내열 주조는 용광로, 오븐, 가마, 발전소와 같이 매우 고온 환경에서 작동해야 하는 금속 부품을 제작하는 데 사용됩니다. 이러한 환경에서는 일반 금속이 녹거나 휘거나 균열이 생길 수 있습니다. 내열 주조는 금속 부품이 강도와 안전성을 유지하도록 도와줍니다. 용광로 화격자, 버너 노즐, 지지대 등 특정 부품에 대한 자세한 내용은 내열 용광로 주조 가이드를 참조하십시오.
금속이 너무 뜨거워지면 서서히 모양이 변형될 수 있습니다. 또한 녹이 더 빨리 슬거나 식으면서 깨질 수도 있습니다. 내열 주조는 이러한 문제를 방지하기 위해 만들어졌습니다. 내열 주조는 기계가 더 오래, 더 안전하게 작동하도록 도와줍니다.
이 가이드에서는 내열강 주조에 대해 설명하고 고온 부품에 특정 주조 방법이 더 적합한 이유를 설명합니다.
내열강 주조 이해하기
내열강 주조품은 고온에서도 강도를 유지해야 하는 부품에 사용됩니다. 많은 공장에서 온도는 650°C(1200°F) 이상으로 올라갈 수 있습니다 . 이 정도 온도에서는 일반 강철이나 철은 약해지기 시작합니다.
내열강은 일반 강철과는 다릅니다. 매우 뜨거워져도 강도를 유지하도록 제작되었으며, 쉽게 휘어지지 않고 균열도 빨리 생기지 않습니다. 또한 여러 번의 가열과 냉각 과정을 견딜 수 있습니다.
열이 금속에 미치는 영향
금속의 전기적, 자기적, 구조적 특성은 열을 가하면 변화될 수 있습니다. 금속의 용도가 다양하기 때문에, 각 환경에서는 서로 다른 특성이 중요하게 여겨집니다.
금속의 성질을 변화시키기 위해 금속을 가열하는 방법에는 여러 가지가 있으며, 이러한 방법들이 일반적으로 사용됩니다. 원하는 결과를 얻기 위해서는 금속을 가열하는 온도와 냉각 속도를 신중하게 조절해야 합니다.
열은 금속에 여러 가지 변화를 일으킵니다. 금속이 오랫동안 뜨거운 상태에 있으면 서서히 늘어날 수 있는데, 이러한 느린 늘어남을 크리프 현상이라고 합니다. 처음에는 눈에 띄지 않을 수 있지만, 시간이 지남에 따라 부품이 휘거나 처질 수 있습니다.
열은 또한 금속이 공기와 반응하게 하여 표면에 단단하고 벗겨지기 쉬운 층을 형성합니다. 이 층을 스케일이라고 합니다. 스케일이 과도하게 생성되면 부품이 손상될 수 있습니다.
금속이 다시 식으면 단단해지고 쉽게 부러질 수 있습니다. 이는 금속이 급격한 온도 변화를 견디도록 만들어지지 않았을 때 발생합니다.
특수 금속을 첨가하는 이유는 무엇일까요?
내열강은 특수 금속을 첨가하여 만듭니다. 가장 중요한 두 가지 금속은 크롬과 니켈입니다.
크롬은 금속 표면을 보호하는 역할을 합니다. 금속이 뜨거워지면 크롬은 표면에 얇은 보호막을 형성하여 녹 발생과 뜨거운 공기로 인한 손상을 늦춥니다.
니켈은 금속의 강도를 유지하는 데 도움을 줍니다. 니켈 덕분에 강철은 너무 단단해져서 식으면서 부러지는 것을 방지할 수 있습니다. 또한 니켈은 금속이 강도를 잃지 않고 열을 견딜 수 있도록 도와줍니다.
ASTM A297이 중요한 이유
프로젝트에 적합한 주조 재료를 선택하는 것은 사업 성공을 위해 내릴 수 있는 가장 중요한 결정 중 하나입니다. 선택한 재료는 부품의 성능, 내구성, 비용 및 전반적인 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.
