KR19990029490A - 열처리부재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

공정수, 시간, 설비를 절감할 수 있고, 필요한 내마모성(딱딱함) 및 강도와 인성이 확보되는 열처리부재의 제조방법을 제공한다. 탄소량이 0.05~0.30중량%의 저탄소계의 붕소강으로 이루어진 재료를 소정의 형상으로 성형하여 소재로 하는 공정과 그 소재에 담금질만으로 이루어진 열처리를 행하는 공정으로 이루어진 열처리부재의 제조방법이다.

Description

열처리부재의 제조방법
본 발명은 열처리부재의 제조방법에 관한 것이다.
철강부재(鐵鋼部材)는 압연의 것 그대로 사용되는 것도 있지만, 내마모성(딱딱함), 강도, 인성이 요구되는 부재는 열처리를 행하여 사용된다. 이와 같이, 열처리를 행하여 사용되는 철강부재를 열처리부재(熱處理部材)라고 한다. 열처리부재의 대표적인 것으로서는 파워 셔블(power shovel) 및 불도저(bulldozer) 등의 건설기계의 무한궤도띠에 사용되는 밟음판, 링크, 핀, 부시 및 불도저등의 건설기계 및 제설기계에 사용되는 날끝 등이 있고, 그 외 각종 산업기계에 사용되는 기계구조용 부품의 대부분은 열처리부재이다.
종래의 열처리부재의 제조방법은 도2에 표시한 바와 같이, 철강재료를 소정의 형상으로 성형하여 소재를 성형하는 공정(11)과, 소재에 열처리를 행하는 공정(12)으로 구성되고, 열처리는 「담금질(quenching)」이라고 말하는 공정과 「뜨임(tempering)」이라고 말하는 공정과의 2공정으로 되고, 담금질과 뜨임은 반드시 짝을 이루도록 되어 있다.
담금질과 뜨임의 2공정의 열처리가 필요한 이유는 다음과 같다.
일반적으로, 열처리부재에서는 내마모성(딱딱함) 및 강도와 인성과는 서로 반대하는 특성이다. 담금질만으로는 내마모성(딱딱함) 및 강도는 대폭 향상하지만, 인성은 현저하게 낮아진다. 「담금질」이라고 하는 열처리 후에 「뜨임」이라고 하는 열처리를 행하는 것에 의해서 담금질 그대로의 것에 비교해서 내마모성(딱딱함) 및 강도는 약간 감소하지만, 인성이 대폭적으로 향상하고, 필요한 내마모성(딱딱함) 및 강도와 인성이 확보된다. 즉, 담금질과 뜨임의 2공정의 열처리를 행하지 않는다면 필요한 내마모성(딱딱함) 및 강도와 인성은 확보되지 않는다.
그러나, 종래의 열처리부재의 제조방법에는 다음과 같은 문제가 있었다.
열처리에서 담금질과 뜨임의 2공정이 필요하므로 공정수, 시간, 설비가 커지게 되고 비용상승을 초래한다.
담금질과 뜨임의 어느 한쪽을 단순하게 생략한다면, 필요한 내마모성(딱딱함) 및 강도와 인성 중의 어느것인가가 확보되지 못하게 된다.
본 발명의 목적은 공정수, 시간, 설비가 종래의 열처리에 비교해서 절감되고, 게다가 필요한 내마모성(딱딱함) 및 강도와 인성이 확보되는 열처리부재의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하는 본 발명은 다음과 같다.
탄소량이 0.05~0.30 중량%의 저탄소계의 붕소강(boron steel)으로 이루어진 재료를 소정의 형상으로 성형하여 소재로 하는 공정과, 그 소재에 담금질만으로 이루어진 열처리를 행하는 공정으로 이루어진 열처리부재의 제조방법이다.
