철강제품표면의질화및 침탄처리는철강제품표면의기계적특성을향상시킬수 있습니다. 내식성이우수한크롬(Cr) 함유스테인리스강은내마모성이떨어지는문제가있습니다. 그러나위에서언급한 표면처리방법을사용하면스테인리스스틸의원래내식성에영향을미칠수 있습니다. 본연구에서는페라이트계스테인리스강에고온질소용액처리를사용하여고온질소용액처리에의해페라이트계스테인리스강의표면경도와내식성이향상되었음을증명했습니다.

마르텐사이트계스테인리스강은오스테나이트계스테인리스강에비해강도는높지만내식성이떨어집니다. 이연구에서는마르텐사이트계스테인리스강을고온질소고용체로처리했습니다. 실험결과는다음과같습니다.

테스트방법

테스트강은시중에서판매되는마르텐사이트계스테인리스강 SUS420J2입니다. 테스트강은 φ25mm×8(mm)의반원통형샘플로제작되었습니다. 시료의표면을 #800 에머리지로연마한후 탈지하고아세톤으로세척했습니다. 고온고용체질소처리를위해산업용진공열처리로를사용합니다. 처리방법은퍼니스의대기를질소로교체한후 샘플을 1100°C로가열하여따뜻하게유지한다음질소로냉각하는것입니다. 그후 샘플은영하의온도처리를거쳤습니다. 그런다음샘플을각각 160, 400, 450, 500, 550°C 템퍼링처리와 850°C 어닐링처리를거쳤습니다. 처리된시료의단면에대해마이크로비커스경도측정을수행하고, 단면의미세구조관찰, X-선회절시험및 피팅부식전위측정을수행했습니다. 또한비교를위해시중에서판매되는 SUS420J2 압연강재를 1035°C에서담금질한후 160°C에서템퍼링하여담금질및 템퍼링된소재를제작했습니다.

테스트결과

고온질소용액처리후 160℃ 강화소재의단면경도와미세구조는그림 1에나와있습니다. 160℃ 강화소재의단면경도의최고값은 720HV, 최대경도유지깊이는 0. 25mm이며경도는모강보다약 높습니다. 50HV. 160℃에서강화재료의표면층과매트릭스는모두마르텐사이트구조입니다. 미세구조에서질소경화층의경계를확인할수 없습니다.

각템퍼링온도재료의단면경도는 160-550 ℃ 강화재료의단면경도가표면에서약 0. 8mm까지점차감소하고 850 ℃ 어닐링재료의단면경도는표면에서기판까지약 220HV임을보여줍니다. 거의변화가없습니다.

400°C에서강화된재료와 850°C에서어닐링된재료의단면을미세구조로관찰한결과, 850°C에서어닐링된재료의표면에서 0. 8mm까지질화물침전물이관찰되었습니다. 이질화물은어닐링중에마르텐사이트가페라이트로변형될때 N과 Cr의결합에의해침전되는질화물입니다.

질소용액처리후 온도별강화재료, 담금질및 강화시료, 질소용액처리를하지않은재료의 X-선회절결과를보면 160-500℃에서 α(페라이트), 강화재료, 강화재료에 α\'(마르텐사이트), γ(오스테나이트)가존재함을알 수있습니다. 500°C의강화재료에는 α와 α\'가있습니다. 비질소용액처리재료와 850°C 어닐링재료에는 α, α\', β-Cr2N, Cr23C6이있습니다.

각강화소재의분극곡선을보면 160°C에서강화소재와 400°C에서강화소재의피팅부식전위가질소용액처리를하지않은소재와강화소재의피팅부식전위보다높다는것을알 수있습니다. 그리고템퍼링온도가높아질수록피팅부식전위는감소합니다.

SUS420J2와 SUS430의템퍼링온도에따른피팅부식전위의변화는 SUS420J2 질소용액처리, 160℃ 강화재료및 400℃ 강화재료의내식성이비질소용액처리재료및 질소용액처리보다우수하다는것을보여줍니다. 강화목재. SUS420J2의템퍼링온도와피팅부식전위관계의변화추세는 SUS430과동일하지만각 템퍼링온도에서 SUS420J2의피팅부식전위값은 SUS430보다약 0. 15V 낮습니다.

Summary

SUS420J2 소재를산업용진공열처리로에서질소용액처리테스트를진행한결과다음과같은결론이도출되었습니다.