KR100310233B1 - 강의 구상화 열처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시멘타이트나 석출물 입자를 단시간에 효과적으로 구상화 처리하는 강의 구상화 열처리 방법에 관한 것으로; 본 발명의 목적은, 관련공정에 있어 열간소성가공 공정과 구상화 열처리 공정 사이에 불림 열처리 공정을 필요로 하지 않기 때문에 전체 공정의 진행이 빨라지게 하는 한편, 상기한 기존의 강의 구상화 열처리 방법에 있어 구상화에 필요한 시간을 줄여주는 동시에 구상화율을 높여주기 위한 것이며; 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 초기조직을 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도까지 가열하는 단계, 가열된 조직을 상기 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도에서 유지하는 단계, 유지된 조직을 상기 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도에서 Pf-(20~70℃)의 구상화 종료 온도까지 시간당 5~40℃의 속도로 냉각하는 단계, 및 냉각된 조직을 상기 Pf-(20~70℃)의 구상화 종료 온도에서 등온유지 또는 연속서냉하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 강의 구상화 열처리 방법을 제공해준다.
Description
본 발명은, 강의 구상화 열처리 방법에 관한 것으로서, 특히 강도·인성과 같은 상반된 성질을 동시에 획득하는 한편, 기계가공성과 성형성을 개선함과 아울러 담금질중에 발생되는 균열을 방지하기 위한 예비열처리 등의 목적으로 시멘타이트나 석출물 입자를 단시간에 효과적으로 구상화 처리하는 강의 구상화 열처리 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 강의 구상화 열처리 방법은 공정시간을 단축시킬 수 있는 한편 구상화율도 높여주기 때문에, 금형강·공구강·보강롤(backup roll)·워크 롤(work roll)·알루미늄 캐스터 롤(aluminum caster roll) 및 베어링 강 등의 구상화 열처리에 효과적으로 사용될 수 있다.
기존에 적용되어 온 강의 구상화 열처리 방법을 살펴보면 다음과 같다.
기존의 강의 구상화 열처리 관련공정을 살펴보면, 열간소성가공 공정→불림 열처리 공정→구상화 열처리 공정의 순으로 진행됨을 알 수 있다.
그리고, 기존의 강의 구상화 열처리 방법을 미세조직과 처리면에서 살펴보면, 퍼얼라이트 조직·베이나이트 조직 또는 마르텐사이트 조직 등과 같은 초기조직에 관계없이 초기조직→(가열)→오스테나이트 조직→(유지)→(냉각)→층상 퍼얼라이트 조직→(시멘타이트 구상화를 위한 등온유지 또는 연속서냉)→구상화 조직의 순으로 진행됨을 알 수 있다.
그러나, 기존의 강의 구상화 열처리 방법은 관련공정에서 열간소성가공 공정과 구상화 열처리 공정 사이에 불림 열처리 공정을 필요로 하기 때문에 전체 공정의 진행이 느려지는 문제점이 있다.
아울러, 기존의 강의 구상화 열처리 방법에 있어서, 층상 퍼얼라이트 조직중의 길쭉한 시멘타이트 형상을 등온유지 또는 연속서냉 과정에서 구상의 입자로 분해시켜야 하기 때문에 구상화에 필요한 시간이 길어지는 한편 구상화율도 좋지 않은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 본 발명에 따른 강의 구상화 열처리 방법을 제공함으로써, 관련공정에 있어 열간소성가공 공정과 구상화 열처리 공정 사이에 불림 열처리 공정을 실시할 필요가 없기 때문에 전체 공정의 진행이 빨라지게 하는 한편, 구상화에 필요한 시간을 줄여주는 동시에 구상화율을 높여주기 위한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예와 3개의 비교예들에 따른 강의 구상화 열처리 방법들의 개요를 도시하는 도면,
도 2a는 KFR 93 소재에 실시예 방법을 적용한 경우의 미세조직을 나타내는 사진,
도 2b는 K-17 소재에 실시예 방법을 적용한 경우의 미세조직을 나타내는 사진,
도 3은 KFR 93 소재에 비교예 1의 방법을 적용한 경우의 미세조직을 나타내는 사진,
도 4는 KFR 93 소재에 비교예 2의 방법을 적용한 경우의 미세조직을 나타내는 사진,
도 5a는 KFR 93 소재에 비교예 3의 방법을 적용한 경우의 미세조직을 나타내는 사진,
도 5b는 K-17 소재에 실시예 3의 방법을 적용한 경우의 미세조직을 나타내는 사진이다.