상기한 본 발명의 열처리부재의 제조방법에서는 열처리를 행하는 공정에 있어서 소재에 담금질만으로 이루어진 열처리를 행함으로써, 종래의 담금질과 뜨임의 2공정으로 이루어진 열처리에 비교해서 뜨임의 공정이 생략되어 있고, 뜨임의 공정만큼 공정수, 시간이 절감되던가 뜨임의 설비가 불필요하게 되어, 그 결과 열처리부재의 제조비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 열처리부재의 제조방법에서는 뜨임공정이 없어도 필요한 내마모성(딱딱함) 및 강도와 인성이 확보된다. 그 이유는 다음과 같다.
탄소(합금)강에서는 중탄소(합금)강(탄소량이 0.30중량%~0.50중량%)의 경우, 담금질 그대로의 금속조직은 중탄소마텐자이트(martensite)이다. 이 중탄소마텐자이트 조직은 딱딱함 및 강도는 높지만 인성이 낮다. 저온(약 200℃이하의 온도)에서 뜨임을 행하면 중탄소마텐자이트는 (저탄소마텐자이트+탄화물)로 되어서, 딱딱함 및 강도는 약간 저하하지만 인성이 향상되어 열처리부재로서 사용이 가능하게 된다. 한편, 저탄소(합금)강(탄소량이 0.30중량%이하)의 경우, 담금질후 저온(약 200℃이하의 온도)에서 뜨임을 행한 때의 금속조직은 저탄소마텐자이트 단일조직으로 되어서, 딱딱함 및 강도와 인성도 확보되어 열처리부재로서 사용이 가능하다.
여기에서, 저탄소(합금)강에 있어서, 담금질 그대로에서 금속조직을 조사하면 저탄소마텐자이트만이 있고, 담금질후 저온뜨임을 행한 것과 금속조직이 동일하게 되고, 딱딱함, 강도, 인성도 담금질후 저온뜨임을 행한 것과 같거나 거의 같은 것이 판명된다. 본 발명에서는 저탄소(합금)강을 사용하는 것에 의해 딱딱함, 강도, 인성을 실질적으로 저하시키지 않고 열처리에 있어서 저온뜨임공정을 생략하고 있다.
탄소량을 0.05중량%~0.30중량%로 하는 이유는, 0.05중량%보다 작게 한다면 담금질에서 생성되는 저탄소마텐자이트안의 탄소량이 적어지기 때문에 소정의 딱딱함, 강도가 얻어지지 않게 되고, 또한 0.30중량%보다 크게하면 담금질에서 생성되는 금속조직은 중탄소마텐자이트로 되고, 인성이 낮아져서 뜨임이 필요하게 되기 때문이다. 탄소량이 0.30중량% 근방에서는 저탄소(합금)강과 중탄소(합금)강의 쌍방의 담금질 조직으로 됨으로서 담금질 그대로에서 저탄소마텐자이트 단일조직만이 생성되도록 하기 위해서는 탄소량을 0.05중량%~0.279중량%로 하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.20~0.26중량%로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 저탄소강에서는 붕소를 0.0001~0.0100중량% 첨가하고 있다. 붕소를 첨가하는 이유는 담금질성의 확보 및 높은 경도영역에 있어서의 인성 확보때문이다. 담금질성에 대해서 설명하면 저탄소강에서는 담금질공정에서 열처리부재의 심부(芯部)까지 경화된다고 하는 문제가 있으므로, 붕소를 0.0001~0.0100중량%, 더욱 바람직하게는 0.0005~0.0030중량% 첨가하여 필요한 담금질성을 확보한다. 이것에 의하여, 고주파 담금질과 같이 표면층만을 담금질경화하는 경우뿐만 아니라, 심부까지 담금질경화할 필요가 있는 일반적인 열처리부재에도 본 발명 방법을 적용할 수가 있다.
대형의 열처리부재에서 붕소만으로는 필요한 담금질성을 확보하기가 곤란한 경우에는 붕소에 더하여 담금질성을 향상시키기 위한 다른 원소(성분)인 Mn, Cr, Mo 등을 첨가하여도 좋다.