대부분의 내열강 주물은 ASTM A297이라는 규정을 따릅니다. 이 규정은 내열강을 어떻게 만들어야 하는지, 그리고 금속에 크롬과 니켈이 얼마나 함유되어야 하는지를 설명합니다.
ASTM A297은 일반적인 내열강에 대한 명칭도 제공합니다. 이러한 명칭에는 HF, HH, HK 및 HU가 포함됩니다. 엔지니어와 주조 공장에서는 이러한 명칭을 사용하여 적합한 금속을 선택합니다.
ASTM A297은 부품이 영구적으로 사용할 수 있음을 보장하는 것은 아닙니다. 부품의 수명은 여전히 열처리 정도, 무게, 작업 조건에 따라 달라집니다. 하지만 이 규격은 강재가 고온 작업에 적합한지 확인하는 데 도움이 됩니다.
내열강 vs. 주철
내열강과 주철은 모두 고온 기계에 사용되지만, 작동 방식은 다릅니다.
내열강은 당기거나 구부릴 때 강한 힘을 받습니다. 약간 늘어나도 부러지지 않습니다. 따라서 고온 환경에서 움직이거나 무게를 지탱하는 부품에 적합합니다.
주철은 눌렀을 때 강합니다. 또한 흔들림과 소음을 줄이는 데에도 도움이 됩니다. 하지만 주철은 잡아당기거나 구부릴 때 쉽게 부러집니다. 고온에서는 강철보다 더 빨리 균열이 생길 수 있습니다.
이러한 이유로 내열강은 용광로나 히터 내부 부품에 자주 사용됩니다. 주철은 덮개, 프레임 및 응력이 적은 부품에 더 자주 사용됩니다.
내열 페인트와 그 한계
일부 주철 부품에는 내열 페인트가 칠해져 있습니다. 이 페인트는 표면을 녹과 스케일로부터 보호하고 부품을 더욱 깨끗하게 보이게 합니다.
대부분의 내열 페인트는 약 600~650°C 까지 사용할 수 있습니다 . 그 이상 온도에서는 페인트가 타거나 벗겨지거나 갈라질 수 있습니다.
페인트는 금속을 더 강하게 만들지 않습니다. 금속이 휘거나 늘어나는 것을 막을 수도 없고, 부품 내부를 보호할 수도 없습니다. 부품이 매우 높은 온도에서 작동해야 하는 경우, 페인트를 사용하는 것보다 더 좋은 금속을 사용하는 것이 훨씬 중요합니다.
원심 주조 공정의 장점
원심 주조는 때때로 액체 단조라고도 불립니다. 원심 주조 공정은 다른 주조 공정과 달리 일반적인 주조 작업에서는 찾아볼 수 없는 특별한 지식, 관행 및 기술을 요구합니다.
많은 내열 부품은 원심 주조법을 사용하여 제작됩니다. 이 방법은 튜브나 링과 같은 원형 부품에 자주 사용됩니다.
원심 주조 공정에서는 용융 금속을 수평 또는 수직 축을 중심으로 회전하는 속이 빈 원통형 주형에 붓는데, 이때 100G 이상의 원심력이 발생합니다.
고온 부품에 원심 주조가 더 나은 이유는 무엇일까요?
원심 주조는 금속에서 공기를 제거하는 데 도움이 됩니다. 기포는 약한 부분을 만들 수 있습니다. 주형이 회전하면 공기가 밀려나가면서 주물이 더욱 단단해집니다.
회전 과정에서 먼지와 불필요한 물질이 안쪽으로 이동합니다. 이후 안쪽 층을 잘라내면 최종 부품에 더 좋은 금속만 남게 됩니다.
또 다른 이점은 금속이 냉각되는 방식입니다. 금속 내부의 결정립은 깔끔하고 균일하게 형성됩니다. 이는 부품이 가열되고 다시 냉각될 때 균열을 방지하는 데 도움이 됩니다.
이러한 이점 때문에 원심 주조는 용광로 튜브, 히터 롤러 및 고온 파이프에 자주 사용됩니다.
