KR101299916B1 - 제철설비용 압연 롤 대형 구동기어의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철설비용 압연롤 대형 구동기어의 제조방법에 관한 것으로서,
중량감소 효과를 위한 단조기어에서 용접기어의 전환과 함께 기존의 6mm 침탄 기술을 적용하여 대형 구동기어의 요구 물성치와 내구성을 만족시키는 용접기어의 제조방법에 관한 것이다.
제철설비용 구동기어를 제조하기 위하여 원소재(기어, 판재)를 이용하여 열처리 기술로 제조하는 과정에 있어서, 원소재를 단조한 후 가공하는 단계와 상기 가공된 판재 보스를 용접하는 중요한 단계와 기어 판재 보스를 열박음하는 단계 기어와 판재를 용접하는 단계 원소재를 용접하는 단계와 상기 용접된 원소재를 검사(UT)하는 단계와 상기 검사된 원소재를 Q & T열처리(Quenching & Tempering)한 후 정삭하는 단계와 상기 정삭된 원소재를 침탄열처리하는 단계 및 상기 침탄열처리 된 원소재를 연마와 함께 최종 검사(MT)하는 단계로 거쳐 제작되도록 한 것이다.

Description

제철설비용 압연 롤 대형 구동기어의 제조방법{A way manufacturing the driver meaning of a word large a rolling roll for in season equipment}

본 발명은 제철설비용 압연 롤 대형 구동기어의 제조방법에 관한 것으로,

중량감소 효과를 위한 단조기어에서 용접기어의 전환과 함께 기존의 6mm 침탄 기술을 적용하여 대형 구동기어의 요구 물성치와 내구성을 만족시키는 용접기어의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 제철설비용 압연 롤 대형 구동기어에는 단조기어를 사용함에 따라 기어의 초기 단조중량 과도로 인해 소재비용이 많이 증가하였다. 그로 인해 상기 단조기어의 구동에 필요한 구동장치의 기계적 용량이 증가하게 되고, 구동에 필요한 소비전력 증가에 의한 부대비용이 증가하였다.

고주파열처리를 함으로서 본 출원인이 출원한 출원번호 10-2006-0002419호의 침탄열처리기술에 비해 짧은 기어 수명과 기어 치면에 크랙이 발생하는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출해낸 것으로,

용접공정을 통해 기어를 제작하기 위해서 열처리 공정 시 침탄열처리를 할 때 용접부의 결함(변형 및 크랙발생)을 억제하기 위한 열처리 기술이 필요한데, 본 출원인이 출원한 출원번호 10-2006-0002419호의 철강 재료의 침탄열처리방법을 이용하여 기어를 제작하는 제조방법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성해 낸 것이다.

