KR101273222B1 - Carburized plate of nickel-base superalloy - Google Patents

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Abstract

냉간가공을 거친 니켈기 합금의 판재에 고온특성을 저하시킬 정도로 이중모드 결정립이 나타나는 것을 방지하여 고온특성이 향상되도록 침탄처리된 니켈기 합금 판재를 제시한다. 그 판재 및 방법은 냉간가공에 의한 잔류응력을 제거하기 위한 용체화 처리를 거친 니켈기 합금 판재로서, 니켈기 합금 판재는 탄소원자가 고용되어 있거나 상기 탄소원자가 고용되고 탄화물이 석출되어 있으며, 침탄처리를 상기 냉간가공 전 또는 상기 냉간가공 후 또는 상기 냉간가공 전후 중에 어느 하나에서 실시하여, 용체화 처리를 거친 본 발명의 니켈기 합금의 판재는 표면부에서의 결정립과 중심부에서의 결정립의 크기 차이는 종래보다 크게 작아져서, 침탄에 의해 표면부에서는 응력유기 결정립 성장(strain-induced grain growth)이 크게 억제되어 두께방향으로 상당히 균일한 결정립을 얻을 수 있게 되어, 크리프(creep) 등 고온 특성이 월등히 개선된다.The present invention provides a carburized nickel-based alloy sheet to prevent the bimodal crystal grains from appearing on the cold-rolled nickel-based alloy sheet, thereby improving the high-temperature characteristics. The plate and method are nickel-based alloy plates which have been subjected to a solution treatment to remove residual stresses by cold working. Nickel-based alloy plates have carbon atoms in solution or carbon atoms in solid solution, and carbides are precipitated. In the plate material of the nickel-based alloy of the present invention subjected to any one of the cold work, after the cold work or after the cold work, and subjected to the solution treatment, the size difference between the crystal grains at the surface portion and the crystal grains at the center portion is known. It becomes much smaller, and stress-induced grain growth is greatly suppressed in the surface portion by carburization, so that a fairly uniform grain can be obtained in the thickness direction, and the high temperature characteristics such as creep are greatly improved. .

Description

침탄처리된 니켈기 합금 판재{Carburized plate of nickel-base superalloy}Carburized plate of nickel-base superalloy

본 발명은 니켈기 합금 판재에 관한 것으로, 특히 침탄처리되어 판재 전체에 걸쳐 균일한 크기의 결정립을 가진 니켈기 합금 판재에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nickel-based alloy plate, and more particularly, to a nickel-based alloy plate having carburized and uniformly sized grains throughout the plate.

니켈기 합금은 기지(matrix)가 면심입방구조(face centered cubic)를 갖는 감마(γ)상으로 되어 있으며, 고온강도, 크리프(creep) 특성 등을 향상시키기 위해 일반적으로 미세석출강화상인 감마프라임(γ', 규칙격자 L12 구조)을 기지 내에 균일하게 석출시키기도 한다. 이러한 니켈기 합금은 가공성, 용접성, 내식성 및 고온 기계적 특성 등이 우수하여 발전용 가스터빈 파워 어셈블리(assembly), 화학공장의 반응 구성품 등과 같은 고온ㅇ내식용 부품의 소재로 사용되고 있다. 한편, 니켈기 합금은 고온부품으로 사용하기 위해 냉간가공 후에 용체화 처리(solution treatment)를 거친다. 구체적으로, 평탄한 상태로 입수된 니켈기 합금의 판재를 소정의 고온부품으로 만들기 위하여, 판재를 휘거나 굽힘(bending) 등의 냉간성형가공을 거친 후에 잔류응력의 제거를 위해 고온에서 소정의 시간 동안 용체화 처리를 한다. Nickel-based alloys have a gamma (γ) phase in which the matrix has a face centered cubic structure, and is generally a fine precipitation strengthening gamma prime (?) To improve high temperature strength, creep characteristics, and the like. γ ', the regular lattice L1 2 structure) may be uniformly deposited in the matrix. Such nickel-based alloys are excellent in workability, weldability, corrosion resistance, and high temperature mechanical properties, and thus are used as materials for high temperature corrosion resistant parts such as gas turbine power assemblies for power generation and reaction components in chemical plants. Nickel-based alloys, on the other hand, undergo a solution treatment after cold working for use as hot parts. Specifically, in order to make the plate of the nickel-based alloy obtained in a flat state into a predetermined high temperature part, the sheet is subjected to cold forming such as bending or bending, and then, for a predetermined time at a high temperature to remove residual stress. Solution treatment is performed.

