· HOME > customer > 질문과답변 FC, FCD란 무엇인가? FC, FCD의 재질은 일본의 JIS규격이며 한국의 KS규격은 GC, GCD이다. FC(또는 GC)는 회주철주물의 규격이며, FCD(또는 GCD)는 구상흑연주철(닥타일)주물의 규격이다. FC250/FC300과 FCD550/FC600은 어떻게 다른가? FC250,300은 회주철 주물의 기계적 성질의 대푯값을 나타낸 것으로 주철의 인장강도를 나타낸다. 그 이외에 경도가 규정되어있다. FCD550,600은 역시 구상흑연주철(닥타일)주 물의 인장강도를 나타낸 것이며, 이 이외에 경도, 신율이 규정되어있다. FC, FCD의 뒷 숫자가 클수록(예: FC250보다 FC300이) 기계적 성질이 커진다. 동진주공은 회주철과 닥타일주철의 모든 규격을 생산할 수 있다. (주)-1. ISO가 제정되기 전에는 FC30, FCD60등으로 표시하였으나 지금은 반드시 FC300, FC600으로 표시한다. (주)-2. FCD550(또는 FCD55)이란 규격은 존재하지 않는다. 금형업계에서 편의상 만들어낸 것임. ISO,KS,JISEE등 어느 규격에도 없음. 회주철과 닥타일주철은 어떻게 다른가? 회주철은 용해로(전기로 또는 큐포라)에서 주물용 선철, 고철 등을 배합, 용해하여 제조하며, 닥타일주철은 고순도(QIT)의 원,부재료를 용해로에서 용해한 다음 마그네슘(Magnesium)모합금을 용탕에 첨가하여 제조한다. 회주철의 파단면은 회색(Grey)이기 때문에 회주철(灰鑄鐵)이라 부르고 일본에서는 쥐(Mouse, 鼠)의 털과 같은 색이어서 “네즈미(ねずみ)” 주철이라 부른다. 특히 현미경으로 보면 조직중의 흑연(탄소)의 모양이 편상(조각)으로 되어 있어서 일명 편상흑연주철 이라고도 부른다. 화학성분은 탄소(C) 규소, 실리콘(Si) 망간(Mn) 인(P) 유황(S)의 5성분을 기본으로 하고 용도에 따라 구리(Cu)나 크롬(Cr)등의 합금을 첨가한다. 기계적 성질은 인장강도가 250~300N/㎟(FC250,300급)정도이며 경도는 브린넬경도(HB) 150~250정도이다. 신율은 거의 없으며 내마모성이 좋고, 가격에 비해 강성이 좋아서 기계의 본체 부품으로 널리 사용되고 있다. (주) N은 뉴톤(Newton)이며, 주물소재 경도는 HB로 표시하며 경화열처리 후에는 HRC, HS로 표시함. 닥타일 주철(Ductile Cast Iron)은 닥타일(Ductile Iron)이라고 부르나, 이는 상품명(예로서미원)이며 금속학적으로는 구상흑연주철(球狀黑鉛鑄鐵,Nodular Cast Irin)이라한다. 회주철의 약점인 인장강도(최대 300~350N/㎟)를 합금첨가량에 따라 400~800㎟까지 개선하고, 신율(거의 0임)을 20%선 까지 대폭 향상시킬 수 있게 되었다. 기존의 주강의 재질을대폭 대체하게 된 것이다. 화학성분은 회주철과 같이 5성분을 주성분으로 하나, 회주철의 편상흑연을 마그네시움을 용탕에 첨가하여 구상흑연으로 바꾸기 위해서는 유황(S)이나 망간(M)등의 구상화 방해 원소들이 매우 낮아야 한다. 강성과 내마모성을 최대한으로 하기 위해서는 니켈(Ni),몰리브덴(Mo),동(Cu)을 첨가하고 가공 후에는 표면경화 열처리를 한다. 동진에서는 이상의 재질을 모두 생산하고 있다. FCD(닥타일)는 왜 FC(회주철)보다 비싼가? 둘다 용해를 하기 위해서는 선철, 고철, 회수철이 필요하다. 회주철에서는 일반 주물용선철을 사용하나(가격지수100), FCD에서는 고순도선철(닥타일용)선철을 사용한다(가격지수140). 즉 가격이 40%가 비싼 선철을 사용한다. 