열처리(HEAT TREATMENT)의 종류 & 기호

열처리 (HEAT TREATMENT)의 종류

1. Annealing (풀림/소둔/燒鈍): 상세 사항은 9항의 첨부 파일 참조.

2. Normalizing (불림/소준/燒準): 상세 사항은 9항의 첨부 파일 참조.
3. Quenching (담금질/소입/燒入): 상세 사항은 9항의 첨부 파일 참조.

4. Tempering (뜨임/소려/燒戾): 상세 사항은 9항의 첨부 파일 참조.

5. Solution Treatment (용체화 처리 또는 고용화 처리)
강의 합금성분을 고용체로 용해하는 온도 이상으로 가열하여 충분한 시간을 유지한 후 급냉함으로서 그 석출을 저지하는 조작.
Hi-Mn강 (Mn 10~14%, C 0.8~1.3%)이라고 말하는 Hard Field강 또는 Austenite계
Ni-Cr강, 초합금강 등은 A3 변태점 이상의 austenite 조직 범위에서 가열하여서 탄화물 및 기타의 화합물을 austenite 중에 고용시킨 후 그 온도로부터 기름 또는 물 중에서 급냉시켜 과포화된 austenite 조직을 상온까지 가져오는 처리를 말한다. Hard Field 강에서는 강의 인성 및 내 마모성을 유지하기 위해서 하며, Stainless Steel에서는 내식성의 향상, 초합금강에는 내열성을 개량하는데 그 목적이 있다.

6. Stabilization (안정화)
 열교환기 Tube 등에 주로 적용합니다.
이유는 열교환기가 당연히 고온에 적용되기 때문이지요.
아시는 바와 같이 Stabilized된 강종이라고 해도 용접이나 고온 사용으로 인해 입계 예민화가 발생할 수 있기에 이를 예방하는 차원에서 초기 Solution Annealing 을 실시한 온도 바로 아래에서 열처리를 실시하는 것입니다. 이의 목적과 정의에 대해서는 다음의 내용을 참조하세요

(1) ASTM A213 등의 Code상에 언급된 내용
S2. Stabilizing Heat Treatment
S2.1 Subsequent to the solution anneal required in Sec-tion 6, Grades
TP309HCb, TP310HCbN, TP321, TP321H, TP347, TP347H, TP348, and
TP348H shall be given a stabilization heat treatment at a temperature lower
than that used for the initial solution annealing heat treatment.
The temperature of stabilization heat treatment shall be at a temperature as
agreed upon between the purchaser and vendor. 
온도는 주문주와 협의하여 정의하도록 되어 있습니다.

(2) 열처리 기술 문헌에 따른 언급
Thermal stabilization treatments at 900C (1650F) minimum for 1 to 10 hours
are occasionally employed for assemblies that are to be used in the 400 to
900C (750 to 1650F) temperature range. Thermal stabilization is intended
to agglomerate the carbides, thereby preventing further precipitation
and intergranular attack (IGA). As with 815 to 870C (1500 to1600F)
stress relief, it is best to test for susceptibility to IGA per ASTM A262.
Stabilized 열처리에 추가하여 응력 제거를 해주면 가장 좋다고 되어 있음.

(3) 관련 참고 자료

1) Survey of ASTM A376-01a
para. 6.2.3; 321SS & 347SS shall be solution heat treated at min. 1900 deg.F
(1040 deg.C). (Mandatory Requirement)
S.9 ; Subsequent (stabilization) heat treatment shall be done less than
the solution heat treatment in para. 6.2. The stabilization heat
treatment temperature shall be decided as agreed upon between the
purchaser and vendor.(Supplementary Requirement)

2) Metallurgical Review and Conclusion

2.1) Stabilization heat treatment (Normally at min. 1650 deg.F = 899
deg.C, holding time 2~4 hours/inch thickness) of S9 is not mandatory
requirement in ASTM and ASME. Please check the client's spec.

2.2) Rapid cooling for 321SS or 347SS in stabilization/solution heat
 treatment is not critical. Slow cooling is more recommended for the
 coarse grain practice in high temperature service.

2.3) Stabilizing effect for 321SS or 347SS can be fully obtained by
 stabilizing heat treatment (at min. 1650 deg.F = 899 deg.C) as well as
 solution heat treatment (at min. 1900 deg.F = 1040 deg.C.)

2.4) Sometimes the stabilizing heat treatment for products (not material)
 is required in high chloride environment in client's spec. Please check
 the client's spec.

 

SR (Stress Relief): 기본적인 내용은 9항의 첨부 파일 참조.

