KR950014632B1 - 철금속 및 합금을 어닐링하는 방법 - Google Patents

철금속 및 합금을 어닐링하는 방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

철금속 및 합금을 어닐링하는 방법
제1도는 노의 전이 혹은 냉각 영역으로 주입되는 대기를 도시하는 제어된 대기 열처리 노의 개략도.
제2도는 노의 고온 영역으로 주입되는 대기를 도시하는 제어된 대기 열처리 노의 개략도.
제3a도는 대기를 열처리 노에 주입시키기 위한 본 발명에 따른 개방된 기구의 개략도.
제3b도는 대기를 열처리 노에 주입시키기 위한 본 발명에 따른 개방관 및 배플 기구의 개략도.
제3c도는 대기를 열처리 노에 주입시키기 위한 반다공성 기구의 개략도.
제3d도는 대기를 노에 주입시키기 위한 반다공성 기구의 또다른 형상의 개략도.
제3e도 및 제3f도는 대기를 열처리 노속으로 주입시키기 위한 본 발명에 따른 다공성 기구의 개략도.
제3g도는 대기를 열처리 노속으로 주입시키기 위한 본 발명에 따른 다공성 기구의 내부에 존재하는 동심형 다공성 기구의 개략도.
제3h 및 3i도는 대기를 열처리 노속으로 주입시키기 위한 본 발명에 따른 동심형 다공성 기구의 개략도.
제4도는 본 발명에 의한 열처리 공정을 테스트하는데 사용된 노의 개략도.
제5도는 750℃의 열처리 온도에 대한 실험노의 종단면도를 도시한 노의 길이에 대한 온도의 선도.
제6도는 950℃의 열처리 온도에 대한 제5도와 유사한 선도.
제7도는 본 발명에 의한 또 다른 적용예들의 탄소강의 어닐링에 요구되는 천연 기체에 대한 어닐링 온도의 선도.
제8도는 본 발명에 의한 또 다른 적용예들의 탄소강의 어닐링에 요구되는 천연 기체에 대한 어닐링 온도의 선도.
제9도는 본 발명에 의한 탄소강의 어닐링에 요구되는 프로판 기체에 대한 어닐링 온도의 선도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 노 12 : 유입단
14 : 배출단 16 : 부품
18 : 무단 이음 벨트 20 : 유입 커텐
22 : 배출 커텐 24 : 파이프, 관
40 : 확산기 172, 174, 176 : 개방 관
본 출원은 1991. 7. 8일 출원된 미합중국 특허 출원 제07/727,806호에 대한 후속 출원이다.
본 발명은 금속 및 합금을 어닐링하는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 금속을 납땜하고 세라믹 및 복합 재료등을 열처리하는데 사용되는 조절된 노의 대기를 현장 생성하는 방법에 관한 것이다.
질소를 주성부능로 하는 대기는 70년대 중반이래 배취 및 연속 노중에서의 열처리 산업에 통상적으로 사용되어 왔다. 낮은 노점과 산소 및 이산화탄소의 실질적인 부재로 인하여, 질소를 주성분으로 하는 대기는 산화 및 탈탄 특성을 나타내지 않기 때문에 다양한 열처리 작업에 적합하다. 특히 질소와 수소의 혼합물은 구리 및 금과 같은 비철금속과 합금의 어닐링 뿐만 아니라 저탄소강 내지 고탄소강 및 합금강을 어닐링하는데도 널리 사용되어 왔다. 메탄 또는 프로판과 같은 탄화수소와 질소 혼합물은 중탄소강 내지 고탄소강의 중성 경화와 무탈탄화 어닐링에 널리 이용되었다. 질소와 메탄올 혼합물은 저탄소강 내지 중탄소강의 침탄을 위해 개발되고 사용되어 왔다. 마지막으로 질소, 수소 및 수분의 혼합물은 금속 납땜 작업, 금속과 세라믹 분말의 소결, 그리고 유리를 금속에 밀봉하기 위해 사용되어 왔다.
열처리 산업에 사용된 질소의 대부분은 대형 저온 플랜트내에서 공기를 증류시켜 생성한 것이다. 이러한 저온에서 생산된 질소는 일반적으로 매우 순수하고 비싸다. 질소 생성원가를 절감하기 위해 흡착과 투과와 같은 여러 비-저온적 공기 분리법들이 최근 개발되어 시장에 소개되었다. 그러나 질소 생산 비용이 절감된 이 비-저온성으로 생성된 질소는 0.05 내지 5퍼센트의 잔류 산소를 함유하며, 몇몇 용도에서는 불가능하지는 않지만 어렵게 연속 어닐링과 열처리 노에 사용되는 저온성으로 생산된 질소를 비-저온적으로 생산된 질소로 직접 대체시켰다. 이와같은 대체를 위한 시도가 연구원들에 의해 실행되었지만, 과량의 환원 기체의 사용에도 불구하고 성공시키는데는 한계가 있었다. 일반적인 문제는 부식, 스케일 및 허용하지 못할 야금술상의 성질을 초래하는 노의 냉각 및 가열 영역에서 발생되는 열처리된 부품의 심한 표면 산화와 관련된 것이다. 따라서 비-저온성으로 생산된 질소는 표면의 산화 부식 및 스케일이 허용되는 그런 용도에만 한정되어 사용된다. 예를들면, 비-저온성으로 생산된 질소는 열처리 후에 일반적으로 기계가공되는 탄소강 부품의 산화물 어닐링에 효과적으로 사용되어 왔다. 그러나 완성된 탄소강 부품의 광휘 어닐링에는 스케일 및 부식이 생성되는 관계로 사용치 못하였다.
전술한 본 발명의 모체인 특허 출원에서는 비-저온성으로 생산된 질소와 수소, 탄화수소 또는 이들의 혼합물과 같은 환원 기체를 사용하여 철 및 비철금속 합금을 열처리와 어닐링하는데 적합한, 연속 노내에서 제조 비용이 낮은 대기를 발생시키는 방법이 개시되어 있다. 상기 특허 출원에는 비-저온성으로 생산된 질소와 환원 기체, 특히 수소로부터 열처리 대기를 발생시키는 방법이 상세하게 설명되어 있다.
본 발명은 연속 노에서 비-저온성으로 생성된 질소를 사용하여 철 및 비철금속 및 합금을 어닐링 및 열처리하고, 금속을 납땜하며, 금속과 세라믹 분말을 소결하며, 그리고 금속에 유리를 충진시키는 작업에 적합한 제조 비용이 낮은 대기를 현장에서 발생시키는 방법에 관한 것이다. 이 방법에 의하면, 적합한 대기는 1) 5퍼센트 이내의 잔류 산소를 함유한 비-저온성으로 생산된 질소를 탄화수소 기체와 혼합시키는 단계, 2) 이 기체 혼합물을 약 700℃ 내지 약 1,250℃ 사이의 온도에서 일정 방향 또는 단계로 작동되는 고온 영역을 지닌 연속 노속으로 유입시키는 단계, 및 3) 잔류 산소를 수분과 이산화탄소의 혼합물 ; 수분, 수소, 일산화탄소, 및 이산화탄소의 혼합물 ; 또는 일산화탄소, 수분, 및 수소의 혼합물과 같은 허용되는 형태로 전환시키는 단계에 의해 생성된다. 이 공정에서 사용하는 기체 유입 기구는 상기 언급한 출원에 개시된 것으로 유입물내에 존재하는 잔류 산소가 열처리될 부분과 접촉하게 되기 전에 허용되는 형태로 전환시키는 것을 보조하는 기구이다. 이 기체 유입기구로는 산소가 이 부품과 접촉하기 이전에 유입 기체내의 산소를 허용되는 형태로의 전환을 증대시키기 위한 방식으로 대기 성분을 노속으로 유입시킬 수 있도록 배치되는 한 다양한 형태의 기구로 제조될 수 있다. 어떤 경우의 기체 유입 기구는 유입 기체내의 산소를 허용되는 형태로 전환시키는 단계를 보조할 뿐만 아니라 부품상의 비반응성 산소와 유입 기체의 직접적인 충격을 방지하는 방식으로 설계될 수 있다.
본 발명은 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하여 연속 노내에서 철 및 비철금속과 합금을 어닐링하고 열처리하는데 적합한 제조비용이 낮은 대기를 생성하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법들은 철 및 비철금속과 합금을 어닐링 및 열처리하고, 금속을 납땜하며, 금속과 세라믹 분말을 소결하고, 그리고 금속에 유리를 충진시키는 작업에 적합한 대기가 비-저온성으로 생산된 질소를 소정의 비율로 탄화수소 기체와 혼합하고 ; 비-저온성으로 생산된 질소내에 존재하는 잔류 산소를 유입 기구의 부품과 접촉하기 이전에 허용되는 형태로 전환을 용이하게 하고(또는), 부품상에 유입 기체의 직접적인 충돌을 방지하는, 종래의 기구와는 다른 새로운 기구를 통하여 상기 혼합물을 노의 고온 영역으로 유입시킴으로써 비-저온성으로 생산된 질소로부터 연속 노내에 발생될 수 있다는 놀라운 발견에 근거한 것이다.
공기의 저온성 증류에 의해 생산된 질소 기체는 다양한 어닐링 및 열처리 용도에 널리 사용되어 왔다. 저온성으로 생산된 질소는 실질적으로 산소가 없고(일반적으로 산소 함량이 10ppm 미만임) 매우 비싸다. 따라서 열처리 용도에 사용되는 저가의 질소를 생성하기 위해, 특히 열처리 산업에서 많은 노력을 해왔다. 흡착 및 투과와 같은 공기 분리를 위한 비-저온성 기술의 도래에 따라 현재는 질소 기체를 저렴하게 생성하는 것이 가능해 졌다. 그러나, 상기 비-저온성으로 생산된 질소는 대부분의 열처리 용도에서 바람직하지 못한 5퍼센트 미만의 잔류 산소로 오염되어 있었다. 이 잔류 산소의 존재 때문에 저온성으로 생산된 질소를 비-저온성으로 생산된 질소로 직접 대체시키기가 매우 어려웠다.
이와 같은 연속 노내에서의 질소 대체를 위한 여러번의 시도는 과다한 양의 탄화수소 기체를 첨가 했을때도 불구하고 성공하는데는 한계가 있었다. 비-저온성으로 생산된 질소로 처리된 금속 부품은 항상 스케일, 부식 그리고 산화되었다. 이 문제점들은 연속 노의 가열 영역과 냉각 영역 사이에 위치한 전이(쇼크) 영역내의 개방 관을 통한 이유입 기체 혼합물의 주입에 의해 유발되는 것으로 추정되었다. 전이 또는 냉각 영역에서 미리 혼합된 탄화수소 기체와 비-저온성으로 생산된 질소의 주입은 유입 기체내에 존재하는 잔류 산소를 환원 기체와 반응하지 못하게 하여, 냉각 영역에서 부품을 산화시킨다. 이것은 유입 기체를 연속노에 주입시키는 통상적인 방법이며, 제1도에는 유입단(12)과 배출단(14)를 구비한 노(10)이 도시되어 있다. 열처리된 부품(16)들은 무단 이음 벨트(18)에 의해 노(10)를 통해 이동한다. 노(10)은 노의 대기를 유지하도록 보조하는 당업계 공지된 기술인 유입 및 배출 커텐(20), (22)가 각각 장착될 수 있다. 제1도에 도시된 바와 같이 대기는 파이프 수단 혹은 관과 같은 기구(24)에 의해 고온 영역과 냉각 영역 사이에 위치한 전이 영역으로 주입된다.
