KR20000027040A - Method for heat treatment of surface of steel to reduce heating transformation - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for heat treatment of surface of steel is provided which is to reduce heating transformation by lowering quenching temperature, by which good quality of carburized steel can be obtained. CONSTITUTION: A method for heat treatment of surface of steel is accomplished by: carburizing the steel in an atmosphere of hydrocarbon gas and RX gas at 830-930°C for 2-5 hours(step 1); carburizing the steel in an atmosphere of hydrocarbon gas and RX gas at 650-740°C with blowing NH3 in at a rate of 1.0-3.0 liter/min from the temperature of about 850°C of step 1(step 2); oil quenching the steel at 130°C(step 3); tempering the steel at 160°C(step 4).

Description

열변형 저감을 위한 강의 표면 열처리 방법Surface heat treatment method for steel to reduce heat deformation

본 발명은 강의 표면 열처리 방법에 관한 것으로, 구체적으로 강을 830∼930℃에서 2∼5시간 동안 침탄하는 단계 (제 1 단계); 제 1 단계에서 침탄처리한 강을 650∼740℃에서 침탄질화하는 단계 (제 2 단계); 제 2 단계에서 침탄질화한 강을 130℃에서 오일 소입 (oil quenching)하는 단계 (제 3 단계); 및 제 3 단계에서 오일 소입한 강을 160℃에서 소려하는 단계 (제 4 단계)로 구성되는 열변형 저감을 위한 강의 표면 열처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for surface heat treatment of steel, specifically, carburizing the steel at 830 to 930 ° C. for 2 to 5 hours (first step); Carburizing the carburized steel in the first step at 650 to 740 ° C. (second step); Oil quenching the carburized steel in the second step at 130 ° C. (third step); And a step (fourth step) of considering the steel quenched in the third step at 160 ° C. (fourth step).

강은 철 (Fe) 중에 탄소 (C)를 0.02∼2.0 % 함유하는 합금으로 탄소의 양이 적으면 연하나 인성이 있고 탄소의 양이 많으면 경하고 강하나 취약한 성질이 생긴다. 따라서 기계의 부품 재료로서는 사용 목적에 따라 탄소를 표면부에는 많게, 중심부에는 적게 분포시키면 표면은 경하여 내마모성이 좋고 중심부는 연하고 인성이 있어 전체로서는 취약성에 의한 파괴를 피할 수 있다. 이와 같은 제품을 만들기 위해 저탄소재료를 절삭가공한 후, 그 표면에 탄소를 확산시켜 고탄소의 합금층을 만드는 조작을 하는데, 이러한 과정을 침탄 (carburizing)이라고 한다. 침탄에는 고체침탄법, 가스침탄법 및 액체침탄법이 있다.Steel is an alloy containing 0.02 to 2.0% of carbon (C) in iron (Fe). If the amount of carbon is small, it is soft but tough. If the amount of carbon is high, the steel is hard and strong but weak. Therefore, according to the purpose of use, as a component material of the machine, carbon is distributed to the surface portion and less at the center portion, the surface is lighter, the wear resistance is good, and the center portion is softer and tougher. In order to make such a product, a low carbon material is cut and then carbon is diffused on the surface to make a high carbon alloy layer. This process is called carburizing. Carburizing includes solid carburizing, gas carburizing and liquid carburizing.

고체침탄법은 침탄상 속에 제품과 침탄제를 채워서 밀폐하고 850∼950℃로 가열하여 침탄시키는 방법으로, 침탄제로는 목탄 또는 골탄에 침탄촉진제로 탄산바륨 (BaCO3) 또는 탄산나트륨 (Na2CO3) 등을 가한 것을 사용한다.The solid carburizing method is to fill the product and carburizing agent in the carburized bed and seal it, and to carburize it by heating to 850 ~ 950 ℃. The carburizing agent is charcoal or bone char, and barium carbonate (BaCO 3 ) or sodium carbonate (Na 2 CO 3) ) Is used.

가스침탄법은 천연가스, 도시가스, 프로판, 부탄 등의 가스를 사용하며, 제품을 넣은 로 중에서 공기를 적당히 혼합하여 850∼900℃로 가열해서 불완전 연소시켜 침탄하는 방법으로 고체침탄법에 비하여 균일한 침탄층이 얻어진다는 장점이 있다.Gas carburizing method uses gas such as natural gas, city gas, propane and butane, and in the furnace containing the product, air is properly mixed, heated to 850 ~ 900 ℃, incomplete combustion and carburizing, which is more uniform than solid carburizing. There is an advantage that one carburized layer is obtained.

