KR20180073890A

KR20180073890A - 크롬-몰리브덴강의 링밀 후 직접 담금질 방법

Info

Publication number: KR20180073890A
Application number: KR1020160177406A
Authority: KR
Inventors: 오윤석; 김준걸; 전상용
Original assignee: 오윤석; 김준걸; 전상용
Priority date: 2016-12-23
Filing date: 2016-12-23
Publication date: 2018-07-03

Abstract

크롬-몰리브덴강을 이용하여 열간 프레스 단조를 실시하고, 링 형상의 제품을 제작하기 위한 링밀(Ring Rolling Mill)작업을 최종 링밀 작업 마무리시에 제품의 온도가 850℃ 이하로 떨어 지지 않도록 실시하여 기존의 200℃까지 냉각 하던 방법을 실시 하지 않고 링밀 완료된 제품을 직접 열처리로에 장입하여 860℃에서 재 가열 유지 후 담금질(Quenching)을 실시하고, 인성을 부여 하기 위하여 기존의 620℃에서 실시하던 뜨임(Tempering)온도를 30℃높혀 작업 함으로 써, 기존의 방식에서 요구조건을 충족하도록 하는 방법을 제시한다.

Description

크롬-몰리브덴강의 링밀 후 직접 담금질 방법{Mothod for Direct quenching after ring mill using a chrome-molybdenum steel}

본 발명은 크롬-몰리브덴강의 열처리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크롬-몰리브덴강을 이용한 링밀 열간 단조 작업 후 열처리 작업을 위한 냉각 과정을 생략하여 담금질 하는 방법에 관한 것이다.

크롬-몰리브덴강을 이용하여 다양한 형태의 가공품이 단조기술을 이용하여 제조되고 있다. 링 형상의 기어 및 베어링을 열간 링밀 가공 후 담금질 실시 전 재료 내부 응력으로 인한 크랙을 방지하고 사용 목적에 따라 인장강도나 항복강도 외에 저온 충격강도가 요구된다. 이러한 요구 조건을 만족하기 위해서 제품을 공기중에 200℃ 전후가 될 때까지 냉각 후 담금질을 위한 재 가열을 실시하여 담금질을 실시하고 있다. 하지만 제품이 대형화 되면서 가열된 제품의 냉각 및 재 가열을 위한 소요시간이 늘어 나게 된다.

본 발명은 크롬-몰리브덴 강을 이용한 열간 링밀 작업 후 냉각과정을 생략하고 담금질과 뜨임을 실시하여 충분한 인장강도, 항복강도를 가지면서 저온충격강도 및 요구 되는 조직을 만족하는 제조방법을 제시하고자 한다.

본 발명의 일 관점은, 크롬-몰리브덴강을 이용한 링밀 완료 온도를 측정하는 단계; 상기 A3 변태점 온도보다 30℃~50℃ 높은 온도 범위를 담금질 온도로 설정하는 단계; 상기 담금질 온도에서 링밀 완료된 제품을 직접 열처리로에 장입하여 유지하는 열처리 단계를 포함하는 방법을 제시한다.

상기 크롬-몰리브덴강의 링밀 완료 온도는 850℃ 이상이다.

상기 크롬-몰리브덴강의 A3 변태점 온도는 820℃이고, 담금질을 위한 열처리로의 온도는 850℃~870℃온도 범위 일 수 있다.

상기 담금질 온도에서 링밀 완료된 제품을 열처리로에 장입하여 가공품의 두께 25mm/30분의 유지 시간을 유지시키는 단계를 포함하여 수행 될 수 있다.

본 발명 실시예들은 이 방법으로 생산된 제품과 기존 방법에 의한 것을 비교검토하여 차이점을 분석하였으며, 크롬-몰리브덴강을 이용하여 링밀 제조 후 냉각과정을 거치지 않고 즉시 담금질 열처리로에서 재가열 후 담금질 하여 생산성향상과 원감절감을 도모하며, 이 방법을 적용하여 요구되는 사항을 구현 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원소재의 마크로 시험 결과이다.
도 2는 기존방법인 링밀 후 냉각 후 재가열하여 열처리를 실시한 소재의 결정립 검사를 실시 하였으며 위치는 중심부 이다.
도 3은 기존방법인 링밀 후 냉각 후 재가열하여 열처리를 실시한 소재의 결정립 검사를 실시하였으며 위치는 표면부위이다.
도 4는 링밀 후 냉각 후 재가열을 실시하지 않고 직접 열처리를 실시한 소재의 결정립 검사를 실시 하였으며 위치는 중심부이다.
도 5는 링밀 후 냉각 후 재가열을 실시하지 않고 직접 열처리를 실시한 소재의 결정립 검사를 실시하였으며 위치는 표면부위이다.
도 6은 기존방법인 링밀 후 냉각 후 재가열하여 열처리를 실시한 소재의현미경 검사를 실시하였으며 위치는 중심부이다.
도 7은 링밀 후 냉각 후 재가열을 실시하지 않고 직접 열처리를 실시한 소재의 현미경 검사를 실시하였으며 위치는 중심부이다.

