KR100465815B1 - 자동차 부품의 복탄 처리 공정 및 복탄 처리 공정에 의해복탄된 자동차 부품 - Google Patents

자동차 부품의 복탄 처리 공정 및 복탄 처리 공정에 의해복탄된 자동차 부품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 부품, 특히 자동차의 안전용 부품인 버클(buckle) 및 텅(tongue)의 복탄 처리(carbon restoration treat)에 관한 것으로서, 침탄로에서 부품을 질소-메탄올법을 응용한 적주식 침탄 방식의 연속 메쉬-벨트로를 이용하여 무산화 연속 열처리를 하는 침탄 공정과, 침탄된 부품을 켄칭 셧(quenching shut)부가 설치된 켄칭조에서 열처리유를 가하며 켄칭하는 켄칭 공정, 그리고 켄칭된 부품을 템퍼링 로에서 가공하는 템퍼링 공정으로 구성되며, 침탄 공정, 켄칭 공정 및 템퍼링 공정은 메쉬-벨트식 무산화 열처리로에서 연속으로 이루어지는, 자동차 부품의 복탄 처리 공정과 그 공정에 의해 복탄 처리된 자동차 부품에 관한 것이다.

Description

자동차 부품의 복탄 처리 공정 및 복탄 처리 공정에 의해 복탄된 자동차 부품{CARBON RESTORATION TREAT PROCESS OF AUTOMOBILE PARTS AND AUTOMOBILE PARTS PRODUCED BY SAID PROCESS}
본 발명은 자동차 부품(Buckle 및 Tongue)의 복탄 처리(Carbon restoration)에 의한 부품특성의 개선과 복탄 온도와 시간의 개선에 따른 생산성의 향상, 그리고 복탄을 위한 최적 가스조성의 제어 및 켄칭 shut부를 이용한 켄칭 정도의 향상 등 복탄공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 침탄로에서 부품을 질소-메탄올법을 응용한 적주식 침탄 방식의 연속 메쉬-벨트 로를 이용하여 무산화 연속 열처리를 하는 침탄 공정과, 침탄된 부품을 켄칭 셧(quenching shut)부가 설치된 켄칭조에서 열처리유를 가하며 켄칭하는 켄칭 공정과, 켄칭된 부품을 템퍼링 로에서 가공하는 템퍼링 공정으로 구성되며, 복탄 공정, 켄칭 공정 및 템퍼링 공정은 메쉬-벨트식 무산화 열처리로에서 연속으로 이루어지는, 자동차 부품의 복탄 처리 공정과 그 공정에 의해 복탄 처리된 자동차 부품에 관한 것이다.
최근 강 제품들은 열간압연, 단조, 압출 및 스피닝 가공시 가열에 의하여 강 표면이 산화되며, 이에 의해 강 표면의 탄소분이 산화하여 가스로 방출되므로 강 표면에는 다소간의 탈탄이 생긴다. 강 표면에서의 탄소와 산소와의 반응속도는 강 내부에서보다 크며, 탈탄의 깊이는 가열분위기, 온도 및 시간, 강의 형태, 그리고 강 중의 합금원소의 작용에 따라 틀리게 된다. 특히 켄칭칭시 표면경도는 산화 및 탈탄에 의하여 큰 영향을 받게 되므로 피로나 마모에 대한 높은 저항성을 주기 위해 켄칭·템퍼링해야 하는 제품들은 실질적으로 산화 및 탈탄이 있으면 안된다.