상기 고체침탄법과 가스침탄법은 침탄제에서 발생한 일산화탄소 (CO) 가스가 강의 표면에서 분해하여 활성 탄소를 생성함으로써 침탄이 이루어지게 하는 방법이다.The solid carburizing method and the gas carburizing method are methods in which carburization is performed by decomposing carbon monoxide (CO) gas generated from a carburizing agent on the surface of steel to generate activated carbon.

상기 액체침탄법은 시안화나트륨 (NaCN)을 주성분으로 하는 염욕 (鹽浴) 중에 제품을 넣어서 침탄시키는 방법으로 가열온도는 750∼900℃이다. 이 방법에서는 침탄과 함께 질화도 일어나므로 침탄질화법 (carbo-nitriding)이라고도 불리운다. 시안화나트륨의 분해로 일산화탄소와 질소 가스 (N2)가 발생하고 이것이 강의 표면에서 분해하여 탄소와 질소를 생성함으로써 침탄과 질화가 일어나는 것이다.The liquid carburizing method is a method in which a product is carburized by putting a product in a salt bath containing sodium cyanide (NaCN) as a main component, and the heating temperature is 750 to 900 ° C. In this method, nitriding occurs along with carburization, so it is also called carbo-nitriding. The decomposition of sodium cyanide results in carbon monoxide and nitrogen gas (N 2 ), which decomposes on the surface of the steel to produce carbon and nitrogen, which leads to carburization and nitriding.

한편, 질화 (nitriding)란 Al, Cr, Ti, Mo, V 등을 함유한 강에 질소 (N)를 확산시켜 질소가 상기 원소와 결합된 상태의 견고한 질화물을 만들어 강 표면의 경도를 높이는 처리이다. 그러나 순철 (純鐵), 탄소강 및 니켈 (Ni), 코발트 (Co)를 포함하는 강 등은 질화에 의하여 경화하지 않으며, 따라서 질화하는 강은 상기 원소를 함유하는 특수한 조성의 것에 한정되는데 이것을 질화강이라고 부른다. 질화는 암모니아 (NH3) 가스 중에서 제품을 500℃ 정도로 가열하는 처리인데, 고온에서 암모니아가 분해하여 생기는 활성 질소가 강 중에 침입하여 내마모성 및 내식성이 우수한 강을 형성하도록 한다. 한편, 질화는 침탄에 비하여 높은 경도의 강이 얻어지고 가열 온도가 낮아서 열에 의한 변형이 작다는 이점이 있으나 처리 시간이 길다는 결점도 있다.On the other hand, nitriding is a process of increasing the hardness of the steel surface by diffusing nitrogen (N) into steel containing Al, Cr, Ti, Mo, V and the like to form a solid nitride in a state where nitrogen is bonded to the element. . However, pure iron, carbon steel and steel containing nickel (Ni) and cobalt (Co) are not hardened by nitriding. Therefore, the nitriding steel is limited to a special composition containing the above element, which is called nitride steel. Call. Nitriding is a process in which a product is heated to about 500 ° C. in ammonia (NH 3 ) gas, and active nitrogen, which is generated by decomposition of ammonia at a high temperature, penetrates into the steel to form steel having excellent wear resistance and corrosion resistance. On the other hand, nitriding is advantageous in that steel of higher hardness is obtained compared to carburizing and the heating temperature is low, so that deformation due to heat is small, but there is a drawback in that the treatment time is long.

상기와 같은 기존의 침탄 열처리 방법에서는 피로강도, 인장강도 및 충격강도 등의 기계적 성질이 양호한 침탄강을 얻을 수는 있었지만 침탄 과정이 끝난 후 850℃ 정도의 비교적 높은 온도에서 소입 과정이 수행됨으로써 열처리 변형이 심하다는 문제점이 있었다. 따라서, 열처리 변형을 감소시키기 위하여 침탄 후 플러그 (plug) 고주파 소입처리를 하기도 하지만 이는 원가상승의 요인이 될뿐 아니라 변형문제도 여전히 존재한다.In the conventional carburizing heat treatment method, a carburized steel having good mechanical properties such as fatigue strength, tensile strength, and impact strength could be obtained, but after the carburizing process, the hardening process was performed at a relatively high temperature of about 850 ° C. This was a serious problem. Therefore, in order to reduce the heat treatment deformation, plug high frequency quenching treatment may be performed after carburizing, but this is not only a factor of cost increase but also a deformation problem.

