KR790001077B1 - 고온 내식성을 가진 철계금속 제품의 제조법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고온 내식성을 가진 철계금속 제품의 제조법

첨부도면은 크롬을 4중량% 함유하는 알미늄 합금용융욕중에 침지하고 그후에 가열 처리한, 본 발명에 관한 철계금속 제품의 피막층의 대표적인 구조를 표시한 종단개략도와 그 피막층의 X선 마이크로아나라이저(micro analizer)에 의한 200배의 전자비임의 주사 개략도를 대비시킨 설명도이다.

본 발명은 알미늄과 크롬 합금 용융욕중에 침지한 후, 가열 처리함에 의하여 고온 내식성 및 일반적인 내산화성을 부여한 철계금속 제품의 제조법에 관한 것이다.

본 발명에서 부재가 되는 재료로서는, 탄소강, 특수강등의 각종 철강재료 및 보통주철, 특수주철등의 각종 주철재료가 사용된다.

근래에 자동차에서 배출되는 배기가스중의 유해성분을 무해화하는 장치르서, "리액터"라고 하는 재연소장치가 엔진의 배기계통에 조립되어 있다.

주지하는 바와같이, 자동차의 배기가스중에는 미연소된 산화탄소와 탄화수소외에, 염소(Cl₂), 브롬(Br₂), 연화납(PbCl₂), 브롬화납(PbBr₂), 이염화아세틸렌(C₂H₂Cl₂), 이브롬화아세틸렌(C₂H₂Br₂)과 같은 할로겐 가스와 할로겐화합물, 납화합물을 함유하고 있어, 이러한 성분은 일반적으로 강력한 부식성을 가지고 있으므로, 배기계통의 부품이 부식에 의하여 손상을 받기 쉽고, 상술한 "리액터"를 자동차에 부착한 경우에는 "리액터"중의 가스 연소온도는 900℃이상이 되고, 경우에 따라서는 1,200℃까지 이르기 때문에, 보통의 재료로 만든 "리액터"는 그 강한 부식작용에 견디어 낼수 없게된다. 우주 개발관계에 있어서는 뛰어난 고온 내식성 및 내산화성의 금속재료가 사용되고 있으나 이것은 매우 고가이고, 일반금속 제품에는 이것을 경제적으로 적용할 수는 없다.

본 발명은 상술한 자동차 배기가스 처리용 "리액터"의 재질상 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 뛰어난 고온 내식성 및 내산화성을 가진 금속제품을 비교적 염가로 얻을 수 있게한 것이다. 그러나, 본 발명은 "리액터"에만 한정되는 것이 아니고 사이렌서 등의자동차 엔진의 배기계통 부품에 적용할 수 있음은 물론, 일반적으로 할로겐 가스나 할로겐화합물을 함유하는 고온도의 강한 부식성 매체가 존재하였을 때에도 충분히 견디어 낼수 있는 판재, 용기, 파이프 등의 금속제품에도 적용되는 것이다. 또, 그 내산화성에 착안하면, 일반적으로 내산화성을 요구하는 금속제품에도 전술한 바와같이 실시할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 금속제품은 용융경금속에 따르는 침식에도 내식성을 가진 것으로 알미늄, 아연 등의 경합금용해주조용 치구(治具)등에 사용되기도 한다. 여기에서 말하는 "금속제품"이라는 것은 압연, 압출, 인발(引拔), 주조 등에 의하여 만들어진 소재를 비롯하여, 프레스, 용접, 절삭 등의 가공을 한 중간성형품 및 최종제품의 모든 것을 포함하는 것이다. 또, 본 발명에 있어서, 소재 또는 중간형성 상태로 용융 도금처리를 하는 것도 좋고, 최종제품 성형후에 용융 도금처리를 해도 좋다.

본 발명의 목적은 고온 내식성 및 일반의 내산화성을 가진 철계금속 제품을 얻는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 철강재료 또는 주철재료등의 철계재료를 알미늄과 크롬의 합금 용융욕중에 침지 처리하고, 그 후에 가열처리를 함에 의하여 상술한 바와같은 고온 내식성을 부여한 금속제품의 제조법을 제공하려는 것이다.