도 1a는 종래의 니켈기 합금을 냉간가공 및 용체화 처리를 하는 과정을 나타낸 도면이고, 도 1b는 도 1a를 거친 니켈기 합금의 결정립을 광학현미경으로 본 조직사진이다.FIG. 1A is a view showing a process of cold working and solution treatment of a conventional nickel-based alloy, and FIG. 1B is a texture photograph of the crystal grains of the nickel-based alloy passed through FIG. 1A as viewed under an optical microscope.

도 1a에 의하면, 평탄한 니켈기 합금 판재(10)를 냉간가공에 의하여 구부려서 원하는 형상의 휘어진 판재(12)를 만든다. 휘어진 판재(12)를 예를 들어, 1150℃에서 25분 동안 용체화 처리를 한다. 도면에는, 냉간가공을 거친 판재(12)에 대하여 설명의 편의를 위하여 일정한 곡률을 가지도록 휘어진 상태를 제시하였으나, 실제 고온부품을 제조하는 과정에서는 다양한 형태, 예를 들어 직각으로 꺾임 등으로 가공될 수 있다. 다만, 여기서는 그 대표적인 사례를 제시한 데 불과하다.  According to FIG. 1A, the flat nickel-based alloy plate 10 is bent by cold working to form a bent plate 12 having a desired shape. The curved plate 12 is subjected to a solution treatment, for example, at 1150 ° C. for 25 minutes. In the drawings, a cold state of the plate 12 has been shown to be curved to have a certain curvature for the convenience of explanation, but in the process of manufacturing the actual high-temperature parts to be processed in various forms, for example, bent at a right angle, etc. Can be. However, here is just a representative example.

상기와 같이 용체화 처리된 판재(12)는 성형된 부분의 두께방향으로 서로 다른 결정립 성장과정을 거치는 중심부(a)와 표면부(b1, b2)로 나눌 수 있다. 이와 같이 서로 다른 결정립 성장과정을 거치는 이유는 판재(10)의 냉간가공에 의해 판재(10)에 잔류하는 응력이 중심부(a)에서 표면부(b1, b2)로 갈수록 커지기 때문이다. 도 1a에서 표면부(b1)은 외부 표면쪽으로 갈수록 인장잔류응력이 점차 증가하며, 표면부(b2)는 내부 표면쪽으로 갈수록 압축잔류응력이 증가하게 되고, 중심부 a는 응력이 존재하지 않는 영역이 된다. 한편, 판재(10)에 잔류응력은 제조되는 부품의 형상에 따라 가해지는 냉간가공에 의해 달라질 것은 자명하나 어떤 형태의 부품이라도 중심부와 표면부(b1, b2)의 잔류응력은 앞에서 설명한 바와 같이 나타난다. The solution plated plate 12 as described above may be divided into a central portion (a) and the surface portion (b1, b2) undergoing different grain growth process in the thickness direction of the molded portion. The reason for undergoing the different grain growth process as described above is that the stress remaining in the plate 10 by the cold working of the plate 10 increases from the central portion (a) toward the surface portions (b1, b2). In FIG. 1A, the tensile residual stress gradually increases toward the outer surface of the surface portion b1, and the compressive residual stress increases toward the inner surface of the surface portion b1, and the central portion a becomes an area where no stress exists. . On the other hand, it is apparent that the residual stress on the sheet 10 will vary depending on the cold working applied to the shape of the manufactured part, but the residual stress of the central part and the surface portions b1 and b2 of any type of part is as described above. .

