KR20090011040A - 스테인리스강 칼의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마르텐사이트 페라이트계 스테인리스강으로 제작되어 내구성과 내식성 및 수명이 향상된 스테인리스강 칼의 제조방법에 관한 것이다.

상기 본 발명은 크게 다섯 공정으로 구성되는데, 날이 선 주방용 칼을 제작·세척한 후 반응조 내에 주방용 칼을 넣는 준비공정(S1)과; 반응조의 내부를 10^-2torr의 진공상태로 하는 진공공정(S2)과; 상기 반응조 내부의 온도가 500℃ ~ 600℃, 800℃ ~ 900℃, 1000℃ ~ 1200℃로 단계적으로 가열하는 가열공정(S3)과; 상기 반응조 내부의 온도가 1000℃ ~ 1200℃가 형성된 후 그 반응조 내부의 기압이 0.15Bar ~ 2Bar가 되도록 질소를 투입하여 50분 ~ 70분간 유지시키는 질소투입공정(S4)과; 퀀칭공정(S5-1)과 서브제로템퍼링공정(S5-2) 및 저온템퍼링공정(S5-3)으로 구성된 냉각 및 가열공정(S5)으로 구성되어, 날이 선 주방용 칼에 직접 질소를 침투시킴으로써, 저렴한 비용과 간편한 방법으로, 날이 선 상태의 심도 0.09㎜에서 부터 표면까지의 경도가 300Hv에서 600Hv까지 증대되는 페라이트계 스테인리스강 주방용 칼을 제작할 수 있고, 심도 0.15㎜에서 부터 표면까지의 경도가 550Hv에서 700Hv까지 증대되는 마르텐사이트 스테인리스강 주방용 칼을 제작할 수 있는바, 내구성과 내식성 및 수명이 향상된 날이 선 주방용 칼을 제작할 수 있는 효과가 있다.

마르텐사이트, 폐라이트계, 열처리, 스테인리스강, 질소, 주방용 칼, 침투

Description

스테인리스강 칼의 제조방법 { manufacturing method of stainless steel knife}

본 발명은 스테인리스강으로 제작된 주방용 칼의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마르텐사이트 페라이트계 스테인리스강 소재로 각각 제작된 칼의 내구성과 내식성 및 수명이 향상되도록 준비공정과 진공공정, 가열공정, 질소투입공정 및 냉각 및 가열공정으로 구성된 스테인리스강 칼의 제조방법에 관한 것이다.

상기 스테인리스강으로 제작된 주방용 칼은 주로 마르텐사이트(Martensite)계 스테인리스강으로 제작된 칼 주로 사용되었다. 페라이트계 스테인리스 주방용 칼 적용은 아직 보고된 바가 없다.

마르텐사트계 강종의 칼의 성능은 월등이 높히고 페라이트계 스테인리스강종은 비경화 열처리 강종으로 잘 알려져 있어 주방용 칼 이외에 경강도를 요구하는 분야에서는 적용이 되지 않았다. 주방용 칼이 요구하는 경강도를 페라이트 스테인리스 강종에서 질소 침투 열처리 방법으로 확보할 수 있어 주방용 칼 적용이 가능 하게 되었다.

제작된 주방용 칼은 모두 크롬(Cr)이 첨가되어 강화된 것으로, 그 소재가 되는 마르텐사이트계 스테인리스강과 페라이트계 스테인리스강을 주방용 칼의 형상으로 가공한 후, 단순한 담금질(quenching)과 뜨임(temperig)의 반복으로 형성한 후, 주방용에 적합한 날을 세워서 형성된 것이다.

이렇게 형성된 마르텐사이트계 스테인리스강과 페라이트계 스테인리스강으로 각각 제작된 주방용 칼은 녹의 발생빈도가 현저히 낮은 장점이 있지만, 마모에 따른 날의 손상이 쉽게 발생하는바, 주기적으로 날을 갈아줘야 하는 불편함이 있고, 그에 따른 칼의 수명이 현저히 저하되는 문제점이 있다.