본 발명은 철강재료 또는 주철재료등의 철계재료를 부재로 하여 그 부재를 750-930℃로 유지시키고, 또 크롬을 1-10중량% 함유하는 알미늄 합금 용융욕중에 30-300초간 침지하고, 그후 700-930℃로서 30분이상 가열 처리함에 의하여 부재의 표면에 알미늄을 주성분으로 하는 용융도금층을 형성하여 고온 내식성을 부여한 철계금속 제품의 제조법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점을 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

도면에 있어서 철계부재에 함유되고 있는 원소, 예를들면 오스테나이트 계통의 스테인레스강에서는 크롬 및 닉켈이, 피막층에 확산되는 경우가 있고, 이러한 원소가 피막층의 특성에 약간의 영향을 주는 경우가 있는데, 이러한 원소가 피막층에 확산되는 것은, 본 발명에서는 2차적인 것이고, 기본적으로 본 발명은 모재인 철과 용융 도금층의 알미늄과의 관계에서 이해되는 것이므로, 도면에서는 이들의 원소가 없는 형태에서 설명한다.

다음에 본 발명을 상세히 설명한다.

부재로 사용하는 철계재료는 각종의 탄소강, 페라이트계의 스텐레스강, 말텐사이트계의 스텐레스강, 오스테나이트계의 스텐레스강, 등의 각종 특수강등의 소위 철강재료 및 보통의 주철, 덕타일(ductile)주철, 합금주철 등의 각종 특수주철 등의 소위 주철재료가 사용된다. 바꾸어 말하면, 철을 주성분으로한 철계재료라면, 어떠한 첨가원소를 포함하고 있더라도 어느것이나 적용될 수 있는 것이다.

그리하여, 본 발명에서는 먼저 상술한 모재를 750-930℃로 유지시킨 알미늄과 크롬의 합금용융 욕중에 30-300초간 침지하는 것이다.

알미늄과 크롬합금의 용융욕을 사용하는 이유는, 알미늄의 내식성, 내산화성의특성을 이용코저 하는 것인데, 그 경우에 용융욕의 온도가 750℃이하이면 바람직한 디핑(dipping)처리가 되지 않고, 950℃이상이 되면, 모재의 가열에 의한 칫수의 변동이 크게됨과 아울러 철이 용융욕중에 용출하여 모재의 중량이 현저하게 감소되는 불합리한 점이 생긴다. 그리고 알미늄 합금 용융욕중에 1-10중량%의 크롬을 함유시키는 것은 침지에 의한 피막층의 평활도를 향상시키는 효과가 있는 동시에, 크롬의 납화합물에 대한 내식성의 특성을 증가시키기 위한 것이다. 그 경우, 크롬의 함유율이 1중량%이하의 경우에는, 크롬의 첨가효과를 그만큼 기대할 수 없고, 또 10중량%이상이 되면, 후술하는 가열 처리후의 피막층이 조잡하게 되는 불합리한 점이 있다.

따라서, 용융욕중의 크롬은 1-10중량%의 범위인 것이 바람직하다. 침지 처리시간이 30초이하의 경우에는, 다음 공정의 가열 처리에도 철계부재의 표면에 철-알미늄 화합물을 주성분으로 하는 화합물층(후술함)이 충분한 양으로 형성되지 않고, 300초 이상이 되면 부재의 철이 용융욕중에 용출하여 부재의 중량감소가 크게 된다. 침지 처리시간은, 철계금속 제품의 두께와 형상에 따라 30-300초의 범위내에서 적절히 선택하는 것으로 한다.

이상의 처리조건으로 침지 처리한 부재를 용융욕에서 꺼내고, 다음에 700-930℃의 범위에서 30분이상 가열 처리하는 것이다.

그 가열처리는, 먼저번의 공정에서 침지 처리에 의하여 부재의 표면에 형성시킨 피막층의 잔류 알미늄을 철-알미늄 화합물을 주성분으로 하는 화합물층에 성장시켜, 나머지 알미늄을 안정화시키는 것을 목적으로 하는 것이다. 그 경우, 용융욕중의 크롬은 철-알미늄 화합물외에 표층부에 가까운 부분에 알미늄-크롬화합물을 포함한 알미늄을 거의 균일하게 포함시킨 화합물층을 형성시키게 되어, 알미늄은 안정화된다.

그 경우, 가열온도가 700℃이하이면, 알미늄을 거의 균일하게 함유하는 철-알미늄 화합물을 주성분으로한 화합물층이 형성되지 않는 불합리한 점이 있다. 또, 가열온도가 930℃이상이면, 나머지 알미늄은 철과의 화합물층에 성장되지 않고, 즉시 산화되어 산화알미늄으로 되어 철-알미늄 화합물을 주성분으로한 균일한 화합물층이 형성되지 않게되므로, 고온 내식성이 생길 수 없게된다. 또 그 가열처리 온도는 모재의 재료에 의하여 가장 바람직한 값으로 변하지만 700-930℃의 범위내에서 적당히 선택하면 된다. 또 가열처리 시간이 30분 이하인 경우에도, 나머지 알미늄이 거의 균일하게 알미늄을 함유하는 화합물층으로 성장하지 않으므로, 가열 처리시간은 적어도 30분 이상 필요하다.

