KR101367845B1

KR101367845B1 - 용선을 활용한 고강도 철계 비정질 합금

Info

Publication number: KR101367845B1
Application number: KR1020110133110A
Authority: KR
Inventors: 김상원; 이승훈; 박언병; 윤상훈; 변갑식; 손영근
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 포스코
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2014-02-27
Also published as: KR20130066325A

Abstract

본 발명은 용선을 이용한 고강도 철계 비정질 합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 일반식 Fe_αC_βSi_γB_xP_y로 표현되고, 상기 α, β, γ, x 및 y는 각각 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 보론(B) 및 인(P)의 원자%이며, 상기 α는 α=100-(β+γ+x+y)원자%, 상기 β는 11.0원자%≤β≤13.5원자%, 상기 γ는 4.5원자%≤γ≤6.0원자%, 상기 x는 0.10원자%≤x≤3.90원자%, 그리고 상기 y는 0.10원자%≤y≤2.90원자%인 고강도 철계 비정질 합금을 제공한다.

Description

용선을 활용한 고강도 철계 비정질 합금{Fe Based Amorphous Alloys with High Strength by using hot pig iron and the manufacturing Method thereof}

본 발명은 철계 비정질 합금 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용선을 이용한 저원가 고강도 철계 비정질 합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.

비정질 합금(amorphous alloy)이란 액체처럼 불규칙한 원자구조를 가진 합금을 말한다.

이러한 비정질 합금은 금속을 용융상태에서 응고시, 임계 냉각속도(critical cooling rate) 이상의 빠른 속도로 냉각시킬 경우에 원자가 규칙적으로 배열하여 결정화할 시간이 없기 때문에 액체상태의 무질서한 원자배열 상태를 고체 상태까지 유지하게 된다.

즉, 임계 냉각속도보다 빠른 속도로 냉각되는 액상은 평형 융점 이하의 과냉액상영역(Supercooled Liquid Region)에서 액상의 점도가 매우 높아져 액상 내 원자의 유동도가 크게 떨어지게 된다. 따라서, 매우 빠른 냉각속도에서 유동성을 잃은 원자가 비평형 상구조 내에서 고착되게 되어 고체상태의 특성이 나타나게 된다. 이와 같은 구조를 지닌 합금을 비정질 합금(amorphous alloy)이라고 통칭된다.

비정질 합금은 이러한 구조적인 특성 때문에 기존의 결정상과는 전혀 상이한 물리적, 화학적 및 기계적 특성을 나타낸다. 예를 들어 비정질 합금은 일반적인 금속 합금에 비하여 높은 강도, 낮은 마찰계수, 높은 부식 저항성, 우수한 연자성 및 초전도성 등의 우수한 특성을 나타낸다. 따라서 이러한 비정질 합금은 구조용 및 기능성 재료로써 공학적으로 응용 가능성이 매우 높은 소재이다.

철계 비정질 합금인 경우는 통상적으로 자성재료로써 수 십년간 사용되었으며, 최근에는 수 mm 이상의 크기로 주조가 가능한 합금들이 개발되어 고기능성 구조용 재료로의 연구가 활발하게 진행되고 있다.

대표적 사례로 Virginia 대학의 Poon 교수 연구팀은 Fe-Cr-Mo-(Y, Ln)-C-B 합금계에서 12 mm 크기의 봉을 제조할 수 있는 합금을 개발하여 보고 하였다.

그러나, 종래의 개발된 철계 벌크 비정질 합금들은 비정질 형성능을 고려하여 탄소 및 불순물 제거 공정을 거쳐 불순물이 거의 없는 고가의 고순도 원료를 사용하거나 고가의 원소들을 다량 함유하고 있으며 벌크 형상으로 제조가 곤란하다.

이러한 이유로 기존의 철계 비정질 합금은 제조공정상 원료의 단가 상승과 용해 및 주조 시 진공이나 아르곤 가스(argon gas) 분위기와 같은 특수 분위기 하에서 정밀하게 제조되어야 하므로 제조원가가 높아 공업적으로 생산하기에는 많은 문제점을 내포하고 있다.

따라서 비정질 합금이 가지는 유용한 특성들을 실질적으로 산업현장에 적용하기 위해서는 비정질 합금의 기계적 특성이 크게 향상되고, 경제성 있는 원료와 대량 생산이 가능한 고강도 철계 비정질 합금의 개발이 요구된다.

