized in that represented by one or more alloying elements selected from the group of additional elements including C, Si, P, Mo, and Ti.
상기 Cu와 Zn로 구성된 황동 합금의 제 1상이 스크랩을 재활용해 제조된 것을 특징으로 하는 음용수용 황동 합금.
The method according to claim 1,
Brass alloy for drinking water, characterized in that the first phase of the brass alloy composed of Cu and Zn is manufactured by recycling scrap.
상기 스테인레스강(SUS)의 구성원소를 포함하는 제 2상 석출물이,
Fe100-b-c-d-eCrbNicMndXe (단, 11.50 ≤ b ≤ 24.00, 0 ≤ c ≤ 15, 1 ≤ d ≤ 15.5, 0 ≤ e ≤ 5 at.% 이며, X는 C, Si, P, Mo 및 Ti 으로 포함된 첨가 원소군에서 선택된 1종 이상의 합금원소)의 조성비율을 가지는 상용 스테인레스강 스크랩을 재활용해 제조된 것을 특징으로 하는 음용수용 황동 합금.
The method according to claim 1,
The second phase precipitate containing the constituent elements of the stainless steel (SUS),
Fe 100-bcde Cr b Ni c Mn d X e (However, 11.50 ≤ b ≤ 24.00, 0 ≤ c ≤ 15, 1 ≤ d ≤ 15.5, 0 ≤ e ≤ 5 at.%, and X is C, Si, P Brass alloy for drinking water, characterized in that produced by recycling commercial stainless steel scrap having a composition ratio of at least one alloy element selected from the group of additional elements including Mo and Ti.
상기 Cu와 Zn로 구성된 황동 합금의 제 1상의 절삭성 향상을 위하여,
Pb, Sn, Sb, As, Bi, Cd, P, Mg 및 Si 등으로 이루어진 합금군에서 선택된 1종 이상의 합금원소가 황동 합금을 대체하여 2 at.% 이하로 합금화된 것을 특징으로 하는 음용수용 황동 합금.
The method according to claim 1,
In order to improve the machinability of the first phase of the brass alloy composed of Cu and Zn,
Brass for drinking water, characterized in that at least one alloy element selected from the alloy group consisting of Pb, Sn, Sb, As, Bi, Cd, P, Mg, and Si is alloyed to 2 at.% or less by replacing the brass alloy. alloy.
A brass article including a faucet article and a pipe, characterized in that it comprises the brass alloy for drinking water of claim 1.
Fe100-b-c-d-eCrbNicMndXe (단, 11.50 ≤ b ≤ 24.00, 0 ≤ c ≤ 15, 1 ≤ d ≤ 15.5, 0 ≤ e ≤ 5 at.% 이며, X는 C, Si, P, Mo 및 Ti으로 포함된 첨가 원소군에서 선택된 1종 이상의 합금원소)의 조성비율을 가지는 제 2상 석출물을 형성할 스테인레스강 모원소 혹은 스크랩을 준비하는 단계;
상기 단계들에서 준비한 황동(Brass) 모원소 혹은 스크랩 및 스테인레스강(SUS) 모원소 혹은 스크랩을 (Brass)100-x(SUS)x (단 1 ≤ x ≤ 5)의 비율로 준비하는 단계;
상기 단계들에서 준비한 모원소 혹은 스크랩을 동시에 용해하여 스테인레스강(SUS)의 구성원소를 포함하는 제 2상 석출물을 가지는 것을 특징으로 하는 음용수용 황동 합금의 제조 방법.
Preparing a brass parent element or scrap to constitute a brass base in a ratio of Cu 100-x Zn x (however, 0<x≤45);
Fe 100-bcde Cr b Ni c Mn d X e (However, 11.50 ≤ b ≤ 24.00, 0 ≤ c ≤ 15, 1 ≤ d ≤ 15.5, 0 ≤ e ≤ 5 at.%, and X is C, Si, P , Preparing a stainless steel parent element or scrap to form a second phase precipitate having a composition ratio of at least one alloy element selected from the group of additional elements including Mo and Ti;
Preparing the brass (Brass) parent element or scrap and the stainless steel (SUS) parent element or scrap prepared in the above steps at a ratio of (Brass) 100-x (SUS) x (only 1 ≤ x ≤ 5);
A method for producing a brass alloy for drinking water, characterized in that the parent element or scrap prepared in the above steps is simultaneously dissolved to have a second phase precipitate containing a constituent element of stainless steel (SUS).
Cu와 Zn로 구성된 황동 합금의 제 1상의 절삭성 향상을 위하여,
Pb, Sn, Sb, As, Bi, Cd, P, Mg 및 Si 등으로 이루어진 합금군에서 선택된 1종 이상의 합금원소가 황동 합금을 대체하여 2 at.% 이하로 합금화된 것을 특징으로 하는 음용수용 황동 합금의 제조 방법.The method of claim 6,
To improve the machinability of the first phase of a brass alloy composed of Cu and Zn,
Brass for drinking water, characterized in that at least one alloy element selected from the alloy group consisting of Pb, Sn, Sb, As, Bi, Cd, P, Mg, and Si is alloyed to 2 at.% or less by replacing the brass alloy. Method of making the alloy.
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Citations (6)
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---|---|---|---|---|
JPH10330870A (en) * | 1997-05-30 | 1998-12-15 | Diehl Stiftung & Co | Sanitary pipe made of brass alloy |
KR100225751B1 (en) | 1997-04-22 | 1999-10-15 | 조시영 | Non-lead cutting brass alloy |
KR100555854B1 (en) | 2004-02-24 | 2006-03-03 | 주식회사 서원 | Lead-Free cutting bronze alloy |
KR20100013156A (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-09 | 주식회사 서원 | Brass alloy with advanced dezincification resistance and a manufacturing method thereof |
CN102168206A (en) * | 2011-03-31 | 2011-08-31 | 芜湖市金贸流体科技股份有限公司 | Copper alloy casting production process |
KR20140035578A (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-24 | 노인국 | Lead-free brass alloy and thereof manufacturing method |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100225751B1 (en) | 1997-04-22 | 1999-10-15 | 조시영 | Non-lead cutting brass alloy |
JPH10330870A (en) * | 1997-05-30 | 1998-12-15 | Diehl Stiftung & Co | Sanitary pipe made of brass alloy |
KR100555854B1 (en) | 2004-02-24 | 2006-03-03 | 주식회사 서원 | Lead-Free cutting bronze alloy |
KR20100013156A (en) * | 2008-07-30 | 2010-02-09 | 주식회사 서원 | Brass alloy with advanced dezincification resistance and a manufacturing method thereof |
CN102168206A (en) * | 2011-03-31 | 2011-08-31 | 芜湖市金贸流体科技股份有限公司 | Copper alloy casting production process |
KR20140035578A (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-24 | 노인국 | Lead-free brass alloy and thereof manufacturing method |
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