KR102417413B1 - Heat Treatment Method For Alloy Steel Of Gears Using Addjusting Phase Transformation Of Normalizing Period - Google Patents
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Abstract
기어 합금강의 원소재를 가공전 열처리하기 위하여 복수 개의 열처리로를 연결한 연속식 열처리로가 설치된 열처리 설비를 이용하여 상변태 온도(Ac3)인 제1 목표온도에서 등온 가열하는 노말라이징과 제1 목표온도보다 낮은 제2 목표온도에서 등온 가열하는 템퍼링을 수행하는 열처리 방법에 있어서, 상기 원소재를 제1 목표온도로 가열하는 승온 가열 단계; 상기 원소재를 제1 목표온도로 유지시키기 위해 등온 가열하는 노말라이징 단계; 상기 열처리 설비의 냉각수 순환을 제어하여 상기 원소재를 제2 목표온도로 냉각시키는 제어냉각 단계; 상기 원소재를 제2 목표온도로 유지시키기 위해 등온 가열하는 템퍼링 단계를 포함하되, 상기 노말라이징 단계는 상기 원소재에 대해 오스테나이트 단상에서 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 1차 상변태시키고, 다시 페라이트와 오스테나이트의 혼합상을 오스테나이트 단상으로 2차 상변태시키는 상변태 제어를 적어도 1회 실시하는 것을 특징으로 한다.Normalizing and isothermal heating at the first target temperature, which is the phase transformation temperature (Ac3), using a heat treatment facility equipped with a continuous heat treatment furnace connecting a plurality of heat treatment furnaces to heat treatment the raw material of the gear alloy steel before machining, and the first target temperature A heat treatment method for performing tempering for isothermal heating at a lower second target temperature, comprising: heating the raw material to a first target temperature; a normalizing step of isothermal heating to maintain the raw material at a first target temperature; a control cooling step of cooling the raw material to a second target temperature by controlling the cooling water circulation of the heat treatment facility; A tempering step of isothermal heating to maintain the raw material at a second target temperature, wherein the normalizing step is a primary phase transformation of the austenite single phase to a mixed phase of ferrite and austenite with respect to the raw material, and ferrite again It is characterized in that the phase transformation control for secondary phase transformation of the mixed phase of and austenite into a single austenite phase is performed at least once.
Description
본 발명은 기어 합금강의 원소재를 가공전 열처리하기 위하여 복수 개의 열처리로를 연결한 연속식 열처리로가 설치된 열처리 설비를 이용하여 제1 목표온도에서 등온 가열하는 노말라이징과 제1 목표온도보다 낮은 제2 목표온도에서 등온 가열하는 템퍼링을 수행하는 열처리에 있어서, 노말라이징 실시할 때 상기 원소재에 대해 오스테나이트 단상에서 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 1차 상변태시키고, 다시 페라이트와 오스테나이트의 혼합상을 오스테나이트 단상으로 2차 상변태시키는 상변태 제어를 적어도 1회 실시함으로써 균일 핵생성에 의해 미세조직의 균질화를 확보하여 양품의 기어 합금강을 제조하고 가공전 열처리의 전체 공정시간을 단축할 수 있는 노말라이징 구간의 상변태 제어를 이용한 기어 합금강의 열처리 방법에 관한 것이다.The present invention provides normalizing isothermal heating at a first target temperature using a heat treatment facility equipped with a continuous heat treatment furnace connecting a plurality of heat treatment furnaces to heat treatment a raw material of a gear alloy steel before machining, and a first step lower than the first target temperature. 2 In the heat treatment of performing tempering isothermal heating at a target temperature, the raw material undergoes a primary phase transformation from a single austenite phase to a mixed phase of ferrite and austenite, and again a mixed phase of ferrite and austenite Normalizing that can secure homogenization of microstructure by uniform nucleation by performing at least one phase transformation control that causes secondary phase transformation of It relates to a heat treatment method of a gear alloy steel using the phase transformation control of the section.
자동변속기는 자동차 엔진에서 발생하는 회전력을 적당한 차속으로 변환하기 위하여 보통 2~3개 기어 등이 내장되며 클러치 및 브레이크와 조합하여 변속을 하는 구조로 되어 있다.In order to convert the rotational force generated by an automobile engine to an appropriate vehicle speed, an automatic transmission usually has two or three gears built-in, and has a structure that shifts in combination with a clutch and brake.
통상적으로 자동차 변속기용 기어에 사용되는 합금강 소재는 열간 또는 냉간 단조 후 가공전 열처리(ISO annealing or Normalizing) 공정을 거치게 되어 있다. Generally, alloy steel materials used for gears for automobile transmissions are subjected to an ISO annealing or normalizing process after hot or cold forging.
단조 가공 시 밴드 형태의 미세조직이 형성될 수 있고, 밴드 형태의 미세조직은 연성 저하를 유발하고 기계적 물성 면에서 이방성을 가지게 된다. 이렇게 단조 가공된 소재에 잔존하는 내부응력에 의해 후공정인 침탄 처리시에 결정립이 조대화되어 강도 및 경도 면에서 불리해지기 때문에 가공전 열처리 공정을 거쳐야 한다. 예를 들어 도 1 (d)에서와 같이 불량에 해당하는 D등급 소재를 가공전 열처리하여 도 1 (a)(b)에서와 같이 양품에 속하는 A등급 또는 B등급 소재로 바꾸어주는 것이 필요하다.During forging, a band-shaped microstructure may be formed, and the band-shaped microstructure causes a decrease in ductility and has anisotropy in terms of mechanical properties. Due to the internal stress remaining in the forged material, crystal grains are coarsened during the carburizing treatment, which is a post-process, and thus it is disadvantageous in terms of strength and hardness. Therefore, a heat treatment process must be performed before machining. For example, as in Fig. 1 (d), it is necessary to heat-treat a D-grade material corresponding to a defective product before processing and change it to an A-grade or B-grade material belonging to a good product as in Fig. 1 (a) (b).