경제성 있는 원료와 대량 생산이 가능한 고강도 철계 비정질 합금을 제공한다.

또한, 경제성 있는 원료와 대량 생산이 가능한 고강도 철계 비정질 합금의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예는 일반식 Fe_αC_βSi_γB_xP_y로 표현되고, 상기 α, β, γ, x 및 y는 각각 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 보론(B) 및 인(P)의 원자%이며, 상기 α는 α=100-(β+γ+x+y)원자%, 상기 β는 11.0원자%≤β≤13.5원자%, 상기 γ는 4.5원자%≤γ≤6.0원자%, 상기 x는 0.10원자%≤x≤3.90원자%, 그리고 상기 y는 0.10원자%≤y≤2.90원자%인 고강도 철계 비정질 합금을 제공한다.

그리고, 본 발명의 또 다른 실시예는 일반식 Fe_αC_βSi_γB_xP_yCr_z로 표현되고, 상기 α, β, γ, x, y 및 z는 각각 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 보론(B), 인(P) 및 크롬(Cr)의 원자%이고, 상기 α는 α=100-(β+γ+x+y+z)원자%, 상기 β는 11.0원자%≤β≤13.5원자%, 상기 γ는 4. 5원자%≤γ≤6.0원자%, 상기 x는 0.10원자%≤x≤3.90원자%, 상기 y는 0.10원자%≤y≤2.90원자%, 그리고 상기 z는 0원자%<z≤8.00원자%인 고강도 철계 비정질 합금을 제공한다.

이러한 고강도 철계 비정질 합금은 제선공정에서 생산된 용선을 그대로 사용한다.

이때 사용하는 용선은 각각 철(Fe)이 81.4원자%≤Fe≤85.1원자%, 탄소(C)가 14.0원자%≤C≤17.0원자%, 실리콘(Si)이 0.7원자%≤Si≤1.3원자%, 인(P)이 0.2원자%≤P≤0.3원자% 함유하고 있는 것이 바람직하다.

그리고 제조된 고강도 철계 비정질 합금은 리본, 벌크 그리고 분말 중 어느 한가지 형상으로 제조된다.

본 발명의 다른 실시예는 제선공정에서 생산된 용선을 준비하는 단계; 상기 용선에 Fe-Si합금철, Fe-B 합금철, Fe-P 합금철 그리고 Fe-Cr합금철 중 적어도 하나 이상을 첨가하여 용해하는 단계; 상기 합금철이 용해된 용선을 하기 일반식으로 표현되는 조성을 갖도록 준비하는 단계; (일반식 Fe_αC_βSi_γB_xP_y로 표현되고, 상기 α, β, γ, x 및 y 는 각각 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 보론(B) 및 인(P) 원자%이며, 상기 α는 α=100-(β+γ+x+y)원자%, 상기 β는 11.0원자%≤β≤13.5원자%, 상기 γ는 4.5원자%≤γ≤6.0원자%, 상기 x는 0.10원자%≤x≤3.90원자%, 그리고 상기 y는 0.10원자%≤y≤2.90원자%) 및 상기 준비된 용선을 급속응고하는 단계;를 포함하는 고강도 철계 비정질 합금의 제조방법을 제공한다.

그리고 본 발명의 또 다른 실시예는 제선공정에서 생산된 용선을 준비하는 단계; 상기 용선에 Fe-Si합금철, Fe-B 합금철, Fe-P 합금철 그리고 Fe-Cr합금철 중 적어도 하나 이상을 첨가하여 용해하는 단계; 상기 합금철이 용해된 용선을 하기 일반식으로 표현되는 조성을 갖도록 준비하는 단계; (일반식 Fe_αC_βSi_γB_xP_yCr_z로 표현되고, 상기 α, β, γ, x, y 및 z는 각각 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 보론(B), 인(P) 및 크롬(Cr)의 원자%이고, 상기 α는 α=100-(β+γ+x+y+z)원자%, 상기 β는 11.0원자%≤β≤13.5원자%, 상기 γ는 4. 5원자%≤γ≤6.0원자%, 상기 x는 0.10원자%≤x≤3.90원자%, 상기 y는 0.10원자%≤y≤2.90원자%, 그리고 상기 z는 0원자%<z≤8.00원자%) 및 상기 준비된 용선을 급속응고하는 단계;를 포함하는 고강도 철계 비정질 합금의 제조방법을 제공한다.

