KR860002072B1 - 고온내식 내마모 합금 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

고온내식 내마모 합금
제1도는 본 발명 합금의 고온강도와 용융유리에 대한 내식성에 미치는 C함유량의 영향을 표시하는 곡선도.
제2도는 본 발명 합금의 고온강도와 용융유리에 대한 내식성에 미치는 W함유량의 영향을 표시하는 곡선도.
본 발명은 온도가 높은 용융유리를 고속회전원심력에 의하여 회전자의 측벽에 뚫은 미소직경의 구멍(orifice)으로부터 토출시켜 유리섬유를 제조할때에 사용되는 회전자 소재용으로 고온도에서 내식성 및 내마모성을 가지는 합금에 관한 것이다.
회전원심력방식에 의하여 유리섬유를 제조하기 위하여 사용되는 회전자는 대기중에서 자체도 고온도로 가열될 뿐 아니라 약 2000r.p.m의 고속도로 회전하고, 또한 그 측벽에 뚫어진 미소직경의 구멍속을 용융유리가 고속도로 통과하는 것이어서 회전자를 형성하는 합금에는 다음과 같은 사항이 요구된다.
1. 고속회전에 의하여 생기는 원심력에 지탱할수 있는 고온 기계적강도를 가질 것.
2. 구멍속을 용융유리가 고속도로 통과하는 갓에 의하여 생기는 마멸에 대한 충분한 내마모성을 가질것.
3. 고온도에서의 충분한 내산화성을 가질것.
4. 용융유리에 대하는 충분한 내식을 가질것.
5. 합금의 표면에 불가피하게 형성되는 산화물피막의 용융유리에 대한 내식성이 우수한 것.
회전자의 소재로 되는 합금으로서는 Co 및 W를 1종 또는 2종 함유한 Ni-Cr합금(예를들면, 미국특허제3,010,201호, 제3,318,694호 및 제3,806,338호 참조), W 및 Ni를 1종 또는 2종 함유한 Co-Cr합금(미국 특허 제3,933,484호 참조), 혹은 Fe-Ni-Cr합금(예를들면 SUS 310)이 알려져 있다.
그러나 종래에 이들의 합금중에서 SUB 310은 후에 표시하는 비교 데이타에서와 같이 그 회전자로서의 수명이 현저하게 짧음을 알수 있다. 또 상기의 Co나 W를 함유한 Ni-Cr합금, 또는 W나 Ni를 함유한 Co-Cr합금은 상기 합금이 구비하여야 할 제사항중 특히 고온기계적 강도를 높이기 위하여 고가인 Co나 W를 다량으로 함유시키고 있음으로 합금의 제조원가가 높아질 뿐만아니라 용융유리에 대한 합금자체 및 합금의 표면에 불가피하게 생기는 산화물 피막의 내식성이 열화되어 회전자의 내구성이 저하된다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 고가인 Co를 사용하지 않고 또한 고온하에서 용융유리와 접촉하면서 고속회전을 하여야 하는 가혹한 사용조건에서도 내구성이 종래의 회전자보다도 월등이 우수하고 염가의 회전자를 형성하기 위한 합금소재를 제공하는데 있다.
본 발명의 합금은 중량으로 C 0.05내지 0.8%, Cr 15내지 35%, W 0.5내지 7.0%, Ti,Zr 및 Nb의 1종 또는 2종 이상의 합계 0.1내지 1.7%, 잔부 Ni 및 불가피한 미량불순물의 조성으로되는 고온내식 내마모성 합금인것을 그 특징으로한다. 또한 필요에 따라서 탈산제로서 Si 2.0%이하 및/또는 Mn 2.0%이하를 상기 조성물에 혼입시킬 수 있다.