상기와 같은 종래의 일반적인 문제점은 낮은 경도(Hv)에 의해서 발생 되는 것으로, 종래 마르텐사이트계 스테인리스강으로 제작된 주방용 칼의 평균 표면경도는 550Hv이고, 페라이트계 스테인리스강으로 제작된 주방용 칼의 평균 표면경도는 300Hv 정도의 한계점이 있는 문제점이 있다.

이에 본 발명자는 경도를 대폭 향상시킴으로써, 내구성과 내식성 및 수명이 향상된 날이 선 주방용 칼을 제작할 수 있는 마르텐사이트 페라이트계 스테인리스강 칼의 제조방법을 완성하였다.

마르텐사이트 페라이트계 스테인리스강 소재로 제작된 칼의 내구성과 내식성 및 수명이 향상된 칼을 제작할 수 있도록 본 발명은 크게 다섯 공정으로 구성되는데, 날이 선 주방용 칼을 제작·세척한 후 반응조 내에 주방용 칼을 넣는 준비공정과; 반응조의 내부를 10^-2torr의 진공상태로 하는 진공공정과; 상기 반응조 내부의 온도가 500℃ ~ 600℃, 800℃ ~ 900℃, 1000℃ ~ 1200℃로 단계적으로 가열하는 가열공정과; 상기 반응조 내부의 온도가 1000℃ ~ 1200℃가 형성된 후 그 반응조 내부의 기압이 0.15Bar ~ 2Bar가 되도록 질소를 투입하여 50분 ~ 70분간 유지시키는 질소투입공정과; 퀀칭공정과 서브제로템퍼링공정 및 저온템퍼링공정으로 구성된 냉 각 및 가열공정으로 이루어진 제조공정을 갖는다.

상기 본 발명을 통하여, 날이 선 주방용 칼에 직접 질소를 침투시킴으로써, 저렴한 비용과 간편한 방법으로, 날이 선 상태의 심도 0.09㎜에서 부터 표면까지의 경도가 300Hv에서 600Hv까지 증대되는 페라이트계 스테인리스강 주방용 칼을 제작할 수 있고, 심도 0.15㎜에서부터 표면까지의 경도가 550Hv에서 700Hv까지 증대되는 마르텐사이트 스테인리스강 주방용 칼을 제작할 수 있는바, 내구성과 내식성 및 수명이 향상된 날이 선 주방용 칼을 제작할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 마르텐사이트 페라이트계 스테인리스강으로 제작되어 내구성과 내식성 및 수명이 향상된 주방용 칼을 제작할 수 있도록 한 스테인리스강 칼의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 첨부된 도 1은 본 발명의 전체공정을 단계별로 도식화한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 경도를 그래프화 한 도면으로써, 상기 도면에서와 같이 본 발명은 크게 다섯 개의 공정으로 구성되는데, 날이 선 주방용 칼을 제작·세척한 후 반응조 내에 주방용 칼을 넣는 준비공정(S1)과; 반응조의 내부를 10^-2torr의 진공상태로 하는 진공공정(S2)과; 상기 반응조 내부의 온도가 500℃ ~ 600℃, 800℃ ~ 900℃, 1000℃ ~ 1200℃로 단계적으로 가열하는 가열공정(S3)과; 상기 반응조 내부의 온도가 1000℃ ~ 1200℃가 형성된 후 그 반응조 내부의 기압이 0.15Bar ~ 2Bar가 되도록 질소를 투입하여 50분 ~ 70분간 유지시키는 질소투입공정(S4)과; 퀀칭공정(S5-1)과 서브제로템퍼링공정(S5-2) 및 저온템퍼링공정(S5-3)으로 구성된 냉각 및 가열공정(S5)으로 구성된다.