도 1b를 참조하면, 용체화 처리를 거친 니켈기 합금의 판재는 표면부(b1, b2)에서의 결정립이 중심부(a)에서의 결정립보다 크다는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 중심부(a)와 표면부(b1, b2)의 결정립의 크기가 서로 다른 이중모드(bimodal) 결정립이 나타난다. 왜냐하면, 표면부(b1, b2)에서는 응력유기 결정립 성장(strain-induced grain growth)이 중심부(a)에 비하여 상대적으로 크게 작용하였기 때문이다. 그런데, 이러한 결정립 크기의 불균일은 니켈기 합금의 고온특성, 특히 크리프(creep) 특성을 크게 열화시키는 문제가 있다. Referring to FIG. 1B, it can be seen that the plate material of the nickel-based alloy subjected to the solution treatment has larger crystal grains at the surface portions b1 and b2 than those at the central portion a. In other words, bimodal grains having different sizes of grains of the central portion a and the surface portions b1 and b2 appear. This is because stress-induced grain growth in the surface portions b1 and b2 is relatively large compared to the central portion a. However, such grain size non-uniformity has a problem of greatly deteriorating the high temperature characteristic, especially the creep characteristic, of a nickel base alloy.

한편, 니켈기 합금의 판재에서 상기 이중모드 결정립의 문제를 해결하기 위하여, 냉간가공을 거치지 않고 여러 단계의 온간 성형을 시행하고 있다. 즉, 잔류응력을 최소화하면서 결정립의 성장을 제어하면서 여러 단계의 온도와 시간 범위를 정하여 온간 성형을 하는 것이다. 하지만, 이러한 온간 성형은 그 단계가 많아서 이를 수행하는 시간이 많이 소요되어 경제적이지 못하며, 응력유기 결정립 성장을 정밀하게 제어하기는 어려운 실정이다. On the other hand, in order to solve the problem of the bimodal grains in the plate of the nickel-based alloy, various steps of warm forming are performed without cold working. That is, while forming the temperature and time range of the various stages while controlling the growth of the grain while minimizing the residual stress is a warm forming. However, such warm forming is not economical because it takes a lot of time to perform this step, it is difficult to precisely control the stress organic grain growth.

따라서 본 발명이 해결하려는 과제는 냉간가공을 거친 니켈기 합금의 판재에 고온특성을 저하시킬 정도로 이중모드 결정립이 나타나는 것을 방지하여 고온특성이 향상되도록 침탄처리된 니켈기 합금 판재를 제공하는 데 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a carburized nickel-based alloy sheet to prevent the bimodal crystal grains from appearing on the cold-rolled nickel-based alloy sheet, thereby improving the high-temperature characteristics.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 침탄처리된 니켈기 합금의 판재는 냉간가공에 의한 잔류응력을 제거하기 위해 용체화 처리를 거친 니켈기 합금 판재로서, 상기 니켈기 합금 판재는 탄소원자가 고용되어 있거나 상기 탄소원자가 고용되고 탄화물이 석출되어 있다. Carburized nickel-based alloy sheet of the present invention for solving the above problems is a nickel-based alloy plate subjected to a solution treatment to remove the residual stress by cold working, the nickel-based alloy plate is a carbon atom or The carbon atom is dissolved and carbides are precipitated.

본 발명의 판재에 있어서, 상기 니켈기 합금은 고온에서 면심입방결정을 유지하면서 상변태(phase transformation)를 하지 않는 합금일 수 있으며, 상기 니켈기 합금은 니켈기 초내열합금(superalloy) 또는 오스테나이트계 스테인리스강(austenitic stainless steel) 중에서 선택된 어느 하나 일 수 있다. 이때, 상기 탄소원자 또는 상기 탄화물의 양은 상기 잔류응력에 따라 달라질 수 있다.In the plate material of the present invention, the nickel-based alloy may be an alloy that does not undergo phase transformation while maintaining a face-centered cubic crystal at high temperature, and the nickel-based alloy may be a nickel-based superalloy or austenitic alloy. It may be any one selected from austenitic stainless steel. At this time, the amount of the carbon atom or the carbide may vary depending on the residual stress.

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본 발명의 침탄처리된 니켈기 합금 판에 의하면, 용체화 처리 이전에 니켈기 합금의 판재를 침탄처리함으로써, 냉간가공을 거친 니켈기 합금의 판재에 이중모드 결정립 성장을 제어하여 고온특성, 특히 크리프 특성을 향상시킬 수 있다.According to the carburized nickel-based alloy plate of the present invention, by carburizing a plate of a nickel-based alloy prior to the solution treatment, it is possible to control the dual-mode grain growth on the plate of the nickel-based alloy which has been cold worked so that high temperature characteristics, in particular, creep Properties can be improved.