일반적인 내열강 등급(ASTM A297)
내열강은 모두 같은 것이 아닙니다. 내열 온도와 용도에 따라 다양한 종류가 있으며, 이러한 종류를 등급 이라고 합니다 . 각 등급은 특정 조건에서 더 나은 성능을 발휘하도록 특수한 금속 배합으로 만들어집니다. 적절한 유도 경화 처리 빈도를 선택하는 것은 필요한 경화 깊이, 부품 크기 및 강종에 따라 달라집니다.
대부분의 내열강 주물은 ASTM A297 이라는 규정을 따릅니다 . 이 규정은 고온 환경에서 사용될 때 강철 주물의 안전성과 강도를 보장하는 데 도움이 됩니다. 또한 내열강에 공통 명칭을 부여하여 주조 공장, 엔지니어 및 구매자가 서로 쉽게 이해할 수 있도록 합니다.
아래 표는 일반적인 ASTM A297 내열강 등급 네 가지를 보여줍니다.
| ASTM A297 등급 | 강철의 종류 | 최대 작동 온도 | 일반적인 용도 |
| HF | 크롬과 니켈이 함유된 강철 | 최대 870 ° C | 버너 팁, 난로 부품, 가벼운 열 지지대 |
| HH | 크롬 함량이 더 높은 강철 | 최대 1095 ° C | 열처리 고정 장치, 화격자 막대, 레일 |
| HK | 크롬과 니켈 함량이 높은 강철 | 최대 1150 ° C | 용광로 튜브, 개질기 튜브, 가마 부품 |
| HU | 니켈 함량이 매우 높은 강철 | 최대 1150 ° C | 빠른 가열 및 냉각이 필요한 부품, 고강도 용광로 작업용 부품 |
성적을 쉽게 이해하기
내열강종으로 어떤 등급을 선택해야 하는지 묻는 질문에 대한 답은 언제나 다음과 같습니다.
"열, 부하, 그리고 부품의 사용 방식에 따라 다릅니다."
수년간 동일한 등급이 반복적으로 등장하는 것을 보아왔습니다. 아래는 공장 관리자, 유지보수 팀 및 구매 담당자에게 해당 등급을 설명하는 방식입니다.
HF 등급 - 중간 정도의 열에 적합
HF 등급은 내열강의 첫 단계로 흔히 사용됩니다. HF는 일반적으로 용광로 부품, 열처리 설비, 복사관 및 연속적 또는 주기적인 열 부하에 노출되는 기타 구조 부품에 사용됩니다. 안정적인 오스테나이트 구조 덕분에 우수한 크리프 강도와 치수 안정성을 확보하여 산업용 가열 및 야금 공정 환경에서 장기간 사용 가능한 신뢰할 수 있는 소재입니다.
HF가 제대로 작동할 때:
- 날씨가 극심하지는 않습니다.
- 부품은 무거운 하중을 견디지 않습니다.
- 온도가 일정하게 유지됩니다
경험상, 안정적인 환경에서는 HF가 제 역할을 합니다. 하지만 온도가 올라가거나 부하가 증가하면 다음 등급의 제품으로 교체해야 할 때입니다.
HH 등급 – 고온 환경에 최적화
HH 등급은 HF 등급보다 더 높은 열을 견딜 수 있습니다. 또한 크롬 함량이 더 높아 금속 표면을 보호하는 데 도움이 됩니다.
식물이 HH를 선택하는 이유:
- 뜨거운 공기와 화염에 대한 저항력이 더 뛰어납니다.
- 더욱 강력한 표면 보호
- 지속적인 열 환경에서 긴 수명
실질적인 조언: HH는 내구성이 뛰어난 "일꾼" 등급입니다. 부품이 하루 종일 뜨거운 상태로 유지될 경우, HH는 일반적으로 HF보다 오래 지속됩니다.
HK 등급 - 초고온용으로 제작됨
HK 등급은 부품이 불이나 뜨거운 가스 근처에 있을 때 사용됩니다.
홍콩을 특별하게 만드는 것은 무엇일까요?
- 표면 보호를 위한 고함량 크롬
- 열 강도 향상을 위해 니켈 함량을 높였습니다.
- 지속적이고 매우 더운 환경에 맞게 설계되었습니다.