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상기 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 원소재를 단조하여 가공한 후 응력제거 열처리를 하여 가공하는 단계와, 상기 가공단계에서 황삭가공 한 원소재에 열박음하는 단계와, 상기 열박음 원소재를 용접하는 단계와, 상기 용접된 원소재를 응력제거 열처리 단계와, 상기 용접된 원소재를 검사(UT)하는 단계, 상기 검사된 원소재를 Q&T열처리(Quenching & Tempering)하는 단계와, 상기 Q&T열처리 원소재를 정삭 및 기어치절 단계와, 상기 정삭 및 기어치절 된 원소재에 용접부 침탄방지를 하는 단계와, 상기 정삭된 원소재를 침탄열처리하는 단계와, 상기 침탄의 원소재를 2차 안정화 열처리 단계와, 상기 침탄열처리 된 원소재를 연마와 함께 최정 검사(MT)하는 단계로 이루어져 원소재(기어, 판재)를 이용하여 열처리 하는 제철설비용 구동기어 제조방법에 있어서,
상기 열박음 단계 후, 원소재인 기어를 우선적으로 가열하고 상기 기어가 늘어나면 판재를 넣고 재가열 하고,
상기 원소재를 용접하는 단계에서 원소재의 용접 시 온도는 250˚C 유지를 하되 온도가 내려가면 재가열을 하고 용접이 완료되면 630˚C의 로에 장입하여 응력제거를 하며, 상기 응력제거 열처리에서 응력제거 후 로 안에서 서냉하고, 상온까지 냉각이 되면, 장출을 하여 용접부에 UT, MT를 하게 되는데, 크랙의 발생 시 재용접을 하여 로에 넣어 250˚C에 재가열을 하고, 다시 로에서 상온까지 서냉을 하되 완료되면 580˚C에서 응력제거를 한 후 열처리하고, 상기 용접부 침단방지단계에서는 침탄 시 카본이 용접부 용재에 침투하지 않도록 하여 침탄 후 냉각할 때 크랙이 발생되지 않도록 하며,
상기 침탄열처리 단계에서는 1차 침탄단계와 2차 침탄단계로 이루어지되,
상기 1차 침탄단계는 침탄 사이클을 300시간으로 하고, LPG, 메탄올 혼합가스를 주입하여 CP값을 침탄 시 0.9%로 유지하고, 확산 시 CO2 가스를 주입하여 0.85%로 유지시키되 침탄 시 망상 시멘타이트의 발생을 억재하기 위해 각각 1시간씩 침탄과 확산을 수행하되 이를 반복적으로 수행하여 기어표면에 5.9mm지점 HV 550경화층을 형성하고,
상기 2차 침탄단계는 침탄 사이클을 10~13시간으로 하고, 승온 시 스케일 및 탈탄을 방지하기 위해 침탄로 내에 공기가 유입되지 못하도록 질소를 계속적으로 주입하고, 침탄로 내의 승온이 완료되면 메탄올 가스를 투입하면서 질소 투입을 중단하여 상기 1차 침탄단계와 동일한 가스를 투입하여 CP값을 조절하되 침탄 시 CP값 0.85% 1시간 10분이 되도록 하고, 확산 시 0.77%로 40분하며, 기어 표면에서 HRC 58.7~60의 경도값과 6mm 깊이의 비커 경도값 HV550 이상 경화층을 형성하며 200˚C이상의 템파링 2회를 실시하여 용접부 조직을 안정화시킴과 기어림의 조직도 안정화함을 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제철설비용 압연 롤 대형 구동기어의 제조방법에 의하면,

제철설비 압연 롤 대형 구동기어의 경량화를 위한 방법인 용접기어 제작에 필요한 열처리기술을 적용함으로서 기어가 경량화 및 품질이 향상되었고, 기존의 고주파열처리를 침탄열처리로 대체함으로서 제품 수명이 길어지게 되어 생산성을 높일 수 있고, 기존제품인 단조기어를 용접기어로 대체할 수 있어 원소재비를 절감할 수 있으며, 경량화로 인해 구동에 필요한 장치비와 유지비용을 크게 절감할 수 있는 등 그 효과가 큰 발명이라 하겠다.

도 1은 본 발명에 따른 침탄 열처리 공정을 순차적으로 나타내는 도면
도 2는 본 발명으로 제작된 기어의 미세조직 관찰 결과를 나타내는 사진
도 3은 도 2의 미세조직 관찰결과 중 A를 나타내는 확대도
도 4는 도 2의 미세조직 관찰결과 중 B를 나타내는 확대도
도 5는 도 2의 미세조직 관찰결과 중 C를 나타내는 확대도
도 6은 본 발명으로 제작된 기어의 상부 면과 하부면의 경도 측정을 나타내는 사진과 그래프
도 7은 본 발명으로 제작된 기어의 침탄 경화층 깊이 측정으로 나타내는 그래프와 사진

첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 구성에 대하여 도 1내지 8을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

제철설비용 구동기어를 제조하기 위하여 원소재(이하 본 발명의 설명에서는 기어와 판재를 예를 들었다.)를 이용하여 열처리 기술로 제조하는 과정에 있어서, 원소재를 단조한 후 가공하는 단계와 상기 가공된 원소재를 용접하는 단계와 상기 용접된 원소재를 검사(UT)하는 단계와 상기 검사된 원소재를 Q & T열처리(Quenching & Tempering)한 후 정삭 하는 단계와 상기 정삭 된 원소재를 침탄 열처리하는 단계 및 상기 침탄열처리 된 원소재를 연마와 함께 최종 검사(MT)하는 단계로 인해 제철설비용 압연 롤 대형 구동기어를 제조할 수 있도록 한 것이다.

상기 원소재를 단조한 후 가공하는 단계에서는 단조 후 응력제거를 위해 열처리를 하도록 하여야 한다.