도 1a는 종래의 니켈기 합금을 냉간가공 및 용체화 처리를 하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 1b는 도 1a를 거친 니켈기 합금의 결정립을 광학현미경으로 본 조직사진이다.
도 2는 본 발명에 의한 침탄처리된 니켈기 합금 판재를 제조하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 3a는 본 발명의 니켈기 합금을 침탄처리를 수반하는 냉간가공 및 용체화 처리를 하는 과정을 개념적으로 설명한 도면이다.
도 3b는 침탄처리를 하지 않는 종래의 니켈기 합금(Ni-Cr-Co-Mo)과 침탄처리를 거친 본 발명의 니켈기 합금의 용체화처리후 결정립 크기를 비교한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 침탄처리를 거친 니켈기 합금(Ni-Cr-Co-Mo)의 결정립을 광학현미경으로 본 조직사진이다.
도 5는 도 4의 결정립 성장 억제에 영향을 주는 요인을 살펴보기 위하여 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다. 1A is a view showing a process of cold working and solution treatment of a conventional nickel-based alloy.
FIG. 1B is a micrograph of the crystal grains of the nickel-based alloy passed through FIG. 1A as viewed under an optical microscope. FIG.
2 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a carburized nickel-based alloy sheet according to the present invention.
3A is a view conceptually illustrating a process of cold working and solution treatment involving carburization of the nickel-based alloy of the present invention.
Figure 3b is a graph comparing the grain size after the solution treatment of the conventional nickel-based alloy (Ni-Cr-Co-Mo) not subjected to carburizing treatment and the nickel-based alloy of the present invention after carburizing treatment.
4 is a texture photograph of the crystal grains of a nickel-based alloy (Ni-Cr-Co-Mo) subjected to carburization according to the present invention with an optical microscope.
FIG. 5 is a photograph taken with a scanning electron microscope (SEM) to examine the factors influencing grain growth inhibition of FIG. 4.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예들은 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below may be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.

본 발명의 실시예는 용체화 처리 이전에 니켈기 합금의 판재를 침탄처리(carburization)함으로써, 냉간가공을 거친 니켈기 합금의 판재에 이중모드 결정립을 억제함으로써 균일한 결정립을 얻게 하여 고온특성, 특히 크리프(creep) 특성을 향상시킬 수 있는 니켈기 합금 판재를 제시한다. 여기서, 니켈기 합금은 니켈기 초내열합금(superalloy)을 포함하나, 오스테나이트계 스테인리스강(austenitic stainless steel)과 같이 고온에서 면심입방결정을 유지하면서 상변태(phase transformation)를 하지 않는 합금 역시 본 발명에 해당한다. 특히, 니켈기 초내열합금은 기지(matrix)가 면심입방구조(face centered cubic)를 갖는 감마(γ)상으로 되어 있으며, 고온강도, 크리프(creep) 특성 등을 향상시키기 위해 일반적으로 미세석출강화상인 감마프라임(γ', 규칙격자 L12 구조)을 기지 내에 균일하게 석출시키기도 한다.Embodiment of the present invention by carburization the plate of the nickel-based alloy prior to the solution treatment, by suppressing the bimodal grains on the plate of the cold-worked nickel-based alloy to obtain uniform grains, especially high temperature characteristics Provided is a nickel-based alloy plate that can improve creep properties. Here, the nickel-based alloy includes a nickel-based superalloy, but also an alloy that does not undergo phase transformation while maintaining a face-centered cubic crystal at high temperature, such as an austenitic stainless steel. Corresponds to In particular, nickel-based superalloy alloys have a gamma (γ) phase having a matrix with a face centered cubic structure, and are generally fine precipitated to improve high temperature strength, creep characteristics, and the like. The merchant gamma prime (γ ', regular lattice L1 2 structure) is evenly deposited in the matrix.

