KR100992545B1

KR100992545B1 - 차량용 이지알쿨러 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100992545B1
Application number: KR1020080083263A
Authority: KR
Inventors: 정재규
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2010-11-08
Also published as: KR20100024616A; US20100051145A1

Abstract

페라이트계 스테인리스강이 적용되는 차량용 이지알쿨러 및 그 제조방법이 소개된다. 이 차량용 이지알쿨러는 탄소(C) 0.025~0.03 중량%, 실리콘(Si) 0.2~0.8 중량%, 망간(Mn) 0.05~0.8 중량%, 인(P) 0.01~0.04 중량%, 황(S) 0.01~0.03 중량%, 크롬(Cr) 19~22 중량%, 구리(Cu) 0.2~0.6 중량%, 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti) 0.25~0.8 중량%, 그리고 잔부(殘部)는 철(Fe)로 구성되고, 차량용 이지알쿨러의 제조방법은, 페라이트계 스테인리스강을 1000~1100℃로 가열하여 30~60분간 유지한 후, 수냉을 통해 냉각하여 열처리하고, 열처리된 페라이트계 스테인리스강을 질산, 불산, 및 증류수가 혼합된 산용액을 통해 산처리한다.

이지알쿨러, 열처리, 페라이트계 스테인리스강

Description

차량용 이지알쿨러 및 그 제조방법{E.G.R. COOLER FOR VEHICLES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 페라이트계 스테인리스강으로 구성되는 차량용 이지알쿨러 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 질소산화물을 억제하기 위한 배기가스 재순환(EGR:Exhaust Gas Recirculation)장치는, 차량의 배출가스 중 배기가스의 일부를 흡기계로 재순환시켜 연료 혼합기의 열용량 증대 및 연소실의 산소량 감소를 통해 질소 산화물을 저감하는 장치이다. 이 배기가스 재순환장치에는 이지알쿨러가 필수적으로 장착됨으로써 배기가스 및 냉각수를 상호 열교환시켜 배기가스의 지나친 온도 상승이 방지되도록 한다.

종래 이지알 쿨러의 일반적인 구성을 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 이지알쿨러에는 원통형의 케이스(21) 양측으로 배기가스 재순환관과 연결되기 위한 플랜지(22,23)가 형성되고, 케이스(21)의 내부는 냉각수 통로가 되는 챔버(24)가 형성된다. 케이스(21)에 형성된 챔버(24)의 일측으로는 냉각수가 유입되는 냉각수 입구(25)와 냉각수 출구(26)가 연결된다. 또한 챔버(24)의 내측에는 배기가스가 통 과되며 냉각수에 의해 배기가스의 온도를 낮추기 위한 다수의 냉각튜브(27)들이 가로질러 형성된다. 즉, 배기가스의 입구측(28)에서 유입된 배기가스는 냉각튜브(27)들을 통과하게 되면서 냉각수의 온도에 의해 적정수준의 온도로 조절되어 출구측(29)을 통과하게 된다.

