KR101945006B1 - 초기 질화 단계에서 확장된 온도 범위를 갖는 저압 침탄 질화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은
700℃ 내지 750℃로부터 860℃ 내지 1000℃까지의 온도에서의 초기 질화 단계 (Ni)로 이어지는 단순 온도 상승 단계 (M) 이후 단순 온도 상승 단계에 비하여 저감된 온도 구배를 이용하여 수행되는 초기 질화 단계 (Ni)를 포함하는 온도 상승 단계; 및
일정 온도에서 교대로 나타나는 침탄 단계 (C1-Cn) 및 질화 단계 (N1-Nn)를 포함하고, 최종 질화 단계는 급속한 온도 감소 단계 (T) 직전에 온도의 감소를 동반하는 것인, 철강 부품, 특히 자동차 제조에 사용되는 부품의 저압 침탄 질화 방법에 관한 것이다.

Description

초기 질화 단계에서 확장된 온도 범위를 갖는 저압 침탄 질화 방법 {METHOD FOR LOW-PRESSURE CARBONITRIDING HAVING AN EXTENDED TEMPERATURE RANGE IN AN INITIAL NITRIDATION PHASE}

본 발명은 그 내용(본문, 도면 및 청구범위)이 참조로서 본 발명에 포함되는. 2011년 10월 31일에 출원된 프랑스 출원 제1159875호에 대한 우선권을 주장한다.

본 발명은 철강 부품 특히 자동차 제조에 사용되는 부품의 저압 침탄 질화 방법에 관한 것이지만, 그에 국한되는 것은 아니다. 특히, 본 발명은 농업 기계, 공작 기계의 제조에 사용되는 부품 또는 항공 분야 부품에도 적용될 수 있다.

온도 상승 단계 및 온도 균등화 단계가 선행하고, 급속한 온도 감소 단계가 뒤따르는, 일정한 온도에서 침탄(cementing) 및 질화가 교대로 수행되는 단계를 포함하는 철강 부품의 저압 침탄 질화 방법은 문헌 EP 1885904호에 의해 알려져 있다. 변형으로서, 온도 상승 단계 중 및/또는 온도 균등화 단계 중 800℃에서 질화 가스를 주입하는 방법이 제공된다.

본 발명은 전술한 문헌의 방법을 개량하기 위한 것으로, 바람직하기로는 처리 시간을 감소시켜 얻어지는 부품의 품질을 개량하기 위함을 목적으로 한다.

발명의 간단한 설명

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단순 온도 상승 단계와 이어서 온도 상승이 수행되는 초기 질화 단계를 포함하는 온도 상승 단계가 선행하고, 이어서, 일정한 온도에서 침탄 단계와 질화 단계가 교대로 이루어지며, 이어서, 급속한 온도 감소 단계(T)가 수행되는 철강 부품 특히 자동차 제조시 사용되는 부품의 저압 침탄 질화 방법으로서, 상기 초기 질화 단계는 700℃ 내지 750℃ 범위의 온도로부터 860℃ 내지 1000℃ 범위의 온도 범위로 상승시켜 수행되는 것인, 철강 부품, 특히 자동차 제조시 사용되는 부품의 저압 침탄 질화 방법을 제공한다.

따라서, 온도 상승 단계 시간을 증가시킴이 없이, 양호한 질화를 촉진하는 조건하에서 수행되는 질소 강화가 증가되고, 그에 따라 후속하는 질화 단계들 중 하나의 단축 또는 억제를 가능하게 하고 따라서 총 처리 시간의 감소를 가능케 한다.

본 발명의 양호한 양태에 따르면, 상기 초기 질화 단계는 즉시 제1 침탄 단계로 이어진다. 따라서, 온도 균등화 단계의 총 억제가 질화에 최적인 온도 범위에서의 상기 초기 질화 단계를 연장시킬 수 있게 한다.

본 발명의 또 다른 양호한 관점에 따르면, 상기 초기 질화 단계 도중에 온도 상승은 상기 단순 온도 상승 단계에 비하여 온도 구배를 감소시켜 수행된다. 따라서, 질화에 최적인 온도에서의 처리 시간이 더 증가된다.

본 발명의 또 다른 하나의 양호한 관점에 따르면, 상기 방법은 급속한 온도 감소 직전에 온도 감소를 동반하는 최종 질화 단계를 포함한다. 따라서, 상기 최종 질화 단계 역시 최적의 온도 범위에서 수행됨으로써 처리 품질이 향상된다.

도면의 간단한 설명

여러 가지 구현예에 따른 본 발명의 여러 가지 단계를 설명하는 단순화된 도식인 첨부된 3개의 도면을 통하여, 전술한 그리고 다른 목적, 구성 및 효과가 본 발명에 다른 저압 침탄칠화 방법의 이하 여러 가지 구체적인 비제한적 구현예에 대한 설명으로부터 드러날 것이다.