이러한 산화 및 탈탄을 없애고 회복시키기 위해서는 복탄(carbon restoration), 즉 원 소재의 탄소 함량이나 요구되는 탄소함량에 맞도록 충분한 침탄을 하는 방법, 즉 복탄에 의하여 수정될 수 있다. 복탄은 일종의 가스침탄 원리와 같으나 요구되는 침탄 깊이와 탄소 함량에 맞추어져 소재가 적합한 기계적 성질을 발휘하기 위해서는 복탄처리 공정의 여러 가지 중요한 변수, 즉 로내의 가스조성, 소재의 조성, 처리온도 및 소재의 표면상태, 로의 형태 및 가열 구역의 분리, 그리고 로의 분위기 제어 등 그 인자들이 많다. 이중 로내의 가스조성이 가장 중요한데, 복탄을 위한 가스 분위기는 일반적인 가스 침탄에서 사용되는 변성로가스(RX가스)와 조성을 유사하게 할 수 있는 질소-메탄올 분위기가 경제적이고 조절이 쉬워 현재 국외에서 널리 사용되고 있다. 물론, 표면 탈탄층이 매우 적을 때는 표면탄소 함량을 어닐링(annealing)이나 열처리 사이클로 조절할 수 있지만 자동차용 고정구인 버클이나 텅 등 일정한 표면 경도와 기계적 성질이 요구되는 경우는 성공적인 복탄 처리를 위해 정밀한 공정제어가 이루어져야 한다.
예를 들면 흡열성 가스의 CO함량이 표준의 20%(±2%)에서 크게 벗어나면 평형탄소농도(Carbon potential)의 제어에 있어 역효과가 일어날 수 있고, 특히 피로환경에 적용되어 피로수명이 중요한 부품의 내구성에 있어서는 과잉의 복탄이 오히려 위험하다고 볼 수 있다. 그러나 일반적으로 부품의 마무리 기계가공이 없거나 적을 때는 복탄처리가 경제성이 있으므로 복탄과 동시에 켄칭되고 그 후 템퍼링 될 수 있는 안정적인 연속공정이 이루어질 수 있다면 생산성과 경제성의 가치가 충분하리라 판단된다.
앞에서 언급한 바와 같이 가스를 이용하는 분위기 열처리에서 질소(N2)가스를 이용한 침탄, 질화, 어닐링, 켄칭 등이 최근 관심이 모아지고 있는데, 이러한질소 가스에 의한 침탄의 기본개념은 케리어 가스로써 종래의 흡열성 가스인 RX가스(40% N2+ 40% H2+ 20% CO)를 변성로에서 제조하여 사용치 않고 침탄성 분위기 가스를 침탄로 내에서 직접 발생시켜 보다 적은 침탄성 가스를 사용, 효율적으로 침탄시키는 방법이며, 이는 요즈음 에너지 사정의 변화로 인하여 새로운 기술로 개발되고 있다. 즉 질소분위기 침탄은 종래 사용하던 흡열성가스인 RX가스를 사용하지 않고 질소가스를 캐리어 가스로 사용하고 침탄용으로 탄화수소가스를 첨가하여 소정의 탄소농도로 제어하여 강 표면에 침탄시키는 방법이다. 이 방법은 가열실내에 메탄올 공급에 의해 N2+ CH3OH → CO + 2H2+ N2의 열분해 반응(CO가 침탄에 기여함)으로 CO 및 H2가스를 발생시켜 질소로 희석된 40% N2+40% H2+20% CO 의 RX가스와 거의 동일한 가스조성이 만들어진다.
그리고 이 방법에서 침탄을 위한 질소/메탄올 비는 1:1이며 침탄 정도는 침탄시간과 온도에 따라 다르나 현재 일본 등 유럽지역은 실제 가스침탄에 적용하고 있다. 그러나 본 발명과 같은 복탄을 위한 가스조성과는 다소 차이가 있으며, 강종이나 탄소함량에 따라서도 차이가 있는데, 보통 강의 복탄 분위기로는 30∼40% H2, 0.1∼2.0% H2O, 18∼20% CO, 0∼0.1% CO2, 0∼0.15% CH4, 38∼43% N2의 범위와 750℃이상의 가열온도가 제시되고 있다. 그리고 복탄 분위기 제어로는 CO/CO2비(ratio)를 이용하는데, 저탄소강은 낮은 비가 좋고 고탄소강은 높은 비가 요구되고 있다. 또 이것은 처리형태, 강종에 따라 다르며 O2센서로 정밀제어가 가능한 것으로 알려져 있다. 그 외 복탄처리 온도가 870℃로 일정하여도 강종의 탄소량에 따라 노점 및 가스조성, 처리시간 등이 변화될 수 있고 또 복탄 후의 표면탄소농도도 원소재와 정확히 일치하지는 않는다.
