단조 합금강, ST 37, 단조 링 및 416 스테인레스 경도 설명

단조 합금강이란?

단조 합금강은 높은 온도에서 압축력(해머 블로우 또는 다이 프레싱)을 적용하여 성형된 강철이며, 그 구성에는 기본적인 철-탄소 공식을 넘어서는 합금 원소를 의도적으로 첨가한 것이 포함됩니다. 일반적인 합금 첨가물에는 크롬, 몰리브덴, 니켈, 바나듐 및 망간이 포함되며, 각각 강도, 인성, 경화성, 내마모성 또는 내식성과 같은 기계적 특성을 향상시키는 데 기여합니다.

단조 공정 자체는 합금 화학만큼 중요합니다. 가열된 강철이 압축력 하에서 가공되면 공극, 수지상 편석 및 무작위 방향으로 정렬된 함유물을 포함하는 주조 입자 구조가 분해되고 정제됩니다. 입자는 더 미세하고 균일한 구조로 재결정되며, 재료 흐름선(입자 흐름이라고도 함)은 단조품의 모양과 일치합니다. 이러한 방향성 입자 구조는 주조 또는 바에서 가공된 등가물에 비해 단조 합금강의 주요 기계적 이점입니다. : 단조 부품은 피로균열, 충격하중, 사용하중이 가장 높은 방향의 응력에 저항합니다.

단조 합금강은 광범위한 재료 등급을 포괄합니다. AISI 4140(크롬-몰리브덴) 및 AISI 4340(니켈-크롬-몰리브덴)과 같은 저합금강은 자동차, 석유 및 가스, 중장비 응용 분야에서 널리 사용됩니다. 주조만으로는 안정적으로 제공할 수 없는 미세 구조 무결성이 요구되는 응용 분야에서는 고합금 공구강, 금형강 및 스테인리스 등급도 단조품으로 생산됩니다.

ST 37 강철은 무엇입니까

ST 37은 이전 독일 DIN 표준 시스템의 구조용 강철 명칭으로, 여기서 "ST"는 구조용 강철을 나타내고 "37"은 최소 인장 강도를 나타냅니다. 370MPa . 이 등급은 현재 EN 10025 유럽 표준에 따라 S235와 동일하며 미국 시스템의 ASTM A36과 대체로 유사합니다. 그러나 정확한 동등성은 특정 하위 등급 및 열처리 조건에 따라 다릅니다.

ST 37은 저탄소 비합금 구조용 강철입니다. 일반적인 탄소 함량은 0.17% 미만으로 용접성과 성형성이 우수하지만 합금이나 열처리 등급에 비해 강도가 제한됩니다. 항복강도는 일반적으로 235MPa 최대 내하력보다는 연성 및 제조 용이성에 최적화된 소재를 반영하여 약 26%의 파단 신율을 나타냅니다.

ST 37/S235의 응용 분야는 주로 일반적인 구조 제작에 사용됩니다. 즉, 건물 프레임, 교량, 지지 구조물, 기계 베이스 및 하중이 중간 정도이고 용접성이 우선인 일반 엔지니어링 구성 요소입니다. 경화성 강철이 아니며 일반적으로 높은 피로 저항이나 표면 경도가 요구되는 용도에는 사용되지 않습니다. 더 높은 강도가 필요할 경우 S355(이전 ST 52) 또는 4140과 같은 합금 등급으로 대체됩니다.

단조 강철 반지 : 프로세스, 유형 및 응용 프로그램

단조 강철 링은 링 롤링을 통해 생산되는 환형 부품입니다. 이는 가열되고 뚫린 강철 빌렛이 맨드릴에 배치되고 맨드릴과 구동 롤 사이에서 점진적으로 롤링되어 제어된 단면 프로파일을 유지하면서 벽 두께를 줄이고 직경을 늘리는 특수 단조 공정입니다. 이 공정을 통해 수 센티미터에서 그 이상에 이르는 링을 생성할 수 있습니다. 직경 9미터 , 장비 용량에 따라 다릅니다.

