KR20230025184A - Cgi cast iron having enhanced manufacturability and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20230025184A
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copper
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정종권
김정엽
오정혁
정기환
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현대두산인프라코어(주)
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Abstract

The present invention provides CGI cast iron having a chemical composition in which carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), copper (Cu), tin (Sn), and magnesium (Mg) are controlled to specific content ranges, respectively, and a copper equivalent (Cu_eq) is controlled to be within a specific range and a manufacturing method thereof. In the present invention, provided is CGI cast iron which exhibits high stiffness and toughness and at the same time ensures excellent castability and workability, thereby being applicable to engine parts such as engine cylinder blocks and cylinder heads. To this end, the CGI cast iron comprises, based on the total weight, 3.4 to 3.8 wt% of carbon (C), 2.1 to 2.4 wt% of silicon (Si), 0.2 to 0.4 wt% of manganese (Mn), 0.4 to 0.8 wt% of copper (Cu), 0.02 to 0.06 wt% of tin (Sn), 0.009 to 0.02 wt% of magnesium (Mg), and the remaining amount of iron (Fe) satisfying 100 wt%, and the copper equivalent (Cu_eq) according to equation 1 is 1.1 to 1.6.

Description

제조성이 우수한 CGI 주철 및 그 제조방법{CGI CAST IRON HAVING ENHANCED MANUFACTURABILITY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}CGI cast iron with excellent manufacturability and its manufacturing method {CGI CAST IRON HAVING ENHANCED MANUFACTURABILITY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 제조성이 우수한 CGI(Compacted Graphite Iron) 주철 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 강성과 인성을 나타냄과 동시에 우수한 주조성 및 가공성을 확보하여 고출력 엔진 부품에 적용 가능한 CGI 주철 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to CGI (Compacted Graphite Iron) cast iron with excellent manufacturability and a method for manufacturing the same, and more particularly, to CGI cast iron that exhibits high stiffness and toughness and at the same time secures excellent castability and workability, which can be applied to high-output engine parts. and a manufacturing method thereof.

최근 환경규제 및 시장에서의 고출력 엔진에 대한 요구로 인해 엔진의 폭발 압력을 높이는 것이 필연적이다. 엔진의 폭발 압력이 높아짐에 따라 이에 대응하기 위한 실린더 블록 및 헤드의 강성 향상이 불가피하다.Due to recent environmental regulations and the demand for high-output engines in the market, it is inevitable to increase the explosion pressure of the engine. As the explosion pressure of the engine increases, it is inevitable to improve the rigidity of the cylinder block and head to cope with it.

실린더 블록 및 헤드에 사용되는 주철은 200~300 MPa의 인장강도를 갖는다. 종래 실린더 블록에 일반적으로 사용되는 재료는 회주철로서, 이러한 회주철은 우수한 진동 감쇠능, 열전도도, 주조성 및 가공성을 갖는 반면, 상대적으로 낮은 인장강도로 인하여 230 bar 이상, 즉 23 MPa 이상의 엔진 폭발 압력에는 대응하기 어렵다는 문제점이 있다.Cast iron used for cylinder blocks and heads has a tensile strength of 200 to 300 MPa. A material commonly used in conventional cylinder blocks is gray cast iron. This gray cast iron has excellent vibration damping ability, thermal conductivity, castability and workability, but due to its relatively low tensile strength, an engine explosion pressure of 230 bar or more, that is, 23 MPa or more. has a problem that is difficult to deal with.

전술한 회주철의 물성을 개선한 주철로서 구상흑연주철이 있다. 구상흑연주철은 회주철의 미세조직에서 나타나는 흑연의 형상을 편상 조직에서 구상 조직으로 변화시켜 강성 및 인성을 향상시킨 주철이다. 이러한 구상흑연주철은 높은 폭발 압력을 요구하는 엔진에서 필요로 하는 고강도를 가지고 있는 반면, 회주철 대비 진동감쇠능, 열전도도, 주조성 및 가공성이 저조하여 형상이 복잡한 엔진 실린더 블록 및 헤드에 적용하기에는 한계가 있다.There is nodular cast iron as cast iron having improved physical properties of the aforementioned gray cast iron. Spheroidal graphite cast iron is cast iron in which rigidity and toughness are improved by changing the shape of graphite appearing in the microstructure of gray cast iron from a flake structure to a spherical structure. Such ductile graphite cast iron has high strength required by engines requiring high explosion pressure, but has poor vibration damping ability, thermal conductivity, castability and workability compared to gray cast iron, limiting its application to engine cylinder blocks and heads with complex shapes. there is

한편 CGI(Compacted Graphite Iron) 주철은, 회주철의 장점인 진동감쇠능, 열전도도, 주조성 및 가공성을 가지면서 구상흑연주철의 높은 강성과 인성을 동시에 보유하므로, 차세대 엔진 부품용 소재로 적용되고 있다. 다만 인장강도 460 MPa을 초과하는 CGI 주철 재질의 경우, 회주철과 비교하여 용탕 유동성 및 가공성이 현저하게 저조하여 상용 디젤엔진에 적용하는 것에 한계가 있었다.On the other hand, CGI (Compacted Graphite Iron) cast iron has the advantages of gray cast iron such as vibration damping ability, thermal conductivity, castability, and processability, and simultaneously possesses the high stiffness and toughness of nodular cast iron, so it is applied as a material for next-generation engine parts. . However, in the case of CGI cast iron material having a tensile strength of more than 460 MPa, compared to gray cast iron, molten metal fluidity and processability were significantly poor, so there was a limit to its application to commercial diesel engines.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 주철에 포함되는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 구리(Cu), 주석(Sn) 및 마그네슘(Mg)의 함량을 특정범위로 조절함과 동시에 구리(Cu)와 주석(Sn)과 마그네슘(Mg)의 양을 정밀하게 제어함으로써 안정적인 물성, 미세조직, 주조성 및 가공성을 가지는 CGI 주철 및 그 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. The present invention has been made to solve the above problems, the content of carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), copper (Cu), tin (Sn) and magnesium (Mg) contained in cast iron To provide CGI cast iron and its manufacturing method having stable physical properties, microstructure, castability and workability by precisely controlling the amounts of copper (Cu), tin (Sn), and magnesium (Mg) while adjusting to a specific range. as a technical challenge.

또한 본 발명은 전술한 CGI 주철을 포함하여 고출력의 디젤엔진에 구비되는 실린더 블록 및 헤드 등의 엔진 부품을 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다. In addition, another technical problem of the present invention is to provide engine parts such as a cylinder block and a head, which are provided in a high-output diesel engine, including the aforementioned CGI cast iron.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 의해 보다 명확하게 설명될 수 있다. Other objects and advantages of the present invention can be more clearly described by the following detailed description and claims.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 전체 중량에 대하여 탄소(C) 3.4~3.8 중량%, 규소(Si) 2.1~2.4 중량%, 망간(Mn) 0.2~0.4 중량%, 구리(Cu) 0.4~0.8 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.06 중량%, 마그네슘(Mg) 0.009~0.02 중량%, 및 100 중량%를 만족시키는 잔량의 철(Fe)을 포함하며, 구리 당량(Copper Equivalent, Cueq)이 1.1 내지 1.6인 CGI 주철을 제공한다. In order to achieve the above technical problem, the present invention is carbon (C) 3.4 ~ 3.8% by weight, silicon (Si) 2.1 ~ 2.4% by weight, manganese (Mn) 0.2 ~ 0.4% by weight, copper (Cu) 0.4 to 0.8 wt%, tin (Sn) 0.02 to 0.06 wt%, magnesium (Mg) 0.009 to 0.02 wt%, and the remaining amount of iron (Fe) to satisfy 100 wt%, and copper equivalent (Copper Equivalent, Cu eq ) is 1.1 to 1.6 to provide CGI cast iron.

본 발명에 따른 일 실시예를 들면, 상기 CGI 주철은 페라이트-펄라이트 2상 혼합 기지조직(matrix structure)을 포함하며, 면적 분율로 17 내지 39%의 페라이트 및 61 내지 83%의 펄라이트로 구성될 수 있다. In one embodiment according to the present invention, the CGI cast iron includes a ferrite-pearlite two-phase mixed matrix structure, and may be composed of 17 to 39% ferrite and 61 to 83% pearlite in area fraction. there is.

본 발명에 따른 일 실시예를 들면, 상기 기지조직에 분포된 흑연의 구상화율(Nodularity)은 5 내지 30%일 수 있다. For one embodiment according to the present invention, the nodularity of the graphite distributed in the base tissue may be 5 to 30%.

본 발명에 따른 일 실시예를 들면, 상기 CGI 주철의 탄소 당량(Carbon Equivalent, C.E.)은 4.1 내지 4.6일 수 있다. For one embodiment according to the present invention, the carbon equivalent (C.E.) of the CGI cast iron may be 4.1 to 4.6.

본 발명에 따른 일 실시예를 들면, 상기 CGI 주철은 20 ± 5℃하에서 (i) 400 내지 460MPa의 인장강도(Tensile Strength); (ii) 300 내지 335 MPa의 항복강도(Yield Strength); (iii) 1 내지 3%의 연신율(Elongation); 및 (iv) 185 내지 230 HBW의 브리넬 경도를 만족할 수 있다. For one embodiment according to the present invention, the CGI cast iron has a tensile strength of (i) 400 to 460 MPa at 20 ± 5 ° C; (ii) Yield Strength of 300 to 335 MPa; (iii) Elongation of 1 to 3%; and (iv) a Brinell hardness of 185 to 230 HBW.

본 발명에 따른 일 실시예를 들면, 상기 CGI 주철은 1360 ± 40℃의 용탕 주입 온도에서의 유동 길이(Fluidity Length)가 700 내지 850 mm일 수 있다. For one embodiment according to the present invention, the CGI cast iron may have a fluidity length of 700 to 850 mm at a molten metal injection temperature of 1360 ± 40 °C.

본 발명에 따른 일 실시예를 들면, 상기 CGI 주철의 열전도도는 34.5 내지 45 W/m·K일 수 있다. For one embodiment according to the present invention, the thermal conductivity of the CGI cast iron may be 34.5 to 45 W / m K.