본 발명의 실시예는 크롬-몰리브덴강의 대표 강종인 42CrMo4(DIN) 또는 SCM440(KS)의 원소재(Round bar)를 사용하여 시편을 채취하고, 화학성분분석, 마크로시험을 실시하여 결함이 없는 소재임을 측정한다.

결함이 없는 소재임이 판정 되면 링밀 가공품을 제조하기 위한 원소재 절단을 실시한다. 이때 절단된 원소재의 크기는 ￠450mm x L330mm이다.

절단된 원소재는 프레스 단조 작업을 위하여 가열로에서 100℃/hr 의 가열속도로 가열 하여 프레스 단조 작업 조건인 1250℃까지 가열하여 재료의 내부 온도까지 균일해지도록 8시간 내지 12시간을 유지한다.

상기의 가열된 원소재를 자유단조 프레스를 이용하여 ￠610mm x T170의 크기로 프레스 단조 작업을 하며, 이때 소요되는 시간은 3분 가량이며, 프레스 단조 종료시 소재의 온도는 1020℃~1030℃이며, 최종적으로 1000℃ 이하로 떨어지지 않도록 작업을 신속히 마무리 한다.

상기의 프레스 단조 작업을 마친 소재는 링밀(Ring Rolling Mill)을 이용하여 ￠1020 x ￠790 x T120의 크기로 링 형상의 성형단조를 실시한다. 이때 링밀 종료시 소재의 온도는 850℃ 이하로 떨어지지 않도록 실시하여야 한다.

링밀(Ring Rolling Mill) 완료된 소재를 공기중에 냉각 시키지 않고 담금질(Quenching)을 실시하기 위하여 이미 가열되어 있는 열처리로에 장입을 한다. 열처리로의 온도는 크롬-몰리브덴강의 A3변태점인 820℃ 보다 30℃~50℃ 높은 온도의 범위인 860℃이다.

장입된 소재의 온도 균일화 및 프레스 단조와 링밀단조에서 발생된 소재 내부의 응력을 제거 해주기 위하여 소재 두께 25mm/30분을 적용하여 860℃ 온도에서 2시간 30분을 유지 시켜준다.

상기의 온도 유지시간이 끝나면 1분내에 수냉을 실시하며, 제품에 화색이 없어질때까지 냉각을 실시한다.

담금질(Quenching)이 마무리된 소재는 내부 응력 제거 및 인성을 부여 하기위한 뜨임(Tempering)을 실시한다. 이때, 기존의 방법에서는 620℃에서 가열 유지 하던 방법을 인성을 더욱 부여 하기 위하여 650℃온도에서 가열 유지를 실시한다. 뜨임에서는 25mm/1시간을 적용하여 5시간을 유지 시켜 준다. 즉, 650℃ x 1hrs을 가열 유지 후 열처리로에서 소재를 장출 하여 공기중에 냉각 시켜 준다.

냉각이 완료된 소재는 최종적으로 소재의 물리적 성질이 충족되는지 확인을 위한 시편을 채취하며, 시편 채취 위치는 제품의 두께 방향에서 표면 및 두께의 1/4 지점 그리고 중심부의 시편을 채취하여 시험을 실시한다.

소재의 화학적 성질을 검사 하기 위한 방법으로는 반복된 가열 냉각으로 인한 소재의 탈탄 및 화학성분의 변화를 확인하기 위한 성분분석을 실시한다.

기계적 성질을 확인하기 위한 항복강도, 인장강도, 연신율, 단면감소율, 경도를 검사를 실시하며, 재료의 인성여부를 확인하기 위하여 충격치 검사를 실시한다.