링 롤링 공정은 링의 기하학적 구조를 따르는 연속적인 원주 방향의 입자 흐름을 생성합니다. 이러한 방향은 성능에 매우 중요합니다. 회전하는 기계, 압력 용기 및 베어링 레이스의 응력은 원주 방향으로 작용하며 정렬된 입자 구조는 입자 흐름이 부품 형상과 관계없이 고정된 선형 방향으로 흐르는 판이나 막대에서 절단된 링보다 이러한 응력에 더 효과적으로 저항합니다.

단조 강철 링의 종류

단조 링은 두 가지 주요 단면 카테고리로 생산됩니다.

• 플랫 링(직사각형 단면): 플랜지, 기어 블랭크, 베어링 레이스 및 구조용 링으로 사용되는 가장 일반적인 유형입니다. 링 롤링 후 플랫 링은 일반적으로 열처리된 후 최종 치수로 가공됩니다.
• 윤곽 롤링 링(프로파일 단면): 압연 공정 자체에서 플랜지, 계단, 홈 또는 테이퍼와 같은 거의 그물 형태의 프로파일을 생성하기 위해 성형 맨드릴과 축 롤을 사용하여 생산됩니다. 윤곽 압연은 필요한 가공량을 줄이고 재료 낭비를 최소화하며 프로파일의 임계 단면을 통한 입자 흐름을 개선할 수 있습니다.

단조 링의 일반적인 강철 등급

단조 강철 링의 재료 선택은 작동 환경과 기계적 요구 사항에 따라 다릅니다.

• 탄소강(AISI 1045, 1020): 높은 합금 함량이 필요하지 않은 범용 플랜지 및 구조용 링에 사용됩니다.
• 합금강(AISI 4140, 4340, 8620): 높은 응력, 피로 하중을 받거나 경화가 필요한 링에 대한 표준 선택입니다. 석유 및 가스, 광업, 발전 장비에 흔히 사용됩니다.
• 스테인레스강(304, 316, 17-4 PH): 내식성이 요구되는 곳(화학 처리, 해양, 식품 및 제약 장비)에 사용됩니다.
• 공구강 및 베어링강(52100, H13): 특정 경도 프로필이 필요한 베어링 레이스, 다이 구성 요소 및 마모가 심한 응용 분야를 위한 단조 링으로 생산됩니다.

단조 강철 링이 사용되는 곳

단조 강철 링은 회전, 압력 함유 또는 하중 지지 환형 부품이 필요한 거의 모든 중공업 부문에 나타납니다. 주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 풍력 터빈: 타워 플랜지, 메인 샤프트 플랜지, 피치 및 요 베어링 링. 단일 대형 풍력 터빈에는 20개 이상의 단조 링 플랜지가 포함될 수 있습니다. 20년의 반복 하중을 위해 설계된 이러한 구성 요소의 피로 수명 요구 사항은 단조 소재를 표준 사양으로 만듭니다.
• 석유 및 가스: 웰헤드 플랜지, 압력 용기 노즐, 해저 커넥터 링 및 파이프라인 플랜지. 저온(북극 또는 심해 적용 분야)에서의 압력 등급 및 재료 인성은 단조 오버캐스트 구성품을 선택하는 데 영향을 미칩니다.
• 항공우주: 엔진 케이싱, 터빈 링 및 구조 프레임. 티타늄 및 니켈 초합금 링은 강철과 동일한 공정 원리에 따라 제트 엔진 열간 부품용으로 링 압연됩니다.
• 광업 및 중장비: 굴삭기 및 밀용 선회 링 블랭크, 크러셔 구성 요소 및 대형 기어 블랭크.
• 원자력: 재료 추적성, 비파괴 테스트 및 제어된 단조 절차가 필수인 원자로 압력 용기 링 및 증기 발생기 구성 요소.