또한 본 발명은 전술한 CGI 주철을 포함하며, 엔진 실린더 블록 및 엔진 실린더 헤드 중 적어도 하나에 적용되는 엔진 부품을 제공한다.In addition, the present invention provides an engine part that includes the aforementioned CGI cast iron and is applied to at least one of an engine cylinder block and an engine cylinder head.

나아가, 본 발명은 전술한 CGI 흑연주철의 제조방법으로서, (i) 탄소(C) 3.4~3.8 중량%, 규소(Si) 2.1~2.4 중량%, 망간(Mn) 0.2~0.4 중량%, 및 100 중량%를 만족시키는 잔량의 철(Fe)을 포함하는 CGI 주철 재료를 용광로에서 용융하여 주철 원탕을 제조하는 단계; (ii) 구리(Cu) 0.4~0.8 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.06 중량%, 및 마그네슘(Mg) 0.009~0.02 중량%이 배치된 래이들(Ladle)을 준비하는 단계; (iii) 상기 주철 원탕을 상기 레이들에 출탕하여 주철 용융액을 제조하되, 상기 주철 용융액의 구리 당량(Copper Equivalent, Cueq)을 1.1~1.6로 조절하는 단계; (iv) 제조된 주철 용융액에 포함된 마그네슘 함량을 결정한 후, 상기 주철 용융액에 마그네슘(Mg)을 2차 첨가하는 단계; 및 (v) 상기 단계 (iv)의 주철 용융액을 주형에 주입하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다. Furthermore, the present invention is a method for producing the above-described CGI graphite cast iron, (i) 3.4 to 3.8% by weight of carbon (C), 2.1 to 2.4% by weight of silicon (Si), 0.2 to 0.4% by weight of manganese (Mn), and 100 Manufacturing a cast iron wontang by melting a CGI cast iron material including a residual amount of iron (Fe) that satisfies the weight percent in a furnace; (ii) preparing a ladle in which 0.4 to 0.8% by weight of copper (Cu), 0.02 to 0.06% by weight of tin (Sn), and 0.009 to 0.02% by weight of magnesium (Mg) are disposed; (iii) preparing a cast iron melt by tapping the cast iron wontang on the ladle, adjusting the copper equivalent (Cu eq ) of the cast iron melt to 1.1 to 1.6; (iv) secondarily adding magnesium (Mg) to the molten cast iron after determining the magnesium content contained in the molten cast iron; and (v) injecting the molten cast iron of step (iv) into a mold.

본 발명에 따른 일 실시예를 들면, 상기 단계 (i)의 주철 원탕은 탄소 당량(C.E.)이 4.1~4.6로 조절될 수 있다. For one embodiment according to the present invention, the cast iron wontang of step (i) may have a carbon equivalent (C.E.) adjusted to 4.1 to 4.6.

본 발명에 따른 일 실시예를 들면, 상기 단계 (iii)의 출탕 온도는 1510 ± 20℃로 조절할 수 있다. For one embodiment according to the present invention, the tapping temperature in step (iii) may be adjusted to 1510 ± 20 ° C.

본 발명에 따른 일 실시예를 들면, 상기 단계 (iv)에서 2차 첨가되는 마그네슘은 와이어(Wire) 형태의 마그네슘(Mg)일 수 있다. For one embodiment according to the present invention, the magnesium added secondarily in step (iv) may be magnesium (Mg) in a wire form.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 주철을 구성하는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 구리(Cu), 주석(Sn) 및 마그네슘(Mg)의 함량을 특정범위로 조절함과 동시에 구리(Cu)와 주석(Sn)과 마그네슘(Mg)의 양을 정밀하게 제어하여, 400~460 MPa의 인장강도, 300~335MPa의 항복강도, 185~230의 브리넬 경도(HBW) 등의 높은 기계적 물성을 가진 CGI 주철을 제공할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the content of carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), copper (Cu), tin (Sn), and magnesium (Mg) constituting cast iron is adjusted to a specific range. At the same time, by precisely controlling the amount of copper (Cu), tin (Sn), and magnesium (Mg), the tensile strength of 400 ~ 460 MPa, the yield strength of 300 ~ 335 MPa, and the Brinell hardness (HBW) of 185 ~ 230 CGI cast iron with high mechanical properties can be provided.

또한 본 발명에 따른 CGI 주철은, 종래 회주철 대비 동등 수준의 용탕 유동성과, 종래 상용화된 CGI 주철 대비 우수한 가공성을 확보함에 따라, 고출력 및 고마력의 디젤 엔진에 구비되는 실린더 블록 및 헤드 제조에 유용하게 적용될 수 있다.In addition, the CGI cast iron according to the present invention secures the same level of molten metal fluidity as compared to conventional gray cast iron and excellent workability compared to conventionally commercialized CGI cast iron, making it useful for manufacturing cylinder blocks and heads provided in high-power and high-horsepower diesel engines. can be applied

특히 본 발명에서는 마그네슘(Mg) 함량의 정밀 제어를 통해 고마력의 디젤엔진용 실린더 블록 및 헤드용으로 적용할 수 있을 정도의 높은 강도와 균질한 미세 조직을 갖는 CGI 주철을 제조할 수 있으며, 더불어 합금원소인 구리(Cu)와 망간(Mn)과 주석(Sn)의 양의 제어에 의하여 경도 및 인장강도를 다양하게 조절할 수 있다. In particular, in the present invention, CGI cast iron having high strength and a homogeneous microstructure that can be applied for cylinder blocks and heads for high-horsepower diesel engines can be manufactured through precise control of magnesium (Mg) content. Hardness and tensile strength can be adjusted in various ways by controlling the amount of alloying elements copper (Cu), manganese (Mn), and tin (Sn).

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 보다 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.Effects according to the present invention are not limited by the contents exemplified above, and more diverse effects are included in the present specification.

도 1은 실시예 1~7 및 비교예 1~8에서 제조된 CGI 주철의 인장강도(Tensile Strength)를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 1~7 및 비교예 1~8에서 제조된 CGI 주철의 항복강도(Yield Strength)를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1~7 및 비교예 1~8에서 제조된 CGI 주철의 연신율(Elongation)을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1~7 및 비교예 1~8에서 제조된 CGI 주철의 경도를 나타낸 그래프이다.
도 5 및 도 6은 각각 실험예 2의 유동성 측정에 사용되는 나선 시험편 제작을 위한 금형을 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 7은 실시예 1 ~7 및 비교예 1~8에서 제조된 용탕의 유동성을 나타낸 그래프이다.
도 8은 실시예 1, 비교예 3 및 비교예 7~8에서 제조된 CGI 주철의 가공성을 나타낸 공구 마모량 사진이다.
도 9는 비교예 6의 회주철, 실시예 1의 CGI 주철, 및 비교예 8의 구상 흑연 주철의 미세조직 사진이다.
1 is a graph showing the tensile strength of CGI cast iron prepared in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 8.
Figure 2 is a graph showing the yield strength (Yield Strength) of CGI cast iron prepared in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 8.
3 is a graph showing the elongation of CGI cast iron prepared in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 8.
4 is a graph showing the hardness of CGI cast iron prepared in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 8.
5 and 6 are a plan view and a cross-sectional view showing a mold for manufacturing a spiral test piece used for fluidity measurement in Experimental Example 2, respectively.
7 is a graph showing the fluidity of molten metals prepared in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 8.
8 is a photograph of tool wear amount showing the machinability of CGI cast irons prepared in Example 1, Comparative Example 3, and Comparative Examples 7 and 8.
9 is a microstructure photograph of gray cast iron of Comparative Example 6, CGI cast iron of Example 1, and spheroidal graphite cast iron of Comparative Example 8.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.All terms (including technical and scientific terms) used in this specification, unless otherwise defined, may be used in a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless explicitly specifically defined.

또한 본 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 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다. 또한 명세서 전체에서, "위에" 또는 "상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치하는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 위쪽에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다. 그리고, 본원 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 임의의 순서 또는 중요도를 나타내는 것이 아니라 구성요소들을 서로 구별하고자 사용된 것이다.In addition, throughout this specification, when a certain component is said to "include", this is an open term that implies the possibility of further including other components, not excluding other components, unless otherwise stated. (open-ended terms). In addition, throughout the specification, "above" or "on" means not only the case of being located above or below the target part, but also the case of another part in the middle thereof, necessarily based on the direction of gravity. does not mean that it is located at the top. Also, terms such as "first" and "second" in the present specification do not indicate any order or importance, but are used to distinguish components from each other.

또한 본 명세서에서 사용되는 "바람직한" 및 "바람직하게"는 소정 환경 하에서 소정의 이점을 제공할 수 있는 본 발명의 실시 형태를 지칭한다. 그러나, 동일한 환경 또는 다른 환경 하에서, 다른 실시 형태가 또한 바람직할 수 있다. 추가로, 하나 이상의 바람직한 실시 형태의 언급은 다른 실시 형태가 유용하지 않다는 것을 의미하지 않으며, 본 발명의 범주로부터 다른 실시 형태를 배제하고자 하는 것은 아니다.Also used herein, “preferred” and “preferably” refer to embodiments of the invention that can provide certain advantages under certain circumstances. However, other embodiments may also be preferred, under the same or other circumstances. Additionally, the recitation of one or more preferred embodiments does not imply that the other embodiments are not useful, nor is it intended to exclude the other embodiments from the scope of the present invention.

<CGI 주철><CGI Cast Iron>

본 발명에 따른 일 실시예는, 회주철의 열전도도, 주조성 및 가공성과, 구상 흑연 주철의 높은 강성과 인성을 동시에 갖는 CGI 주철(Compacted Graphite Iron)로서, 종래 450MPa 이상급 상용화된 CGI 주철 대비 우수한 용탕 유동성과 가공성을 갖는다는 점에서 차별화된다. One embodiment according to the present invention is CGI cast iron (Compacted Graphite Iron) having the thermal conductivity, castability and workability of gray cast iron and high stiffness and toughness of spheroidal graphite cast iron at the same time, which is superior to conventional CGI cast iron of 450 MPa or more commercially available. It is differentiated in that it has fluidity and processability.