1) PWHT (Post Weld Heat Treatment)
용접후열처리(Post Weld Heat Treatment: PWHT)란 일반적으로 용접 후 용접부 또는
용접이 완료된 용접구조물을 대상으로 하는 모든 열처리를 포함하는 것이다. 때로는 응력
제거(SR) 열처리라는 말로도 사용되고 있으나, 응력제거 열처리가 용접후열처리로 불리
우게 된 것은 열처리의 목적이 용접 잔류응력의 완화만으로 한정되지 않기 때문이다.
따라서 PWHT는 용접부 또는 그 근방을 재료의 변태점 이하의 적절한 온도까지 가열,
유지, 균일한 냉각의 과정을 통한 용접부의 성능을 개선하고 용접 잔류응력 등의 유해한
영향을 제거하는 것으로 정의할 수 있다.

 (1) 용접 잔류응력 및 변형대책
- 용접 잔류응력의 완화
- 형상치수의 안정(정밀기계 가공의 목적 등으로)

(2) 모재, 용접부 및 구조물의 성능개선
- 용접 열영향부의 연화와 조직의 안정
- 용착 금속의 연성증대
- 파괴인성의 향상
- 함유가스의 제거
- Creep 특성의 개선
- 부식에 대한 성능의 향상
- 피로강도의 개선
* 용접후열처리의 방법
PWHT의 시공방법은 로내 PWHT, 국부가열 PWHT 및 현지 전체 PWHT로 나누어진다. 또한 구조물이 완성된 후 수행되는 최종 PWHT 외에 제조공정 중에 수행되는 중간 PWHT가 있다.
어느 방법에 있어서나 PWHT는 ①열처리 방법 및 설비의 선정, ②피 가열물 또는 로내 온도의 계측, ③외관, 형상의 유지 대책, ④필요한 경우 본체 및 부재 또는 동시 열처리에 의한 재질시험 및 그 외에 필요로 하는 사항에 대하여 충분한 검토가 필요하다. 

(1) 로내 PWHT
가열로는 ①요구되는 로내의 온도가 제어 가능하고, ②가열시에 피가열물에 유해한 영향을 주지 않고 산화 및 불꽃이 가열부에 접촉되지 않는 것으로 한다. 온도는 가열부를 대상으로 하여 열전대를 이용하여 계측하는 것이 원칙이나 로내 온도에서 가열부 각부의 온도를 추정할 수 있을 때는 이 방법이 인정되는 경우도
있다.

(2) 국부가열 PWHT
국부가열 PWHT는 로내 또는 현지 전체 PWHT가 불가능하거나 실용적이 아닌 경우에 적용된다.
배관이나 원통형 용기 등에 행하여지는 것과 같이 원주의 일정 폭을 가열하는 방법이 추가된다. 노즐 연결부 등을 국부적으로 가열하기도 한다.
가열방법에는 ①전기 저항가열, ②전기 유도가열, ③버너 가열, ④화학반응에 의한 발열체 등 많은 방법이 있어 시공 대상이나 시공 장소 등의 조건에 따라 결정된다. 어느 방법에서든 열처리 조건을 만족하도록 설비 및 보온의 방법 등을 선정할 필요가 있다.
국부가열에서는 가열로에 대한 요구 외에 ①가열부와 비가열부와의 온도 구배를 완만하게 하고, ②용접부 주위에 규정된 가열폭 및 보온폭을 설정하고, ③적절한 보온을 하는 것 등이 추가된다. 온도는 가열부에서 자동 계측하는 온도는 가열부에 서 자동 계측하는 것이 원칙이다.

(3) 현지 전체 PWHT
대형 구형 탱크와 같이 로내 PWHT가 불가능한 구조물은 현지 전체 PWHT(내부가열 PWHT라고 한다)가 적용되는 경우가 있다. 국내에서의 실적은 보고된 바가 없으나, 해외에서는 많은 실시 예가 있다.
이 방법은 적절한 가열장치와 외부 방열에 의하여 로내 PWHT에 가까운 효과를 올릴 수 있으나 대상물이 크고 현장에서 행하여지기 때문에 균일가열, 온도관리, 열팽창 대책, 안전대책 등에 대하여 면밀한 계획, 실시 및 관리가 요구된다.

2) ISR (Intermediate Stress Relief)
For grades of alloy steels with 2-1/4% chromium and greater, the preheat for weld
joints shall be maintained until post weld heat treatment, or an intermediate stress
relief can be performed at 565C (1050F) for I hour minimum before cooling from the preheat.

 

표면 경화 열처리
표면 경화 열처리는 재료의 표면만을 단단한 재질로 만들기 위한 방법으로 크게 화학적 방법과 물리적 방법으로 나눌 수 있다.
화학적 방법에는 침탄법(carburizing)과 질화법(nitriding)이 있고, 물리적 방법에는 고주파 표면 경화법(induction hardening)과 불꽃 경화법 등이 있다.