다음 본 발명합금의 각성분범위의 한정이유에 대하여 설명을 한다. C는 지금(地金)에 고용(固溶)되고, 혹은 Cr나 W등과 탄화물을 형성하여 고온도에 있어서의 합금의 기계적강도나 내마모성을 높이는데 공헌한다. 그러나 C함유량이 과다하면 합금의 절삭성이 열화되어 용융유리를 토출하는 미소직경의 구멍을 천공하는 가공이 곤란하게 된다. 또 일반적으로 C 함유량이 과다하면 Cr나 W등의 탄화물이 과잉하게 형성되어서 지금중의 C함유량이 감소될 분 아니라 조직의 균질성이 상실되어 용융유리에 대한 내식성이 저하된다.
본 발명합금의 고온기계적 강도와 용융유리에 대한 내식성에 미치는 C함유량의 영향은 제1도의 곡선도에 표시되어 있는 바와같은 것으로 곡선 A는 온도 1000℃에서의 인장강도를 곡선 B는 온도 1100℃에서의 인장강도를 곡선 C는 온도 1140℃에서 240시간후의 용융유리에 의한 부식감량(%)을 표시한다. 이 곡선도에 의하면 C함유량이 0.4내지 0.5%의 곳에서 내식성이 약간 열화되어 있으나, 부식감량은 약 4%의 근소한 량이다. 이정도이면 실용상 지장은 없다.
따라서 본 발명합금의 C함유량의 허용범위를 제1도로서 판단하여 하한(下限)을 0.05%, 상한(上限)을 절삭성의 관점에서 0.8%로 정하였다. Si는 필요에 따라서 합금의 탈산조정용으로 첨가시키는 것이나 이것이 너무 과다하면 합금의 인성(靭性)이 저하될 뿐 아니라 합금자신 및 합금의 표면에 불가피하게 생기는 산화물 피막의 용융유리에 대한 내식성을 열화시킨다. 따라서 Si함유량의 상한을 2.0%로 정하였다. 하한은 별로 제한하지 않는다. 때에따라서는 0%의 경우도 있을 수 있다.
Mn도 필요에 따라서 합금의 탈산조정용으로 첨가된다. 이것이 너무 과다하면 고온도에서의 합금의 내산성을 열화시킴으로 그 함유량의 상한을 2.0%로 정하였다. 상기와같이 하한에는 별로 제한은 없다.
Cr은 지금에 고용되고 혹은 C와 결합하여 탄화물을 형성하여 내마모성의 향상이나 내산화성의 증가에 다라 필요한 원소인 것이다. 유리섬유토출용의 회전자는 그 자체도 1000℃이상의 고온도에 가열된다. 이때에 산화물피막 석출(析出)에 의한 내구성의 저하를 방지하기 위하여 Cr의 함유량은 최저 15%는 필요한 것이다. 그러나 이것이 너무 과다하면 산성의 산화물 Cr2O3을 합금표면에 생성시킬뿐 아니라 Cr을 다량으로 함유시키는 것에 의하여 필연적으로 Ni함유량이 저하되어 용융유리에 대한 내식성을 열화시킨다. 이러한 관계로 Cr함유량의 상한을 35%로 정하였다. W는 지금에 고용하고 혹은 C와 결합하여 탄화물을 형성하여 합금의 고온기계적 강도와 내마모성을 높인다. 그러나 이것이 너무 과다하면 용융유리에 대한 내식성 및 고온도에서의 내산화성을 현저하게 감소시킨다. 본 발명합금의 고온기계적 강도와 용융유리에 대한 내식성에 미치는 W함유량의 영향은 제2도의 곡선으로 표시되어있는 바와같은 것으로서, 곡선 D는 온도 1000℃에서의 인장강도를 곡선 E는 온도 1100℃에서의 인장강도를 곡선 F는 온도 1140℃에서 250시간후의 용융유리에 의한 부식감량(%)을 표시한다. 이 곡선도에 의하면 다량의 W의 첨가에 의하여 용융유리에 대한 내식성은 현저하게 저하된다. 그러나 상기 C의 성분한정이유에서 설명한 바와같이 부식감량 4% 즉, W함유량 7%까지는 실용상 지장은 없다. 따라서 W의 함유량의 허용범위는 제2도의 관점에서 이것은 0.5내지 7.0%로 정하였다.