상기 원소재를 용접하는 단계에서 원소재의 용접 시 온도는 250℃ 유지를 하며, 온도가 내려가면, 재가열을 하고, 반복해서 용접이 완료되면, 630℃의 로에 장입하여 응력제거를 하도록 하여야 한다. 여기서 응력제거 완료 후 로 안에서 서냉을 하고, 상온까지 냉각이 되면, 장출을 하여 용접부에 UT, MT를 하게 되는데, 크랙의 발생 시 제거한 후 재용접을 하여 로에 넣어 250℃에 재가열을 하고, 다시 로에서 상온까지 서냉을 하고 완료되면 580℃에 응력제거를 하여야 한다. 상기한 바와 같은 수치로 응력제거를 하게 됨으로써, 한 번의 작업으로 응력제거를 하되 크랙 발생 시 재작업이 용이한 수치인 것이다. 또한, 본 발명에서 명시된 수치 이외에 다른 온도로 작업을 실시하게 되면 크랙 발생률이 높을 뿐만 아니라 재작업이 어려우며 본 발명에서 실시 예로 명시된 수치로 작업하는 것이 가장 바람직하다.

상기 침탄열처리 단계에서는 1차 침탄단계와 2차 침탄단계로 나누어지며, 1차 침탄단계는 침탄 사이클을 300시간으로 하고, LPG, 메탄올 혼합가스를 주입하여 CP값을 침탄 시 0.9%로 유지하고, 확산 시 CO₂가스를 주입하여 0.85%로 유지시키되 침탄 시 망상 시멘타이트의 발생을 억제하기 위해 1시간은 침탄을 수행하고, 1시간은 확산을 수행하되 이를 반복적으로 수행하여 기어표면에 경도값 HV 550 의 경화층을 형성하고, 2차 침탄단계는 침탄 사이클을 10~13시간으로 하고, 상기 1차 침탄단계와 동일한 가스를 투입하여 CP값을 조절하되 침탄 시 CP값 0.85% 1시간 10분이 되도록 하고, 확산 시 0.77%로 40분하며, 승온 시 스케일 및 탈탄을 방지하기 위해 침탄로 내에 공기가 유입되지 못하도록 질소를 계속적으로 주입하고, 침탄로 내의 승온이 완료되면 메탄올 가스를 투입하면서 질소 투입을 중단하여 기어 표면에 6mm 깊이의 비커 경도값 HV 550 이상 경화층을 형성하여 침탄열처리를 하도록 하여야 한다.

기어용 소재(Rim, Boss)가 가져야 할 성질로서 내마모성과 인성이 요구된다. 그로인해 대형 압연 롤 구동기어의 경우 SNCM420 소재가 가장 적합한 것으로 알려져 있다.

이하 본 발명의 예시에서는 원소재로 SNCM420소재(Ni-Cr-Mo 강재)를 기어소재로 선택하였다.

상기 원소재를 사용하여 구동기어의 제작 시 기본적으로 기어 림과 판재를 용접하여 제작하게 되는데, 그에 대한 기술을 설명하게 되면,

1. 황삭

판재와 보스를 먼저 용접하여 붙여놓고 판재 외경부위· 아래부위를 황삭가공을 한다. (기어 림 모재와 판재사이에 늘어나는 량의 팽창계수가 달라지므로 이를 감안하여 황삭을 한다.)

2. 응력제거

기어 림 내경부위 정삭 가공 후 판재보스를 정삭 가공을 한다. 이때 가공 치수는 기어림보다 판재를 5/100 정도 크게 가공을 한다. (이는 기어 림을 가공하고 판재와의 용접 시 기어의 수축 팽창량을 감안하지 않을 경우 침탄열처리 시 가열하면 기어 림이 팽창으로 인하여 용접 완료 후 650℃ 응력 제거 시 용접부를 서냉을 하였지만 용접부가 떨어져 나가는 현상을 방지하기 위한 것이다.)

3. 열박음 과정

기어를 180℃에 예열을 하여 8/100 정도 늘어나면 판재를 넣고 서냉한다. (열박음 과정은 림과 보스판재를 열박음하여 억지 끼워 맞춤을 해야 가열 중에는 기어 림이 늘어나는 현상이 발생하여도 빠지지 않는다. 열박음하므로 침탄열처리 체적변형의 발생이 5/100 늘어나는 것을 감안하여 8/100정도 억지 끼워 맞춤을 해 두는 것이 좋다.) 냉각 시 주의 할 것은 급냉이 되지 않도록 세라크울로 전체를 덮어 천천히 냉각하여야 한다. 이때 냉각온도는 상온이 될 때까지 냉각하는 것이다.

