[논문]주철 용탕 중 접종제의 페이딩

권해욱

문제 정의

그럼에도 불구하고 여러가지 접종제의 성능과 페이딩의 몇 가지 특성은 잘확립되고 입증되었다. 본 자료에서는 응고가 일어나는 동안 과냉의 측정, 공정 셀 또는 구상 흑연의 수의 평가 및 칠 발생경향 또는 경도 시험 결과로부터 분석한 BCIRA의 연구 결과를 인용하였다. 큰 레들에 접종 처리한 용탕이 30 분까지 유지되는 동안 일어나는 것을 모사하는 조건하에서 연구한 결과이다.
이 자료에서는 접종제의 페이딩 효과에 관한 현재의 지식과회주철 및 구상 흑연 주철의 접종제로 사용되는 몇 가지 물질의 페이딩 특성에 관한 지식을 고찰하였다.
본 자료에서는 응고가 일어나는 동안 과냉의 측정, 공정 셀 또는 구상 흑연의 수의 평가 및 칠 발생경향 또는 경도 시험 결과로부터 분석한 BCIRA의 연구 결과를 인용하였다. 큰 레들에 접종 처리한 용탕이 30 분까지 유지되는 동안 일어나는 것을 모사하는 조건하에서 연구한 결과이다.
회주철과 구상흑연주철의 주조시, 비록 회주철의 경우 또한 인장 강도를 증가시키고 흑연조직의 균일성을 향상시키기 위하여 접종한다. 하더라도, 기본적으로 탄화물이 없는 주조품을 생산하기 위하여 접종처리를 한다.

가설 설정

1. 모든 접종제는 페이딩이 일어난다.
2. 구상 흑연 주철에서 구상 흑연의 수를 감소시키고 구상흑연의 모양을 퇴화되게 한다. 만약 모양의 퇴화 현상이 충분히 심하면 주조품의 기계적 성질에 영향을 미칠 수 있다.
2. 모든 접종제는 페이딩이 일어난다. 그러나 페이딩 속도는용탕 내에 세륨이 존재할 때 크게 감소할 것이다.
2. 접종 후 페이딩이 일어나지 않는 기간은 없다. 최대 효과를 얻기 위하여 접종제를 첨가 한 후 가능한 한 빨리 용탕을주입하여야 한다.
3. 몇 가지 접종제의 효과는 다른 것들보다 더 느리게 페이딩이 일어난다.
4. 공정 셀의 수를 증가시키는 접종제가 칠 감소 효과가 필연적으로 큰 것은 아니다.
4. 접종 효과는 접종제의 조성에 따라 달라진다. 주조 공장에서 목적에 가장 알맞은 것을 결정하기 위하여 하는 것이 바람직 하다.
5. 특히 황의 함량이 낮으면 접종제의 효과는 용탕의 조성에 따라서 변화한다.

제안 방법

몇 가지 접종제를, 접종 후의 화학조성이 다음과 같은, 회주철에 첨가하였을 때 20분동안 유지하는 동안 접종제의 페이딩을 시험하였다:
세륨이 없는 구상 흑연 주철에서, Table 4에서 보이는 바와 같은 접종제를 사용하여 BCIRA에서 비교 실험을 하였다. 시험한 몇 가지 물질은 구상 흑연 주철의 접종을 위하여 보통 사용하지 않는다.
6에서 보이는 바와 같은 시험주조품에서 봉재 길이의 중간 부분은 절단하여 가장 자리와 봉자의 중심 사이의 가운데 부분에서 공정 셀이나 구상 흑연의 수를 측정하여야 한다. 정사각형 판재에 부착되어 있는 플랜지를 판재에서 분리시켜 길이 방향의 가운데를 파괴하여 회주철의 경우 칠을 관찰한다. 구상 흑연 주철의 경우 파단면의 색깔이 밝기 때문에, 칠을 쉽게 관찰하고 측정할 수 없다.