이러한 종래 이지알쿨러는 Fe-Cr-Ni로 구성되는 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되고 있으며, 이 오스테나이트계 스테인리스강은 상온에서 오스테나이트계 조직이 안정화될 수 있도록 하는 니켈(Ni)이 포함되어 있다. 그런데, 이지알쿨러에 사용되는 니켈(Ni)은 고가의 원소이므로, 원자재값 상승에 따른 원가 비용이 증가된다는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 페라이트계 스테인리스강을 이용하여 안정적인 정밀 주조성 및 우수한 내식성을 구현할 수 있는 차량용 이지알쿨러 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량용 이지알쿨러는, 페라이트계 스테인리스강이 적용되는 차량용 이지알쿨러로서, 탄소(C) 0.025~0.03 중량%, 실리콘(Si) 0.2~0.8 중량%, 망간(Mn) 0.05~0.8 중량%, 인(P) 0.01~0.04 중량%, 황(S) 0.01~0.03 중량%, 크롬(Cr) 19~22 중량%, 구리(Cu) 0.2~0.6 중량%, 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti) 0.25~0.8 중량%, 그리고 잔부(殘部)는 철(Fe)로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 이지알쿨러 제조방법은, 페라이트계 스테인리스강을 열처리 및 산처리하여 제조되는 차량용 이지알쿨러 제조방법으로서, 상기 페라이트계 스테인리스강을 1000~1100℃로 가열하여 30~60분간 유지한 후, 수냉을 통해 냉각하여 열처리하고, 상기 열처리된 페라이트계 스테인리스강을 질산, 불산, 및 증류수가 혼합된 산용액을 통해 산처리하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 산처리는 50~70℃로 가열된 산용액 또는 상온의 산용액에서 이루어지는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 페라이트계 스테인리스강은 탄소(C) 0.025~0.03 중량%, 실리콘(Si) 0.2~0.8 중량%, 망간(Mn) 0.05~0.8 중량%, 인(P) 0.01~0.04 중량%, 황(S) 0.01~0.03 중량%, 크롬(Cr) 19~22 중량%, 구리(Cu) 0.2~0.6 중량%, 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti) 0.25~0.8 중량%, 그리고 잔부(殘部)는 철(Fe)로 구성된 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 페라이트계 스테인리스강을 최적의 조건하에서 열처리 및 산처리함으로써, 안정적인 정밀 주조성 및 우수한 내식성이 확보될 수 있다는 이점이 있다.

아울러, 본 발명은 종래 고가의 니켈(Ni) 원소를 사용하지 않으므로, 원가 비용이 줄어 이지알쿨러의 제조 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 크롬(Cr), 구리(Cu), 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti), 그리고 잔부(殘部)는 철(Fe)로 구성된 페라이트계 스테인리스강을 통해 이지알쿨러를 구현하고, 이 페라이트계 스테인리스강을 일정 온도 및 시간으로 열처리하고 산처리하는 과정을 통해, 정밀 주조성 및 내식성이 우수한 이지알쿨러를 제조할 수 있다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

이를 구현하기 위한 구성을 구체적으로 설명하면, 본 발명에 따른 이지알쿨러는, 탄소(C) 0.025~0.03 중량%, 실리콘(Si) 0.2~0.8 중량%, 망간(Mn) 0.05~0.8 중량%, 인(P) 0.01~0.04 중량%, 황(S) 0.01~0.03 중량%, 크롬(Cr) 19~22 중량%, 구리(Cu) 0.2~0.6 중량%, 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti) 0.25~0.8 중량%, 그리고 잔부(殘部)는 철(Fe)로 구성된 페라이트계 스테인리스강이 적용된다.

페라이트계 스테인리스강로 구성되는 이지알쿨러에 있어서, 탄소(C)은 강의 강도가 증가되도록 하고, 실리콘(Si)는 페라이트계 안정화 원소로서 구현하고, 망간(Mn)은 주조 과정시 탈산 또는 탈황제로서 중요한 역할을 하며, 인(P) 및 황(S)은 저 융점 원소로서의 특성을 갖는 등, 페라이트계 스테인리스강을 구성하는 각각의 구성요소는 독자의 특성이 있다.

따라서, 이들 구성요소들의 그 특성을 살리면서 주조성이 우수한 이지알쿨러를 제조하기 위해, 이들 구성요소들을 적절한 비율로 조합하는 것이 요구된다. 그 적절한 조합비를 구하기 위하여, 본 발명자는 수많은 시행착오를 거쳤으며, 그 결과 상기 비율의 구성이 가장 적합함을 발견하게 되었다.

이하, 본 발명에 따른 이지알쿨러의 조성 한정 이유를 살펴보면 다음과 같다.

