KR20050052448A - 유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 방법 및 장치 - Google Patents

유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 연속 유도가열 소입로를 통해 가열된 소재를 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 자동 이송장치를 통해 연속 유도가열 소려로에 장입하여 뜨임(Tempering)을 행함으로써 지름이 작은 소형 소재부터 대형 소재까지 연속적으로 열처리함으로써 생산성이 향상되고, 균일한 가열을 통해 양호한 조직과 기계적 성질을 향상시키는 특징이 있다.
본 발명은 크게 여섯 단계로 이루어지는바, 열처리 대상물인 탄소강 및 저합금강 재질의 소재(1)를 검사하고 이를 준비하는 소재 검사 및 준비공정(S1)과, 상기 준비된 소재(1)를 연속 유도가열 소입로(10)에 장입하여 860 내지 900℃의 온도로 가열한 후, 스프레이 방식에 의해 냉각수를 분사하여 담금질(Quenching)을 완료하는 연속 소입공정(S2)과, 상기 소입이 완료된 소재(1)를 자동 이송장치(20)를 이용하여 수평으로 이동시키는 자동 이송공정(S3)과, 상기 이송된 소재(1)를 연속 유도가열 소려로(30)에 장입하여 550 내지 690℃의 온도로 가열하여 뜨임(Tempering)을 완료하는 연속 유도가열 소려공정(S4)과, 상기 소려가 완료된 소재(1)를 검사하여 변형된 부분을 교정하는 검사 및 변형 교정공정(S5)과, 교정이 완료된 소재(1)에 응력을 제거하고 최종검사를 하는 응력제거 및 최종 검사공정(S6)으로 구성되어, 지름이 작은 소재 또는 대형 소재로 제작된 긴 롱 바의 열처리를 완료하는 대략적인 구성을 갖는다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 연속 유도가열 소입로를 통해 860 내지 900℃로 가열된 소재를 급속하게 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 자동 이송 장치를 통해 연속 유도가열 소려로에 장입하여 550 내지 690℃로 뜨임(Tempering) 함으로써 지름이 작은 소형 소재부터 대형 소재까지 연속적으로 열처리 됨으로써 기존의 단속 공정으로 이루어진 열처리 시스템에 비해 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 연속 유도가열로 내부에 롱 바의 지름보다 10% 이상 큰 유도 코일을 여러 개 장착하여 소재가 이 코일을 통과하면서 전체적으로 균일하게 가열함으로써 열구배에 따른 양호한 조직과 기계적 성질을 향상시키고, 또한 가열 부위의 열 전달 면적이 작아 균일 가열 효과가 향상되도록 하는 또 다른 효과가 있다.

Description

유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 방법 및 장치 { The processing apparatus using inducting heating of the part in the long bar and a method thereof }
본 발명은 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 선박용 스테이 볼트(stay bolt)와 스터드 볼트(stud bolt), 중장비용 핀(pin), 타이 바(Tie bar)와 앵커 볼트(anchor bolt) 및 엘.엠 가이드(L.M guide)를 제작하기 위한 롱 바의 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 연속 유도가열 소입로를 통해 가열된 소재를 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 자동 이송장치를 통해 연속 유도가열 소려로에 장입하여 뜨임(Tempering)을 행함으로써 지름이 작은 소형 소재부터 대형 소재까지 연속적으로 열처리함으로써 생산성이 향상되고, 균일한 가열을 통해 양호한 조직과 기계적 성질을 향상시키는 유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 열처리라 함은 금속 재료를 융점 이하의 온도로 가열하고 냉각속도를 선택적으로 가감하여 필요로 하는 조직 및 성질을 갖게 하는 조작으로서 담금질과 풀림, 불림 및 뜨임 등이 있다.
이러한 열처리를 통해 금속 또는 합금에 요구되는 성질, 즉 강도, 경도, 내마모성, 내충격성, 가공성, 자성 등의 제반 성능을 부여하여 금속이 쓰이는 곳에 적합하도록 가공되는 구성을 갖는다.