선철의 사용량도 FC보다 FCD는 10% 많으므로 용해 원가가 비싸다. 여기에 구상화에 필요한 마그네시움(Mg) 모합금을 사용하며,기타 FC에는 사용하지 않는 고가의 특수접종제를 사용한다. FC(회주철)는 1ton의 제품을 만들기 위해서는 탕도, 압탕을 포함하여 1.2ton 의 용탕이 필요하나, FCD(닥타일)에서는 1.35ton 의 용탕이 필요하다. 즉 제품의 회수율에서 현격한 차이가 생긴다. 또한 압탕의 절단 및 후처리의 비용이 많이 들어간다. 이것이 비싼 이유이다. 나쁜 원,부재료로 좋은 주물을 만드는 비법은… 철광석을 제철소의 고로(용광로)에서 용해하여 첫 번째로 만들어 지는 것이 선철이다. 이 선철은 철광석의 산지와 제철 기술에 따라 불순물의 함유량이 매우 다르다. 즉 좋지 않은 선철은 불순물의 함량이 많아서(예:Ti,Al,Cr,V등) 주물의 기계적 성질을 저하시킨다. 선철은 전체 장입량의 15~30%이지만 처녀성의 특성 때문에 나머지 장입재료인 고철 및 회수철(약70~85%)의 성질을 지배한다. 즉 좋은 선철은 재질을 좋게하고, 나쁜 선철은 재질을 더욱 나쁘게 한다. 믿을 수 있는 좋은 선철을 사용해야 하는 이유이다. 고철은 선철보다 더욱 다양한 재질이 많다. 동일한 재질의 고철은 성분을 미리 알고 용해를 할 수 있지만, 종류가 잡다하면(잡 고철) 성분을 알 수가 없어서 원하는 재질의 주물을 만들 수가 없다. 또한 오염된 고철은 열성유전의 특성 때문에 용해과정에서 좋은 원,부재료의 성질을 더욱 나쁘게 한다. 즉, 나쁜 원재료로 만든 주물은 나쁜 성질이 그대로 나타난다는 열성유전의 원리이다. 이것이 일정한 품질의 고철을 사용해야 하는 이유이다. 우리 회사에서 용해, 제조한 주물은 모든 성분을 알고 있지만 외부에서 제작한 주물은 그 제조과정을(원,부재료,성분) 알 수가 없다. 이러한 이력을 알 수 없는 회수철을 사용하면 예기치 않은 결함이 발생할 위험이 크다. 자가 회수철만을 사용해야 하는 이유이다. 이와 같이 선철, 고철, 회수철 이외에, 가탄재나 접종제와 같은 부재료도 밀접하고, 예민하게 재질에 영향을 미친다. 즉 나쁜 원, 부재료를 사용하여 좋은 주물을 만들기는 불가능하다. 동진주공은 회주철(FC)에는 POSCO선철을, 닥타일(FCD)에는 QIT(세계 제1의 고순도선철) 선철을 사용하며, 고철도 품질이 일정하게 구입하며, 회수철도 자가 발생분만을 사용한다. 왜 열처리를 하나? 모든 주물의 형상은 매우 복잡한 구조가 많다. 일정한 두께보다는 두꺼운 부분, 얇은 부분이 함께 존재한다. 이것은 주물의 주입 후 냉각과정에서 얇은 부분은 빨리, 두꺼운 부분은 늦게 응고, 냉각된다는 것이다. 주물은 응고, 냉각과정에서 반드시 체적이 수축 한다. 먼저 응고한 부분에서는 수축이(냉각에 의해) 시작되나, 두꺼운 부분에서는 늦게야 수축이 시작된다. 이때 그 중간 부분에서는 어느 쪽으로(얇은 부분 또는 두꺼운 부분) 수축이 진행될지 심한 스트레스를 받는다. 이것이 응력(Stress)이며, 이 응력이 주물의 인장강도보다 크게 되면 균열(Crack,크랙)이 발생한다. 수축이 진행될 때(냉각이 계속되면) 주물의 형상이나 구조에 따라 또는 주물사의 저항이 약하면 주물은 자기가 원하는 방향으로 냉각 하게 된다. 이 결과가 주물의 변형(휨)으로 나타난다. 만약 주물사의 저항이 크고 형상이 휨을 방해하게 되어 있으면 주물은 변형이 없이 냉각되나 주물내부에는 매우 큰 응력이 남아 있게 된다. 이것을 잔류응력(Retained Stress)이라 부른다. 잔류응력은 고객에게 전달했을 때 까지는 아무런 이상이 없으나 가공도중에 또는 가공 후 조립과정 또는 사용도중에 서서히 변형이 진행되기 때문에 정밀한 기계구조물에는 치명적인 결함이 될 수 있다. 