잔류 산소와 탄화수소 기체와의 반응 정도 및 비율을 향상시키기 위한 시도가 제2도에 도시된 것과 같이 종래의 개방 유입관(24)을 사용하여 연속노(10)의 고온 영역으로 기체상의 유입 혼합물을 직접 주입시킴으로써 이루어졌다. 이 방법으로 처리된 부품들은 스케일, 부식 또는 불균일한 산화를 산출하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 의하면 스케일, 부식 또는 불균일한 산화는 유입 기체에 존재하는 잔류 산소가 탄화수소 기체와 반응하여 부품과 접촉하기 이전에 허용되는 형태로 전환되도록 하는 특정 방식으로 기체 혼합물을 노속으로 유입시키는 방법에 의해 방지될 수 있다. 이것은 부품에 대한 유입 기체의 직접적인 충돌을 방지하며(또는) 부품과 접촉하기 전에 기체상의 유입 혼합물내의 잔류 산소를 탄화수소 기체와 반응시켜 허용되는 형태로 전환시키는 것을 보조하는 기구를 사용하여 기체상의 유입 혼합물을 노의 고온 영역으로 주입시킴으로써 수행되었다. 본 발명에 의한 방법을 실시하는데 사용된 기구들은 제3a-3i도에 도시되어 있는 상기 언급한 공계류중인 출원의 명세서에 상세히 설명되어 있는 바를 하기 요약해 보겠다 :
이 장치는 대기가 노의 상단(34)쪽으로 향하여 제3a도에 도시한 바와 같이 처리될 부품 또는 제조물에서 멀어지게 배출되도록 배치된 배출구(32)를 지닌 개방관(30) ; 대기가 노의 상단(34)쪽으로 편향하도록 장착된 제3b도에 도시한 바와 같은 배플(38)을 지닌 개방관(36)일 수 있다. 특히 효과적인 장치는 처리될 부품과 노의 상단 사이에 수평적으로 배치된 제3c도에 도시한 것으로, 이 관은 폐쇄 단부(42)를 갖고 있고, 그 둘레의 약 1/2 이상이 다공부(44)이고 나머지 1/2이 통상 비-다공부(46)이며, 이때, 상기 다공부(44)는 비-다공 기체 유입관에 충진시키기에 적합한 단부(43)을 지닌 노의 상단쪽으로 배향되어 있고, 상기 비-다공 기체 유입관은 비저온 생산성 질소원에 연결되어 있다. 제3c도에 도시된 것과 유사한 기구는 부품 또는 콘베이어(벨트, 로울러 등)와 노의 바닥 또는 기저부 사이의 노중에 수평 배치될 수 있고, 이 기구는 노의 기저부쪽으로 배향된 다공부(44)를 갖고 있다. 또 다른 기구는 그 말단이 다공 확산기(50)이거나 캡이며, 제3d도에 나타낸 바와 같이 노내부에 배치된 일부의 길이중 그 둘레 주위로 다수의 구멍을 지닌 고체관으로 구성된다. 대안적으로 제3e도 및 제3f도에 각각 (52)와 (53)으로 표시된 바와 같은 원통형 또는 반원통형 다공 확산기가 처리될 부품과 노의 상단과의 사이 또는 처리될 부품(또는 컨베이어)과 노의 기저부 사이의 위치에서 노내에 길이방향으로 배치될 수 있다. 제3g도는 다공성 상부(58)을 지닌 보다 큰 동심형 원통(49)내에 배치된 다공부(60)를 말단에 지닌 전달관(59)를 함유하는 비저온 생산성 질소를 노내로 도입시키기 위한 또다른 기구를 예시한 것이다. 원통(49)는 한쪽 말단이 다공부(60)을 함유하는 파이프(59)의 말단을 밀봉하는 비다공성 기체 불투과성 캡(61)으로 봉합되어 있고, 다른쪽 말단은 전달 파이프(54)에 밀봉 고착되어 있는 기체 불투과성 캡(62)으로 봉합되어 있다.
본 발명에 따라 노내로 기체 대기를 도입시키는 또 다른 기구는 제3h도에 도시되어 있고, 여기에서 전달관(63)은 원통내에 배치되어 있고, 전달관(63)과 원통(64)는 각각 둘레 외부 표면의 절반이 다공성(69), (66)이고, 다른 절반은 기체 불투과성(65), (68)이며, 그 위치는 제3g도로 제시된 것과 유사한 기체 불투과성 말단 캡(70), (71)을 사용하는 구조 조립체중에 도시한 바와 같다. 제3i도는 제3h도의 기구와 개념적으로 유사한 또다른 장치를 예시한 것이며, 여기에서 긴 전달관(81)은 제3h도의 기구와 유사한 방식으로 긴원통(72)내에 동심원적으로 배치되어 있다. 전달관(81)은 기체 불투과성인 발란스(77) 길이의 약 1/3에 반원주형 다공성 부위(78)를 갖고 있다. 외부 원통(72)는 길이 약 1/3에 걸쳐 전개되고 2개의 완전 불투과성부(73), (75) 사이에 배치된 반원주형 다공성 부(74)를 갖고 있다. 배플(79) 및 (80)은 관(81)을 원통(72)내에 동심원적으로 배치시키는데 사용되며, 장착된 배플(79)는 관(81)의 다공부(78)에서 부터 원통(72)의 다공성 부(74)까지 기체의 유입을 허용한다. 배플 또는 웨브(80) 뿐만 아니라 말단 캡(76) 및 (91)은 기체 불투과성이며, 관(81) 및 원통(72)에 밀봉 고착되어 있다. 제3g도, 제3h도 및 제3i도에 사용된 화살표는 각 장치를 통한 기체 유입을 나타내는 것이다.
가열 영역과 냉각 영역으로 분리되어 있고 대기압 또는 그 이상의 압력에서 작동되는 연속 노가 본 발명에 따른 방법에 가장 적합한 것이다. 이 연속 노는 메쉬 벨트(mesh belt), 로울러 노바닥형, 미는식 트레이(pusher tray)형, 이동식 빔(walking beam)형, 또는 회전 노바닥형으로 구성될 수 있다.
가열 영역과 일체형 급냉 영역을 갖고 있고 대기압 또는 그 이상의 압력에서 작동되는 연속 노도 또한 본 발명에 의한 방법에 적합한다. 이 연속 노는 메쉬 벨트형, 쉐이커(shaker)형, 로울러, 노바닥형, 미는식 트레이형, 또는 회전 노바닥형일 수 있다.
비-저온성으로 생산된 질소내의 잔류 산소는 0.05 내지 약 5퍼센트 범위내이어야 한다. 바람직하게는 약 0.05 내지 약 3퍼센트가 적당하며, 특히 약 0.05 내지 약 1.0퍼센트가 보다 적합하다.
탄화수소 기체는 탄화수소, 알코올, 에테르 및 그 혼합물로 구성된 그룹에서 선택될 수 있다. 이 탄화수소 기체는 메탄, 에탄, 프로판, 및 부탄과 같은 알칸 ; 에틸렌, 프로필렌, 및 부텐과 같은 알켄 ; 메탄올, 에탄올, 및 프로판올과 같은 알코올 ; 디메틸 에테르, 디에틸 에테르, 및 메틸-에틸 에테르와 같은 에테르로부터 선택될 수 있다. 천연 기체, 석유 기체, 조리용 기체, 코르크 오븐 기체, 도시 기체, 발열 기체, 및 흡열 기체와 같은 상용 공급원료도 또한 환원기체로서 사용될 수 있다.
알칸, 알켄, 에테르, 알코올, 상용 공급원료, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 탄화수소는 약 700℃ 내지 약 1,250℃ 온도로 작동되는 노내에서, 바람직하게는 800℃ 내지 약 1,250℃의 온도로 작동되는 노내에서 사용될 수 있다. 탄화수소 기체의 양은 탄화수소 기체의 처리 온도, 구성 성분 및 반응 정도에 따라서 결정 된다. 예를 들면, 저탄소강 내지 고탄소강의 조절된 산화물 어닐링에 요구되는 천연 기체의 양은 1,100℃에서의 화학양론적 양의 1.0 내지 약 5.0배 미만인 반면, 프로판에 대해서는 동일한 온도에서 화학양론적 양의 1.0 내지 약 1.5배 미만이다. 이것은 프로판이 천연 기체보다 산소와 더 반응을 잘하기 때문이다(프로판의 자동점화 온도는 450℃인 반면, 천연 기체의 점화 온도는 630℃임). 상기의 화학양론적 양은 비-저온성으로 생산된 질소내에 존재하는 잔류 산소를 수분과 이산화탄소의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 탄화수소 기체의 양을 의미한다. 산화물 어닐링에 요구되는 탄화수소 기체의 양은 온도의 증가와 반비례한다. 예를 들면, 1,050℃에서 산화물 어닐링에 요구되는 천연 기체의 양은 화학양론적 양의 1.0배 내지 약 6.0배 미만이다. 또한, 1,050℃에서 산화물 어닐링에 요구되는 프로판의 양은 화학양론적 양의 1.0배 내지 약 1.7배 미만이다. 이와 유사하게 1,000℃, 950℃, 및 850℃에서 요구되는 천연 기체의 양은 화학양론적 양의 1.0배 내지 각각 약 10.0배, 24.0배, 및 40.0배 미만이다. 또한, 1,000℃ 및 950℃에서의 프로판은 화학양론적 양의 1.0배 내지 각각 약 1.9배 및 3.2배 이하이다.
저탄소강 내지 고탄소강의 광휘의 무산화물층 부분 탈탄화 어닐링은 약 800℃ 내지 1,250℃의 온도에서 실행된다. 저탄소강 내지 고탄소강의 광휘의 무산화물층 부분 탈탄화 어닐링에 적합한 대기를 생산하는데 요구되는 탄화수소 기체의 양은 노의 온도와 사용된 탄화수소의 반응성에 따라 변한다. 예를들면, 요구되는 천연 기체의 양은 1,100℃에서의 화학양론적 양의 약 5.0배 이상인 반면, 동일한 온도에서의 프로판의 양은 약 1.5배 이상이다. 광휘 어닐링에 요구되는 탄화수소 기체의 양은 온도 감소에 반비례한다. 예를들면, 1,050℃에서 요구되는 천연 기체의 양은 화학양론적 양의 약 6.0배 이상이다. 1,050℃에서 요구되는 프로판의 화학양론적 양의 약 1.7배 이상이다. 이와 비슷하게 1,000℃, 950℃ 및 850℃에서 요구되는 천연 기체의 양은 각각 화학양론적 양의 약 10.0배, 24.0배 및 40.0배 이상이다. 또한, 1,000℃ 및 950℃에서의 프로판의 양은 각각 화학양론적 양의 약 1.9배 및 3.2배 이상이다.
저탄소강 내지 고탄소강의 광휘의 무산화물층 부분 탈탄화, 무산화물층 무탈탄화, 또는 무산화물층 부분 침탄 어닐링은 또한 약 800℃ 내지 1,250℃의 온도에서 실행된다. 저탄소강 내지 고탄소강의 광휘의 무산화물층 부분 탈탄화, 무산화물층 무탈탄화, 또는 무산화물층 부분 침탄 어닐링에 적합한 대기를 생산하는데 요구되는 탄화수소 기체의 양은 노의 온도와 사용된 탄화수소의 반응성에 따라 변한다. 예를 들면, 요구되는 천연 기체의 양은 1,100℃에서의 화학양론적 양의 약 5.0배 이상인 반면, 동일한 온도에서의 프로판의 양은 약 1.5배 이상이다. 상기 어닐링에 요구되는 탄화수소 기체의 양은 온도 감소에 반비례 한다. 예를들면, 1,050℃에서 요구되는 천연 기체의 양은 화학양론적 양의 약 6.0배 이상이다. 1,050℃에서 요구되는 프로판의 양은 화학양론적 양의 약 1.7배 이상이다. 이와 비슷하게 1,000℃, 950℃ 및 850℃에서 요구되는 천연 기체의 양은 각각 화학양론적 양의 약 10.0배, 24.0배 및 40.0배 이상이다. 또한, 1,000℃, 및 950℃에서의 프로판의 양은 각각 화학양론적 양의 약 1.9배, 및 3.2배 이상이다.
금속의 납땜, 금속에 유리를 충진시키는 작업, 금속 및 세라믹 분말의 소결, 또는 비철금속 합금의 어닐링은 약 800℃에서 1,250℃의 온도에서 실행된다. 이들 작업들에 요구되는 탄화수소 기체의 양은 노의 온도와 사용된 탄화수소의 반응성에 따라 변한다. 예를 들면, 요구되는 천연 기체의 양은 1,100℃에서 화학양론적 양의 약 5.0배 이상인 반면, 동일한 온도에서의 프로판의 경우는 약 1.5배 이상이다. 이들 작업에 요구되는 탄화수소 기체의 양은 온도의 감소에 따라 증가한다. 예를 들면, 1,050℃에서 요구되는 천연 기체의 양은 화학양론적 양의 약 6.0배 이상이다. 1,050℃에서 요구되는 프로판의 양은 화학양론적 양의 약 1.7배 이상이다. 비슷하게 1,000℃, 950℃ 및 850℃에서 요구되는 천연 기체의 양은 각각 화학양론적 양의 약 10.0배, 24.0배 및 40.0배 이상이다. 또한 1,000℃, 및 950℃에서의 프로판의 양은 각각 화학양론적 양의 1.9배 및 3.2배 이상이다.
비-저온성으로 생산된 질소 또는 이것과 탄화수소 유입 기체의 혼합물은 노속으로 주입되기 전에 열처리 온도부근에서 임의적으로 예열시킬 수 있다. 질소 또는 질소와 탄화수소 기체의 혼합물의 예열은 본 발명의 공정에 따라 철 및 비철금속과 합금의 어닐링, 금속의 납땜, 금속과 세라믹 분말의 소결, 그리고 유리를 금속에 밀봉시키는 공정에 요구되는 탄화수소의 양과 요구되는 최저 온도를 낮추는 경향이 있다. 유입 기체는 외부 가열기를 사용하여 예열시키거나 또는 기체를 노내측에 장착된 가열 관을 통해 통과시키므로써 노 내부에서 예열시킬 수 있다.
소량의 수소는 철 및 비철금속과 합금의 어닐링, 금속의 납땜, 금속 및 세라믹 분말의 소결, 그리고 유리를 금속에 밀봉시키는 공정에 사용되는 작동 영역을 더욱 확대시키기 위해 유입 기체를 노의 고온 영역에 주입시키기 전에 비-저온성으로 생산된 질소와 탄화수소 기체의 혼합물에 선택적으로 첨가할 수 있다. 첨가된 수소의 양은 비-저온성으로 생산된 질소에 존재하는 잔류 산소를 수분으로 전환시키는데 요구되는 화학양론적 양의 0.1배 내지 약 5.,0배로 변할 수 있다. 이 수소 기체는 기체 혹은 액체 상태의 수소 탱크에서 공급될 수 있다. 선택적으로 이것은 암모니아를 수소와 질소 혼합물로 해리시킴으로서 현지에서 생산 및 공급될 수도 있다.
