KR940008943B1

KR940008943B1 - 코발트 기초 내열합금의 제조방법

Info

Publication number: KR940008943B1
Application number: KR1019920017503A
Authority: KR
Inventors: 안기태; 정용주
Original assignee: 주식회사 금강; 석강봉
Priority date: 1992-09-25
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1994-09-28
Also published as: KR940007199A

Abstract

내용 없음.

Description

코발트 기초 내열합금 제조방법

본 발명품은 고온강도와 고온 내산화성 그리고 고온유리부식 저항성을 가지는 것을 특징으로 하는 유리섬유 형성용 스피너휠에 적용하여 장시간 성능을 발휘하는데 적합한 그리고 특히 주조로서 제작되는 코발트 기초 내열합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 유리섬유는 높은 속도로 회전하는 스피너휠에 다수의 구멍이 뚫린 벽을 통해 용융된 유리가 원심력에 의해 통과되면서 형성된다.

스피너는 통상 약 1100℃의 온도에서 2000rpm의 속도로 작동되며 섬유가 조그만 다공벽을 통해 나올 수 있는 고속회전이기 때문에 고온에서의 높은 파괴 강도, 용융유리에 대한 높은 부식저항성이 요구되며, 종래의 코발트 기초 내열합금은 합금의 성분이 중량비로 보통 Cr 30%, Ni 13%, W 10%, Ta 2%, Co 나머지의 조성이며 기타 1%이하의 실리콘 및 약 0.5%이하의 탄소 그리고 Zr,B,Y등이 종류에 따라 약간씩 포함되어 있으며, 그 제조방법은 1,530-1,670℃ 범위에서 용융 및 가열시킨 후 1,420-1,510℃에서 주형에 주입된다.

그러나 이러한 합금은 고속 회전하는 스피너휠의 요구되는 기계적 강도를 만족시킬 수 없었으므로 더 높은 응력 파괴 성질 및 부식 저항성이 필요하였으며 이러한 요구조건을 만족시키기 위하여 미국특허 제4820324 및 4904290호의 합금이 제시되어 있으나, 그러나 상기 특허의 이들 합금에서는 Ta 및 Y, B등 국내에서는 이미 널리 알려진 바와 같이 구입이 어렵고 고가인 금속을 포함하고 있으며 특히 국내 주조업체가 보유하지 않고 있는 진공주조등 국내에서의 제조가 사실상 극히 어려운 조건들을 가지고 있음을 알 수 있으며, 그 주조방법 역시 1,530-1,670℃ 범위에서 용융 및 가열시킨 후 1,420-1,510℃에서 주형에 주입하는 방법을 택하므로 주조온도가 전혀 개선되지 않아 탄화물이 형성된 석출물이 잘 생기지 않고 내마모성이 약한 등의 기계적 성질이 만족할만한 수준이 아니었다. 또한 코발트 기초 내열합금 주조는 로스트 왁스(Lost Wax)법으로 주조하기도 하나, 이러한 방법으로 경제성과 합금의 기계적 강도를 만족할만한 수준으로 유지할 수가 없다.

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 극복하기 위한 것으로, 우수한 강도와 고온 유리부식 저항성 및 고온산화 저항성을 가지면서 일반적인 제조방법으로 저렴하고 용이하게 제조될 수 있는 코발트 기초 내열합금의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 코발트 기초 내열합금의 제조방법에 있어서, 우선 합금의 성분조성은 중량%로,

Cr : 25-35%, Ni : 7-15%, W : 6-10%, C : 0.6-1%, Si : 0.5-3%, Nb : 1-5%, Zr : 0.1-0.5%, Co : BAL이며,

불순물로써,

Mn : 0.5% 이하, Ti : 0.1% 이하, Fe : 4.5% 이하, Y : 0.1% 이하, Cu : 0.1% 이하, P & S : 0.01% 이하를 포함한다.

이 불순물은 기초성분조성시 불가피하게 들어 있는 성분이며, 본 발명의 합금의 성질에 영향을 줄 정도는 아니다.

본 발명은 우선 고온 산화 및 고온 증발되지 않는 성분(즉, Si,Zr,Nb제외)을 먼저 1,500-1,600℃ 범위에서 용융시킨다.

용융이 끝난 다음 균일한 조성을 얻기 위해 온도를 1,900-2,050℃ 정도에서 15-20분정도 유지후 나머지 금속(Si,Zr,Nb)을 넣어 용융시킨 후 다시 용탕온도를 1,600-1,700℃ 정도로 낮추어 미리 준비된 주형(Mold)에 부어 넣은 다음 공기중에서 자연 냉각시키는 방법으로 수행된다.

Mold는 일반 규사주조법에서 사용되는 규사 Mold이며, Shell Mold를 사용해도 좋다.

또 주조시 로에서 용탕 그릇으로 옮겨 부어 다시 주형으로 붓는데 이때 용탕 그릇 내부는 가스버너로 열을 가해 약 1,000℃ 정도로 온도를 올린다. 이는 용탕 그릇으로 옮겨 부을 때 용탕이 급격히 냉각되는 것을 방지하며, 합금의 조직이 불균일하게 조성되는 것을 방지한다.