이에 본 발명자들은 침탄후 소입 온도를 A1선 부근인 650∼740℃로 낮추어 높은 온도로 인해 발생되었던 열변형 및 변태변형 등의 열처리 변형을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존에 열처리에 사용되던 침탄용 합금강 대신 일반 탄소강 소재를 사용해서도 우수한 기계적 성질을 가지는 침탄강을 얻을 수 있는 침탄 표면 열처리 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present inventors can reduce the heat-treatment deformation such as thermal deformation and transformation deformation caused by the high temperature by lowering the quenching temperature after carburizing to 650 to 740 ° C. near the A 1 line, as well as the carburizing previously used for heat treatment The present invention has been completed by developing a carburized surface heat treatment method for obtaining a carburized steel having excellent mechanical properties even by using a general carbon steel material instead of a molten alloy steel.

본 발명의 목적은 강의 침탄시 소입 온도를 낮추어 높은 온도로 인해 발생되었던 열처리 변형을 감소시키며 일반 탄소강 소재를 사용해서도 우수한 기계적 성질을 가지는 침탄강을 얻을 수 있는 강의 표면 열처리 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for surface annealing of steel, in which the hardening temperature during carburization is reduced to reduce the heat treatment deformation caused by the high temperature, and the carburized steel having excellent mechanical properties can be obtained even using a general carbon steel material.

도 1은 본 발명의 열변형 저감을 위한 강 (steel)의 표면 열처리 방법을 개략적으로 나타낸 그림이고,1 is a schematic view showing a surface heat treatment method of steel (steel) for reducing the heat deformation of the present invention,

도 2는 기존의 방법으로 열처리한 침탄강 표면의 미세조직을 관찰한 광학현미경 사진이고 (×400),Figure 2 is an optical microscope photograph of the microstructure of the surface of the carburized steel heat-treated by the conventional method (× 400),

도 3은 기존의 방법으로 열처리한 침탄강 내부의 미세조직을 관찰한 광학현미경 사진이며 (×400),Figure 3 is an optical microscope photograph of the microstructure of the inside of the carburized steel heat-treated by the conventional method (× 400),

도 4는 본 발명의 열변형 저감을 위한 강의 표면 열처리 방법으로 열처리한 침탄강 표면의 미세조직을 관찰한 광학현미경 사진이고 (×400),Figure 4 is an optical microscope photograph of the microstructure of the surface of the carburized steel heat-treated by the surface heat treatment method of the steel for reducing the heat deformation of the present invention (× 400),

도 5는 본 발명의 열변형 저감을 위한 강의 표면 열처리 방법으로 열처리하여 마르텐사이트 (martensite)와 페라이트 (ferrite)의 이중상 (dual phase)으로 이루어진 침탄강 내부의 미세조직을 관찰한 광학현미경 사진이다 (×400).FIG. 5 is an optical microscope photograph of microstructure inside a carburized steel made of a dual phase of martensite and ferrite by heat-treatment using a surface heat treatment method of steel for reducing thermal deformation of the present invention ( × 400).

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 830∼930℃에서 2∼5시간 동안 침탄하는 단계 (제 1 단계), 650∼740℃에서 침탄질화하는 단계 (제 2 단계), 130℃에서 오일 소입하는 단계 (제 3 단계) 및 160℃에서 소려하는 단계 (제 4 단계)로 구성되는 강의 표면 열처리 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, in the present invention, a step of carburizing at 830 to 930 ° C. for 2 to 5 hours (first step), a step of carburizing at 650 to 740 ° C. (second step), and quenching oil at 130 ° C. It provides a method for surface heat treatment of steel, comprising a (third step) and a step (fourth step) at 160 ° C.

이하 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

우선, 본 발명에서는 강 (steel)을 830∼930℃에서 2∼5시간 동안 침탄하는 단계 (제 1 단계); 제 1 단계에서 침탄처리한 강을 650∼740℃에서 침탄질화하는 단계 (제 2 단계); 제 2 단계에서 침탄질화한 강을 130℃에서 오일 소입 (oil quenching)하는 단계 (제 3 단계); 및 제 3 단계에서 오일 소입한 강을 160℃에서 소려하는 단계 (제 4 단계)로 구성되는 강의 표면 열처리 방법을 제공한다 (도 1).First, in the present invention, the step of carburizing steel (steel) at 830 ~ 930 ℃ for 2 to 5 hours (first step); Carburizing the carburized steel in the first step at 650 to 740 ° C. (second step); Oil quenching the carburized steel in the second step at 130 ° C. (third step); And a step (fourth step) of considering the steel quenched in the third step at 160 ° C. (fourth step) (FIG. 1).