또한, 본 발명의 실시예에 적용되는 니켈기 합금은 판재 형태이다. 이는 분말 소결체와 구별되는 것으로, 니켈기 합금에서 판재와 분말 소결체는 전혀 다른 결정립 성장 기구를 가지기 때문이다. 판재는 용탕에서 주조와 압연 등을 거친 벌크(bulk)재를 말하는 것으로, 통상적으로 냉간가공을 하기 이전에는 평탄한 형상을 가진다. 이에 따라, 본 발명은 니켈기 합금의 판재에 침탄처리를 수행하여 결정립의 성장을 억제하는 것이 특징이므로, 상기 판재에 한정하여 상세하게 설명하기로 한다. In addition, the nickel-based alloy applied to the embodiment of the present invention is in the form of a plate. This is distinguished from the powder sintered compact, since the plate material and the powder sintered compact have a completely different grain growth mechanism in the nickel-based alloy. Plate refers to a bulk material that has been subjected to casting and rolling in molten metal, and generally has a flat shape before cold working. Accordingly, the present invention is characterized by inhibiting the growth of grains by carburizing the plate of nickel-based alloy, it will be described in detail to the above plate.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 침탄처리된 니켈기 합금 판재를 제조하는 과정을 나타내는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a process of manufacturing a carburized nickel-based alloy sheet according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 평탄한 상태의 니켈기 합금의 판재를 준비한다(S10). 이때, 니켈기 합금의 판재는 니켈기 초내열합금 또는 오스테나이트계 스테인리스강(austenitic stainless steel) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 그 후, 상기 니켈기 합금의 판재를 냉간가공하기 전에 침탄처리를 할 것인 지의 여부를 결정한다(S20). 만일, 냉간가공하기 전에 침탄처리를 하는 경우는 냉간가공 단계에 들어가기 전에 침탄처리를 하고, 그렇지 않으면 냉간가공이 끝나고 용체화 처리를 하기 이전에 침탄처리를 한다. 이어서, 냉간가공을 실시한 다음(S30), 통상의 방법에 따라 용체화 처리(S40)를 수행한다. Referring to FIG. 2, a plate material of a nickel base alloy in a flat state is prepared (S10). At this time, the plate of the nickel-based alloy may be any one selected from nickel-based super heat-resistant alloy or austenitic stainless steel (austenitic stainless steel). Thereafter, it is determined whether or not to carburize before the cold working of the nickel-based alloy sheet (S20). If carburizing is performed before cold working, carburizing is performed before entering the cold working step. Otherwise, carburizing is performed before cold working is finished and solution treatment is performed. Next, after cold working (S30), the solution treatment (S40) is performed according to a conventional method.

냉간가공된 니켈기 합금의 결정립 성장은 잔류응력을 제거하기 위한 용체화 처리를 하는 과정에 일어난다. 이에 따라, 용체화 처리를 하기 전인 냉간가공 전후의 어느 단계 중 하나의 단계에서 침탄처리를 수행하여도 된다. 경우에 따라, 냉간가공을 하기 전과 냉간가공 후에 모두 침탄처리를 할 수 있다. 상기 침탄처리는 니켈기 합금의 종류, 냉간가공의 형태 및 침탄처리가 요구되는 정도를 고려하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 냉간가공되는 정도, 즉 휨이나 꺾임의 정도가 심하지 않는 경우에는 냉간가공을 하기 전에 침탄처리를 하는 정도에서 본 발명의 목적을 충분하게 도달할 수 있다. 하지만, 냉간가공되는 정도가 심한 경우에는 냉간가공 중에 잔류응력이 크게 존재하므로 냉간가공 후에 침탄처리를 하는 것이 바람직하다. 경우에 따라, 정밀하고 복잡하게 냉간가공되는 경우에는 냉간가공 전후에 침탄처리를 하여 용체화 처리에서 응력유기 결정립 성장을 억제할 수 있다.Grain growth of cold worked nickel-based alloys occurs during the solution treatment to remove residual stress. Accordingly, the carburizing treatment may be performed at any of the stages before and after cold working before the solution treatment. In some cases, carburization may be performed both before cold working and after cold working. The carburizing treatment may be determined in consideration of the type of nickel-based alloy, the form of cold working, and the degree to which the carburizing treatment is required. For example, when the degree of cold working, that is, the degree of warpage or bending is not severe, the object of the present invention can be sufficiently reached in the degree of carburizing before cold working. However, if the degree of cold working is severe, it is preferable to carry out carburizing treatment after cold working because the residual stress is large during cold working. In some cases, in the case of precisely and intricately cold working, carburizing may be performed before and after cold working to suppress stress organic grain growth in solution treatment.