본 발명에 따라 열처리될 수 있는 저탄소강 및 고탄소강 또는 합금강은 아메리칸 소사이어티 포 메탈즈(American Society for Metals)에서 편찬한 열처리(Heat Treating) 9판 제4권의 금속 핸드북에 기재된 10XX, 11XX, 12XX, 13XX, 15XX, 40XX, 41XX, 43XX, 44XX, 46XX, 47XX, 48XX, 50XX, 51XX, 61XX, 81XX, 86XX, 87XX, 88XX, 92XX, 93XX, 50XXX, 51XXX, 또는 52XXX 그룹중에서 선택될 수 있다. AX, DX, OX, MX 또는 SX 그룹중에서 선택한 공구강과, 인코로이(Incoloy)와 같은 철-니켈계 합금과, 인코넬 및 하스탤로이(Inconel and Hastalloy)와 같은 니켈 합금, 모넬(Monel)과 같은 니켈-구리 합금, 해이네스(Haynes)와 같은 코발트계 합금, 그리고 스텔라이트들은 본 발명에 개시된 방법에 의해 열처리될 수 있다.
본 발명을 설명하기 위해서 일련의 어닐링 및 열처리 테스트가 1,150℃의 온도까지에서 작동가능한 워킨즈-존슨(Watkins-Johnson) 컨베이어 벨트로에서 실행되었다. 노의 가열 영역은 8.75인치의 너비, 약 4.9인치의 높이, 86인치의 길이로 구성된 인코넬(Inconel) 601머플로서 외측으로부터 저항적으로 가열된다. 이 노의 마루에 지지된 8.25인치 폭의 가요성 컨베이어 벨트가 열처리 될 샘플을 노의 고온과 냉각 영역을 통해 유입시키기 위해 사용했다. 전 실험에서 사용된 벨트의 고정 속도는 1분당 약 6인치이다. 제4도에서 도면 부호(160)에서 개략적으로 도시한 노는 공기가 노속으로 들어오는 것을 막기 위해 입구(166)과 출구(168) 두곳에 물리적 커텐(162) 및 (164)가 설치되어 있다. 비-저온성으로 생산된 질소와 탄화수소 기체를 미리 혼합한 유입 기체 혼합물은 기어닐링 관 주입 기구(170)을 통해 또는 노(160)의 가열 혹은 고온 영역의 군데군데 배치된 주입 기구들(172)(174)(176)중의 하나를 통해 전이 영역으로 주입된다. 주입 기구들(172)(174)(176)은 첨부 도면의 제3a도 내지 제3i도에 도시된 여러 종류중 하나를 택일 할수 있다. 이들 고온 영역 주입 기구들(172)(174)(176)은 전이 영역에서 부터 각각 12인치, 30인치, 40인치 떨어진 곳에 위치하며, 노(160)속으로 매시간당 표준 세제곱피트(SCFH)의 유량이 350인 순질소가 유입되고 750℃ 및 950℃의 정상 노 작동 온도 범위에서 얻어진 제5도 및 제6도의 노온도 분포도에 도시된 바와 같이 이들 위치는 고온 영역의 최고 온도점에 잘 배치되어 있다. 온도 분포도는 부품들이 가열 영역에서 빠져나와 냉각 영역으로 들어갈때 그 부품들이 급속하게 냉각되는 것을 나타낸다. 일반적으로 부품들의 급속한 냉각은 노내의 냉각 영역에 종종 존재하는 다량의 수분과 이산화탄소에 의한 부품들의 산화가 방지되도록 어닐링과 열처리에 자주 사용된다. H2와 CO는 덜 환원되고 CO2및 H2O는 더 산화되는 그런 저온에서는 더 높은 비율의 pH2/pH2O 및 pCO/pCO2가 필요하기 때문에 노의 냉각 영역에서 산화되는 경향이 더욱 크다.
750℃ 내지 1,100℃의 열처리 온도를 선택하여 약 8인치의 길이와 2인치의 폭으로 된 0.2인치 두께의 평평한 저탄소강 샘플을 열처리했다. 제4도에 도시된 바와 같이 노(160)의 가열 영역에 존재하는 대기의 구성 성분은 S1과 S2로 지정된 위치에서 꺼낸 샘플로 측정했고, 냉각 영역의 대기 구성성분 S3과 S4에서 꺼낸 샘플로 측정했다. 이들 샘플들로부터 잔류 산소, 수분(노점), 수소, 탄화수소, 일산화탄소, 및 이산화탄소들을 분석한다.
750℃ 내지 1,100℃의 온도범위에서 메탄이 주로 포함된 천연 기체외 비-저온성으로 생산된 질소를 미리 혼합한 혼합물을 사용하여 탄소강의 어닐링을 연구하기 위해 많은 실험을 실시했다. 유입 기체는 종래의 유입 기체 주입 방법에 따라 직선형 개방단 관을 통해 전이 영역 및 가열 영역으로 주입했다. 이들 실험의 결과는 표1에 나타나 있다.
[표 1a]
[표 1b]
[표 1c]
[표 1d]
[표 1e]
[표 1f]
* 천연 기체는 질소와 혼합되며 비-저온성으로 생산된 총 질소의 퍼센트로 첨가된다.
표1에 나타난 데이타들의 요약은 본 발명의 제1예를 예시한 것이다.
[적용예 1-1]
이전에 언급한 탄소강의 샘플들은 99.5%의 N2와 0.5%의 O2를 포함하는 350SCFH의 질소를 사용하여 와트킨스-존슨(Watkins-Johnson)노에서 1,100℃로 어닐링되었다. 유입 기체인 질소는 비-저온성 공기 분리법으로 생산된 통상적인 것과 구성성분이 유사하며 주로 메탄으로 구성된 0.25%의 천연 기체와 혼합되어 있다. 이 천연 기체의 양은 유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 완전히 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양과 동일하다. 유입 기체 혼합물은 종래의 열처리 산업에서 사용된 것과 같은 노의 전이 영역(제4도의 (170)위치)에 위치한 직경 3/4인치의 관을 통해 노내로 주입했다. 이 유입 기체 혼합물의 일부는 전이 영역에서 가열 영역을 지나 유입 커텐(162)를 통해 배출된다. 따라서, 이 유입 혼합물의 일부는 가열되어 천연 기체와 잔류 산소가 반응을 일으킬 기회를 제공한다. 나머지 유입 기체는 냉각 영역을 지나 배출 커텐(164)를 통해 배출된다. 이 유입 기체는 가열될 기회가 없으므로 잔류 산소가 천연 기체와 반응할 기회를 제공하지 않는다. 이 유입 기체의 혼합물은 샘플을 열처리 하기 이전에 노를 씻어 내고 정상적인 조건을 만들기 위해 1시간 이상동안 노를 통과한다.
본 적용예에 의해 열처리된 탄소강 샘플들은 불균일하게 산화된 것이 발견되었다. 가열 영역을 통해 이동되는 유입 기체 일부내에 존재하는 잔류 산소는 천연 기체와 반응하여 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환 되었다. 샘플들의 표면은 냉각 영역에 다량의 잔류 산소가 존재했기 때문에 불균일하게 산화되었다(표1 참조). 이와 같은 불균일한 산화는 가열 영역내에서의 조절되지 않은 고온 산화 및/또는 냉각 영역에서의 높은 냉각율에 기인한 것으로 판명되었다.
따라서, 천연 기체 1.0배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 1,100℃에서의 강의 산화물 어닐링 혹은 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 1-2]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 천연 기체를 2.0배의 화학량론적 양으로 유입 기체에 0.50% 첨가하는 것을 제외하고는 적용예 1-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다.
이 절차에 따라 열처리된 탄소강의 샘플들은 불균일하게 산화된 것으로 발견되었다. 대개 가열 영역에서 pCO/pCO2(>2.8)과 pH2/pH2O(>1.3)가 높은 비율로 존재하기 때문에 샘플들이 가열 영역에서 환원되는 원인이 되었지만(표 1 참조), 냉각 영역에서는 다량의 잔류 산소가 존재했기 때문에 샘플들이 불균일하게 산화되었다. 따라서, 2.0배의 화학량론적 양의 천연 기체와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 1,100℃에서 강의 산화물 어닐링 혹은 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 1-3 내지 1-5]
유입 질소를 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 4.0배, 8.0배, 및 12.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 각각 1.0, 2.0, 및 3.0% 첨가되는 것을 제외하고 적용예 1-2에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 3회 반복 실험했다.
이들 절차에 따라 열처리된 탄소강의 샘플들은 불균일하게 산화된 것으로 발견되었다. 따라서, 천연 기체 4.0배, 8.0배 및 12.0배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 1,100℃에서 강의 산화물 어닐링 혹은 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 1-6A]
사용 온도가 950℃인 것을 제외하고 적용예 1-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 샘플들, 유입 기체의 주입위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다. 이 적용예에 첨가된 천연 기체의 양은 유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 화학량론적 양과 동일했다.
이 절차에 따라 열처리된 탄소강의 샘플들은 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화물층층이 형성된 것이 발견되었다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역에서 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환되었다. 아마도, 낮은 pCO/pCO2(<2.4)와 pH2/pH2O(<1.6) 비율의 존재가 가열 영역에서 샘플들의 표면을 산화시키는 것으로 추정된다. 샘플들의 표면은 냉각 영역에서 다량의 잔류 산소가 존재하기 때문에 더욱 산화되었으며 결과적으로 샘플들의 표면에 균일하고 잘 조절된 산화가 일어났다.
따라서 천연 기체 1.0배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 950℃에서 탄소강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다. 그러나, 950℃에서 탄소강의 광휘 어닐링을 위한 방법으로는 바람직하지 못한 결과를 가져왔다.
[적용예 1-6B]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 2.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 0.50% 첨가되는 것을 제외하고 적용예 1-6A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다.
이 절차에 따라 열처리된 탄소강의 샘플들의 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화물층층이 형성된 것이 발견되었다. 따라서 천연 기체 2.0배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 950℃에서 탄소강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 1-6C]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 4.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 1.0% 첨가되는 것을 제외하고 적용예 1-6A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화물층층이 형성된 것이 발견되었다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역에서 일산화탄소 및 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환되었다(표 1참조). 냉각 영역에서 샘플들의 표면은 다량의 잔류 산소가 존재하기 때문에 균일하게 산화되었으며 결과적으로 샘플들의 표면이 균일하고 잘 조절된 산화가 일어났다(표 1 참조).
따라서, 천연 기체 4.0배의 화학량론적 양과 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 950℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다. 그러나, 950℃에서 탄소강의 광휘 어닐링을 위한 방법으로는 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다. 이 적용예의 결과는 탄소강 샘플 표면상에 균일하고 잘 조절된 산화물층층을 형성 시키기 위해서는 가열 영역에서 2.4보다 낮은 pCO/pCO2비율이나, 또는 1.6보다 낮은 pH2/pH2O 비율중 하나를 유지시키는 것이 바람직하다는 것을 보여준다.
[적용예 1-7과 1-8]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 8.0배 및 12.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 각각 2.0% 및 3.0% 첨가되는 것을 제외하고 적용예 1-6A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 두번 반복 실험했다.
이들 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 불균일하게 산화된 것으로 발견되었다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역에서 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환되었다. 아마도, 가열영역에 pCO/pCO2(>2.4)와 pH2/pH2O(>1.6) 비율이 높게 존재하기 때문에 샘플들의 표면이 환원되었지만 냉각 영역에는 다량의 잔류 산소가 존재하기 때문에 샘플들의 표면은 냉각 영역에서 불균일하게 산화되었다.
따라서 천연 기체 8.0배 및 12.0배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 950℃에서 강의 산화물 어닐링 혹은 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다. 이 적용예의 결과는 강의 샘플위에 균일하게 잘 조절된 산화물층 표면을 형성시키기 위해서는 가열 영역에서 2.4보다 낮은 pCO/pCO2비율 혹은 1.6보다 낮은 pH2/pH2O 비율을 유지시키는 것이 바람직하다는 것을 보여준다.
[적용예 1-9A]
온도가 850℃인 것과 0.35% 천연 기체를 사용한 것을 제외하고는 적용예 1-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량, 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다. 이 적용예에 첨가된 천연 기체의 양은 유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 1.4배의 화학량론적 양과 동일하다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화물층층이 형성된 것이 발견되었다.
따라서 천연 기체 1.0배 이상의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 850℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다. 그러나, 850℃에서 강의 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못한 결과를 가져왔다.
[적용예 1-9B]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 2.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 0.50% 첨가되는 것을 제외하고 적용예 1-9A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화물층층이 형성된 것이 발견되었다. 따라서 천연 기체 2.0배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 850℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 1-9C]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소의 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 4.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 1.0% 첨가되는 것을 제외하고 적용예 1-9A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화물층층이 형성된 것이 발견되었다. 따라서 천연 기체 4.0배 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 850℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다. 그러나 850℃에서 강의 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못한 결과를 가져왔다.