일 구체예를 들면, 상기 CGI 주철은, 전체 중량에 대하여 탄소(C) 3.4~3.8 중량%, 규소(Si) 2.1~2.4 중량%, 망간(Mn) 0.2~0.4 중량%, 구리(Cu) 0.4~0.8 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.06 중량%, 마그네슘(Mg) 0.009~0.02 중량%, 100 중량%를 만족시키는 잔량의 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하며, 이와 동시에 구리(Cu)와 주석(Sn)과 마그네슘(Mg)의 양을 정밀하게 제어하여 1.1 ~ 1.6의 구리 당량(Copper Equivalent, Cueq)을 만족하는 화학 조성을 갖는다.For example, the CGI cast iron contains 3.4 to 3.8 wt% of carbon (C), 2.1 to 2.4 wt% of silicon (Si), 0.2 to 0.4 wt% of manganese (Mn), and 0.4 wt% of copper (Cu), based on the total weight. ~0.8% by weight, tin (Sn) 0.02~0.06% by weight, magnesium (Mg) 0.009~0.02% by weight, the remaining amount of iron (Fe) satisfying 100% by weight and unavoidable impurities, and at the same time copper (Cu) It has a chemical composition that satisfies the Copper Equivalent (Cu eq ) of 1.1 to 1.6 by precisely controlling the amounts of Sn and Mg.

여기서, CGI 주철을 구성하는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 구리(Cu), 주석(Sn) 및 마그네슘(Mg)의 각 함량; 상기 구리, 망간, 마그네슘 함량비 조절에 따른 구리 당량(Cueq)은, 700~850 mm의 용탕 유동도(Fluidity Length)와 가공성 뿐만 아니라 400~460 MPa의 인장강도, 300~335MPa의 항복강도, 185~230의 브리넬 경도(HBW)을 갖는 CGI 주철을 제조하는데 중요한 인자이다. 이에 따라, 본 발명의 CGI 주철은 하기 화학조성으로 한정하는 것이 필요하다. Here, each content of carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), copper (Cu), tin (Sn) and magnesium (Mg) constituting CGI cast iron; The copper equivalent weight (Cu eq ) according to the control of the copper, manganese, and magnesium content ratio is 700 to 850 mm of fluidity and workability as well as 400 to 460 MPa of tensile strength, 300 to 335 MPa of yield strength, It is an important factor in producing CGI cast iron having a Brinell hardness (HBW) of 185 to 230. Accordingly, the CGI cast iron of the present invention needs to be limited to the following chemical composition.

이하, 본 발명에 따른 CGI 주철의 각 구성 성분 및 함량에 대하여 설명한다. 여기서, 각 원소의 첨가량은 중량%이며, 이하 내용에서는 단순히 %로 표시할 수도 있다.Hereinafter, each component and content of the CGI cast iron according to the present invention will be described. Here, the addition amount of each element is % by weight, and may be simply expressed as % in the following content.

1) 탄소(C) 3.4~3.8 중량%1) 3.4 to 3.8% by weight of carbon (C)

탄소는 강화 흑연(Compacted Graphite) 정출을 위해 첨가되는 원소이다. 본 발명에 따른 CGI 주철에서 탄소의 함량이 3.4 중량% 미만이면 박육부(Thin-walled part)에서 칠(Chill)화 거동이 관찰되고, 3.8 중량%를 초과하면 흑연 구상화 수축 및 유동불량이 발생한다. 다양한 두께를 가지는 고강도 실린더 블록에서의 불량을 예방하기 위하여, 본 발명에서는 탄소의 함량을 3.4~3.8 중량%로 설정한다.Carbon is an element added for the crystallization of compacted graphite. If the carbon content in the CGI cast iron according to the present invention is less than 3.4% by weight, chilling behavior is observed in the thin-walled part, and if it exceeds 3.8% by weight, graphite spheroidization shrinkage and poor flow occur . In order to prevent defects in high-strength cylinder blocks having various thicknesses, the carbon content is set to 3.4 to 3.8% by weight in the present invention.

2) 규소(Si) 2.1~2.4 중량%2) 2.1 to 2.4% by weight of silicon (Si)

규소는 탄소와 최적 비율로 첨가될 경우 강화 흑연(Compacted Graphite) 정출량을 극대화하고 주철의 강도를 증가시킨다. 본 발명에 따른 CGI 주철에서, 규소의 함량이 2.1 중량% 미만이면 강화 흑연의 정출량이 낮아지는 문제가 발생하고, 2.4 중량%를 초과하면 연성이 낮아지는 문제가 발생하게 된다. 이에 따라, 본 발명에서는 규소의 함량을 2.1~2.4 중량%로 설정한다.When silicon is added in an optimal ratio with carbon, it maximizes the crystallization amount of compacted graphite and increases the strength of cast iron. In the CGI cast iron according to the present invention, when the silicon content is less than 2.1% by weight, the crystallization amount of reinforced graphite is lowered, and when it exceeds 2.4% by weight, ductility is lowered. Accordingly, in the present invention, the content of silicon is set to 2.1 to 2.4% by weight.

3) 망간(Mn) 0.2~0.4 중량%3) 0.2 to 0.4% by weight of manganese (Mn)

망간은 흑연의 미세화와 펄라이트(Pearlite) 안정화를 위하여 첨가된다. 본 발명에 따른 CGI 주철에서 망간의 함량이 0.2 중량% 미만이면 경도가 저하되고, 0.4 중량%를 초과하면 취성이 증가하게 된다. 이에 따라, 본 발명에서는 망간의 함량을 0.2~0.4 중량%로 설정한다.Manganese is added for refinement of graphite and stabilization of pearlite. If the content of manganese in the CGI cast iron according to the present invention is less than 0.2% by weight, the hardness is lowered, and if it exceeds 0.4% by weight, brittleness is increased. Accordingly, in the present invention, the content of manganese is set to 0.2 to 0.4% by weight.

4) 구리(Cu) 0.4~0.8 중량%4) 0.4 to 0.8% by weight of copper (Cu)

구리는 펄라이트(Pearlite) 생성을 촉진하고 미세화시키는 작용하기 때문에 강도확보를 위해 필요한 원소이다. 본 발명에 따른 주철에서는 구리의 함량이 0.4 중량% 미만일 경우 강도의 부족을 초래하고 그 함량이 0.8 중량%를 초과하면 주조성이 저하된다. 이에 따라, 본 발명에서는 구리의 함량을 0.4~0.8 중량%로 설정한다.Copper is a necessary element to secure strength because it promotes the creation of pearlite and acts to refine it. In the cast iron according to the present invention, when the copper content is less than 0.4% by weight, strength is insufficient, and when the content exceeds 0.8% by weight, castability is deteriorated. Accordingly, in the present invention, the copper content is set to 0.4 to 0.8% by weight.

5) 주석(Sn) 0.02~0.06 중량%5) Tin (Sn) 0.02 ~ 0.06% by weight

주석은 매우 강력한 펄라이트(Pearlite) 생성 촉진 원소로서, 구리와 마찬가지로 강도 향상을 목적으로 첨가된다. 본 발명에 따른 주철에서 주석의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우 강도의 저하가 초래되고, 0.06 중량%를 초과할 경우 취성이 급격하게 증가하고 주조성도 저하된다. 이에 따라, 본 발명에서는 주석의 함량을 0.02~0.06 중량%로 설정한다.Tin is a very strong pearlite formation promoting element, and is added for the purpose of improving strength, like copper. When the content of tin in the cast iron according to the present invention is less than 0.02% by weight, the strength is lowered, and when it exceeds 0.06% by weight, brittleness is rapidly increased and castability is also lowered. Accordingly, in the present invention, the content of tin is set to 0.02 to 0.06% by weight.

6) 마그네슘(Mg) 0.009~0.02 중량%6) Magnesium (Mg) 0.009 to 0.02% by weight

마그네슘은 흑연의 구상화(Nodularity) 기능을 하면서 동시에 강화 흑연(Compacted Graphite)의 핵 생성 및 성장 촉진 역할을 한다. 본 발명에 따른 주철에서는 마그네슘의 함량이 0.009 중량% 미만이 되는 경우 흑연이 편상화되고, 0.02 중량%를 초과하게 되면 흑연의 구상화율이 증가되어 수축불량을 야기하므로, 그 함량을 0.009~0.02 중량% 범위로 한정한다. Magnesium functions as nodularity of graphite and at the same time promotes nucleation and growth of compacted graphite. In the cast iron according to the present invention, when the magnesium content is less than 0.009% by weight, graphite is flattened, and when it exceeds 0.02% by weight, the spheroidization rate of graphite increases and causes poor shrinkage. Limited to % range.

7) 철(Fe): 잔량7) Iron (Fe): balance

철은 본 발명에 따른 주철의 주재이다. 이러한 철의 함량은 당해 CGI 주철의 총량이 100 중량%가 되도록 만족시키는 잔량일 수 있다.Iron is the main constituent of the cast iron according to the present invention. The content of this iron may be a residual amount that satisfies the total amount of the CGI cast iron to be 100% by weight.

8) 불가피한 불순물8) Inevitable Impurities

본 발명에 따른 CGI 주철은 불가피한 불순물을 일부 포함할 수 있다. 이러한 불가피한 불순물로는 인(P), 황(S) 등이 있다.CGI cast iron according to the present invention may contain some unavoidable impurities. These unavoidable impurities include phosphorus (P) and sulfur (S).

인(P)은 CGI 주철의 제조 과정에서 자연적으로 첨가되는 불순물로, 기지 조직 내에 고용되지만, 대부분은 인화물인 스테다이트(Steadite)라는 상(相)으로 존재한다. 이러한 스테다이트(Steadite)는 기지 조직을 강화시키며 주철의 융점을 낮춰 용탕의 유동성 및 주조성을 향상시킬 수 있다. 이러한 인의 함량은 특별히 한정되지는 않으나, 인의 함량이 약 0.06 중량%을 초과하면, 과도한 인화물의 형성으로 인하여 취성이 급격하게 증가되어 가공성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 인의 함량은 당해 CGI 주철의 총량을 기준으로 약 0.06 중량% 이하, 구체적으로 0 중량% 초과, 0.03 중량% 이하로 조절하는 것이 바람직하다.Phosphorus (P) is an impurity naturally added during the manufacturing process of CGI cast iron, and is dissolved in the matrix structure, but most of it exists as a phase called Steadite, which is a phosphide. Steadite strengthens the base structure and lowers the melting point of cast iron, thereby improving the fluidity and castability of the molten metal. The phosphorus content is not particularly limited, but when the phosphorus content exceeds about 0.06% by weight, brittleness is rapidly increased due to the formation of excessive phosphides, and processability may be deteriorated. Accordingly, the phosphorus content is preferably adjusted to about 0.06% by weight or less, specifically more than 0% by weight and 0.03% by weight or less based on the total amount of the CGI cast iron.

