KR101505244B1

KR101505244B1 - 강 부품의 열처리 방법 및 이를 이용한 트랙링크 제조 방법

Info

Publication number: KR101505244B1
Application number: KR1020120083431A
Authority: KR
Inventors: 남궁승; 이상원
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2015-03-23
Also published as: KR20140016619A

Abstract

강 부품의 내마모성을 향상시킬 수 있는 열처리 방법 및 이를 이용한 트랙링크 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 강 부품의 열처리 방법은 강 부품을 퀀칭 및 1차 템퍼링하여 표면 경도를 높이는 단계; 및 상기 표면 경도가 높아진 강 부품을 2차 템퍼링하여 잔류 오스테나이트 함량을 면적률로 1% 이하로 낮추는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

강 부품의 열처리 방법 및 이를 이용한 트랙링크 제조 방법 {METHOD OF HEAT TREATING STEEL COMPONENT AND METHOF OF MANUFACTURING TRACK LINK USING THE SAME}

본 발명은 트랙링크(Track Link)와 같은 강 부품 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강 부품의 내마모성을 향상시킬 수 있는 강 부품의 열처리 방법 및 이를 이용한 트랙링크 제조 방법에 관한 것이다.

무한궤도의 부품인 트랙링크(Track Link)와 같은 강 부품의 경우, 우수한 내마모성이 요구된다.

예를 들어, 무한궤도에서 트랙링크는 또 다른 부품인 슈(Shoe)와 핀(Pin)을 고정시키고 슈를 연속적으로 연결하는 역할을 하며, 레일에 접촉하여 장비를 구동하게 한다. 따라서, 레일 면과 트랙링크의 접촉에 의해 마모 현상이 발생하게 된다.

일반적으로 트랙링크의 레일 접촉 부분은 고주파 열처리하여 표면 경도를 향상시키고 있다. 그러나, 통상의 트랙링크의 경우, 고주파 열처리 후에도 오스테나이트가 면적률로 1% 이상 잔류하고 있으며, 이러한 잔류 오스테나이트는 트랙링크의 내마모성을 저하시키는 요인이 된다.

본 발명과 관련하여, 대한민국 특허공개공보 제10-2010-0001290호(2010.01.06. 공개)에는 트랙링크의 제조방법이 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 내마모성을 향상시킬 수 있는 강 부품의 열처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 내마모성 및 표면 경도가 우수한 트랙링크 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 강 부품의 열처리 방법은 강 부품을 퀀칭 및 1차 템퍼링하여 표면 경도를 높이는 단계; 및 상기 표면 경도가 높아진 강 부품을 2차 템퍼링하여 잔류 오스테나이트 분율을 면적률로 1% 이하로 낮추는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 2차 템퍼링은 150~210℃에서 수행될 수 있고, 150~190℃에서 수행되는 것이 보다 바람직하다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 트랙링크 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.5%, 실리콘(Si) : 0.1~0.5%, 망간(Mn) : 1.0~1.6%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.03% 이하, 니켈(Ni) : 0.02~0.1%, 크롬(Cr) : 0.1~0.3%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.05%, 구리(Cu) : 0.05~0.2%, 티타늄(Ti) : 0.01~0.05%, 알루미늄(Al) : 0.01~0.05%, 보론(B) : 0.001~0.004%, 질소(N) : 0.01% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 미리 정해진 트랙 링크 형상으로 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 성형체를 퀀칭 및 1차 템퍼링하는 단계; 및 상기 성형체를 150~210℃에서 2차 템퍼링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 2차 템퍼링은 150~190℃에서 수행되는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 따른 강 부품의 열처리 방법은 더블 템퍼링 공정을 통하여 강 부품에 잔류하는 오스테나이트를 면적률로 1% 이하로 낮출 수 있어, 강 부품의 내마모성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 강 부품의 열처리 방법은 190℃ 이하에서 2차 템퍼링을 수행함으로써 표면 경도 저하도 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강 부품의 열처리 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1~3 및 비교예 1에 따른 시편의 잔류 오스테나이트 면적률을 타나낸 것이다.
도 3 내지 도 5는 2차 템퍼링 후 실시예 1~3의 표면 경도 변화를 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 강 부품의 열처리 방법 및 이를 이용한 트랙링크 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강 부품의 열처리 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 강 부품의 열처리 방법은 퀀칭/1차 템퍼링 단계(S120) 및 2차 템퍼링 단계(S130)를 포함한다. 도 1에서 강 부품 성형 단계(S110)는 강재를 단조가공하는 방법 등으로 미리 정해진 강 부품 형상을 제조하는 것으로, 본 발명에 따른 강 부품의 열처리 방법은 제조된 강 부품을 대상으로 한다.