1) 침탄법 (Carburizing)
침탄이란 재료의 표면만을 단단한 재질로 만들기 위해 다음과 같은 단계를 사용하는 방법이다. 탄소함유량이 0.2% 미만인 저탄소강이나 저탄소합금강을 침탄제 속에 파묻고 오스테나이트 범위로 가열한 다음, 그 표면에 탄소를 침입하고 확산시켜서 표면 층만을 고탄소 조직으로 만든다.
침탄 후 담금질하면 표면의 침탄층은 마텐자이트 조직으로 경화시켜도 중심부는 저탄소강 성질을 그대로 가지고 있어 이중 조직이 된다. 표면이 단단하기 때문에 내마멸성을 가지게 되며, 재료의 중심부는 저탄소강이기 때문에 인성을 가지게 된다. 이러한 성질 때문에 고부하가 걸리는 기어에는 대개 침탄 열처리를 사용한다.
침탄법은 침탄에 사용되는 침탄제에 따라 고체침탄, 액체침탄과 가스침탄으로 나눈다.
특별히 액체 침탄의 경우, 질화도 동시에 어느 정도 이루어지기 때문에 침탄 질화법이라 부른다.

 

2) 질화법 (Nitriding)
금속 재료 표면에 질소를 침투시켜서 매우 단단한 질소화합물(Fe2N) 층을 형성하는 표면 경화법을 질화라 부른다. 이것은 담금질과 뜨임 등의 열처리 후 약 500℃로 장시간 가열한 후 질소를 침투시켜 경화시킨다. 침탄처럼 침탄 후 담금질이 필요 없으므로 다른 열처리 방법에 비해 변형이 매우 작으면 내마멸성과 내식성과 피로 강도 등이 우수하다. 그러나 다른 열처리에 비해 가격이 많이 든다. 질화법은 다음과 같은 특징이 있다.
a) 침탄에 비해 경화층이 얕고 경화는 침탄한 것보다 크다.
b) 마모나 부식에 대한 저항력이 크다.
c) 담금질이 필요없으며 열처리에 의한 재료의 변형이 가장 적다.
d) 600℃ 이하의 온도에서는 재료의 경도가 감소되지 않으며 산화작용도 잘 일어나지 않는다.

3) 고주파 표면경화법 (Induction Hardening)
0.4 - 0.5%의 탄소를 함유한 고탄소강을 고주파를 사용하여 일정 온도로 가열한 후 담금질하여 뜨임하는 방법이다.   이 방법에 의하면 0.4% 전후의 구조용 탄소강으로도 합금강이 갖는 목적에 적용할 수 있는 재료를 얻을 수 있다. 표면 경화 깊이는 가열되어 오스테나이트 조직으로 변화되는 깊이로 결정되므로 가열 온도와 시간 등에 따라 다르다. 보통 열처리에 사용되는 가열 방법은 열에너지가 전도와 복사 형식으로 가열하는 물체에 도달하는 방식을 이용하고 있다. 그러나 고주파 가열법에서는 전자 에너지 형식으로 가공물에 전달되고, 전자 에너지가 가공물의 표면에 도달하면 유도 2차 전류가 발생한 다.
이 때 가공물 표면에 와전류(eddy current)가 발생하여 표피효과(skin effect)가 된다.
2차 유도전류는 표면에 집중하여 흐르므로 표면경화에는 다음과 같은 장점이 나타난다.
a) 표면에 에너지가 집중하기 때문에 가열 시간을 단축할 수 있다.
b) 가공물의 응력을 최대한 억제할 수 있다.
c) 가열 시간이 짧으므로 산화나 탈탄 염려가 없다.
d) 값이 싸다.

 

  열처리 가공 기호

열처리 (H Heat Treatment)
가 공 방 법 과   분 류	기  호	영  문  표  기
노멀라이징 어닐링 완전 어닐링 연화 어닐링 응력제거 어닐링 확산 어닐링 구상화 어닐링 등온 어닐링 테이스 어닐링 광택 어닐링 가단화 어닐링 담금질 프레스 담금질 마르템퍼링(마르쿠웬칭) 오스템퍼 광택 담금질 고주파 담금질 화염 경화 전해 담금질 고용화 열처리 워터 터프닝 탬퍼링 프레스 템퍼링 광택 템퍼링 시효 서브제로 처리 침탄 침탄 질화 질화 연질화 침황 침황 질화	HNR HA HAF HASF HAR HAH HAS HAI HAC HAB HAM HQ HQP HQM HQA HQB HQI HQF HQE HQST HQW HT HTP HTB HG HSZ HC HCN HNT HNTS HSL HSLN	Normalizing Annealing Full Annealing Softening Stress Relieving Homogenizing Spherodizing Isothermal Annealing Box Annealing Case Annealing Bright Annealing Malleablizing Quenching Press Quenching Martempering Austemper Bright Quenching Induction Hardening Fame Hardening Electrolytic Quenching Solution Treatment Water Toughening Tempering Press Tempering Bright Tempering Ageing Subzero Treatment Carburizing Carbo-Nitriding Nitriding Soft Nitriding Sulphurizing Nitrosulphurizing