전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은: 초기조직을 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도까지 가열하는 단계; 가열된 조직을 상기 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도에서 유지하는 단계; 유지된 조직을 상기 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도에서 Pf-(20~70℃)의 구상화 종료 온도까지 시간당 5~40℃의 속도로 냉각하는 단계; 및 냉각된 조직을 상기 Pf-(20~70℃)의 구상화 종료 온도에서 등온유지 또는 연속서냉하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 강의 구상화 열처리 방법을 제공해준다.
또한, 전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은: 초기조직을 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도까지 가열하는 단계; 가열된 조직을 상기 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도에서 소재의 두께 25mm당 1시간+(10~30) 시간동안 유지하는 단계; 및 유지된 조직을 냉각시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 강의 구상화 열처리 방법을 제공해준다.상기 구상화 열처리 방법은 구상화 열처리를 필요로 하는 전체 강종에 적용가능하다. 즉 탄소 0.77% 이하의 아공석강과 탄소 0.77% 이상의 과공석강은 물론, 상기 강에 크롬, 몰리브덴, 바나듐 등의 합금원소가 첨가된 합금강에도 적용가능하다.
이하에서는 본 발명에 따른 강의 구상화 열처리 방법을 상세히 살펴보기로 한다.
구상화 열처리의 처리대상이 되는 초기조직이 침상 베이나이트나 마르텐사이트인가의 여부에 따라 강의 구상화 열처리 방법이 달라진다.
먼저, 초기조직이 침상 베이나이트나 마르텐사이트가 아닌 경우에 있어서의 강의 구상화 열처리 방법을 살펴보기로 한다.
우선, 초기조직을 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도까지 가열하는 단계가 수행된다. 여기에서, AC1은 가열시 페라이트-시멘타이트 영역과 오스테나이트-페라이트 또는 오스테나이트-시멘타이트를 포함하는 영역의 경계온도이고, AC3는 가열시 아공석강의 페라이트-오스테나이트 영역과 오스테나이트 영역의 경계온도이며, 또한 AC㎝는 가열시 과공석강의 시멘타이트-오스테나이트영역과 오스테나이트 영역의 경계온도이다. 그리고, AC3는 아공석강에 적용되는 한편, AC㎝는 과공석강에 적용된다.
일반적으로 오스테나이트 조직에서 생성되는 층상 퍼얼라이트 조직이 구상화되기 위해서는 길쭉한 층상의 시멘타이트 조직이 작은 조각으로 분해되어 구상화되는 과정을 겪게 되지만 오스테나이트 조직에서 구상 퍼얼라이트 조직이 생성되면 구상 퍼얼라이트중의 시멘타이트는 길쭉한 모양이 아닌 입자모양으로 되어 있기 때문에 이어지는 구상화 과정에서 구상의 시멘타이트로 바뀌기 쉬우므로 구상화 시간이 단축될 뿐만아니라 구상화율도 우수하다.
한편, 구상 퍼얼라이트 조직의 생성은 오스테나이트화 온도의 함수이다. 오스테나이트화 온도가 높아지면 다음의 냉각과정에서 층상 퍼얼라이트 조직으로 변태하려는 경향이 높아지는 한편, AC3 또는 AC㎝ 온도를 초과하면 이어지는 냉각과정에서 층상 퍼얼라이트가 생성될 가능성이 매우 높다. 층상 퍼얼라이트 조직이 생성되지 않고 구상 퍼얼라이트 조직이 생성되는 온도는 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 범위에 해당된다.
이 단계에 의해서 초기 조직으로부터 오스테나이트 조직이 형성된다.
다음에는, 가열된 조직을 상기 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도에서 유지하는 단계가 수행된다.
다음에는, 유지된 조직을 상기 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도에서 Pf-(20~70℃)의 구상화 종료 온도까지 시간당 5~40℃의 속도로 냉각하는 단계가 수행된다.