[적용예 1-9D]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 8.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 2.0% 첨가되는 것을 제외하고는 적용예 1-9A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화물층층이 형성된 것이 발견되었다. 따라서 천연 기체 8.0배 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 850℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다. 그러나, 850℃에서 강의 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못한 결과를 가져왔다.
[적용예 1-10A]
사용 온도가 750℃인 것을 제외하고 적용예 1-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 노, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량, 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다. 이 적용예에 첨가된 천연 기체의 양은 유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전화시키기 위해 요구되는 화학량론적 양과 동일했다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화물층층이 형성된 것이 발견되었다. 따라서 천연 기체 1.0배 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 750℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다. 그러나, 750℃에서 강의 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못한 결과를 가져왔다.
[적용예 1-10B]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 2.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 0.50% 첨가되는 것을 제외하고는 적용예 1-10A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화물층층이 형성된 것이 발견되었다. 따라서 천연 기체 2.0배 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 750℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 1-10C]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 4.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 1.0% 첨가되는 것을 제외하고는 적용예 1-10A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화물층층이 형성된 것이 발견되었다. 따라서 천연 기체 8.4배 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 750℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다. 그러나, 750℃에서 강의 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못한 결과를 가져왔다.
[적용예 1-10D]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 8.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 2.0% 첨가되는 것을 제외하고는 적용예 1-10A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화물층층이 형성된 것이 발견되었다. 따라서 천연 기체 8.0배 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 전이 영역에 위치한 개방 관을 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 750℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다. 그러나, 750℃에서 강의 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못한 결과를 가져왔다.
[적용예 1-11]
제4도에 도시된 위치(174)에서 유입 기체를 노(160)의 가열 영역으로 주입시키기 위해 냉각 영역을 통해 노내로 삽입되어 있고, 개구가 아래로 향한, 즉 샘플에 대항하는 3/4인치 직경의 옐보우에 끼워진 1/2인치 직경의 강의 개방 유입 관을 통해 기체 혼합물을 유입시키는 방법을 제외하고는 적용예 1-1의 절차에 따라 탄소강을 열처리했다. 노의 가열 영역으로 들어간 유입 기체는 개방 관을 통해 노의 가열 영역으로 유입 기체를 주입시키는 것과 유사하게 샘플들 상에 직접 충돌한다. 사용된 천연 기체의 양은 유입 기체의 0.25%였다. 그러므로 유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 필요한 화학량론적 양과 동일했다.
이 절차에 의해 열처리된 강 샘플들은 불균일하게 산화된 것으로 발견되었다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소, 및 수분의 혼합물로 전환되었다. 냉각 영역에서 다량의 잔류 산소의 존재와 1.0 이하인 pCO/pCO2와 pH2/pH2O의 비율은 조절 방식으로 샘플들의 표면을 산화시키기에 이상적이었다(표 1참조). 그러나, 이 샘플들은 불균일하게 산화되었다. 노내의 유체 유동과 온도 분포선도의 자세한 분석에 의하면, 유입 기체는 고속으로 주입되었으며 산소와 천연 기체가 개방 유입 관 근처에서 완전히 반응을 일으킬 만큼 충분한 고온으로 가열되지 않았으며 결과적으로 저온 질소와 반응되지 않는 산소가 샘플상에서 직접 충돌하여 동시에 불균일한 산화를 형성했다.
따라서, 종래의 개방 유입 관은 균일하게 조절산화된 강 샘플들을 생성시키기 위해 천연 기체의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 연속 노의 가열 영역내로 주입시키는데 사용할 수 없다.
[적용예 1-12 내지 1-14]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 2.0배, 4.0배 및 12.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 각각 0.5, 1.0, 3.0% 첨가되는 것을 제외하고 적용예 1-11에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 세번 반복 실험했다.
이들 절차에 따라 열처리된 강 샘플들은 불균일하게 산화되는 것으로도 발견되었다. 따라서 종래의 개방 유입 관은 균일하게 조절산화된 강 샘플들을 생성시키기 위해 천연 기체 2.0배, 4.0배 및 12.0배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 연속로의 가열 영역으로 주입시키는데 사용할 수 없다.
[적용예 1-15]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 20.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 5.0% 첨가되는 것을 제외하고 적용예 1-11에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다.
이 절차에 따라 열처리된 강 샘플들은 그 표면이 부분적으로 광택을 지니며 일부는 산화된 표면을 갖는 것으로 발견되었다. 따라서 종래의 개방 유입 관은 균일하게 조절산화되거나 광휘의 강 샘플들을 생성시키기 위해 천연 기체의 20배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 연속로의 가열 영역으로 주입시키는데는 사용할 수 없다.
[적용예 1-16]
유입 기체를 제4도에 도시된 위치(76)에서 노(60)의 가열 영역에서 주입시키는 것을 제외하고는 적용예 1-11에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복했다.
이들 절차에 따라 열처리된 강 샘플들은 불균일하게 산화된 것으로 발견되었다. 따라서 종래의 개방 유입관은 균일하게 조절산화된 강 샘플들을 생성시키기 위해 천연 기체의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 연속로의 가열 영역으로 주입시키는데 사용할 수 없다.
[적용예 1-17]
유입 기체 혼합물에 3.0%의 천연 기체를 첨가하는 것을 제외하고는 적용예 1-16에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 유입 기체 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복했다. 사용된 천연 기체의 양은 유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 화학량론적 양의 12.0배이다.
이들 절차에 따라 열처리된 강 샘플들은 불균일하게 산화된 것으로 발견되었다. 따라서 종래의 개방 유입관은 균일하게 조절산화된 강 샘플들을 생성시키기 위해 천연 기체 12.0배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 연속로의 가열 영역으로 주입시키는데 사용할 수 없다.
[적용예 1-18]
표 1에 도시된 바와 같이 사용 온도가 950℃인 것을 제외하고 적용예 1-11에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다. 첨가된 천연 기체의 양은 유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 화학량론적 양과 동일했다.
이들 절차에 따라 열처리된 강은 불균일하게 산화된 것으로 발견되었다. 따라서 종래의 개방 유입 관을 균일하게 조절산화되거나 또는 광휘의 강 샘플들을 생성시키기 위해 천연 기체의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 연속로의 가열 영역으로 주입시키는데 사용할 수 없다.
[적용예 1-19 및 1-20]
유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키기 위해 요구되는 2.0배 및 4.0배의 화학량론적 양의 천연 기체가 유입 기체에 각각 0.5% 및 1.0% 첨가되는 것을 제외하고 적용예 1-18에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 주입 위치, 기체 유입 기구의 특성, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 세번 반복 실험했다.
이들 절차에 따라 열처리된 강 샘플들은 불균일하게 산화된 것으로 발견되었다. 따라서 종래의 개방 유입관은 균일하게 조절산화된 강 샘플들을 생성시키기 위해 천연 기체 2.0배 및 4.0배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 연속로의 가열 영역으로 주입시키는데 사용할 수 없다.
상기의 적용예들과 관련된 표 1의 데이타를 분석하면, 노의 가열 영역에 위치한 곧은 개방 관은 천연 기체와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 노속으로 주입시켜서 조절 산화된(되거나) 광휘의 무산화물 어닐링된 탄소강의 샘플들을 생산하기 위해 사용할 수 없는 것으로 나타났다. 비록 유입 기체에 존재하는 잔류 산소는 노의 가열 및 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 및 수분의 혼합물로 전환되지만 유입 영역의 인접한 곳에서는 상기 언급한 기체들로 완전히 전환되지 않았다. 이것은 유입 기체가 고속으로 노속으로 들어가서 가열될 시간을 충분히 갖지 못하여 유입 기체에 존재하는 잔류 산소와 천연 기체가 반응하지 못하기 때문인 것이다. 그 결과 샘플들 위에서 유입 기체가 반응되지 않은 산소와 충돌하게 되고 그 결과 조절되지 않은 산화물층을 산출시킨다.
표 1의 데이타들은 노의 전이 영역에 위치한 곧은 개방 관이 비-저온성으로 생산된 질소와 천연 기체의 혼합물을 사용하는 조절된 방법으로 탄소강의 산화물 어닐링을 하기 위한 어떤 조건하에서도 사용될 수 있다는 것을 보여주었다. 그러나 강의 광휘 및 무산화물 어닐링에는 사용될 수 없다. 강의 조절 가능하고 균일한 산화물 어닐링을 위한 허용 작업 영역은 제7도에 도시되어 있다.
일반적으로 대부분의 열처리기들은 조절된 산화물 어닐링과 광휘(무산화물층) 어닐링간에 상호 전환되기 때문에, 큰 공정을 변환시키지 않고 동일한 노를 사용하여 탄소강을 산화물 어닐링 및 광휘의 무산화물 어닐링하는 방법이 아래의 표 2에 보고된 샘플들의 처리 결과에 의해 잘 나타나 있듯이 유입 기체 혼합물을 노의 가열 영역에 주입시키는 방법이 개발되었다.
[표 2a]
[표 2b]
[표 2c]
[표 2d]
[표 2e]
[표 2f]
[표 2g]
* 천연 가스는 질소와 혼합하여 비-저온적으로 생산된 총 질소의 %로서 첨가했다.
[적용예 2-1]
유입 기체 혼합물에 2.0%의 천연 기체가 첨가되고 개선된 다공 확산기를 통해 유입 기체 혼합물을 노의 가열 영역(제4도에서 주입기구(172) 위치)내로 주입시키는 것을 제외하고 적용예 1-14에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘프들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다. 제3c도에 도시된 일반적으로 원통형의 확산기(40)은 3/4인치 직경의 상반부(44)와 6인지 길이의 다공질의 인코넬(Inconel) 재료로 조립되어 있다. 이 다공질의 인코넬 재료는 1인치 제곱인치당 약 47개의 0.094인치 직경의 구멍들이 뚫려있다. 이 구멍들은 가장 인접한 구멍들 사이의 거리가 약 0.156인치로 엇갈리게 형성되어 있다. 구멍의 갯수와 그 형태는 기체 혼합물의 유통을 위해 약 33%의 개방된 면적을 제공한다. 확산기(40)의 하반부(46)의 하반부(46)은 기체가 통과 못하는 인코넬 재료이며 확산기(40)의 한쪽 말단(42)는 마개를 끼울 수 있으며 다른쪽 말단(43)은 냉각단부의 입구(168)을 통해 노(160) 속으로 삽입된 1/2인치 직경의 스테인레스강 유입 튜브에 부착되어 있다. 확산기(40)의 하반부(46)은 열처리 될 부품(16') 에 평행하게 위치하기 때문에 본질적으로 유입 기체의 흐름이 노의 고온부 천정을 향하도록 유도되며 샘플(16') 위의 반응되지 않은 산소와 유입 기체의 직접적인 충격을 막아준다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 8.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 그 표면위에 균일하고 견고하게 충전된 산화층이 형성된 것이 나타났다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 전환되었다. 높은 pCO/pCO2(>2.8)과 pH2/pH2O(>1.3)의 비율로 인해 가열 영역에서 샘플들의 표면이 아마 환원될 것이다. 그러나 샘플들의 표면은 냉각 영역에서 다량의 잔류 산소로 인해 산화되었다(표 2 참조).
따라서, 천연 기체 8.0배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 가열 영역(위치 172)에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 1,100℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다. 개선된 다공 확산기가 냉각 영역에서 단지 12인치 떨어진 곳((172) 위치)에 위치하기 때문에, 유입 기체에 존재하는 모든 잔류 산소가 냉각 영역으로 들어가기 전에 천연 기체와 반응하지 못했다. 표 2에 나타낸 바와 같이 냉각 영역에 존재하는 잔류 산소(550ppm)는 조절된 방법으로 샘플들을 산화시켰다. 그러므로, 개선된 다공 확산기를 통해 기체 유입 혼합물을 가열영역((172) 위치)으로 주입시키는 방법은 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우 항상 균일하게 산화된 샘플을 형성시키는 결과를 가져왔다.
[적용예 2-2]
유입 기체 혼합물을 노의 가열 영역(제4도의 위치(174))으로 주입시키는 것을 제외하고 적용예 2-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다.
본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 탄소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 8.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면층을 갖는 것으로 나타났다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소의 가열 영역과 냉각 영역에서 거의(5ppm 미만) 일산화탄소와 수분의 혼합물로 전환되었다. 가열 영역과 냉각 영역 모두에서 상당한 양의 일산화탄소 및 수소의 존재, 또는 높은 pCO/pCO2(>2.8)과 pH2/pH2O(>1.3)의 비율로 인해 샘플들의 표면이 환원되는 결과를 가져왔다.
따라서, 천연 기체 8.0배의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 가열영역(위치174)에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 주입시키는 방법은 1,100℃에서 강의 광휘의 무산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
그러므로 본 적용예에서는 혼합물을 노속으로 주입시키는 방법을 포함하는 주요한 절차 단계들을 보여 주었다. 예를들면, 유입 기체에 존재하는 대부분의 잔류 산소는 단순히 냉각 영역에서 12인치(위치(172)) 대신 30인치(위치(174)) 떨어진 곳에 개선된 다공 확산기를 배치함으로써 일산화탄소와 수분으로 전환되었다. 따라서, 1,100℃에서 개선된 다공 확산기를 통해 기체 유입 혼합물을 가열 영역(위치(174))으로 주입시키는 방법은 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많은 경우, 즉 그 양이 2.8 보다 큰 pCO/CO2비율과 1.3 보다 큰 pH2/pH2O 비율이 냉각 및 가열 영역 모두에서 형성되도록 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우 항상 광휘의 무산화물 샘플들을 형성시키는 결과를 가져왔다.