이렇게 제작된 합금은 종래의 주조 방법으로 제작된 합금보다 수명이 월등히 좋아졌다.

그 예로, 상기에서 설명한 조성중 중량%로,

Cr : 29.49%, Ni : 11.61%, W : 6.77%, Fe : 2.88%, Si : 0.62%, C : 0.76%, Nb : 2.5%, Zr : 0.25, Co : BAL

의 성분 조성으로, 본 발명의 주조방법과 상기에서 설명한 일반적인 주조 방법으로 주조한 유리섬유 제조용 스피너휠로 제작하여(휠사이즈 : 378×86.77mm 두께 4.83-8.99mm)로 실험한 결과 표 1과 같이 양호한 결과를 얻었으며, 제1,2도에 그 조직 상태를 나타내었다.

표 1의 1-16번은 용융 온도의 용융상태에서 바로 주조한 일반 주조방식이며 17-25번은 본 발명의 방법으로 주조한 것으로 용융후 표 1의 온도에서 15-20분씩 유지시킨 후 주조한 것이며, 두가지 방법 모두 공기중에서 자연냉각시켰다.

[표 1]

상기 <표 1>에서, 우선 이들 합금은 스피너휠로 제작된 후 설비에 장착되어 온도 1100℃에서 2000RPM의 속도로 회전을 하면서 실험하여 그 수명을 비교한 것이다.

제1도 및 제2도에서와 같이, 제1도는 결정립계를 따라 균열이 형성되며, 결정립이 굵고 크다. 또 탄화물이 형성된 석출물이 잘 생기지 않아 내마모성이 약하며, 제2도는 결정립계가 끊어져 있고 용융시 금속끼리 배합이 잘 되어 균열이 잘가지 않으며(인장강도가 크다), MC의 석출물의 형성이 잘 되어 내마모성이 좋다.

따라서, 같은 성분조성으로 배합하여 종래의 방법에 따라 제조된 제1도의 합금에서 MC 탄화물이 형성되지 않으나, 본 발명에서는 MC형 탄화물인 M₇-C₃탄화물이 형성되어 고온강도를 향상시키며 오스테나이트계 고용체를 형성하여 내마모성을 증대시켜 표 1에서와 같이 수명이 상당히 증대되었다.

MC 탄화물은 C(탄소)가 W(텅스텐)과 Nb(니오비움)과 결합하여 탄화물을 형성하며, 결정립내와 결정립계에 존재하여 내마모성을 증대시킨다.

그리고 종래의 방법에 의해 제작된 합금에서는 결정립이 크고 굵게 형성되어 있는데 이는 주로 Co 단독 또는 Co와 다른 금속이 원자끼리 결합하지 않고 분자끼리 섞여 있는 상태로 되어 있기 때문에 합금으로써 가져야 할 강도 또는 내마모성을 가지지 못하고 쉽게 변형이 생기며 강도가 약해진다.

또 결정립계는 주성분이 Cr으로 형성되어 있는 Cr은 내산화성은 좋으나 인성이 약한 가운데 이 결정립계가 결정립을 둘러싸고 연결이 되어 있기 때문에 결정립계를 따라 균열이 쉽게 간다.

하지만 본 발명의 합금 조직에서는 금속간 결합이 잘 되어 있다. 우선 결정립이 아주 작게 나타나 있으며 결정립계가 서로 연결이 되어 있지 않아 균열이 쉽게 가지 않게 결합이 잘 되어 있으며 결정립 자체도 원소끼리 결합이잘되어 고온강도가 높으며, 마찬가지로 고온 내산화성이 높다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 코발트 기초 내열합금의 제조방법에 따라 용융시 용탕의 온도를 1,900-2,050℃ 정도의 고온으로 15-20분 유지한 후 용탕의 온도를 1,600-1,700℃로 낮추어 주형에 주입하므로서 종래의 코발트 기초 내열합금의 제조방법에 의해 제조되는 코발트 합금보다 인장강도 및 내마모성이 우수하고 고온강도가 높으며 고온내화성이 우수한 코발트 기초 내열합금을 제조하는 것이 가능하게 되었다.

Claims

중량 %로 Cr 25-35%, Ni 7-15%, W 6-10%, C 0.6-1%, Si 0.5-3%, Nb 1-5%, Zr 0.1-0.5% 나머지가 코발트를 포함하는 코발트 기초 내열합금의 제조방법에 있어서, 고온산화 및 고온증발되지 않는 성분(Cr,Ni,W,C,Co)을 1,500-1,600℃에서 용해시켜 용탕을 형성한 후, 상기 용탕을 1,900-2,050℃에서 15-20분 유지한 다음 나머지 금속(Si,Zr,Nb)를 용탕에 투입 용융시킨 후, 상기 용탕 온도를 1,600-1,700℃ 정도로 냉각시켜 주형에 주입하는 단계를 포함하는 코발트 기초 내열합금의 제조방법.