또한 황(S)은 흑연의 구상화를 저해하는 원소로서, 이의 함량은 특별히 한정되지 않는다. 다만, 본 발명에 따른 CGI 주철에서 황의 함량이 약 0.01 중량%를 초과할 경우, 강화 흑연(Compacted Graphite) 생성이 저해되고 편상 흑연의 형성을 초래할 수 있다. 이에 따라, 황의 함량은 당해 CGI 주철의 총량을 기준으로 약 0.01 중량% 이하, 구체적으로 0 중량% 초과, 0.01 중량% 이하로 조절하는 것이 바람직하다In addition, sulfur (S) is an element that inhibits spheroidization of graphite, and its content is not particularly limited. However, when the sulfur content in the CGI cast iron according to the present invention exceeds about 0.01% by weight, the production of compacted graphite may be inhibited and flake graphite may be formed. Accordingly, the sulfur content is preferably adjusted to about 0.01% by weight or less, specifically more than 0% by weight and less than 0.01% by weight based on the total amount of the CGI cast iron.

9) 구리 당량(Copper Equivalent, Cu9) Copper Equivalent (Cu) eqeq ))

본 발명에서는 CGI 주철을 구성하는 화학 조성을 상기와 같이 한정함과 동시에 후술되는 구리 당량(Cueq)을 1.1 내지 1.6 범위가 되도록 조절한다. 여기서, 구리 당량은 하기 식 1에 따라 산출될 수 있다. 참고로, 구리 당량의 단위는 중량%이나, 당 분야에서 통상적으로 단위를 생략하여 표시한다.In the present invention, the chemical composition constituting the CGI cast iron is limited as described above, and the copper equivalent (Cu eq ) described later is adjusted to be in the range of 1.1 to 1.6. Here, the copper equivalent can be calculated according to Equation 1 below. For reference, the unit of copper equivalent is weight%, but the unit is usually omitted in the art.

[식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

상기 식에서,In the above formula,

Cu는 당해 CGI 주철의 총량 대비 구리의 함량(중량%)이며,Cu is the content (wt%) of copper relative to the total amount of the CGI cast iron,

Mn는 당해 CGI 주철의 총량 대비 망간의 함량(중량%)이며,Mn is the content (wt%) of manganese relative to the total amount of the CGI cast iron,

Sn는 당해 CGI 주철의 총량 대비 주석의 함량(중량%)이다. Sn is the content (wt%) of tin relative to the total amount of the CGI cast iron.

본 발명에 따른 CGI 주철에서, 구리 당량(Cueq)이 약 1.1 미만일 경우 충분한 양의 펄라이트(Pearlite)가 생성되지 못하여 인장강도가 저하될 수 있다. 한편 구리 당량(Cueq)이 약 1.6 초과할 경우 주조성 및 가공성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 구리 당량(Cueq)을 1.1 내지 1.6으로 조절함으로써 인장강도, 항복강도, 연신율, 경도 등의 기계적 물성이 안정될 뿐만 아니라 주조성 및 가공성이 우수하고 높은 열전도도를 갖는 CGI 주철을 제조할 수 있다.In the CGI cast iron according to the present invention, when the copper equivalent weight (Cu eq ) is less than about 1.1, a sufficient amount of pearlite may not be produced, and the tensile strength may be lowered. On the other hand, when the copper equivalent weight (Cu eq ) exceeds about 1.6, castability and workability may be deteriorated. Accordingly, in the present invention, by adjusting the copper equivalent (Cu eq ) to 1.1 to 1.6, mechanical properties such as tensile strength, yield strength, elongation, and hardness are stabilized, and CGI having excellent castability and processability and high thermal conductivity Cast iron can be made.

10) 탄소 당량(Carbon Equivalent, C.E.)10) Carbon Equivalent (C.E.)

본 발명의 CGI 주철은, 탄소 당량(Carbon Equivalent, C.E.)을 4.1 내지 4.6 범위가 되도록 한다. 여기서, 탄소 당량(Carbon Equivalent, C.E.)은 하기 식 2에 따라 산출될 수 있다. 참고로, 탄소 당량(Carbon Equivalent, C.E.)의 단위는 중량%이나, 당 분야에서 통상적으로 단위를 생략하여 표시한다.The CGI cast iron of the present invention has a carbon equivalent (C.E.) in the range of 4.1 to 4.6. Here, the carbon equivalent (C.E.) can be calculated according to Equation 2 below. For reference, the unit of Carbon Equivalent (C.E.) is weight%, but the unit is usually omitted in the art.

[식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 식에서,In the above formula,

C는 당해 CGI 주철의 총량 대비 탄소의 함량(중량%)이며,C is the carbon content (wt%) relative to the total amount of the CGI cast iron,

Si는 당해 CGI 주철의 총량 대비 규소의 함량(중량%)이다. Si is the content (wt%) of silicon relative to the total amount of the CGI cast iron.

본 발명에 따른 CG 주철에서, 탄소 당량이 4.1 미만인 경우 박육부(Thin-walled part)의 칠(Chill)화 경향이 발생하고, 4.6를 초과하는 경우에는 초정흑연(Primary Graphite)의 과도한 생성에 의해 수축 및 유동 불량이 발생하게 된다. 이에 따라, 본 발명에서는 탄소 당량(C.E.)을 4.1 내지 4.6로 한정한다. In the CG cast iron according to the present invention, when the carbon equivalent is less than 4.1, the thin-walled part tends to be chilled, and when it exceeds 4.6, primary graphite is excessively produced. Shrinkage and poor flow occur. Accordingly, in the present invention, the carbon equivalent (C.E.) is limited to 4.1 to 4.6.

일례에 따르면, 본 발명의 CGI 주철은 페라이트-펄라이트 2상 혼합 기지조직(matrix structure)을 포함하며, 면적 분율로 17 내지 39%의 페라이트 (ferrite) 및 61 내지 83%의 펄라이트(pearlite)로 구성될 수 있다. According to one example, the CGI cast iron of the present invention includes a ferrite-pearlite two-phase mixed matrix structure, and consists of 17 to 39% ferrite and 61 to 83% pearlite in area fraction It can be.

다른 일례에 따르면, 본 발명의 CGI 주철은 상기 기지조직 내에 분포된 흑연을 포함하되, 탄소에 의해 형성되는 흑연의 구상화율(Nodularity)이 5 내지 30% 일 수 있다.According to another example, the CGI cast iron of the present invention includes graphite distributed in the matrix structure, but the nodularity of graphite formed by carbon may be 5 to 30%.

다른 일례에 따르면, 본 발명의 CGI 흑연 주철은 약 20±5℃의 실온에서 (i) 인장강도(Tensile Strength)가 400 내지 460MPa이고, (ii) 항복강도(Yield Strength)가 300 내지 335 MPa이며; (iii) 연신율(Elongation)이 1 내지 3%이고, (iv) 브리넬 경도가 185 내지 230 HBW 일 수 있다. According to another example, the CGI graphite cast iron of the present invention has (i) tensile strength of 400 to 460 MPa, (ii) yield strength of 300 to 335 MPa at room temperature of about 20 ± 5 ° C. ; (iii) an elongation of 1 to 3%, and (iv) a Brinell hardness of 185 to 230 HBW.

다른 일례에 따르면, 본 발명의 CGI 흑연 주철은 열전도도가 약 34.5 내지 45 W/m·K일 수 있다. According to another example, the CGI graphite cast iron of the present invention may have a thermal conductivity of about 34.5 to 45 W/m·K.

또 다른 일례에 따르면, 본 발명의 CGI 흑연 주철은 1360 ± 40℃의 용탕 주입 온도에서의 유동 길이(Fluidity Length)가 약 700 내지 850 mm일 수 있다. According to another example, the CGI graphite cast iron of the present invention may have a fluidity length of about 700 to 850 mm at a molten metal injection temperature of 1360 ± 40 °C.

전술한 화학 조성을 갖는 본 발명의 CGI 주철은 종래 450MPa 이상급 상용화된 CGI 주철 대비 현저히 우수한 용탕 유동성 및 가공성을 가질 뿐만 아니라 이와 동등 이상의 기계적 물성을 나타낼 수 있다. 이와 같이 안정적인 기계적 물성, 우수한 용탕 유동성, 및 가공성을 동시에 확보함으로써 고출력 디젤엔진의 실린더 블록 및/또는 헤드에 유용하게 적용될 수 있다. The CGI cast iron of the present invention having the above-described chemical composition has remarkably excellent molten metal fluidity and workability compared to commercially available CGI cast iron with a grade of 450 MPa or higher, as well as exhibiting mechanical properties equal to or better than these. By securing stable mechanical properties, excellent molten metal fluidity, and processability at the same time, it can be usefully applied to the cylinder block and/or head of a high-output diesel engine.

이하, 본 발명에 따른 CGI 주철의 제조방법에 대해 설명한다. 그러나 하기 제조방법에 의해서만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 각 공정의 단계가 변형되거나 또는 선택적으로 혼용되어 수행될 수 있다. Hereinafter, a method for manufacturing CGI cast iron according to the present invention will be described. However, it is not limited only by the following manufacturing method, and each process step may be modified or selectively used in combination as needed.