상기 열처리에 있어서, 선박용 혹은 중장비용 핀(pin) 및 볼트 타이 바(bolt Tie bar)를 제작하기 위해서 제작되는 기존의 롱 바(long bar) 및 라운드 바(round bar) 소입 열처리 제조 공정은, 일반 피트(pit) 및 대차로 등에서 긴 형상의 봉을 변형을 고려하여 치구 및 지그, 바스켓에 장입하여 가열하고 딥핑(dipping)방식으로 냉각하는 열처리 방법을 주로 실시하였다.
하지만, 상기 제조방법은 소입 시 열 구배에 따른 변형이 필연적으로 발생하게 되어 완성된 롱 바의 형태가 원하는 형상대로 제작되기에 많은 어려움이 따랐으며, 행해지는 공정 또한 소재를 하나 장입한 후 이를 단속적으로 담금질(Quenching)과 뜨임(Tempering)을 하되, 하나의 공정이 완전히 종료된 후에 다음 소재를 또다시 장입하여 열처리하는 불연속으로 이루어지는 단속공정으로 인해 생산량이 저하되며, 그에 따라 여러 가지 비용과 시간 손실을 초래하는 문제점을 내포하고 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 연속 유도가열 소입로를 통해 860 내지 900℃로 가열된 소재를 급속하게 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 자동 이송 장치를 통해 연속 유도가열 소려로에 장입하여 550 내지 690℃로 뜨임(Tempering) 함으로써 지름이 작은 소형 소재부터 대형 소재까지 연속적으로 열처리 됨으로써 기존의 단속 공정으로 이루어진 열처리 시스템에 비해 생산성이 향상되도록 함을 목적으로 한다.
또한, 연속유도가열로 내부에 롱 바의 지름보다 10% 이상 큰 유도 코일을 여러 개 장착하여 소재가 이 코일을 통과하면서 전체적으로 균일하게 가열됨으로써 열구배에 따른 양호한 조직과 기계적 성질이 향상되게 하며, 가열 부위의 열 전달 면적이 작아 균일 가열 효과가 향상되도록 함을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 연속 유도가열 소입로를 통해 가열된 소재를 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 자동 이송장치를 통해 연속 유도가열 소려로에 장입하여 뜨임(Tempering)을 행함으로써 지름이 작은 소형 소재부터 대형 소재까지 연속적으로 열처리함으로써 생산성이 향상되고, 균일한 가열로 양호한 조직과 기계적 성질을 향상시키는 특징이 있다.
본 발명은 크게 여섯 단계로 이루어지는바, 열처리 대상물인 탄소강 및 저합금강 재질의 소재(1)를 검사하고 이를 준비하는 소재 검사 및 준비공정(S1)과, 상기 준비된 소재(1)를 연속 유도가열 소입로(10)에 장입하여 860 내지 900℃의 온도로 가열한 후, 스프레이 방식에 의해 냉각수를 분사하여 담금질(Quenching)을 완료하는 연속 유도가열 소입공정(S2)과, 상기 소입이 완료된 소재(1)를 자동 이송장치(20)를 이용하여 수평으로 이동시키는 자동 이송공정(S3)과, 상기 이송된 소재(1)를 연속 유도가열 소려로(30)에 장입하여 550 내지 690℃의 온도로 가열하여 뜨임(Tempering)을 완료하는 연속 유도가열 소려공정(S4)과, 상기 소려가 완료된 소재(1)를 검사하여 변형된 부분을 교정하는 검사 및 변형 교정공정(S5)과, 교정이 완료된 소재(1)에 응력을 제거하고 최종검사를 하는 응력제거 및 최종 검사공정(S6)으로 구성되어, 지름이 작은 소형 소재 또는 대형 소재로 제작된 길이가 긴 롱 바의 열처리를 완료하는 대략적인 구성을 갖는다.
이하 본 발명의 실시 예를 도면을 통해 살펴보면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 공정 순서도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 장치도를 나타낸 것으로, 도시한 바와 같이, 제 1공정은, 탄소강 및 저합금강 재질로 구성된 원형 봉 형태의 소재(1)를 검사하고 이를 작업 환경에 맞도록 그 길이 등을 조절하여 준비하는 소재 검사 및 준비공정(S1)을 완료한다.
