KR100298847B1 - 진공질소고용화처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스테인레스강의 표면에 진공분위기에서 질소를 고용시켜 경도 및 강도를 향상 시키고 크롬탄화물이나 크롬질화물의 생성억제 와 형태조절을 통해 크롬 고갈현상을 방지하는 새로운 표면 개질처리로 기존의 질화나 침탄처리품에 비해 탁월한 내마모 내식특성 및 광휘표면을 얻도록한 진공질소고용화 처리방법(VACUUM NITROGEN SOLUTION PROCESS)에 관한것으로, 질소와 화학적 친화력이 강한 원소를 함유하는 강재를 진공로에서 질소가스 분위기를 형성하고 1000℃이상의 오스테나이트(AUSTENITE)영역(약 1000°∼1200℃)으로 가열하여 강재의 표면에 질소원자를 고용시키고 이와같이 질소가 고용된 강재를 가압가스냉각에 의해 경화처리 및 용체화처리를 실시하는 방법으로, 스테인레스강의 경우에는 표면 부동태피막을 1000℃이상의 온도에서 0.01Torr이하의 진공분위기로 제거함으로써, 질소가 침투되도록 하고 일반질화시 Cr2N이나 CrN생성으로 인해 나타나는 내식성저하를 방지하도록 질화물 생성을 억제하거나 소재에 따라서는 별도의 템퍼링(TEMPERING)공정 으로 M2N형태로 조절하며 경화층이 깊고(0.5㎜∼2㎜), 경도구배가 완만하여 우수한 내마모, 내피로 특성을 갖도록 하고, 스테인레스강 고유의 내식성을 유지하거나 향상시키며, 질소고용에의한 가공경화 촉진 및 멀티풀슬립(MULTIPLE SLIP)으로 캐비테이션침식(CAVITION EROSION)저항을 갖게됨과 동시에 표면광휘도가 유지 되고, 통상의 질소공급원인 유독성 암모니아가스 대신 분자상 질소가스를 사용한 것이다.
Description
본 발명은 스테인레스강의 표면에 진공분위기에서 질소를 고용시켜 경도 및 강도를 향상 시키고 크롬탄화물이나 크롬질화물의 생성억제 와 형태조절을 통해 크롬 고갈현상을 방지하는 새로운 표면 개질처리로 기존의 질화나 침탄처리품에 비해 탁월한 내마모 내식특성 및 광휘표면을 얻도록한 진공질소고용화 처리방법(VACUUM NITROGEN SOLUTION PROCESS)에 관한것이다.
지금까지는 금속의 표면처리를 함에 있어서, 440∼650℃에서 표면에 질탄화물 등의 화합물층과 질화물을 석출시키고 그 내부에 질소를 확산시켜 경화깊이를 0.1㎜∼0.2㎜형성하여 마모성을 향상시키거나 화합물층 위를 산화시킴으로서 내부식성을 향상시키는 질화처리를 하고 있었다. 그러나 이와같은 칠화처리는 경화깊이가 얕고 유독성 암모니아가스 사용문제가 있고 특히 스테인레스강의 질화시에는 그 처리공정이 경화처리와 용체화 처리후 질화처리 하는 방식으로 이루어지며, 질화물의 생성으로 Cr고갈현상이 일어나 내식성이 저하되며, 표면 부동태로 인하여 질소의 침투가 어려워 표면 부동태 제거작업이 필요하고 강도의 향상을 위하여 질화처리전에 조질처리를 하여야만 하는 것이 일반적이었다.
또한, 침탄처리의 경우도 크롬탄화물 생성으로 인한 내식성의 급격한 저하로 일부용도에 제한적으로 사용되어 왔다.
