스테인리스강의 가스질화 특성에 미치는 열처리 조건의 영향에 관한 연구 = A study on the effect of heat treatment condition on the gas nitriding characteristics of stainless steel

국문 초록 (Abstract)

스테인리스강은 일반적으로 내식성이 우수하여 부식성 환경에서의 산업설비에 주로 사용되는 장점이 있지만 스테인리스강을 가스질화시키면 표면에 안정된 피막을 형성하므로 가스질화가 어렵다. 따라서 가스질화처리하기 전에 산세나 활성수소가스 중에 가열하여 부동태 피막을 제거하여 표면 상태를 활성화시켜 열처리하는 방법 등을 사용하고 있다. 그러나 이러한 방법들은 처리에 장시간이 소요될 뿐만 아니라 사용 후 산폐액이나 유해한 폐가스로 인하여 환경적인 문제를 발생시키는 등 여러 가지 문제점을 수반하고 있다. 따라서 이러한 해를 줄일 수 있는 질화방법을 개발하면 스테인리스강에서의 가스질화는 더욱 광범위하게 사용될 수 있다.
본 실험에서는 일반적으로 쉽게 구할 수 있고 취급이 용이한 염화암모늄을 가스질화 시 환원제로서 사용하여 예비처리를 실시한 다음 가스질화시키는 열처리 공법을 개발하였다.
우선 염화암모늄을 이용하여 오스테나이트계인 STS 304와 마르텐사이트계인 STS 410을 300℃에서 3시간 동안 염화암모늄을 사용하여 예비처리를 실시한 다음 520℃에서 질화시간을 변화시켜 가스질화를 실시하였다. 예비처리를 실시하지 않고 가스질화시킨 일반 질화용강인 SACM 645를 동일한 조건으로 열처리하여 특징을 비교 고찰하였다. 그 결과 STS 304의 경우는 예비처리를 실시하지 않을 시에는 질화가 되지 않았다.
그 다음은 스테인리스강을 산질화처리하여 내식성의 특성 등을 고찰하였다. 스테인리스강은 질화시키면 표면경도 및 내마모성은 증가하지만 내식성이 저하된다. 따라서 내식성이 중요시 되는 강에서는 질화처리 후 내식성을 개선시킬 수 있는 방법이 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 산질화 공정은 질화 깊이를 깊게 하고 표면층에 산화피막을 형성시켜 스테인리스강 질화 시 내식성을 증가시킬 수 있는 방법으로 사용 되고 있다.
본 실험은 예비처리를 실시한 오스테나이트계인 STS 304, 마르텐사이트계인 STS 410과 예비처리를 실시하지 않은 일반 질화용강인 SACM 645에 대해서 520℃에서 각각 24시간, 48시간 및 72시간 질화처리한 후 400℃에서 1시간 30분 동안 산소를 취입하여 동일한 시간 산질화시킨 다음 기계적 성질, 금속조직학적 특징 및 내식 특성에 미치는 영향을 비교 고찰하였다.
그 결과 질화시간을 증가시킨 경우 내식성이 증가되었고, 특히 오스테나이트계인 STS 304의 경우 내식성의 증가가 STS 410보다 두드러지게 나타났다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 초 록 Ⅰ
• 목 차 Ⅲ
• Table Captions Ⅶ
• Figure Captions Ⅷ
• Photo. Captions ΧⅡ
• Abstract ⅩⅣ
• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구배경 2
• 1.2 논문의 내용과 논문의 구성 4
• 참고문헌 6
• 제2장 질화처리를 이용한 표면경화법에 대한 이론적 고찰
• 8
• 2.1 질화경화법 9
• 2.1.1 NH3 질화법에 미치는 합금원소의 영향 9
• 2.1.2 고주파 가열에 의한 질화 11
• 2.1.3 염욕질화법 11
• 2.1.4 침탄질화법 12
• 2.2 스테인리스강의 질화 12
• 2.2.1 스테인리스강의 특성 12
• 2.2.2 스테인리스강의 종류에 따른 질화 특성 13
• 2.2.3 오스테나이트계 스테인리스강의 질화 14
• 2.3 스테인리스강의 열처리 15
• 2.3.1 스테인리스강의 질화 조건 15
• 2.3.2 질소의 거동 16
• 2.4 질화 사이클 18
• 2.4.1 질화 결과 18
• 2.4.2 Fe-N 평형상태도 19
• 2.5 산질화 24
• 2.5.1 산질화의 원리 24
• 2.5.2 오스테나이트계 스테인리스강의 산질화 25
• 2.5.3 산질화 효과 27
• 참고문헌 29
• 제3장 예비처리 스테인리스강의 암모니아 가스질화
• 조건에 따른 기계적 성질 32
• 3.1 서 언 33
• 3.2 실험방법 34
• 3.2.1 시편 제작 34
• 3.2.2 예비처리 및 암모니아 가스질화처리 37
• 3.2.3 조직 및 경도 시험 39
• 3.2.4 재료시험 및 파단면 분석 39
• 3.3 실험결과 및 고찰 41
• 3.3.1 질화시간에 따른 질화층의 조직 특성 41
• 3.3.2 경도분포 특성 49
• 3.3.3 질화층 깊이에 미치는 영향 54
• 3.3.4 인장강도에 미치는 영향 56
• 3.3.5 피로시험 결과 58
• 3.3.6 파단면분석 62
• 3.3.7 EPMA분석 66
• 3.4 결 언 69
• 참고문헌 71
• 제4장 스테인리스강에서 예비처리 후 산질화에
• 따른 기계적 성질 73
• 4.1 서 언 74
• 4.2 실험방법 75
• 4.2.1 시편 제작 75
• 4.2.2 가스질화 및 산질화처리 76
• 4.2.3 금속조직 및 경도 시험 77
• 4.3 실험결과 및 고찰 77
• 4.3.1 표면조직의 특징 77
• 4.3.2 경도분포 특징 81
• 4.4 결 언 93
• 참고문헌 94
• 제5장 스테인리스강에서 예비처리 후 산질화
• 처리 시의 내식 특성 95
• 5.1 서 언 96
• 5.2 실험방법 97
• 5.2.1 시편 제작 97
• 5.2.2 가스질화 및 산화처리 97
• 5.2.3 동전위 분극시험 98
• 5.3 실험결과 및 고찰 100
• 5.3.1 강종에 따른 내식 특성 100
• 5.3.2 산질화시간에 따른 내식 특성 112
• 5.4 결 언 116
• 참고문헌 117
• 제6장 결 론 118
• 감사의 글 121