상기 제조방법의 일 실시예를 들면, (i) 탄소(C) 3.4~3.8 중량%, 규소(Si) 2.1~2.4 중량%, 망간(Mn) 0.2~0.4 중량%, 및 100 중량%를 만족시키는 잔량의 철(Fe)을 포함하는 CGI 주철 재료를 용광로에서 용융하여 주철 원탕을 제조하는 단계; (ii) 구리(Cu) 0.4~0.8 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.06 중량%, 및 마그네슘(Mg) 0.009~0.02 중량%이 배치된 래이들(Ladle)을 준비하는 단계; (iii) 상기 주철 원탕을 상기 레이들에 출탕하여 주철 용융액을 제조하되, 상기 주철 용융액의 구리 당량(Copper Equivalent, Cueq)을 1.1~1.6로 조절하는 단계; (iv) 제조된 주철 용융액에 포함된 마그네슘 함량을 결정한 후, 상기 주철 용융액에 마그네슘(Mg)을 2차 첨가하는 단계; 및 (v) 상기 단계 (iv)의 주철 용융액을 주형에 주입하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있다. For one embodiment of the manufacturing method, (i) satisfies 3.4 to 3.8% by weight of carbon (C), 2.1 to 2.4% by weight of silicon (Si), 0.2 to 0.4% by weight of manganese (Mn), and 100% by weight Melting the CGI cast iron material containing the remaining amount of iron (Fe) in a furnace to produce a cast iron wontang; (ii) preparing a ladle in which 0.4 to 0.8% by weight of copper (Cu), 0.02 to 0.06% by weight of tin (Sn), and 0.009 to 0.02% by weight of magnesium (Mg) are disposed; (iii) preparing a cast iron melt by tapping the cast iron wontang on the ladle, adjusting the copper equivalent (Cu eq ) of the cast iron melt to 1.1 to 1.6; (iv) secondarily adding magnesium (Mg) to the molten cast iron after determining the magnesium content contained in the molten cast iron; and (v) injecting the molten cast iron of step (iv) into a mold.

(i) 주철 원탕의 제조(i) Manufacture of cast iron wontang

본 발명에 따른 주철 원탕을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 일례로 주철의 대표 원소인 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn) 등이 함유된 주철 원료를 목표 화학 조성이 되도록 칭량한 후, 용광로에서 용융하여 주철 원탕을 제조한다. 이때, 원료 용탕이 전체 중량을 기준으로, 탄소(C) 3.4~3.8 중량%, 규소(Si) 2.1~2.4 중량%, 망간(Mn) 0.2~0.4 중량%, 및 100 중량%를 만족시키는 잔량의 철(Fe)을 포함하도록, 각 원료의 함량을 조절한다. 특히 상기 주철 원탕에서 탄소 당량(Carbon Equivalent, C.E.)이 4.1~4.6가 되도록 조절한다. The method for producing cast iron wontang according to the present invention is not particularly limited, and for example, cast iron raw materials containing carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), etc., which are representative elements of cast iron, are weighed to have a target chemical composition After that, it is melted in a blast furnace to produce cast iron wontang. At this time, based on the total weight of the raw material molten metal, carbon (C) 3.4 ~ 3.8% by weight, silicon (Si) 2.1 ~ 2.4% by weight, manganese (Mn) 0.2 ~ 0.4% by weight, and the remaining amount satisfying 100% by weight Adjust the content of each raw material to include iron (Fe). In particular, the carbon equivalent (C.E.) of the cast iron wontang is adjusted to be 4.1 to 4.6.

상기와 같이 제조된 원료 용탕은 출탕 전에, 발광 분석기(Emission Spectrometer), 탄소/황 분석기(carbon/sulfur determinator), 탄소 당량 측정기 등을 이용하여 원탕의 성분 분석을 완료한다.Before tapping the raw molten metal prepared as described above, component analysis of the raw metal is completed using an emission spectrometer, a carbon/sulfur determinator, a carbon equivalent meter, and the like.

(ii) 래이들 준비(ii) Ladle Preparation

용광로에서 용융된 주철 원탕을 출탕하기 위한 용기인 래이들(Ladle)에, 주철의 나머지 성분인 구리(Cu) 0.4~0.8 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.06 중량% 및 마그네슘(Mg) 0.009~0.02 중량%을 배치하여 래이들을 준비한다. 특히, 구리(Cu), 망간(Mn) 및 주석(Sn)은 전술한 함량 범위로 조절하되, 구리 당량(Cueq)이 1.1~1.6 범위가 되도록 각 성분의 양을 조절하여 래이들에 배치한다. In a ladle, which is a container for tapping molten cast iron wontang in a blast furnace, 0.4 to 0.8 wt% of copper (Cu), 0.02 to 0.06 wt% of tin (Sn), and 0.009 to 0.009 wt% of magnesium (Mg), which are the remaining components of cast iron. Prepare the ladle by placing 0.02% by weight. In particular, copper (Cu), manganese (Mn), and tin (Sn) are adjusted to the above-mentioned content range, but the amount of each component is adjusted so that the copper equivalent (Cu eq ) is in the range of 1.1 to 1.6 and placed in the ladle .

(iii) 주철 용융액의 제조(iii) Preparation of cast iron melt

상기 제조된 주철 원탕을, 소정 함량의 구리(Cu), 주석(Sn) 및 마그네슘(Mg)이 배치된 래이들로 출탕하여 주철 용융액을 제조한다. The prepared cast iron wontang is tapped with a ladle in which predetermined amounts of copper (Cu), tin (Sn), and magnesium (Mg) are disposed to prepare a cast iron molten solution.

이때 출탕온도는 1510 ± 20℃가 되도록 조절할 수 있으며, 침적식 타입의 온도계를 사용하여 측정할 수 있다. 또한 상기와 같이 제조된 주철 용융액은 발광 분석기(Emission Spectrometer), 탄소/황 분석기(carbon/sulfur determinator), 구리 당량 측정기 등을 이용하여 성분 분석을 완료한다.At this time, the tapping temperature can be adjusted to be 1510 ± 20 ° C, and can be measured using an immersion type thermometer. In addition, component analysis of the cast iron molten solution prepared as described above is completed using an emission spectrometer, a carbon/sulfur determinator, a copper equivalence meter, and the like.

(iv) 마그네슘 2차 첨가 및/또는 접종(iv) Magnesium secondary addition and/or inoculation

출탕된 주철 용융액에 포함된 마그네슘(Mg) 함량을 파악하여 추가될 마그네슘(Mg) 양을 결정한다. 이때 마그네슘(Mg) 함량을 파악하기 위하여 열분석기를 사용할 수 있다.The amount of magnesium (Mg) to be added is determined by determining the magnesium (Mg) content contained in the tapped cast iron melt. At this time, a thermal analyzer may be used to determine the magnesium (Mg) content.

열분석 완료 시 열분석기에서 추가해야 할 마그네슘의 양이 결정된다. 이때 추가해야 할 마그네슘의 양이 0일 경우 마그네슘을 별도로 첨가하지 않으며, 추가하여야 하는 마그네슘의 양이 0 초과일 경우 열분석기에서 결정된 마그네슘의 양만큼 출탕된 주철 용용액에 2차 첨가한다. CGI 주철 형성을 위해, 2차 첨가되는 마그네슘(Mg)은 와이어(wire) 형태의 마그네슘을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니다. 열분석기에서 결정된 만큼의 마그네슘을 2차 첨가하지 않을 경우, 제조되는 CGI 주철의 기계적 물성이 현저하게 저하되므로, 반드시 결정된 양만큼의 마그네슘(Mg)을 2차 첨가하여야 한다.Upon completion of the thermal analysis, the thermal analyzer determines the amount of magnesium to be added. At this time, if the amount of magnesium to be added is 0, magnesium is not added separately, and if the amount of magnesium to be added exceeds 0, the amount of magnesium determined in the thermal analyzer is added to the cast iron solution tapped secondarily. For the formation of CGI cast iron, it is preferable to use wire-type magnesium as the secondary added magnesium (Mg). However, it is not limited thereto. If the amount of magnesium determined in the thermal analyzer is not added secondaryly, the mechanical properties of the CGI cast iron to be manufactured are significantly deteriorated, so magnesium (Mg) must be added secondaryly by the determined amount.

전술한 마그네슘 첨가와 더불어, 주철 제조과정에서 일반적으로 사용되는 통상의 접종제를 첨가할 수 있다. 상기 접종제는 특별히 제한되지 않으며, 일례로 실리콘계 접종제를 사용할 수 있다. 실리콘계 접종제는 상업적으로 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있다. 또한 접종제의 종류 및 그 함량은 필요에 따라 당업자가 용이하게 선정 및 결정할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다. 전술한 접종제 또한 와이어 형태를 사용할 수 있다. In addition to the magnesium addition described above, a conventional inoculant commonly used in the cast iron manufacturing process may be added. The inoculant is not particularly limited, and a silicone-based inoculant may be used as an example. Silicone-based inoculants may be purchased and used commercially. In addition, the type and content of the inoculum can be easily selected and determined by those skilled in the art as needed, and is not particularly limited. The aforementioned inoculants may also be used in wire form.

(v) 주형 주입(v) mold injection

마그네슘(Mg)이 첨가된 주철 용융액을 일정 형태의 주형(Mold)에 주입한다. 이어서, 주형으로부터 탈사 처리하여 주조품을 얻은 다음, 필요에 따라 연마(grinding) 등과 같은 기계적 가공을 통해 최종 형상 및 요구한 표면 품질을 갖는 CGI 주철 제품을 얻을 수 있다. The cast iron molten liquid to which magnesium (Mg) is added is injected into a mold of a certain shape. Subsequently, a cast product is obtained by desanding from the mold, and then, if necessary, a CGI cast iron product having a final shape and a required surface quality may be obtained through mechanical processing such as grinding.