이 때, 상기 방법의 제 1 단계에서 제 2 단계로 넘어가는 과정 중 온도가 약 850℃에 이를 때부터 암모니아를 1.0∼3.0 L/분으로 도입하여 질화를 수행하는데, 제 2 단계의 침탄질화과정은 질화하면서 소입이 이루어지는 과정이다.At this time, the nitriding is carried out by introducing ammonia at 1.0 to 3.0 L / min since the temperature reaches about 850 ° C. during the process from the first step to the second step of the method. Is the process of hardening while nitriding.

또한, 제 1 단계와 제 2 단계는 탄화수소 가스 및 RX 가스 분위기에서 수행될 수 있는데, 바람직하게는 프로판 (C3H8) 가스 1.0∼2.5 L/분의 범위 및 RX 가스 100∼400 CFH의 범위에서 수행될 수 있다.Further, the first and second steps can be carried out in a hydrocarbon gas and RX gas atmosphere, preferably in the range of 1.0 to 2.5 L / min propane (C 3 H 8 ) gas and in the range of 100 to 400 CFH RX gas. It can be performed in.

또한, 상기 제 1 단계와 제 2 단계는 카본 포텐셜 (carbon potential)을 850℃ 이전에는 0.75∼0.9로, 850℃ 이후에는 0.75∼0.8로 하여 수행될 수 있다.In addition, the first step and the second step may be performed by setting the carbon potential to 0.75 to 0.9 before 850 ° C. and 0.75 to 0.8 after 850 ° C.

본 발명에서는 기존의 침탄 열처리 방법과 비교하여 상당히 낮은 온도에서 소입한다. 즉, 기존의 방법에서는 약 850℃ 정도에서 소입하는 반면, 본 발명에서는 650∼740℃에서 질화와 함께 소입이 이루어진다. 일반적으로 강의 조직이 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변태하는 온도가 본 발명의 소입이 이루어지는 온도 정도인데, 기존의 방법에서는 이 온도보다 상당히 높은 온도로 열처리함으로써 강의 내부 및 외부가 모두 마르텐사이트로 변태되며, 그 열변형 정도 또한 심하였다 (도 2 및 도 3 참조). 그러나, 본 발명의 방법에서는 소입을 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변태하는 온도 정도에서 수행하여 강의 내부는 완전한 변태가 일어나지 않고 외부에서는 마르텐사이트로 완전한 변태가 일어나 전술한 바와 같이 표면은 강하여 내마모성이 좋고 중심부는 연하고 인성이 있어 전체로서는 취약성에 의한 파괴를 피할 수 있는 이상적인 침탄강을 얻을 수 있다 (도 4 및 도 5 참조).In the present invention, it is hardened at a considerably lower temperature compared to the conventional carburizing heat treatment method. That is, in the conventional method, while quenching at about 850 ℃, in the present invention, the quenching with nitriding at 650 ~ 740 ℃. Generally, the temperature at which the steel structure is transformed from austenite to martensite is about the temperature at which the quenching of the present invention occurs. In the conventional method, both the inside and the outside of the steel are transformed into martensite by heat treatment at a temperature significantly higher than this temperature. The degree of heat deformation was also severe (see FIGS. 2 and 3). However, in the method of the present invention, the hardening is performed at the temperature of the transformation from austenite to martensite, so that the inside of the steel is not completely transformed, and the outside is completely transformed to martensite. Is soft and tough, so that an ideal carburized steel can be obtained that can be avoided by fragility as a whole (see FIGS. 4 and 5).

또한, 본 발명의 방법으로는 침탄용 합금강이 아닌 일반 탄소강을 사용하여도 침탄용 합금강 수준의 기계적 성질을 가지는 침탄강을 얻을 수 있어 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the method of the present invention, it is possible to obtain a carburized steel having mechanical properties equivalent to that of the carburized alloy steel even when general carbon steel is used instead of carburized alloy steel, thereby reducing the cost.