종래기술로서 아래의 (특허문헌 1)에서 변속기 기어에 사용하는 합금강을 단조 가공 후 미세 조직의 균일성 확보를 위해 920 ~ 940℃에서 2 ~ 3시간 동안 오스테나이징(등온 가열)을 실시하고, 150℃/분 이상의 냉각속도로 템퍼링 온도까지 제어냉각하며, 이후 660 ~ 680℃에서 5 ~ 7시간 동안 템퍼링을 실시한 후 공냉 처리하도록 되어 있다. As a prior art, austenizing (isothermal heating) is performed at 920 to 940° C. for 2 to 3 hours to secure the uniformity of the microstructure after forging the alloy steel used for the transmission gear in the following (Patent Document 1), Controlled cooling to the tempering temperature at a cooling rate of 150°C/min or higher, followed by tempering at 660 to 680°C for 5 to 7 hours, followed by air cooling.
다른 예로서 아래의 (특허문헌 2)에서 940℃ 온도로 135분간 유지하는 제1 단계(노말라이징에 해당함)와 700℃ 온도로 180분간 유지하는 제2 단계(템퍼링에 해당함) 사이에 600 ~ 680℃에서 3 ~ 10분간 유지하는 등온제어냉각 단계를 실시하도록 되어 있다.As another example, 600 to 680 between the first step (corresponding to normalizing) of maintaining at a temperature of 940° C. for 135 minutes in the following (Patent Document 2) and the second step of maintaining at a temperature of 700° C. for 180 minutes (corresponding to tempering) An isothermal controlled cooling step of maintaining at ℃ for 3 to 10 minutes is to be carried out.
상기 (특허문헌 1)은 미세 조직의 균일성 확보를 위해 오스테나이징과 제어냉각 및 템퍼링으로 이루어진 가공전 열처리에 오랜 시간이 소요되어 제조 비용의 증가 요인이 되었다.In the above (Patent Document 1), a long time is required for pre-processing heat treatment consisting of austenizing, controlled cooling and tempering in order to secure the uniformity of the microstructure, thereby increasing the manufacturing cost.
상기 (특허문헌 2)는 등온제어냉각 단계를 추가적으로 수행하여야 하고, 추가 공정에 소요되는 시간만큼 전체 공정시간이 늘어나게 된다. 또한 열처리로에 연속적으로 투입되는 소재들이 일정 간격을 두고 배치되어야 하나 실제 현장에서는 작업자의 숙련도에 따라 열처리로에 투입된 소재 간격이 일정하지 않기 때문에 등온제어냉각 공정을 거치더라도 미세 조직의 균일성 확보에 미흡한 문제점이 있다.In the above (Patent Document 2), an isothermal controlled cooling step must be additionally performed, and the total process time is increased by the time required for the additional process. In addition, the materials continuously input to the heat treatment furnace should be arranged at regular intervals, but in actual sites, the interval of materials input to the heat treatment furnace is not constant depending on the skill level of the operator. There are insufficient problems.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 복수 개의 열처리로를 연결한 연속식 열처리로가 설치된 열처리 설비를 이용하여 제1 목표온도에서 등온 가열하는 노말라이징과 제1 목표온도보다 낮은 제2 목표온도에서 등온 가열하는 템퍼링을 수행하는 열처리에 있어서, 노말라이징 실시할 때 상기 원소재에 대해 오스테나이트 단상에서 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 1차 상변태시키고, 다시 페라이트와 오스테나이트의 혼합상을 오스테나이트 단상으로 2차 상변태시키는 상변태 제어를 적어도 1회 실시함으로써 균일 핵생성에 의해 미세조직의 균질화를 확보하여 양품의 기어 합금강을 제조하고 가공전 열처리의 전체 공정시간을 단축할 수 있는 노말라이징 구간의 상변태 제어를 이용한 기어 합금강의 열처리 방법을 제공함에 있다.In order to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to perform normalizing isothermal heating at a first target temperature using a heat treatment facility installed with a continuous heat treatment furnace connecting a plurality of heat treatment furnaces, and a first target temperature. In the heat treatment for performing tempering isothermal heating at a low second target temperature, the raw material undergoes a primary phase transformation from an austenite single phase to a mixed phase of ferrite and austenite when normalizing is performed, and again the ferrite and austenite By performing the phase transformation control of secondary phase transformation of the mixed phase to the austenite single phase at least once, homogenization of the microstructure is ensured by uniform nucleation to produce high-quality gear alloy steel and shorten the overall process time of heat treatment before machining. An object of the present invention is to provide a heat treatment method for gear alloy steel using phase transformation control in the normalizing section.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노말라이징 구간의 상변태 제어를 이용한 기어 합금강의 열처리 방법은, 기어 합금강의 원소재를 가공전 열처리하기 위하여 복수 개의 열처리로를 연결한 연속식 열처리로가 설치된 열처리 설비를 이용하여 상변태 온도(Ac3)인 제1 목표온도에서 등온 가열하는 노말라이징과 제1 목표온도보다 낮은 제2 목표온도에서 등온 가열하는 템퍼링을 수행하는 열처리 방법에 있어서, 상기 원소재를 제1 목표온도로 가열하는 승온 가열 단계; 상기 원소재를 제1 목표온도로 유지시키기 위해 등온 가열하는 노말라이징 단계; 상기 열처리 설비의 냉각수 순환을 제어하여 상기 원소재를 제2 목표온도로 냉각시키는 제어냉각 단계; 상기 원소재를 제2 목표온도로 유지시키기 위해 등온 가열하는 템퍼링 단계를 포함하되, 상기 노말라이징 단계는 상기 원소재에 대해 오스테나이트 단상에서 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 1차 상변태시키고, 다시 페라이트와 오스테나이트의 혼합상을 오스테나이트 단상으로 2차 상변태시키는 상변태 제어를 적어도 1회 실시하는 것을 특징으로 한다.The heat treatment method of gear alloy steel using the phase transformation control of the normalizing