본 발명은 상기한 지금까지의 문제점을 감안하여 질소와 화학적 친화력이 강한 원소를 함유하는 강재를 진공로에서 1000℃이상의 오스테나이트(AUSTENITE)영역(약 1000°∼1200℃)으로 가열하여 강재의 표면에 암모니아가스대신 분자상질소가스에 의해 질소원자를 고용시키고 이와같이 질소가 고용된 강재를 가압가스냉각에 의해 경화처리 및 용체화처리와 동시에 질소를 침투하며, 스테인레스강의 표면 부동태피막을 1000℃이상의 온도에서 0.01Torr이하의 진공분위기로 제거하고, 스테인레스강의 일반질화시 Cr2N이나 CrN생성으로 인해 나타나는 내식성저하를 방지하도록 질화물 생성을 억제하거나 M2N형태로 조절하여 경화층이 깊고(0.5㎜∼2㎜), 경도구배가 완만하여 우수한 내마모, 내피로 특성을 갖도록하며, 스테인레스강 고유의 내식성을 유지하거나 향상시키며, 질소고용에의한 가공경화 촉진 및 멀티풀슬립(MULTIPLE SLIP)으로 캐비테이션침식(CAVITION EROSION)저항을 갖게되며, 별도의 경화처리나 용체화처리를 하지 않아도 되며, 표면광휘도가 유지 되도록 하였다.
도1은 본 발명을 실시하는데 따른 공정흐름 예시도.
도2는 본 발명을 실시하는데 따른 다른 공정흐름 예시도.
상기한 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
질소와 화학적 친화력이 강한 원소를 함유하는 강재를 진공로에서 1000℃ 이상의 오스테나이트(AUSTENITE)영역의 온도로 가열하여 내부압력을 0.01Torr이하로 30분이상을 유지하여서 강재의 표면에 형성된 부동태피막을 제거한다. 여기서 부동태피막이라함은 강재의 표면에 형성된 크롬산화물(Cr2O3)을 말하는 것으로, 이는 고온에서 압력을 낮추면 환원반응을 일으키게된다.
상기와 같은 상태로 강재의 부동태피막이 제거되면 온도를 그대로 유지하면서 진공로 내부에 질소가스를 760Torr(1기압)이상이 되도록 주입하고 2시간 이상을 유지하여서 분자상의 질소가스가 강재표면의 촉매작용에 의해 활성화되어 강재표면에 약0.5㎜∼2㎜정도로 깊이 침투하여 확산됨으로서 질소원소가 강재표면에 고용화 되도록 한다.
상기한 상태로 질소원소가 강재표면에 깊숙히 짐투하여 고용화되면 강재를 냉매파이프로 구성된 냉각기가 설치되고 순환팬이 설치죈 냉각실로 이동하여 상온의 질소가스를 1㎏f/㎟이상의 압력으로 가압하여 주입하고 상기 냉각기를 가동시킴과 동시에 순환팬을 가동하여 질소가스를 대류시켜서 급랭처리한다.
이와같이 가압가스에 의하여 냉각처리된 강재는 소재에따라 경화처리되거나 탄화물의 분해 및 크롬재고용으로 내식성을 향상시키게 된다.
또한 상기와 같은 질소고용화방법 으로 질소고용된 강재를 600℃이하로 템퍼링(TEMPERING)처리 할 경우 석출질화물이 M2N형태로 제어되어 내식성 저하가 없이 내마모성을 향상시킬수 있으며, 강재표면의 질소고용량 및 질소원소 침투깊이를 진공로 내부의 온도와 질소가스를 투입한 내부압력, 유지시간 등으로 제어할수도 있다.