4. 예열 및 용접

상기 기어와 판재 보스를 가접을 한 후 예열을 하고, 열처리 로에 장입을 하게 되는 것이다. 이때 로의 온도는 250℃유지를 하며, 일정 시간이 되면 꺼낸다.

기어 림을 용접 테이블에 올린 후 온도가 내려가기 전에 용접을 하는 것이다.

여기서 와이어 용접을 사용하여 500번의 용접봉을 사용하게 되는 것이다. 용접 시 온도가 200℃ 떨어지게 되면 재가열을 하여야 한다.

(200℃ 이하에서 가열하게 되면 용접 완료 후 크랙이 발생함.)

5. 용접이 완료되면, 630℃의 로에 넣는다. 이는 630℃의 로에 장입하여 응력제거를 하기 위한 것이다. 상기 응력제거 완료 후에는 로 안에서 서냉을 한다.

6. 상온까지 냉각이 되면(온도에 민감하므로 대기온도 정도 낮아지면 로에서 장출하여도 수축팽창이 발생하지 않는다.) 장출 후 용접부에 UT(Ultrasonic Testing : 시험체에 초음파를 전달하여 내부에 존재하는 결함으로부터 반사한 초음파의 에너지량, 진행시간 등을 분석하여 결함의 위치 및 크기를 정확히 알아내는 방법), MT(Magnetic Particle Testing : 피검사체를 교류 또는 직류로 자화시킨 후 자분을 뿌리면 결함 부위에 자분이 밀집함으로써 표면 및 표면과 연결된 내부결함을 쉽게 찾아낼 수 있는 방법)검사를 하게 되는 것이다.

검사 시 크랙이 발생하게 되면 구간 구간 재용접을 다시 한 후 재가열을 위해 250℃의 로에 넣게 된다. 이때 로에서 서서히 승온하고, 승온이 완료되면, (앞에 했던 응력제거 방법으로 또 똑같이 시행을 함) 630℃에 응력제거를 다시 하게 되며 로냉을 서서히 냉각한다. 여기서, 재가열온도 250°C와 응력제거 시 온도를 630°C로 하지 않게 되면 제대로된 응력제거가 되지 않게 되어 불량률이 높아져 상기한 수치로 작업을 진행하는 것이 가장 바람직하다.

7. 응력제거가 완료되면, 쇼트를 치게 되는데, 이때의 쇼트 볼은 1 ~ 1.5mm로 하여야 한다. 그리고 표면을 깨끗이 한 후 다시 UT, MT 검사를 하여 이상이 없으면 치면 기어의 가공을 하게 되는 것이다.

여기서 기어 침탄 열처리를 하기 위해서 치면 가공 시 연마 여유를 0.3mm를 주어야 한다.

치면 가공 후 침탄으로 이송 후 침탄 열처리를 위해서 크랙 UT, MT, 치수 검사, 찍힘 부위 육안 검사를 하여 이상이 없을 시 세척 및 건조를 시키게 되는 것이다.

건조가 완료되면, 치면 부위를 제외한 나머지 부위에 1차 침탄방지를 한다.

침탄방지는 1회 때는 약하게 2회 ~ 4회는 방지액 농도를 짙게 하여 침탄 방지 시 방지가 안 되는 곳이 없도록 하여야 한다.

여기서 특히 중요한 것은 용접 부위와 모재 사이에 침탄 방지를 철저히 해야 한다. 이는 가열 후 체적 팽창으로 서로 팽창 개수가 다르기 때문에 용접부와 모재 사이에 가열 중에 크랙이 갈 수 있기 때문이다. 가열을 하게 되면 판재가 적게 늘어나고, 기어림이 많이 늘어남으로 인해 팽창 개수가 달라져서 가열 중에 크랙이 생길 수 있다.

또한 용접부에 침탄이 될 경우 냉각 시 용접부 조직이 모재와 수축이 같아지지 않으므로 냉각이 서로 다르게 조직을 당기므로 모재와 용접부 사이 크랙이 발생한다.