이와 같이 복탄공정의 여러 인자들은 일반 가스침탄에 비하여 더욱 정밀한 제어가 요구된다 하겠다. 한편, N2-base의 질소 + 메탄올 가스침탄 방식은 그 이전에 사용되던 Batch type 로의 charge 개념에 대한 여러 가지 문제점들을 해소할 수 있으며, 아직 국내에는 이러한 방식이 기초적인 보급단계에 있고 이에 대한 공정체계의 확립이 거의 되어 있지 않은 실정이다. 특히 C량이 약 0.55%인 자동차용 버클(Buckle)이나 텅(Tongue) 제품들은 열처리 전단계에서 표면에 페라이트(ferrite) 층이 극히 얇게 형성(약 0.03㎜ 이하)되어 있어 복탄처리와 더불어 켄칭·템퍼링 처리가 실시되어야 하나 복탄처리는 무시하는 것이 통상적인 것으로 이해되고 있다.
그러나 기계적 성질이 우수하고 안정적인 제품의 품질을 유지하기 위해서는 복탄처리가 필히 실시되어야 하지만 복탄처리에 대한 각종 자료가 부족하고, 또 연속공정으로써 켄칭과 템퍼링 처리에 대한 복탄공정과의 상호 관계, 그리고 사용하는 로의 형태, 분위기 제어 등 고려하여야 할 변수 인자가 많다. 그러나 국내에서는 이들 부품에 대한 처리가 간과되고 단순히 켄칭·템퍼링 하는데 국한되어 있어 복탄에 대한 기술적인 자료나 연구결과가 거의 없는 실정이다. 복탄의 원리는 가스침탄 방법과 같으나 가스침탄에서보다 가스조성, 복탄 온도와 시간 등 분위기 제어가 더 엄밀하고 주의하지 않으면 성공적인 복탄이 이루어질 수 없다.
본 발명에서 주요히 쓰이는 개념들을 정리하면 아래와 같다.
침탄(carburizing)은 강철의 탄소함유량을 증가시키기 위하여 탄소를 강철에 도입하는 것을 말한다. 침탄은 탄소량이 낮은 저탄소강의 표면에 탄소를 침입 확산시켜 표면 가까이에만 탄소량을 높이고 그후 켄칭·템퍼링의 처리를 함으로써 표면을 경화시키는 것으로 구성된다.
침탄(carburizing)의 기본적인 기구는 오스테나이트(Austenite) 상태의 강표면에 탄소원자를 확산 고용시키는 것이다. 이 경우 강표면에서 탄소원자를 어떤 상태로 생성시키냐에 따라 침탄방법을 고체침탄, 가스침탄, 액체침탄으로 분류하게된다.
목탄을 침탄제로 이용하는 고체침탄은 가스침탄보다 오래전부터 이용되어 왔고, 오늘날도 설비비가 싼 점이 큰 장점이기 때문에 많이 이용되고 있다. 그러나 침탄재의 탄소포텐셜(carbon potential) 조절이 불가능한 점이 큰 결점이다.
가스침탄은 주로 프로판 또는 부탄 등의 가스와 공기를 적당히 혼합하여 1000∼1100℃의 온도로 유지된 Ni 촉매중을 통과시켜 캐리어가스(Carrier gas)를 만든 다음에 캐리어가스에 소량의 프로판 또는 부탄가스를 혼합시켜 침탄로에 도입하여 적당한 탄소포텐셜을 가진 침탄가스 분위기로 조절한 후 제품을 로에 장입시켜 소정의 온도에서 적당한 시간 유지시켜 침탄을 실시한다. 가스침탄은 고체 침탄에 비해서 침탄능의 조절이 가능하고, 균일한 침탄이 가능하고, 침탄 후 확산처리가 가능하고, 침탄온도에서 직접 켄칭이 가능하며, 연속작업이 용이하여 다량생산에 적합하다는 장점이 있으나, 고체침탄에 비해서 설비비 및 조업비가 높은 점이결점이다.