[적용예 2-3]
유입 기체 혼합물을 노의 가열 영역(제4도의 위치(176))으로 주입시키는 것을 제외하고는 적용예 2-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 8.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면층을 갖는 것으로 나타났다. 본 적용예에는 다시 한번 개선된 확산기를 노속에 배치 시킬때의 중요한 특성을 보여 주었다. 예를 들면 유입 기체에 존재하는 대부분의 잔류 산소는 다시 한번 더 단순히 냉각 영역에서 12인치(위치(172)) 대신 40인치(위치(176)) 떨어진 곳에 개선된 다공 확산기를 옮겨 배치함으로써 일산화탄소와 수분의 혼합물로 전환되었다. 따라서, 1,100℃에서 개선된 다공 확산기를 통해 기체 유입 혼합물을 가열 영역(위치(176))으로 주입시키는 방법은 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.8 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.3보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 크고, 그리고 냉각 및 가열 영역에서 모두 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우 항상 균일한 광휘의 무산화물 샘플들을 형성시키는 결과를 가져왔다.
유입되는 강의 재료와 본 적용예에서 열처리된 강의 샘플에 대해 어느 정도의 탈탄화 혹은 침탄화가 이루어졌는지에 대한 검사가 행해졌다. 이 재료의 검사 결과 탈탄화 또는 침탄화를 전혀 확인하지 못한 반면, 천연 기체와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소 대기중에서 열처리된 강의 샘플은 약 0.006인치의 탈탄화를 산출했다. 강 샘플의 탈탄화는 아마도 냉각 영역에서의 높은 노점이 원인일 것이다.
[적용예 2-4]
99.4%의 질소와 0.6%의 산소를 함유한 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고 적용예 2-3에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 6.7배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면을 갖는 것으로 나타났다. 표 2에 나타낸 바와 같인 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히(8ppm 미만) 전환되었다.
본 적용예는 1,100℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜, 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많고, 즉 그 양이 2.8 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.3 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출하기에 충분히 크고, 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 비저온적으로 생산된 질소로 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링하는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-5A]
99.25%의 질소와 0.75%의 산소를 함유한 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고 적용예 2-3에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 5.3배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 표면을 형성하는 것으로 발견되었다. 그러나, 샘플들의 표면은 약간의 담황색을 뛰며 마무리 가공을 위해 여분을 남긴다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역과 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히(약 10ppm) 전환되었다.
본 적용예는 1,100℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소로 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링하는데 사용할 수 있으며, 단, 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소의 양이 잔류 산소를 이산환탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양 보다 많아야 하고, 즉 그 양은 2.8 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.3 보다 큰 pH2/pH2O 비율이 냉각 및 가열 영역 모두에서 형성될 정도로 충분히 높고, 그리고 냉각 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만이어야 함을 보여 주었다.
또한, 본 적용예는 강을 광휘 어닐링하는데 요구되는 천연 기체의 최소량이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 필요한 화학량론적 양의 약 5.0배 이라는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-5B]
2.0%의 천연 기체 대신에 2.5%의 천연 기체를 사용하는 것을 제외하고 적용예 2-5A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 6.7배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면층을 갖는 것으로 나타났다. 각 샘플의 표면은 또한 담황색을 띠지 않았다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히(6ppm 미만) 전환되었다.
본 적용예는 1,100℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.8 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.3 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출하기에 충분히 높고, 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 항상 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링하는데 사용할 수 있다는 것을 다시 한번 더 보여 주었다.
유입되는 재료를 검사한 결과 침탄화 또는 탈탄화를 전혀 나타내지 않는 반면, 본 적용예에 따라 열처리 된 강의 샘플들을 약 0.007인치의 탈탄화를 산출했다. 본 적용예에 따라 열처리된 강의 샘플들의 탈탄화 정도는 아마도 냉각 영역에서의 높은 노점으로 인해 적용예 2-3에서 열처리된 샘플들의 탈탄화 정도보다 더 많았다.
[적용예 2-6]
99.2%의 질소와 0.8%의 산소를 함유한 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고 적용예 2-3에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 6.3배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면을 갖는 것으로 발견되었다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역과 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히(약 7ppm 미만) 전환되었다.
본 적용예는 1,100℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.8 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.3 보다 큰 pH2/pH2O 비율이 냉각 및 가열 영역 모두에서 형성되도록 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우 항상 광휘의 무산화물 샘플들을 형성시키는데 사용할 수 있다는 것을 다시 한번 더 보여 주었다.
[적용예 2-7A]
2.0%의 천연 기체 대신에 0.50%의 천연 기체를 사용하는 것을 제외하고 적용예 2-3에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 2.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일하고 견고하게 충전된 산화물 표면들을 갖는 것으로 발견되었다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역과 냉각 영역에서 표 2에 도시된 바와 같이 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히(약 8ppm 미만) 전환되었다. 상기 샘플들은 냉각 영역에서 pCO/pCO2(2.8 미만)과 pH2/pH2O(1.3미만)이 낮은 비율로 존재하기 때문에 산화되었다.
본 적용예는 1,100℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.8 보다 낮은 pCO/pCO2비율과 1.3 보다 낮은 pH2/pH2O 비율을 냉각 영역에서 산출시킬 만큼 충분히 높은 경우 탄소강의 조절된 산화물 어닐링에 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-7B]
1.0%의 천연 기체를 사용하는 것을 제외하고 적용예 2-7A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 4.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일하고 견고하게 충전된 산화물 표면들을 갖는 것으로 발견되었다. 표 2에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역과 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 및 수분의 혼합물로 거의 완전히(약 8ppm 미만) 전환되었다. 상기 샘플들은 냉각 영역에서 pCO/pCO2(2.8 미만)과 pH2/pH2O(1.3미만)의 비율이 낮게 존재하기 때문에 산화되었다.
본 적용예는 1,100℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.8 보다 낮은 pCO/pCO2비율과 1.3 보다 낮은 pH2/pH2O 비율을 냉각 영역에서 산출시킬 만큼 충분히 높은 경우 탄소강을 산화물 어닐링하는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-7C]
1.5%의 천연 기체를 사용하는 것을 제외하고 적용예 2-7A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 6.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면을 갖는 것으로 나타났다. 표 2에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역과 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 및 수분의 혼합물로 거의 완전히(약 4ppm 미만) 전환되었다.
본 적용예는 1,100℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.8 보다 낮은 pCO/pCO2비율과 1.3 보다 낮은 pH2/pH2O 비율을 냉각 영역에서 산출시킬 만큼 충분히 높고, 그리고 냉각 및 가열영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링하는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-8]
1,050℃ 온도와 그리고 99.75%의 질소와 0.25%의 산소를 함유한 비-저온성으로 생산된 질소를 사용한 것을 제외하고 적용예 2-3에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 16.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면들을 갖는 것으로 나타났다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히(약 9ppm 미만) 전환되었다.
본 적용예는 1,050℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.6 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.4 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시킬 정도로 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링하는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
유입되는 재료를 검사한 결과 본 적용예에 따라 천연 기체와 예비 혼합되고 비-저온성으로 생성된 질소 대기중에서 열 처리된 탄소강의 샘플들이 한계 탈탄-약 0.001인치 깊이의 탈탄이 생성되는 것 이외에는 탈탄 또는 침탄을 확인하지 못하였다. 그러므로 본 적용예는 연속 노의 가열 영역 뿐만아니라 냉각 영역 모두에서 노점을 조절함으로써 천연 기체와 예비 혼합되고 비-저온성으로 생산된 질소 대기로 열처리시킨 샘플들의 탈탄 정도를 조절할 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-9 내지 2-15]
표 2에 나타낸 바와 같이 천연 기체의 양을 2.0 내지 2.25%로 변화시키고 99.70% 내지 99.50%의 질소와 0.30 내지 0.50%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고 본 적용예 2-9 내지 2-15는 적용예 2-8에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 7회 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 8.0배 내지 약 13.3배로 변화시켰다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면들을 갖는 것으로 나타났다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히(약 9ppm 미만) 전환되었다.
본 적용예는 1,050℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.6 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.4 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시킬 정도로 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 광휘의 무산화물 어닐링시키는데 사용할 수 있다는 것을 다시 한번 더 보여 주었다.
유입되는 재료를 검사한 결과 탈탄화 또는 침탄화는 찾지 못하였다. 또한, 본 적용예에 따라 천연 기체와 예비 혼합되고 비-저온성으로 생산된 질소 대기중에서 실시예 2-10의 열처리된 강의 샘플도 탈탄화 또는 침탄화를 나타내지 않았다. 따라서 본 적용예에서는 천연 기체와 예비 혼합되고 비-저온성으로 생산된 질소 대기가 연속 노의 냉각 영역 및 가열 영역 모두에서 주의 깊게 노점을 조절함으로써 탄소강을 중성경화 시키는데 사용될 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-16]
1.5%의 천연 기체를 사용하는 것을 제외하고는 적용예 2-15에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 이산화탄소의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환 시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 6.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면들을 갖는 것으로 나타났다.
본 적용예는 1,050℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 6.0배 이상인 경우, 즉 그 양이 2.6 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.4 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 높고, 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링하는데 사용할 수 있다는 것을 다시 한번 더 보여 주었다.
[적용예 2-17A]
1,000℃ 온도와 그리고 99.70%의 질소와 0.30%의 산소를 함유한 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고 적용예 2-3에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 13.3배였다.
이러한 절차에 따라 열처리된 탄소강 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면을 갖는 것으로 밝혀졌다. 유입 질소내에 존재하는 잔류 산소는 가열 및 냉각 영역에서 이산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전하게(9ppm 미만) 전환되었다.
본 적용예는 1,000℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.5 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.5 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 광휘의 무산화물 어닐링시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-17B]
1.5%의 천연 기체를 사용하는 것을 제외하고 적용예 2-17A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 10.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면들을 갖는 것으로 나타났다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히(9ppm 미만) 전환되었다.
본 적용예는 1,000℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.5 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.5 보다 큰 pH2/pH2O 비율이 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-17C]
1.0%의 천연 기체를 사용하는 것을 제외하고 적용예 2-17A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 6.7배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘 표면들을 갖는 것으로 나타났다. 그러나 샘플들의 표면은 약간의 담황색을 띠므로, 표면 마무리 가공이 약간 필요하다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 및 수분의 혼합물로 거의 완전히(11ppm 미만) 전환되었다.
본 적용예는 1,000℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.5 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.5 보다 큰 pH2/pH2O 비율이 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-18 및 2-19]
표 2에 나타낸 바와 같이 99.75% 및 99.80%의 질소와 0.25% 및 0.20%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고 본 적용예 2-18 및 2-19에서는 적용예 2-17A에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 2번 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 각각 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 16.0배와 20.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면을 갖는 것으로 나타났다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히(7ppm 미만) 전환되었다.
본 적용예는 1,000℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.5 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.5 보다 큰 pH2/pH2O 비율이 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-20]
표 2에 나타낸 바와 같이 99.85%의 질소와 0.15%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고 본 적용예 2-17에 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 26.7배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면을 갖는 것으로 나타났다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히(8ppm 미만) 전환되었다. 그러나 벨트와 노 내면에 약간의 그을음이 생기기 시작하는 것이 발견되었으며, 따라서 본 적용예의 절차에 따른 조건은 장시간의 열처리에 이상적이지 못하다. 보다 구체적으로서, 시험결과는 노 내면의 그을음 생성을 방지시키기 위해 유입 기체에 사용된 천연 기체의 양을 줄이는 것이 바람직하다는 것을 밝힌 것이다.
본 적용예는 1,000℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.5 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.5 보다 큰 pH2/pH2O 비율이 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-21]
표 2에 나타낸 바와 같이 950℃의 온도에서 99.90%의 질소와 0.10%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고 본 적용예 2-3에 설명된 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 40.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면을 갖는 것으로 나타났다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히(약 10ppm 미만) 전환되었다.
본 적용예는 950℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체의 양이 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 40배인 경우, 즉 그 양이 2.4 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.6 보다 큰 pH2/pH2O 비율이 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링시키는데 사용할 수 있다는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
유입되는 재료를 검사한 결과 탈탄화 또는 첨탄화를 찾지 못하였다. 또한 본 적용예에 따라 천연 기체와 예비 혼합되고 비-저온성으로 생산된 질소 대기중에서 열처리된 강의 샘플도 탈탄화 또는 침탄화를 산출하지 않았다. 따라서, 본 적용예에서는 천연 기체와 예비 혼합되고 비-저온성으로 생산된 질소 대기가 연속 노의 냉각 영역 및 가열 영역 모두에서 주의 깊게 노점을 조절함으로써 탄소강을 중성경화시키는데 사용될 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-22]
표 2에 나타낸 바와 같이 99.925%의 질소와 0.75%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소와 1.75%의 천연 기체를 첨가하는 것을 제외하고 적용예 2-21에 설명된 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 탄소강 어닐링 실험을 반복했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 46.7배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면을 갖는 것으로 나타났다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 완전 전환되었다.