재료 내부의 성질을 확인하기 위하여 결정립 검사, 조직검사, 비금속개재물 검사를 통한 재료 내부의 검사를 실시한다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각과정을 거치지 않고 직접 가열 후 담금질하는 방법에 따르는 실험예를 통해 본 발명의 효과를 설명한다.

표 1과 표2는 원소재의 화학성분을 분석한 결과이다.

표 3은 기계적 성질을 시험한 결과이다.

표 4는 비금속 개재물을 시험한 결과이다.

		C	Si	Mn	P	S	Ni
규격	Max.	0.45	0.40	0.90	0.2	0.015	0.25
규격	Min.	0.40	-	0.70	-	-	-
표면		0.43	0.30	0.76	0.019	0.002	0.02
1/4		0.44	0.27	0.66	0.009	0.002	0.02
중심		0.44	0.29	0.71	0.016	0.002	0.02

		Cr	Mo	Al	Ti	H(PPM)	O(PPM)
규격	Max.	1.25	0.30	0.05	0.005	2.5	30
규격	Min.	1.00	0.20	-	-	-	-
표면		1.12	0.27	0.033	0.0040	0.2	11
1/4		1.02	0.20	0.034	0.0035	0.3	10
중심		1.07	0.24	0.034	0.0054	0.2	8

표1과 표2에서의 결과에 따라 목표 성분이 규격에 충족 한다.

도1과 같이 마크로 시험을 통한 재료의 편석 유무 확인을 실시한다.

림밀 와료 된 제품에서 시편을 채취하여 기게적 성질 및 조직검사등을 실시한다.

표 3은 기계적 성질을 기존 방법과 링밀 완료 후 냉각과정을 거치지 않고 직접 가열후 담금질 후 뜨임을 실시한 시편을 시험한 비교 검사 결과이다.

열처리	시편위치	항복강도 N/mm2	인장강도 N/mm2	연신율 %	단면감소율 %	경도 HB	충격치 J(-40℃
규격		Min.700	900~1100	12	55	-	Min.27
기존방법	중심	1080	1210	13.5	57.5	271	80
	1/4지점	1180	1260	14.0	56.5		84
	표면	1120	1180	16.5	61.0	240	112
신규방법	중심	1180	1270	13.5	56.7	278	62
	1/4지점	1240	1350	12.8	58.1		88
	표면	1130	1210	12.8	60.5	237	84

표 3의 결과에 따라 강도는 규정된 강도의 기준보다 매우 높은 것을 확인 할 수 있으며 열처리(담금질+뜨임)효과가 충분하다. 연성또한, 기존의 방법 보다 약간 낮으나 규격을 만족하고 있으며, 충격치 검사에서 규격보다 매우 높아 열처리(담금질+뜨임)효과가 충분하다.

도 2에서 도3의 기존 방법에 의한 결정립 크기와 비교 하였을 때, 도 4와 도5의 링밀 후 냉각과정을 생략하고 직접 열처리 실시한 결정립의 크기가 ASTM No.8로서 비교적 미세하여 기존의 방법과 차이가 별로 없다.

비금속 개재물		Thin	Heavy
	A Type	0.5	0.5
	B Type	0.5	0.5
	C Type	0	0
	C Type	0	1.0

표 4의 비금속 개재물 시험 결과 개재물량이 낮아 청정강이다.

도 6과 도 7의 현미경 시험에서는 크롬-몰리브덴강의 열처리 후 요구 조직인 템퍼트 마텐사이트(Tempered Martensite)조직이며, 도 6의 기존 방법과 도 7의 링밀 후 냉각과정을 생략한 직접가열 열처리 방법에 의한 조직의 차이가 없다.

상기의 시험 결과를 통하여 링밀 작업 후 공기중 냉각 없이 직접 가열하여 열처리를 시행한 재료가 기존방법으로 시행한 재료에서 수치적으로는 약간의 차이가 있으나 강도나 충격치 및 결정립과 조직이 요구 규격을 충족한다.

Claims

링밀 후 냉각 과정을 거치지 않고 열처리 온도 범위 850℃~870℃의 열처리로에 직접 가열하여 담금질(Quenching) 방법
냉각 과정을 거치지 않고 담금질(Quenching)된 소재의 인성을 부여하기 위하여 뜨임(Tempering)온도를 650℃에서 실시 하는 방법