상기와 같이 제조된 본 발명의 CGI 주철은, 400~460 MPa의 인장강도, 700~850 mm의 용탕 유동도(Fluidity Length) 등의 안정적인 물성, 미세조직, 주조성 및 가공성을 가지므로, 형상이 복잡한 엔진 실린더 블록, 엔진 실린더 헤드, 피스톤, 피스톤링 등과 같은 엔진 부품에 유용하게 적용될 수 있다. 전술한 용도 이외에, 배기 매니폴드, 터보차저 하우징, 터보차저 하우징 일체형 배기 매니폴드, 촉매 케이스, 촉매 케이스 일체형 배기 매니폴드, 배기 출구 등의 배기계 부품; 소각로나 열처리로의 노 바닥, 혹은 카트 등의 연소로용 부품 등에 사용할 수 있고, 또한 디스크 브레이크 로터 등 슬라이드 이동 부품 등에도 제한 없이 사용할 수 있다.The CGI cast iron of the present invention manufactured as described above has stable physical properties such as tensile strength of 400 ~ 460 MPa and fluidity length of 700 ~ 850 mm, microstructure, castability and workability, so that the shape It can be usefully applied to engine parts such as complex engine cylinder blocks, engine cylinder heads, pistons, and piston rings. In addition to the aforementioned uses, exhaust system components such as exhaust manifolds, turbocharger housings, turbocharger housing-integrated exhaust manifolds, catalyst cases, catalyst case-integrated exhaust manifolds, and exhaust outlets; It can be used for the furnace floor of an incinerator or heat treatment furnace, or parts for combustion furnaces such as carts, etc., and can also be used without limitation for sliding parts such as disc brake rotors.

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 자세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 이로써 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited thereto.

[실시예 1~7][Examples 1 to 7]

하기 표 1의 화학 조성에 따라 실시예 1 내지 7의 CGI 주철을 제조하였다. CGI cast irons of Examples 1 to 7 were prepared according to the chemical compositions shown in Table 1 below.

일례로, 먼저 표 1의 조성에 따라 탄소(C) 3.4~3.8 중량%, 규소(Si) 2.1~2.4 중량%, 망간(Mn) 0.2~0.4 중량%, 및 잔부 철(Fe)이 함유된 CGI 주철 재료를 용광로에서 융용하여 주철 원탕을 제조하였다. 출탕 전에 탄소 당량 측정기를 이용하여 탄소 당량(CE)이 4.1~4.6 범위가 포함되도록 조절하였다.As an example, CGI containing 3.4 to 3.8% by weight of carbon (C), 2.1 to 2.4% by weight of silicon (Si), 0.2 to 0.4% by weight of manganese (Mn), and the balance iron (Fe) according to the composition of Table 1, first. The cast iron material was melted in a blast furnace to produce a cast iron wontang. Before tapping, the carbon equivalent (CE) was adjusted to be in the range of 4.1 to 4.6 using a carbon equivalent meter.

상기 주철 원탕을 출탕하기 위한 용기인 래이들(Ladle)에 구리(Cu) 0.4~0.8 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.06 중량% 및 마그네슘(Mg) 0.009~0.02 중량%을 각각 배치하되, 구리 당량(Copper Equivalent, Cueq)이 1.1~1.6 범위가 되도록 구리(Cu), 주석(Sn) 및 마그네슘(Mg)의 양을 각각 조절하였다. 0.4 to 0.8 wt% of copper (Cu), 0.02 to 0.06 wt% of tin (Sn), and 0.009 to 0.02 wt% of magnesium (Mg) are placed in a ladle, which is a container for tapping the cast iron wontang, respectively. The amounts of copper (Cu), tin (Sn), and magnesium (Mg) were adjusted so that the equivalent (Copper Equivalent, Cu eq ) was in the range of 1.1 to 1.6.

상기 래이들에 주철 원탕을 출탕하여 주철 용융액을 제조하였으며, 이때 출탕 온도는 1510±20℃로 조절하였다. 이어서, 주철 용융액에 포함된 마그네슘(Mg)의 함량을 파악한 후, 추가되어야 할 마그네슘의 양을 결정하였다. 추가되어야 할 마그네슘의 양을 첨가하기 위하여, 와이어(wire) 형태의 마그네슘을 주철 용융액에 첨가하였으며, 이어서 주철 용융액을 주형(Mold)에 주입하여 CGI 주철 제품을 제조하였다.A cast iron melt was prepared by tapping the cast iron wontang on the ladle, and at this time, the tapping temperature was adjusted to 1510 ± 20 ° C. Subsequently, after determining the content of magnesium (Mg) contained in the molten cast iron, the amount of magnesium to be added was determined. In order to add the amount of magnesium to be added, magnesium in the form of a wire was added to the cast iron melt, and then the cast iron melt was injected into a mold to manufacture a CGI cast iron product.

화학 조성(중량%)Chemical composition (% by weight) C.E.C.E. Cueq Cu eq CC SiSi MnMn PP SS MgMg CuCu SnSn FeFe 실시예1Example 1 4.24.2 1.491.49 3.53.5 2.22.2 0.30.3 0.0170.017 0.0080.008 0.0120.012 0.660.66 0.070.07 잔량balance 실시예2Example 2 4.24.2 1.451.45 3.53.5 2.32.3 0.30.3 0.0180.018 0.0070.007 0.0140.014 0.640.64 0.070.07 잔량balance 실시예3Example 3 4.24.2 1.471.47 3.53.5 2.32.3 0.30.3 0.0180.018 0.0060.006 0.0090.009 0.640.64 0.070.07 잔량balance 실시예4Example 4 4.34.3 1.411.41 3.53.5 2.52.5 0.30.3 0.020.02 0.0080.008 0.0130.013 0.600.60 0.070.07 잔량balance 실시예5Example 5 4.34.3 1.461.46 3.53.5 2.32.3 0.30.3 0.0190.019 0.0070.007 0.0130.013 0.650.65 0.060.06 잔량balance 실시예6Example 6 4.34.3 1.451.45 3.53.5 2.32.3 0.30.3 0.0190.019 0.0080.008 0.0150.015 0.650.65 0.060.06 잔량balance 실시예7Example 7 4.54.5 1.121.12 3.83.8 2.12.1 0.30.3 0.0170.017 0.0060.006 0.0160.016 0.750.75 0.020.02 잔량balance 비교예1Comparative Example 1 4.24.2 1.791.79 3.423.42 2.422.42 0.300.30 0.0280.028 0.0050.005 0.010.01 0.8220.822 0.0820.082 잔량balance 비교예2Comparative Example 2 4.34.3 0.780.78 3.43.4 2.62.6 0.30.3 0.0260.026 0.0060.006 0.0110.011 0.200.20 0.040.04 잔량balance 비교예3Comparative Example 3 4.34.3 2.302.30 3.53.5 2.32.3 0.30.3 0.0190.019 0.010.01 0.0120.012 1.251.25 0.090.09 잔량balance 비교예4Comparative Example 4 4.54.5 2.352.35 3.743.74 2.22.2 0.30.3 0.020.02 0.010.01 0.0110.011 1.31.3 0.090.09 잔량balance 비교예5Comparative Example 5 4.44.4 2.482.48 3.653.65 2.242.24 0.440.44 0.0190.019 0.010.01 0.0170.017 1.361.36 0.090.09 잔량balance 비교예6Comparative Example 6 4.04.0 1.431.43 3.33.3 2.22.2 0.70.7 0.0270.027 0.0740.074 00 0.580.58 0.050.05 잔량balance 비교예7Comparative Example 7 3.93.9 0.810.81 3.193.19 2.212.21 0.60.6 0.0350.035 0.070.07 00 0.510.51 00 잔량balance 비교예8Comparative Example 8 4.44.4 1.181.18 3.663.66 2.112.11 0.230.23 0.0470.047 0.0070.007 0.0410.041 0.7710.771 0.030.03 잔량balance

[비교예 1~8][Comparative Examples 1 to 8]

하기 표 1의 화학 조성에 따라 비교예 1~8에 의한 주철을 각각 제조하였다. 구체적으로, 비교예 1~5의 경우 상용으로 사용되고 있는 인장강도 450MPa 이상급 CGI 주철이며, 비교예 6~7의 경우 현재 디젤 엔진 실린더 블록 및 헤드에 범용적으로 사용되고 있는 300 MPa급 회주철(GC300)이다. 또한 비교예 8의 경우 유압기기용 케이싱 등에 사용되고 있는 구상 흑연 주철(GCD600)이다. Cast iron according to Comparative Examples 1 to 8 was prepared according to the chemical composition of Table 1 below. Specifically, Comparative Examples 1 to 5 are CGI cast iron with a tensile strength of 450 MPa or higher that is commercially used, and Comparative Examples 6 to 7 are 300 MPa gray cast iron (GC300), which is currently commonly used in diesel engine cylinder blocks and heads. . In addition, in the case of Comparative Example 8, it is nodular graphite cast iron (GCD600) used for casings for hydraulic equipment.

하기 도 9에 나타난 바와 같이, 비교예 6의 회주철의 경우 편상 흑연 조직을 확인할 수 있으며, 마그네슘 (Mg) 함량이 높은 비교예 8의 구상 흑연 주철의 경우 미세조직 상 흑연(검은색 부분) 형상이 완전한 구(球) 형태로 형성된 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 9, in the case of the gray cast iron of Comparative Example 6, the flake graphite structure can be confirmed, and in the case of the nodular graphite cast iron of Comparative Example 8 having a high magnesium (Mg) content, the graphite (black part) shape is on the microstructure It was confirmed that it was formed in a perfect spherical shape.

[실험예 1: CGI 주철의 기계적 물성 평가][Experimental Example 1: Evaluation of mechanical properties of CGI cast iron]

본 발명에 따른 CGI 주철의 기계적 물성을 하기와 같이 평가하였다. Mechanical properties of the CGI cast iron according to the present invention were evaluated as follows.

구체적으로, 실시예 1~7 및 비교예 1~8의 주철 용융액을 이용하여, KS B 0801의 '금속재료 인장시험편'의 규격의 시험편으로 제작한 후, KS B 0802 규격에 준하여 만능재료시험기를 이용하여 상온(20±5℃) 하에서 인장강도(Tensile Strength), 항복강도(Yield Strength) 및 연신율(Elongation)을 각각 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2 및 도 1 내지 도 4에 각각 나타내었다. Specifically, using the cast iron melts of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 8, a test piece of the standard of 'metallic material tensile test piece' of KS B 0801 was manufactured, and then a universal testing machine was prepared in accordance with the KS B 0802 standard. Tensile strength, yield strength and elongation were respectively measured at room temperature (20±5° C.) using The results are shown in Table 2 and FIGS. 1 to 4 below, respectively.