본 적용예는 950℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 40배 이상일 경우, 즉 그 양이 2.4 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.6 보다 큰 pH2/pH2O 비율이 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
유입되는 재료를 검사한 결과 탈탄화 또는 침탄화를 찾지 못하였다. 또한 본 적용예에 따라 천연 기체와 예비 혼합되고 비-저온성으로 생산된 질소 대기중에서 열처리된 강의 샘플도 탈탄화 또는 침탄화를 산출하지 않았다. 따라서, 본 적용예에서는 천연 기체와 예비 혼합되고 비-저온성으로 생산된 질소 대기가 연속 노의 냉각 영역 및 가열 영역 모두에서 주의 깊게 노점을 조절함으로써 탄소강을 중성경화시키는데 사용될 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 2-23]
99.95%의 질소와 0.05%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소와 1.25%의 천연 기체를 첨가하는 것을 제외하고 적용예 2-21에 설명된 동일한 노, 샘플들, 온도, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 탄소강 어닐링 실험을 반복했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 50배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일한 광휘의 무산화물 표면을 갖는 것으로 나타났다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전 전환되었다.
본 적용예는 950℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 천연 기체 또는 다른 어떤 탄산수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 40배 이상일 경우, 즉 그 양이 2.4 보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.6 보다 큰 pH2/pH2O 비율이 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 높고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 탄소강을 광휘의 무산화물 어닐링시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
유입되는 재료를 검사한 결과 탈탄화 또는 침탄화를 찾지 못하였다. 또한 본 적용예에 따라 천연 기체와 예비 혼합되는 비-저온성으로 생산된 질소 대기중에서 열처리된 강의 샘플도 탈탄화 또는 침탄화를 산출하지 않았다. 따라서, 본 적용예에서는 천연 기체와 예비 혼합되고 비-저온성으로 생산된 질소 대기가 연속 노의 냉각 영역 및 가열 영역 모두에서 주의 깊게 노점을 조절함으로써 탄소강을 중성경화시키는데 사용될 수 있다는 것을 보여 주었다.
탄소강의 조절된 산화물 어닐링 및 광휘의 무산화물 어닐링에 있어서의 조작 영역을 한정하기 위해 950℃ 온도에서 추가로 몇몇 실험들을 실시했다. 이들 실험의 결과는 하기 표 3에 나타내고 상세하게 설명할 것이다.
[표 3a]
[표 3b]
* 천연가스는 질소와 함께 혼합하고 비저온적으로 생산된 질소의 %로서 첨가했다.
[적용예 3-1]
99.5%의 질소와 0.5%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하고, 0.25%의 천연 기체를 유입 기체 혼합물에 첨가하며, 그리고 개선된 다공 확산기를 통해 유입 기체 혼합물을 노의 고온 영역(제4도의 위치(176))으로 주입시키는 것을 제외하고는 적용예 2-21에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 실험을 반복했다. 제3C도에 도시된 바와 같은 일반적인 실린더형의 확산기(40)은 3/4인치의 직경과 6인치 길이의 상반부(44)를 포함하며 모트 메탈러지컬 코오포레이숀(Mott Metallurgical : Corporation)에서 제작한 평균 공극의 크기가 20마이크론이며 40-50%의 개방 공극률을 가진 소결된 인코넬 재질로 조립되었다. 확산기(40)의 하반부(46)은 기체가 통하지 않는 인코넬 재질이며 확산기(40)의 한쪽 말단(42)는 덮혀 있고 다른쪽 말단(43)은 냉각 단부 입구(68)을 통해 노속으로 삽입된 1/2인치 직경의 스테인레스 강의 유입 튜브에 부착되어 있다. 확산기(40)의 하반부(46)은 열처리 될 부품(16')와 평행하게 배치되므로 유입 기체의 흐름을 노의 고온 천정으로 향하게 유도하며 샘플들(16')위의 반응되지 않은 산소와 유입 기체의 직접적 충격을 막아준다. 본 적용예에서 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양과 동일하였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층의 표면들을 갖는 것으로 밝혀졌다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 표 2에 제시한 바와 같이 가열 영역에서 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환되었다. 낮은 pCO/pCO2(<2.4)와 pH2/pH2O(<1.6) 비율은 고온 영역에서 샘플들이 표면을 산화시키는데 도움이 되었다. 샘플들의 표면은 냉각 영역에서 다량의 잔류 산소에 의해 더욱 산화되었으며(표 3 참조), 그 결과 샘플들의 표면에서는 균일하고 조절된 산화가 일어났다.
따라서 고온 영역(위치 176)에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 천연 기체의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입은 950℃에서 강의 산화물 어닐링에 유용한 공정을 제공하는 결과를 가져왔다.
[적용예 3-2]
유입 기체 혼합물에 1.0%의 천연 기체를 첨가하는 것을 제외하고 적용예 3-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복하여 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 4.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층의 표면들을 갖는 것으로 밝혀졌다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 표 3에 나타낸 바와 같이, 일산화탄소, 이산화탄소 및 수분의 혼합물로 거의 완전히(6ppm 미만) 전환되었다. 낮은 pH2/pH2O(<1.6) 비율은 고온 영역에서 샘플들이 표면을 산화시키는데 이상적이었다. 샘플들의 표면은 냉각 영역에 존재하는 다량의 잔류 산소에 의해 더욱 산화되었으며(표 3 참조), 그 결과 샘플들의 표면에서는 균일하고 조절된 산화가 일어났다.
따라서 고온 영역(위치 176)에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 천연 기체의 화학량론적 양의 4.0배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 유입하는 방법은 950℃에서 강의 산화 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 3-3A]
유입 기체 혼합물에 3.0%의 천연 기체를 첨가하는 것을 제외하고 적용예 3-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복하여 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 12.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 표면은 부분적으로 산화되고 부분적으로 광택을 띠는 것으로 밝혀졌다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역에서 일산화탄소 및 수분의 혼합물로 거의 완전히 (10ppm 미만) 전환되었다(표 3 참조). 가열 영역 및 냉각 영역 내의 기체 구성은 높은 pCO/pCO2(>2.4)와 pH2/pH2O(>1.6) 비율이 모두 샘플들의 표면을 환원시키는데 이상적이라는 것을 보여주었다. 그러나 샘플들의 표면은 냉각 영역에 존재하는 다량의 잔류 산소로 인해 부분적으로 산화되었다(표 3 참조).
따라서 고온 영역(위치 176)에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 천연 기체의 화학량론적 양의 12.0배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 유입 방법은 950℃에서 강의 산화 어닐링 및/또는 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 3-3B]
유입 기체 혼합물에 5.0%의 천연 기체를 첨가하는 것을 제외하고 적용예 3-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복하여 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 20.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들은 표면은 부분적으로 산화되고 부분적으로 광택을 띠는 것으로 발견되었다. 고온 영역(위치(176))에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 천연 기체의 화학량론적 양의 20.0배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 950℃에서 강의 산화물 및/또는 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 3-4]
99.75%의 질소와 0.25%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것만을 제외하고는 적용예 3-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 2.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층이 발견되었다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 거의 완전히 (8ppm 미만) 전환되었다(표 3 참조). 가열 영역에서 존재하는 pH2/pH2O(>1.6) 비율은 샘플들의 표면을 환원시키는데 이상적이었다. 그러나 샘플들의 표면은 냉각 영역에 낮은 비율의 pCO/pCO2와 다량의 잔류산소(표 3 참조)에 의해 산화되어, 그 결과 샘플들의 표면에서 균일하고 조절된 산화가 이루어졌다.
따라서 고온 영역(위치(176))에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 천연 기체의 화학량론적 양의 2.0배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 유입 방법은 950℃에서 강의 산화 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 3-5]
1.0%의 천연 기체를 사용하는 것을 제외하고 적용예 3-4에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복하여 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 8.0배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면은 부분적으로는 산화되고 부분적으로는 광택을 띠는 것이 발견되었다. 따라서 고온 영역(위치(176))에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 천연 기체의 화학량론적 양의 8.0배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 950℃에서 강의 산화물 및/또는 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 3-6]
3.0%의 천연 기체를 사용하는 것을 제외하고 적용예 3-4에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 24.0배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면은 부분적으로는 산화되고 부분적으로는 광택을 띠는 것이 발견되었다. 따라서 고온 영역(위치(176))에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 천연 기체의 화학량론적 양의 24.0배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 950℃에서 강의 산화물 및/또는 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 3-7]
99.9%의 질소와 0.1%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고 적용예 3-4에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 천연기체의 양, 기체 유입 기구의 형태, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 5.0배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들은 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층을 갖는 것으로 밝혀졌다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역에서 이산화탄소와 수분의 혼합물로 거의 완전히 (6ppm 미만) 전환되었다. 가열 및 냉각 영역에서 존재하는 낮은 pCO/pCO2(<2.4)와 pH2/pH2O(<1.6) 비율과 냉각 영역에 존재하는 다량의 잔류 산소는 샘플들의 표면을 산화시키는데 이상적이다(표 3 참조).
따라서 고온 영역(위치(176))에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 천연 기체의 화학량론적 양의 5.0배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 유입 방법은 950℃에서 강의 산화 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 3-8]
0.50%의 천연 기체를 사용하는 것을 제외하고 적용예 3-7에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태, 그리고 어닐링 절차를 반복하여 실험했다. 본 적용예에 사용된 천연 기체의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 10.0배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면은 부분적으로 산화되고 부분적으로 광택을 띠는 것이 발견되었다.
따라서 고온 영역(위치(176))에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 천연 기체의 화학량론적 양의 10.0배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소를 유입은 950℃에서 강의 산화물 및/또는 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다.
적용예 2-1 내지 2-7은 만약 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 천연 기체의 화학량론적 양보다 약 5.0배 이상 많이 사용되고 그리고 노의 가열 영역에 유입 기체 혼합물을 주입시키기 위해 개선된 확산기가 사용된다면, 1,100℃ 온도에서 강의 광휘 어닐링을 위해 비-저온성으로 생산된 질소를 사용할 수 있다는 것을 보여주었다. 이와 유사하게, 적용예 2-8 내지 2-23은 만약 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 천연 기체의 화학량론적 양보다 약 6.0배, 13.0배 그리고 40.0배를 각각 사용한다면 1,050℃, 1,000℃ 그리고 950℃ 온도에서 각각 강의 광휘 어닐링을 위해 비-저온성으로 생산된 질소를 사용할 수 있다는 것을 보여주었다. 상기의 적용예들은 강의 광휘 어닐링에 요구되는 천연 기체의 절대량이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소의 증가에 따라 증가한다는 것을 보여주었다. 또한, 강의 광휘 어닐링에 요구되는 천연 기체의 절대량은 열처리 온도의 증가에 따라 감소 하였다.
적용예 3-1 내지 3-8의 결과는 만약 유입 질소에 첨가되는 천연 기체의 양이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 1.0배 내지 약 7.0배 사이라면, 비-저온성으로 생산된 질소는 950℃ 온도에서 강의 산화물 어닐링에 사용될 수 있다는 것을 보여주었다. 또한 이 결과는 천연 기체를 화학량론적 양보다 8.0배 내지 24.0배 첨가하는 것이 샘플들의 표면을 부분적으로는 산화되고 부분적으로는 광택을 띠게하여 바람직하지 못하다는 결과를 보여주었다.
개선된 다공 확산기 혹은 개선된 기체 유입 기구를 사용한 어닐링과 관련된 적용예 2-1 내지 2-23과 3-1 내지 3-8은 만약 천연 기체가 화학량론적 양의 1.0배 이상으로 유입 기체에 첨가된다면 비-저온성으로 생산된 질소로 950℃ 내지 1,100℃ 온도 범위내에서 탄소강을 어닐링할 수 있다는 것을 보여주었다. 유입 기체를 노속으로 주입시키는 방법(즉 개선된 다공 확산기를 사용)을 이용하는 본 발명에 의한 방법은 사용자가 제8도에 도시된 바와 같이 탄소강의 산화물 어닐링 및 광휘의 무산화물 어닐링을 수행할 수 있게 해준다. 제7도와 제8도를 비교함으로써 증명되는 바와 같이 제8도에 도시된 작업 영역은 종래의 기체 유입 기구를 사용한 것보다 본 발명의 방법을 이용했을때 상당히 더 넓다. 그러므로 상기의 실험들은 부품들 위의 반응되지 않은 산소와 유입 기체를 충돌시켜서는 안된다는 점이 중요하다는 것을 보여주었다.
비-저온성으로 생산된 질소와 프로판의 혼합물을 사용하여 탄소강의 열처리 실험을 다수회 실행했다. 이들 실험의 결과는 표 4에 수록했고 하기에 상세히 설명할 것이다.
[표4a]
[표4b]
[표4c]
[표4d]
[표4e]
[표4f]
[표4g]
* 프로판은 질소와 함께 혼합하며 비저온성으로 생산된 질소의 %로서 첨가했다.
[적용예 4-1]
2.0% 천연 기체 대신에 0.2% 프로판을 사용하는 것을 제외하고는 적용예 2-3에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 사용하여 반복 실험했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 2.0배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한, 광휘의 무산화물 표면이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역에서 일산화탄소 및 수분의 혼합물로 거의 완전히 (6ppm 미만) 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에서 존재하는 pCO/pCO2(>2.8)와 pH2/pH2O(>1.3) 비율은 샘플들의 표면을 환원시키는 결과를 가져왔다.