상기 냉각 및 가열공정(S5)은 상기 반응조 내의 기압이 2.5bar ~ 3.5bar가 되도록 질소가스를 투입하여 주방용 칼의 표면에 기압에 의한 질소가 강제침투됨과 동시에 질소에 의해서 냉각되어 담금질이 이루어지는 퀀칭공정(S5-1)과; 그 퀀칭공정(S5-1)을 마친 주방용 칼을 액체 질소가 채워진 냉각 조에 50분 ~ 70분 담가서 냉각시키는 초저온 뜨임이 진행되는 서브제로템퍼링공정(S5-2)과; 그 서브제로템퍼링공정(S5-2)을 거친 칼을 템퍼링가열로를 통하여 50분 ~ 70분 동안 150℃ ~ 500℃로 가열시켜 저온 뜨임이 진행되는 저온템퍼링공정(S5-3)으로 구성된다.

이하 본 발명의 실시 예를 도시한 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

상기 준비공정(S1)은 주방용 칼의 표면에 있는 이물질에 의해서 이하 설명될 질소투입공정(S4)에서 일어나는 질소의 강제침투 및 경화반응이 억제되지 않도록 주방용 칼에 적합한 날이 세워진 완성된 주방용 칼의 표면을 흐르는 물로 세척하여, 주방용 칼의 표면에 있는 이물질을 제거한 후, 이하 설명될 진공공정(S2)과 가열공정(S3), 질소투입공정(S4) 및 퀀칭공정(S5-1)이 진행되는 반응조 내부에 주방용 칼을 넣는 공정이다.

한편, 상기 진공공정(S2)은 이하 설명될 질소투입공정(S4)에서 일어나는 질소의 강제침투가 용이하게 발생할 수 있도록 반응조 내부의 공기를 강제배출하여 그 반응조 내부 기압이 10^-2torr 인 진공상태를 형성하는 공정이다.

그리고 상기 가열공정(S3)은 상기 반응조 내부에 내재된 주방용 칼이 연질의 상태가 되어 이하 설명될 질소투입공정(S4)이 원활하게 이루어지도록 그 반응조 내부의 온도가 500℃ ~ 600℃가 되도록 1차 가열하고, 그 후, 다시 800℃ ~ 900℃가 되도록 2차 가열하며, 다시 1000℃ ~ 1200℃까지 3차 가열하고 그 반응조의 내부 온도가 이하 설명될 냉각 및 가열공정(S5)의 퀀칭공정(S5-1)이 진행될 때까지 1000℃ ~ 1200℃로 유지시키는 공정이다.

그리고 상기 질소투입공정(S4)은 진공상태인 반응조 내에서 질소가 주방용 칼의 표면에 강제침투되도록 상기 가열공정(S3)에 의해서 반응조 내부의 온도가 1000℃ ~ 1200℃가 형성된 후에 반응조 내부의 기압이 0.15Bar ~ 2Bar가 되도록 질 소를 투입하는 공정이다.

상기 냉각 및 가열공정(S5)은 담금질과 뜨임으로 경도 및 인성을 증대시키도록 퀀칭공정(S5-1)과 서브제로템퍼링공정(S5-2) 및 저온템퍼링공정(S5-3)으로 구성된다.

상기 퀀칭공정(S5-1)은 주방용 칼의 냉각과 함께 질소의 강제침투현상이 발생하도록 상기 반응조 내의 기압이 2.5bar ~ 3.5bar가 될 때까지 질소가스를 더 투입함과 동시에 그 질소에 의한 냉각이 이루어지는 담금질이 진행되는 공정이고, 서브제로템퍼링공정(S5-2)은 상기 퀀칭공정(S5-1)을 마친 주방용 칼을 액체 질소가 채워진 냉각 조에 50분 ~ 70분 담가서 냉각시키는 뜨임이 진행되는 공정이며, 저온템퍼링공정(S5-3)은 그 서브제로템퍼링공정(S5-2)을 거친 주방용 칼을 템퍼링가열로를 통하여 50분 ~ 70분 동안 150℃ ~ 500℃로 가열시키는 뜨임이 추가로 진행되는 공정으로 구성된다.

위와 같이 구성된 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

주방용에 적합한 날이 세워진 완성된 주방용 칼이 세척하여 표면에 있는 이물질이 제거한 후, 반응조 내부에 넣는 준비공정(S1)을 완료한다.