침탄처리는 일반적으로 금속재료의 표면의 경도나 내열, 내식성(corrosion resistance) 등을 향상시키기 위해 사용되고 있다. 구체적으로, 금속재료를 탄소분이 많은 침탄제로 싸서 침탄용 가스 속에 넣고 밀폐시킨 뒤 가열시켜 표면에 탄소를 침투시키는 것이다. 하지만, 본 발명의 실시예에 적용되는 침탄처리는 니켈기 합금의 표면뿐 아니라 내부까지 탄소가 침투하도록 한다. 이는 상기 니켈기 합금이 주로 사용되는 고온환경에서의 고온특성, 특히 크리프 특성을 향상시키기 위함이다. Carburization is generally used to improve the hardness, heat resistance, corrosion resistance, etc. of the surface of metal materials. Specifically, the metal material is wrapped in a carburizing agent having a high carbon content, sealed in a carburizing gas, sealed, and heated to infiltrate carbon on the surface. However, the carburizing treatment applied to the embodiment of the present invention allows carbon to penetrate not only the surface of the nickel-based alloy but also the inside thereof. This is to improve high temperature characteristics, particularly creep characteristics, in a high temperature environment in which the nickel-based alloy is mainly used.

도 3a는 본 발명의 니켈기 합금을 침탄처리를 수반하는 냉간가공 및 용체화 처리를 하는 과정을 개념적으로 설명한 도면이고, 도 3b는 침탄처리를 하지 않는 종래의 니켈기 합금(Ni-Cr-Co-Mo)과 침탄처리를 거친 본 발명의 니켈기 합금의 결정립 크기를 비교한 그래프이다.3A is a view conceptually illustrating a process of cold working and solution treatment involving carburization of the nickel-based alloy of the present invention, and FIG. 3B is a conventional nickel-based alloy (Ni-Cr-Co) which is not carburized. -Mo) and a graph comparing the grain size of the nickel-based alloy of the present invention after carburizing.

도 3a에 의하면, 평탄한 니켈기 합금 판재(20)를 냉간가공에 의하여 구부려서 휘어진 판재(22)를 만든다. 휘어진 판재(22)를 예를 들어, 1150℃에서 25분 동안 용체화 처리를 한다. 이때, 냉간가공을 거친 판재(22)에 대하여 설명의 편의를 위하여 일정한 곡률을 가지도록 휘어진 상태를 제시하였으나, 실제 고온부품을 제조하는 과정에서는 다양한 형태, 예를 들어 직각으로 꺾임 등으로 가공될 수 있다. 다만, 여기서는 그 대표적인 사례를 제시한 데 불과하다.  According to FIG. 3A, the flat nickel-based alloy plate 20 is bent by cold working to form a bent plate 22. As shown in FIG. The curved plate 22 is subjected to a solution treatment, for example, at 1150 ° C. for 25 minutes. At this time, for the convenience of the description of the plate 22 subjected to the cold working has been presented a state of curvature to have a certain curvature, in the process of manufacturing the actual high-temperature components can be processed in various forms, for example, bent at a right angle. have. However, here is just a representative example.

침탄처리는 냉간가공을 하여 판재를 휘기 이전에 실시하거나(침탄1) 냉간가공을 한 후에 침탄처리하거나(침탄2) 또는 냉간가공을 하기 이전 및 냉간가공 이후에 침탄을 수행할 수 있다(침탄1 + 침탄2). 침탄의 정도는 니켈기 합금의 종류 및 냉간가공의 정도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 잔류응력이 많이 잔존하는 경우는 침탄되는 탄소의 양을 상대적으로 잔류응력이 적게 잔존하는 경우보다 많게 할 수 있다. Carburizing can be performed before bending the sheet by cold working (carburizing 1), carburizing after cold working (carburizing 2), or carburizing before cold working and after cold working (carburizing 1). + Carburization 2). The degree of carburization may vary depending on the type of nickel-based alloy and the degree of cold working. For example, in the case where a large amount of residual stress remains, the amount of carbon carburized may be greater than in a case where the residual stress is relatively low.

