KR20080110335A - 선박용 추진축의 생산성 향상을 위한 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품의 열처리 방법에 관한 것으로서, 불림(normalizing)만을 행하던 기존의 열처리 방법상의 문제점을 개선한 것이다. 즉, 본 발명에 따른 열처리 방법은 탄소강 단강품에 대한 기존의 열처리 방법처럼 불림(normalizing)만을 행하는 것이 아니라, 880~890℃에서 불림(normalizing)을 시행하고, 공기 중에서 완전히 냉각시킨 후, 다시 550℃에서 뜨임(tempering)을 시행하는 것을 특징으로 한다. 이처럼 기존의 열처리 방법에 뜨임(tempering)을 덧붙여 시행함으로써 축에 잔존하는 내부응력을 제거하여 가공기간을 단축시키고, 제품의 변형으로 인한 불량을 막을 수 있다.

선박용 추진축, 탄소강 단강품, 열처리, 불림(normalizing), 뜨임(tempering)

Description

선박용 추진축의 생산성 향상을 위한 열처리 방법{Heat Treatment Method for Productivity Improvement of Propeller Shaft}

본 발명은 선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품의 열처리 방법에 관한 것으로서, 불림(normalizing)만을 행하던 기존의 열처리 방법상의 문제점을 개선한 것이다.

선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품에 대한 기존의 열처리 과정에서는 880~890℃에서 불림(normalizing)만을 행하였는데, 이때 축에 존재하는 내부응력을 제거하기 위하여 황삭가공을 시행한 후 일정한 기간(약 한 달)이 지난 후 정삭가공을 시행하였다. 그 결과 선박용 추진축을 제작하는 데 상당히 많은 시간이 소요될 수밖에 없었다.

또한, 상기 조치는 불림(normalizing) 이후 축에 존재하는 내부응력을 완화시키는 것일 뿐 이를 완전히 제거하는 것은 아니었으므로, 추진축의 정삭가공시 축에 잔존하고 있던 내부응력의 변화로 인한 축의 변형이 발생할 수밖에 없었고, 가늘고 긴 축의 경우 그 변형량은 제품의 허용치를 넘기도 하였다. 이로 인하여 선박용 추진축의 가공기간은 한 달 이상이 걸렸으며, 축의 변형으로 인한 제품의 불량 률 또한 상당히 높았다.

본 발명은 선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품에 대한 기존의 열처리 방법을 개선함으로써 가공기간을 단축하고 축의 변형으로 인한 제품의 불량을 막는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품의 열처리에 있어서, 탄소강 단강품을 880~890℃까지 가열하여 불림(normalizing) 처리를 하는 단계; 탄소강 단강품을 공기 중에서 완전히 냉각시키는 단계; 및 탄소강 단강품을 다시 550℃까지 가열하여 뜨임(tempering) 처리를 하는 단계를 포함하는 선박용 추진축의 생산성 향상을 위한 열처리 방법을 제시한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기 술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 열처리 방법은 탄소강 단강품에 대하여 적용되는 것이다. 여기서, 탄소강 단강(Carbon Steel Forging)은, ① 인장강도 : 65~80 Kgf/mm², ② 화학성분(%) : C(0.60이하), Si(0.15~0.50), Mn(0.30~1.20), P(0.030이하), S(0.035이하)의 재질 특성을 갖는 철강 재료의 한 종류이다.

‘열처리’란 가열이나 냉각 등의 조작을 적당한 속도로 하여 그 재료의 특성을 개량하는 방법으로, 보통 온도에 의해서 존재하는 상(相)의 종류나 배합이 변하는 재료에 쓰인다.

흔히 열처리가 사용되는 것은 금속인데, 고온에서 급랭(急冷)하여 보통이면 일어날 변화를 일부 또는 전부 저지하여 필요한 특성을 내는 ‘담금질(quenching)’, 한 번 담금질한 후 비교적 저온에서 가열하여 담금질로써 저지한 변화를 약간 진행시켜 꼭 알맞은 특성을 가지게 만드는 ‘뜨임(tempering)’, 가열하여 천천히 식힘으로써 금속재료의 뒤틀림을 바로잡거나 상의 변화를 충분히 끝나게 하여 안정상태로 만드는 ‘불림(normalizing)’ 등의 여러 가지 처리는 모두 열처리의 보기이다.

열처리를 하는 온도, 유지하는 시간, 식히는 속도 등은 재료나 얻고자 하는 특성에 따라 달라진다. 급랭하는 방법으로는 물 속에 담그는 것이 보통이지만, 기름이나 액체공기 속에 넣는 일도 있고 찬 공기나 그 밖의 가스를 뿜는 경우도 있다.

‘담금질(quenching)’이란 급랭(急冷)함으로써 금속이나 합금의 내부에서 일어나는 변화를 저지(沮止)하여 고온에서의 안정상태 또는 중간상태를 저온·온실에서 유지하도록 하는 조작으로, 과거에는 소입(燒入)이라고도 하였다.