붕소를 첨가하는 두 번째 이유는 높은 경도영역(HRC40 정도이상)에 있어서의 인성 확보이다.
이상에서와 같이, 소재에 저탄소계의 붕소강을 사용하는 것에 의해서 담금질만으로(뜨임을 행하지 않고도) 필요한 딱딱함, 강도, 인성을 확보할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 열처리부재의 제조방법의 작업공정도이다.
도 2는 종래의 열처리부재의 제조방법의 작업공정도이다.
도 3은 무한궤도띠의 일부의 사시도이다.
도 4는 건설기계의 사시도이다.
도 5는 제설기계의 사시도이다.
-도면의 주요부분에 대한 부호의 설명-
1 … 소재의 성형공정
2 … (뜨임공정을 포함하지 않은)열처리공정
20 … 무한궤도띠 21 … 밟음판
22 … 링크 23 … 핀
24 … 부시(bush) 30 … 건설기계
31 … 건설기계 및 제설기계에 사용되는 날끝
32 … 제설기계(除雪機械)
본 발명의 실시예의 열처리부재의 제조방법은 도1에 표시한 바와 같이, 탄소량이 0.05~0.30중량%, 붕소량이 0.0001~0.0100중량%의 저탄소계 붕소강(표1에 표시한 실시예의 경우는 붕소에 더하여 1.0중량% 정도의 망간이 첨가되어 있으므로, 저탄소계 망간·붕소강으로도 불린다)으로 이루어진 재료를 소정의 형상으로 성형하여 소재로 하는 공정(1)과, 그 소재에 담금질만으로 이루어진 열처리를 행하는 공정(2)로 이루어진다.
소재의 저탄소계 붕소강의 탄소량은 0.15~0.279중량%인 것이 보다 바람직하다. 더욱 바람직하게는 소재의 저탄소계 붕소강의 탄소량은 0.20~0.26중량%이다. 또한 소재의 저탄소계 붕소강의 붕소량은 0.0001~0.0100중량%, 바람직하게는 0.0005~0.0030중량%이다.
소재의 조성은 표1에 표시한 바와 같다.
재료의 소재로의 성형은 압연(壓延), 단조(鍛造), 주조(鑄造) 등의 성형방법의 어느 것에 의하여도 좋다.
열처리부재의 대표적인 것으로는 도3에 표시한 파워 셔블 및 불도저 등의 건설기계의 무한궤도띠(20)에 사용되는 밟음판(21), 링크(22), 핀(23), 부시(24) 및 도4에 표시한 불도저 등의 건설기계(30) 및 도5에 표시한 제설도저 등의 제설기계(32)에 사용되는 날끝(31)등이 있고, 그 외 각종 산업기계에 사용되는 기계구조용 부품의 대다수는 열처리부재이다. 또한, 성형은 열처리부재의 성형에서의 성형이다.
열처리공정(2)이 담금질공정만으로 이루어진다고 하는 것은, 열처리공정(2)이 담금질공정을 포함하지만 뜨임공정(저온뜨임공정 또는 고온뜨임공정)을 포함하지 않는 것을 의미한다. 즉, 소재를 담금질한 그대로 열처리부재로서 사용한다.
담금질은 종래의 저탄소(합금)강의 담금질과 동일하다. 즉, 담금질은 상기한 소재를 Ac3변태점이상의 온도(예를 들면 약 900℃)로 가열하여 균일한 오스테나이트(austenite) 조직으로 하고, 가열직후에 상기한 소재를 약 200℃이하까지 급랭(急冷)하는 것에 의해 행해진다.
이 담금질한 그대로의 소재의 표면부근의 완전담금질부의 금속조직은 저탄소마텐자이트 단일조직이고, 이 완전담금질부의 품질특성(기계적 특성)은 표2에 표시한 바와 같이, 딱딱함이 HRC42~49, 강도가 135~155㎏/㎟, 인성이 샤르피(charpy) 충격값으로 7~10㎏·m/㎠ 이다.
