KR910006024B1 - Grey cast iron having a good oxidation resistant property - Google Patents

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재단법인 산업과학기술연구소
백덕현
포항종합제철 주식회사
정명식
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Abstract

A grey cast iron for oxidation resistance consists of 3-4 wt.% C, 3-5 wt.% Al, 1 wt.% Si, and the remainder of Fe. It is reqired for cast iron in mould for cast and mould stool to reduce thermal creack and to annihilate crack propagation due to oxidation. This method is characterized by enhancing oxidation resistance and thermal fatigue resistance properties of normal grey cast iron by optimzation of silicon and aluminum content.

Description

내산화성 및 내열 피로성이 우수한 회주철Gray cast iron with excellent oxidation resistance and thermal fatigue resistance

제1도는 알루미늄 함량에 따른 초정오스테나이트 변화를 나타낸 사진.Figure 1 is a photograph showing the change of austenite austenite according to the aluminum content.

제2도는 알루미늄 함량에 따른 표면 산화층 두께 및 내부조직변화를 나타낸 사진.Figure 2 is a photograph showing the surface oxide layer thickness and internal structure changes according to the aluminum content.

제3도는 알루미늄 함량에 따른 인장강도(700℃에서)를 나타낸 그래프.3 is a graph showing the tensile strength (at 700 ℃) according to the aluminum content.

제4도는 알루미늄 함량에 따른 내열피로성을 나타낸 그래프.4 is a graph showing the fatigue resistance according to the aluminum content.

본 발명은 주철, 특히 정반(Mould stool) 및 주형등의 고온 및 산화성 분위기에서 사용될 수 있는 내산화성 및 내열피로성이 우수한 회주철에 관한 것이다.The present invention relates to cast iron, in particular gray cast iron excellent in oxidation resistance and fatigue fatigue resistance that can be used in high temperature and oxidizing atmosphere, such as mold stool and mold.

통상, 주형 및 정반등과 같이 고온 및 산화성 분위기에서 사용되는 주철은 열응력에 의한 균열발생을 감소시키기 위한 우수한 열전도도, 산화에 의한 균열전파를 억제하기 위한 우수한 내산화성과 높은 인장강도 및 용이한 제조공정등이 요구되는데, 주로 이러한 용도에 사용되는 주철재는 일반 회주철, 구상화흑연주철 및 C/V(Compacted Verimicular) 흑연주철이 알려져 있다.In general, cast iron used in high temperature and oxidizing atmospheres such as mold and platen has excellent thermal conductivity to reduce cracking caused by thermal stress, excellent oxidation resistance to suppress crack propagation due to oxidation, and high tensile strength and easy Manufacturing processes and the like are required, and cast iron materials mainly used for such applications are known gray cast iron, nodular graphite cast iron and C / V (Compacted Verimicular) graphite cast iron.

그러나, 상기 주철재는 각각 장단점을 가지고 있는데, 일반회주철의 경우는 주형 및 정반제조에 가장 먼저 사용된 주철로 주조가 용이하고 열전도도가 좋으며 생산단가가 저렴하여 애용되었으나, 인장강도가 극히 작아 사용도중 열응력에 의해 쉽게 균열이 생겨 수명이 짧은 결점이 있다.However, each cast iron has advantages and disadvantages. In the case of general gray cast iron, cast iron, which is the first used for casting and surface plate manufacturing, has been used for ease of casting, good thermal conductivity, and low production cost, but has a very low tensile strength. It is easily cracked by thermal stress during the process and has a short life.

한편, 구상 흑연주철은 흑연의 형상을 구상화시키므로써 인장강도 및 연신률이 증가되어 회주철보다 균열의 발생은 어려우나 열전도도가 작아 가열 및 냉각도중 큰 열응력이 발생, 인장강도 증가에 따른 충분한 효과를 얻지 못하였다.On the other hand, spheroidal graphite cast iron increases the tensile strength and elongation by spheroidizing the shape of graphite, making cracking more difficult than gray cast iron. I couldn't.

이에 따라, 최근에는 인장강도 및 열전도도가 일반회주철과 구상흑연주철의 중간값을 갖는 C/V 흑연주철을 사용하여 주형 및 정반을 제조함으로써 그 수명을 연장하는데 효과를 얻었다.Accordingly, in recent years, the tensile strength and thermal conductivity have been obtained to produce molds and plates using C / V graphite cast iron having a median value between ordinary gray cast iron and nodular graphite cast iron.

