주철관

출처 : blog.naver.com/sjyu123/50005141980

 

주철관(cast iron pipe)은 강관에 비해 내압성(耐壓性), 내마모성이 우수하고 내충격성, 내식성, 내구성이 좋아 지중에 매설하는 수도용이나 배수용으로 널리 사용되어 왔으며, 가스공급용 배관이나 화학공업용 등에도 많이 사용되고 있다

  수도용으로 사용하는 주철관은 수압이나 지중 매설로 인한 외압에 견딜 수 있도록 강도가 높은 덕타일 주철을 사용하며, 내면은 녹이 슬지 않도록 모르타르 라이닝이나 에폭시수지 분체도장을 한다. 그러나 배수용으로 사용하는 관은 내압이 작용하지 않으므로 보통주철인 회주철을 사용한다.

 

  주철관의 제조방법은 수직법(vertical method)과 원심력법(centrifugal method)의 2종류가 있다. 수직법은 관의 수구(受口:socket)가 아래가 되도록 주형을 수직으로 세우고 여기에 용선(鎔銑)을 부어 만드는 방법이다. 주로 배수용 주철관의 제조에 사용된다. 원심력법은 금형(金型) 또는 모래형(沙型)을 회전시키면서 용선을 부어 주조하는 방법이다. 수직법에 비하여 재질이 치밀하며 두께가 균일하고 강도가 크기 때문에 압력이 작용하는 배관에 사용한다.  

 

  주철관의 특성을 열거하면 다음과 같다.

    ① 충격에 강하고 내구성이 크다.  

    ② 내식성ㆍ내열성이 있다.

    ③ 다른 배관재에 비하여 열팽창계수가 적다

    ④ 소음(noise)을 흡수하는 성질이 있어 옥내 배수용으로 적합하다.

    ⑤ 마찰저항이 크고 단위길이마다의 무게가 무겁다.

 

1. 덕타일 주철관 DIP

  덕타일 주철관(KS D 4311, ductile iron pipes)은 땅속이나 지상에 배관하여 압력 또는 무압력 상태에서 물 등의 수송용으로 사용하는 주철관이다. 두께에 따라 1종 관, 2종 관, 3종 관의 3종류로 나누고, 이음방법에 따라 미캐니컬 이음식(mechanical joint type), 케이피 미캐니컬 이음식(KP-mechanical joint type), 타이튼 이음식(tyton joint type)주철관이  있다.

 

2. 시멘트 모르타르 라이닝 덕타일 주철관 CML-DIP (Cement Mortar Lining Ductile Iron Pipes)

  모르타르 라이닝 덕타일 주철관(mortar lining ductile iron pipes)은 덕타일 주철관의 부식을 방지하기 위하여 삽입구를 제외한 관의 내면에 KS D 4316(수도용 원심력 덕타일 주철관의 모르타르 라이닝)에 규정한 시멘트 모르타르를 라이닝한 관이다. 라이닝을 실시한 관은 철과 물이 직접 접촉하지 않으므로 수질의 변화가 적고 마찰저항이 작아 많이 사용되고 있다.

  라이닝 방법은 도장하지 않은 관의 내면에 시멘트ㆍ모래의 배합비 1：1.5～2.0(중량비)인 것을 원심력을 이용하여 두께나 질을 균일하게 라이닝한다. 그리고 관의 수구 내면에 부착한 모르타르는 모두 제거한 다음 1～2주 동안 습윤상태로 유지하여 충분히 양생한다. 라이닝 주철관은 저온도, 건조, 하중, 충격 등 해로운 영향을 받지 않도록 취급에 주의하여야 한다.

 

3. 내면 에폭시수지 분체도장 덕타일 주철관 

  닥타일 주철관의 내면에 KS D 4317(덕타일 주철관 내면 에폭시수지 분체도장)에서 규정한 에폭시수지 분체도장을 한 관이다.

 

4. 배수용 주철관

  배수용 주철관(KS D 4307, cast-iron soil pipes and fittings)은 주로 건물의 배수용에 사용되며 내압이 작용하지 않아 수도용 주철관보다 관 두께가 얇다. 관의 호칭지름은 50～200mm까지의 7종이며, 관 끝의 이음부 모양에 따라 허브형(hub)과 노허브형(no-hub)이 있다. 허브형 주철관은 직관 1종, 직관 2종 및 이형관의 3종류가 있으며, 노허브형 주철관은 직관과 이형관의 2종류가 있다.

 

 

주철의 종류

 

  주철은 함유하는 탄소의 상태와 파단면의 색으로부터 회주철(grey cast iron), 백주철(white cast iron) 및 반주철(mottled cast iron)의 3종류로 분류한다.

  회주철은 탄소가 흑연상태로 존재하여 파단면이 회색을 띤다. 백주철은 탄소가 시멘타이트(cementite)로 존재하여 백색의 탄화철이 혼합되어 있다. 그리고 반주철은 회주철과 백주철의 중간상태를  갖는다. 이 외에 주철에는 고급주철, 합금주철, 구상흑연주철, 칠드주철, 가단주철 등이 있다.

  아래의 표는 회주철의 기계적 성질로서, 15~30mm의 살 두께의 것에 적용한다. 1종은 일반 주물용, 2~3종은 기계 부품용, 4~6종은 고급주철이다.

