강의 노멀라이징(불림)의 온도와 물성치

안녕하세요, 오늘은 철강재의 중요한 열처리 과정 중 하나인 ‘노멀라이징(Normalizing)’에 대해 알아보려고 합니다.

노멀라이징은 철강재의 성능을 향상시키는 데 큰 역할을 하는데요, 이 포스팅에서는 그 의미와 방법에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

열처리된-환봉의-모습

1. 노멀라이징의 의미

‘노멀라이징’은 금속 재료를 일정 온도까지 가열한 후, 공기 중에서 천천히 식혀서 성질을 개선하는 열처리 방법인데요.

이 과정을 통해 금속 내부의 결정 구조를 균일하게 만들어주고, 내부 응력을 제거하게 됩니다.

노멀라이징 후 원자가 재배열되면서 결정 구조가 세분화되고, 각종 기계적 성질(인성, 경도 등)이 향상됩니다. 따라서 금속 제품의 품질과 성능을 크게 개선할 수 있습니다.

2. 노멀라이징 방법

1) 가열 단계: 우선 감당된 급소로 가열합니다. 가열 온도는 주로 상변태점(A3점) 위로 설정하며, 이는 재료와 그 응용에 따라 달라지지만 일반적으로 850~900°C 범위입니다.

2) 유지 단계: 설정된 온도에 도달하면 그 상태를 일정 시간 유지합니다. 이 시간 동안 모든 원자들이 충분히 활동하여 새로운 위치를 찾아갑니다.

3) 냉각 단계: 마지막으로 가열된 재료를 천천히 식혔습니다. 주로 공기 중에서 자연 냉각을 시키는데, 이 과정에서 금속 내부의 원자들이 재배열되면서 결정 구조가 세분화됩니다.

3. 노멀라이징의 효과

1) 결정립 세분화: 강재 내부의 결정립을 세분화하여 기계적 성질을 개선합니다.

2) 내부 응력 제거: 가공 과정에서 발생하는 내부 응력을 제거하여 변형 및 파괴를 예방합니다.

3) 경도와 인성 조절: 경도를 증가시키고, 동시에 인성도 향상시켜 강재의 전반적인 성능을 향상시킵니다.

4. 강재별 노멀라이징 온도 표

등급(AISI) 온도(℃)
1015 915
1020 915
1022 915
1025 900
1030 900
1035 885
1040 860
1045 860
1050 860
1060 830
1080 830
1090 830
1095 845
1117 900
1137 885
1141 860
1144 860
1330 900
1335 870
1340 870
3135 870
3140 870
3310 925
4027 900
4028 900
4032 900
4037 870
4042 870
4047 870
4063 870
4118 925
4130 900
4135 870
4137 870
4140 870
4142 870
4145 870
4147 870
4150 870
4320 925
4337 870
4340 870
4520 925
4620 925
4621 925
4718 925
4720 925
4815 925
4817 925
4820 925
5046 870
5120 925
5130 900
5132 900
5135 870
5140 870
5145 870
5147 870
5150 870
5155 870
5160 870
6118 925
6120 925
6150 900
8617 925
8620 925
8622 925
8625 900
8627 900
8630 900
8637 870
8640 870
8642 870
8645 870
8650 870
8655 870
8660 870
8720 925
8740 925
8742 870
8822 925
9255 900
9260 900
9262 900
9310 925
9840 870
9850 870
50B40 870
50B44 870
50B46 870
50B50 870
60B60 870
81B45 870
86B45 870
94B15 925
94B17 925
94B30 900
94B40 900