성능/효과

1. 구상 흑연 주철은 칠 형성이 더 높은 특성으로 인하여 주방 상태에서 얇은 단면에 탄화 물이 없는 주조품을 얻으려면 최대의 접종 효과가 요구된다.
3. 최대 효과를 얻기 위하여 용탕을 주형에 주입하는 시간에 가능한 한 가까울 때 접종 처 리를 하여야 한다. 많은 량의용탕을 마그네슘 처리할 경우에는, 주조하기 바로 직전에 수작업용 섕크(hand shank)로 접종하여야 한다.
3. 회주철에서 성장하는 공절 셀의 수가 감소하는 것은 주조품 내의 흑연의 크기 분포를 균일하지 않게 하고, 형성하는 흑연이 더 미세하고 가지의 빈도가 증가하는 경향이 있게 하여 초기 접종 처리된 용탕으로부터 얻을 수 있는 기계적 성질에 비하여 기계적 성질이 약간 감소하게 하는 결과로 나타난다.
6. 칠 감소 효과의 잠재력이 크고 안정된 접종제를 제공하기위한 제조업자들의 노력의 결과로 다양한 특허 접종제가 제조되었다. 접종제의 조성에 관한 지식으로부터 어떤 효과 가나타날 것인가를 예측할 수는 없다.
대부분의 접종제의 경우, 첨가량이 증가함에 따라 그 효과는 증가하는 반면에, 핵생성도를 증가시키는 데 필요한 양보다더 많이 첨가하지는 말아야한다. BCIRA 연구 결과는 비록 유용한 효과가 0.004~0.008% 범위에서 얻었지만 0.005%의 잔류 세륨 함량이 가장 만족스러운 것으로 나타났다. 별도의 접종제 첨가없이 마그네슘 페로실리콘 합금을 사용하여 접종하였을 때 최대의 접종 효과를 얻기 위한 임계 세륨 함량이 있다는 것은 또한 보인 바 있다[19].
이 접종제는 공정 셀의 수는 약간만 증가하였으나 칠을 감소시키는 효과는 매우 컸다. 공정 셀 수와 칠 발생 경향은 20분 유지하는 동안 약간의 페이딩만 일어났으며 전체적인 칠 감소 효과는 스트론튬 함유 페로실리콘 다음이었다. 세륨의 이와 같은 효과는 Patterson이 관찰한 결과(16)와 일치한다.
구상 흑연 주철에서 접종제의 효과에 미치는 세륨의 영향을 평가한 BCIRA에서의 연구 결과에서는 마그네슘 처리 전에 또는 접종제와 함께 미쉬메탈로 첨가한, 세륨이 존재할 경우에, 주철은 주어진 냉각 속도에서 과냉이 더 작고(Fig. 14) 주어진과냉에서 구상 흑연의 수가 더 많았다(Fig. 15)는 것을 보여주었다. 이와 같은 결과는 다음과 같은 두 가지 중의한 가지방법으로 설명할 수 있다.
규화 칼슘이 가장 효과가 좋았다. 20분간 유지한 후에인장 강도는 모든 경우에 접종 직후에 얻은 값보다 낮았으며몇 가지 경우에는 접종 처리하기 전에 얻은 값보다 낮았다 (Table 3).
냉각 속도, 과냉 및 핵생성도 사이의 관계를 시험하여, 비록 기대된 조성적 효과를 근거로 미리 예측할 수는 없었으나, 스트론튬을 함유하고 있는 페로실리몬에 대비한 주조 등급의 페로실리콘의 거동의 차이는 이 두 물질에 의하여 촉진되는 핵의 종류가 다르다는 사실에 기인한다는 것을 입증하였다. 핵의 특성이 알려지지 않았기 때문에, 접종제의 조성이나 주철의 조성에 따라서, 페이딩이 잘 일어나거나 그렇지 않은 서로 다른 형태의 핵이 형성한다는 결론을 내릴 수 있을 것이다.
모든 규소 함유 접종제로 접종한 직후 인장 강도는 증가하였다. 규화 칼슘이 가장 효과가 좋았다.
세륨의 이와 같은 효과는 Patterson이 관찰한 결과(16)와 일치한다. 비록 공정 셀의 수는 높은 상태로 유지되었으나 유지 시간동안 칠 감소 효과가 현저하게 페이딩된, 시험한 바륨 함유 접종제의 비교적 나쁜 성능은 페이딩에 대하여 최대 저항을 얻는 최소 7~15%(2.4)보다 바륨 함량이 낮았다는 사실에 의하여 영향을 받았을 수 있다.
전체 결과를 근거로 스트론튬을 함유하고있는 페로실리콘(접종제 2)이 세륨이 없는 구상 흑연 주철에서 초기에 구상 흑연의수를 매우 많게 하고 칠 발생 저항이 좋게 하는 가장 좋은 접종제였다. 비록 페이딩은 일어났지만, 30분간 유지한 후 구상 흑연의 수는 여전히 많았으며 이 접종 제의칠 감소 효과는 상당히 유지되었다.
