KR101040909B1 - 황동재 - Google Patents

Abstract

단조성 및 내탈아연 부식성이 뛰어난 납레스의 황동재의 제공을 목적으로 한다.

Cu：61.0~63.0wt%, Bi：0.5~2.5wt%, Sn：1.5~3.0wt%, Sb：0.02~0.10wt%, P：0.04~0.15wt%, 및 잔부가 실질적으로 Zn인 황동재로 했다

이것에 의해, 납레스 쾌삭 합금으로 하여, 단조용으로 적용하는 것이 뛰어나고 기계적 성질이 높고, 특히, 단조 후에 실질적인 열처리를 하지 않아도 내탈아연 부식성을 얻을 수 있는 황동재가 되었다.

황동재

Description

황동재{BRASS MATERIAL}

본 발명은 밀어내고 또는 눌러서 펴진 황동재에 관하고, 특히 단조성(單造性) 및 내탈(耐脫)아연 부식성이 뛰어나고, 기계적 특성 및 쾌삭성이 뛰어난 단조용의 황동재에 관한다.

황동재에 있어서, 열간 가공시에 연성이 높은 β상을 일정 이상 확보하지 않으면 열간 단조성이 나빠진다.

그 한편, 단조 후의 금속 조직 중에 α상 외에 β상이 출현하면, β상을 기점으로 하여 탈아연 부식이 발생하기 쉬운 것이 알려져 있다.

황동재에 있어서는, Cu성분이 63%를 넘으면 α상 단상(單相)에 억제하기 쉽지만, 열간 저항이 크고, 열간단조용으로 적용 할 수 없다.

또, 인장 강도 등의 기계적 특성이 저하한다.

그래서, Cu성분을 61% 정도로 내려 단조 후에 열처리를 행하고, β상을 소실시키는 것도 알려져 있다.

특개 2000-169919호공보에는, 납레스 황동재로 하고, 내탈아연 부식성과 강도 등을 양립시키기 위해 Cu성분을 60.5~63.5wt%로 억누르면서, Ni, Sn성분을 첨가한 황동재가 개시되고 있다.

그러나, 이 개시 기술에 있어서는 단조성이 불충분하고, 내식성을 확보하기 위해서는 열처리 혹은 소둔을 행하지 않으면 안되었다.

특개 2003-247035호 공보에는, Cu-Zn-Sn-Si계의 내탈아연 부식성 황동재가 개시되고 있지만, 열간단조성이 불충분했다.

특허 문헌 l : 특개 2000-169919호공보

특허 문헌 2 : 특개 2003-247035호공보

{발명의 개시}

{발명이 해결하려고 하는 과제}

본 발명은 상기와 같은 기술적 배경에 근거하여, 단조성이 뛰어나고 단조 후에 열처리를 하지 않아도, 내탈아연 부식성이 뛰어난 납레스의 황동재의 제공을 목적으로 한다.

{과제를 해결하기 위한 수단}

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, Cu : 61.0~63.0wt%, Bi：0.5~2.5wt%, Sn : 1.5~3.0wt%, Sb：0.02~0.10wt%, P : 0.04~0.15wt%, 및 잔부가 실질적으로 Zn인 황동재로 하였다.

또, Cu : 61.0~63.0wt%, Bi : 0.5~2.5wt%, Sn :1.5~3.0wt%, Sb：0.02~0.10wt%, P : 0.04~0.15wt%, 외에 Si : 0.05~0.30wt%를 첨가해, 잔부가 실질적으로 Zn이어도 좋다.

Cu성분이 63.0wt%를 넘으면, 열간 가공시에서의 β상의 비율이 적고 열간저항이 커져 열간 단조용의 황동재에는 부적당하게 되고, 61.0wt% 미만에서는 내탈아연 부식 특성이 뒤떨어진다.

따라서, Cu성분은 61.0~63.0wt%의 범위가 바람직하다.

Bi성분 첨가의 주목적은, 납레스 합금으로서의 쾌삭성을 확보하기 위함이다. Bi는, Cu나 Zn와 거의 합금화하지 않고, 금속 조직 내에 분산하는 것으로 쾌삭성이 향상한다.

그러나, Bi는 Pb 이상으로 융점이 낮고, 황동재의 열간 가공 중에 용융 상태가 되어 결정립계로 이동하여 열간 사이가 벌어짐을 초래할 우려가 있다.

Pb의 대체로서 쾌삭성을 확보하려면, Bi성분이 0.5wt% 이상이 필요하고, 바람직하게는 1.0wt% 이상이다.

본 발명에서, 특징적인 것은, 종래의 Pb함유 황동재의 경우에, 육사(六四)황동재(Cu : Zn = 60 : 40) 베이스로 했을 경우에 Pb의 Zn 등 양은 대체로 1로서 환산하고, 강도, 내탈아연 특성 등의 합금 설계를 하고 있었지만, Bi의 Zn등 양은 거의 제로에 가까운 것이 밝혀진 점이다.