영어로 ‘quenching’은 그 뜻이 광범위하여 냉각뿐만 아니라 승온(昇溫)에 수반되어 일어나는 변화를 급열(急熱)함으로써 저지하는 경우에도 사용한다. 이 말은 원래 강철을 오스테나이트의 상태로 가열하고 물 속 또는 기름 속에서 급랭하여 펄라이트로의 변화를 저지해서 담금질 조직을 얻는 조작을 말했으나, 오늘날에는 널리 ‘냉각에 의한 변화의 저지’라는 뜻으로 사용되고 있다.

일부 금속의 경우에는 과히 급랭하지 않아도 변화가 저지되어 경화되므로 넓은 뜻의 담금질에서는 반드시 급랭하지 않아도 된다. 또, 강철에서는 담금질을 함으로써 고온에서 저온으로의 변화가 일부 저지되어 매우 단단한 마텐자이트(martensite) 등의 조직이 되기 때문에 다른 합금에서도 담금질에 의해 항상 단단한 상태가 된다고 생각하기 쉬우나, 반드시 그렇지도 않다.

저온으로의 변화가 완전히 저지되는 시효경화성(時效硬化性) 합금 등에서는 담금질 상태는 그 합금에서 가장 연한 상태가 되는데, 두랄루민 ·베릴륨구리 등이 그 예이다.

한편, 강철을 담금질하면 경도는 커지나 메지기 쉬우므로 이를 적당한 온도로 재가열했다가 공기 속에서 냉각하여 조직을 연화?안정시켜 내부응력(應力)을 없앨 필요가 있는데, 이러한 조작을 ‘뜨임(tempering, 이를 ‘소려(燒戾)’라고도 함)‘이라고 한다. 즉, 뜨임(tempering)은 강철을 담금질한 후 온도가 내려감에 따라 일어날 변화를 급랭(急冷)함으로써 일부 또는 전부를 저지하고 다시 비교적 낮은 온도로 적당한 시간을 가열하여 저지해 놓은 변화를 임의의 상태까지 진행시키는 일을 말한다.

뜨임(tempering) 처리는 담금질한 재료의 메짐을 없애고 강인성을 주기 위해서 하는 경우와 담금질 경도(硬度)를 더욱 높이기 위해서 하는 경우가 있다. 탄소강의 경우는 경화시킨 것을 200℃ 이상으로 가열하여 처리하면 메짐은 감소되고 강인화되며, 15∼200℃에서 뜨임 처리를 하면 더욱 단단해진다. 또, 고속도강의 뜨임 처리는 재료를 더욱 경화시키기 위해서 하며, 약 600℃ 전후에서 실시한다.

원래는 강의 열처리 용어였지만, 오늘날에는 시효성 합금(時效性合金) 등을 용체화(熔體化)한 후 급랭해서 변화를 저지하고 과포화고용체(過飽化固溶體)를 만들어 합금 내부에서 충분히 확산이 일어나는 온도로 가열하여 원하는 성질을 얻는 가열 처리도 포함시킨다.

‘불림(normalizing)’은 강(鋼)을 표준상태로 만들기 위한 열처리 방법인데, 강을 단련한 후 오스테나이트의 단상(單相)이 되는 온도범위에서 가열하였다가 대기 속에 방치하여 자연냉각(自然冷却)하는 것을 말한다. 불림(normalizing)의 목적은 주조 또는 과열 조직을 미세화하고, 냉간가공·단조 등에 의한 내부응력을 제거하며, 결정조직, 기계적·물리적 성질 등을 표준화시키는 데 있다.

본 발명의 핵심은, 선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품에 대한 기존의 열처리 과정에서는 불림(normalizing)만을 행하였기 때문에 축에 내부응력이 잔존하였고 이로 인한 피해가 발생하였던 점을 감안하여, 선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품에 대한 열처리를 불림(normalizing)만으로 끝내는 것이 아니라 불림(normalizing) 이후에 다시 뜨임(tempering)을 하는 데에 있다.

즉, 본 발명에 따른 열처리 방법에 의하면, 먼저 선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품을 880~890℃까지 가열하여 불림(normalizing) 처리를 한 후 공기 중에서 완전히 냉각시키며, 선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품이 상온까지 냉각되면 이를 다시 550℃까지 재가열하여 뜨임(tempering) 처리를 하게 된다.

이처럼 불림(normalizing) 처리에 연이어 뜨임(tempering) 처리를 함으로써, 불림(normalizing) 처리 후 선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품에 잔존하고 있던 내부응력을 뜨임(tempering) 처리 과정을 거치면서 완전히 제거할 수 있다. 그 결과 축의 변형으로 인한 불량률이 낮아지고 추진축의 가공 기간이 단축된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질 적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품의 내부응력을 완전히 제거함으로써 추진축의 가공기간을 단축시키고 축의 변형으로 인한 불량률을 낮추는 등 상당한 정도의 생산성 향상을 기대할 수 있다.

본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

Claims (1)

1. 선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품의 열처리에 있어서,

   선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품을 880~890℃까지 가열하여 불림(normalizing) 처리를 하는 단계;

   선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품을 공기 중에서 완전히 냉각시키는 단계; 및

   선박용 추진축으로 사용되는 탄소강 단강품을 다시 550℃까지 가열하여 뜨임(tempering) 처리를 하는 단계

   를 포함하는 선박용 추진축의 생산성 향상을 위한 열처리 방법.