상기와 같이 용체화 처리된 판재(22)는 서로 다른 결정립 성장과정을 거치는 중심부(a)와 표면부(b1, b2)로 나눌 수 있다. 이와 같이 서로 다른 결정립 성장과정을 거치는 이유는 판재(10)의 냉간가공에 의해 판재(10)에 잔류하는 응력이 중심부(a)에서 표면부(b1, b2)로 갈수록 커지기 때문이다. 한편, 판재(10)에 잔류응력은 제조되는 부품의 형상에 따라 가해지는 냉간가공에 의해 달라질 것은 자명하나 어떤 형태의 부품이라도 중심부와 주변부의 잔류응력은 앞에서 설명한 바와 같이 나타난다. The solution plated plate 22 as described above may be divided into a central portion (a) and the surface portion (b1, b2) undergoing different grain growth process. The reason for undergoing the different grain growth process as described above is that the stress remaining in the plate 10 by the cold working of the plate 10 increases from the central portion (a) toward the surface portions (b1, b2). On the other hand, it is apparent that the residual stress on the plate 10 will depend on the cold working applied according to the shape of the parts to be manufactured, but the residual stresses in the center and the periphery of any type of parts are as described above.

도 3b에 제시된 바와 같이, 1150℃에서 20분 동안 용체화 처리를 한 후에 비교한 종래의 니켈기 합금과 본 발명의 니켈기 합금의 결정립 크기가 매우 다르다는 것을 알 수 있었다. 구체적으로, 침탄처리를 하지 않은 종래의 니켈기 합금과 침탄처리를 거친 본 발명의 니켈기 합금의 중심부(a)에서 결정립 크기는 각각 약 60㎛, 50㎛로 큰 차이를 보이지 않았으나, 표면부(b1, b2)에서는 각각 약 210㎛, 125㎛ 정도로 큰 차이를 보였다. As shown in Figure 3b, it can be seen that the grain size of the conventional nickel-based alloy and the nickel-based alloy of the present invention compared after the solution treatment for 20 minutes at 1150 ℃ is very different. Specifically, in the central portion (a) of the conventional nickel-based alloy not carburized and the nickel-based alloy of the present invention subjected to carburization, the grain size was about 60 μm and 50 μm, respectively. b1, b2) showed a large difference of about 210 μm and 125 μm, respectively.

또한, 종래의 니켈기 합금의 중심부(a)에서의 결정립 크기는 용체화 처리를 하기 이전의 초기 결정립 크기인 약 50㎛보다 더 성장한 약 60㎛의 크기를 가졌다. 이에 반해, 본 발명의 니켈기 합금은 약 50㎛로서 결정립이 거의 성장하지 않았음을 알 수 있었다. 결론적으로, 본 발명의 니켈기 합금은 용체화 처리를 거친 후 중심부(a)에서는 결정립이 거의 성장하지 않고, 표면부(b1, b2)는 종래에 비해 결정립의 성장이 현저하게 줄어듦을 알 수 있다. In addition, the grain size in the center portion (a) of the conventional nickel-based alloy had a size of about 60 μm, which was grown more than about 50 μm, which is the initial grain size before the solution treatment. In contrast, it was found that the nickel-based alloy of the present invention was about 50 µm and almost no grains grew. In conclusion, in the nickel-based alloy of the present invention, after the solution treatment, the grains hardly grow at the center portion a, and the growth of the grains at the surface portions b1 and b2 is significantly reduced compared to the conventional one. .

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 침탄처리를 거친 니켈기 합금(Ni-Cr-Co-Mo)의 결정립을 광학현미경으로 본 조직사진이다. 도 5는 도 4의 결정립 성장억제에 영향을 주는 요인을 살펴보기 위하여 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다. 이때, 상기 침탄처리는 도 3a에서의 냉간가공을 거친 니켈기 합금의 판재를 탄소가루가 채워진 도가니에 장입한 후, 1100℃에서 2시간 동안 침탄처리(침탄2)를 실시하였다. 이에 따라, 침탄처리를 수반하는 냉간가공 및 용체화 처리를 하는 과정은 도 3a를 참조하기로 한다.4 is a texture photograph of a crystal grain of a nickel-based alloy (Ni-Cr-Co-Mo) subjected to carburization according to an embodiment of the present invention under an optical microscope. FIG. 5 is a photograph taken with a scanning electron microscope (SEM) to examine the factors affecting the grain growth inhibition of FIG. 4. At this time, the carburizing process was charged into a crucible filled with carbon powder of the cold-worked nickel-based alloy in Figure 3a, and then carburized (carburizing 2) for 2 hours at 1100 ℃. Accordingly, a process of cold working and solution treatment involving carburizing will be described with reference to FIG. 3A.