(ⅰ) 탄소(C) 0.025~0.03 중량%

탄소는 오스테나이트계 안정화 원소이며, 강의 강도를 증가시키는 역할을 하는 주요 구성요소이다. 대개 고온에서 Cr23C6와 같은 탄화물을 입계(Grain Boundary) 및 주변에 석출시켜 내식성이 요구되는 부품의 성능을 저하시키는데, 입 계에 탄화물이 석출되는 이유는, 재료 내부의 입내와 입계 중에서 입계의 에너지가 상대적으로 높은 상태의 불안정한 위치이므로, 탄화물은 석출을 통해 안정화를 유지하기 때문이다. 이렇게 석출된 Cr23C6(탄화물)은 입내에 고용되어 있는 크롬(Cr)의 함량을 국부적으로 낮추게 되어, 석출된 입계의 근방은 크롬함량이 기지(Matrix) 내보다 상대적으로 낮은 크롬(Cr) 디플리션 존(depletion zone)이 형성되어 내식성이 떨어지게 된다. 따라서, 이지알쿨러는 고온에서의 크롬 탄화물 현상을 억제하기 위하여 크롬 탄화물을 생성시키는 탄소의 함량을 0.025~0.03 중량%의 저탄소(low carbon) 등급으로 탄소량이 제어될 필요가 있다.

(ⅱ) 실리콘(Si) 0.2~0.8 중량%

실리콘(Si)은 페라이트계 안정화 원소로서, 탈산제로 작용한다. 재료 내부에 고용된 첨가량이 증가하면 고온 산화 및 부식 특성을 개선하는데 유효한 원소이다. 특히, 이지알쿨러와 같이 배기가스를 냉각시키는 시스템에서 발생될 수 있는 황산 응축수(sulphuric acid)에 대한 부식 저항성을 향상하는 역할을 한다. 다만, 실리콘의 함량이 필요 이상으로 많을 경우, 주조 도중 또는 주조 후 산화물의 형성이 많아져서, 몰드 제거 및 세라믹 코팅 제거의 어려움이 유발되므로, 실리콘의 함량을 0.8 중량% 이하로 적용한다. 반면에, 실리콘의 함량이 0.2 중량% 이하인 경우, 고온 산화 및 부식 특성을 개선하는 효과를 기대하기 힘들다.

(ⅲ) 망간(Mn) 0.05~0.8 중량%

망간(Mn)은 주조 과정에 탈산 또는 탈황제로서의 중요한 역할을 하며, MnO 또는 MnS를 형성시키는 임무를 수행한다. 특히, 강 내에서 철(Fe)과 황(S)의 화합 물(Inclusion)의 생성을 조기 차단함으로써, 고온 균열 발생을 억제시키는 역할을 한다. 다만, 강을 이루는 5대 원소 중의 하나이며, 원자간 결합력을 향상시켜 고온 강도를 향상시키는 역할을 하여 이지알쿨러 부품의 강도에 기여할 수 있다. 아울러, 망간은 해당 분자량이 55 정도로써, Fe의 분자량 56과 거의 같아서 고온에서도 원자간 결합 인력을 유지시켜준다. 본 발명에서는 페라이트계 스테인리스 주강 제조의 목적이 있으므로 조직 안정화 차원에서 첨가량이 많게 되면 유해한 원소로 작용될 수 있다. 이를 고려하여 이지알쿨러에는 0.8중량% 이하의 망간이 함유된다. 그러나 망간이 0.05중량% 이하로 함유되는 경우, 주조 과정에 탈산 또는 탈황제로서의 역활이 제대로 이루어지지 않게 되므로, 그 하한치는 0.05중량%로 제어된다.

(ⅵ) 인(P) 0.01~0.04 중량%, 황(S) 0.01~0.03 중량%

인(P)은 황(S)과 더불어 대표적인 저 융점 원소이고, 주조 후 냉각 존(Zone)에서 가장 늦게 응고하는 원소이기도 하다. 주조 조직이 응고하게 될 경우 몰드 표면에서부터 심부쪽으로 응고하게 되는데, 두 원소의 경우는 재료 내부의 입계에 잔류하게 된다. 입내에 응고된 인접 조직들은 응고 도중 수축을 하게 되는데, 이때 저융점 원소들은 미쳐 응고되지 못하여 인장 응력을 받게 되고, 이는 주조 결함 및 균열로 작용될 수 있다. 이러한 사항을 고려하여 인(P) 및 황(S)의 함량은 0.03중량% 이하, 및 0.04중량% 이하로 각각 제어된다. 다만, 인(P) 및 황(S)의 함량은 각각 0.01중량% 이하이면, 해당 기능이 미미해 질수 있으므로, 인(P) 및 황(S)의 함량은 각각 0.01 이상으로 제어된다.