먼저, 퀀칭/1차 템퍼링 단계(S120)에서는 강 부품을 퀀칭 및 1차 템퍼링하여 표면 경도를 높인다.

퀀칭은 표면 경도를 향상시킬 수 있도록, 고주파 유도가열을 이용하는 열처리 방법으로 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로 강 부품을 Ac3 이상의 온도, 대략 900~940℃까지 고주파 유도가열한 후, 수냉하는 방식으로 수행될 수 있다.

1차 템퍼링은 퀀칭에 의해 표면 경도가 지나치게 높아질 경우, 강재의 취성이 강해지므로, 이를 완화하는 역할을 한다. 1차 템퍼링은 대략 200~300℃ 정도의 온도에서 3~7시간 정도 수행될 수 있다.

상기의 퀀칭 및 1차 템퍼링은 예시로 기재한 것으로서, 상기의 조건들 이외에 트랙링크 제조 등에 있어 표면경도 향상을 위하여 수행되는 공지의 다양한 열처리 방법이 이에 해당될 수 있다.

2차 템퍼링 단계(S130)에서는 표면 경도가 높아진 강 부품을 2차 템퍼링한다. 2차 템퍼링을 수행한 결과, 강 부품에 잔류하는 오스테나이트 분율이 면적률로 1% 이하로 낮추어 졌다.

잔류 오스테나이트는 내마모성을 저해하는 요소이다. 종래에는 1차 템퍼링 이후에 이러한 오스테나이트가 면적률로 1% 이상 잔류하여 내마모성이 충분히 확보되기 어려웠다. 그러나, 본 발명에서는 2차 템퍼링을 추가로 수행한 결과, 이러한 잔류 오스테나이트 분율을 면적률로 1% 이하로 낮춤으로써 내마모성을 크게 향상시킬 수 있다.

상기 2차 템퍼링은 150~210℃에서 대략 3~7시간동안 수행되는 것이 바람직하다. 2차 템퍼링의 온도가 150℃ 미만에서는 템퍼링 효과를 얻기 어렵다. 반대로, 2차 템퍼링 온도가 210℃를 초과하는 경우, 표면 경도 저하가 큰 문제점이 있다.

한편, 2차 템퍼링이 150~190℃에서 수행되었을 때, 오스테나이트 분율 저하에 따른 내마모성 향상과 함께, 표면 경도도 저하되지 않았다. 따라서, 가장 바람직한 2차 템퍼링 온도는 150~190℃이다.

상기와 같은 열처리 방법은 무한궤도의 부품인 트랙링크 제조 방법에 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 트랙링크 제조 방법은 도 1에 도시된 바와 유사하게, 성형체 형성 단계, 퀀칭/1차 템퍼링 단계 및 2차 템퍼링 단계를 포함한다.

성형체 형성 단계에서는 중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.5%, 실리콘(Si) : 0.1~0.5%, 망간(Mn) : 1.0~1.6%, 인(P) : 0.03% 이하, 황(S) : 0.03% 이하, 니켈(Ni) : 0.02~0.1%, 크롬(Cr) : 0.1~0.3%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.05%, 구리(Cu) : 0.05~0.2%, 티타늄(Ti) : 0.01~0.05%, 알루미늄(Al) : 0.01~0.05%, 보론(B) : 0.001~0.004%, 질소(N) : 0.01% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 미리 정해진 트랙링크 형상으로 열간단조 등의 방법으로 성형하여 성형체를 형성한다.

이하, 각 성분의 역할 및 함량에 대하여 설명하기로 한다.

탄소(C)는 강재의 강도를 확보하기 위해 첨가된다. 상기 탄소는 강재 전체 중량의 0.2~0.5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소의 첨가량이 0.2중량% 미만으로 첨가될 경우에는 강도 확보에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.5중량%를 초과할 경우에는 강의 강도는 증가하나 충격치 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.

실리콘(Si)은 탈산제로 작용하며, 고용강화를 통한 강도 향상에 기여한다. 상기 실리콘은 강재 전체 중량의 0.1~0.5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘의 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘의 함량이 0.5중량%를 초과할 경우에는 강 표면에 산화물을 형성하여 강의 용접성 등을 저하시키는 문제점이 있다.

망간(Mn)은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소로서, 망간의 첨가는 탄소(C)의 첨가보다도 강도 상승시 연성의 저하가 적다. 또한, 망간은 강의 담금질성 향상에 기여한다. 상기 망간은 강재 전체 중량의 1.0~1.6중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간의 첨가량이 1.0중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하기 어렵다. 반대로, 망간의 첨가량이 1.6중량%를 초과할 경우에는 MnS계 비금속개재물의 양이 증가하여, 용접시 크랙 발생 등의 결함을 유발할 수 있다.