액체침탄은 Na 또는 K의 청산염을 함유한 용융염에 제품을 침지시켜 강표면에 약 0.2㎜ 정도의 경화층을 만드는 방법이다.
침탄의 여러 가지 방법중 가장 많이 사용되며 캐리어가스를 사용하는 가스침탄은 침탄용 가스의 생성방법에 따라 두 종류로 나눌 수 있다. 즉 이중 한 가지는 프로판 또는 부탄을 공기와 혼합시켜 변성시키는 RX가스 제조법이 있으며 또 다른 한 가지는 유기 용제를 열분해시켜 가스를 사용하는 적주식(Drip feed method or Drip feed carburizing)방법이 있다.
적주식의 경우는 원료로 C-H-O의 성분을 함유한 유기 용제를 직접 침탄로에 주입시켜 이 유기 용제가 열분해에 의해 CO가스를 생성시키는 방법이다. 가스원료를 직접 침탄로에 주입시키기 때문에 변성로는 필요 없다. 그렇기 때문에 설비비가 저렴하며 또한 목표로 하는 탄소 포텐셜에 적합한 유기 용제를 사용하기 때문에 분위기조절을 필요로 하지 않는 특징을 가지고 있다. 실용화되고 있는 적주식 침탄로는 뱃치(Batch)형으로서 올-케이스(All-Case)로 및 피트(pit)로 등이 있다. 아래의 표 1은 적주식과 변성로식 가스침탄법을 비교한 것이다.
침탄 후 실시하는 켄칭(quenching)은 금속가공에서 열처리 방법중의 하나로써, 급랭함으로써 금속이나 합금의 내부에서 일어나는 변화를 저지하여, 고온에서의 안정상태 또는 중간상태를 저온·실온에서 유지하는 조작으로 소입 또는 담금질이라고도 한다. 영어로 켄칭(quenching)은 그 뜻이 광범위하여 냉각뿐만 아니라 승온에 수반되어 일어나는 변화를 급열함으로써 저지하는 경우에도 사용한다. 이 말은 원래 강철을 오스테나이트(γ상)의 상태로 가열하고 물속 또는 기름속에서 급랭하여 펄라이트로의 변화를 저지해서 켄칭 조직을 얻는 조작을 말했으나, 오늘날에는 널리 '냉각에 의한 변화의 저지'라는 뜻으로 사용되고 있다. 따라서 과히 급랭하지 않아도 변화가 저지되어 경화되므로, 넓은 뜻의 켄칭에는 반드시 급랭하지 않아도 된다.
템퍼링(tempering)은 금속가공에서 열처리방법중의 하나로써, 강철을 담금질하면 경도는 커지나 메지기 쉬우므로 이를 적당한 온도로 재가열 했다가 공기 속에서 냉각, 조직을 연화·안정시켜 내부 응력을 없애는 조작인데 소려 또는 뜨임이라고도 한다. 강철을 담금질한 후, 온도가 내려감에 따라 일어날 변화를 급랭함으로써 일부 또는 전부를 저지하고, 다시 비교적 낮은 온도로 적당한 시간 가열하여 저지해 놓은 변화를 임의의 상태까지 진행시키는 일을 말한다. 템퍼링 처리는 켄칭한 재료의 메짐을 없애고 강인성을 주기 위해서 하는 경우와 켄칭 경도를 더욱 높이기 위해서 하는 경우가 있다. 보통 탄소강의 경우는 경화시킨 것을 200℃ 이상으로 가열하여 처리하면 메짐은 감소되고 강인화되며, 150∼200℃에서 템퍼링 처리를 하면 더욱 단단해진다. 또, 고속도강의 템퍼링 처리는 재료를 더욱 강인화시키기 위해서 하며, 약 600℃ 전후에서 실시한다.
본 발명이 속하는 침탄, 복탄 분야의 종래기술을 보면 종래의 적주식 질소-메탄올 방식은 컵식으로 떨어지면서 분해되어 비산되면서 주입된다.