section according to the present invention for achieving the above object is a heat treatment in which a continuous heat treatment furnace is installed in which a plurality of heat treatment furnaces are connected to heat treatment the raw material of the gear alloy steel before processing In the heat treatment method of performing normalizing isothermal heating at a first target temperature that is the phase transformation temperature (Ac3) using equipment and tempering isothermal heating at a second target temperature lower than the first target temperature, the raw material is first A heating step of heating to a target temperature; a normalizing step of isothermal heating to maintain the raw material at a first target temperature; a control cooling step of cooling the raw material to a second target temperature by controlling the cooling water circulation of the heat treatment facility; A tempering step of isothermal heating to maintain the raw material at a second target temperature, wherein the normalizing step is a primary phase transformation of the austenite single phase to a mixed phase of ferrite and austenite with respect to the raw material, and ferrite again It is characterized in that the phase transformation control for secondary phase transformation of the mixed phase of and austenite into a single austenite phase is performed at least once.
또한 상기 1차 상변태는 노말라이징에 대응하는 열처리로의 히터를 오프하여 상기 원소재를 자연 냉각시켜 제1 목표온도와 제2 목표온도 사이로 저하시키고, 상기 2차 상변태는 노말라이징에 대응하는 열처리로의 히터를 구동하여 상기 원소재를 제1 목표온도로 승온 가열하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the primary phase transformation, the heater of the heat treatment furnace corresponding to normalizing is turned off to naturally cool the raw material to decrease between the first target temperature and the second target temperature, and the secondary phase transformation is a heat treatment furnace corresponding to normalizing It is characterized in that by driving the heater of the heating and heating the raw material to a first target temperature.
또한 상기 노말라이징 단계는 상기 1차 및 2차 상변태를 포함한 전체 공정시간이 80~120분 실시되는 것을 특징으로 한다.In addition, the normalizing step is characterized in that the entire process time including the first and second phase transformation is performed for 80 to 120 minutes.
또한 상기 원소재는 상변태가 유발되는 합금강으로 크롬강(SCR), 크롬 몰리브덴강(SCM), 니켈 크롬 몰리브덴강(SNCM) 계열 강종 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the raw material is an alloy steel inducing phase transformation and is characterized in that it is any one of chromium steel (SCR), chromium molybdenum steel (SCM), and nickel chromium molybdenum steel (SNCM) series steel.
또한 상기 원소재는 SCR420 강종으로, 철(Fe)을 주성분으로 탄소(C) 0.18~0.23 중량%, 규소(Si) 0.15~0.35 중량%, 망간(Mn) 0.60~0.90 중량% , 인(P) ≤0.030 중량% , 황(S) ≤0.030 중량%, 니켈(Ni) ≤0.25 중량% , 크롬(Cr) 0.90~1.20 중량%를 함유하는 것을 특징으로 한다.In addition, the raw material is SCR420 steel, containing iron (Fe) as a main component, carbon (C) 0.18 to 0.23 wt%, silicon (Si) 0.15 to 0.35 wt%, manganese (Mn) 0.60 to 0.90 wt%, phosphorus (P) ≤0.030% by weight, sulfur (S) ≤0.030% by weight, nickel (Ni) ≤0.25% by weight, chromium (Cr) 0.90 to 1.20% by weight.
본 발명에 따르면 복수 개의 열처리로를 연결한 연속식 열처리로가 설치된 열처리 설비를 이용하여 노말라이징 실시할 때 원소재에 대해 오스테나이트 단상에서 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 1차 상변태시키고, 다시 페라이트와 오스테나이트의 혼합상을 오스테나이트 단상으로 2차 상변태시키는 상변태 제어를 적어도 1회 실시함으로써 균일 핵생성에 의해 미세조직의 균질화를 확보하여 양품의 기어 합금강을 제조할 수 있다.According to the present invention, when normalizing is performed using a heat treatment facility equipped with a continuous heat treatment furnace connecting a plurality of heat treatment furnaces, the raw material undergoes primary phase transformation from austenite single phase to a mixed phase of ferrite and austenite, and then again ferrite By performing the phase transformation control of secondary phase transformation of the mixed phase of and austenite to austenite single phase at least once, homogenization of the microstructure is ensured by uniform nucleation, and good quality gear alloy steel can be manufactured.
본 발명에 따르면 미세 조직의 균일성 확보를 위해 종래기술과 같이 등온제어냉각을 추가하지 않고, 노말라이징 구간에서 상변태 제어를 이용하므로 가공전 열처리의 전체 공정시간을 단축할 수 있다.According to the present invention, since the phase transformation control is used in the normalizing section without adding isothermal controlled cooling as in the prior art to ensure the uniformity of the microstructure, the entire process time of the heat treatment before machining can be shortened.