인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 2차가공취성을 저하시키는 대표적인 원소로서 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 이에, 본 발명에서는 인의 함량을 강재 전체 중량의 0.03중량% 이하로 제한하였다.

황(S)은 인(P)과 마찬가지로 강 중에 존재하는 불순물 원소이다. 상기 황(S)은 개재물 형성원소로서, MnS 등의 형태로 황화물(sulfide)을 형성한다. 이러한 황화물은 트랙슈용 강재의 충격 특성을 저해한다. 이에, 본 발명에서는 황의 함량을 강재 전체 중량의 0.03중량% 이하로 제한하였다.

니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다. 상기 니켈은 강재 전체 중량의 0.02~0.1중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈의 첨가량이 0.02중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 니켈의 첨가량이 0.1중량%를 초과하는 경우, 적열취성을 유발할 우려가 있다.

크롬(Cr)은 경화능을 향상시켜 담금질성을 개선하는 데 유효한 원소이다. 상기 크롬은 강재 전체 중량의 0.1~0.3중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 만일, 크롬의 첨가량이 0.1중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 크롬의 첨가량이 0.3중량%를 초과할 경우에는 용접성이나 용접열영향부(HAZ) 인성을 저하시키는 문제점이 있다.

몰리브덴(Mo)은 강도 및 인성의 향상에 기여하며, 또한 상온이나 고온에서 안정된 강도를 확보하는데 기여한다. 상기 몰리브덴은 강재 전체 중량의 0.01~0.05중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 몰리브덴의 첨가량이 0.01중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 몰리브덴의 첨가량이 0.05중량%를 초과할 경우에는 용접성을 저하시키며, 탄화물의 석출에 의하여 항복비를 상승시키는 문제점이 있다.

구리(Cu)는 강도 상승 및 인성 개선에 유효한 원소이다. 또한, 구리는 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과 함께 일정한 함량 조절을 통하여 고용강화 효과에 기여한다. 상기 구리는 강재 전체 중량의 0.05~0.2중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 구리의 첨가량이 0.05중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 구리의 첨가량이 0.2중량%를 초과하는 경우, 강의 표면 특성이 저하될 우려가 있다.

티타늄(Ti)은 재가열시 TiN을 형성하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여, 강의 조직을 미세화하는 역할을 한다. 상기 티타늄은 강재 전체 중량의 0.01~0.05중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 티타늄의 첨가량이 0.01중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 티타늄의 첨가량이 0.05중량%를 초과하는 경우에는 TiN 석출물이 조대해져 결정립 성장 억제 효과가 저하된다.

알루미늄(Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다. 상기 알루미늄은 강재 전체 중량의 0.01~0.05중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄의 첨가량이 0.01중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 알루미늄의 첨가량이 0.05중량%를 초과할 경우에는 강재의 충격 특성을 저하시키는 문제점이 있다.

보론(B)은 강력한 소입성 원소로서 강재의 강도 향상에 기여한다. 상기 보론은 강재 전체 중량의 0.001~0.004중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 보론의 첨가량이 0.001중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 보론의 첨가량이 0.004중량%를 초과할 경우에는 입계 편석에 의한 재질 편차를 발생시키고, 충격 특성을 저하시키는 문제점이 있다.

질소(N)는 알루미늄 등과 결합하여 질화물을 형성함으로써 오스테나이트 결정립 미세화에 따른 기계적 특성 향상에 기여한다. 그러나, 질소의 과다 함유는 열간 단조성을 저해한다. 상기 질소는 강재 전체 중량의 0.01중량% 이하로 함유되는 것이 바람직하다. 질소의 함량이 0.01중량%를 초과하는 경우 열간 단조성을 저해할 수 있다.

다음으로, 퀀칭/1차 템퍼링 단계에서는 트랙링크 형상의 성형체를 퀀칭 및 1차 템퍼링한다. 퀀칭 및 템퍼링은 트랙링크 제조시 열간단조 후 적용되는 통상의 QT(Quenching and Tempering)이 적용될 수 있고, 가열 방법으로는 고주파 유도 가열 방법 등이 제시될 수 있다. 고주파 유도가열은 성형테이 전 부분에 걸쳐 실시되어야 되는 것은 아니며, 트랙링크의 롤러 접촉 부분에 대하여만 실시하여도 무방하다.