이때 회주철 재질(GC300)인 비교예 6 및 7의 경우, 회주철의 특성상 항복강도(Yield Strength)와 연신율(Elongation)은 측정이 불가하기 때문에 '-'로 표시하였다. At this time, in the case of Comparative Examples 6 and 7, which are gray cast iron materials (GC300), yield strength and elongation cannot be measured due to the characteristics of gray cast iron, so they are marked with '-'.

탄소
당량
(C.E.)
carbon
equivalent weight
(CE)
구리
당량
(Cueq)
copper
equivalent weight
(Cu eq )
인장강도
(MPa)
tensile strength
(MPa)
항복강도
(MPa)
yield strength
(MPa)
연신율
(%)
elongation rate
(%)
경도
(HBW)
Hardness
(HBW)
구상화율
(%)
nodularization rate
(%)
펄라이트
분율
(%)
perlite
fraction
(%)
실시예1Example 1 4.24.2 1.491.49 456456 326326 22 223223 66 7676 실시예2Example 2 4.24.2 1.451.45 460460 331331 22 219219 55 7878 실시예3Example 3 4.24.2 1.471.47 442442 325325 22 224224 1717 7575 실시예4Example 4 4.34.3 1.411.41 432432 317317 22 217217 1010 8080 실시예5Example 5 4.34.3 1.461.46 417417 315315 33 208208 88 8383 실시예6Example 6 4.34.3 1.451.45 403403 305305 22 186186 2424 6161 실시예7Example 7 4.54.5 1.121.12 411411 314314 1One 199199 2323 7474 비교예1Comparative Example 1 4.24.2 1.791.79 501501 367367 22 231231 22 9494 비교예2Comparative Example 2 4.34.3 0.780.78 340340 210210 33 170170 55 2121 비교예3Comparative Example 3 4.34.3 2.302.30 485485 375375 1One 252252 33 100100 비교예4Comparative Example 4 4.54.5 2.352.35 490490 384384 1One 253253 33 9999 비교예5Comparative Example 5 4.44.4 2.482.48 514514 422422 1One 267267 17.817.8 100100 비교예6Comparative Example 6 4.04.0 1.431.43 330330 -- -- 235235 00 100100 비교예7Comparative Example 7 3.93.9 0.810.81 325325 -- -- 231231 00 100100 비교예8Comparative Example 8 4.44.4 1.181.18 679679 390390 44 236236 8787 9191

[실험예 2: CGI 주철의 주조성 평가][Experimental Example 2: Castability evaluation of CGI cast iron]

본 발명에 따른 CGI 주철의 주조성을 하기와 같이 평가하였다. The castability of the CGI cast iron according to the present invention was evaluated as follows.

구체적으로, 도 5 및 6과 같이 AFS(American Foundry Society)에서 지정한 표준 유동도 스파이럴(Standard Fluidity Spiral) 시험편용 주형(Mold)를 제작한 후, 실시예 1~7 및 비교예 1~8에서 제작된 각각의 주철 용융액을 상기 주형에 주입하여 시험편을 제작하였다. 제작된 시험편에 50mm 간격으로 일정하게 표시되어 있는 Point를 이용하여 각 주철 용융액의 유동도 길이(Fluidity Length)를 측정하여 주조성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 3 및 도 7에 각각 나타내었다.Specifically, as shown in FIGS. 5 and 6, a mold for a standard fluidity spiral test piece designated by the American Foundry Society (AFS) was manufactured, and then manufactured in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 8 Each cast iron melt was injected into the mold to prepare a test piece. Castability was evaluated by measuring the fluidity length (Fluidity Length) of each cast iron melt using points regularly marked at 50 mm intervals on the manufactured test piece, and the results are shown in Table 3 and FIG. 7, respectively.

주입온도 (℃)Injection temperature (℃) 유동도(mm)Fluidity (mm) 실시예1Example 1 13271327 720720 실시예2Example 2 13221322 700700 실시예3Example 3 13301330 730730 실시예4Example 4 13421342 750750 실시예5Example 5 13681368 850850 실시예6Example 6 13841384 850850 실시예7Example 7 13881388 760760 비교예1Comparative Example 1 13311331 600600 비교예2Comparative Example 2 13601360 720720 비교예3Comparative Example 3 13691369 650650 비교예4Comparative Example 4 13621362 640640 비교예5Comparative Example 5 13801380 580580 비교예6Comparative Example 6 13501350 770770 비교예7Comparative Example 7 13271327 750750 비교예8Comparative Example 8 14171417 650650

상기 표 3에 따르면, 비교예 1, 3~5의 상용화된 CGI 주철과 비교예 8의 구상 흑연 주철의 경우 유동도 길이가 580 ~ 650 mm 정도를 나타내어, 주조성이 저조하다는 것을 알 수 있었다. 이때 비교예 2의 CGI 주철의 경우 주입온도가 높으며 첨가된 화학성분의 함량이 적기 때문에, 전술한 저조한 기계적 물성 대비 우수한 유동도 결과를 나타냈다. According to Table 3, in the case of the commercialized CGI cast iron of Comparative Examples 1 and 3 to 5 and the spheroidal graphite cast iron of Comparative Example 8, the fluidity length was about 580 to 650 mm, indicating that the castability was poor. At this time, in the case of the CGI cast iron of Comparative Example 2, since the injection temperature was high and the content of the added chemical component was small, excellent fluidity results were shown compared to the poor mechanical properties described above.

이에 비해, 실시예 1~7에서 제조된 CGI 주철 용액의 유동도 길이는 700 ~ 850 mm를 나타내어, 회주철인 비교예 6~7의 유동도 길이(750 ~ 770mm)와 동등 이상 수준으로 우수하다는 것을 확인할 수 있었다. In contrast, the fluidity length of the CGI cast iron solutions prepared in Examples 1 to 7 was 700 to 850 mm, indicating that the fluidity length (750 to 770 mm) of Comparative Examples 6 to 7, which is gray cast iron, was equivalent to or better than that. I was able to confirm.

전술한 결과를 통해, 본 발명에 따른 특정 화학조성을 만족하는 CGI 주철은 유동성이 우수하므로, 본 발명의 CGI 주철을 이용하여 엔진 실린더 블록 및 헤드와 같은 복잡한 형상의 주물을 제작 시, 미스런(Mis-rum), 표면 결함 등과 같은 주조 결함 발생 없이 온전한 형상의 주물을 제작할 수 있음을 확인하였다.Through the above results, since the CGI cast iron satisfying the specific chemical composition according to the present invention has excellent fluidity, when producing castings of complex shapes such as engine cylinder blocks and heads using the CGI cast iron of the present invention, -rum), it was confirmed that castings with perfect shapes could be produced without occurrence of casting defects such as surface defects.

[실험예 3: CGI 주철의 가공성][Experimental Example 3: Machinability of CGI Cast Iron]

본 발명에 따른 CGI 주철의 가공성을 하기와 같이 평가하였다. The workability of the CGI cast iron according to the present invention was evaluated as follows.

구체적으로 실시예 1, 비교예 3 및 7에서 제조된 각 주철 재질을 이용하여 230××70×125mm 크기의 시험편으로 제작한 후, 하기 표 4와 같은 가공 조건하에서 페이스 밀링(Face Milling) 가공을 진행하고, 총 47열까지 가공했을 때의 사용한 공구의 마모량(mm)을 광학 현미경을 통해 측정하여 가공성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 5 및 도 8에 각각 나타내었다. Specifically, after making a test piece of 230 × × 70 × 125 mm in size using each cast iron material prepared in Example 1 and Comparative Example 3 and 7, face milling was performed under the processing conditions shown in Table 4 below. Processability was evaluated by measuring the wear amount (mm) of the tool used when processing up to 47 rows was measured through an optical microscope, and the results are shown in Table 5 and FIG. 8, respectively.

항목item 단위unit 페이스 밀링 가공성 평가Evaluation of face milling machinability Spindle 속도Spindle speed rpmrpm 10001000 Feed rateFeed rate mm/min.mm/min. 300300 절삭 깊이cutting depth mmmm 33 공구 재질tool material -- 초경Carbide 냉각 조건cooling condition -- 건식deflation 비고note -- 5 Layer 가공 후 공구마모도 평가Tool wear evaluation after 5 layer machining

탄소 당량
(C.E.)
carbon equivalent
(CE)
구리 당량
(Cueq)
copper equivalent
(Cu eq )
공구 마모량
(mm)
tool wear
(mm)
실시예 1Example 1 4.24.2 1.491.49 0.10.1 비교예 3Comparative Example 3 4.34.3 2.302.30 0.30.3 비교예 7Comparative Example 7 3.93.9 0.810.81 0.10.1 비교예 8Comparative Example 8 4.44.4 1.181.18 0.60.6

표 5에 따르면, 상용 CGI 재질인 비교예 3의 공구 마모량은 0.3mm를 나타내었다. 또한, 상용 구상흑연주철 재질인 비교예 8의 공구 마모량은 0.6mm인 것을 확인할 수 있다. 이에 비해, 실시예 1에서 제조된 CGI 재질은 가공 시 공구마모량이 0.1 mm를 나타내어, 회주철인 비교예 7의 공구 마모도와 동등 수준의 우수한 가공성을 갖는다는 것을 알 수 있었다. According to Table 5, the tool wear amount of Comparative Example 3, which is a commercial CGI material, was 0.3 mm. In addition, it can be seen that the tool wear amount of Comparative Example 8, which is a commercial spheroidal graphite cast iron material, is 0.6 mm. In contrast, the CGI material prepared in Example 1 showed a tool wear amount of 0.1 mm during machining, indicating that it had excellent workability equivalent to that of Comparative Example 7, which was gray cast iron.

이에 따라, 본 발명에 따른 특정 화학 조성을 갖는 CGI 주철은 우수한 가공성을 통해 엔진 실린더 블록 및 헤드와 같은 주물을 제작 시, 가공 공정상의 변형 없이 온전한 주물 가공품을 제작할 수 있다는 것을 확인할 수 있었다.Accordingly, it was confirmed that the CGI cast iron having a specific chemical composition according to the present invention can produce a complete cast product without deformation in the machining process when manufacturing castings such as engine cylinder blocks and heads through excellent workability.