그러므로 이 잔류응력을 미리 제거시켜야 하는 작업이 흔히 말하는 열처리이나 이는 정확한 표현이 아니고 정식으로는 응력제거 소둔열처리(Stress Relieve Annealing)이다. 고강도일수록 수축률이 크기 때문에 잠재응력은 더욱 커진다. 주물 자체는 비교적 내마모성이 좋다. 그러나 더욱 경도를 증가시켜서 내마모성을 향상 시키고자 할 때에 담금질을 하게 된다. 이 작업도 흔히 열처리라고 부르지만 이 역시 잘못된 표현이며 정식으로는 소입(Quenching) 또는 경화열처리(Hardening Heat Treatment)라 고한다. 소입열처리를 하기위해서는 화학성분과 조직자체가 반드시 일정한 기준의 재질이상 이어야 한다. 즉, 어떠한 주물이든지 전부 경화열처리가 가능한 것이 아니다. 동진주공의 주물은 고객과의 협의에 의해 응력제거 소둔열처리를 하며, 내마모성을 향상시키기 위한 경화열처리가 가능한 화학성분과 재질이다. 주물 속에 다이아몬드가 들어있다는게 사실… 주물에는 3~4%의 탄소가 들어있다. FC에는 약3%, FCD에는 약4%에 가까운 탄소가 들어있다. 이 탄소(Carbon)의 상당량은 석탄과 같은 흑연(Graphite)으로 되어 있으며 이를 흑연탄소(Graphite Carbon)라 한다. 그러나 일부는 화합탄소(Combined Carbon)라 하는 매우 강성이 강한 형태로 존재한다. 이 화합탄소 중에 존재하는 탄소가 다이아몬드와 유사한 성질의 탄소이다.(*주: 석탄, 숯, 다이아몬드 의 화학성분은 동일하게 탄소이다) 이 화합탄소의 비율이 높을수록 주물의 강성은 강해지며, 고급주철이 된다. 동진주공의 주물은 이 화합탄소와 흑연탄소의 비율을 이상적으로 배합한 고급주물이다. 합금은 왜 필요한가?(Cu, Mo, Ni, 의 역할은?) 물은 기본적으로 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 유황(S)의 5성분을 주축으로 한 기계적 성질을 필요로 한 용도가 대부분이지만, 특수하게 그 이상을 요구한 경우도 많다. 내마모성을 크게 요구하든지, 내열성, 내식성 등을 특별하게 요구한 경우에는 그 용도에 적합한 합금원소를 첨가해야 한다. *동(Cu)은 강도와 경도를 증가시키는데 효과가 크며 기계가공성을 향상시킨다. *몰리브덴(Mo)은 조직을 미세화 시켜서 강도와 경도를 증가시키는 강력한 효과가 있으며, 기계가공성을 저하시키지 않은 장점이 있다. *니켈(Ni)은 가공성과는 무관하게 경도를 증가시키며, 단면변화가 심한(주물두께의 변화가 심한) 주물에서 매우 균일한 조직을 만든다. 내식성이 좋아지며 닥타일에서는 구상흑연입수가 증가하여 구상화 율이 증가하고 수축에 의한 결함이 감소한다. 이상과 같이 합금의 첨가로 인해 각각 원하는 기계적 성질이 향상되나 한 가지 합금원소 보다는 여러 원소를 함께 조합하여 사용하면 상승효과를 가져온다. 동진주공에서는 여러 합금원소를 이용한 특수한 재질을 고객의 요구한 용도에 맞추어 생산하고 있다. 주물에는 핵(세포)이 있는가? 선철, 고철, 회수철 및 가탄제 등의 용해 원, 부재료를 로 내에 장입하여 용해하면, 온도가 상승하여 원재료가 용해되기 시작한다. 용탕이 만들어져 1,300 ~ 1,400℃ 근방이 되면 용탕내부로부터 아주 미세한 핵이 생성되기 시작한다. 이 핵은 탄소성분, 유황산화물 또는 유화망간 등으로부터 생성되나 그 크기와 분포숫자는 일정하지 않고 매우 무질서하다. 