다음으로, 2차 템퍼링 단계는 150~210℃에서 대략 3~7시간동안 2차 템퍼링한다. 전술한 바와 같이, 2차 템퍼링의 수행에 따라서, 잔류 오스테나이트의 분율을 면적률로 1% 이하로 낮출 수 있고, 이에 따라 내마모성을 향상시킬 수 있다.

이때, 2차 템퍼링은 표면 경도 저하가 없는 150~190℃에서 수행되는 것이 보다 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

표 1에 기재된 조성을 갖는 시편 1~4에 대하여, 고주파 유도가열 방법으로 920℃로 가열한 후, 수냉하고, 200℃에서 5시간동안 1차 템퍼링을 수행하였다.

[표 1]

이때, 시편 1에 대하여 170℃에서 5시간동안 2차 템퍼링을 수행하였다.(실시예 1) 그리고, 시편 2에 대하여 190℃에서 5시간동안 2차 템퍼링을 수행하였다.(실시예 2) 그리고, 시편 3에 대하여 210℃에서 5시간동안 2차 템퍼링을 수행하였다.(실시예 3). 그리고, 시편 4에 대하여는 2차 템퍼링을 수행하지 않았다.(비교예 1)

도 2는 실시예 1~3 및 비교예 1에 따른 시편의 잔류 오스테나이트 면적률을 타나낸 것이다.

도 2를 참조하면, 2차 템퍼링을 수행한 실시예 1~3에 따른 시편의 경우, 잔류 오스테나이트 면적율이 1% 이하를 나타내었으나, 2차 템퍼링을 수행하지 않은 비교예 1에 따른 시편의 경우, 잔류 오스테나이트 분율이 1%를 초과하였다.

따라서, 2차 템퍼링을 수행한 실시예 1~3에 따른 시편이 경우, 내마모성이 보다 우수하다고 볼 수 있다.

도 3 내지 도 5는 2차 템퍼링 후 실시예 1~3의 표면 경도 변화를 나타낸 것이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 170℃ 및 190℃의 온도에서 2차 템퍼링을 수행한 실시예 1 및 실시예 2에 따른 시편의 경우, 비교예 1에 따른 시편과 비교할 때 표면으로부터 5mm 정도의 거리까지 경도 변화가 거의 없는 것을 볼 수 있다. 반면, 도 5를 참조하면, 210℃의 온도에서 2차 템퍼링을 수행한 실시예 3에 따른 시편의 경우, 표면 경도가 약간 저하되는 것을 볼 수 있다.

따라서, 내마모성 향상과 더불어 표면경도 저하 방지까지 고려할 때, 2차 템퍼링은 190℃ 이하에서 수행되는 것이 보다 바람직하다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

S110 : 강 부품 성형 단계
S120 : 퀀칭 및 1차 템퍼링 단계
S130 : 2차 템퍼링 단계

Claims

중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.5%, 실리콘(Si) : 0.1~0.5%, 망간(Mn) : 1.0~1.6%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.03% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.03% 이하, 니켈(Ni) : 0.02~0.1%, 크롬(Cr) : 0.1~0.3%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.05%, 구리(Cu) : 0.05~0.2%, 티타늄(Ti) : 0.01~0.05%, 알루미늄(Al) : 0.01~0.05%, 보론(B) : 0.001~0.004%, 질소(N) : 0% 초과 내지 0.01% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강 부품을 퀀칭 및 1차 템퍼링하여 표면 경도를 높이는 단계; 및
상기 표면 경도가 높아진 강 부품을 150~210℃에서 2차 템퍼링하여 잔류 오스테나이트 함량을 면적률로 1% 이하로 낮추는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 강 부품의 열처리 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 2차 템퍼링은
150~190℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 강 부품의 열처리 방법.
중량%로, 탄소(C) : 0.2~0.5%, 실리콘(Si) : 0.1~0.5%, 망간(Mn) : 1.0~1.6%, 인(P) : 0% 초과 내지 0.03% 이하, 황(S) : 0% 초과 내지 0.03% 이하, 니켈(Ni) : 0.02~0.1%, 크롬(Cr) : 0.1~0.3%, 몰리브덴(Mo) : 0.01~0.05%, 구리(Cu) : 0.05~0.2%, 티타늄(Ti) : 0.01~0.05%, 알루미늄(Al) : 0.01~0.05%, 보론(B) : 0.001~0.004%, 질소(N) : 0% 초과 내지 0.01% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강재를 미리 정해진 트랙 링크 형상으로 성형하여 성형체를 형성하는 단계;
상기 성형체를 퀀칭 및 1차 템퍼링하는 단계; 및
상기 성형체를 150~210℃에서 2차 템퍼링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 트랙링크 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 2차 템퍼링은
150~190℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 트랙링크 제조 방법.