발명의 상세한 설명

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 외기 온도로부터 700℃ 온도 지점(도면에서 Ni1)까지 연속적인 실선으로 나타나 있는 제1 단순 온도 상승 단계 M을 포함하는 제1 온도 상승 단계를 포함한다. 처리 대상 철강의 조성에 따라, 상기 단순 온도 상승 단계는 700℃ 내지 750℃의 범위의 온도에 이르기까지 수행될 수 있고, 10분 내지 90분 동안 이루어질 수 있다. 즉, 상기 단순 온도 상승은 8℃/분 내지 75℃/분 범위의 온도 구배로 수행된다.

그 후, 상기 방법은 그 단계 도중에 실시예에서의 940℃까지 온도 상승이 계속되는 초기 질화 단계 Ni를 포함한다. 실시상, 상기 940℃ 온도는 더 양호한 품질 관리를 달성할 수 있게 하는 860℃와 더 빠른 처리를 수행할 수 있게 하는 1000℃ 사이에서 타협하게 된다.

도 1의 구현예에 있어서, 초기 질화 단계의 제1 구현예에 대응하여, 온도 상승은 일정하지만, 단순 온도 상승 시의 온도 구배보다는 작은 3.5℃/분 내지 16℃/분 범위의 온도 구배로 이루어진다. 상기 초기 질화 단계 시간은 이 초기 단계에서 고정시키길 원하는 질소의 양과 처리될 철강의 조성에 따라 15분 내지 45분 범위이다.

그 자체로 알려져 있듯이, 상기 초기 질화 단계는 확산 단계들과 교대로 나타나는 질화 가스, 예컨대 암모니아의 주입 단계들을 포함한다.

도 2에 나타나 있는 초기 질화 단계의 제2 구현예에 따르면, 온도 상승은 750℃ 내지 850℃ 범위의 온도 지점까지의 단순 온도 상승 동안과 같은 동일한 온도 구배로 이루어지는데, 도 2에 Ni2로 나타나 있는 바와 같이 이 경우에는 800℃이다. 그 후, 온도는 도 2에서 Ni3로 나타내어진 시간까지 1단으로(at a stage) 유지되다가, 그로부터 급격한 온도 상승이 이루어져 침탄 온도에 이른다. 상기 ㅅ스테이지 온도(stage temperature)는, 처리 부품 조성에 대하여 최적의 조건에서 상기 초기 질화 단계를 수행하도록 공지된 방법으로 선택된다. 이와 관련하여, 상기 단계, 상기 최종 온도 상승은 부품에 적절치 않은 스트레스를 주지 않고 매우 신속하게, 예컨대 80℃/분 내지 100℃/분으로 수행될 수 있음을 주지하여야 한다.

도 3에 나타나 있는 초기 질화 단계의 제3 구현예에 따르면, 온도 상승은 Ni1 지점으로부터, 제1 구현예보다 낮은 온도 구배, 좋기로는 2℃/분 내지 8℃/분 범위로, Ni4로 나타내어진 시간까지, 이 경우에는 850℃에 해당하는 온도까지 이루어지고, 그로부터, 상기 제2 구현예에서와 유사한 구배에 따라 강한 온도 상승이 이루어져 침탄 온도에 이른다.

초기 질화 단계에 사용되는 구현예가 무엇이든, 그 후 상기 방법은 질화 단계들과 교대로 나타나는 n개의 침탄 단계들을 포함한다. 공지된 바와 같이, 상기 침탄 및 질화 단계들은 확산 단계들과 교대로 나타나는 처리 가스의 주입 단계를 포함한다(도면에 도시하지 않음). 도면상, 도식은 질화 단계 N1과 마지막 침탄 단계 Cn 사이가 끊어져 있다. 이 마지막 침탄 단계 Cn의 종국에, 상기 방법은 급속한 온도 감소 T 직전에 온도 감소를 동반하는 최종 질화 단계 Nn을 포함한다.

도면상 단점선으로 나타낸 최종 질화 단계 Nn의 제1 구현예에 따르면, 상기 온도 감소는 효과적인 급속한 온도 감소가 가능할 정도로 충분히 높은 온도 범위이면서 질화를 위한 최적의 온도 범위 내 온도까지 계속하여 하강시키며 이루어진다. 구체적인 실시예에서, 급속한 온도 감소 전 상기 최종 온도는 840℃이다. 실시상, 만족스러운 결과는 급속한 온도 감소 전 최종 온도 범위 900℃ 내지 800℃에서 얻어진다. 이러한 제한된 온도 감소가 급속한 온도 감소 중 부품에의 스트레스를 줄이는 것으로 관찰되었다.