(ⅶ) 크롬(Cr) 19~22 중량%

크롬은 BCC(Body Centered Cubic)의 결정구조를 가지고 있는 페라이트계 스테인리스강 안정화 원소이다. 스테인리스강이라고 하면 최소한의 크롬(Cr) 함량을 규정하고 있는데, 그 함량이 최소 약 11.5 중량% 정도는 포함되어야 한다. 스테인리스강의 내식성은 부동태 피막(passive layer)라고 불리는 Cr2O3 (크롬산화물) 층이 표면에 1~2nm 정도 얇게 형성되어 있기 때문이다. 부동태 피막의 균질화 및 치밀화는 크롬(Cr)의 함량과 연관이 있으며, 크롬의 함량이 증가할수록 더 나은 내식성을 확보 할 수 있게 된다. 본 발명에서 판재 제조 공정이 아닌 주강 제조 공정을 개발함에 있어서, 성분계의 범위에 관한 것으로, 주강의 경우는 주조조직(Cast Microstructure)을 가지고 있으며, 주조 이후에 Cl-(염수)기에 의한 표면 부식성이 상당히 저하되어 후공정이 불가피한 것으로 본 발명에서 밝혀졌다. 후공정에는 열처리 공정 외에 산처리 공정이 추가되는데, 열처리 온도는 약 1050도에서 실시하는 것으로써, 산화스케일의 양에 따라 산처리 공정 시간이 결정될 수 있고, 또한 산처리 용액 및 실시 온도 또한 재질에 따라 차등될 소지가 있다. 아울러, 이지알쿨러의 부품 상 염수에 대한 저항성이 요구되는 바, 최소한의 스테인리스 주강 조건인 11.5중량%로서는 부품의 내구 품질을 유지할 수가 없으므로 다음과 같이 한정하는 이유이다. 크롬의 함량이 Cr 19~22 중량%로 규정될 시에는 염수분무 시험에서의 1000h 동안의 부식으로 인한 문제가 없음을 확인하였다. 또한, 크롬의 함량이 19중량% 미만의 경우에는 열처리 시간 동안에 산화 스케일이 많이 생성되어, 후공정인 산화 스케일 제거인 산처리의 용액 농도, 시간 등의 가혹도가 심해지며, 산처리 이후에도 크롬(Cr) 함량이 다소 낮아 산처리에 사용되는 산에 의해서 표면 침식이 발 생하는 부작용이 있다. 또한, 정밀 주조 공정에서는 몰드에 세라믹코팅을 하게 되며 용탕 제조 및 냉각 이후에 코팅을 제거하게 되는 작업 과정이 있다. 크롬 함량이 22 중량% 이상일 경우에는 코팅층이 적절히 제거되지 않아 부동태 피막의 안정화 형성에 부작용이 예상된다.

(ⅷ) 구리(Cu) 0.2~0.6 중량%

구리는 기본적으로 냉간 성형성을 개선시킬 수 있는 원소로써, 스테인리스 판재의 경우에 그 효과가 있다고 볼 수 있다. 주강 제조에 있어서의 구리(Cu)의 역할은 내식성의 향상에 기여를 하게 되며, 특히, 황산 부식에 저항성이 높아 EGR쿨러의 부품에는 적용 효과가 크다고 볼 수 있다. 이지알쿨러의 부품은 배기가스를 냉각시켜 엔진 연소실로 재순환시키는 역할을 하며, 냉각 시 고온의 배기가스가 응축수의 액체상태로의 변화가 예상됨에 따라, 응축수는 배기가스 중에 포함되어 있는 SOX성분을 함유한 황산류의 용액이 생성되어 재료의 부식을 더욱 더 가혹화 시키는 역할을 한다. 따라서, 구리(Cu)의 함량이 많게 되면 몰드의 오염이 발행될 수 있어 품질이 저하될 가능성이 있다. 따라서 구리(Cu) 함량은 0.3~0.6 중량% 이내로 제어한다.