HK는 다음과 같은 곳에서 자주 찾아볼 수 있습니다:
- 용광로 튜브
- 가마 부품
- 개질기 및 가열 시스템
⚠️ 중요 사항: 홍콩 제품은 급격한 온도 변화에 약합니다. 온도가 천천히 변할 때는 오래가지만, 온도 변화가 너무 빠르면 균열이 생기는 것을 확인했습니다.
HU 등급 – 극한의 열 사이클에 최적
HU 등급은 니켈 함량이 매우 높습니다. 이로 인해 고온에서도 강도와 유연성을 유지합니다.
HU를 선택한 이유:
- 빠른 가열 및 냉각을 처리합니다.
- 스트레스 하에서 균열이 발생할 가능성이 적습니다.
- 극한의 더위 속에서도 강한 성능을 발휘합니다.
저희 의견으로는, 과거에 균열 문제가 있었던 경우라면 HU는 추가 비용을 지불할 가치가 있는 경우가 많습니다.
내열 주조의 산업적 응용
내열 주조는 많은 산업 분야의 운영에 필수적인 요소입니다. 내열 주조가 없다면 기계는 더 자주 멈추고, 수리 비용은 증가하며, 안전 위험도 높아질 것입니다.
석유 화학 플랜트
석유화학 공장에서는 용광로와 히터 내부에 내열 주조품이 사용됩니다.
이 부분들:
- 뜨거운 가스를 유도합니다
- 연료 또는 화학 물질을 운반하는 지지관
- 쉬지 않고 밤낮으로 달린다
부품 하나가 고장 나면 용광로 전체를 멈춰야 할 수도 있습니다. 그렇기 때문에 견고하고 내열성이 뛰어난 주조 부품이 매우 중요합니다.
발전소
발전소는 다음과 같은 곳에서 내열성 주조품을 사용합니다.
- 보일러
- 난방 시스템
- 고온 지지대
이 부품들은 장시간 동안 뜨거운 증기와 가스에 노출됩니다. 이 부품들이 제대로 작동하면 발전소는 안전하게 가동되지만, 고장이 나면 가동 중단이 빠르게 발생합니다.
품질이 좋은 주조품은 비상 가동 중단 횟수를 줄이고 야간 수리 작업도 줄여줍니다.
시멘트 및 광산 플랜트
시멘트 및 광산 장비는 가장 혹독한 환경에서 작동합니다.
내열 주조품은 다음과 같은 용도로 사용됩니다.
- 가마
- 쿨러
- 중량물 운반 시스템
이 부품들은 다음 사항들을 처리해야 합니다:
- 고열
- 무거운 무게
- 먼지와 파편
내구성이 뛰어난 주조 부품은 공장의 수리 간격을 늘리고 가동 중지 시간을 줄이는 데 도움이 됩니다.
내열 주조 부품 제조
본 안내서에 언급된 재료 외에도, 당사는 800~1200°C에서 작동하는 용광로, 가마, 소각로 및 열처리 장비에 사용되는 내열 주조 부품을 단일 교체 부품 또는 정기적인 물량으로 제조합니다. 모든 부품은 위치와 용도에 맞는 등급으로 주조되며, 모든 용도에 단일 합금을 사용하지 않습니다.
| 부분 | 작동 모드 및 고장 모드 | 권장 학년 |
|---|---|---|
| 난로 화격자 막대 | 800~1100°C, 직접 화염 + 재 침식 | ZG30Cr18Ni12Si (medium-temp), ZG4Cr25Ni20Si2 (Cr25Ni20) |
| 버너 노즐 및 연소 부품 | 고온 서비스 + 시동-정지 열 순환 | ZG4Cr25Ni20Si2 (Cr25Ni20) |
| 지지대 | 1000~1200°C, 하중 지지, 크리프가 한계입니다. | ZG4Cr25Ni20Si2 (Cr25Ni20); ZG4Cr24Ni48W5Si2 above 1150°C |
| 가마용 가구 및 열처리 바구니와 고정 장치 | 1000~1100°C, 반복적인 열 순환 | ZG4Cr25Ni20Si2 (Cr25Ni20) |
Cr25Ni20 부품은 일반적으로 1000~1100°C에서 10,000~20,000시간 동안 사용할 수 있습니다. 맞춤형 부품은 도면을 기반으로 주조됩니다. 마모된 부품, 도면 또는 장비 모델과 작동 온도를 보내주시면 됩니다. 모든 부품에 대해 분광 분석을 통한 재질 확인, 치수 검증, 재질 및 시험 보고서를 함께 제공합니다.
