[논문]304 및 316L 스테인레스강 미립 분말의 소결 특성

임태환

doi:10.5762/kais.2008.9.6.1555

문제 정의

그림 6에는 소결 시간의 연장에 의해 완전 치밀화 된 5四분말, 304 및 316L 진공 중소결체의 광학 현미경 조직 사진 예를 나타내며, 다량 의회 갈색 산화물이 관찰되었다. 따라서 다음은 소결체에 다량의 산화물이 관찰되는 것에 대하여 고찰하였다. 먼저 소결 분위기를 任로 하였을 경우, 산화물의 환원은 压가스의 환원반응에 있어서 H₂O/H₂평형 가스 분압비와 사용 任가스의 불순물(田。)량에 의한 田0旧2평형 가스 분압비와의 대 ' 소관계에 의해 좌우된다.
현재 이와 같은 밀도한계를 극복하기 위한 방법으로 2성형 ' 2소결을 실시하거나, 액상 소결 후 sizing하는 등의 소결 후처리 공정이 실시되고 있다[1]. 따라서 본 연구에는 소결 후처리 공정 없이 고성능、고기능성 스테인레스 소결체를 제작하기 위한 방법으로 분말 입도가 5~15(m의 오스테나아트계 304(Fe-18%Cr-12%Ni) 및 316L(Fe-18%Cr-13%Ni- 2.4%Mo)미립 분말을 사용하여 소결 특성 즉 소결 치밀 화 거동을 평가하고, 소결체의 완전 치밀화 방법에 대하여 기초적으로 조사하였다.
5% 탄소를 첨가한 소결체의 Ds는 조직과 상응한 99%가 얻어졌고, 산화물도 거의 관찰되지 않았다. 이상의 연구로부터 목적하는 저 산 소량의 완전 치밀한 고성능의 소결체를 얻을 수 있었다.

제안 방법

따라서 다음은 소결체의 산소량을 감소시킬 목적으로 304, 316L분말(5, 15四)에 탄소를 0.5%첨가하여 Dg= 55%가 되도록 성형한 후 소결 분위기 진공으로 하여 소결체의 Ds에 미치는 ts의 영향을 조사하여 그림 7에 나타내었다. 그 결과, 탄소 첨가 5㎛ 304소결체의 Ds는 ts=32.
분말 입도가 서로 다른 5~15四의 오스테나이트계 304(Fe-18%Cr-12%Ni) 및 316L(Fe-18%Cr-13% Ni-2.4%Mo)미립 분말을 사용하여 소결 특성을 평가하고, 소결체의 완전 치밀화 방법을 조사하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
04皿)도 사용하였다. 분말에는 결합재 및 윤활제를 첨가하지 않고 금형을 사용, 성형 압력을 변화 시켜 성형체의 밀도가 55~80%가 얻어지도록 성형 체를 제작하였다. 소결 분위기는 田(로점, 213K) 가스 및 진공(TOhorr)으로 하였다.
냉각은 노중 냉각시켰다. 얻어진 소결체에 대하여는 소결체의 상대 밀도 측정, 광학 현미경 조직 관찰, 산소 ' 탄소량 분석 등을 실시하였다.
6ks로 소결하였을경우, 탄소 무첨가 소결체와 탄소 첨가 소결체의 산소 . 탄소량을 분석하여 나타내었다. 그 결과, 탄소 무첨가 304 및 316L 소결체의 산소량은 각각 0.

대상 데이터

원료 분말로는 평균입도가 5, 10, 15四의 물 분사 304(0.8-0.9%。) 및 316L(0.7~0.8%0)스테인레스 미분말을 사용하였다. 이 분말 이외에도 필요에 의하여 첨가 분말로서 탄소 분말(0.