이러한 용선을 응고후 재용융하여 급속응고시켜 비정질 합금을 할 수도 있다.

또한 상기 급속응고 단계는 몰드를 직접 급속응고하는 방법, 용융방사(melt spinning) 그리고 아토마이징법 중 어느 한가지 방법을 사용할 수 있다. 이와 같은 방법으로 제조된 상기 고강도 철계 비정질 합금은 리본, 벌크 그리고 분말 중 어느 한가지 형상이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 철계 비정질 합금은 탄소 및 불순물 제거 공정인 제강공정을 거치지 않고 일관 제철소의 고로(Blast Furnace) 등에서 대량으로 생산되는 고농도의 탄소(14 원자% 이상)를 함유하고 있는 용선을 이용한 저가형 철계 비정질 합금을 제공하는 기술적 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 철계 비정질 합금은 임계 냉각속도가 낮아 비정질 형성능이 우수하며, 불순물에 의한 비정질 형성능 저하 현상이 현격히 감소되어 일반 제철소에서 사용되는 함금철(Fe-B, Fe-P, Fe-Si, Fe-Cr등)들을 사용하여도 비정질 합금의 제조가 충분히 가능한 철계 벌크 비정질 합금을 제공하는 기술적 효과가 있다.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 철계 비정질 합금은 합금 원료로 용선과 상기 합금철 들을 사용함에도 광범위한 상업적 적용이 가능하도록 인장강도가 1000Mpa 이상의 고강도 철계 비정질 합금을 제공하는 기술적 효과가 있다.

도 1은 발명예1에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 2는 발명예2에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 발명예3에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 발명예4에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 발명예5에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 발명예6에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 발명예7에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 발명예8에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 발명예8에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 발명예10에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 발명예 11에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 발명예12에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 비교예1에 따라 제조된 고강도 철계 비정질 합금의 인장시험(tensile test)의 결과를 나타낸 그래프이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고강도 철계 비정질 합금은 일반식 Fe_αC_βSi_γB_xP_y로 표현되고, 상기 α, β, γ, x 및 y는 각각 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 보론(B) 및 인(P)의 원자%이며, 상기 α는 α=100-(β+γ+x+y)원자%, 상기 β는 11.0원자%≤β≤13.5원자%, 상기 γ는 4.5원자%≤γ≤6.0원자%, 상기 x는 0.10원자%≤x≤3.90원자%, 그리고 상기 y는 0.10원자%≤y≤2.90원자%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고강도 철계 비정질 합금은 일반식 Fe_αC_βSi_γB_xP_yCr_z로 표현되고, 상기 α, β, γ, x, y 및 z는 각각 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 보론(B), 인(P) 및 크롬(Cr)의 원자%이고, 상기 α는 α=100-(β+γ+x+y+z)원자%, 상기 β는 11.0원자%≤β≤13.5원자%, 상기 γ는 4. 5원자%≤γ≤6.0원자%, 상기 x는 0.10원자%≤x≤3.90원자%, 상기 y는 0.10원자%≤y≤2.90원자%, 그리고 상기 z는 0원자%<z≤8.00원자%인 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 합금의 각 성분원소의 구성 원자량 비를 상기와 같이 한정한 이유를 설명한다.

먼저 탄소(C)와 실리콘(Si)는 11.0원자% 내지 13.5원자%와 4.5원자% 내지 6.0원자%로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 탄소(C)와 실리콘(Si)을 한정한 이유는 본 발명의 일 실시예에서 일관제철소의 제선공정에서 생산되는 용선을 그대로 활용하기 위함이다.

일관 제철소의 고로 등에서 대량으로 생산되는 용선의 성분은 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 인(P)으로 구성되어 있으며, 통상 각 성분의 농도는 다음과 같다. 각각 철(Fe)은 81.4원자%≤Fe≤85.1원자%, 탄소(C)는 14원자%≤C≤17원자%, 실리콘(Si)은 0.7원자%≤Si≤1.3원자%, 인(P)은 0.2원자%≤P≤0.3원자% 함유하고 있다.

따라서 본 발명의 일 실시예에서는 철계 비정질 합금의 주원료로 용선 그대로 그리고 최대한 많은 양을 사용할 수 있다.