그 후, 진공공정(S2)을 통하여 반응조 내부의 기압이 10^-2torr가 되도록 공기가 강제배출되어 진공상태가 형성되고, 가열공정(S3)에 의해서 반응조 내부의 온도가 500℃ ~ 600℃가 되도록 1차 가열되고, 그 후, 반응조 내부의 온도가 다시 800℃ ~ 900℃가 되도록 2차 가열되며, 다시 반응조 내부의 온도가 1000℃ ~ 1200℃까지 3차 가열된다.

이때, 반응조 내에 내재된 주방용 칼은 고온에 의해서 연질상태로 변형되어 기압에 의한 질소의 강제침투가 용이하게 된다.

그 후, 상기 가열공정(S3)에 의해서 반응조 내의 온도가 1000℃ ~ 1200℃로 유지될 때, 질소투입공정(S4)에 의해서 그 반응조 내부의 기압이 0.15Bar ~ 2Bar가 되도록 질소가 투입된 후, 50분 ~ 70분간 그 상태를 유지된다.

이때, 그 반응조 내부의 기압에 의해서 투입된 질소가 상기 가열공정(S3)에 의해서 연질의 상태로 변형된 주방용 칼의 표면으로 강제침투된다.

그 후, 냉각 및 가열공정(S5)에 의해서 퀀칭공정(S5-1)과 서브제로템퍼링공정(S5-2) 및 저온템퍼링공정(S5-3)이 진행되는데, 그 퀀칭공정(S5-1)에 의해서 상기 가열공정(S3)에 의한 온도유지가 정지되고, 반응조 내의 기압이 2.5bar ~ 3.5bar가 될 때까지 질소가스가 더 투입된다.

이때, 투입되는 질소는 상기 질소투입공정(S4)에서와 같이, 기압에 의해서 연질상태의 주방용 칼의 표면으로 강제침투됨과 동시에 질소에 의해서 냉각되어 담금질이 진행되고, 주방용 칼의 표면에 질소가 침투되면서 경화됨으로써 그 주방용 칼의 경도가 더욱 향상된다.

상기 질소투입공정(S4)과 퀀칭공정(S5-1)에 의한 질소의 강제침투는 주방용 칼의 표면에 일정 두께의 질소 경화층이 형성되되, 이는 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명을 통한 마르텐사이트계 스테인리스강으로 제작된 주방용 칼은 종래 담금질과 뜨임으로 제작된 주방용 칼이 가진 550Hv 경도와 동일한 심도 0.15㎜에서부터 주방용 칼의 표면인 심도 0㎜에 700Hv까지 그 경도 증대됨을 확인할 수 있듯이, 상기 강제침투된 질소가 주방용 칼의 심도 0.15㎜까지 침투되어 경화가 이루어진 것임을 확인할 수 있다.

그리고 페라이트계 스테인리스강 또한, 종래 주방용 칼이 가진 300Hv 경도와 동일한 심도 0.09㎜에서부터 주방용 칼의 표면인 심도 0㎜에 600Hv까지 그 경도가 증대됨을 확인할 수 있듯이, 상기 강제침투된 질소가 주방용 칼의 심도 0.09㎜까지 침투되어 경화가 이루어진 것임을 확인할 수 있다.

그 후, 서브제로템퍼링공정(S5-2)에 의해서 상기 퀀칭공정(S5-1)을 마친 주방용 칼이 액체 질소가 채워진 냉각 조에 50분 ~ 70분 담겨져서 약 -70℃로 냉각되고, 그 후 저온템퍼링공정(S5-3)에 의해서 그 서브제로템퍼링공정(S5-2)을 거친 주방용 칼이 템퍼링가열로를 통하여 50분 ~ 70분 동안 150℃ ~ 500℃로 가열되어 본 발명의 공정이 완료된다.