도 1은 기어 합금강의 현미경 조직을 나타낸 이미지로서, (a)와 (b)는 A등급과 B등급에 해당하고 등방의 미세조직이 형성된 양품의 경우이고, (c)와 (d)는 C등급과 D등급에 해당하고 밴드 형태의 미세조직이 형성된 불량의 경우이다.
도 2는 본 발명에 적용하는 기어 합금강의 열처리 설비를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 열처리 설비에 대한 제어 블록도이다.
도 4는 본 발명에 적용하는 SCR420 강종의 가열 및 냉각시 변태점의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 열처리 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열처리 방법을 설명하기 위한 공정 그래프이다.
도 7 (a)는 종래 기술의 열처리 방법에 의하여 제조된 원소재의 현미경 조직을 나타낸 확대 이미지이고, (b)는 본 발명에 따른 열처리 방법을 적용한 원소재의 현미경 조직을 나타낸 확대 이미지이다.1 is an image showing the microscopic structure of a gear alloy steel, (a) and (b) are grades A and B, and are good products with an isotropic microstructure, (c) and (d) are grade C It is a case of a defect that corresponds to grade D and a band-shaped microstructure is formed.
2 is a view for explaining a heat treatment facility for gear alloy steel applied to the present invention.
3 is a control block diagram of the heat treatment facility of FIG. 2 .
4 is a graph showing the change in transformation point during heating and cooling of SCR420 steel type applied to the present invention.
5 is a process flow diagram illustrating a heat treatment method according to the present invention.
6 is a process graph for explaining a heat treatment method according to the present invention.
7 (a) is an enlarged image showing the microscopic structure of the raw material manufactured by the heat treatment method of the prior art, (b) is an enlarged image showing the microscopic structure of the raw material to which the heat treatment method according to the present invention is applied.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명함으로써 본 발명을 설명한다. 도 2는 본 발명에 적용하는 기어 합금강의 열처리 설비를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2의 열처리 설비에 대한 제어 블록도이다.Hereinafter, the present invention will be described by describing embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. 2 is a view for explaining a heat treatment facility for gear alloy steel applied to the present invention, Figure 3 is a control block diagram for the heat treatment facility of FIG.
자동차 변속기용 기어 제조방법은 크게 원소재의 소재절단 → 열간(냉간) 단조 → 상온까지 공냉 → 가공전 열처리(노멀라이징 또는 어닐링) → 가공(셰이빙과 호빙) → 침탄 열처리 → 후가공 공정을 거쳐 최종 제조된다.The gear manufacturing method for automobile transmission is largely manufactured through raw material cutting → hot (cold) forging → air cooling to room temperature → heat treatment before machining (normalizing or annealing) → machining (shaving and hobbing) → carburizing heat treatment → post machining process. .
본 발명은 노말라이징 실시할 때 원소재에 대해 오스테나이트 단상에서 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 1차 상변태시키고, 다시 페라이트와 오스테나이트의 혼합상을 오스테나이트 단상으로 2차 상변태시키는 상변태 제어를 적어도 1회 실시함으로써 균일 핵생성에 의해 미세조직의 균질화를 확보하여 양품의 기어 합금강을 제조할 수 있는 개선된 열처리 방법을 제시한다.The present invention performs at least a phase transformation control of primary phase transformation of the austenite single phase to a mixed phase of ferrite and austenite for the raw material when normalizing is performed, and then secondary phase transformation of the mixed phase of ferrite and austenite to an austenite single phase. We present an improved heat treatment method capable of manufacturing good-quality gear alloy steel by ensuring homogenization of microstructure by uniform nucleation by performing once.
본 발명의 실시예에서 가공전 열처리에 적용하는 열처리 설비는, 도 2에 도시된 바와 같이, 원소재의 취급 공정에 따라 A구간(소재 장입), B구간(노말라이징), C구간(제어냉각), D구간(템퍼링), E구간(소재 반출)으로 구분된다. 5개 구간에서 작업자에 의해 수행되는 A구간과 E구간을 제외한 3개 구간(B구간, C구간, D구간)은 복수 개의 열처리로(F1~F11)를 연결한 연속식 열처리로에서 실시된다. B구간에 1번 열처리로 내지 5번 열처리로(F11~F15)가 배정되고, C구간에 6번 열처리로와 7번 열처리로(F6~F7)가 배정되며, D구간에 8번 열처리로 내지 11번 열처리로(F8~F11)가 배정된다.In the embodiment of the present invention, the heat treatment equipment applied to the pre-processing heat treatment is, as shown in FIG. 2, section A (material charging), section B (normalizing), section C (controlled cooling) according to the handling process of raw materials ), section D (tempering), and section E (exporting material). The three sections (section B, section C, section D) except section A and section E performed by the operator in the five sections are carried out in a continuous heat treatment furnace that connects a plurality of heat treatment furnaces (F1 to F11). Heat treatment furnaces 1 to 5 (F11 to F15) are assigned to section B, heat treatment furnace 6 and heat treatment furnace 7 (F6 to F7) are assigned to section C, and heat treatment furnace 8 to section D No. 11 heat treatment furnace (F8~F11) is assigned.