본 적용예는 1,100℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 도입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그양이 2.8보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.3 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 많고, 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 균일한 광휘의 무산화물 샘플들을 형성시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여주었다.
유입되는 재료를 검사한 결과 탈탄 또는 침탄은 발견되지 않은 반면 본 적용예에 따라 프로판과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소 대기중에서 열처리된 강의 샘플은 한계 탈탄화--약 0.0038인치 깊이의 탈탄이 생성되었다.
[적용예 4-2]
99.3%의 질소와 0.7%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고는 적용예 4-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 프로판의 양, 그리고 어닐링 절차를 반복하였다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 1.5배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한 광휘의 무산화물 표면들이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 거의 완전히 (10ppm 미만) 전환되었다. 가열영역 및 냉각 영역에 존재하는 높은 pCO/pCO2(>2.8)와 pH2/pH2O(>1.3) 비율은 샘플들의 표면을 환원시키는 결과를 가져왔다.
본 적용예는 1,100℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 도입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그양이 2.8보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.3 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 많고, 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 균일한 광휘의 무산화물 샘플들을 형성시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여주었다.
[적용예 4-3]
99.0%의 질소와 1.0%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고 적용예 4-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 프로판의 양, 그리고 어닐링 절차를 반복사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양과 동일하였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에는 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 낮는 pCO/pCO2(<2.8)와 pH2/pH2O(<1.3) 비율은 샘플들의 표면을 산화시키는 결과를 가져왔다(표 4 참조).
따라서 고온 영역에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학량론적 양과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입은 1,100℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 나타냈다.
[적용예 4-4]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.2%의 프로판 대신 0.25%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-3에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용되는 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 1.25배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층이 발견되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 낮은 pCO/pCO2(<2.8)와 pH2/pH2O(<1.3) 비율은 샘플들의 표면을 산화시키는 결과를 가져왔다(표 4 참조).
따라서 고온 영역에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학량론적 양의 1.25배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 1,000℃에서 강의 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 나타냈다.
[적용예 4-5]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.2%의 프로판 대신 0.28%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-3에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용되는 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 1.40배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층이 발견되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 낮은 pCO/pCO2(<2.8)와 pH2/pH2O(<1.3) 비율은 샘플들의 표면을 산화시키는 결과를 가져왔다(표 4 참조).
따라서 고온 영역에 배치된 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학량론적 양의 1.40배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 1,100℃에서 강의 조절된 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 나타냈다.
[적용예 4-6]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.2%의 프로판 대신 0.40%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-3에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용되는 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 2.0배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한 광휘의 무산화물층이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 거의 완전히(4ppm 미만) 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 높은 pCO/pCO2(>2.8)와 pH2/pH2O(>1.3) 비율은 샘플들의 표면을 환화시키는 결과를 가져왔다.
본 적용예는 1,100℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 도입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.8보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.3 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 많고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준 10ppm 미만일 경우 균일한 광휘의 무산화물 샘플들을 형성시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여주었다.
유입되는 재료를 검사한 결과 탈탄 또는 침탄은 발견되지 않은 반면 본 적용예에 따라 프로판과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소 대기중에서 열처리된 강의 샘플은 약 0.0055인치 깊이의 탈탄화가 생성되었다.
[적용예 4-7]
1,100℃ 온도 대신에 1,050℃의 온도를 사용하는 것만 제외하고 적용예 4-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 2.0배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한 광휘의 무산화물층이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 거의 완전히(7ppm 미만) 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 높은 pCO/pCO2(>2.6)와 pH2/pH2O(>1.4) 비율은 샘플들의 표면을 환원시키는 결과를 가져왔다.
본 적용예는 1,050℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 도입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.6보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.4 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 많고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우 균일한 광휘의 무산화물 샘플들을 형성시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여주었다.
[적용예 4-8]
99.25%의 질소와 0.75%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것을 제외하고는 적용예 4-7에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 1.33배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층이 발견되었다. 유입질소내에 존재하는 잔류산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 및 수분의 혼합물로 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 낮은 pCO/pCO2(<2.6)와 pH2/pH2O(<1.4) 비율은 샘플들을 산화시키는 결과를 나타냈다(표 4 참조).
따라서 고온 영역에 배치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학량론적 양의 1.33배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 1,050℃에서 강의 조절된 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-9]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.2%의 프로판 대신 0.25%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-8에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 1.7배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한 광휘의 무산화물이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 거의 완전히(5ppm미만) 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 높은 pCO/pCO2(>2.6)와 pH2/pH2O(>1.4) 비율은 샘플들의 표면을 환원시키는 결과를 나타냈다.
본 적용예는 1,050℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 도입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.6보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.4 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 크고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우 균일한 광휘의 무산화물 샘플들을 형성시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여주었다.
[적용예 4-10]
표 4에 나타낸 바와 같이 99.0%의 질소와 1.0%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것만 제외하고는 적용예 4-9에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 1.25배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층이 발견되었다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 낮은 pCO/pCO2(<2.6)와 pH2/pH2O(<1.4) 비율은 샘플들의 표면을 산화시키는 결과를 나타냈다(표 4참조).
따라서 고온 영역에 배치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학량론적 양의 1.25배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 1,050℃에서 강의 조절된 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-11]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.25%의 프로판 대신 0.28%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-10에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 1.40배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층이 발견되었다. 따라서 고온 영역에 배치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학량론적 양의 1.40배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 1,050℃에서 강의 조절된 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-12]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.25%의 프로판 대신 0.40%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-10에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 2.0배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한 광휘의 무산화물층이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 거의 완전히(5ppm미만) 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 높은 pCO/pCO2(>2.6)와 pH2/pH2O(>1.4) 비율은 샘플들의 표면을 환원시키는 결과를 나타냈다.
본 적용예는 1,050℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 도입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.6보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.4 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 크고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우 균일한 광휘의 무산화물 샘플들을 형성시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여주었다.
[적용예 4-13]
표 4에 나타낸 바와 같이 1,100℃의 온도 대신에 1,000℃의 온도를 사용하는 것만 제외하고는 적용예 4-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 2.0배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한 광휘의 무산화물층이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 거의 완전히(7ppm미만) 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 높은 pCO/pCO2(>2.5)와 pH2/pH2O(>1.5) 비율은 샘플들의 표면을 환원시키는 결과를 나타냈다.
본 적용예는 1,000℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 도입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.5보다 큰 pCO/pCO2비울과 1.5 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 크고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 균일한 광휘의 무산화물층을 형성시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여주었다.
[적용예 4-14]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.20%의 프로판 대신 0.25%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-13에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 2.5배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한 광휘의 무산화물층이 발견되었다. 따라서, 1,000℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 도입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양 보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.5보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.5보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 크고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류산소의 수준이 10ppm 미만일 경우 균일한 광휘의 무산화물층 샘플들을 형성시키는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-15]
99.25%의 질소와 0.75%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것만을 제외하고는 적용예 4-13에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 프로판의 양, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 1.33배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층 층이 발견되었다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 낮은 pCO/pCO2(<2.5)와 pH2/pH2O(<1.5) 비율은 샘플들을 산화시키는 결과를 가져왔다(표 4 참조).
따라서 고온 영역에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학양론적 양의 1.33배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 1,000℃에서 강의 조절된 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-16]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.20%의 프로판 대신 0.25%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-15에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 1.67배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들은 부분적으로 광택을 띠고 부분적으로 산화된 표면을 갖는 것으로 밝혀졌다. 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 높은 pCO/pCO2(>2.5) 비율은 아마 샘플들을 환원시키는 원인일 수 있다. 그러나 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 1.5에 가까운 pH2/pH2O 비율은 샘플들을 부분적으로 산화시키는 결과를 가져왔다(표 4 참조).
따라서, 가열영역에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학량론적 양의 1.67배와 예비 혼합된 비 저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 1000℃에서 강의 산화물 어닐링 또는 광휘 어닐링에 바람직하지 않다는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-17]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.20%의 프로판 대신 0.28%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-15에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 1.87배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한 광휘의 무산화물층이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 거의 완전히(7ppm미만) 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 높은 pCO/pCO2(>2.5)와 pH2/pH2O(>1.5) 비율은 샘플들의 표면을 환원시키는 결과를 나타냈다.
본 적용예는 1,000℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 도입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.5보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.5 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 크고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우 균일한 광휘의 무산화물층 샘플들을 형성시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여주었다.
[적용예 4-18]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.20%의 프로판 대신 0.32%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-15에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 2.1배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한 광휘의 무산화물층 층이 발견되었다. 따라서 1,000℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 도입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양 보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.5보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.5보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 크고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 균일한 광휘의 무산화물층 샘플을 형성시키는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-19]
표 4에 나타낸 바와 같이, 99.0%의 질소와 1.0%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것만을 제외하고는 적용예 4-17에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 프로판의 양, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 1.4배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일하고, 견고하게 충전된 산화물층 층이 발견되었다. 따라서 고온 영역에 배치된 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학양론적양 1.4배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 1,000℃에서 강의 조절된 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-20]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.28%의 프로판 대신 0.40%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-19에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 2.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한 광휘의 무산화물층 층이 발견되었다. 따라서 1,000℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 유입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학양론적 양 보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.5보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.5보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 크고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 균일한 광휘의 무산화물층 샘플을 형성시키는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-21]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.40%의 프로판 대신 0.55%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-20에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 2.75배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일한 광휘의 무산화물층 층이 발견되었다. 따라서 1,000℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 잘 위치시켜 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학양론적 양 보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.5보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.5보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 크고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm 미만일 경우, 균일한 광휘의 무산화물층 샘플을 형성시키는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-22]
표 4에 나타낸 바와 같이, 1,100℃ 온도 대신에 950℃의 온도를 사용하는 것만 제외하고는 적용예 4-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학양론적 양의 2.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 균일하고 견고하게 충전된 산화물층 층이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 1.6에 가까운 pH2/pH2O 비율과 냉각 영역에 존재하는 약 11ppm의 산소는 샘플들의 표면을 산화시키는 결과를 가져왔다(표 4 참조).
따라서 고온 영역에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 양의 2.0배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 950℃에서 강의 조절된 산화물 어닐링을 위한 방법으로 바람직하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-23]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.20%의 프로판 대신 0.25%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-22에 설명된 탄소강의 어닐링 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학양론적 양의 2.5배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 광택과 산화물층의 혼합이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 전환되었다. 냉각 영역에 존재하는 약 12ppm의 산소는 샘플들을 부분적으로 산화시키는 결과를 가져왔다(표 4 참조).
따라서 고온 영역에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학양론적 양의 2.5배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입은 950℃에서 강의 산화물 어닐링 또는 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 않다는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-24]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.20%의 프로판 대신 0.32%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-22에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 3.2배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 광휘의 무산화물층 층이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 높은 pCO/pCO2(>2.4)와 pH2/pH2O(>1.6) 비율은 샘플들의 표면을 환원시키는 결과를 가져왔다.
본 적용예는 950℃로 작동되는 노의 가열 영역내에 개선된 다공 확산기를 통해 도입되는 비-저온성으로 생산된 질소와 함께 사용된 프로판 또는 다른 어떤 탄화수소가 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양보다 많을 경우, 즉 그 양이 2.4보다 큰 pCO/pCO2비율과 1.6 보다 큰 pH2/pH2O 비율을 냉각 및 가열 영역 모두에서 산출시키기에 충분히 크고 그리고 냉각 및 가열 영역 모두에서 잔류 산소의 수준이 10ppm에 근사할 경우, 균일한 광휘의 무산화물층 샘플들을 형성시키는데 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
유입되는 재료를 검사한 결과 탈탄 또는 침탄은 발견되지 않은 반면 본 적용예에 따라 프로판과 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소 대기중에서 열처리된 강의 샘플은 약 0.0048인치 깊이의 탈탄화를 생성했다.
[적용예 4-25]
99.25%의 질소와 0.75%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하는 것만을 제외하고는 적용예 4-24에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 프로판의 양, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 2.1배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 광택과 산화물층의 혼합이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소, 이산화탄소, 그리고 수분의 혼합물로 전환되었다. 냉각 영역에 존재하는 약 15ppm의 산소는 샘플들을 부분적으로 산화시키는 결과를 가져왔다(표 4참조).
따라서 고온 영역에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학양론적 양의 약 2.1배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입방법은 950℃에서 강의 산화물 어닐링 또는 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 않다는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-26]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.32%의 프로판 대신 0.55%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-25에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 3.7배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면은 광택을 지닌 것이 발견되었다. 이 샘플들의 표면은 최소 허용할 수 있는 약간의 담황색을 띠고 있다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 높은 pCO/pCO2(>2.4)와 pH2/pH2O(>1.6) 비율은 샘플들의 표면을 환원시키는 결과를 가져왔다. 그러나 냉각 영역에 존재하는 약 12ppm의 산소는 샘플들의 표면에 약간의 담황색을 띠게 하는 결과를 가져왔다.
본 적용예는 950℃ 온도에서 개선된 다공 확산기를 통해 가열 영역으로 0.75%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법이 최저 허용성의 광택을 지닌 샘플들을 형성한다는 것을 보여 주었다.