상기 최종 질화 단계는 좋기로는 15분 내지 60분간 지속되는데, 이는 10℃/분 내지 1℃/분 범위의 온도 구배에 해당한다. 상기 초기 질화 단계에서와 동일한 방식으로, 상기 최종 질화 단계는 좋기로는 확산 단계들과 교대로 나타나는 질화 가스 주입 단계들을 포함한다.

도면상 장점선으로 도 2에 도시된 최종 질화 단계 Nn의 제2 구현예에 따르면, 상기 온도 감소는 처음에는 강하게, 처리될 철강에 대한 최적 질화 온도, 도면상 Nn1으로 나타난 온도, 여기에서는 840℃까지 하강시 철강에 과도한 스트레스를 주지 않는 가능한 큰 구배로 이루어지고, 그 후 온도는 급속한 온도 감소 개시 전까지 1단으로 유지된다.

실시상, 본 발명에 따른 방법은 상기 초기 질화 단계에 대한 임의의 구현예들과, 상기 최종 질화 단계에 대한 임의의 구현예들을 조합하여 구현될 수 있고, 또는 심지어 처리 사이클을 관행적으로 종결시켜 구현될 수 있는데, 즉 침탄 온도에서 직접적으로 온도 감소를 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 질화 단계들의 효율 증가로 인하여 두 침탄 단계들 사이 포함되는 적어도 하나의 질화 단계를 단순 확산 단계로 대체하는 것이 가능하다는 것을 주지하여야 한다. 이러한 단계는 질화 단계보다 짧으므로, 총 처리 시간이 단축된다.

물론, 본 발명은 개시된 구현예에 한정되는 것이 아니며, 예컨대 청구범위에 정의된 본 발명의 얼개로부터 벗어남이 없이 대체적인 구현예들이 응용될 수 있다. 특히, 상기 초기 온도 상승은 도면에서 점선으로 나타난 바와 같이 일정한 구배에 따라 이루어질 수 있다. 그러나, 이 경우 도면상 실-점선으로 나타낸 바와 같이 질화 단계의 시간이 단축된다는 것이 주지되어야 한다.

초기 질화 단계 중 작은 온도 구배로 인하여, 처리 부품의 온도가 균등화될 시간을 갖게 됨으로써 종래 문헌에서 제공되던 균등화 단계를 저지하는 것이 가능하다. 그러나, 필요하다면, 예컨대 처리 부품의 구체적인 형태에 기하여, 짧은 온도 균등화 단계가 초기 질화 단계와 제1 침탄 단계 사이에 제공될 수 있다.

Claims (10)

1. 단순 온도 상승 단계(M)와 이어서 온도 상승이 수행되는 초기 질화 단계(Ni)를 포함하는 온도 상승 단계가 선행하고,
   이어서, 일정한 온도에서 침탄 단계(C1-Cn)와 질화 단계(N2-Nn)가 교대로 이루어지며,
   이어서, 급속한 온도 감소 단계(T)가 수행되는 철강 부품의 저압 침탄 질화 방법으로서,
   상기 초기 질화 단계(Ni)는 700℃ 내지 750℃ 범위의 온도로부터 860℃ 내지 1000℃ 범위의 온도 범위로 상승시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 저압 침탄 질화 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 초기 질화 단계는 제1 침탄 단계로 즉시 이어지는 것을 특징으로 하는 저압 침탄 질화 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 초기 질화 단계(Ni) 중의 온도 구배는 상기 단순 온도 상승 단계의 온도 구배에 비해 감소된 것을 특징으로 하는 저압 침탄 질화 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 초기 질화 단계(Ni) 중에 3.5℃/분 내지 16℃/분 범위의 온도 구배로 온도 상승이 수행되는 것을 특징으로 하는 저압 침탄 질화 방법.
5. 제3항에 있어서,
   상기 단순 온도 상승 단계(M)는 8℃/분 내지 70℃/분 범위의 온도 구배로 수행되는 것을 특징으로 하는 저압 침탄 질화 방법.
6. 제3항에 있어서,
   상기 초기 질화 단계(Ni)는 등온도 스테이지(Ni2-Ni3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 침탄 질화 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 급속한 온도 감소 단계(T) 직전에 온도 감소를 동반하는 최종 질화 단계(Nn)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 침탄 질화 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 온도 감소는 900℃ 내지 800℃의 온도까지 하강하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압 침탄 질화 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 온도 감소는 10℃/분 내지 1℃/분의 온도 구배로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압 침탄 질화 방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 최종 질화 단계는 등온도 스테이지(Nn1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 침탄 질화 방법.

Images