다음은 인(P)에 대해서 설명한다. 인(P)의 경우 고로등에서 생산되는 용선에 포함되어 있는 농도로는 그 농도가 낮아 응고시 비정질로 형성되는 것이 곤란하다. 따라서 비정질로 형성되기 위해서 일정량 이상으로 농도를 제어할 필요가 있다. 그러나 너무 많이 첨가할 경우 생산된 비정질 합금의 제조원가가 상승한다. 따라서 인(P)은 최소한의 임계 농도로도 우수한 비정질 형성능을 유지하면서 비정질을 형성시키기 위해서 0.10원자% 내지 2.90원자%로 제어하는 것이 바람직하다.

다음은 보론(B)에 대하여 설명한다. 보론(B)은 철계 합금에서 비정질로 형성하기 위해 칠요한 양으로 제어하고, 너무 많이 첨가하면 생산되는 비정질 합금의 제조원가가 상승한다. 따라서 보론(B)은 최소한의 임계 농도를 가지고 우수한 비정질 형성능을 유지하면서 비정질을 형성시키기 위해서 0.1원자% 내지 3.90원자%로 제어하는 것이 바람직하다.

다음은 크롬(Cr)에 대하여 설명한다. 크롬(Cr)의 경우 비정질을 형성하고 특히, 내식성을 향상시키기 위해 더 포함될 수 있다. 크롬의 함량은 0원자% 보다 크고 8.0원자%로 제어하는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)은 비정질을 형성하고 내식성을 향상시키기 위해 필요한 최고한으로 제어하고, 그 상한선은 8.0원자%이다. 이와 같은 크롬(Cr)의 상한선을 한정한 것은 크롬은 Fe-Cr 합금철의 형태로 첨가하나, 이러한 합금철은 고가이고 아울러 높은 융점을 가지고 있어서 용해를 위해서는 많은 에너지가 필요하며 경제적으로 불리하기 때문이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 철계 고강도 비정질 합금의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 철계 비정질 합금은 제선공정에서 생산된 용선을 그대로 기지 금속(base alloy)의 합금으로 활용한다.

먼저 제철소의 고로에서 생산된 용선을 토페도카(Torpedo Car)나 레이들(Ladle)에 받아 준비한 다음, 철계 비정질 합금의 생산에 적합한 조성을 갖도록 합금철을 첨가한다.

준비된 용선은 철(Fe)이 81.4원자%≤Fe≤85.1원자%, 탄소(C)가 14.0원자%≤C≤17.0원자%, 실리콘(Si)이 0.7원자%≤Si≤1.3원자%, 인(P)이 0.2원자%≤P≤0.3원자% 로 함유하는 것이 바람직하다.

이와 같이 준비된 용선이 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 합금의 조성을 갖기 위해 보론(B)은 Fe-B 합금철을, 인(P)은 Fe-P 합금철, 실리콘(Si)는 Fe-Si 합금철 그리고 크롬(Cr)은 Fe-Cr합금철을 평량하여 첨가한다.

이때 첨가되는 Fe-Si 합금철의 Si성분은 용선의 부족한 Si함량을 보충하는 역할을 하고, 첨가되는 Fe-B 합금철의 보론성분과 Fe-P 합금철의 인성분은 용선의 용융온도를 낮추고 냉각시 결정화를 지연시켜 비정질 형성능을 향상시키기는 작용을 한다. 또한 이때 첨가되는 Fe-Cr합금철의 크롬 성분은 제조된 비정질 합금의 내식성을 향상시키는 작용을 한다.

이와 같이 용선에 첨가되는 각 합금철은 용선 자체의 현열에 의해 용해된다. 그리고 합금철이 첨가된 용선은 턴디쉬(Tundish)에 장입한 다음 탄소 농도를 조절하기 위해 필요할 경우 순산소 또는 혼합산소나 공기 등의 기체를 취입하거나 산화철이나 산화망간과 같은 고체 산화물을 취입할 수 있다.

또한 턴디쉬내의 용선의 온도를 제어하기 위해 턴디쉬 자체에 구비된 승온 장치를 이용하여 용탕의 온도를 적정화한다. 그리고 필요할 경우 턴디쉬 하부에 설치된 질소 또는 아르곤 가스와 같은 불활성 기체를 취입하여 버블링을 발생시켜 합금철의 용해와 합금화 효율을 향상시킬수 있다. 이와 같이 준비된 용탕은 액체 상태 그대로 사용할 수도 있고, 몰드에서 응고시킨 다음 도가니에서 다시 용융시켜 사용할 수도 있다.