또, 종래의 Pb함유 황동재에 있어서는, Pb성분이, 1.0~2.0wt% 첨가되고 있는 것이 일반적이었던 것에 대해 본 발명에 있어서는, Bi성분이 0.5wt% 이상에서, 양호한 쾌삭성을 얻을 수 있고, 게다가 Bi성분을 0.5~2.5wt%의 범위에서는 단조성과 단조 후에 실질적인 열처리를 행하지 않아도 내탈아연 특성이 양립한다(후술하는 Sn성분과의 배합에 의한다).

특히, Bi성분 0.5~1.5wt%의 범위에서는 뛰어난 단조성을 얻는 것이 가능할 뿐만 아니라, 늘어남 및 인장 강도 등의 기계적 특성도 향상하는 것이 밝혀졌다.

한편, Bi성분을 많이 하면 절삭 가공 시의 절설 분단성과 인구(刃具) 윤활성이 향상하지만, 먼저 말한 것처럼 결정립계로 이동하는 양도 많아지므로 2.5wt% 이하가 좋다.

Sn성분을 1.5~3.0wt%의 범위에서 첨가하면 열간단조성이 개선되는 것과 동시에 인장 강도 등의 기계적 특성이 향상한다.

특히 Sn는 열간 단조시에 Bi의 결정립계로의 이동을 억제하는 효과가 있다.

그러나, Sn성분이 1.5wt% 미만에서는 첨가 효과가 낮고, 3.0wt%를 넘으면 딱딱하고 무러져 버린다.

Sn성분은, 첨가량을 많이 하면 재료가 무러지는 경향이 있으므로, Bi성분을 2.0wt%를 넘어 설정하는 경우에는, 2.0wt% 이하로 억제하는 것이 바람직하지만, Bi성분 2.0wt% 이하로 설정했을 경우에는, Sn성분을 3.0wt%까지, 첨가할 수가 있어 한층 더 내탈아연 부식 특성을 향상할 수 있다.

본 발명에 있어서는, Si를 첨가하는 것도 단조성이 향상한다.

종래, Cu-Zn-Bi계 황동재에 있어서는, Si성분은 취화인자(脆化因子)로서 배제되고 있었다.

그런데, Si성분을 0.05~0.30wt%의 범위로 제어하면 열간단조 등의 열간 가공성이 뛰어나고, 특히 저온에서의 열간 가공성이 뛰어난 것이 밝혀져, 내탈아연 부식성도 양호하게 유지하는 것이 밝혀졌다.

하한을 0.05wt% 이상으로 한 것은 단조 개선의 향상이 인정되는 한계이며, 상한을 0.30wt% 이하로 한 것은 취화를 고려한 것이다.

Sb성분은 Sn 및 P와의 상승효과에 의해 탈아연 부식을 억제하는 효과가 있어, 0.02wt% 미만에서는 첨가 효과가 인정되지 않고, 0.10wt%를 넘으면 무러지므로, Sb성분은 0.02~0.10wt%의 범위가 좋다.

P성분도 탈아연 부식을 억제하여, 0.04wt% 미만에서는 첨가 효과가 없고, 0.15wt%를 넘으면 결정립계에 편석(偏析)하고, 연성이 저하하므로, P성분은 0.04~0.15wt%의 범위가 좋다.

본 발명에 있어서, 잔부가 실질적으로 Zn이라고 한 것은, Fe성분이나 Pb성분 등의 다른 성분이 불순물로서 허용되는 범위를 포함하고, 또, 본 발명의 취지, 효과를 얻을 수 있는 범위에서 다른 미량 원소가 포함되어도 좋다.

본 발명에 있어서는, Pb성분을 포함하지 않아도 쾌삭성이 뛰어나다.

따라서, Pb성분을 0.01wt% 이하로 억제하는 것으로, 환경 부하가 적게 된다.

{발명의 효과}

구체적인 평가 결과는 후술하겠지만, 본 발명에 있어서는 Bi성분을 0.5~2.5wt% 첨가하는 것으로 납레스 쾌삭 합금으로 하고, Cu성분을 61.0~63.0wt%라고 해도 Sn성분을 1.5~3.0wt% 첨가한 것에 의해, 이 황동재를 단조용으로 적용하는 것이 뛰어나고, 열간 저항이 비교적 작다.

특히, 단조 후에 실질적인 열처리를 하지 않아도 내탈아연 부식성을 얻을 수 있다.

[도 1] 본 발명에 관련되는 황동재의 화학 성분을 비교예와 함께 나타낸다.

[도 2] 황동재의 품질 평가 결과를 나타낸다.

[도 3] 단조성(업세트) 시험 평가예를 나타낸다.

[도 4] 탈아연 부식 시험 결과 평가예를 나타낸다.

{발명을 실시하기 위한 최량의 형태}

각종 합금 성분의 피레트를 주조하여, 그 후, 열간 밀어내어서 직경 약 35mm의 황동재를 얻어 성분 분석한 결과를 도 1의 표에 나타낸다.