상기 침탄 방지가 완료되면, 완전 건조를 시키고 주변에 어느 정도의 열이 있도록 하여 수분이 없도록 방지하여야 한다. 여기서 수분을 완전 건조가 안되면 가열을 할 때 방지 부위가 수포가 발생하여 떨어져 나가기 때문이다.

건조가 완료되면, 1차 침탄을 하기 위해 치구 위에 기어 림을 수평을 맞춰가며 올리게 된다. 이렇게 준비 작업의 완료 후 침탄열처리 로에 이동하게 되는데, 침탄열처리 로는 Ø 3,500*2000L 에 대형 침탄 로에 침탄 준비를 한다.

침탄열처리 로의 문을 닫고, 가스라인을 점검한다.

점검 완료 후 로 내에 930℃에 O₂ 센서가 가스 량을 정상적으로 감지하는지 체크를 한 후 프로그램을 입력시키게 된다.

승온 시간은 시간당 100℃ 승온을 하고, 질소를 넣고, 650℃에 도달하면 메탄올을 투입하게 된다. 그리고 850℃에서 3시간을 예열을 한다.

온도가 930℃에 도달하게 되면, 제품과 로 내 온도 편차를 줄이기 위해 예열타임을 3시간 하게 되는데, 이는 제품온도와 로 내 온도 편차를 최대한 줄여주기 위해서 침탄 전 균일한 로 내 온도가 필요하다.

예열타임이 끝나면 침탄가스를 투입하게 되는데, 엔렌치 가스와 CO₂가스를 투입하게 된다.

침탄 시 CO값을 0.9% 확산은 0.85%로 반복하여 투입한다.

이 값을 측정하는 것은 O₂센서가 자동으로 조정하여 발브스탠드에서 가스를 투입하게 되는 것이다.

여기서 침탄 하는 역할은 입계와 입계사이에 탄소를 천천히 투입시킨다.

930℃에서 입자와 입자 사이에 로내 압력으로 인하여 탄소를 강제로 투입을 시키므로 계속 침탄 시 조직이 망상 시멘타이트가 발생할 수 있으므로 1시간 침탄 1시간 확산으로 반복하여 가스 량을 투입하게 되는 것이다.

작업 중간에 시험 분석에 쓰기 위하여 시편을 꺼내어 확인을 하여야 한다.

확인 시 잔류 오스테나이트가 발생되면 CP값을 낮추고, 시멘타이트가 발생 시 침탄으로 하지 않고, 확산은 계속한다. 이렇게 반복하여 200시간을 반복하여야 한다.

장시간 가열하기 때문에 조직이 안 좋아질 수 있어, 확산은 0.7% 낮추고 중간에 시편을 꺼내어 절단면을 가공 후 연마를 한다. 연마 후 2000번 사포로 다시 수작업을 하고, 수작업이 끝나면 광을 내기 위해서 폴리싱을 한다.

경화층의 깊이를 마이크로비커스 경도기에 올려서 0.5mm 단위로 경화증 검사를 한다.

다른 시편 하나는 부식을 시켜서 조직 검사를 한다.

잔류 오스테나이트, 망상 시멘타이트 등을 확인하고, 조직이 좋지 않을 때에는 CP값을 낮추고 확산을 계속하여야 한다.

여기서 정상적인 조직과 경화층 깊이 목표에 도달하면, 침탄 공냉을 시킨다.

로 문을 열고 치구를 들어내어 송풍기로 강제 공냉을 시킨다.

상온까지 공냉이 완료되면 2차 침탄을 위해서 상기 1차 침탄방지와 같이 똑같이 2차 침탄방지를 한다. 이때 용접 부위에 집중을 하여 3~4회 침탄방지를 한다.

강제 공냉은 장시간 침탄으로 인하여 조직이 불완전하므로 조직을 원상회복시키기 위한 하나의 방법이다. 또한 변형을 줄여주기 위한 공정이다.

침탄방지가 끝나면 2차 침탄을 위해서 로에 장입을 하고, 상기 1차 침탄 때와 같이 가스라인을 점검한다. 이때에 CP값을 0.7% ~ 0.8%로 낮추어 확산 침탄열처리를 한다. 라인의 점검이 끝나면 프로그램을 점검한다.