본 발명의 실시예에서는 일반 탄소강 소재인 S45C를 사용하여 프로판 가스 2.5 L/분, 암모니아 2.5 L/분, RX 가스 350 CFH 조건으로 900℃에서 4시간 동안 침탄한 후, 암모니아 1.0 L/분의 조건으로 720℃에서 20분 동안 질화하면서 소입하였다. 130℃에서 오일 소입, 160℃에서 소려 과정을 거쳐 침탄강을 얻은 후, 얻어진 침탄강에 대해 열처리 변형 정도와 굽힘피로강도 및 충격강도 등의 기계적 성질을 측정하였다. 그 결과, 본 발명의 방법에 의해 열처리된 침탄강은 기존의 방법에 의해 얻어진 침탄강에 비해 열처리로 인한 변형이 뚜렷이 감소하였으며, 또한 본 발명의 방법에 의해 침탄용 합금강이 아닌 일반 탄소강을 침탄하여도 얻어진 침탄강이 합금강 수준의 기계적 성질을 확보함을 알 수 있었다.In the embodiment of the present invention using S45C which is a general carbon steel material, after carburizing at 900 ° C. for 4 hours under conditions of propane gas 2.5 L / min, ammonia 2.5 L / min and RX gas 350 CFH, the conditions of 1.0 L / min ammonia Quenched while nitriding at 720 ° C. for 20 minutes. After carburizing steel was obtained through an oil quenching process at 130 ° C. and an annealing process at 160 ° C., mechanical properties such as heat treatment deformation degree, bending fatigue strength and impact strength were measured. As a result, the carburized steel heat-treated by the method of the present invention has a significantly reduced deformation due to heat treatment compared to the carburized steel obtained by the conventional method, and also by carburizing general carbon steel rather than the carburized alloy steel by the method of the present invention It can be seen that the carburized steel obtained also secures the mechanical properties of the alloy steel level.

이하 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by Examples and Comparative Examples.

단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로, 본 발명의 내용이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the examples.

<실시예 1> 일반 탄소강 S45C의 표면 열처리 (1)Example 1 Surface Heat Treatment of General Carbon Steel S45C (1)

일반 탄소강 소재인 S45C를 사용하여 프로판 가스 2.5 L/분, 암모니아 2.5 L/분, RX 가스 350 CFH 조건으로 900℃에서 4시간 동안 침탄한 후, 암모니아 1.0 L/분의 조건으로 720℃에서 20분 동안 질화하면서 소입하였다. 130℃에서 오일 소입, 160℃에서 소려 과정을 거쳐 침탄강을 얻은 후, 얻어진 침탄강에 대해 승용차용 로우 앤 리버스 환형 기어 (Low & Reverse Annulus Gear)를 사용하여 열처리 변형 정도를 측정한 결과를 표 1에 나타내었다. 또한, 굽힘피로강도 및 충격강도 등의 기계적 성질을 측정하여 표 2에 나타내었다.After carburizing for 4 hours at 900 ° C using propane gas 2.5 L / min, ammonia 2.5 L / min and RX gas 350 CFH using general carbon steel material S45C, 20 min at 720 ° C. under 1.0 L / min ammonia Quenched while nitriding. After carburizing at 130 ℃ for oil quenching and soaking at 160 ℃ to obtain carburized steel, the obtained carburized steel was measured by using low and reverse annulus gear for passenger car. 1 is shown. In addition, the mechanical properties such as bending fatigue strength and impact strength were measured and shown in Table 2.

열처리 변형 측정 결과 (1)Thermal Deformation Measurement Result (1) 구분division 프로파일 (profile)Profile 리드 (lead)Lead 런아웃 (runout)Runout over ball diameter (O.B.D)over ball diameter (O.B.D) 바이어스 (Bias)Bias FfFf Cα C α 바이어스 (Bias)Bias Cβ C β 105.387105.387 105.28105.28 1One 6.96.9 20.520.5 2.32.3 17.117.1 -1.5-1.5 59.159.1 105.222105.222 105.159105.159 22 2.02.0 17.717.7 4.64.6 9.29.2 -1.1-1.1 83.483.4 105.225105.225 105.162105.162 33 7.77.7 14.914.9 3.43.4 12.112.1 -2.6-2.6 63.263.2 105.212105.212 105.178105.178 44 6.46.4 19.419.4 4.24.2 8.38.3 -2.0-2.0 99.999.9 105.222105.222 105.167105.167 55 2.12.1 18.118.1 4.64.6 12.212.2 0.60.6 86.986.9 105.210105.210 105.173105.173 66 4.24.2 16.616.6 4.04.0 30.230.2 -2.4-2.4 80.380.3 105.216105.216 105.167105.167 77 6.06.0 16.716.7 3.23.2 26.126.1 -2.1-2.1 77.577.5 105.221105.221 105.147105.147 88 4.24.2 17.617.6 4.54.5 10.110.1 -2.0-2.0 56.256.2 105.217105.217 105.181105.181 99 2.62.6 16.816.8 1.81.8 23.023.0 -1.0-1.0 52.052.0 105.200105.200 105.171105.171 평균Average 4.74.7 17.617.6 3.63.6 16.516.5 -1.6-1.6 73.273.2 105.216105.216 105.167105.167