다음은 이와 같이 준비된 용탕을 액체상태 그대로 이용하여 비정질 합금을 제조하는 것을 예로 들어 비정질 합금을 제조하는 방법을 설명한다.

비정질 합금을 벌크 상태로 제조할 경우에는 금속 몰드에 준비된 용탕을 주입하고 적어도 100℃/sec 이상의 냉각속도로 급냉하여 응고시킴으로써 비정질 합금을 제조한다. 또한 비정질 합금을 리본 형태로 제조할 경우에는 용융방사(melt spinning) 장치를 이용하여 고속으로 회전하는 단롤 또는 쌍롤 표면에 준비된 용탕을 공급하여 적어도 100℃/sec 이상의 냉각속도로 급속냉각시켜 비정질 합금을 제조한다. 여기서 용융방사 장치는 통상적으로 알려진 장치를 사용할 수 있으므로 그 자세한 설명은 생략한다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질 합금은 용융방사법과 같은 급속응고법에 의하여 비정질 합금 리본형태로 제조하거나 혹은 급속응고법에 의한 벌크 상태로 제조할 수도 있으며, 아토마이징법에 의해서 비정질 합금을 분말상태로도 제조할 수 있다. 만약 아토마이징법에 의해 비정질 분말을 제조할 경우 먼저 분말을 제조한 다음 분말을 이용하여 예비 성형체를 제조하고, 이를 과냉각 액상의 고온에서 높은 압력을 가하여 비정질 구조를 그대로 유지하면서 벌크상태의 비정질 부품으로 성형하는 것도 가능하다.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.

<실험예>

먼저 일관제철소의 고로에서 생산된 용선을 레이들 용이에 주입한다. 그 다음 Fe-P와 Fe-B 그리고 Fe-Cr 합금철을 레이들에 첨가한다. 이때, 첨가된 각 합금철은 용선의 현열로 용해된다.

그리고 합금성분의 산화는 용선 중의 탄소로 인하여 그 손실이 최소화 된다. 그 다음 레이들 용기 내의 용선을 턴디쉬에 주입하고 혼합산소를 취하면서 산화철과 산화망간을 투입하여 탄소 농도를 제어한다.

그리고 턴디쉬의 승온 장치를 가동하여 용탕의 온도를 적정화 하고 턴디쉬 하부에서 아르곤 가스를 취입하여 버블링시켜 합금철의 용해을 돕고 합금의 조성을 적정화한다. 이와 같이 준비된 용선의 조성은 아래의 표 1과 같다.

다음은 이와 같이 준비된 용선을 통상의 용융방사(melt spinning)장치에 있는 도가니에 주입한 다음 도가니내의 용선을 용융방사 장치의 고속으로 회전하는 단롤상의 표면에 공급한다. 단롤 표면에 공급된 용선은 급속히 응고되어 폭이 약 0.5~1.3 mm, 두께 20~35 mm 정도의 리본 형태의 시편으로 제조된다.

이와 같이 제조된 시편들은 엑스선회절분석장치를 이용하여 그 결정도를 측정하였으며, 비정질임을 확인할 수 있었다.

또한, 각 시편에 인장시험(tensile test)을 실시하여 각 시편들의 인장강도를 측정하였고, 그 결과는 아래의 표1과 같다.

그리고 각 시편의 응력-변형률 곡선(stress strain curve)를 도1 내지 도13에 나타내었다.

구분	조성식 (atomic %)	Tensile Strength (MPa)
발명예 1	Fe₇₉ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_2.9P₁ _.9	3,092
발명예 2	Fe₇₉ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_1.9P₂ _.9	1,443
발명예 3	Fe₇₉ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_0.9P₃ _.9	1,606
발명예 4	Fe₇₉ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_0.0P₄ _.8	1,129
발명예 5	Fe₇₈ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_2.9P₁ _.9Cr₁ _.0	3,148
발명예 6	Fe₇₇ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_2.9P₁ _.9Cr₂ _.0	2,744
발명예 7	Fe₇₆ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_2.9P₁ _.9Cr₃ _.0	2,811
발명예 8	Fe₇₅ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_2.9P₁ _.9Cr₄ _.0	2,590
발명예 9	Fe₇₄ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_2.9P₁ _.9Cr₅ _.0	2,153
발명예 10	Fe₇₃ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_2.9P₁ _.9Cr₆ _.0	2,208
발명예 11	Fe₇₂ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_2.9P₁ _.9Cr₇ _.0	2,479
발명예 12	Fe₇₁ _.7C₁₁ _.0Si₄ _.5B_2.9P₁ _.9Cr₈ _.0	1,000
비교예 1	Fe₇₆ _.7C₁₄ _.0Si₄ _.5B_2.9P₁ _.9	460