416 스테인레스강 경도: 특성 및 실제 고려 사항

AISI 416은 표준 12-13% 크롬 마텐자이트 구성에 황(최소 0.15%)을 첨가하여 얻은 쾌삭 마르텐사이트 스테인레스강으로 모든 스테인레스 등급 중에서 가장 가공성이 뛰어납니다. 황은 가공 중 칩 브레이커 역할을 하는 황화 망간 개재물을 형성하여 410 또는 420과 같은 등급에 비해 공구 마모 및 사이클 시간을 크게 줄입니다. 대신 무황 마르텐사이트 등급에 비해 내식성이 감소하고 인성이 약간 낮습니다.

단련된 상태의 경도

어닐링(연화) 상태에서 416 스테인리스강의 일반적인 브리넬 경도는 다음과 같습니다. 185~200HB , 인장강도는 약 515 MPa, 항복강도는 약 275 MPa입니다. 이는 재료가 가장 일반적으로 공급되고 가공되는 조건입니다. 황 첨가로 인해 어닐링된 상태에서 재료가 자유롭게 절단되며, 대부분의 정밀 부품은 열처리가 적용되기 전에 가공됩니다.

열처리 후 경도

416 스테인레스는 경화 가능한 등급입니다. 925–1,010°C에서 오스테나이트화한 후 오일 담금질 및 템퍼링을 통해 소재의 경도를 훨씬 더 높은 수준으로 높일 수 있습니다.

• 조건 H900 상당(낮은 뜨임 온도, ~175°C): 최대 경도 달성 38~42HRC (약 370-400 HB), 인장 강도는 1,200 MPa 이상입니다.
• 중간 범위 템퍼링(400~500°C): 경도는 대략 28~35HRC , 고경도 조건보다 인성이 향상되고 내식성이 우수합니다.
• 높은 뜨임 온도(600~650°C): 경도는 다음과 같습니다. 22~26HRC , 강도를 희생하면서 연성 및 인성을 극대화합니다. 경도보다 내충격성이 더 중요한 곳에 사용됩니다.

모든 마르텐사이트계 스테인리스강과 마찬가지로 416도 425~595°C 범위에서 템퍼링 취성에 취약하기 때문에 템퍼링 온도 선택이 중요합니다. 이 창 내에서 템퍼링하면 허용 가능한 경도 판독값에도 불구하고 충격 인성이 낮은 재료가 생성됩니다. 이 범위는 피해야 합니다. ; 200°C 이하 또는 600°C 이상으로 뜨임하면 전반적인 기계적 성능이 향상됩니다.

416 스테인레스 강의 일반적인 응용 분야

기계 가공성과 경화성의 조합으로 인해 416 스테인리스강은 적당한 내식성과 열처리 후 정의된 경도 수준이 필요한 대용량 정밀 가공 부품에 대한 표준 선택이 되었습니다.

• 총기 부품: 치수 정밀도, 경도, 내식성이 동시에 요구되고 가공량이 많은 트리거 그룹, 볼트, 액션 부품.
• 나사, 너트, 볼트: 탄소강 이상의 내식성을 요구하는 패스너이지만 황 강화 가공성이 생산 효율성을 제공하는 자동 스크류 기계에서 생산됩니다.
• 펌프 샤프트 및 밸브 스템: 표면 경도, 치수 정확성, 약한 부식성 매체에 대한 적당한 저항성을 요구하는 응용 분야.
• 기어 및 부싱: 316 또는 듀플렉스 스테인레스와 같은 내식성 등급이 더 많이 요구될 만큼 심각하지 않은 환경에서 내마모성과 경도가 필요한 경우.

한 가지 중요한 제한 사항: 416에 황을 첨가하면 비자유 가공 마르텐사이트 등급에 비해 내식성이 떨어집니다. 염화물 함유 환경, 산에 노출되거나 보호 코팅 없이 물에 장기간 담그는 경우에는 지정해서는 안 됩니다. 쾌삭 스테인리스 등급에 더 높은 내식성이 필요한 경우 303(오스테나이트계)이 일반적인 대안입니다. 하지만 열처리로는 경화할 수 없습니다.