가열 처리시간이 30분 이상이면, 알미늄이 거의 균일하게 포함된 화합물층이 얻어지는데, 이를 장시간 처리한다 해도 무방하다. 그러나 가열 처리시간이 3시간을 넘으면, 그 이상의 시간으로 가열 처리하는 것은 알미늄의 안정화에 관하여 아무런 뜻이 없고, 공업적인 의미에서 3시간 이하로 하는것이 유리하다. 또 그 가열처리는 나머지 알미늄을 화합물화하여 안정화를 도모하기 위하여 행하는 것이므로, 극단적인 산화분위기를 제거하면, 분위기에 있어서는 제한되지 않는다. 예를들면, 대기중에서 가열 처리하면, 아무런 지장없이 실시되는 것이다. 이렇게 하여 얻어진 철계금속 제품은, 용융도금욕이 알미늄-크롬합금이기 때문에 도면에 표시한 피막층의 구조를 갖춘 것이 된다. 즉, 피막층은 두께 50-200μ정도이고, 철계 부재상에 거의 균일하게 알미늄을 함유하는 철-알미늄 화합물을 주성분으로한 화합물층을 구성하고, 이때에 피막층의 표층부는 알미늄-크롬화합물(알미늄크롬, 크롬화 알미늄 등의 형태를 취한다)을 함유하고 있다. 이와같이 가열 처리된후의 철계금속 제품은, 부재에 알미늄이 거의 균일하게 함유되는 철-알미늄 화합물을 주성분으로한 화합물층을 가지며, 알미늄이 안정화되고 있으므로, 내식성과 내산화성 금속제품으로 충분히 사용할 수 있도록 제공할 수 있는 것이다.

다음에 각종 철계부재에 대한 미처리된 것과, 본 발명에 의하여 피막처리한 것에 대한 고온 내식성등의 비교 시험을 행하여, 그 결과를 제1표에 표시하였다.

시험재료는, 주철재료중에서 덕타일주철(구상흑연주철)을, 철강재료로서는 탄소강 재료중에서 탄소를 0.1% 함유하는 저탄소강을, 특수강 재료중에서 페라이트계 등의 스텐레스강인 18크롬-8닉켈강을 부재로서 사용하였다. 이와같은 4가지 재료의 미처리품의 시료 코우드를 순차 A, B, C, D로 한다.

[표 1]

또 17크롬강은 JIS(Japanese Industrial Standard) G4304-9에 있어서 "SUS24"로 규정된 스텐레스강이고, AISI(=American Iron and Steel Institute) 타입 No. 430의 "17크롬강" 또는 DIN(Deutsche Industric Normang) No. 4016의 "×8Cr17"에 거의 상당하는 것이다. 또, 18크롬-8닉켈강은 JIS G4304-9에 있어서 "SUS 27"로 규정된 스텐레스강이고, AISI타입 No. 304의 "18-8Si" 또는 DIN No. 4301의 "×5CrNi189"에 거의 상당하는 것이다. 다음에 상술한 재료 A, B, C, D, 각각에 본 발명에 따른 830℃의 크롬을 4% 가진 알미늄 용융욕에 1분간 침지 처리를 하고 다시 제1표중에 표시한 가열온도 및 시간으로 가열처리를 행하였다. 이들 4종류의 시료를 시료코우드 A-1, B-1, C-1, D-1로 한다. 시험방법은 상술한 각 시료코우드의 것으로 세로 30mm, 가로 20mm. 두께 3mm의 판상시험편 8종류를 준비하고, 각 시험편 수평으로 위치시켜 그 상면에 할로겐납의 분말을 대략 2mm의 두께로 전체에 올려놓고, 설정 온도하에서 설정시간 가열하고, 시험편의 중량 감소량을 측정하였다. 그 결과를 중량 감소율%(부식에 의한 감소중량/본래의 중량×100)로서 제1표에서 표시하고 있다.

제1표에 명백한 바와같이, 본 발명품은 종래품에 비하여 내식성이 현저하게 향상되어 있고, 그 내식성은 자동차의 리액터에 사용하면 충분히 견딜 수 있는 성능을 발휘하는 것이다.

Claims (1)

1. 철계부재를 750℃-930℃로 유지시킨 크롬을 1-10중량% 함유하는, 알미늄 합금 용융욕중에 30-300초간 침지한 후, 그 철계부재를 700℃-930℃의 범위에서 30분 이상 가열하여, 그 철계부재의 표면에 거의 균일하게 알미늄-크롬 화합물을 함유하는 철-알미늄 화합물을 주성분으로한 화합물층을 형성시키는 고온 내식성을 가진 철계금속 제품의 제조법.

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