그러나, 구상 흑연주철은 물론 C/V 흑연주철을 제조하기 위해서는 주조공정중 구상화처리가 필수적이며, 특히 C/V 흑연주철은 회토류 금속투입 또는 페이딩타임(Fading time : 고온에서 용탕을 유지하는 시간)의 엄격한 규제가 있는 등 제조공정이 어렵고 생산단가가 높다. 생산단가 순으로 나열해 보면 C/V 흑연주철이 가장 비싸고 다음이 구상흑연주철, 회주철의 순이다.However, in order to manufacture C / V graphite cast iron as well as spherical graphite cast iron, spheroidization treatment is essential during the casting process. Especially, C / V graphite cast iron has a rare earth metal input or fading time. Manufacturing process is difficult and production cost is high. In order of production cost, C / V graphite cast iron is the most expensive, followed by nodular graphite iron and gray cast iron.

따라서, 가장 최근에 개발된 C/V 흑연주철의 경우에도 수명연장의 측면에는 효과가 있으나 제조가 어렵고 생산단가가 높은 결점이 있다. 따라서, 본 발명은 종래의 주철재가 갖는 결점을 해결하기 위하여 보통 회주철의 실리콘 및 알루미늄의 양을 적절하게 제어하므로서 내산화성 및 내열피로성을 향상시키고자 하는 것이다.Therefore, the most recently developed C / V graphite cast iron has an effect on the side of life extension, but it is difficult to manufacture and has a high production cost. Therefore, the present invention is to improve the oxidation resistance and fatigue resistance by appropriately controlling the amount of silicon and aluminum of gray cast iron in order to solve the drawbacks of the conventional cast iron material.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.The present invention for achieving the above object will be described in detail.

본 발명은 통상의 회주철에 있어서, 실리콘의 양은 1wt% 이하로 하고 알루미늄의 양은 3-5wt%가 되도록 조성됨을 특징으로 하는 내산화성 및 내열피로성이 우수한 회주철에 관한 것이다.The present invention relates to gray cast iron having excellent oxidation resistance and fatigue fatigue resistance, characterized in that, in a typical gray cast iron, the amount of silicon is 1 wt% or less and the amount of aluminum is 3-5 wt%.

본 발명에 적용되는 상기 회주철은 C, Si ; 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 통상의 회주철로써, 상기 C는 2.5% 이하에서는 Fe3C의 정출과다로 별도의 열처리가 필요하며, 4.5% 초과시에는 초정오스테나이트의 성장저해 및 흑연이 정출과다로 기계적 성질이 열화되므로 2.5~4.5%로 하는 것이 바람직하며, 특히 고온강도, 내산화성 및 내열피로성을 고려하여 3~4%로 한정하는 것이 보다 바람직하다.The gray cast iron applied to the present invention is C, Si; As the conventional gray cast iron containing the balance Fe and unavoidable impurities, the C needs to be subjected to a separate heat treatment due to excessive crystallization of Fe 3 C at 2.5% or less. Since mechanical properties deteriorate, it is preferable to set it as 2.5 to 4.5%, and it is more preferable to limit it to 3 to 4% especially in consideration of high temperature strength, oxidation resistance, and thermal fatigue resistance.

상기 알루미늄은 초정오스테나이트의 양 및 방향성을 증가시켜 이 초정오스테나이트가 조직중에서 화이버(Fiber) 역할을 하므로써 구상화흑연주철보다 높은 고온강도를 부여한다. 또한, 주철재료의 열피로현상은 흑연과 조직사이로 산소가 침입하여 내부산화가 이루어짐에 따라 진행되는데, 알루미늄이 주철표면에 치밀한 산화피막을 형성하여 내부산화를 지연시키므로써 상기 열피로현상을 억제하는 역할을 한다.The aluminum increases the amount and the orientation of the primary austenite, thereby giving a higher temperature strength than the nodular cast iron by acting as a fiber in the structure. In addition, the thermal fatigue phenomenon of the cast iron material proceeds as the internal oxidation is performed by oxygen invasion between the graphite and the tissue, aluminum suppresses the thermal fatigue phenomenon by forming a dense oxide film on the surface of the cast iron to delay the internal oxidation Play a role.

제1도 및 제2도를 참조하여, 상기 알루미늄이 초정오스테나이트의 정출양 및 방향성에 미치는 영향과 산화에 미치는 영향을 설명하면 다음과 같다.Referring to Figures 1 and 2, the effect of the aluminum on the crystallization amount and orientation of the primary austenite and the effect on the oxidation will be described as follows.

제1도에 나타난 바와 같이 알루미늄이 1wt%(이하 %로 칭함) 포함되어 있는 경우 [(a)]는 초정오스테나이트의 정출량이 적고 방향성도 갖지 않지만 알루미늄이 3% 및 4%인 경우 [(b)] 및 [(c)]에는 그 양도 증가되며 특히 일방향성을 나타내고 있다.As shown in FIG. 1, when aluminum contains 1wt% (hereinafter referred to as%), [(a)] means that the crystallization amount of primary austenite is small and does not have an orientation, but aluminum is 3% and 4% [(b )] And [(c)] also increase in amount and show one-way in particular.