온도가 점차 상승하면 이 핵들은 활동이 활발해 진다. 1500℃ 이상에서 접종을 하게 되면 핵의 숫자는 기하급수적으로 증가하며, 그 크기는 미세하고, 분포는 일정하게 된다. 즉, 핵의 숫자가 많고 그 분포가 균일하면 주물의 조직이 치밀해져 강도가 커지는 고급주물이 된다. 동진주공에서는 핵의 숫자를 증가시키는 원, 부재료(선철, 가탄제 등)를 선택하여 사용하고, 최대의 핵을 생성시키기 위한 용해기법과 접종제를 사용하고 있다. 왜 고철에 녹이 많거나 수분과 기름이 있으면… 전기로의 로 내부가 매우 고온이기 때문에 고철이 물에 젖어있거나 기름기가 있어도, 수분은 증발되고 기름기는 타서 없어진다고 생각한다. 물론 로의 내부에 용탕의 잔탕이 없고, 고온인 상태이면 오랜 시간 방치하면 증발하거나 타버릴 가능성이 있다. 그러나 연속 조업을 하는 전기로에서 이를 기다릴 수는 없다. 잔탕이 있을 경우가 많고, 그 위에 이러한 고철을 장입하고 조업을 하면 수분(물)은 수소(H)와 산소(O)로 분해하여 용탕 속으로 흡수 용해된다. 이 중 수소(H)가 수소 핀홀(직경 3mm 이하의 작은 기포)의 원인이 되며, 산소(O)는 용탕의 산화의 원인이 되어 기포 및 수축결함을 일으킨다. 또한, 고철의 녹에는 2종류가 있으나 이중 가장 문제가 되는 녹은 짙은 파란색의 녹이다. 이 녹은 전기로에서 아무리 고온으로 용해해도 절대로 환원(벗겨짐)이 안 되고 용탕 속에 그대로 용해되어 수축과 균열(크랙)의 원인이 된다. 빨간색의 녹은 용해과정에서 환원이 되긴 하지만 과잉의 슬래그를 형성하고 로의 라이닝의 수명을 단축시킨다. 동진주공에서는 절대 물에 젖거나 기름기가 많고, 녹이 많은 고철은 사용하지 않는다. 동진주공의 주물은 무엇이 다른가? 최근 주물고객의 주조품에 대한 재질적으로 품질의 향상 및 무결함에 대한 요구가 점점 강력해져 주조공장의 기술, 생산관리자는 생산품질의 고급화하기위한 압력을 받고있다. 주물의 품질, 즉 기계가공시의 양호한 절삭성, 균일한 현미경조직에 의한 기계적 성질 및 균열, 기포가 없는 건전성 등이 일관되게 유지되기 위해서는 용해와 용탕처리, 화학성분의 관리에 영향을 받으며 또한 주철중의 미량원소의 미묘한 변동 및 용해나 용탕처리의 미묘한 변화에 의해서도 주철의 품질에 심각한 영향을 미친다. 이 용탕 관리의 중요한 분야는 원, 부재료의 선택기술 및 장입지금의 화학 성분 및 미량성분의 축척농도의 영향을 인식해야 한다. 용해과정 및 출탕 후 주입까지의 과정, 즉 조업방법이 결정적으로 주철의 품질에 영향을 미친다. 동진주공의 주물은 불순물이 최소인 최상의 품질인 원, 부재료를 선택, 구입하여 가장 이상적인 배합비율과 용해기술로 용해하여 제조된다. 가공성이 좋고, 가공후의 주물표면은 특유한 은, 백색으로 타 주물과는 현격하게 차이가 난다. 쇼트 블라스트를 오래하면 무엇이 좋은가? 주입 후 응고와 냉각의 과정을 거치면서 천천히 상온까지 온도를 저하시키면 가장 안정된 주물이 된다. 그러나 냉각과정이 길어질수록 한정된 장소에서 제품이 적체되어 더 이상 작업이 어려워진다. 그래서 일정한 시간(온도기준)이 지나면 원하는 온도보다는 높은 온도에서 해체작업을 하게 된다. 즉, 원치 않은 급냉을 하게 되므로 잔류응력이 발생한다. 이 응력을 제거시키기 위해서는 응력제거 소둔을 해야 하지만 실제로는 비용문제 등의 문제로 거의 불가능하다. 그러나 잠재된 응력을 제거시키는 열처리 이외의 또 하나의 방법으로 제품에 진동을 주어서 서서히 응력이 풀리게 하는 것이다. 마치 운동선수에게 마사지로 피로를 풀듯이 주물에 쇼트 블라스트를 길게 하면 응력이 일부 제거된다. 동진주공에서는 2차에 걸쳐서 쇼트 블라스트를 한다.