도 3을 참고하여, 이러한 열처리 설비에서의 열처리 공정은 열처리로 제어부(10)에 의해 전반적인 제어 동작이 이루어진다. 연속식 열처리로 제어부(10)는 히터 구동부(11)를 통하여 열처리로(F1~F11)에 설치된 열처리로 히터(12)에 대한 동작을 제어할 수 있다. 즉, 히터 동작에 의해 해당 열처리로에서의 분위기 온도를 조절할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the overall control operation of the heat treatment process in the heat treatment facility is performed by the heat
열처리로 온도 측정부(13)는 복수 개의 열처리로(F1~F11)에 설치된 열처리로 히터(12)에 의해 가열되는 분위기 온도를 측정하여 연속식 열처리로 제어부(10)에 인가한다. The heat treatment furnace
히터 동작에만 의존하지 않고 열처리로 분위기 온도를 급속히 감소시키기 위해 복수 개의 열처리로(F1~F11)에는 열처리로에 내장된 냉각파이프의 중도에 냉각수의 흐름을 단속하는 냉각수 순환밸브(15)가 설치된다.In order to rapidly reduce the ambient temperature of the heat treatment furnace without depending on the operation of the heater, a cooling
연속식 열처리로 제어부(10)는 냉각수 순환밸브 구동부(14)를 통하여 냉각수 순환밸브(15)에 대한 동작을 제어할 수 있다. 즉 냉각수 순환밸브(15)를 열어 냉각수를 순환시키는 동안 열처리로의 분위기 온도를 감소시킬 수 있다.The continuous heat treatment
이와 같이 연속식 열처리로 제어부(10)는 열처리로 히터(12)와 냉각수 순환밸브(15)에 대한 제어 동작을 통하여 복수 개의 열처리로(F1~F11)의 분위기 온도를 제어할 수 있다.As described above, the continuous heat treatment
실시예에서 자동차 변속기용 기어 합금강의 원소재는 상변태가 유발되는 합금강으로 크롬강(SCR), 크롬 몰리브덴강(SCM), 니켈 크롬 몰리브덴강(SNCM) 계열 강종 중 어느 하나를 사용할 수 있다.In the embodiment, the raw material of the gear alloy steel for an automobile transmission is an alloy steel that induces phase transformation, and any one of chromium steel (SCR), chromium molybdenum steel (SCM), and nickel chromium molybdenum steel (SNCM) series may be used.
아래의 [표1]에서 SCR420 강종이 원소재로 선정되는 경우, 철(Fe)을 주성분으로 하여 탄소(C) 0.18~0.23 중량%, 규소(Si) 0.15~0.35 중량%, 망간(Mn) 0.60~0.90 중량% , 인(P) ≤0.030 중량% , 황(S) ≤0.030 중량%, 니켈(Ni) ≤0.25 중량% , 크롬(Cr) 0.90~1.20 중량% 이 함유된다.In [Table 1] below, when SCR420 steel grade is selected as a raw material, with iron (Fe) as the main component, carbon (C) 0.18 to 0.23 wt%, silicon (Si) 0.15 to 0.35 wt%, manganese (Mn) 0.60 ~0.90% by weight, phosphorus (P) ≤0.030% by weight, sulfur (S) ≤0.030% by weight, nickel (Ni) ≤0.25% by weight, chromium (Cr) 0.90 to 1.20% by weight is contained.
KS/JIS
KS/JIS
도 4에 도시된 바와 같이 SCR420 강종은 C(탄소) 함량이 0.8중량% 이하인 아공석강(hypoeutectoid steel)으로서, 급속 가열시 공석반응이 일어나는 상변태 온도(AC1)는 740℃ 이고 오스테나이트 단상으로 변태하는 상변태 온도(AC3)는 829.3℃ 이다.As shown in Figure 4, SCR420 steel type is a hypoeutectoid steel having a C (carbon) content of 0.8 wt% or less, and the phase transformation temperature (AC1) at which the eutectic reaction occurs during rapid heating is 740 ° C. The phase transformation temperature (AC3) is 829.3°C.
노말라이징은 오스테나이트 단상으로 변태된 원소재를 일정 시간 등온 가열한다. 금속소재의 상형성시 균일 핵생성(homogeneous nucleation)과 불균일 핵생성(heterogeneous nucleation)은 상변태 속도에 의해 결정되기 때문에 균일 핵생성을 유도하는 열처리가 필요하고, 노말라이징 구간에서 상변태 횟수가 많을수록 소재의 조직 균일도가 올라간다. 예를 들어 오스테나이트 단상에서 온도 저하로 인해 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 상변태시킨 후 승온 가열하여 다시 페라이트와 오스테나이트의 혼합상에서 오스테나이트 단상으로 상변태시키는 변태 과정을 실시함으로서 조직 균일도를 높일 수 있다. 이하에서 본 발명에 따른 열처리 방법을 도 5 및 도 6에 따라 상세히 설명한다.Normalizing is isothermal heating of a raw material transformed into an austenite single phase for a certain period of time. Since homogeneous nucleation and heterogeneous nucleation are determined by the phase transformation rate during phase formation of metal materials, heat treatment to induce uniform nucleation is required. Increases tissue uniformity. For example, the uniformity of the structure can be improved by performing a transformation process in which the austenite single phase is transformed into a mixed phase of ferrite and austenite due to the temperature drop, then heated to an elevated temperature and then again phase transformed from the mixed phase of ferrite and austenite to an austenite single phase. . Hereinafter, a heat treatment method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6 .
도 5를 참고하면, 현장 작업자가 기계 장비를 이용하여 연속식 열처리부(12)의 입구에 배치된 제1 열처리로(F1)에 자동차 변속기용 기어 합금강의 원소재를 장입한다(S10). 장입된 원소재는 컨베이어 시스템을 통하여 열처리 설비의 이송 경로를 따라 운반되어 연속적인 열처리가 실시된다. Referring to FIG. 5 , a field worker uses mechanical equipment to load the raw material of the gear alloy steel for an automobile transmission into the first heat treatment furnace F1 disposed at the inlet of the continuous heat treatment unit 12 ( S10 ). The charged raw material is conveyed along the transport path of the heat treatment facility through the conveyor system, and continuous heat treatment is performed.