종래의 복탄 공정의 처리방식은 피트(pit)형 로를 사용하는 것으로 본 발명과 달리 메쉬-벨트식 연속로를 사용하는 방식이 아니다. 특히 종래의 N2-base의 N2-메탄올법은 메탄올에 톨루엔의 첨가와 LP 가스주입을 자동제어하지 못해 정밀한 복탄공정을 이루지 못하였다.
또 종래 방식의 침탄 공정에서는 탄화수소나 CO 가스의 분해에 의해 항상 그을음 석출을 동반한다. 그 외에도 로의 온도가 낮을 때에는 특히 탄소의 석출(그을음)이 많이 나타난다. 또한 종래의 침탄 공정의 켄칭 공정에서는 켄칭 셧부가 없거나 벽돌 등으로 사용하고 있어 부품의 처리과정에서 많은 부품들이 일정한 켄칭 온도를 유지할 수 없게 되므로 제품불량이 발생할 수 있다.
이에 본 발명은 부품 특성의 개선과 복탄 온도 및 시간의 개선에 따른 생산성의 향상, 그리고 복탄을 위한 최적 가스조성의 제어 및 켄칭 셧부를 이용한 켄칭성의 향상을 위한 질소 베이스의 질소-메탄올법을 응용한 적주식 침탄 방식의 연속 메쉬-벨트 로(mesh-belt furnace)를 이용한 자동차 부품의 복탄 공정과 이 복탄 공정에 의해 복탄된 자동차 부품을 제공함을 목적으로 한다.
좀더 상세하게는, 첫째, 기존의 질소-메탄올법과 달리 메탄올에 톨루엔의 첨가와 LP가스 주입을 자동 제어하는 복탄 공정을 제공하고, 둘째, 본 발명은 기존의 적주식이 처리부품을 연속적으로 처리할 수 없는 것을 메쉬-벨트식을 채용하여 연속적으로 부품을 복탄시켜 제공할 수 있는 자동차 부품의 복탄 공정을 제공하고, 셋째, 메쉬-벨트식 연속로에서 열처리함으로써 부품이 끊임없이 이동하고 있으므로 그을음이 거의 발생하지 않는 부품의 복탄 처리 공정을 제공하며, 넷째, 켄칭조에 열전도도가 작은 스테인리스 310S로 된 켄칭 셧부를 설치하여 부품의 처리과정에서 일정한 켄칭 온도를 유지함으로써 부품의 켄칭성을 향상시키고 불량을 방지할 수 있는 복탄 처리 공정을 제공하며, 다섯째, heater를 이용하여 유기용제를 기화시켜서 로내에서 완전 분해시키므로 환원성 분위기로 생산 가능한 복탄 처리 공정을 제공하며, 여섯째, 제품표면의 페라이트(ferrite) 층을 원래의 탄소량으로 복탄시켜 기계적 성질을 향상시킨 자동차 부품을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 적용은 하기 발명의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하게 드러날 것이다.
도 1은 본 발명의 복탄 처리 공정을 수행하기 위한 공장의 일 실시예를 개략적으로 그린 개괄도.
도 2는 본 발명의 복탄 처리 공정의 실제 조업의 진행에 따른 열처리 온도의 일 실시예를 보여주는 열처리곡선.
도 3은 본 발명의 복탄 처리 공정을 받을 자동차 부품 중 버클(buckle) 및 텅(tongue).
도 4는 복탄시 탄소포텐셜 변화에 따른 표면부 경도를 비교하여 나타낸 그래프.
도 5는 복탄한 부품과 복탄하지 않은 부품의 표면부 경도를 비교하여 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 자동차 부품의 복탄 및 일반처리시 템퍼링 온도에 따른 표면부 경도를 비교하여 나타낸 그래프.
이하, 본 발명에 의한 자동차 부품의 복탄 처리 공정 및 복탄 처리 공정에 의해 복탄된 자동차 부품에 대해 구체적으로 설명한다.
본 발명의 복탄 공정은 침탄로에서 부품을 질소-메탄올법을 응용한 적주식 침탄 방식의 연속 메쉬-벨트 로를 이용하여 무산화 연속 열처리를 하는 침탄 공정과, 침탄된 부품을 켄칭 셧(quenching shut)부가 설치된 켄칭조에서 열처리유를 가하며 켄칭하는 켄칭 공정과, 켄칭된 부품을 템퍼링 로에서 가공하는 템퍼링 공정으로 구성되며, 침탄 공정, 켄칭 공정 및 템퍼링 공정은 메쉬-벨트식 무산화 열처리로에서 연속으로 이루어진다.