기계적 성질 측정 결과Mechanical property measurement result 구분division S45C를 사용한 표면 열처리Surface Heat Treatment with S45C 굽힘피로강도Bending fatigue strength 70 Kgf/㎟70 Kgf / ㎡ 충격강도Impact strength 0.5 Kg·m/㎠0.5 Kgm / ㎠

<실시예 2> 일반 탄소강 S45C의 표면 열처리 (2)Example 2 Surface Heat Treatment of General Carbon Steel S45C (2)

일반 탄소강 소재인 S45C를 사용하여 프로판 가스 2.5 L/분, 암모니아 2.5 L/분, RX 가스 350 CFH 조건으로 900℃에서 3시간 동안 침탄한 후, 암모니아 1.0 L/분의 조건으로 740℃에서 20분 동안 질화하면서 소입하였다. 130℃에서 오일 소입, 160℃에서 소려 과정을 거쳐 침탄강을 얻은 후, 얻어진 침탄강에 대해 실시예 1과 같은 방법으로 열처리 변형 정도를 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.After carburizing for 3 hours at 900 ° C. with propane gas 2.5 L / min, ammonia 2.5 L / min, RX gas 350 CFH using S45C, which is a general carbon steel material, 20 minutes at 740 ° C. under 1.0 L / min ammonia Quenched while nitriding. After oil quenching at 130 ° C. and a carburizing process at 160 ° C. to obtain carburized steel, the degree of heat treatment deformation was measured in the same manner as in Example 1 for the obtained carburized steel, and the results are shown in Table 3.

열처리 변형 측정 결과 (2)Thermal Deformation Measurement Result (2) 구분division 프로파일profile 리드lead 런아웃Runout O.B.D.O.B.D. 바이어스bias FfFf Cα C α 바이어스bias Cβ C β 105.387105.387 105.28105.28 1One 7.37.3 11.111.1 2.62.6 12.212.2 -1.8-1.8 75.775.7 105.165105.165 105.122105.122 22 5.15.1 11.711.7 2.52.5 26.526.5 0.10.1 29.629.6 105.149105.149 105.117105.117 33 6.46.4 10.710.7 2.92.9 15.015.0 -2.2-2.2 45.945.9 105.161105.161 105.092105.092 44 4.64.6 10.410.4 3.43.4 28.028.0 -1.7-1.7 61.061.0 105.154105.154 105.071105.071 55 4.54.5 13.013.0 2.62.6 26.526.5 -0.9-0.9 55.155.1 105.167105.167 105.078105.078 66 5.15.1 14.414.4 3.93.9 24.824.8 -0.5-0.5 49.649.6 105.138105.138 105.075105.075 77 2.82.8 13.413.4 2.22.2 25.625.6 -1.3-1.3 26.026.0 105.115105.115 105.089105.089 88 7.67.6 11.111.1 2.22.2 11.211.2 0.40.4 37.637.6 105.130105.130 105.084105.084 99 4.94.9 9.99.9 1.81.8 8.68.6 -0.1-0.1 64.364.3 105.139105.139 105.081105.081 평균Average 5.45.4 11.711.7 2.72.7 19.819.8 -0.89-0.89 49.449.4 105.146105.146 105.089105.089

<실시예 3> 일반 탄소강 S45C의 표면 열처리 (3)Example 3 Surface Heat Treatment of General Carbon Steel S45C (3)

일반 탄소강 소재인 S45C를 사용하여 프로판 가스 2.5 L/분, 암모니아 2.5 L/분, RX 가스 350 CFH 조건으로 930℃에서 3시간 동안 침탄한 후, 암모니아 2.0 L/분의 조건으로 700℃에서 30분 동안 질화하면서 소입하였다. 130℃에서 오일 소입, 350℃에서 소려 과정을 거쳐 침탄강을 얻은 후, 얻어진 침탄강에 대해 실시예 1과 같은 방법으로 열처리 변형 정도를 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.After carburizing at a temperature of 930 ° C. for 3 hours using propane gas 2.5 L / min, ammonia 2.5 L / min and RX gas 350 CFH using general carbon steel material S45C, 30 minutes at 700 ° C. under 2.0 L / min ammonia Quenched while nitriding. After oil quenching at 130 ° C. and a carburizing process at 350 ° C. to obtain carburized steel, the degree of heat treatment deformation was measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 4.