[적용예 4-27]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.32%의 프로판 대신 0.63%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-25에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용하였다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 4.2배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들의 표면은 광택을 지닌 것으로 발견되었다. 이 샘플들의 표면은 최소 허용할 수 있는 약간의 담황색을 띠고 있다. 벨트와 노는 그을음의 조짐이 나타났으며, 이와 같은 높은 프로판의 유량이 바람직하지 못하다는 것을 보여 주었다.
본 적용예는 950℃ 온도에서 개선된 다공 확산기를 통해 가열 영역으로 0.63%의 프로판과 0.75%의 산소를 함유하는 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법이 샘플들의 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 보여 주었다.
[적용예 4-28]
표 4에 나타낸 바와 같이 1,100℃ 온도 대신에 900℃의 온도를 사용하는 것만 제외하고는 적용예 4-1에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 2.0배였다.
이 절차에 따라 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 광택과 산화물층의 혼합이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 이산화탄소 그리고 수분의 혼합물로 전환되었다. 냉각 영역에 존재하는 약 18ppm의 산소는 샘플을 부분적으로 산화시키는 결과를 가져왔다(표 4 참조).
따라서 고온 영역에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학량론적 양의 약 2.0배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입 방법은 900℃에서 강의 산화물 어닐링 또는 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다.
[적용예 4-29]
표 4에 나타낸 바와 같이 0.20%의 프로판 대신 0.28%를 사용한 것만 제외하고는 적용예 4-28에 설명된 탄소강의 어닐링 실험과 동일한 노, 온도, 샘플들, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 기체 유입 기구의 형태 및 위치, 그리고 어닐링 절차를 반복 사용했다. 본 적용예에 사용된 프로판의 양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 2.8배였다.
이 절차에 따라서 열처리된 강의 샘플들의 표면에서는 광액과 산화물층의 혼합이 발견되었다. 표 4에 나타낸 바와 같이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소는 가열 영역 및 냉각 영역에서 일산화탄소와 수분의 혼합물로 전환되었다. 가열 영역 및 냉각 영역에 존재하는 10ppm 이상의 산소는 샘플들을 부분적으로 산화시키는 결과를 가져왔다(표 4 참조). 추가적으로, 약간의 그을음이 벨트에 발견되었는데, 이것은 900℃에서 노내에 0.28% 이상의 프로판을 사용하는 것이 바람직하지 못하다는 결과를 나타낸다.
따라서 고온 영역에 위치한 개선된 다공 확산기를 통해 연속 열처리 노속으로 프로판의 화학량론적 양의 2.8배와 예비 혼합된 비-저온성으로 생산된 질소의 유입은 950℃에서 강의 산화물 어닐링 또는 광휘 어닐링을 위한 방법으로 바람직하지 못하다는 결과를 가져왔다.
이상 적용예들의 분석에 있어서, 적용예 4-1 내지 4-6은 만약 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 프로판의 화학량론적 양의 약 1.5배가 사용되고 그리고 유입 기체 혼합물을 노의 가열 영역에 주입시키기 위해 개선된 확산기가 사용되었을때 1,100℃ 온도에서 비-저온성으로 생산된 질소를 강의 광휘 어닐링을 위해 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다.
프로판은 천연 기체보다 반응성이 더 크기 때문에 강의 광휘 어닐링에 프로판의 양은 천연 기체의 양보다 상당히 적었다(천연 기체의 자동 점화 온도가 556℃인 것에 비해 프로판은 468℃임). 적용예 4-7 내지 4-24는 만약 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 프로판의 화학량론적 양의 1.7, 1.9, 및 3.2배를 각각 사용했을때 1,050℃, 1,000℃, 그리고 950℃ 온도에서 비-저온성으로 생산된 질소를 강의 광휘 어닐링을 위해 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다. 상기의 적용예들은 강의 광휘 어닐링에 요구되는 프로판의 절대량이 유입 질소내의 잔류 산소 정도의 증가에 따라 증가했다는 것을 보여 주었다. 추가적으로 강의 광휘 어닐링에 요구되는 프로판의 절대량은 열처리 온도의 증가에 따라 감소하였다.
상기의 적용예들은 만약 유입 질소에 첨가된 프로판의 양이 유입 질소에 존재하는 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 1.5, 1.7, 1.9 그리고 3.2배 미만일때 각각 비-저온성으로 생산된 질소는 1,100, 1,050, 1,000 그리고 950℃ 온도에서 강의 산화물 어닐링에 사용할 수 있다는 것을 보여 주었다. 비-저온성으로 생산된 질소와 프로판의 혼합물을 사용한 저탄소강의 산화물 어닐링 및 광휘의 무산화물 어닐링에 대한 작동 영역은 제9도에 도시되어 있다.
비-저온성으로 생산된 질소와 천연 기체의 혼합물을 사용하여 탄소강에 청동을 납땜하기 위해 몇몇의 실험들이 행해졌다. 이들 실험의 결과는 하기에 상세히 설명한다.
[표 5]
* 천연 기체는 질소와 혼합되며 비-저온성으로 생산된 총 질소의 퍼센트로 첨가된다.
[적용예 5-1]
구리 예비-성형체를 사용하여 탄소강에 청동을 납땜하기 위해, 적용예 2-17A에 설명된 열처리 방법과 동일한 노, 유입 기체의 유량 및 구성 성분, 온도, 그리고 기체 유입 기구의 형태와 위치를 반복 사용했다. 표 5에 나타낸 바와 같이 본 적용예에 사용된 비-저온성으로 생산된 질소는 99.70%의 질소와 0.30%의 잔류 산소를 함유했다. 첨가된 천연 기체양은 2.0%였다. 이것은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 13.3배였다.
본 적용예에서 탄소강 및 청동 부품들은 양호한 납땜류로 성공적으로 납땜되었다. 표준 압력의 질소-천연 기체 대기는 최적의 납땜 스프레딩(spreading)과 필릿(fillet) 형성을 제공하였다. 추가적으로, 납땜 연결부에는 보이드(void) 현상이 발견되지 않는다. 마지막으로 납땜된 탄소강과 청동 부품들은 광휘의 무산 화물층 표면을 갖게 되었다.
본 적용예는 탄화수소 기체와 예비 혼합된 비-저온성으로 생성된 질소 대기가 탄소강에 청동을 납땜하는데 사용될 수 있다는 것을 보여 주었다.
[적용예 5-2]
표 5에 나타낸 바와 같이 적용예 5-1에 설명된 납땜 실험과 동일한 노, 유입 기체의 유량과 구성 성분, 온도, 그리고 기체 유입 기구의 형태 및 위치를 반복사용했다.
본 적용예에서의 탄소강 및 청동 부품들은 양호한 납땜류로 성공적으로 납땜되었다. 표준 압력의 질소-천연 기체 대기는 최적의 납땜 스프레딩과 필릿형성을 제공하였다. 추가적으로, 납땜 연결부에는 보이드 현상이 발견되지 않는다. 마지막으로 납땜된 탄소강과 청동 부품들은 광휘의 무산화물층 표면을 갖게 되었다.
본 적용예는 탄화수소 기체와 예비 혼합된 비-저온성으로 생성된 질소 대기가 탄소강에 청동을 납땜하는데 사용될 수 있다는 것을 한번 더 보여 주었다.
[적용예 5-3]
표 5에 나타낸 바와 같이 99.60%의 질소와 0.40%의 산소를 함유한 비-저온성으로 생산된 질소를 사용하고 2.5%의 천연 기체를 첨가하는 것만 제외하고는 적용예 5-2에 설명된 납땜 실험과 동일한 노, 유입 기체의 유량, 온도, 그리고 기체 유입 기구의 형태 및 위치를 반복 사용했다. 첨가된 천연 기체양은 잔류 산소를 이산화탄소와 수분의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 12.5배였다.
본 적용예에서 탄소강 및 청동 부품들은 양호한 납땜류로 성공적으로 납땜되었다. 표준 압력의 질소-천연 기체 대기는 최적의 납땜 스프레딩과 필릿형성을 제공하였다. 추가적으로, 납땜 연결부에는 보이드 현상이 발견되지 않는다. 마지막으로 납땜된 탄소강과 청동 부품들은 광휘의 무산화물층 표면을 갖게 되었다.
본 적용예는 탄화수소 기체와 예비 혼합된 비-저온성으로 생성된 질소 대기가 탄소강에 청동을 납땜하는데 사용될 수 있다는 것을 보여 주었다.
본 발명이 보호 받고자 하는 사항을 첨부되는 특허청구 범위에 기술한다.

Claims (25)

  1. 철금속 및 합금을 어닐링하는 방법에 있어서 : a) 700℃ 이상의 온도를 유지하는 고온 구역을 지닌 노에서 상기 금속 또는 합금을 가열하는 단계 : b) 5부피% 이하의 잔류 산소를 함유하는 질소 기체를 탄화수소 기체와 함께 기체 유입 장치를 통해 상기 노의 고온 구역내로 주입시키는 단계 : 및 c) 상기 금속 또는 합금이 목적하는 열처리된 특성을 갖기에 충분한 시간동안 상기 금속 또는 합금을 상기 노를 통해 이동시키는 단계를 포함하며, 상기 b) 단계에서 탄화수소 기체는 잔류 산소를 수분과 이산화탄소의 혼합물로 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 약 1배 내지 약 40배 범위내의 유량으로 주입되며, 상기 주입은 상기 혼합물이 노속에서 상기 금속 또는 합금과 접촉하기 전에 상기 전류 산소와 탄화수소 기체의 반응이 실제적으로 완료 되도록 주입되는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 잔류 산소를 수분과 이산화탄소로 전환시키는 단계를 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 잔류 산소를 수분, 이산화탄소, 일산화탄소, 그리고 이들의 혼합물로 전환시키는 단계를 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 탄화수소 기체가 실제적으로 메탄을 함유하는 기체인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 탄화수소 기체는 잔류 산소를 수분과 이산화탄소의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 1.0배 내지 3.2배 사이의 양으로 주입되는 프로판인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 탄화수소 기체는 메탄, 에탄, 프로판, 및 부탄과 같은 알칸 ; 에틸렌, 프로필렌, 및 부텐과 같은 알켄 ; 메탄올, 에탄올, 및 프로판올과 같은 알코올 ; 그리고 천연 기체, 석유 가스, 주방용 가스, 코르크 오븐 기체, 도시 가스, 발열 기체, 및 흡열 기체와 같은 상용 공급원료에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 질소가 비-저온성 수단들에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 비-저온성 수단들에 의해 생성된 질소는 약 5부피% 이하의 산소를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 비-저온성 수단들에 의해 생성된 질소는 약 1.0부피% 이하의 산소를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 노는 가열 영역과 냉각 영역이 통합된 연속 노인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 노는 가열 영역과 담금질용 냉각 영역을 구비한 연속 노인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 노는 700℃와 1,250℃ 온도내에서 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 철금속 및 합금의 어닐링 방법이 광휘의 무산화물 부분 탈탄화 어닐링 방법, 무산화물 부분 무탈탄화 광휘 어닐링 방법, 또는 무산화물 무탈탄화 어닐링 방법이며, 상기 탄화수소 기체는 잔류 산소를 완전히 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 1.5배 이상의 유량으로 주입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 잔류 산소를 수분과 일산화탄소의 혼합물로 전환시키는 단계를 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 잔류 산소를 수분, 이산화탄소, 일산화탄소, 그리고 이들의 혼합물로 전환시키는 단계를 특징으로 하는 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 질소가 비-저온성 수단들에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 비-저온성 수단들에 의해 생성된 질소는 약 5부피% 이내의 산소를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 비-저온성 수단들에 의해 생성된 질소는 약 1.0부피% 이내의 산소를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제13항에 있어서, 상기 노는 가열 영역과 냉각 영역이 통합된 연속 노인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제13항에 있어서, 상기 노는 가열 영역과 담금질용 냉각 영역을 구비한 연속 노인 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제13항에 있어서, 상기 탄화수소 기체는 메탄, 에탄, 프로판, 및 부탄과 같은 알칸 ; 에틸렌, 프로필렌, 및 부텐과 같은 알켈 ; 메탄올, 에탄올, 및 프로판올과 같은 알코올 ; 그리고 천연 기체, 석유 가스, 주방용 가스, 코르크 오븐 기체, 도시 가스, 발열 기체, 및 흡열 기체와 같은 상용 공급원료에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 탄화수소 잔류 산소를 수분과 이산화탄소의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 5.0배와 약 40.0배 사이의 양으로 주입된 천연 기체 혹은 메탄인 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 탄화수소 기체는 잔류 산소를 수분과 이산화탄소의 혼합물로 전환시키는데 요구되는 화학량론적 양의 1.5배와 3.2배 사이의 양으로 주입된 프로판인 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제13항에 있어서, 상기 노는 800℃와 1,250℃ 온도 내에서 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제1항에 있어서, 상기 철금속 및 합금의 어닐링 방법은 조절된 산화물 어닐링 방법이고 상기 철금속 또는 합금이 노를 통해 이동하는 시간은 상기 금속 또는 합금의 표면위에 바람직한 산화물층을 산출하기에 충분한 정도인 것을 특징으로 하는 방법.
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