본 발명에서, 상기 침탄 공정은 질소 가스를 캐리어로 사용하고 가열실 내로 메탄올을 공급하여 N2+ CH3OH -> CO + 2H2+ N2의 열분해 반응에 의해 생성된 CO 가스에 의해 침탄이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서, 상기 침탄 공정은 메탄올에 톨루엔을 첨가하고 LP 가스(C4H8)를 자동 주입하며, 상기 침탄로 내의 분위기의 가스조성을 제어하기 위하여 O2센서를 사용함을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서, 상기 켄칭조의 켄칭 shut부는 열전도도가 작은 스테인리스로 구성되어 켄칭 온도를 일정 온도로 유지하도록 함을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 공정을 수행하는 공장의 일 실시예를 간략적으로 도시하는 것이 도 1이다. 도 2는 본 발명의 복탄 처리 공정의 실제 조업의 진행에 따른 열처리 온도의 일 실시예를 보여주는 열처리곡선이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 상기 공정을 상세히 설명하겠다. 복탄 처리 공정을 받을 부품은 우선 침탄로에 장입되어 예열 구역에서 약 800℃의 온도로 예열된다. 예열되면서부터 복탄 온도인 860±10℃로 복탄 및 켄칭되는데 이는 약 20분 정도 소요된다. 그후 켄칭 조를 거쳐서 템퍼링 로로 인입되어서 360±10℃로 약 120분 동안 템퍼링 처리를 받고 공냉, 건조된다.
기존의 적주식 질소-메탄올 방식은 컵식으로 되어 있어 유기용제가 떨어지면서 분해되어 비산하면서 주입되는데 비해 본 발명의 발명은 heater를 이용하여 유기용제를 기화시켜서 로내에서 완전 분해시키므로 환원성 분위기로 생산가능하다. 처리방식이 피트(pit)형 로를 사용하는 것과 달리 본 발명은 메쉬-벨트식 연속로를 사용한다. 특히 기존의 N2-base의 N2-메탄올법과 달리 메탄올에 톨루엔의 첨가와 LPG 가스주입을 자동 제어하는 것이 차이점이다. 그리고 본 발명의 메쉬-벨트식 연속로는 자동 및 연속작업이 가능한 벨트 콘베어식 열처리 장치를 말하며, 연속식으로 되어 있어 다량의 제품처리가 가능하고 완전 자동이므로 인력이 적게 든다.
캐리어가스를 사용하는 가스침탄은 침탄용가스의 생성방법에 따라 두 종류로 나눌 수 있다. 즉 이중 한 가지는 프로판 또는 부탄을 공기와 혼합시켜 변성시키는 RX가스 제조법이 있으며 또 다른 한 가지는 유기용제를 열분해시켜 가스를 사용하는 적주식(Drip feed method or Drip feed carburizing)이 있다.
적주식의 경우는 원료로 C-H-O의 성분을 함유한 유기용제를 직접 침탄로에 주입시켜 이 유기용제가 열분해에 의해 CO가스를 생성시키는 방법이다. 가스원료를직접 침탄로에 주입시키기 때문에 변성로는 필요없다. 그렇기 때문에 설비비가 저렴하며 또한 목표로 하는 탄소포텐셜에 적합한 유기용제를 사용하기 때문에 분위기조절을 필요로 하지 않는 특징을 가지고 있다. 실용화되고 있는 적주식 침탄로는 뱃치(Batch)형으로서 올-케이스(All-Case)로 및 피트(pit)로 등이 있으나 기존의 적주식은 처리부품을 연속적으로 처리할 수 없는 것임에 반하여 본 발명의 메쉬-벨트식은 연속작업이 가능하다.
