2. 압축밸브의 플레이트 소재개선 연구
2.5 실험결과 및 고찰
2.5.1 기존제품의 경도 및 조직분석
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(a) Valve plate microstructure.(b) Valve plate SEM micrograph.
Fig. 2.4 Microstructure and SEM micrograph of traditional
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(a) Valve plate microstructure.(b) Valve plate SEM micrograph.
Fig. 2.5 Microstructure and SEM micrograph of traditional product “B”.
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(a) Valve plate microstructure.(b) Valve plate SEM micrograph.
Fig. 2.6 Microstructure and SEM micrograph of traditional
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Fig. 2.7 Microstructure of traditional product “D”.
Fig. 2.4, Fig. 2.5, Fig. 2.6, 그리고 Fig. 2.7은 기존제품을 각각 금속 현미경으로 촬영한 것이며, 이를 다시 주사 전자 현미경으로 1,000배 확대하여 표면의 게재물 등을 비교한 것이다.
여기서 기존제품 "A"는 소재가 완전하게 결정이 성장하지 않고 페라이트와 유사한 조직이 일부 보이며 주요 조직은 마르텐사이트 계의 조직을 나타내고 있음을 알 수 있다. 따라서 페라이트계의 경도보다는 높게 나타나고 순수 마르텐사이트 조직보다는 경도가 낮게 나타나는 것은 퀜칭을 한 후 템퍼링을 실시하였음을 추정할 수 있다.
기존제품 "B"는 "A"와는 완전히 다른 조직을 나타내고 있는 것 을 볼 수 있다.
이는 퀜칭 온도까지 가열시킨 후 급속한 냉각으로 인한 조직의 성장이 중단되었거나 템퍼링 온도와 시간의 선정이 다소 특이하기 때문에 발생된 것으로 판단되나 정확한 열처리 공정은 확인할 수가 없다.
표면에 산재해 있는 게재물의 형태와 분포를 보면 "A"와는 다르 게 반점형태의 검은 부분을 발견할 수가 있는데 이는 불순물이라고 보기는 어렵고 화학적 성분의 분포나 결정입자 등에 영향을 받은 것으로 판단된다.
기존제품 "C"의 금속조직은 Fig. 2.6의 (a)에서 거북이 등과 같이 결정 경계가 확연하게 드러나는 것으로 보아 페라이트 조직과 거의 유사한 형태를 나타내고 있으며 입자의 경계에 불순물이나 냉각에 서 발생된 결정입자의 성장 속도 차에 의해 발생되는 결정립의 경 계가 선명하여 부식이 확실하게 이루진 것으로 생각된다.
이와 같은 조직은 피로현상이 조기에 발생될 가능성이 높고 무엇 보다도 외부의 충격 등에 의한 균열이 잘 발생된다. Fig. 2.6의 (b) 와 같이 소재의 표면을 확대하여 보면 표면에 기공과 같은 미세한
Fig. 2.7은 기존제품 "D"의 금속 조직을 나타낸 것으로 열처리가 다소 양호하게 이루어져 기존제품과는 다르지만, “A”보다는 “B”에 가까운 조직을 나타내고 있다. 그러나, 자세하게 보면 “B”와 결정 입자의 크기가 비슷하며 “C”의 페라이트형 조직과 약간 닮은 형태 임을 볼 수 있다. 이와 같이 페라이트형의 조직이 열처리 후에도 다소 남아 있는 것은 제강과 압연 그리고 어닐링 과정에서 발생된 조직이 완전한 재결정이 이루어지지 않은 것으로 판단된다.
이와 같은 현상은 국내 스테인리스강판의 제조사에서 생산되는 소재가 대부분 압연가공 후 어닐링이 끝나면 조직이 페라이트가 되 며, 이 상태로 2차 가공 업체에 공급이 되기 때문인 것으로 생각된 다.
특히, STS420에서 J1과 J2는 수요자의 용도에 맞게 탄소량을 조 정한 것으로 J2는 칼을 생산하기 위하여 개발한 강종이지만, 양식 기용이나 밸브용으로도 많이 사용된다.
스테인리스강의 마르텐사이트 조직은 탄소의 함유량이 많고 경도 가 높으며 내마모성과 강도가 크지만 용접성이 불량하므로 밸브와 같은 부품용으로는 적합하지만, 대형부품 제작용으로는 부적합하다.
기존제품 “C”와 “D”의 소재의 성분을 보면 Table 2.11과 같이 Cr 이 13～14%정도임을 볼 수 있다.
일반적으로 스테인리스강에서 Cr의 첨가량은 내식성과 관계가 있 고 강도와는 관계가 없다. 주로 스테인리스강의 강도는 C와 관계가 있으므로 C의 량을 조정해야 하므로 0.3%까지 첨가하여 사용한다.
금속의 조직을 변화시켜 강도를 증가시키기 위한 방법으로는 C 의 함유량으로 조정을 할 수 있지만, 질소도 크게 강도에 영향을 미칠 수가 있다. 그러나 가열 후 냉각시키는 방법, 즉 냉각 속도에 따라 경도가 변화되므로 적절한 냉각방법의 선정도 매우 중요하다 고 할 수 있다.
Table 2.11 Comparison of chemical composition of traditional products (wt%).
(a) Traditional product “C”.
C SI Mn P S Cr Mo Ni
0.349 0.917 0.451 0.0256 0.00558 13.17 0.0153 0.241
0.348 0.913 0.450 0.0251 0.00562 13.34 0.0147 0.240
(b) Traditional product “D”.
C Si Mn P S Cr Mo Ni
0.395 0.408 0.538 0.0198 0.00179 13.41 0.931 0.140
0.385 0.411 0.535 0.0202 0.00168 13.52 0.929 0.137