상기 사용되는 소재(1)는, 탄소와 크롬 및 몰리브덴, 니켈(Ni)을 동시에 첨가한 탄소강 및 저합금강을 이용하며, 통상 1％ 정도의 크롬과 0.15 내지 0.3％의 몰리브덴 및 0.2 내지 0.45％의 탄소와 1.6 내지 2.2% 니켈이 함유된 것을 주로 사용하여, 강인성이 요구되는 선박용 스테이 볼트(stay bolt)와 스터드 볼트(stud bolt), 중장비용 실린더 로드와 핀, 사출기 타이 바(Tie bar), 앵커 볼트 소재 및 기타 산업용 부품에 적합한 구성을 갖는다.
그런 다음 제 2공정은, 상기 검사 및 준비를 완료한 소재(1)를 연속 유도가열 소입로(10)에 장입하여 가열한 후, 급속하게 냉각시켜 담금질(Quenching)을 완료하는 연속 유도가열 소입공정(S2)을 완료한다.
상기 사용되는 연속 유도가열 소입로(10)의 내부에는 다수개의 유도 코일이 형성되되, 가열 통로(11) 및 유도 코일의 지름은 그를 통과하는 소재(1)의 지름 보다 10% 이상 크게 제작하여 소재(1)가 유도 코일에 접하지 않고 통과하는 형태로 가열되도록 함으로써, 온도분포가 균일하고 가열부위의 열 전달 면적이 작아 소재(1)의 표면과 내부에 균일하게 가열되도록 하는 구성을 갖는다.
또한, 상기 연속 유도가열 소입로(10)에 의해 860 내지 900℃의 온도에서 분당 90 내지 555㎜의 속도로 가열된 소재(1)는 연속 유도가열 소입로(10)과 인접하여 설치된 냉각부(12)에 의해 냉각되는바, 40℃의 냉각수를 이용하여 순간적으로 강력하게 분사하여 냉각하는 스프레이(Spray) 방식으로 소재를 급랭시키도록 함으로써 담금질(Quenching)의 효과를 높이도록 구성된다.
상기 소재(1) 크기에 따라 담금질(Quenching) 되는 조건은 다음과 같다.
SIZE(φ) mm 소입온도(℃) SPEED(mm/min) 냉각수 온도(℃) 냉매종류
40 ∼ 100 860 ∼ 900 540 ∼ 555 40 Water
100 ∼ 160 350 ∼ 530
160 ∼ 200 90 ∼ 300
그 후 행해지는 제 3공정은, 상기 담금질(Quenching)이 완료된 소재(1)를 후술하는 뜨임(Tempering) 공정으로 이송하는 공정으로써, 자동 이송장치(20)를 통해 연속 유도가열 소입로(10)에서 배출된 소재(1)를 연속 유도가열 소려로(30) 측으로 수평 이송하는 자동 이송공정(S3)을 완료한다.
상기 사용되는 자동 이송장치(20)는, 상기 연속 유도가열 소입로(10)의 출구쪽과 연속 유도가열 소려로(30)의 입구쪽에 위치되는 테이블의 형태로 구성되되, 상기 담금질(Quenching)이 완료된 소재(1)가 이송장치(20)의 일측 상단에 재치 되면, 실린더(21a)와 연결된 이송판(21)이 상승하여 경사대(23)의 높이와 동일한 지점까지 상승을 완료하게 되면서, 이때 소재(1)는 이송판(21)으로 이동되고, 다시 이송판(21)이 하강하면 소재는 경사대(23) 측으로 굴려져서 자동 이송장치(20)의 타측으로 이송되는 구성을 갖는다.
이렇게 이송된 소재(1)는 자동 이송장치(20)의 타측에 구비된 실린더(22a)와 연결된 수납판(22)상에 재치되며, 실린더(22a)의 작동으로 수납판(22)이 하강함에 따라 자동 이송장치(20)상에 안착되어 후술하는 연속 유도가열 소려로(30) 내부로 이송되는 구성을 갖는다.
그런 다음, 제 4공정은, 상기 자동 이송장치(20)에 의해 이송된 소재(1)를 연속 유도가열 소려로(30)에 장입하여 경도를 낮추고 점성을 높이도록 하는 뜨임(Tempering)을 완료하는 연속 유도가열 소려공정(S4)을 완료한다.