또한 기존의 방식에서는 탄화수소나 CO 가스의 분해에 의해 항상 그을음 석출을 동반하고 로의 온도가 낮을 때에도 탄소의 석출(그을음)경향 등이 나타나나, 본 발명의 메쉬-벨트식 연속로에서는 기존의 적주식 배치 타입(Batch type) 로를 메쉬-벨트식 무산화 연속 열처리 로로 개량하였기 때문에 부품이 끊임없이 이동하고 있으므로 그을음은 거의 발생하지 않고 또한 기존의 적주식 질소-메탄올 방식은 컵식이기 때문에 유기용제가 떨어지면서 분해되어 비산하면서 주입되는데 반해, 본 발명은 heater를 이용하여 기화시켜서 로내에서 완전분해시키므로 환원성 분위기가 되기 때문에도 그을음이 발생되지 않는다. 종래의 복탄 공정에서 대부분의 경우 켄칭 셧부가 없거나 벽돌 등으로 사용하고 있어 부품의 처리과정에서 많은 부품들이 오일증기에 노출되거나 벽돌에 제품들의 일부가 정체되므로 일정한 켄칭온도를 유지할 수 없게 되므로 제품불량이 발생하나, 본 발명에서는 켄칭 셧부를 열전도가 작은 스테인리스 310S를 수직으로 설치하여 일정한 켄칭온도를 유지함으로써 소형부품의 열손실을 미리 방지하면서 켄칭성(=소입성)을 향상시킬 수 있어 불량방지 효과도 있다.
복탄을 위한 침탄로에서 로내 기체제어에 사용되는 센서는 사용되는 로의 종류, 작업내용 및 사용자의 다양성에 따라 듀셀의 노점검출기에 의한 H2O법(현장에 많이 사용)과 적외선식 가스분석에 의한 CO2수치법 및 O2센서(현재 가장 많이 사용)가 있다.
본 발명에 사용하는 O2센서는 튜브형태의 지르코니아 유도체의 내측에 신선한 공기를 가득 채워서 외부를 피측정기체(로내기체) 중에 두면, 지르코니아를 사이에 두고 양측에 산소농도의 차이가 발생하게 된다. 이 농도차이와 온도계수에 의해 검출하는 것이 산소 농담 전지이다. 따라서 기전력을 측정하면 탄소의 활동도를 구할 수 있다.
본 발명은 또한, 침탄로에서 부품을 질소-메탄올법을 응용한 적주식 침탄 방식의 연속 메쉬-벨트 로를 이용하여 무산화 연속 열처리를 하는 침탄 공정과, 침탄된 부품을 켄칭 셧(quenching shut)부가 설치된 켄칭조에서 열처리유를 가하며 켄칭하는 켄칭 공정과, 켄칭된 부품을 템퍼링 로에서 가공하는 템퍼링 공정으로 구성되며, 침탄 공정, 켄칭 공정 및 템퍼링 공정은 메쉬-벨트식 무산화 열처리로서 연속으로 이루어지는 복탄 공정에 의해 복탄되어진 자동차 부품을 제공한다. 도 3은 자동차 부품으로서 안전벨트에 사용되는 버클(Buckle) 및 텅(Tongue)을 도시하였다. 본 발명의 복탄 공정은 자동차 부품을 복탄 처리하기 위한 것이나, 자동차 부품에만 제한되는 것이 아니라, 탄소강으로 된 부품으로서 본 발명의 복탄 처리가 적절한 모든 부품에 적용될 수 있다.
이하에서 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 구성 및 작용효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아님은 당업자에게 있어서 명백한 사실이다. 따라서 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 당업자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
실시예
최적의 복탄가스 분위기 제어를 위한 가스 혼합비 결정은 예비실험을 통하여 메탄올에 혼합시키는 톨루엔 량의 조절(11~13% 범위)과 N2- (톨루엔+메탄올) 가스의 최종 혼합비 조정(2:3 또는 3:2로 변화시킴)을 결정하고 최적 복탄가스 조성을 위한 LP가스의 투입량을 결정한다.(N2: H2: CO의 양적인 비의 변화와 평형탄소 농도는 O2센서로 측정 또는 제어됨)
실험예 1
복탄 처리 정도에 따른 표면 경도의 비교
도 4는 복탄로에서 탄소 포텐셜을 자동조절한 결과를 측정한 것으로서 켄칭 온도는 860℃이며 복탄 정도에 따른 탄소 포텐셜이 각각 0.5%, 0.45%, 0.42%, 0.35%인 부품의 경도를 측정하여 그래프로 나타낸 것으로서 가장 많이 복탄된 탄소포텐셜이 0.5%인 부품이 그 경도가 가장 크게 나타난다.
