고용량 진공침탄을 위한 pit type 열처리로 소개

 

핵심 요약 SECO/WARWICK의 Pit-LPC는 피트형 진공로에 저압침탄(LPC)을 결합한 설비로, 대형 기어와 같은 복잡·대형 부품에 대해 더 균일한 침탄층, 더 짧은 사이클, 낮은 에너지·가스 사용량, 무산화 처리, 직접 CO2 배출 제거를 동시에 달성하는 기술이다. 특히 풍력터빈용 기어처럼 두꺼운 경화층과 높은 내구성이 필요한 부품에 적합하다.

1. 기술 개요

• 침탄은 강 표면에 탄소를 확산시켜 표면 경도, 내마모성, 피로강도를 높이는 열화학 처리이다.
• 풍력터빈용 기어피니언은 보통 4 mm 이상의 깊은 침탄층과 장기 내구성이 요구되므로, 공정 제어 정밀도가 중요하다.
• 기존 분위기 침탄로는 산화, 에너지 손실, 가스 사용량, 공정 시간 측면에서 한계가 있다.

1. Pit-LPC의 구조와 작동 특징

• 피트형 상부 적재 구조와 진공 열처리 기술을 결합하여 대형장축 부품을 처리할 수 있다.
• 고온 상태에서도 공기 분위기에서 도어 개방이 가능해 하드닝 탱크로 직접 이송할 수 있다.
• 밀폐 순환식 강제 냉각 시스템으로 침탄 온도에서 담금질 온도까지 냉각 시간을 단축한다.
• 아세틸렌을 침탄 가스로 사용하며, 최대 1100°C까지 운전 가능해 공정 시간을 줄인다.
• SimVac/SimVac Plus 소프트웨어로 탄소 프로파일 예측 및 공정 최적화가 가능하다.

 

1. 주요 성능 및 시험 결과

• 작업 공간은 직경 1800 mm x 깊이 3000 mm, 최대 적재량은 8,000 kg 수준이다.
• 온도 균일도 시험에서 AMS2750 Class 1 요구사항을 여유 있게 만족했다.
• 가열 시험에서는 980°C까지 약 60분 만에 도달했고, 냉각 시험에서는 980°C에서 300°C까지 60분이 소요되었다.
• 진공 성능은 30분 이내 운전 진공 도달, 누설률 10^-3 mbar·l/s 수준이다.

 

1. 금속학적 결과

• 18CrNiMo7-6 재질의 시험에서 유효 침탄 깊이(ECD)는 약77-3.91 mm로 목표 범위를 만족했다.
• 표면 경도는0-63.2 HRC, 심부 경도는 39.9-40.7 HRC로 균일한 특성을 보였다.
• 미세조직은 저온 템퍼링된 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트(약 17-20%)로 확인되었다.
• 입계 산화(IGO)는 평균5 um 수준으로 기존 분위기 공정보다 크게 낮았다.

 

1. 경제성 및 환경성 비교

비교 항목	기존 분위기 침탄로	Pit-LPC 진공로
전력 사용량	기준	약 57% 절감
질소 사용량	기준	유사하거나 최대 10% 절감
침탄 가스	메탄 280 m3 + 프로판 추가 사용	아세틸렌 약 17.8 kg만 사용
직접 CO2 배출	사이클당 약 600 kg 발생	직접 배출 없음
냉각수 사용량	기준	45% 이상 절감
총 유틸리티 비용	기준	980°C 공정 약 53%, 1040°C 공정 약 60% 절감
생산성	기준	약 2배~3배 향상

 

1. 결론

• Pit-LPC는 기존 분위기 피트 침탄로를 대체할 수 있는 현대적 진공 침탄 솔루션이다.
• 품질 측면에서는 균일한 침탄층, 낮은 산화, 우수한 경도와 반복성을 제공한다.
• 운영 측면에서는 공정 시간 단축, 에너지 및 가스 비용 절감, 높은 생산성을 달성한다.
• 안전환경 측면에서는 가연성 분위기와 화염이 없고 직접 CO2 배출이 없어 보다 친환경적이다.
• 대형 기어, 풍력 부품 등 두꺼운 케이스 깊이와 높은 처리량이 필요한 적용처에 특히 유리하다.

원문 기준: "Pit LPC: A Modern Take on High Throughput Heat Treat" (2025.12.09)