오스테나이트화 온도에서 구상화 종료 온도까지의 냉각속도는 구상화율에 큰 영향을 미친다. 냉각속도가 빨라지면 층상에 가까운 퍼얼라이트 조직이 생성되며 또한 빠른 냉각속도에 의해 냉각과정중 구상화되는 시간도 짧기 때문에 구상화율이 나빠진다. 구상화에 적절한 냉각속도는 초기조직에 따라 달라지는 데 불림 열처리를 거치지 않은 경우에는 시간당 5℃로 하는 가장 바람직하다. 그리고, 구상화가 완료되는 온도는 Pf-(20~70℃)로 하는 것이 바람직한데 여기에서 Pf는 퍼얼라이트 변태완료 온도이다.
이 단계에 의해서 오스테나이트 조직으로부터 구상 퍼얼라이트 조직이 형성됨과 아울러 구상 퍼얼라이트 조직내의 시멘타이트가 구상화된다.
마지막으로, 냉각된 조직을 상기 Pf-(20~70℃)의 구상화 종료 온도에서 등온유지 또는 연속서냉하는 단계가 수행된다.
이 단계에 의해서 제품의 내·외부 온도편차에 의해 발생될 수 있는 열변형없이 상온까지 냉각이 완료된다.
이 결과, 침상 베이나이트나 마르텐사이트가 아닌 초기조직에 본 발명에 따른 강의 구상화 열처리 방법을 적용한 경우를 미세조직과 처리면에서 살펴보면, 초기조직→(가열)→오스테나이트 조직→(유지)→(냉각)→구상화 조직→(등온유지 또는 연속서냉)→(구상화 열처리 완료)의 순으로 진행됨을 알 수 있다.
아울러, 초기조직이 침상 베이나이트나 마르텐사이트인 경우에 있어서의 강의 구상화 열처리 방법을 살펴보기로 한다.
우선, 초기조직을 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도까지 가열하는 단계가 수행된다. 이때, 이 오스테나이트화 온도는 초기조직이 침상 베이나이트나 마르텐사이트가 아닌 경우에 있어서의 강의 구상화 열처리 방법에 적용되는 온도와 동일하다.
초기조직이 침상 베이나이트나 마르텐사이트인 경우에 있어서는 오스테나이트 조직을 냉각단계에서 층상이나 구상의 퍼얼라이트 조직으로 만들지 않고 오스테나이트화 온도에서 유지하는 동안에 침상 조직내의 방향성 석출물을 구상화시키기 때문에 구상화율은 오스테나이트화 온도의 함수가 된다.
다음에는, 가열된 조직을 상기 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도에서 소재의 두께 25mm당 1시간+(10~30) 시간동안 유지하는 단계가 수행된다.
초기조직이 침상 베이나이트나 마르텐사이트인 경우에 있어서는 구상화율이 오스테나이트화 온도의 함수가 되는 것과 마찬가지의 이유로 구상화율이 유지시간의 함수가 된다.
마지막으로, 유지된 조직을 냉각시키는 단계가 수행된다.
구상화 조직이 완료된 후의 냉각과정에서 냉각속도는 구상화율에 영향을 미치지 않기 때문에 제품의 내·외부 온도편차에 의한 열변형이 발생되지 않는 범위에서 냉각속도를 높여도 된다.
이 결과, 침상 베이나이트나 마르텐사이트인 초기조직에 본 발명에 따른 강의 구상화 열처리 방법을 적용한 경우를 미세조직과 처리면에서 살펴보면, 초기조직→(가열)→오스테나이트 조직→(침상중의 방향성 석출물 입자의 구상화를 위한유지)→구상화 조직→(냉각)→(구상화 열처리 완료)의 순으로 진행됨을 알 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 실시예와 비교예들을 살펴보기로 한다.
도 1에서, CR은 시간당 냉각속도(℃/hr)을 의미하고, Tp는 예비가열온도를 의미하며, 또한 t는 가열온도에서의 유지시간(hr)을 의미한다.
실시예
KFR 93 소재에 대해서는 800℃의 오스테나이트화 온도(Tγ)에서 12시간 유지한 후 650℃의 구상화 종료 온도(Th)까지 시간당 10℃의 냉각속도로 냉각한 다음에 공냉시킨다. 그리고, K 17 소재에 대해서는 740℃의 오스테나이트화 온도(Tγ)에서 14시간 유지한 후 650℃의 구상화 종료 온도(Th)까지 시간당 40℃의 냉각속도로 냉각한 다음에 공냉시킨다.