또한, 제2도에 나타난 바와 같이 알루미늄 4%을 포함하는 경우 [(c)]가 알루미늄을 포함하지 않는 경우 [(a)]와 알루미늄을 2% 포함하는 경우 [(b)]보다 얇은 산화층이 형성됨을 알 수 있다.In addition, as shown in FIG. 2, when [(c)] contains 4% aluminum, the oxide layer thinner than [(b)] when [(a)] does not contain aluminum and [2] contains aluminum. It can be seen that formed.

따라서, 본 발명자는 초정오스테나이트의 정출양 및 그 방향성에 근거하여 상기 알루미늄의 하한치를 한정한 것으로, 그 양이 3% 이하가 되는 경우에는 초정오스테나이트의 발달을 촉진시키지 못하므로써 고온강도가 낮아지고 내부산화지연으로 인한 열피로 억제에도 큰 역할을 하지 못하게 되므로 3% 이상이 바람직한다.Accordingly, the present inventors have limited the lower limit of the aluminum based on the amount of crystallized crystallization of austenite austenite and its orientation. When the amount is 3% or less, the high temperature strength is low because it does not promote the development of primary austenite. 3% or more is preferable because it does not play a significant role in suppressing thermal fatigue due to high internal oxidation delay.

한편 알루미늄의 양이 5% 이상인 경우에는 금속간 화합물 즉, 탄화물이 형성되므로 경하고 취약할 뿐만아니라 주조성이 나쁘므로 그 상한치를 5%로 한 것이다.On the other hand, when the amount of aluminum is 5% or more, the intermetallic compound, that is, carbide is formed, which is not only light and brittle but also poor castability, so the upper limit thereof is 5%.

또한, 상기 실리콘의 양이 1% 이상이 되면 공정온도를 상승시켜 초정오스테나이트발달을 억제함으로써 강도를 저하시키므로 1% 이하가 바람직하다. 이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.In addition, when the amount of the silicon is 1% or more, the process temperature is increased to suppress the primary austenite development, thereby decreasing the strength, so 1% or less is preferable. Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples.

[실시예]EXAMPLE

하기 표 1과 같이 조성된 주철을 제조하여 700℃에서 인장강도를 측정하여 그 결과를 제3도에 나타내었으며, 또한, 그에 대한 열피로 특성을 측정하여 그 결과를 제4도에 나타내었다.The cast iron prepared as shown in Table 1 was measured, and the tensile strength was measured at 700 ° C., and the results are shown in FIG. 3, and the thermal fatigue characteristics thereof were measured, and the results are shown in FIG. 4.

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00002
Figure kpo00002

알루미늄 함량에 따른 고온강도 값을 나타내는 제3도에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 표 1의 조성을 갖는 본 발명은 종래의 일반회주철, 구상흑연주철 및 C/V 흑연주철보다 초정오스테나이트의 양 및 방향성이 증가되어 우수한 강도값을 나타내며 특히, 알루미늄양이 4% 이상인 경우는 150MPa보다 큰 값을 나타내고 있다.As can be seen in Figure 3 showing the high temperature strength value according to the aluminum content, the present invention having the composition of Table 1 is the amount and directionality of ultrafine austenite than conventional gray cast iron, nodular graphite cast iron and C / V graphite cast iron This increased and showed an excellent strength value, especially when the amount of aluminum is 4% or more, the value is larger than 150 MPa.

또한, 알루미늄 함량에 따른 열피로 성질을 나타낸 제4도에서 알수 있는 바와 같이, 상기 표 1의 조성을 갖는 본 발명은 일반회주철, 구상흑연주철 및 C/V 흑연주철보다 열피로 특성이 우수함을 나타내고 있다.In addition, as can be seen in Figure 4 showing the thermal fatigue properties according to the aluminum content, the present invention having the composition of Table 1 shows that the thermal fatigue properties are superior to ordinary gray cast iron, nodular graphite cast iron and C / V graphite cast iron .

상기한 바와 같이, 본 발명은 구상화 처리가 필요없이 저렴한 가격으로 손쉽게 내열피로성이 우수한 회주철을 제공하는 효과를 갖는 것이다.As described above, the present invention has the effect of providing gray cast iron having excellent heat resistance and fatigue resistance easily at a low price without the need for spheroidizing treatment.

Claims (1)

중량%로 C : 3~4%, Al : 3~5%, Si : 1% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 조성됨을 특징으로 하는 내산화성 및 내열피로성이 우수한 회주철.Gray cast iron having excellent oxidation resistance and thermal fatigue resistance, which is composed of C: 3 to 4%, Al: 3 to 5%, Si: 1% or less, balance Fe and unavoidable impurities.
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