5. 노멀라이징 후 강재의 물성치

등급(AISI) 인장강도(MPa) 항복강도(MPa) 신장률(%) 단면적 감소율(%) 경도(HB) 아이조드 충격 값(J)
1015 425 325 37 70 121 115
1020 440 345 35.8 68 131 118
1022 485 360 34 68 143 117
1030 525 345 32 61 149 94
1040 595 370 28 55 170 65
1050 750 430 20 39 217 27
1060 775 420 18 37 229 14
1080 1015 525 11 21 293 7
1095 1015 505 9.5 14 293 5
1117 470 305 33.5 54 137 85
1118 475 315 33.5 66 143 103
1137 670 400 22.5 49 197 64
1141 710 405 22.7 56 201 53
1144 670 400 21 40 197 43
1340 835 560 22 63 248 92
3140 890 600 19.7 57 262 54
4130 670 435 25.5 60 197 87
4140 1020 655 17.7 47 302 23
4150 1160 740 11.7 31 321 12
4320 795 460 20.8 51 235 73
4340 1280 860 12.2 36 363 16
4620 570 365 29 67 174 135
4820 760 485 24 59 229 110
5140 795 475 22.7 59 229 38
5150 870 530 20.7 59 255 31
5160 960 530 17.5 45 269 11
6150 940 615 21.8 61 269 35
8620 635 360 26.3 60 183 100
8630 650 430 23.5 54 187 95
8650 1025 690 14 45 302 14
8740 930 605 16 48 269 18
9255 930 580 19.7 43 269 14
9310 910 570 18.8 58 269 119

 

*AISI 규격 의미

세/네자리 : 탄소를 포함 비율

10XX carbon steels Plain carbon, Mn 1.00% max
11XX Resulfurized free machining
12XX Resulfurized / rephosphorized free machining
15XX Plain carbon, Mn 1.00-1.65%
13XX manganese steels Mn 1.75%
23XX nickel steels Ni 3.50%
25XX Ni 5.00%
31XX nickel-chromium steels Ni 1.25%, Cr 0.65-0.80%
32XX Ni 1.75%, Cr 1.07%
33XX Ni 3.50%, Cr 1.50-1.57%
34XX Ni 3.00%, Cr 0.77%
40XX molybdenum steels Mo 0.20-0.25%
44XX Mo 0.40-0.52%
41XX chromium-molybdenum steels Cr 0.50-0.95%, Mo 0.12-0.30%
43XX nickel-chromium-molybdenum steels Ni 1.82%, Cr 0.50-0.80%, Mo 0.25%
47XX Ni 1.05%, Cr 0.45%, Mo 0.20-0.35%
46XX nickel-molybdenum steels Ni 0.85-1.82%, Mo 0.20-0.25%
48XX Ni 3.50%, Mo 0.25%
50XX chromium steels Cr 0.27-0.65%
51XX Cr 0.80-1.05%
50XXX Cr 0.50%, C 1.00% min
51XXX Cr 1.02%, C 1.00% min
52XXX Cr 1.45%, C 1.00% min
61XX chromium-vanadium steels Cr 0.60-0.95%, V 0.10-0.15%
72XX tungsten-chromium steels W 1.75%, Cr 0.75%
81XX nickel-chromium-molybdenum steels Ni .30%, Cr 0.40%, Mo 0.12%
86XX Ni .55%, Cr 0.50%, Mo 0.20%
87XX Ni .55%, Cr 0.50%, Mo 0.25%
88XX Ni .55%, Cr 0.50%, Mo 0.35%
92XX silicon-manganese steels Si 1.40-2.00%, Mn 0.65-0.85%, Cr 0-0.65%
93XX nickel-chromium-molybdenum steels Ni 3.25%, Cr 1.20%, Mo 0.12%
94XX Ni 0.45%, Cr 0.40%, Mo 0.12%
97XX Ni 0.55%, Cr 0.20%, Mo 0.20%
98XX Ni 1.00%, Cr 0.80%, Mo 0.25%

*위 데이터는 asm 규격을 참조해 작성했습니다.

 

다음 포스팅에서는 다른 종류의 열처리 방법인 ‘어닐링(annealing)’에 대해 알아보겠습니다. 그럼 오늘은 여기까지입니다!