마르텐사이트계 스테인리스강 튜브의 표준 열처리 공정은 무엇입니까?

강도의 기초를 오스테나이트화

열처리는 탁월한 특성을 발휘하는 데 없어서는 안 될 공정입니다. 마르텐사이트계 스테인레스 스틸 튜빙 , 미세 구조를 단단하고 강하며 내마모성 형태로 변환합니다. 이러한 변형은 오스테나이트화, 담금질 및 템퍼링의 세 가지 기본 단계를 통해 이루어집니다.

첫 번째 중요한 단계는 오스테나이트화입니다. 여기에는 원래의 페라이트 및 탄화물 함유 구조가 오스테나이트(감마)로 알려진 균질한 단상 면심 입방 구조로 완전히 변형되는 정확한 온도 범위로 MSS 튜브를 가열하는 작업이 포함됩니다.

정밀한 온도 제어

오스테나이트화 온도 범위는 일반적으로 950°C~1050°C(1742°F~1922°F)입니다. 특정 온도는 등급과 탄소 함량에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, 420등급은 탄소 함량이 높기 때문에 410등급과 다른 범위가 필요할 수 있습니다.

• 목적: 모든 탄소 및 합금 원소를 오스테나이트 매트릭스에 완전히 용해시키는 것입니다. 이는 최대 후속 경도를 보장합니다.

• 편차 위험: 너무 낮게 가열하면 용해되지 않은 탄화물이 생성되어 경도의 전체 잠재력이 감소합니다. 너무 높게 가열하면 과도한 입자 성장이 발생하여 튜브의 최종 인성과 연성이 심각하게 감소합니다.

불림 시간 및 예열

전체 단면이 균일하게 가열되고 합금 성분이 완전히 용해되도록 튜빙을 충분한 담금 시간 동안 오스테나이트화 온도에서 유지해야 합니다. 벽이 두꺼운 MSS 튜빙이나 복잡한 형상의 경우 650°C~850°C 범위의 예열이 종종 사용됩니다. 이 단계는 열충격을 완화하고 고온으로 빠르게 전환되는 동안 뒤틀림이나 균열의 위험을 최소화합니다.

마르텐사이트 형성 담금질 및 경화

담금질은 오스테나이트화 직후의 급속 냉각 단계입니다. 그 목적은 오스테나이트가 펄라이트나 베이나이트와 같은 더 부드러운 상으로 변태하는 것을 억제하고 대신 마르텐사이트(알파 프라임)로 알려진 초경질의 체심 정방정계 구조로 변태하도록 하는 것입니다.

제어된 냉각 매체

잔류 응력과 변형을 관리하면서 필요한 경도를 달성할 수 있도록 냉각 매체와 속도를 신중하게 선택합니다.

• 오일 담금질: 특정 고탄소 MSS 등급에 필수적인 빠른 냉각 속도를 제공하지만 왜곡 및 내부 응력의 위험이 더 높습니다.

• 공기 또는 가스 담금질: 경화성이 높은 등급, 특히 니켈이나 몰리브덴을 함유한 등급에 사용됩니다. 이는 더 느리고 덜 공격적인 냉각 속도를 제공하여 왜곡을 크게 줄여 정밀 튜브 응용 분야에 매우 바람직합니다.

• 중단형 담금질(염욕): 튜브를 마르텐사이트 시작(Ms) 온도 바로 위의 온도까지 빠르게 냉각하고 등온으로 유지한 다음 천천히 냉각함으로써 열 구배를 최소화하는 데 사용됩니다. 이 기술은 내부 응력과 치수 변화를 최소화하는 데 필수적입니다.

담금질 직후의 조직은 단련되지 않은 마르텐사이트로 극도의 경도, 고강도, 그러나 매우 높은 취성을 특징으로 합니다. 직접 사용에는 적합하지 않습니다.

템퍼링 밸런싱 강도와 인성

템퍼링은 최종이자 가장 중요한 단계로, 최종 사용 사양을 충족하도록 MSS 튜브의 특성을 조정하는 데 사용되는 담금질 후 재가열 공정입니다. 이는 담금질로 인한 엄청난 내부 응력을 완화하고 약간의 경도를 희생하면서 연성 및 인성을 향상시킵니다.

템퍼링 온도 스펙트럼

템퍼링의 온도, 지속 시간 및 냉각 속도에 따라 특성의 최종 균형이 결정됩니다. 선택은 신청 요건에 따라 결정됩니다.

• 저온 템퍼링(150°C ~ 400°C): 수술 기구 또는 특수 베어링 튜브와 같이 최대 경도와 내마모성을 요구하는 응용 분야에 사용됩니다. 담금질된 경도의 대부분을 유지합니다.

• 고온 템퍼링(550°C ~ 700°C): 오일 컨트리 관형 제품(O C T G) 및 탁월한 인성과 고강도 수준이 요구되는 기타 구조 부품에 광범위하게 사용됩니다. 이 공정을 통해 내충격성을 위한 최적의 미세구조인 강화 소르바이트가 생성됩니다.

성질이 약해지는 것을 피함

중요한 고려 사항은 약 400°C ~ 550°C 범위에서 천천히 가열하거나 냉각하면 재료의 충격 강도가 심각하게 감소할 수 있는 템퍼 취성 현상입니다. 고성능 튜빙의 경우 이 온도 범위를 조심스럽게 피하거나 템퍼링 후 재료를 빠르게 냉각시킵니다.

산업 동향 및 발전

특히 에너지 및 항공우주 부문에서 고성능 MSS 튜빙에 대한 수요가 열 처리 기술의 발전을 주도하고 있습니다.

• 고급 저탄소 합금: 이제 최신 13% Cr 등급과 슈퍼 13% Cr 등급이 산성 서비스 응용 분야에 일반적으로 사용됩니다. 높은 항복 강도를 유지하면서 황화물 응력 균열(S S C) 저항에 대한 NACE 표준을 준수하려면 정교한 HP T(고성능 템퍼링) 프로토콜이 필요합니다.

• 진공 열처리: 현대식 연속 진공로는 MSS 튜빙에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 진공 처리는 기존 대기로에서 흔히 발생하는 표면 산화 및 탈탄을 최소화합니다. 그 결과 튜브 길이 전반에 걸쳐 표면 마감이 더 깨끗해지고 재료 특성이 더욱 균일해지며 검사 및 재작업 비용이 절감됩니다.

• 극저온 처리: 특정 고경도 응용 분야의 경우 담금질 후 잔류 오스테나이트를 마르텐사이트로 변환하기 위해 영하 또는 -196°C까지의 극저온 처리가 때때로 사용됩니다. 이 공정은 최종 뜨임 단계 이전에 경도와 치수 안정성을 극대화합니다.

• 디지털 시뮬레이션: 유한 요소 분석(F E A)은 이제 복잡하거나 벽이 두꺼운 튜브의 열 흐름 및 상 변환을 모델링하는 표준 관행입니다. 이를 통해 제조업체는 열 변형을 예측하고 이에 대응하여 타원성과 치수 부적합을 최소화할 수 있습니다.