 

 

                            회주철의 기계적 성질 (KS D 4301)

 

종  별	기  호	주방 지름 (mm)	인장강도 N/㎟{㎏f/㎟}	항절 시험		경  도 HB
				최대하중(kg)	휨(mm)
1 종 2 종 3 종 4 종 5 종 6 종	FC 10 FC 15 FC 20 FC 25 FC 30 FC 35	30 〃 〃 〃 〃 〃	98{10} 이하 147{15}  〃 196{20}  〃 245{25}  〃 294{30}  〃 343{35}  〃	700 이하   800  〃   900  〃 1000  〃 1,100  〃 1,200  〃	3.5 이하 4.0  〃 4.5  〃 5.0  〃 5.5  〃 6.0  〃	201 이하 212  〃 223  〃 241  〃 262  〃 277  〃

 

1, 보통주철

  인장강도가 98~147N/㎟{10~15㎏f/㎟} 정도의 회주철로서, 주조성이 좋고 값이 싸다. 표 1-15의 1~3종이 이에 속한다. 성분은 탄소 3.2~3.8%, 규소 1.4~2.5%. 망간 0.4~1.0%, 인 0.3~1.5%, 황 0.06~1.3% 정도로 특히 두께가 얇은 것은 규소를 많이 넣지 않으면 백주철이 되어 가공이 어렵게 된다.  일반 기계부품, 주철관, 난방용품, 가정용품, 농기구 등에 쓰인다.

 

  2. 고급주철

  인장강도가 245N/㎟{25㎏f/㎟} 이상인 회주철로서, 강력하고 내마모성이 요구되는 부품에 사용된다. 표 1-15의 4～6종이 이에 해당한다. 조직은 흑연이 미세하고 균일하게 분포하였으며, 바탕은 펄라이트 조직으로 된 주철로서 보통 펄라이트 주철(pearlite cast iron)이라 한다.

 

  3. 미하나이트 주철

  흑연의 형상을 미세, 균일하게 하기 위하여 Si, Ca-Si 분말을 첨가하여 흑연의 핵형성을 촉진시킨 주철이다. 인장강도 343~441N/㎟{35~45㎏f/㎟} 정도로서, 고강도, 내마모, 내열, 내식성을 가진 주철로서 내연기관의 실린더, 공작기계의 안내면 등에 쓰이며 담금질이 가능하다.

 

   4. 합금주철

  주철의 성질을 개선하기 위하여 여러 가지 특수원소를 배합한 주철이다. 배합하는 원소로는 니켈, 크롬, 구리, 몰리부텐 바라듐, 티탄, 알루미늄, 텅스텐, 마그네슘 등의 원소를 단독 또는 함께 첨가하던가 규소, 망간, 인을 많이 넣어서 강도, 내열성, 내식성, 내마모성 등을 개선한다.

 

  5. 구상흑연주철

  주철은 강에 비하여 강도 및 연성이 나쁜 취성재료로서, 사용범위에 제한을 받고 있으나 그 원인은 주로 편상흑연 때문이다. 이 편상흑연은 오랜 시간 열처리를 해야 하는 결점이 있다. 이에 대해 용융상태에서 흑연을 구상(球狀)으로 석출(析出)시킨 것이 구상흑연주철(nodullar cast iron)로서 응용범위가 광범위하다. 주조상태의 경우 인장강도 490~686N/㎟{50~70㎏f/㎟}, 연신율 2~6%이고 풀림(annealing)한 상태는 인장강도 441~539N/㎟{45~55㎏f/㎟}, 연신율 12~20% 정도이다.

 

                                구상흑연주철 (KS D 4302)

 

종  류	기  호	인 장 강 도 N/㎟{㎏f/㎟}	내    력 N/㎟{㎏f/㎟}	연 신 율 (%)
1 종 2 종 3 종 4 종	NC 40 NC 45 NC 55 NC 70	392{40} 441{45} 539{55} 686{70}	275{28} 294{30} 373{38} 471{48}	12 이상 5  〃 2  〃 1  〃

 

 

  6. 칠드주철

  보통주철에 비하여 규소가 적은 용선에 적당량의 망간을 가하여 금형에 주입하면 금형에 접촉한 부분은 급냉되어 아주 가벼운 백주철로 된다. 이것을 칠드주철(chilled cast iron) 또는 냉각주철이라 한다.

  칠드된 부분은 시멘타이트 조직이 되어 경도가 높아서 내마모성과 압축강도가 크게 된다. 내부는 회주철이므로 전체를 백주철로 만드는 것보다 잘 파손되지 않는다. 기차의 차륜, 분쇠기의 롤 등이 그 예이다.

 

  7. 가단주철

  회주철은 주조성이 좋으나 취약하여 거의 연신율이 없다. 그러나 가단주철(malleable cast iron)은 백주철의 주물을 만들어 이것을 장시간 열처리하여 탈탄(脫炭)과 시멘타이트의 흑연화에 의하여 연성(연신율 5~12%)을 가지게 한 것이다. 처리방법에 따라 파단면이 강과 같은 백색을 나타내는 백심가단주철과, 표면은 탈탄되어 있으나 내부는 시멘타이트가 흑연화하였을 뿐 파면은 검게 보이는 흑심가단주철의 2종류가 있다.

가단주철, 주강 및 회주철의 비교

 

종   류	화     학     성     분 (%)					인장강도 N/㎟{㎏f/㎟}	연신율 (%)
	C	Si	Mn	P	S
백심가단주철 흑심가단주철 회   주   철 주        강	2.80～3.20 2.00～2.90 2.50～4.00 0.10～0.60	1.10～0.60 1.50～0.80 3.00～1.00 0.25～0.60	0.5 이하 0.5 이하 0.5.～1.20 0.5.～1.00	0.3 이하 0.2이하 0.05～0.60 0.05 이하	0.3 이하 0.2 이하 0.05～0.20 0.06 이하	353{36} 343{35} 265{27} 461～598{47～61}	8 10 - 12