실험예 2
복탄 처리한 부품과 처리하지 않은 부품의 경도 비교
도 5는 복탄 처리한 부품과 복탄 처리하지 않은 부품을 860℃의 온도에서 켄칭하는 경우에 표면부의 경도의 차이를 나타내는 도이며, 도 6은 복탄 처리한 부품과 복탄 처리하지 않은 부품을 360℃의 온도에서 템퍼링하는 경우에 표면부의 경도의 차이를 나타내는 도이다.
도 5 및 도 6을 보면 알 수 있듯이 복탄 처리한 것이 복탄 처리하지 않은 부품에 비하여 높은 표면 경도를 나타냄을 알 수 있다.
본 발명의 복탄 처리 공정은 자동차 부품의 복탄과 켄칭, 템퍼링 처리를 연속적으로 할 수 있으며, 탈탄된 안전부품의 소재를 원래의 탄소량으로 복탄시켜 기계적 성질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 켄칭 셧부를 설치, 이용함으로써 일정한 열처리 온도를 유지할 수 있어 향상된 성질의 안전 부품을 제공하는 효과가 있다.
본 발명은 또한 연속적인 처리로 인하여 종래의 방법의 문제점인 부품의 그을음을 현저히 감소시켰고, 또한 연속적인 처리로 그 생산량도 증가하는 효과가 있다. 생산량의 증가는 결국은 경제성과 이어져서 경제적으로 자동차 부품을 복탄시킬 수 있는 효과가 있다.
기존의 질소-메탄올법과 달리 메탄올에 톨루엔의 첨가와 LP가스 주입을 자동 제어하여 공정의 제어가 철저한 효과가 있다.
또한 켄칭조에 열전도도가 작은 스테인리스 310S로 된 켄칭셧부를 설치하여 부품의 처리과정에서 일정한 켄칭 온도를 유지함으로써 부품의 켄칭성을 향상시키고 불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 침탄로에서 부품을 질소-메탄올법을 응용한 적주식 침탄 방식의 연속 메쉬-벨트 로를 이용하여 무산화 연속 열처리를 하는 침탄공정과,
    상기 침탄된 부품을 켄칭 셧(shut)부가 설치된 켄칭조에서 열처리유를 가하며 켄칭하는 켄칭 공정과,
    상기 켄칭된 부품을 템퍼링 로에서 가공하는 템퍼링 공정으로 구성된 자동차부품의 복탄 처리를 위한 공정을 포함하며,
    상기 침탄 공정, 켄칭 공정 및 템퍼링 공정은 메쉬-벨트식 무산화 열처리로서 연속으로 이루어지고, 상기 침탄 공정은 질소 가스를 캐리어로 사용하고 가열실 내로 메탄올을 공급하여 N2+ CH3OH -> CO + 2H2+ N2의 열분해 반응에 의해 생성된 CO 가스에 의해 침탄이 이루어지는, 자동차 부품의 복탄 처리 공정.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 침탄 공정은 메탄올에 톨루엔을 첨가하고 LP 가스(C4H8)를 자동 주입하여 상기 침탄로 내의 분위기의 가스조성을 제어하기 위하여 O2센서를 사용함을 특징으로 하는, 자동차 부품의 복탄 처리 공정.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 켄칭조의 상기 켄칭 셧(shut)부는 열전도도가 작은 스테인리스로 구성되어 켄칭 온도를 일정 온도로 유지하도록 함을 특징으로 하는, 자동차 부품의 복탄 처리 공정.
  5. 상기 제 2 항 내지 제 4 항에 의한 복탄 처리 공정에 의해 복탄 처리된 자동차 부품.
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