성능/효과

가장 크게 소결 치밀화가 발생한 Ts=1573K에서 소결한 304소결체의 결과를 보면, 5 剛 분말의 Ds는 성형체의 상대밀도(Dg)에 관계없이 96-97% 로 되어 있는 것을 알 수 있다. 10, 15四분말의 Ds는 Dg 의 상승과 더불어 증가하는 경향을 나타내고 있고, 최대 Ds는 Dg = 80%에서 각각 95, 94%로 나타났다. 316L 소결체의 Ds는 어느 경우에 있어서나 304소결체에 비해 1~ 3%낮게 나타났다.
6ks에서 완전치 밀화 되었다. 15四분말의 경우도 Ds는 ts의 증가와 더불어 상승하여 304, 316L, 304+05%C, 316L+0.5% C 소결체의 최대 Ds는 ts=57.6ks에서 각각 96, 93, 99, 95%를 나타내어, C첨가 소결체의 Ds는 무첨가 소결체에 비하여 2%정도 높은 것을 알 수 있다.
2. 5㎛분말을 진공소결 하였을 경우, ts=57.6ks에서 거의 완전 치밀화된 소결체가 얻어졌다.
3. 소결 분위기에 상관없이 304 및 316L소결체에는 0.5 ~ 0.6%정도의 산소가 잔류하였다.
4. 진공 소결의 경우, 탄소분 첨가에 의해 소결체의 잔류 산소량은 무첨가 소결체에 비하여 0.3% 정도로 감소하였고, 조직적으로도 산화물은 거의 관찰되지 않았다. 또한 탄소 첨가 소결체의 밀도는 무첨가 소결체에 비하여 높게 나타나 목적하는 완전 치밀화된 고성능 소결체를 제조하는 것이 가능하게 되었다.
Ts=1400K이하에서 저온 소결한 소결체의 Ds는 어느 경우에 있어서나 수소 중 소결체에 비하여 5-15% 정도 높게 나타났다. Dg를 80%로 높게 하여 Ts=1573K에서 고온 소결한 304 소결체의 Ds는 5, 10, 15(m 분말에서 각각 최대 98, 97, 95%로 나타났다. 316L 소결체의 Ds는 수소 중 소결체의 결과와 같이 304 소결체에 비해 1~3% 낮게 나타났다.
어느 경우에 있어서나 소결체의 상대밀도(Ds) 는 Ts의 상승과 더불어 증대하는 경향을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 가장 크게 소결 치밀화가 발생한 Ts=1573K에서 소결한 304소결체의 결과를 보면, 5 剛 분말의 Ds는 성형체의 상대밀도(Dg)에 관계없이 96-97% 로 되어 있는 것을 알 수 있다. 10, 15四분말의 Ds는 Dg 의 상승과 더불어 증가하는 경향을 나타내고 있고, 최대 Ds는 Dg = 80%에서 각각 95, 94%로 나타났다.
그림 8에는 304, 15 ㎛ 분말의 탄소 무첨가 소결체 및 첨가 소결체의 광학 현미경 조직을 나타내었다. 그 결과, 0.5% 탄소를 첨가한 소결체의 Ds는 조직과 상응한 99%가 얻어졌고, 산화물도 거의 관찰되지 않았다. 이상의 연구로부터 목적하는 저 산 소량의 완전 치밀한 고성능의 소결체를 얻을 수 있었다.
그 결과, 5叩분말의 Ds는 어느 경우에 있어서나 ts의 증가와 더불어 상승하여 ts=57.6ks에서 완전 치밀화 되었다. 304 소결체의 경우, 10, 15四분말의 Ds는 Dg의 상승, ts의 연장과 더불어 증가하는 경향을 나타내고 있고, 최대 Ds는 Dg = 80%, ts=57.
소결한 소결체의 산소량을 나타내었다. 그 결과, 소결체의 산소량은 수소 중 소결의 경우 0.61 ~0.64% 잔류하였고, 진공 소결의 경우는 0.53~0.55%잔류하였다. 소결체의 산소량은 진공 중 소결체에 비하여 수소 중 소결체에서 0.
탄소량을 분석하여 나타내었다. 그 결과, 탄소 무첨가 304 및 316L 소결체의 산소량은 각각 0.44, 0.52%로 나타났고, 탄소첨가 304 및 316L 소결체의 산소량은 각각 0.14, 0.16%로 나타났다. 어느 경우에 있어서나, 탄소 첨가 소결체의 산소량은 무첨가 소결체에 비하여 0.
5%첨가하여 Dg= 55%가 되도록 성형한 후 소결 분위기 진공으로 하여 소결체의 Ds에 미치는 ts의 영향을 조사하여 그림 7에 나타내었다. 그 결과, 탄소 첨가 5㎛ 304소결체의 Ds는 ts=32.4ks이상에서 거의 완전 치밀화 되었다. 그 이외 5四 분말의 Ds는 어느 경우에 있어서나 ts=57.
36%감소한 것이 특징적이다. 또한 스테인레스 소결체의 물리·화학적 특성에 큰 영향을 미치는 소결체의 탄소량은 탄소 무첨가 304, 316L 소결체에서는 각각 0.022, 0.043%이고, 탄소 첨가 소결체에서는 0.083, 0.087%로 나타났다. 소결 시간을 57.
3% 정도로 감소하였고, 조직적으로도 산화물은 거의 관찰되지 않았다. 또한 탄소 첨가 소결체의 밀도는 무첨가 소결체에 비하여 높게 나타나 목적하는 완전 치밀화된 고성능 소결체를 제조하는 것이 가능하게 되었다.
087%로 나타났다. 소결 시간을 57.6ks로연장한 탄소 첨가 304, 316L 소결체의 탄소량은 각각 0.025, 0.030%로 나타나, 목적하는 0.03%이하[2]를 나타내고 있는 것을 확인하였다. 그림 8에는 304, 15 ㎛ 분말의 탄소 무첨가 소결체 및 첨가 소결체의 광학 현미경 조직을 나타내었다.
이상의 결과를 종합하여 보면 진공 중 소결체가 수소 중 소결체에 비하여 우수한 소결 특성을 나타내고, 소결체에 잔류하는 산소량도 적으나, 어느 경우에 있어서나 목적하는 0.3%이하(2)의 산소량은 얻을 수 없었다. 또한 3.
어느 경우에 있어서나 소결체의 As 결과에 비해 많은 양의 기공이 관찰 되었다. 이에 소결체를 85%로 압연하여 Ds=100%로 만든 후 조직 관찰한 결과, 다량의 산화물(2~3四의 회갈색)이 존재하는 것을 간접적으로 확인할 수 있었다. 따라서 소결체의 Ds에 비하여 많은 량의 기공이 관찰된 것은 연마 과정에서 산화물이 탈락되었기 때문이라고 생각하였다.

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