(ⅸ) 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti) 0.25~0.8 중량%

니오븀(Nb)는 티타늄(Ti)과 더불어 결정립 미세화 원소이며, 탄소와의 친화력이 매우 강하기 때문에 고온에서 탄화물을 우선 형성시켜 크롬 탄화물 형성에 의한 입계 예민화 현상을 사전 방지하는 효과가 있다. 주요 생성 탄화물은 NbC, TiC이며 이로 인해 열-피로 저항성 또한 개선되는 현상을 나타낸다. 또한, 첨가량이 증가할수록 고온강도를 증가시키고, 개재물 제어에도 어려움이 없는 원소로 알려져 있다. 하지만, 과량으로 첨가되는 경우 응고 직후 응고균열(hot crack), 충격치의 저하를 유발하게 되어 본 발명에서는 제한적으로 사용된다. 니오븀(Nb)과 티타늄(Ti)의 함량을 단독 또는 복합으로 첨가하되 0.25~0.8w%이내로 제어한다. 이때, 0.8 중량% 이상의 함량에서는 응고 균열이 발생될 가능성이 커진다. 0.25 중량% 이하의 함량에서는 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti)의 기능이 미미해질 수 있다.

(ⅹ) 철(Fe) 잔부(殘部)

철(Fe)은 상술한 구성 성분의 나머지 부분인 잔부(殘部)로 구성되는데, 해당 잔부 이상이거나 이하가 되면, 타 구성성분의 비율이 줄어들게 되어 타 구성성분을 통한 기능 구현이 미미해질 수 있다는 문제가 있다.

이와 같이, 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 크롬(Cr), 구리(Cu), 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti), 그리고 잔부(殘部)는 철(Fe)로 구성되는 이지알쿨러는, 열처리 및 산처리 공정을 통해 제조된다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 이지알쿨러 제조방법에 따른 열처리 공정을 나타낸 그래프이다.

즉, 도 2를 참고하면, 상술한 구성의 페라이트계 스테인리스강은 열처리 및 산처리하여 이지알쿨러로 제조되는데, 이때, 열처리는 페라이트계 스테인리스강을 1000~1100℃로 가열하여 30~60분간 유지한 후 수냉을 통해 냉각되고, 산처리는 열처리된 페라이트계 스테인리스강을 질산, 불산, 및 증류수가 혼합된 산용액을 통해 이루어진다.

본 발명에서 산처리는 열처리 후 필수적으로 작업되어야 할 공정이다. 이 산처리에서 질산과 불산을 사용하되, 각각의 농도는 상업적으로 유통되는 질산(60%), 불산(48~51%)의 농도액을 사용한다.

통상 페라이트계 스테인리스 판재의 제조 과정에서는 질산 15~20%와 증류수 80%를 실시하는 것이 보통이다. 본 발명에서는 페라이트계 스테인리스주강에 관한 것으로서, 열처리 이후에 형성된 산화스케일 제거 및 균질한 부동태 피막을 생성시킬 목적으로, 질산(30%)과 불산(10%), 및 증류수(60%)를 혼합하여 상온 상태에서도 산처리가 가능하게 할 수 있다. 물론, 질산(30%)와 불산(10%), 및 증류수(60%)가 혼합된 산용액을 50~70℃로 가열하여 산처리할 수도 있다.

산용액에서 질산은, 표면 산화 스케일을 전면(표면) 형태로 제거시킬 수 있는 장점이 있으며, 침투 파괴력이 우수하여 산화스케일 깊이 방향으로 제거될 수 있다. 본 실시예에서 질산의 농도는 10%를 기준으로 질산의 농도는 30%으로 하는 것이 산처리 능력이 가장 우수한 것으로 파악되며, 불산의 농도가 낮을 경우 최적 열처리 시간 조건(30~60분)하에서 깊이 방향의 스케일 제거에 있어서 에지(edge)면 주변에 제거가 완벽하게 되지 않는 현상이 발생될 수 있다. 반면에, 불산의 농도가 많을 경우 상대적인 질산의 농도가 떨어지기 때문에 표면의 반응이 느리게 되어 궁극적으로는 표면에 피팅(Pitting)이 발생될 수 있다.