상기 사용되는 연속 유도가열 소려로(30)는 상기 제 2공정에 의해 발생한 조직의 변태 또는 석출을 진행시켜 안정한 조직에 가깝도록 하는 역할을 하며, 소요의 성질 및 상태를 부여하기 위하여 550 내지 690℃의 온도에서 분당 60 내지 250㎜의 속도로 가열한 후 서냉함으로써, 소재(1)의 조직을 안정화시키는 구성을 갖는다.
상기, 소재(1)의 크기에 따라 뜨임(Tempering) 되는 조건은 다음과 같다.
SIZE(φ) mm 소려온도(℃) SPEED(mm/min)
40 ∼ 100 550 ∼ 690 233 ∼ 250
100 ∼ 160 200 ∼ 233
160 ∼ 200 60 ∼ 200
그 후, 행해지는 제 5공정은, 상기 열처리가 완료된 소재(1)의 물성 및 외형 등을 검사하고, 변형된 부분이 발생하였을 경우 교정하는 검사 및 변형 교정공정(S5)을 완료한다.
마지막 공정인 제 6공정은, 상기 검사를 통해 변형된 부분을 교정한 후, 응력제거소둔(stress relief annealing)을 실시하는바, 소재(1)의 내부에 잔존하는 잔류 응력을 제거함으로써 후 가공 공정에서 발생할 우려가 있는 비틀림과 치수변화, 크랙 및 파단 등을 미연에 방지하도록 하고, 이를 최종적으로 검사하는 응력제거 및 최종 검사공정(S6)을 완료함으로써 본 발명의 공정을 모두 완료하는 구성을 갖는다.
상기와 같은 공정으로 이루어지는 본 발명에 실시 예를 작동과정을 도 3 및 도 4를 통해 살펴보면, 도시된 바와 같이, 연속 유도가열 소입로(10)에 지름이 200mm인 원형 봉 형태의 소재(1)를 장입하고, 그 내부에 설치된 유도코일에 의해 장입된 소재(1)가 860℃ 내지 900℃의 온도와 분당 150mm의 속도로 이송되면서 유도가열되도록 하며, 가열이 완료된 소재(1)는 40℃의 냉각수에 의해 분사방식으로 급속하게 냉각되어 담금질(Quenching)이 완료되도록 한다.
그 후, 상기 담금질(Quenching)이 완료된 후에는 소재(1)가 자동 이송장치(20)의 일측에 재치되며, 이송판(21)이 실린더(21a)에 의해 상승 및 하강하여 경사대(23)측으로 소재(1)를 굴려주면 경사대(23)를 따라 이송된 소재(1)는 자동 이송장치(20)의 수납판(22) 상에 재치되며, 수납판(22)과 결합된 실린더(22a)의 작동으로 수납판(22)이 하강함으로써 자동 이송장치(20)의 타측 상부에 재치될 수 있도록 구성된다.
그런 다음, 자동 이송장치(20)에 재치 된 소재(1)는 연속 유도가열 소려로(30)에 장입되어 620℃의 온도와 분당 120mm의 속도로 이송되어 소재(1)가 안정한 조직으로 변할 수 있도록 하는 뜨임(Tempering)을 완료하는 구성을 갖는다.