상기한 본 발명의 진행과정을 공정흐름도로 나타내면 첨부도면 도1에서와같이,
질소와 화학적 친화력이 강한 원소를 함유하는 강재를 진공로에서 1000℃ 이상의 오스테나이트(AUSTENITE)영역의 온도로 가열하여 내부압력을 0.01Torr이하로 30분이상을 유지하여서 강재의 표면에 형성된 부동태피막을 제거하는 부동태피막 제거공정인 제1공정과,
상기 제1공정에서 부동태피막이 제거된 강재를 1000℃ 이상의 오스테나이트(AUSTENITE)영역의 온도를 그대로 유지하면서 진공로 내부에 질소가스를 760Torr(1기압)이상이 되도록 주입하고 2시간 이상을 유지하여서 분자상의 질소가스가 강재표면의 촉매작용에 의해 활성화되어 강재표면에 약0.5㎜∼2㎜정도로 깊이 침투하여 확산됨으로서 질소원소가 강재표면에 고용화 되도록하는 질소고용화공정인 제2공정과,
상기 제2공정에서 질소원소가 표면에 깊숙히 짐투하여 고용화된 강재를 냉매파이프로 구성된 냉각기가 설치되고 순환팬이 설치죈 냉각실로 이동하여 상온의 질소가스를 1㎏f/㎟이상의 압력으로 가압하여 주입하고 상기 냉각기를 가동시킴과 동시에 순환팬을 가동하여 질소가스를 대류시켜서 질소가스로 급랭처리하는 냉각공정인 제3공정으로 이루어진다.
그리고 필요에 따라서는 도2에서와같이 상기 부동태피막제거공정인 제1공정과, 질소고용화공정인 제2공정과, 냉각공정인 제3공정을 거친 질소고용된 강재를 600℃이하로 템퍼링(TEMPERING)처리 하여 강재표면의 석출질화물을 M2N형태로 제어하는 템퍼링공정인 제4공정으로 처리할수도 있다.
상기한 본 발명으로 처리된 강재는 표면 경화층이깊고 경도구배가 완만하여 우수한내마모성과,내피로특성을 갖는 것은 물론, 스테인레스강 고유의 내식성을 유지하거나 향상시키며, 질소고용에의한 가공경화 촉진 및 멀티풀슬립(MULTIPLE SLIP)으로 캐비테이션침식(CAVITION EROSION)저항을 갖게되며, 별도의 경화처리나 용체화처리를 하지 않아도 되며, 표면광휘도가 유지 되어 플라스틱 사출금형이나 스텐볼트 및 스크류(SUS BOLT, SUS SCREW), 펌프, 터빈,밸브,스텐기어 및 롤러(SUS GEAR, SUS ROLL), 기타 스테인레스강의 내마모,내색특성이 요구되는 부품의 소재로 편리하게 사용할 수 있는 신규하고도 유용한 발명이다.
Claims (1)
- 질소와 화학적 친화력이 강한 원소를 함유하는 강재를 진공로에서 1000℃ 이상의 오스테나이트(AUSTENITE)영역의 온도로 가열하여 내부압력을 0.01Torr이하로 30분이상을 유지하여서 강재의 표면에 형성된 부동태피막을 제거하는 부동태피막 제거공정인 제1공정과, 상기 제1공정에서 부동태피막이 제거된 강재를 1000℃ 이상의 오스테나이트(AUSTENITE)영역의 온도를 그대로 유지하면서 진공로 내부에 질소가스를 760Torr(1기압)이상이 되도록 주입하고 2시간 이상을 유지하여서 분자상의 질소가스가 강재표면에 0.5mm~2mm정도로 깊이 침투하여 확산됨으로서 질소원소가 강재 표면에 고용화 되도록하는 질소고용화공정인 제2공정과, 상기 제2공정에서 질소원소가 표면에 깊숙히 짐투하여 고용화된 강재를 냉매파이프로 구성된 냉각기가 설치되고 순환팬이 설치된 냉각실로 이동하여 상온의 질소가스를 1kgf/mm2이상의 압력으로 가압하여 주입하고 상기 냉각기를 가동시킴과 동시에 순환팬을 가동하여 질소가스를 대류시켜서 질소가스로 가압가스냉각으로 가압하고 급랭처리하여 용제화하는 냉각공정인 제3공정과, 상기 제3공정에서 질소고용된 강재를 600℃이하로 템퍼링(TEMPERING)처리 하여서, 강재표면의 석출질화물을 M2N형태로 제어함을 특징으로 하는 진공질소고용화 처리방법.
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