도 2a와 도 2b에서 볼 수 있는 바와 같이 구상화 정도는 월등하게 우수하며 구상화 처리에 사용되는 시간도 종래의 방법에 비해 50% 이상 단축된다.
비교예 1
KFR 93 소재에 대해서 기존에 적용되어 온 임계온도 사이에서의 구상화 열처리 방법을 적용하는 것이다. 즉, 815℃의 오스테나이트화 온도(Tγ)에서 최소 31시간 유지한 후 시간당 5℃로 총 44시간 냉각한 후 600℃의 온도에서 16시간 동안 등온에서 유지하는 것이다.
도 3은 비교예 1의 방법을 적용한 경우의 미세조직을 나타내는 사진으로서 처리 시간이 최소 91 시간 이상이 소용되는 한편 구상화 열처리 전단계의 불림 열처리 공정에 필요한 시간까지 포함하면 구상화에 소요되는 시간은 최소 127 시간 이상이 소요된다.
비교예 2
KFR 93 소재에 대해서 예비가열 구상화 열처리방법을 적용하는 것이다. 즉, AC1 보다 15℃ 낮은 온도에서 예비가열한 후 비교예 1의 임계온도 사이에서의 구상화 열처리 방법을 적용하는 것이다.
도 4는 비교예 2의 방법을 적용한 경우의 미세조직을 나타내는 사진으로서 구상화 조직은 양호한 편이지만 구상화에 걸리는 시간은 비교예 1 보다도 길다.
비교예 3
KFR 93 소재와 K-17 소재에 대해서 종래의 완전풀림 구상화 열처리 방법을 적용하는 것이다.
도 5a는 KFR 93 소재에 비교예 3의 방법을 적용한 경우의 미세조직을 나타내는 사진으로 층상 퍼얼라이트 조직이 구상화되는 과정에 있음을 보여주며, 또한 도 5b는 K-17 소재에 비교예 3의 방법을 적용한 경우의 미세조직을 나타낸 사진으로 층상 퍼얼라이트 조직이 그대로 존재하는 불완전한 구상화 조직을 보여준다. 따라서, 아공석강에 주로 적용되는 비교예 3의 방법은 구상화율이 아주 낮은 것을 알수 있다.
본 발명에 따른 강의 구상화 열처리 방법에 의하면, 관련공정에 있어 열간소성가공 공정과 구상화 열처리 공정 사이에 불림 열처리 공정을 실시할 필요가 없기 때문에 전체 공정의 진행이 빨라지는 한편, 구상화에 필요한 시간을 줄여주는 동시에 구상화율을 높여주는 효과가 발휘된다.
Claims (2)
- 초기조직을 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도까지 가열하는 단계;가열된 조직을 상기 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도에서 유지하는 단계;유지된 조직을 상기 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도에서 Pf-(20~70℃)의 구상화 종료 온도까지 시간당 5~40℃의 속도로 냉각하는 단계; 및냉각된 조직을 상기 Pf-(20~70℃)의 구상화 종료 온도에서 등온유지 또는 연속서냉하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 강의 구상화 열처리 방법.
- 초기조직을 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도까지 가열하는 단계;가열된 조직을 상기 AC1+{10℃~[(AC3 또는 AC㎝-AC1)/2]}의 오스테나이트화 온도에서 소재의 두께 25mm당 1시간+(10~30) 시간동안 유지하는 단계; 및유지된 조직을 냉각시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 강의 구상화 열처리 방법.
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| KR101664193B1 (ko) * | 2015-12-11 | 2016-10-11 | 주식회사 세아베스틸 | 오스템퍼링 열처리를 이용한 고수명의 베어링용 강의 제조방법 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5271328A (en) * | 1975-12-11 | 1977-06-14 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Spheroidizing heat treatment of steel |
-
1999
- 1999-05-31 KR KR1019990019833A patent/KR100310233B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5271328A (en) * | 1975-12-11 | 1977-06-14 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Spheroidizing heat treatment of steel |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20000075312A (ko) | 2000-12-15 |
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