상기 뜨임(Tempering)을 완료한 소재(1)는 검사를 통해 변형된 부분이 있을 경우에는 교정한 다음, 응력을 제거하고 최종 검사를 함으로써 본 발명의 작동을 완료한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 연속 유도가열 소입로를 통해 860 내지 900℃로 가열된 소재를 급속하게 냉각시켜 담금질(Quenching)한 후, 자동 이송 장치를 통해 연속 유도가열 소려로에 장입하여 550 내지 690℃로 뜨임(Tempering) 함으로써 지름이 작은 소형 소재부터 대형 소재까지 연속적으로 열처리 됨으로써 기존의 단속 공정으로 이루어진 열처리 시스템에 비해 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 유도가열로 내부에 롱 바의 지름보다 10% 이상 큰 유도 코일을 여러 개 장착하여 소재가 이 코일을 통과하면서 전체적으로 균일하게 가열됨으로써 열구배에 따른 열처리 된 소재의 양호한 조직과 기계적 성질을 향상하도록 하며, 가열 부위의 열 전달 면적이 작아 균일 가열 효과가 향상되도록 하는 또 다른 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 공정 순서도
도 2는 본 발명의 장치도
도 3은 본 발명의 작동상태 사시도
도 4는 본 발명의 작동상태 측 단면도
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1: 소재 10: 연속 유도가열 소입로
11: 가열 통로 12: 냉각부
20: 자동 이송장치 21: 이송판
21a, 22a: 실린더 22: 수납판
23: 경사대 30: 연속 유도가열 소려로
S1: 소재 검사 및 준비공정 S2: 연속 유도가열 소입공정
S3: 자동 이송공정 S4: 연속 유도가열 소려공정
S5: 검사 및 변형 교정공정 S6: 응력제거 및 최종 검사공정

Claims (4)

  1. 열처리 방법에 있어서,
    탄소강 및 저합금강 재질의 소재(1)를 검사하고 이를 준비하는 소재 검사 및 준비공정(S1)과,
    준비된 소재(1)를 연속 유도가열 소입로(10)에 장입하여 860 내지 900℃의 온도로 가열한 후, 스프레이 방식으로 냉각수를 분사하여 담금질(Quenching)을 완료하는 연속 유도가열 소입공정(S2)과,
    상기 소입이 완료된 소재(1)를 자동 이송장치(20)를 이용하여 수평으로 이동시키는 자동 이송공정(S3)과,
    이송된 소재(1)를 연속 유도가열 소려로(30)에 장입하여 550 내지 690℃의 온도로 가열하여 뜨임(Tempering)을 완료하는 연속 유도가열 소려공정(S4)과,
    상기 소려가 완료된 소재(1)를 검사하여 변형된 부분을 교정하는 검사 및 변형 교정공정(S5)과,
    교정이 완료된 소재(1)에 응력을 제거하고 최종검사를 하는 응력제거 및 최종 검사공정(S6)으로 구성되어, 지름이 작은 소형 소재부터 대형 소재까지 연속적으로 열처리함으로써 생산성이 향상되고, 균일한 가열을 통해 조직과 기계적 성질을 향상시키는 특징으로 하는 유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 방법.
  2. 열처리 장치에 있어서,
    원형 봉 형태의 소재(1)를 장입하고, 그 내부에 설치된 유도코일에 의해 장입된 소재(1)가 유도가열되도록 하며, 가열이 완료된 소재(1)는 냉각부(12)에 의해 분사방식으로 냉각되는 연속 유도가열 소입로(10)와,
    상기 담금질(Quenching)이 완료된 소재(1)가 재치 되면, 이송판(21)이 실린더(21a)에 의해 상승 및 하강하여 경사대(23) 상으로 굴려서 이송시키며, 이송된 소재(1)는 수납판(22)을 통해 이송이 완료되도록 구성된 자동 이송장치(20)와,
    상기 이송된 소재(1)가 장입 가열되어 소재(1)가 안정한 조직으로 뜨임(Tempering) 될 수 있도록 하는 연속 유도가열 소려로(30)로 구성되어, 지름이 작은 소형 소재부터 대형 소재까지 연속적으로 열처리할 수 있음을 특징으로 하는 유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    연속 유도가열 소입로(10)는, 지름이 40 내지 200mm인 원형 봉 형태의 소재(1)를 장입되면, 그 내부에 설치된 유도코일에 의해 860 내지 900℃의 온도와 분당 90 내지 555mm의 속도로 이송 가열되도록 하며, 가열이 완료된 소재(1)는 40℃의 냉각수에 의해 냉각되도록 구성됨을 특징으로 하는 유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    연속 유도가열 소려로(30)는, 담금질(Quenching) 후 자동 이송장치(20)에 의해 이송된 지름 40 내지 200mm인 원형 봉 형태의 소재(1)가 장입되면, 550 내지 690℃의 온도와 분당 60 내지 250mm의 속도로 이송 가열되어 소재(1)가 안정한 조직으로 변할 수 있도록 뜨임(Tempering) 함을 특징으로 하는 유도가열에 의한 롱 바의 연속 열처리 장치.
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