이때, 서브제로템퍼링공정(S5-2)과 저온템퍼링공정(S5-3)에 의해서 주방용 칼이 뜨임 되어 인성이 대폭 증대되되, 상기 질소투입공정(S4)과 퀀칭공정(S5-1)에 의한 질소의 강제침투로 인하여 발생 된 오스테나이트가 제거된다.

또한, 상기 질소투입공정(S4)과 퀀칭공정(S5-1)에 의해서 주방용 칼의 표면에 강제침투된 질소가 그 퀀칭공정(S5-1)과 서브제로템퍼링공정(S5-2) 및 저온템퍼링공정(S5-3)에 의해서 경화되어 도 2에서와 같이, 마르텐사이트계 스테인리스강으로 제작된 주방용 칼의 경도가 심도 0.15㎜에서 부터 종래의 마르텐사이트계 스테인리스강으로 제작된 주방용 칼의 최대 경도와 동일한 550Hv가 형성되되, 그 주방용 칼의 표면으로 갈수록 700Hv까지 그 경도가 상승 된다.

그리고 페라이트계 스테인리스강으로 제작된 주방용 칼의 경도가 심도 약 0.09㎜에서 부터 종래의 페라이트계 스테인리스강으로 제작된 주방용 칼의 최대 경도와 동일한 300Hv가 형성되되, 그 주방용 칼의 표면으로 갈수록 600Hv까지 그 경도가 상승된다.

도 1은 본 발명의 전체공정을 단계별로 도식화한 도면

도 2는 본 발명을 통한 주방용 칼과 종래 칼의 심도별 경도 값을 대비한 도면.

도 3은 본 발명을 통한 마르텐사이트 페라이트계 스테인레스강으로 제작된 주방용 칼의 단면을 확대한 도면.

[도면의 주요부분에 대한 상세한 부호의 설명]

S1 : 준비공정 S2 : 진공공정

S3 : 가열공정 S4 : 질소투입공정

S5 : 냉각 및 가열공정 S5-1 : 퀀칭공정

S5-2 : 서브제로템퍼링공정 S5-3 : 저온템퍼링공정

Claims (2)

1. 스테인리스강 칼의 제조방법에 있어서,

   날이 선 주방용 칼을 제작·세척한 후 반응조 내에 주방용 칼을 넣는 준비공정(S1)과;

   반응조의 내부를 10^-2torr의 진공상태로 하는 진공공정(S2)과;

   상기 반응조 내부의 온도가 500℃ ~ 600℃, 800℃ ~ 900℃, 1000℃ ~ 1200℃로 단계적으로 가열하는 가열공정(S3)과;

   상기 반응조 내부의 온도가 1000℃ ~ 1200℃가 형성된 후 그 반응조 내부의 기압이 0.15Bar ~ 2Bar가 되도록 질소를 투입하여 50분 ~ 70분간 유지시키는 질소투입공정(S4)과;

   퀀칭공정(S5-1)과 서브제로템퍼링공정(S5-2) 및 저온템퍼링공정(S5-3)으로 구성된 냉각 및 가열공정(S5)으로 구성됨을 특징으로 하는 스테인리스강 칼의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   냉각 및 가열공정(S5)은 상기 반응조 내의 기압이 2.5bar ~ 3.5bar가 되도록 질소가스를 투입하여 주방용 칼의 표면에 기압에 의한 질소가 강제침투됨과 동시에 질소에 의해서 냉각되어 담금질이 이루어지는 퀀칭공정(S5-1)과;

   상기 퀀칭공정(S5-1)을 마친 주방용 칼을 액체 질소가 채워진 냉각 조에 50분 ~ 70분 담가서 냉각시키는 초저온 뜨임이 진행되는 서브제로템퍼링공정(S5-2)과;

   그 서브제로템퍼링공정(S5-2)을 거친 칼을 템퍼링가열로를 통하여 50분 ~ 70분 동안 150℃ ~ 500℃로 가열시켜 저온 뜨임이 진행되는 저온템퍼링공정(S5-3)으로 구성됨을 특징으로 하는 스테인리스강 칼의 제조방법.

Images