열처리 변형 측정 결과 (3)Thermal Deformation Measurement Results (3) 구분division 프로파일profile 리드lead 런아웃Runout O.B.D.O.B.D. 바이어스bias FfFf Cα C α 바이어스bias Cβ C β 105.387105.387 105.28105.28 1One 8.38.3 30.530.5 8.38.3 27.127.1 -1.4-1.4 117117 105.262105.262 105.126105.126 22 7.97.9 21.621.6 4.64.6 9.19.1 -0.7-0.7 72.472.4 105.252105.252 105.137105.137 33 8.38.3 20.420.4 5.45.4 29.129.1 0.50.5 88.288.2 105.272105.272 105.118105.118 44 24.124.1 31.631.6 7.87.8 28.128.1 -1.1-1.1 219219 105.326105.326 105.028105.028 55 4.94.9 17.317.3 4.44.4 11.111.1 -1.4-1.4 74.474.4 105.228105.228 105.139105.139 평균Average 10.710.7 24.324.3 6.16.1 20.920.9 -0.82-0.82 114.2114.2 105.268105.268 105.109105.109

<비교예> 침탄용 합금강 SCM318H의 표면 열처리Comparative Example Surface Heat Treatment of Carburized Alloy Steel SCM318H

기존의 침탄용 합금강인 SCM318H를 사용하여 920℃에서 2.5시간 동안 침탄한 후, 플러그 고주파 소입처리를 하여 얻어진 침탄강에 대해 실시예 1과 같은 방법으로 열처리 변형 정도를 측정하여 그 결과를 표 5에 나타내었다. 또한, 기계적 성질을 측정하여 표 6에 나타내었다.After carburizing at 920 ° C. for 2.5 hours using the existing carburizing alloy steel SCM318H, the degree of heat treatment deformation was measured in the same manner as in Example 1 for the carburized steel obtained by the plug high frequency quenching treatment. Indicated. In addition, the mechanical properties were measured and shown in Table 6.

기존 침탄법에 의한 열처리 변형 측정 결과Result of heat treatment deformation by conventional carburizing 구분division 프로파일profile 리드lead 런아웃Runout O.B.D.O.B.D. 바이어스bias FfFf Cα C α 바이어스bias Cβ C β 105.387105.387 105.28105.28 1One 21.921.9 28.128.1 6.46.4 56.656.6 0.80.8 116116 105.344105.344 105.249105.249 22 24.624.6 21.021.0 6.06.0 45.745.7 8.68.6 98.698.6 105.323105.323 105.261105.261 33 11.111.1 23.423.4 7.37.3 81.181.1 3.83.8 117117 105.307105.307 105.259105.259 44 8.18.1 6.96.9 2.92.9 18.218.2 5.15.1 130130 105.305105.305 105.241105.241 평균Average 16.416.4 19.919.9 5.75.7 50.450.4 4.64.6 115.4115.4 105.319105.319 105.253105.253

기존의 방법에 의해 열처리한 침탄용 합금강의 기계적 성질Mechanical Properties of Carburized Alloy Steel Heat Treated by Conventional Methods 구분division SCM318H를 사용한 표면 열처리Surface Heat Treatment with SCM318H 굽힘피로강도Bending fatigue strength 75 Kgf/㎟75 Kgf / ㎡ 충격강도Impact strength 0.9 Kg·m/㎠0.9 Kgm / ㎠