원소재는 상변태가 유발되는 합금강으로 크롬강(SCR), 크롬 몰리브덴강(SCM), 니켈 크롬 몰리브덴강(SNCM) 계열 강종 중 어느 하나를 사용할 수 있다. 예를 들어 SCR420 강종이 원소재로 선정될 수 있다.The raw material is an alloy steel that induces phase transformation, and any one of chromium steel (SCR), chromium molybdenum steel (SCM), and nickel chromium molybdenum steel (SNCM) series may be used. For example, SCR420 steel may be selected as the raw material.
연속식 열처리로 제어부(10)는 노말라이징에 해당하는 B구간 열처리로(F1~F5)에 해당하는 히터를 구동하여 승온가열을 실시한다. 장입된 원소재가 B구간의 입구에 설치된 1번 열처리로(F1)를 거쳐 이송되는 경우 1번 열처리로(F1)의 가열온도를 설정하여 원소재를 제1목표온도로 승온 가열시킨다. 승온가열 공정에서 열처리로에 장입된 원소재의 상변태 온도(Ac3)인 제1 목표온도(T1)에 도달된다(S20).The continuous heat treatment
승온 가열시 원소재가 100% 오스테나이트 단상으로 바뀌는 제1 목표온도(T1)에 도달하면 노말라이징을 실시한다.Normalizing is performed when the raw material reaches the first target temperature (T1) at which the raw material changes to 100% austenite single phase during heating at elevated temperature.
도 6에 도시된 바와 같이 노말라이징 구간은 1차 등온가열 구간(E1), 자연냉각 구간(E2), 승온가열 구간(E3), 2차 등온가열 구간(E4)으로 이루어진 4개 구간으로 구분된다. As shown in Figure 6, the normalizing section is divided into four sections consisting of a first isothermal heating section (E1), a natural cooling section (E2), an elevated temperature heating section (E3), and a second isothermal heating section (E4). .
1차 등온가열 구간(E1)은 제1 목표온도(T1)에서 일정 시간 동안 등온 가열하는 것으로, 연속식 열처리로 제어부(10)는 B구간 열처리로(F1~F5)에 해당하는 히터를 구동하여 1차 등온가열을 실시하는데, 여기서 이송되는 원소재가 B구간에 설치된 2번 열처리로(F2)를 거쳐 이송되는 경우 2번 열처리로(F2)의 가열온도를 설정하여 원소재가 제1 목표온도(T1)를 일정 시간 동안 유지시킨다(S30). The primary isothermal heating section (E1) is to isothermal heating for a predetermined time at the first target temperature (T1), and the continuous heat treatment
자연냉각 구간(E2)은 상변태 온도(Ac3)인 제1 목표온도(T1)에서 등온 가열되어 오스테나이트 단상이 형성된 원소재에 대해 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 1차 상변태시키는 공정에 해당한다. 이를 위해 연속식 열처리로 제어부(10)는 B구간 열처리로(F1~F5)에 해당하는 히터를 구동하여 자연냉각을 실시하는데, 여기서 이송되는 원소재가 B구간에 설치된 3번 열처리로(F3)를 거쳐 이송되는 경우 3번 열처리로(F3)의 히터를 오프하여 원소재를 자연냉각시킨다. 자연냉각 구간(E2)에서 온도 저하되어 100% 오스테나이트 단상이 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 1차 상변태가 일어난다. 이때 원소재에 대한 온도 저하가 과도하면 페라이트와 세멘타이트의 혼합상으로 변화하여 조직 균질화에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 연속식 열처리로 제어부(10)는 열처리로 온도 측정부(13)로부터 인가받은 온도에 따라 자연냉각 구간(E2)의 지속 시간을 제어할 수 있다. 즉 연속식 열처리로 제어부(10)는 자연 냉각되는 원소재에 대해 제1 목표온도(T1)와 제2 목표온도(T2) 사이로 온도 저하시키도록 하되, 페라이트와 오스테나이트의 혼합상을 형성하는 온도로 저하시킨다(S40).The natural cooling section E2 corresponds to a process of primary phase transformation into a mixed phase of ferrite and austenite for a raw material in which an austenite single phase is formed by isothermal heating at the first target temperature T1, which is the phase transformation temperature Ac3. To this end, the continuous heat treatment
승온가열 구간(E3)은 자연냉각이 완료되어 2차 상변태를 실시하는 공정으로, 온도 저하로 인해 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 상변태된 원소재를 대상으로 상변태 온도(Ac3)인 제1 목표온도(T1)로 다시 승온 가열시키는 공정이다. 이를 위해 연속식 열처리로 제어부(10)는 B구간 열처리로(F1~F5)에 해당하는 히터를 구동하여 승온가열을 실시하는데, 여기서 이송되는 원소재가 B구간에 설치된 4번 열처리로(F4)를 거쳐 이송되는 경우 4번 열처리로(F4)의 히터를 구동하여 원소재를 승온가열시킨다. 승온가열에서 제1 목표온도(T1)에 도달하여 페라이트와 오스테나이트의 혼합상은 오스테나이트 단상으로 바뀌어 2차 상변태가 일어난다(S50).The heating section (E3) is a process for performing secondary phase transformation after natural cooling is completed, and the first target temperature, which is the phase transformation temperature (Ac3) (T1) It is a process of raising the temperature again and heating. To this end, the continuous heat treatment
2차 등온가열 구간(E4)은 2차 상변태에 의해 오스테나이트 단상으로 변화된 원소재에 대해 제1 목표온도(T1)에서 노말라이징 구간의 남아있는 잔여 시간 동안 등온 가열하는 것으로, 연속식 열처리로 제어부(10)는 B구간 열처리로(F1~F5)에 해당하는 히터를 구동하여 2차 등온가열을 실시하는데, 여기서 이송되는 원소재가 B구간에 설치된 5번 열처리로(F5)를 거쳐 이송되는 경우 5번 열처리로(F5)의 가열온도를 설정하여 원소재가 제1 목표온도(T1)를 일정 시간 동안 유지시킨다(S60). The second isothermal heating section (E4) is to isothermal heating for the remaining time remaining in the normalizing section at the first target temperature (T1) for the raw material changed to the austenite single phase by the second phase transformation, the control unit of the continuous heat treatment furnace In (10), the second isothermal heating is performed by driving the heaters corresponding to the B section heat treatment furnaces (F1 to F5). By setting the heating temperature of the fifth heat treatment furnace (F5), the raw material maintains the first target temperature (T1) for a predetermined time (S60).