1차 침탄 승온 때와 똑같이 시행을 한다.

2차 침탄열처리에 필요한 온도 및 가스 량을 입력시키게 되는데, 승온을 시키고, 850℃ 도달하면 조직의 안정화를 위해서 짧은 시간에 소입을 한다. 단조강 기어는 중량이 많이 나가고 두께가 두꺼워서 가열시간이 길지만 용접 기어는 중량이 가볍고 두께가 얇아서 짧은 시간에 승온이 완료되며 유지 시간도 짧아서 기어 치형의 열간 변형이 생기기 전에 소입하므로 열 변형이 없고 장시간 가열로 조직의 입도가 크지 않으므로 그렌사이즈가 확장되기 전에 소입하므로 상대적으로 단조강 기어보다 변형이 적고 용접부와 심부가열이 길어지지 않아서 용접부 조직이 안정화 상태에서 켄칭하므로 수축량이 현저히 적기 때문에 변형 및 크랙이 발생하지 않는다. 이것은 용접부 변형 및 예방을 하기 위한 하나의 방법이다.

2차 침탄열처리 시에도 시편을 확인하여 잔류 오스테나이트가 15% 이내 망상 시멘나이트가 있는지 없는지 확인을 한다. 조직이 정상적으로 이루어져 있으면 로 문을 열고 용접기어 치구를 들어서 냉각을 한다.

오일에 냉각 시 오일의 온도는 60℃ ~ 80℃이여야 한다.

냉각이 완료되는 것을 확인하기 위해서 온도 광센서를 구입하여 제품의 온도가 100℃이하 일 때 들어내어야 한다.

그리고 자연 상태에서 5시간 냉각 후 냉각 경도를 에코팁경도기로 검사를 한다. 이때 경도 값이 HOC 60℃ 이상일 때에 1차 템퍼링을 한다.

1차 템퍼링 온도는 180℃로 한다. 템퍼링 완료 후 상온까지 냉각을 하고, 손으로 만졌을 때에 미열이 없도록 하여야 한다.

에코팁경도기로 요구 경도에 만족할 때에 2차 템퍼링을 한다.

2차 템퍼링은 200℃에 작업을 하고, 2차 템퍼링은 조직의 인성을 부여하고, 경도가 높기 때문에 안정화를 위하여 하는 것이다.

2차 템퍼링이 끝나면 최종검사를 한다. 최종 검사에서 만족하면 쇼트 작업을 하는데, 이때 쇼트 볼은 0.8 ~ 1mm로 쇼트 작업을 한다.

쇼트가 완료되면 연마를 하고, 치수검사를 한 후 마지막으로 MT, UT 검사를 한다.

용접기어 용접부위에 크랙 및 다른 육안검사에 이상이 없을 때 용접기어 개발이 완료된 것이다.

최종확인 검사가 완료되면 용접부 실제 제품을 절단한다. 열이 기어에 영향을 주지 않도록 물을 계속 붓는다. 절단이 완료되면 시편을 검사 기관에 의뢰하여 이상 유무를 확인하는 것이다.

도 2 내지 도 5를 참고로 설명하게 되면, 상기 제조로 인해 완성된 시제품의 침탄부와 모재부의 미세조직을 평가하기 위해 광학현미경을 이용하여 미세조직을 관찰하였다.

도 2의 A : 침탄부 미세조직이고, B : 모재부의 미세조직이며, C : 기어 심부의 미세조직을 표현하였다. 이는 각각을 도 3 내지 도 5에 광학현미경을 사용하여 확대한 표면으로서, 침탄부 미세조직(A)에서 표면의 탈탄층은 보이지 않으며, 잔류오스테나이트나 세멘타이트 등 침탄 시 나타날 수 있는 미세조직적 결함은 보이지 않는다.

또한, 침탄부 아래쪽 모재부의 미세조직(B)에서는 템퍼드 마르텐사이트 조직을 띄고 있으며, 기어 심부의 미세조직(C)은 소량은 Ferrite와 Bainte의 혼재된 조직을 보이고 있는 것을 확인할 수 있다.

도 6은 기어의 경도측정을 나타낸 것으로서,

기어의 상부면과 하부면의 표면 경도를 도 6에 표시된 위치에서 5회 측정하여 평균값을 구한 것이다.