동안 미쉬메탈(mischmetal)로 첨가한 세륨의 영향은 Table 5에서 보이는 바와 같다. 세륨 함유 구상 흑연 주철에는 사용할 것을추천하지 않는, 구상 흑연 주철용 접종제로 인식되지 않는 규화 칼슘 및 알루미늄 함량이 낮은 페로실리콘 그리고 스트론튬 함유 페로실리콘의, 세 가지는 예외로 하고, 접종 처리 2-3 분 후 그리고 30분 후에 구상 흑연의 수를 증가시키는세륨의 효과는 확실하게 나타난다. 주철 중 세륨이 존재하고그렇지 않은 경우에 유지 기간에 걸쳐서의 구상 흑연의 수의변화는 Fig.
이 자료의 앞 절에서 황 함량이 낮은 회주철에서 접종제로서의 흑연의 효과는 너무 빨리 페이딩이 일어나 레들 접종제로 사용할 수 없다는 것을 보였다. 어떤 경우에 주조시 탕도계 내에 흑연을 놓아 좋은 접종 효과를 얻을 수 있는 것을 발견한 한편, 그 결과는 일관성이 없으며 다른 인자가 또한 구상 흑연 주철에서 흑연의 접종 효과에 영향을 미칠 수 있다는 것을 제안한다.
효과를 얻을 수 없었다는 것이다. 이 자료의 앞 절에서 황 함량이 낮은 회주철에서 접종제로서의 흑연의 효과는 너무 빨리 페이딩이 일어나 레들 접종제로 사용할 수 없다는 것을 보였다. 어떤 경우에 주조시 탕도계 내에 흑연을 놓아 좋은 접종 효과를 얻을 수 있는 것을 발견한 한편, 그 결과는 일관성이 없으며 다른 인자가 또한 구상 흑연 주철에서 흑연의 접종 효과에 영향을 미칠 수 있다는 것을 제안한다.
비록 접종 직후에 구상 흑연의 수를 가장 많게 하고 칠 발생 경향이 낮게 하는 주조 등급의 페로실리콘(접종제 1)은 매우 빠르게 페이딩되었다. 전체 결과를 근거로 스트론튬을 함유하고있는 페로실리콘(접종제 2)이 세륨이 없는 구상 흑연 주철에서 초기에 구상 흑연의수를 매우 많게 하고 칠 발생 저항이 좋게 하는 가장 좋은 접종제였다. 비록 페이딩은 일어났지만, 30분간 유지한 후 구상 흑연의 수는 여전히 많았으며 이 접종 제의칠 감소 효과는 상당히 유지되었다.
이 효과의 페이딩도 역시 사용한 접종제에 따라서 다른 속도로 일어났다. 접종 직후의 구상 흑연의 수가 가장 많이 생기게 하는 접종제가 그 시간에 칠을 제거하는 데 가장 효과적이었다. 페이딩이 대부분 일어난 접종제는 유지 기간동안 칠이 형성하는 경향을 가장 크게 증가시키는 원인이 되었다.
접종에 의한공정 셀 수의 증가는 첨가한 물질에 따라 달랐다. 접종 초기에 가장 공정 셀의 수가 많은 접종제의 효과는 처음 몇 분유지하는 동안 빠르게 페이딩된 반면에, 접종 초기에 공정 쉘의 수가 더 적은 접종제의 효과는 페이딩이 더 느리게 일어났다. 바륨을 함유하고 있는 접종제를 제외하고 페이딩 속도는처음 10 분 유지하는 동안 감소하였다.
접종제 첨가의 결과로 형성된 핵이 일시적이라는 특성은 흑연 및 스트론튬과 바륨 함유 페로실리콘을 포함하는 페로실리콘이 효과가 없다는, 황 함량이 낮은 회주철의 레들 접종과 관련된 많은 어려운 점을 설명한다. 흑연은 또한 구상흑연주철을 위한 레들 접종제로 효과적이지 않기 때문에, 접종 효과는 용 탕의 황 함량에 따라 달라질 수 있다는 것이 제안되었다.
있다. 접종제의 페이딩에 관하여 포괄적으로 평가하려면, 시험하는 적당한 시간 간격은 접종제를첨가한 후 0, 1, 3, 6, 10 및 20 분이 적당하다는 것이, 경험적으로, 나타났다.
칠이 형성하는 경향도 또한 접종제를 첨가한 직후에 가장낮았으며 그 효과는 유지 시간이 경과함에 따라 페이딩이 일어났다. 칠의 감소는 접종 직후 얻은 공정 셀 수의 증가나 유지하는 동안 일어난 공정 셀 수의 변화와 잘 일치하는 것은아니다.

후속연구

하더라도, 미량 원소 함량의 작은변화로 인하여 접종 효과에 있어서 변화가 나타날 수 있다. 결과적으로 접종제사이의 상세한 비교는 신중하게 하여야 하며접종제의 일반적인 거동을 가리키는 사항만으로 결론을 내려야한다.
주조품은 공업적 부품으로 설계하였으며 주조품의 사용자는 모든 공급된 주조품은 기계적 성질, 기계가공성 및 외부 또는 외부 수축 결함이 없는 적어도 최소한의 사양상 특성을 가지고 공급될 것을 기대한다. 주조 공장에서 제어의 여지가 비교적 적은, 레들 접종법의 페이딩으로부터 나타나는 가변성으로 인하여 내부 스크랩비가 낮은 상태에서 고품질의 표준을 고객에게 유지하는 것을 어렵다.

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