본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강에 열처리 및 산처리된 이지알쿨러 의 우수성 확인을 위한 시험 예를 살펴 본다.

시험 예 1

아래의 표 1은 본 발명에 따른 조성을 갖는 페라이트계 스테인리스강의 이지알쿨러와, 통상 페라이트계 스테인리스강의 이지알쿨러를 비교하여 나타낸 것이다.

[표 1]

구분	C	Si	Mn	P	S	Cr	Nb	Ti	Cu	비고
실시예	0.025 ~0.03	0.2 ~0.8	0.05 ~0.8	0.01 ~0.04	0.01 ~0.03	19.00 ~20.00	0.25~0.8		0.2 ~0.6
비교예	0.025	1.00	1.00	0.04	0.03	17.00 ~19.00		0.20 ~0.80		SUS439L

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 이지알쿨러를 열처리 및 산처리한 후, 염수를 분무하여 일정 시간이 경과된 상태를 나타낸 관찰 현미경 사진이다.

비교예에 따른 이지알쿨러의 경우, 24시간이 지나자 표면부에 염수에 의한 부식이 진행되었으나(도 3a), 실시예에 따른 이지알쿨러의 경우, 1000시간이 지나도록 염수에 의한 부식이 발생되지 않았으며 양호한 상태였다(도 3b).

본 발명에 따른 이지알쿨러의 열처리 및 산처리 조건에 관한 시험 예를 살펴 본다.

시험 예 2

아래의 표 2에 기재된 바와 같이, 본 발명의 이지알쿨러를 열처리 시간을 30분 간격으로 달리한 샘플을 제작하였다. 이때, 열처리 온도는 1050℃ 이며, 열처리 후 수냉 처리하였다.

[표 2]

구분	열처리 시간(분)
구분	30분	60분	90분	120분
산처리	8	10	15	20
초음파 세척	-	3	15	15

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 이지알쿨러를 30분 간격으로 열처리 및 산처리한 후, 이지알쿨러의 외관을 관찰한 사진이다.

열처리를 30분 한 경우 이지알쿨러의 외관에는 아무런 이상이 없었고(도 4a), 열처리를 60분 한 경우 이지알쿨러의 에지부에는 산화 스케일이 조금 발생되었고,(도 4b), 열처리를 90분 한 경우 이지알쿨러의 에지부에는 산화 스케일이 열처리 60분 보다 많이 발생되었으며(도 4c), 열처리를 120분 한 경우 이지알쿨러의 에지부에는 산화 스케일이 열처리 90분 보다 많이 발생되었다(도 4d). 결국, 이지알쿨러의 열처리는 30분 정도로 이루어지는 것이 외관 상 스케일 제거에 가장 안정적인 것을 판단되었다.

시험 예 3

상기 표 2에 의해 제조된 본 발명의 이지알쿨러에 5% NaCl의 염수를 분무하는 염수 분무시험을 하였다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 이지알쿨러를 30분 간격으로 열처리 및 산처리한 후, 이지알쿨러에 5% NaCl의 염수를 분무하고 1000시간이 경과된 후 이지알쿨러의 외관을 관찰한 사진이다.

도 5a 내지 도 5를 참고하면, 이지알쿨러의 가공면 주변에는 부식이 미미하게 발생하고 있다. 이는 소재 자체의 부식에 의한 원인이 아니라, 절단면(전단면)에서의 미미한 부식 현상인 바, 전체적으로는 양호한 것으로 판단되었다. 엔진룸 내부의 이지알쿨러 위치를 고려하면 염수 내에 존재하는 Cl-기에 의한 실제 부식 침해 가능성은 낮다고 할 수 있다.