상기 평균값의 결과로서 경도는 로크웰 경도기로 C-scale로 측정하였으며, 상부의 측정 결과 평균 58.7HRC, 하부는 57.5HRC 값을 보이고 있다. 두 부위 모두 목표치인 56-58HRC를 만족하고 있는 것을 확인할 수 있다.

도 7은 침탄 경화층의 깊이를 측정한 것으로서,

침탄 경화층 깊이를 측정하기 위해 하중조건 30kgf에서 0.5mm 간격으로 비커스 경도시험을 실시하였다. 경화층 깊이의 기준은 비커스 경도 기준으로 550HV이며, 측정결과 침탄 경화층 깊이는 5.9mm로 측정되었다.

Claims (5)

1. 원소재를 단조하여 가공한 후 응력제거 열처리를 하여 가공하는 단계와, 상기 가공단계에서 황삭가공 한 원소재에 열박음하는 단계와, 상기 열박음 원소재를 용접하는 단계와, 상기 용접된 원소재를 응력제거 열처리 단계와, 상기 용접된 원소재를 검사(UT)하는 단계, 상기 검사된 원소재를 Q&T열처리(Quenching & Tempering)하는 단계와, 상기 Q&T열처리 원소재를 정삭 및 기어치절 단계와, 상기 정삭 및 기어치절 된 원소재에 용접부 침탄방지를 하는 단계와, 상기 정삭된 원소재를 침탄열처리하는 단계와, 상기 침탄의 원소재를 2차 안정화 열처리 단계와, 상기 침탄열처리 된 원소재를 연마와 함께 최정 검사(MT)하는 단계로 이루어져 원소재(기어, 판재)를 이용하여 열처리 하는 제철설비용 구동기어 제조방법에 있어서,
   상기 열박음 단계 후, 원소재인 기어를 우선적으로 가열하고 상기 기어가 늘어나면 판재를 넣고 재가열 하고,
   상기 원소재를 용접하는 단계에서 원소재의 용접 시 온도는 250˚C 유지를 하되 온도가 내려가면 재가열을 하고 용접이 완료되면 630˚C의 로에 장입하여 응력제거를 하며, 상기 응력제거 열처리에서 응력제거 후 로 안에서 서냉하고, 상온까지 냉각이 되면, 장출을 하여 용접부에 UT, MT를 하게 되는데, 크랙의 발생 시 재용접을 하여 로에 넣어 250˚C에 재가열을 하고, 다시 로에서 상온까지 서냉을 하되 완료되면 580˚C에서 응력제거를 한 후 열처리하고,
   상기 용접부 침단방지단계에서는 침탄 시 카본이 용접부 용재에 침투하지 않도록 하여 침탄 후 냉각할 때 크랙이 발생되지 않도록 하며,
   상기 침탄열처리 단계에서는 1차 침탄단계와 2차 침탄단계로 이루어지되,
   상기 1차 침탄단계는 침탄 사이클을 300시간으로 하고, LPG, 메탄올 혼합가스를 주입하여 CP값을 침탄 시 0.9%로 유지하고, 확산 시 CO2 가스를 주입하여 0.85%로 유지시키되 침탄 시 망상 시멘타이트의 발생을 억재하기 위해 각각 1시간씩 침탄과 확산을 수행하되 이를 반복적으로 수행하여 기어표면에 5.9mm지점 HV 550경화층을 형성하고,
   상기 2차 침탄단계는 침탄 사이클을 10~13시간으로 하고, 승온 시 스케일 및 탈탄을 방지하기 위해 침탄로 내에 공기가 유입되지 못하도록 질소를 계속적으로 주입하고, 침탄로 내의 승온이 완료되면 메탄올 가스를 투입하면서 질소 투입을 중단하여 상기 1차 침탄단계와 동일한 가스를 투입하여 CP값을 조절하되 침탄 시 CP값 0.85% 1시간 10분이 되도록 하고, 확산 시 0.77%로 40분하며, 기어 표면에서 HRC 58.7~60의 경도값과 6mm 깊이의 비커 경도값 HV550 이상 경화층을 형성하며 200˚C이상의 템파링 2회를 실시하여 용접부 조직을 안정화시킴과 기어림의 조직도 안정화함 특징으로 하는 제철설비용 압연 롤 대형 구동기어의 제조방법
   
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