노말라이징은 일반적인 열처리에서 적용하는 공정시간을 동일하게 적용할 수 있다. 예시한 바와 같이, 본 발명의 노말라이징은 1차 등온가열 구간(E1), 1차 상변태가 일어나는 자연냉각 구간(E2), 2차 상변태가 일어나는 승온가열 구간(E3), 및 2차 등온가열 구간(E4)을 포함하여 전체 공정시간이 110분 동안 실시된다. 이와 같이 노말라이징을 실시하는 전체 공정시간을 연장시키지 않으면서 상변태 제어를 통하여 미세조직의 균질화를 확보할 수 있다. 여기서 노말라이징 구간의 전체 공정시간이 110분으로 특정될 필요는 없으며, 즉 공정 조건에 따라 노말라이징 구간의 전체 공정시간은 80~120분으로 설정할 수 있다. 노말라이징 구간이 120분을 초과할 경우 원소재의 그레인(grain)이 과도하게 성장함에 의해 후속되는 냉각 공정에서 상변태가 억제될 수 있기 때문에, 노말라이징 구간을 지나치게 길게 설정하지 않는 것이 바람직하다.For normalizing, the same process time applied in general heat treatment can be applied. As illustrated, the normalizing of the present invention is a primary isothermal heating section (E1), a natural cooling section (E2) in which the first phase transformation occurs, a heating heating section in which the secondary phase transformation occurs (E3), and a secondary isothermal heating section The entire process time including (E4) is carried out for 110 minutes. As described above, it is possible to secure the homogenization of the microstructure through the phase transformation control without extending the overall process time for performing the normalizing. Here, the total process time of the normalizing section does not need to be specified as 110 minutes, that is, the total process time of the normalizing section may be set to 80 to 120 minutes depending on process conditions. When the normalizing section exceeds 120 minutes, it is preferable not to set the normalizing section too long because the grains of the raw material are excessively grown to suppress the phase transformation in the subsequent cooling process.
도 7 (a)는 종래 기술의 열처리 방법에 의하여 제조된 원소재의 현미경 조직을 나타낸 확대 이미지로서, 가공전 열처리에서 일반적인 노말라이징을 적용함에 따라 밴드 형태의 조직이 형성된 것으로 도 1 (c)의 C등급 불량에 해당한다. 한편, 본 발명에 따른 노말라이징을 적용한 원소재의 현미경 조직은 도 7 (b)의 확대 이미지에서 나타낸 바와 같이 균일 핵생성에 의해 미세조직의 균질화가 충분하게 이루어진 것을 확인할 수 있다. 7 (a) is an enlarged image showing the microscopic structure of the raw material manufactured by the heat treatment method of the prior art, in which a band-shaped structure is formed by applying general normalizing in the heat treatment before processing. It is grade C defective. On the other hand, as shown in the enlarged image of FIG. 7 (b), the microscopic structure of the raw material to which normalizing according to the present invention is applied can be confirmed that the microstructure is sufficiently homogenized by uniform nucleation.
상술한 바와 같이 실시예에 따르면 연속식 열처리로가 설치된 열처리 설비를 이용하여 노말라이징 실시할 때 원소재에 대해 오스테나이트 단상에서 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 1차 상변태시키고, 다시 페라이트와 오스테나이트의 혼합상을 오스테나이트 단상으로 2차 상변태시키는 상변태 제어를 적어도 1회 실시함으로써 균일 핵생성에 의해 미세조직의 균질화를 확보하여 양품의 기어 합금강을 제조할 수 있다. 또한 본 발명에 따르면 미세 조직의 균일성 확보를 위해 종래기술과 같이 등온제어냉각을 추가하지 않고, 노말라이징 구간에서 상변태 제어를 이용하므로 가공전 열처리의 전체 공정시간을 단축할 수 있다.As described above, according to the embodiment, when normalizing is performed using a heat treatment facility equipped with a continuous heat treatment furnace, primary phase transformation is performed from the austenite single phase to a mixed phase of ferrite and austenite for the raw material, and again ferrite and austenite By performing the phase transformation control of secondary phase transformation of the mixed phase of the austenite to a single phase at least once, homogenization of the microstructure is ensured by uniform nucleation, and a good-quality gear alloy steel can be manufactured. In addition, according to the present invention, since the phase transformation control is used in the normalizing section without adding isothermal controlled cooling as in the prior art to ensure the uniformity of the microstructure, the entire process time of the heat treatment before machining can be shortened.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The above description of the present invention is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be.