발명예 1 내지 4에서 보면, 철(Fe), 탄소(C) 및 실리콘(Si)의 함량을 일정하게 유지하고 보론(B)과 인(P)의 함량을 변화시켜 인장강도의 변화를 측정한 결과 각 함량비 모두 1000MPa 이상의 인장강도를 가짐을 알 수 있었다. 특히 보론(B)과 인(P)의 함량이 2.9원자%, 1.9원자%인 경우 인장강도가 3092MPa으로서 가장 높은 인장강도를 나타냄을 알 수 있었다.

그리고 발명예 5 내지 12 에서는, 크롬(Cr)의 함량이 증가함에 따라 인장강도가 감소하는 경향을 보였으나 모두 1000MPa 이상으로서 충분한 강도를 유지하면서 내식성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.

그러나, 비교예1에서는 탄탄소의 함량이 14.0원자%로서 본 발명에서의 탄소의 함량보다 많은 양으로서 인장강도가 낮아짐을 알 수 있었다.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예를 앞서 기재한 바에 따라 설명하였지만, 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

Claims

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일반식 Fe_αC_βSi_γB_xP_yCr_z로 표현되고, 상기 α, β, γ, x, y 및 z는 각각 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 보론(B), 인(P) 및 크롬(Cr)의 원자%이고, 상기 α는 α=100-(β+γ+x+y+z)원자%, 상기 β는 11.0원자%≤β≤13.5원자%, 상기 γ는 4. 5원자%≤γ≤6.0원자%, 상기 x는 0.10원자%≤x≤3.90원자%, 상기 y는 0.10원자%≤y≤2.90원자%, 그리고 상기 z는 1.0원자%≤z<8.00원자%이며 제선공정에서 생산된 용선을 사용하여 제조된 고강도 철계 비정질 합금.
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제2항에 있어서,
상기 용선은 철(Fe)이 81.4원자%≤F≤85.1원자%, 탄소(C)가 14.0원자%≤C≤17.0원자%, 실리콘(Si)이 0.7원자%≤S≤1.3원자%, 인(P)이 0.2원자%≤P≤0.3원자% 로 함유하고 있는 고강도 철계 비정질 합금.
제4항에 있어서,
상기 고강도 철계 비정질 합금은 그 형상이 리본, 벌크 그리고 분말 중 어느 한가지 형상인 고강도 철계 비정질 합금.
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제선공정에서 생산된 용선을 준비하는 단계;
상기 용선을 기지금속으로 하여 Fe-Si합금철, Fe-B 합금철, Fe-P 합금철 그리고 Fe-Cr합금철 중 적어도 하나 이상을 첨가하여 용해하는 단계;
상기 합금철이 용해된 용선을 하기 일반식으로 표현되는 조성을 갖도록 준비하는 단계;
(일반식 Fe_αC_βSi_γB_xP_yCr_z로 표현되고, 상기 α, β, γ, x, y 및 z는 각각 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 보론(B), 인(P) 및 크롬(Cr)의 원자%이고, 상기 α는 α=100-(β+γ+x+y+z)원자%, 상기 β는 11.0원자%≤β≤13.5원자%, 상기 γ는 4. 5원자%≤γ≤6.0원자%, 상기 x는 0.10원자%≤x≤3.90원자%, 상기 y는 0.10원자%≤y≤2.90원자%, 그리고 상기 z는 1.0원자%≤z<8.00원자% 및
상기 준비된 용선을 급속응고하는 단계;
를 포함하는 고강도 철계 비정질 합금의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 응고된 용선을 재용융한 후 급속응고시키는 고강도 철계 비정질 합금의 제조방법.
제7항에 있어서,
상기 급속응고 단계는 몰드를 직접 급속응고하는 방법, 용융방사(melt spinning) 그리고 아토마이징법 중 어느 한가지 방법을 사용하는 고강도 철계 비정질 합금의 제조방법.
제9항에 있어서,
상기 고강도 철계 비정질 합금은 리본, 벌크 그리고 분말 중 어느 한 가지 형상으로 제조하는 고강도 철계 비정질 합금의 제조방법.