한편, 도 6은 이지알쿨러를 30분 간격으로 열처리 및 산처리한 상태에서 공식 전위를 측정한 그래프이다.

도 6을 참고하면, 열처리 공정에 의해 부동태 영역이 형성되어 내식성이 확보되는 현상이 나타나고, 공식(Pitting Corrosion)이 시작되는 전위(V)는 열처리에 따라 약간의 차이가 나타나지만, 전체적으로 120mV이상의 높은 전위값을 형성하여 염수에 대한 저항성이 높게 나타나는 것으로 확인되었다.

도 7은 이지알쿨러를 30분 간격으로 열처리 및 산처리한 상태에서 전압을 측정한 그래프이다.(V_oce:Open Circuit Electric Potental, V_pce:Pitting Corroseion Electric Potential)

도 7을 참고하면, 부동태가 시작되는 지점에서 부동태 영역이 끝나 공식(Pitting)이 시작되는 지점과 열처리 시간과의 상관성을 확인할 수 있다. 즉, 열처리 시간이 최대 120분인 경우는 열처리 시간이 최소 30분인 경우와 비교하여, 약 7배의 속도로 저항성을 유지할 수 있는 것으로 나타났다. 다만, 공식이 발생하는 전위는 열처리에 따라 큰 변화는 없는 것으로 나타났고, 일정 전위 이상(약 120mV) 에서는 공식이 발생되었다.

상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

도 1은 일반적인 이지알쿨러 구성을 도시한 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 이지알쿨러 제조방법에 따른 열처리 공정을 도시한 그래프.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따라 열처리 및 산처리된 이지알쿨러 표면에 염수를 분무하여 일정 시간이 경과된 상태를 나타낸 사진.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따라 열처리 및 산처리된 이지알쿨러의 외관 상태를 나타낸 사진.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따라 열처리 및 산처리된 이지알쿨러에 5% NaCl의 염수를 분무한 후 1000시간이 경과된 후 이지알쿨러의 외관 상태를 나타낸 사진.

도 6은 이지알쿨러를 30분 간격으로 열처리 및 산처리한 상태에서 공식 전위를 측정한 그래프.

도 7은 이지알쿨러를 30분 간격으로 열처리 및 산처리한 상태에서 전압을 측정한 그래프.

Claims

페라이트계 스테인리스강이 적용되는 차량용 이지알쿨러로서,

탄소(C) 0.025~0.03 중량%, 실리콘(Si) 0.2~0.8 중량%, 망간(Mn) 0.05~0.8 중량%, 인(P) 0.01~0.04 중량%, 황(S) 0.01~0.03 중량%, 크롬(Cr) 19~22 중량%, 구리(Cu) 0.2~0.6 중량%, 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti) 0.25~0.8 중량%, 그리고 잔부(殘部)는 철(Fe)로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 이지알쿨러.
페라이트계 스테인리스강을 열처리 및 산처리하여 제조되는 차량용 이지알쿨러 제조방법으로서,

상기 페라이트계 스테인리스강을 1000~1100℃로 가열하여 30~60분간 유지한 후, 수냉을 통해 냉각하여 열처리하고, 상기 열처리된 페라이트계 스테인리스강을 질산, 불산, 및 증류수가 혼합된 산용액을 통해 산처리하는 것을 특징으로 하는 차량용 이지알쿨러 제조방법.
청구항 2에 있어서,

상기 산처리는 50~70℃로 가열된 산용액 또는 상온의 산용액에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 이지알쿨러 제조방법.
청구항 2에 있어서, 상기 페라이트계 스테인리스강은 탄소(C) 0.025~0.03 중 량%, 실리콘(Si) 0.2~0.8 중량%, 망간(Mn) 0.05~0.8 중량%, 인(P) 0.01~0.04 중량%, 황(S) 0.01~0.03 중량%, 크롬(Cr) 19~22 중량%, 구리(Cu) 0.2~0.6 중량%, 니오븀(Nb) 또는 티타늄(Ti) 0.25~0.8 중량%, 그리고 잔부(殘部)는 철(Fe)로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 이지알쿨러 제조방법.