10 : 연속식 열처리로 제어부
11 : 히터 구동부
12 : 열처리로 히터
13 : 열처리로 온도 측정부
14 : 냉각수 순환밸브 구동부
15 : 냉각수 순환밸브
16 : 냉각수 온도 측정부10: continuous heat treatment furnace control unit
11: heater driving unit
12: heat treatment furnace heater
13: heat treatment furnace temperature measurement unit
14: cooling water circulation valve driving part
15: coolant circulation valve
16: coolant temperature measuring unit
Claims (5)
상기 원소재를 제1 목표온도로 가열하는 승온 가열 단계;
상기 원소재를 제1 목표온도로 유지시키기 위해 등온 가열하는 노말라이징 단계;
상기 열처리 설비의 냉각수 순환을 제어하여 상기 원소재를 제2 목표온도로 냉각시키는 제어냉각 단계;
상기 원소재를 제2 목표온도로 유지시키기 위해 등온 가열하는 템퍼링 단계를 포함하되,
상기 노말라이징 단계는 상기 원소재에 대해 오스테나이트 단상에서 페라이트와 오스테나이트의 혼합상으로 1차 상변태시키고, 다시 페라이트와 오스테나이트의 혼합상을 오스테나이트 단상으로 2차 상변태시키는 상변태 제어를 적어도 1회 실시하는 것을 특징으로 하는 노말라이징 구간의 상변태 제어를 이용한 기어 합금강의 열처리 방법.Normalizing and isothermal heating at the first target temperature, which is the phase transformation temperature (Ac3), using a heat treatment facility equipped with a continuous heat treatment furnace connecting a plurality of heat treatment furnaces to heat treatment the raw material of the gear alloy steel before machining, and the first target temperature In the heat treatment method of performing tempering isothermal heating at a lower second target temperature,
a heating step of heating the raw material to a first target temperature;
a normalizing step of isothermal heating to maintain the raw material at a first target temperature;
a control cooling step of cooling the raw material to a second target temperature by controlling the cooling water circulation of the heat treatment facility;
A tempering step of isothermal heating to maintain the raw material at a second target temperature,
In the normalizing step, the primary phase transformation of the austenite single phase to the mixed phase of ferrite and austenite for the raw material, and the secondary phase transformation of the mixed phase of ferrite and austenite to the austenite single phase is performed at least once Heat treatment method of gear alloy steel using phase transformation control in the normalizing section, characterized in that carried out.
상기 1차 상변태는 노말라이징에 대응하는 열처리로의 히터를 오프하여 상기 원소재를 자연 냉각시켜 제1 목표온도와 제2 목표온도 사이로 저하시키고,
상기 2차 상변태는 노말라이징에 대응하는 열처리로의 히터를 구동하여 상기 원소재를 제1 목표온도로 승온 가열하는 것을 특징으로 하는 노말라이징 구간의 상변태 제어를 이용한 기어 합금강의 열처리 방법.According to claim 1,
In the primary phase transformation, the heater of the heat treatment furnace corresponding to normalizing is turned off to naturally cool the raw material to lower it to between the first target temperature and the second target temperature,
The secondary phase transformation is a heat treatment method of a gear alloy steel using phase transformation control of a normalizing section, characterized in that by driving a heater of a heat treatment furnace corresponding to normalizing to heat the raw material to a first target temperature.
상기 노말라이징 단계는 상기 1차 및 2차 상변태를 포함한 전체 공정시간이 80~120분 실시되는 것을 특징으로 하는 노말라이징 구간의 상변태 제어를 이용한 기어 합금강의 열처리 방법.3. The method of claim 2,
The normalizing step is a heat treatment method of gear alloy steel using phase transformation control in the normalizing section, characterized in that the total process time including the primary and secondary phase transformation is performed for 80 to 120 minutes.
상기 원소재는 상변태가 유발되는 합금강으로 크롬강(SCR), 크롬 몰리브덴강(SCM), 니켈 크롬 몰리브덴강(SNCM) 계열 강종 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 노말라이징 구간의 상변태 제어를 이용한 기어 합금강의 열처리 방법.According to claim 1,
The raw material is an alloy steel that induces phase transformation, and is a gear alloy steel using phase transformation control in the normalizing section, characterized in that it is any one of chromium steel (SCR), chromium molybdenum steel (SCM), and nickel chromium molybdenum steel (SNCM) series steel. heat treatment method.
상기 원소재는 SCR420 강종으로, 탄소(C) 0.18~0.23 중량%, 규소(Si) 0.15~0.35 중량%, 망간(Mn) 0.60~0.90 중량%, 인(P) 0.030 중량% 이하, 황(S) 0.030 중량% 이하, 니켈(Ni) 0.25 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.90~1.20 중량%, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 함유하는 것을 특징으로 하는 노말라이징 구간의 상변태 제어를 이용한 기어 합금강의 열처리 방법.5. The method of claim 4,
The raw material is SCR420 steel, carbon (C) 0.18 to 0.23 wt%, silicon (Si) 0.15 to 0.35 wt%, manganese (Mn) 0.60 to 0.90 wt%, phosphorus (P) 0.030 wt% or less, sulfur (S) ) 0.030% by weight or less, nickel (Ni) 0.25% by weight or less, chromium (Cr) 0.90 to 1.20% by weight, remaining iron (Fe) and other unavoidable impurities. Gears using phase transformation control in the normalizing section Heat treatment method of alloy steel.
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