도 2의 표에 재료의 평가 결과를 나타낸다.

(단조성)

직경 약 35mm의 환봉으로부터 길이(높이) 35mm의 시험편을 잘라, 소정의 온도에서 열간 프레스 가압 변형시켜 열간 단조성을 평가했다.

열간 단조성의 평가로서는, 하기에 나타내는 업세트율을 변화시켜 분열의 발생 상황을 평가했다.

등에 세트율(%)=[(35-h)/35] × 100(h：가압 변형 후의 높이)

도 2의 표에 나타낸 결과는, 단조 온도 약 750℃에서 업세트율을 변화시켜 단조성을 외관 평가한 것으로, 표 중, ○표는 균열 발생 없음, △표는 조금 균열 발생, ×표는 균열 발생을 나타낸다.

덧붙여 외관 평가예를 도 3에 나타내고, 좌측으로 표시한 업세트율에 대해서 외관 평가예를 우측에 나타낸다.

재료 N0.2, 3, 4를 비교하면, Bi성분 0.5~2.5wt%의 범위에서는 적은 편이 성장의 값이 비싸지고, 한편, 단조성이 뛰어난 것이 밝혀졌다.

재료 N0.3, 5를 비교하면, Sn성분의 첨가에 의해 뛰어난 단조성을 유지하면서, 한층 더 강도를 높게 할 수 있어 후술하듯이, 단조 후에 열처리하지 않아도 내탈아연 부식성이 좋다.

재료 N0.6~9에 나타내듯이 Si성분을 첨가해도 단조성의 개선 효과가 있고, 측정 데이터의 표시를 생략하지만, 단조 온도 800℃에서는, 침상 조직이 생기고 갈라지는 경우가 있었지만, 적정 온도인 그것보다 낮은 750℃에서 사이가 벌어지지 않았다.

(탈아연 부식 시험 )

탈아연 부식 시험은, 국제표준규격 ISO 6509-1981에 준하여 실시했다.

업세트율 60~90%로, 단조한 것으로부터 열처리하는 일 없이 시험편을 잘라, 페놀 수지에 묻어 시험면을 습식 연마했다.

덧붙여 최종 마무리면은 5000번의 미세한 연마지로 마무리했다.

조정한 직후의 염화동(2가) 1질량% 수용액을 이용해 75℃, 24시간, 시험면을 노출시켰다.

그 후, 수세, 에탄올 세정 건조하여, 시험면과 직각으로 절단하고, 광학 현미경을 이용해 탈아연 깊이를 측정했다.

덧붙여 측정 방법으로서 평균적인 부식 부분의 사진을 찍어, 1mm 간격으로, 72개소 측정하고, 최대탈아연깊이와 평균탈아연깊이를 구했다.

그 평가예를 도 4에 나타내고, 탈아연한 부분의 깊이를 현미경으로 측정했다.

표 1에 나타낸 재료 N0.1~9는 모두 단조 성형 후에 열처리를 하지 않아도 내탈아연 부식성이 좋았다.

비교예 1은 Cu성분이 63wt%를 넘은 Pb함유 황동재의 예에서, 도 2의 표에 결과를 나타내듯이, 단조성이 나빴다.

비교예 2는, Cu성분을 61~63wt%의 범위로 한 Pb함유 황동재의 예이지만, 각각 같은 Cu성분 범위, P성분 범위, Sn성분 범위, Sb성분 범위를 가지는 비스머스계의 합금에 비해 내탈아연 부식성이 뒤떨어지고 있었다.

덧붙여 Pb성분량은, 본 발명에 있어서의 Bi성분량과 동일한 정도로 해 본 것으로, 이 결과로부터 Bi성분의 Zn 등 양은 제로에 가깝고, Pb가 1에 가깝다고 일컬어지는 것과 다른 것이 밝혀졌다.

비교예 3은, Cu성분을 61wt% 미만으로 해 본 것으로, 내탈아연 부식성이 뒤떨어지고 있었다.

본 발명은 Bi성분을 첨가하는 것으로 납레스 쾌삭 합금으로 하고, 단조용으로 적용하는 것이 뛰어나 기계적 성질이 높고, 특히, 단조 후에 실질적인 열처리를 하지 않아도 내탈아연 부식성을 얻을 수 있는 황동재이므로, 건물 안에서 물을 사용하는 곳의 제품 등, 각종 제품의 재료에 적용할 수 있어 납레스의 점에서, 환경 부하의 저감에 공헌할 수 있다.

Claims (3)

1. Cu : 61.0~63.0wt%, Bi : 0.5~2.5wt%, Sn：1.5~3.0wt%, Sb : 0.02~0.10wt%, P：0.04~0.15wt%, 및 잔부가 Zn과 불순물인 단조성 및 내탈아연 부식성이 뛰어난 것을 특징으로 하는 황동재.
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