표 1∼표 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 열처리된 침탄강은 기존의 방법에 의해 얻어진 침탄강에 비해 열처리로 인한 변형이 뚜렷이 감소하였으며, 또한 본 발명의 방법에 의해 침탄용 합금강이 아닌 일반 탄소강을 침탄하여도 얻어진 침탄강이 합금강 수준의 기계적 성질을 확보함을 알 수 있었다.As shown in Table 1 to Table 6, the carburized steel heat-treated by the method of the present invention is significantly reduced deformation due to heat treatment compared to the carburized steel obtained by the conventional method, and also the alloy steel for carburization by the method of the present invention It was found that the carburized steel obtained by carburizing the ordinary carbon steel secured the mechanical properties of the alloy steel level.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 열변형 저감을 위한 표면 열처리 방법에서는 침탄후 소입 온도를 A1선 부근으로 낮추어 높은 온도로 인해 발생되었던 열변형 및 변태변형 등의 열처리 변형을 감소시키며, 기존에 열처리에 사용되던 침탄용 합금강 뿐만 아니라 일반 탄소강 소재를 사용해서도 우수한 기계적 성질을 가지는 침탄강을 얻을 수 있어 침탄강의 생산원가를 절감시킬 수 있다. 또한 탄소강 뿐만 아니라 침탄용 합금강을 이용할 경우 더 우수한 기계적 성질을 얻을 수 있다.As described above, in the surface heat treatment method for reducing the heat deformation of the present invention, by reducing the quenching temperature after carburization to near the A 1 line, heat deformation such as heat deformation and transformation deformation caused by high temperature is reduced. Not only the carburizing alloy steel used for heat treatment but also general carbon steel can be used to obtain carburized steel having excellent mechanical properties, thereby reducing the cost of carburizing steel. In addition, better mechanical properties can be obtained by using carburized alloy steel as well as carbon steel.

더욱이 기존 침탄 열처리시 열처리 변형이 큰 환형 기어류의 경우 본 발명의 열변형 저감을 위한 표면 열처리 방법을 적용하면 치형의 왜곡이 감소함으로써 이상 응력의 발생을 방지하여 내구성 증대 및 소음 감소의 효과를 얻을 수 있다.Furthermore, in the case of the annular gears having large heat treatment deformation during the conventional carburizing heat treatment, the surface heat treatment method for reducing the heat deformation of the present invention reduces the distortion of the teeth, thereby preventing the occurrence of abnormal stress, thereby increasing the durability and reducing the noise. Can be.

Claims (6)

강 (steel)을 830∼930℃에서 2∼5시간 동안 침탄하는 단계 (제 1 단계);Carburizing steel at 830-930 ° C. for 2-5 hours (first step); 제 1 단계에서 침탄처리한 강을 650∼740℃에서 침탄질화하는 단계 (제 2 단계);Carburizing the carburized steel in the first step at 650 to 740 ° C. (second step); 제 2 단계에서 침탄질화한 강을 130℃에서 오일 소입 (oil quenching)하는 단계 (제 3 단계); 및Oil quenching the carburized steel in the second step at 130 ° C. (third step); And 제 3 단계에서 오일 소입한 강을 160℃에서 소려하는 단계 (제 4 단계)The step of considering the oil-hardened steel in the third step at 160 ° C. (fourth step) 로 구성되는 강의 표면 열처리 방법.Surface heat treatment method of steel consisting of. 제 1 항에 있어서, 제 1 단계에서 제 2 단계로 넘어가는 과정 중 온도가 약 850℃에 이를 때부터 암모니아 (NH3)를 1.0∼3.0 L/분으로 도입하여 질화를 수행하는 것을 특징으로 하는 강의 표면 열처리 방법.The method of claim 1, wherein the nitriding is performed by introducing ammonia (NH 3 ) at 1.0 to 3.0 L / min from the first stage to the second stage when the temperature reaches about 850 ° C. Method of surface heat treatment of steel. 제 1항에 있어서, 제 2단계의 침탄질화과정은 질화하면서 소입이 이루어지는 과정인 것을 특징으로 하는 강의 표면 열처리 방법.The method of claim 1, wherein the carburization and nitriding of the second step is a process in which hardening is performed while nitriding. 제 1 항에 있어서, 제 1 단계와 제 2 단계는 탄화수소 가스 및 RX 가스 분위기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 강의 표면 열처리 방법.The method of claim 1, wherein the first and second steps are performed in a hydrocarbon gas and RX gas atmosphere. 제 1 항에 있어서, 제 1 단계와 제 2 단계는 프로판 (C3H8) 가스 1.0∼2.5 L/분의 범위 및 RX 가스 100∼400 CFH의 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 강의 표면 열처리 방법.The method of claim 1, wherein the first and second steps are performed in the range of 1.0 to 2.5 L / min propane (C 3 H 8 ) gas and in the range of RX gas 100 to 400 CFH. . 제 1 항에 있어서, 제 1 단계와 제 2 단계는 카본 포텐셜 (carbon potential)을 850℃ 이전에는 0.75∼0.9로, 850℃ 이후에는 0.75∼0.8로 하여 수행되는 것을 특징으로 하는 강의 표면 열처리 방법.The method of claim 1, wherein the first and second steps are performed with a carbon potential of 0.75 to 0.9 before 850 ° C and 0.75 to 0.8 after 850 ° C.
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