본 발명의 구체적인 실시예로서 파워 셔블 및 불도저 등의 건설기계의 무한궤도띠(20)에 사용되는 밟음판(21), 또한 불도저 등의 건설기계(30) 및 제설기계(32)에 사용되는 날끝(31)의 2개를 채택하여, 본 발명의 방법에 의해서 제조된 것과 종래의 방법에 의해서 제조된 것과의 비교를 행한다.
표2는 건설기계의 무한궤도띠(20)에 사용되는 밟음판(21)에 대해서 본 발명품과 종래품의 품질을 조사하고 비교한 것이다.
종래의 저탄소계 붕소강의 압연후, 담금질·(저온)뜨임의 열처리를 행한 열처리부재도 금속조직은 저탄소마텐자이트 단일조직이고, 표2에 표시한 바와 같이 딱딱함이 HRC42~49, 강도가 135~155㎏/㎟, 인성이 샤르피 충격값으로 7~10㎏·m/㎠이다. 따라서, 본 발명의 실시예의 열처리부재의 제조방법으로 제조된 열처리부재는 (저온)뜨임이 행해지지 않음에도 불구하고, 종래의 저탄소계 붕소강의 압연후 담금질·(저온)뜨임의 열처리가 행해진 열처리부재와 동등한 내마모성(딱딱함), 강도, 인성을 보유한다.
그 결과, 본 발명의 실시예의 열처리부재의 제조방법에 있어서 열처리에서(저온)뜨임을 생략할 수 있고, 그것 만큼 열처리에 필요한 공정수, 시간, 설비를 절감할 수 있고, 비용감소를 도모할 수 있다.
표2에 본 발명의 실시예의 열처리부재의 내마모성(딱딱함), 강도, 인성을 표시한 것에 비교를 위해서 종래의 저탄소계 망간·붕소강에 담금질·뜨임을 행한 열처리부재, 종래의 중탄소계 망간강에 담금질·뜨임을 행한 열처리부재, 종래의 중탄소계 망간·붕소강에 담금질·뜨임을 행한 열처리부재의 내마모성(딱딱함), 강도, 인성을 표시한다. 또한, 종래의 열처리는 담금질·뜨임의 2공정의 열처리를 행하지만, 본 발명의 실시예의 담금질만의 열처리와 비교하기 위해서, 종래 열처리부재의 열처리에 있어서 담금질만을 행하여 뜨임을 생략한 경우의 소재의 내마모성(딱딱함), 강도, 인성을 조사하여 비교하였다. 종래 소재에서는 담금질한 그대로에서는 인성이 매우 낮아져서 열처리부재로서 사용할 수 없는 것이 판명된다.
표3은 건설기계(30) 및 제설기계(32)에 사용되는 날끝(31)에 대해서 본 발명품과 종래품의 품질을 조사하여 비교한 것이다.
표3에 표시하듯이 본 발명품은 종래품과 동등이상의 품질특성을 보유하고 있다. 특히, 본 발명품은 종래품에 비교해서 담금질만으로도 동일한 딱딱함(동일한 강도)에서 인성을 보유하고 있는 것이 판명된다.
본 발명의 열처리부재의 제조방법에 의하면 열처리공정에 있어서 뜨임공정을 생략할 수 있으므로, 그 만큼 공정수, 시간, 설비를 절감할 수 있고, 비용감소를 도모할 수 있다.
또한, 저탄소계의 붕소강을 사용함으로서, 열처리에 있어서 뜨임을 생략하여도 담금질·뜨임을 행한 열처리부재와 동등한 내마모성(딱딱함), 강도, 인성을 확보할 수 있다. 또한, 붕소를 포함하기 때문에 필요한 담금질성이 확보된다.

Claims (1)

  1. 탄소량이 0.05~0.30중량%의 저탄소계의 붕소강으로 이루어진 재료를 소정의 형상으로 성형해서 소재로 하는 공정과, 그 소재에 담금질만으로 이루어진 열처리를 행하는 공정으로 이루어진 열처리부재의 제조방법.
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