도 4를 참조하면, 용체화 처리를 거친 본 발명의 니켈기 합금의 판재는 표면부(b1, b2)에서의 결정립과 중심부(a)에서의 결정립의 크기 차이는 도 1b에서 설명한 종래보다 크게 작아졌다. 즉, 침탄에 의해 표면부(b1, b2)에서는 응력유기 결정립 성장(strain-induced grain growth)이 크게 억제되어 두께방향으로 상당히 균일한 결정립을 얻을 수 있게 됨을 알 수 있다. 이는 침탄에 의한 합금의 내부로 침투한 탄소가 결정립계 이동(grain boundary migration)을 고정(pinning)하는 효과를 야기하여 결정립의 성장을 억제한 것이다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 의한 니켈기 합금은 종래의 이중모드 결정립 크기의 문제를 크게 해소할 수 있었다. Referring to FIG. 4, in the plate material of the nickel-based alloy of the present invention subjected to the solution treatment, the size difference between the grains at the surface portions b1 and b2 and the grains at the central portion a is much smaller than the conventional one described with reference to FIG. 1B. lost. That is, it can be seen that stress-induced grain growth is greatly suppressed at the surface portions b1 and b2 by carburizing, thereby obtaining a fairly uniform grain in the thickness direction. This causes the effect of pinning the grain boundary migration of the carbon infiltrated into the alloy by carburizing, thereby suppressing grain growth. Accordingly, the nickel-based alloy according to the embodiment of the present invention was able to greatly solve the problem of the conventional bimodal grain size.

도 5에 의하면, 본 발명의 침탄에 의해 고온에서 탄화물(밝은 명암의 입자들)이 기지(matrix; 어두운 명암)뿐 아니라 결정립계에서 관찰되었다. 즉, 탄소는 원자이동을 고정하면서 탄화물에 의해 결정립계가 성장하는 것을 막고 있음을 알 수 있었다. 본 발명의 실시예에 의하면, 니켈기 합금은 침탄처리를 거치면, 탄소원자의 고용과 더불어 석출된 탄화물에 의해 니켈기 합금의 응력유기 결정립 성장이 억제되는 것을 알 수 있었다. According to Fig. 5, carbides (light and dark particles) at high temperatures were observed at the grain boundaries as well as in the matrix by the carburization of the present invention. In other words, it was found that carbon prevented the grain boundary from growing by carbide while fixing atomic movement. According to the embodiment of the present invention, when the nickel-based alloy is subjected to carburization treatment, it is found that stress organic grain growth of the nickel-based alloy is suppressed by the precipitated carbide together with the solid solution of carbon atoms.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is possible.

10, 20 ; 판재 12, 22; 냉간가공된 판재10, 20; Plate 12, 22; Cold worked plate

Claims (8)

휨이나 꺾인 형로의 냉간가공에 의해 중심부에서 표면부로 갈수록 커지는 잔류응력을 제거하기 위한 용체화 처리를 거친 니켈기 합금 판재로서,
상기 니켈기 합금 판재는 탄소원자가 고용되어 있거나 상기 탄소원자가 고용됨과 더불어 탄화물이 석출되어 있는 침탄처리되고,
상기 탄소원자 또는 상기 탄화물의 양은 상기 잔류응력이 커짐에 따라 증가되는 침탄처리된 니켈기 합금 판재.As a nickel-based alloy sheet that has been solution-treated to remove residual stress that increases from the center to the surface by cold working in a warp or bent form,
The nickel-based alloy sheet is carburized in which carbon atoms are dissolved or carbides are deposited in addition to the carbon atoms are employed.
The carburized nickel-based alloy sheet material is the carbon atom or the amount of carbide is increased as the residual stress increases. 제1항에 있어서, 상기 니켈기 합금은 기지가 면심입방결정을 유지하면서 상변태를 하지 않는 합금인 것을 특징으로 하는 침탄처리된 니켈기 합금 판재.2. The carburized nickel-based alloy sheet according to claim 1, wherein the nickel-based alloy is an alloy having a matrix which does not undergo a phase transformation while maintaining a face centered cubic crystal. 제1항에 있어서, 상기 니켈기 합금은 니켈기 초내열합금(superalloy) 또는 오스테나이트계 스테인리스강(austenitic stainless steel) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 침탄처리된 니켈기 합금 판재.The method of claim 1, wherein the nickel-based alloy is carburized nickel-based alloy plate, characterized in that any one selected from nickel-based superalloy or austenitic stainless steel (austenitic stainless steel). 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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