[실험예 4: CGI 주철의 열전도도 평가][Experimental Example 4: Evaluation of Thermal Conductivity of CGI Cast Iron]

본 발명에 따른 CGI 주철의 열전도도를 하기와 같이 평가하였다.The thermal conductivity of the CGI cast iron according to the present invention was evaluated as follows.

구체적으로, 실시예 1 및 비교예 3, 7-8에서 제조된 각 주철 재질을 이용하여 Φ12.5×4mm 크기의 시험편으로 제작한 후, LFA(Laser Flash Apparatus)를 이용하여 열전도도를 평가하고, 그 측정 결과를 하기 표 6에 나타내었다.Specifically, after fabricating a test piece with a size of Φ 12.5 × 4 mm using each cast iron material prepared in Example 1 and Comparative Examples 3 and 7-8, thermal conductivity was evaluated using LFA (Laser Flash Apparatus), , The measurement results are shown in Table 6 below.

탄소 당량
(C.E.)
carbon equivalent
(CE)
구리 당량
(Cueq)
copper equivalent
(Cu eq )
열전도도
(W/m·K)
thermal conductivity
(W/m K)
실시예 1Example 1 4.24.2 1.491.49 39.8939.89 비교예 3Comparative Example 3 4.34.3 2.302.30 34.2234.22 비교예 7Comparative Example 7 3.93.9 0.810.81 44.9844.98 비교예 8Comparative Example 8 4.44.4 1.181.18 32.532.5

표 6에 따르면, 실시예 1의 열전도도는 회주철인 비교예 7과 비교하여 낮은 열전도도를 나타낸 반면, 현재 실린더 블록용으로 상용화되고 있는 비교예 3의 CGI 주철 보다 5 W/m·K 정도 높았으며, 구상 흑연 주철인 비교예 8과 비교하여 월등히 우수하다는 것을 알 수 있었다.According to Table 6, the thermal conductivity of Example 1 was lower than that of Comparative Example 7, which was gray cast iron, but was about 5 W/m K higher than that of CGI cast iron of Comparative Example 3, which is currently commercialized for cylinder blocks. It was found that it was significantly superior to Comparative Example 8, which was spheroidal graphite cast iron.

상기와 같이, 본 발명에 따른 특정 화학 조성을 갖는 CGI 주철은 일반적으로 사용되고 있는 범용 CGI 재질과 대비하여 우수한 열전도도를 발휘하므로, 본 발명의 CGI 주철을 이용하여 엔진 실린더 블록 및 헤드와 같은 주물을 제작 시 높은 폭발압에서도 안전하게 운용이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.As described above, since the CGI cast iron having a specific chemical composition according to the present invention exhibits excellent thermal conductivity compared to the general-purpose CGI material that is generally used, castings such as engine cylinder blocks and heads are manufactured using the CGI cast iron of the present invention. It was confirmed that it can be operated safely even at high explosion pressure.

Claims (12)

전체 중량에 대하여 탄소(C) 3.4~3.8 중량%, 규소(Si) 2.1~2.4 중량%, 망간(Mn) 0.2~0.4 중량%, 구리(Cu) 0.4~0.8 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.06 중량%, 마그네슘(Mg) 0.009~0.02 중량%, 및 100 중량%를 만족시키는 잔량의 철(Fe)을 포함하며,
하기 식 1에 따른 구리 당량(Copper Equivalent, Cueq)이 1.1 내지 1.6인, CGI 주철:
[식 1]
Figure pat00003

상기 식에서,
Cu는 당해 CGI 주철의 총 중량 대비 구리의 중량%이고,
Mn은 당해 CGI 주철의 총 중량 대비 망간의 중량%이고,
Sn은 당해 CGI 주철의 총 중량 대비 주석의 중량%이다.
Based on the total weight, 3.4 to 3.8 wt% of carbon (C), 2.1 to 2.4 wt% of silicon (Si), 0.2 to 0.4 wt% of manganese (Mn), 0.4 to 0.8 wt% of copper (Cu), and 0.02 to 0.02 wt% of tin (Sn) 0.06% by weight, 0.009 to 0.02% by weight of magnesium (Mg), and the remaining amount of iron (Fe) satisfying 100% by weight,
CGI cast iron having a copper equivalent (Cu eq ) of 1.1 to 1.6 according to Formula 1 below:
[Equation 1]
Figure pat00003

In the above formula,
Cu is the weight percent of copper relative to the total weight of the CGI cast iron,
Mn is the weight percent of manganese relative to the total weight of the CGI cast iron,
Sn is the weight percent of tin relative to the total weight of the CGI cast iron.
제1항에 있어서,
상기 CGI 주철은 페라이트-펄라이트 2상 혼합 기지조직(matrix structure)을 포함하며, 면적 분율로 17 내지 39%의 페라이트 및 61 내지 83%의 펄라이트로 구성되는, CGI 주철.
According to claim 1,
The CGI cast iron includes a ferrite-pearlite two-phase mixed matrix structure, and is composed of 17 to 39% ferrite and 61 to 83% pearlite in area fraction, CGI cast iron.
제2항에 있어서,
상기 기지조직에 분포된 흑연의 구상화율(Nodularity)은 5 내지 30%인, CGI 주철.
According to claim 2,
The nodularity of the graphite distributed in the base structure is 5 to 30%, CGI cast iron.
제1항에 있어서,
탄소 당량(Carbon Equivalent, C.E.)이 4.1 내지 4.6인, CGI 주철.
According to claim 1,
CGI cast iron with a Carbon Equivalent (CE) of 4.1 to 4.6.
제1항에 있어서,
20 ± 5℃하에서 하기 조건 (i) 내지 (iv)을 만족하는, CGI 주철:
(i) 400 내지 460MPa의 인장강도(Tensile Strength);
(ii) 300 내지 335 MPa의 항복강도(Yield Strength);
(iii) 1 내지 3%의 연신율(Elongation); 및
(iv) 185 내지 230 HBW의 브리넬 경도.
According to claim 1,
CGI cast iron, which satisfies the following conditions (i) to (iv) at 20 ± 5 ° C:
(i) Tensile strength of 400 to 460 MPa;
(ii) Yield Strength of 300 to 335 MPa;
(iii) Elongation of 1 to 3%; and
(iv) a Brinell hardness of 185 to 230 HBW.
제1항에 있어서,
1360 ± 40℃의 용탕 주입 온도에서의 유동 길이(Fluidity Length)가 700 내지 850 mm인, CGI 주철.
According to claim 1,
CGI cast iron having a fluidity length of 700 to 850 mm at a molten metal injection temperature of 1360 ± 40 ° C.
제1항에 있어서,
열전도도가 34.5 내지 45 W/m·K인, CGI 주철.
According to claim 1,
CGI cast iron with a thermal conductivity of 34.5 to 45 W/m K.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 CGI 주철을 포함하며,
엔진 실린더 블록 및 엔진 실린더 헤드 중 적어도 하나에 적용되는 엔진 부품.
Including the CGI cast iron according to any one of claims 1 to 7,
An engine part applied to at least one of an engine cylinder block and an engine cylinder head.
(i) 탄소(C) 3.4~3.8 중량%, 규소(Si) 2.1~2.4 중량%, 망간(Mn) 0.2~0.4 중량%, 및 100 중량%를 만족시키는 잔량의 철(Fe)을 포함하는 CGI 주철 재료를 용광로에서 용융하여 주철 원탕을 제조하는 단계;
(ii) 구리(Cu) 0.4~0.8 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.06 중량%, 및 마그네슘(Mg) 0.009~0.02 중량%이 배치된 래이들(Ladle)을 준비하는 단계;
(iii) 상기 주철 원탕을 상기 레이들에 출탕하여 주철 용융액을 제조하되, 상기 주철 용융액의 구리 당량(Copper Equivalent, Cueq)을 1.1~1.6로 조절하는 단계;
(iv) 제조된 주철 용융액에 포함된 마그네슘 함량을 결정한 후, 상기 주철 용융액에 마그네슘(Mg)을 2차 첨가하는 단계; 및
(v) 상기 단계 (iv)의 주철 용융액을 주형에 주입하는 단계;
를 포함하는 CGI 주철의 제조방법.
(i) CGI containing 3.4 to 3.8 wt% of carbon (C), 2.1 to 2.4 wt% of silicon (Si), 0.2 to 0.4 wt% of manganese (Mn), and a balance of iron (Fe) satisfying 100 wt% Melting the cast iron material in a furnace to produce a cast iron wontang;
(ii) preparing a ladle in which 0.4 to 0.8% by weight of copper (Cu), 0.02 to 0.06% by weight of tin (Sn), and 0.009 to 0.02% by weight of magnesium (Mg) are disposed;
(iii) preparing a cast iron melt by tapping the cast iron wontang on the ladle, adjusting the copper equivalent (Cu eq ) of the cast iron melt to 1.1 to 1.6;
(iv) secondarily adding magnesium (Mg) to the molten cast iron after determining the magnesium content contained in the molten cast iron; and
(v) injecting the molten cast iron of step (iv) into a mold;
Method for producing CGI cast iron comprising a.
제9항에 있어서,
상기 단계 (i)의 주철 원탕은 탄소 당량(C.E.)이 4.1~4.6로 조절된 것인, 제조방법.
According to claim 9,
The cast iron wontang of step (i) is a manufacturing method in which the carbon equivalent (CE) is adjusted to 4.1 to 4.6.
제9항에 있어서,
상기 단계 (iii)의 출탕 온도는 1510 ± 20℃로 조절하는 것인, CGI 주철의 제조방법.
According to claim 9,
The method of manufacturing CGI cast iron, wherein the tapping temperature of step (iii) is adjusted to 1510 ± 20 ° C.
제9항에 있어서,
상기 단계 (iv)에서 2차 첨가되는 마그네슘은 와이어(Wire) 형태의 마그네슘(Mg)인, CGI 주철의 제조방법.
According to claim 9,
Magnesium added secondarily in step (iv) is magnesium (Mg) in the form of a wire, a method for producing CGI cast iron.
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