Ti,Zr 및 Nb는 C와 결합하여 립상의 탄화물을 형성하며 또 그 탄화물은 고온도에서의 지금에 고용되기 어려운 특징을 가지고 있으므로, 합금의 고온도에서의 기계적강도 및 내마모성을 향상시키고 또 C가 Cr과 결학하여 쇄망목상(鎖網目狀)에 탄화물을 형성하는 것을 방지하여 합금의 인성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 그러나 이들이 너무 과다하면 합금을 용제하는때에 작업이 번거롭게 되며 생산원가에도 고가로 되는 만큼 첨가효과는 증가하지 않기 대문에 이들의 합계함유량을 0.1내지 1.7%로 제한하였다.
Ni는 본 발명합금의 기본으로 되는 원소이다. 이것은 유리섬유토출용 회전자는 1000℃이상의 고온도에서 사용되기 때문이다. 혹시 기본원소를 Fe로 하엿을 때에는 고온기계적강도 및 용융유리에 대한 내식성이 충분하지 못하게되며 또 혹시 기본원소를 Co로 하였을때에는 용융유리에 대한 내식성이 충분하지 않을 뿐만 아니라 생산원가가 많이 들게 됨으로 불적당한 것이다. 따라서 상기한 본 발명합금에 필요한 첨가원소 및 불가피하게 혼입하는 미량불순물 원소를 제외한 잔부를 Ni로 하였다.
불가피하게 혼입하는 불순물 원소로서는 Fe, P, S, Cu 등이 있다. 실시예
본 발명합금의 특징을 여러 실시예에 대하여 설명한다. 제1표의 각 실시예에 사용된 합금의 성분 조성과 공지의 종래의 비교예 합금의 성분조성을 병기하였다.
[제1표]
합금의 조성표
Figure kpo00001
제1표에 표시한 본 발명실시예 각 합금을 소재로 하여 이들로부터 (1) JIS-G-0567의 규정에 의한 고온 인장시험편, (2) 두께 5mm, 폭 15mm, 길이 50mm의 부식시험편, 및 (3) 외측의 직경 약 300mm, 높이 약 50mm, 주벽의 두께 3mm, 구멍수가 수천개의 유리섬유토출용 회전자를 각각 제작하였다.
고온인장 시험은 온도 1000℃ 및 1100℃에서 매분 5%의 신장변형속도로 또 부식시험은 온도 1140℃의 용융유리중에 시험편을 240시간 침지(浸漬)하여 각각 시험을 하였다.
유리섬유토출실용 시험은 회전자의 원주벽외측의 평균온도를 약 1010℃로 조정하고, 회전수 2500내지 2100r.p.m으로 이것을 회전시켜 용융유리를 회전자로부터 토출시켜 섬유화하고, 이때에 회전자의 내구성, 즉 평균수명 시간수를 측정하였다.
이상 재시험결과를 제2표에 공지의 문헌에서 수집한 비교합금의 특성과 같이 기재하였다.
[제2표]
제 특 성
Figure kpo00002
제2표에서 보는 바와 같이 본 발명합금의 고온기계적 강도는 가장 일반적인 내열합금인 SUS 310스텐레스의 1.5배 내지 3배보다 크며 본 발명 합금으로 제작된 회전자의 내구성은 SUB 310스텐레스로 제작된 그것과 비교하여 약 10배로 되어있다. 또 종래 공지의 문헌에서 볼수 있는 회전자의 내구성과 비교하여도 본 발명 합금제의 회전자의 내구성은 그들의 1.5배 내지 3배로 되어 있다.

Claims (2)

  1. 중량으로 0.5내지 0.8%의 C, 15내지 35%의 Cr, 0.5내지 7.0%의 W, 합계 0.1내지 17%의 Tr,Zr및 Nb의 1종 또는 2종 이상, 잔부 Ni 및 불가피적인 미량불순물의 조성으로 되는 유리섬유토출회전자 소재용의 고온내식 내마모합금.
  2. (삭제)
KR8205144A 1981-12-08 1982-11-15 고온내식 내마모 합금 KR860002072B1 (ko)

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