산화 저항성, 크리프 속도, 열피로 거동 등 등급별 선택 기준에 대한 자세한 내용은 내열로 주조 가이드 - Cr25Ni20 등급 및 부품을 참조하십시오 . 이러한 부품의 주조 기술에 대한 자세한 내용은 금속 주조 페이지를 참조하십시오 . 견적 또는 현장 검증용 샘플을 요청하십시오.
내열 코팅 및 지속적인 관리
일부 부품은 내열 페인트 로 보호됩니다 . 이 페인트는 일반적으로 주철이나 강철 부품의 외부에 도포됩니다.
내열 페인트의 장점
내열 페인트는 다음과 같은 이점을 제공합니다.
- 녹 발생 속도 감소
- 표면 손상 감소
- 표면 스케일링 제한
또한 부품 검사 및 청소를 더 쉽게 할 수 있습니다.
페인트의 한계점
대부분의 내열 페인트는 600~650°C 까지만 효과가 있습니다.
그 위에는:
- 페인트가 갈라질 수 있습니다
- 페인트가 벗겨질 수 있습니다
- 페인트는 불에 타 없어질 수 있습니다.
⚠️ 중요 사항: 페인트는 금속을 더 강하게 만들지 않습니다 . 휘어짐, 늘어짐 또는 내부 손상을 막을 수 없습니다.
고온 환경에서는 페인트에만 의존하지 마세요. 먼저 적절한 내열강을 선택하십시오.
적합한 캐스팅 파트너를 선택하는 방법
적합한 주조 공장을 선택하는 것은 적합한 금속을 선택하는 것만큼이나 중요합니다 .
주조 공장을 고를 때 무엇을 살펴봐야 할까요?
훌륭한 주조 공장은 다음과 같은 특징을 갖습니다.
- 품질 규정을 준수하십시오
- 생산 기록을 명확하게 보관하십시오.
- 주물을 만들 때는 매번 같은 방법을 사용하세요.
이는 결함을 줄이고 신뢰성을 향상시킵니다.
테스트 관련 사항
그들은 주로 다음과 같은 사항을 확인합니다.
- 균열
- 숨겨진 결함
- 내부적 결함
이러한 테스트는 부품이 설치되기 전에 안전한지 확인하는 데 도움이 됩니다.
원심 주조에 대해 문의하세요
부품이 원형이나 튜브형이라면 주조 공장에 원심 주조 방식을 제공하는지 문의하십시오.
이 과정은 다음과 같습니다.
- 고밀도 금속을 생성합니다
- 내부 결함을 줄입니다
- 고온 부품에 사용하기에 적합합니다.
적절한 학년을 선택하는 데 도움을 받으세요
훌륭한 주조 파트너는 부품 제작 전에 질문을 할 것입니다.
그들은 다음과 같은 질문을 해야 합니다:
- 열 수준
- 무게와 하중
- 기온이 얼마나 자주 변하는가
이렇게 하면 너무 약하거나 너무 비싼 금속을 선택하는 것을 피할 수 있습니다.
맺음말
고온 환경에서 금속 부품을 사용할 때는 내열 주조가 필수적입니다. 일반 금속은 이러한 환경을 오래 견디지 못합니다. 강도, 내구성, 가공성 또는 내식성을 향상시키고자 한다면 적절한 열처리 공정이 매우 중요합니다.
크롬이나 니켈과 같은 특수 금속은 강철을 열, 녹, 균열로부터 보호하는 데 도움을 줍니다. ASTM A297과 같은 표준은 재료 선택 및 품질 관리에 대한 지침을 제공합니다.
적절한 등급과 주조 방법을 선택하는 것이 중요합니다. 원형의 고온 부품의 경우 원심 주조가 최상의 결과를 제공하는 경우가 많습니다.
