강의 어닐링(풀림)의 의미와 방법, 종류, 노멀라이징과의 차이

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

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

1. 어닐링의 의미

‘어닐링’은 금속 재료를 일정 온도까지 가열한 후, 냉각로(소둔로)에서 천천히 식혀서 성질을 개선하는 열처리 방법인데요.

잔류응력을 완화시켜 연성을 올리고 재료의 가공성이 좋아지도록 하기위해 어닐링을 합니다.

2. 어닐링 방법

1) 가열 단계: 재결정온도 이상으로 가열합니다. 이는 재료와 그 응용에 따라 달라지지만 일반적으로 750~900°C 범위입니다.

2) 냉각 단계: 가열된 재료를 냉각로에서 천천히 냉각시킵니다. 이 과정에서 금속 내부의 입자들이 재배열되면서 결정 구조가 세분화됩니다. 일반적으로 1시간 정도 냉각시킵니다.

3. 어닐링의 종류

1) 완전 어닐링 (Full Annealing): 완전 어닐링은 금속재료를 재결정 온도 이상으로 가열하고, 그 상태에서 충분한 시간 동안 두어 결정립이 완전히 성장할 수 있게 한 후 천천히 냉각하는 과정입니다. 이러한 과정을 통해 금속재료 내부의 응력을 제거하고, 경도를 감소시키며, 연성을 증가시키는 등의 효과를 볼 수 있습니다. 일반적으로 강철에 대해 완전 어닐링을 진행하면 세밀한 페라이트와 구상형 카바이트의 혼합체로 변화합니다.

2) 응력제거 어닐링 (Stress Relief Annealing): 응력제거 어닐링은 재료 내부에 발생한 응력을 제거하기 위해 사용되는 열처리 방법입니다. 가공 공정 중에 발생하는 잔류응력이나 용접 후 생기는 응력 등을 줄여주기 위해 사용됩니다. 재료를 낮은 온도로 가열하여 소성 변형을 유도함으로써 내부응력을 해소합니다.

3) 구상화 어닐링 (Spheroidizing Annealing): 구상화 어닐링은 주로 하이카본 강(높은 탄소 함량의 강)에서 사용되며, 카바이트 단계를 구슬 모양(구상)으로 만드는 열처리 방법입니다. 이러한 처리가 가능하게 되면 금속재료의 기계적 가공성이 크게 향상되며, 다양한 모양과 형태로 가공할 수 있게 됩니다.

세 가지 방법 모두 금속재료의 미세구조와 성질에 변화를 주기 위한 역할을 하지만 그 목적과 결과가 다릅니다. 완전어닐링은 결정립 성장과 경도감소, 연성증가 등 전체적인 개선에 초점을 맞추고 있으며, 응력제거어닐링은 특정 응력을 제거하는데 목적이 있습니다. 반면 구상화어닐링은 특정한 미세구조 형성(카바이트의 구슬 모양)에 초점을 맞추어 가공성을 개선하는데 사용됩니다.

4. 노멀라이징과 차이

‘어닐링’은 천천히 식혀(노냉) 응력 해소와 소결 및 재결정 작용을 유도하여 전체적인 강도와 가공성 개선에 초점을 맞추었다면,

‘노멀라이징’은 자연 환경에서 식혀(공냉) 결정립 크기 조절과 보다 균일한 마이크로 구조 형성에 중점을 두고 있습니다. 즉 어닐링 구조보다 더 미세한 구조를 형성할 수 있습니다.

이 두 가지 공정 모두 열처리의 일환으로서, 그 목적과 결과는 재료와 그 응용 분야에 따라 달라질 수 있습니다.