압연 강봉의 결함 및 불연속부

압연 및 단조 봉재는 잉곳에서 비롯된 결함, 그에 따른 압하, 그리고 성형 이후 적용된 모든 공정에서 비롯된 불완전성을 내포하고 있습니다. 본 페이지는 원문에서 압연 봉재에 대해 예시한 결함 유형, 그 배후의 잉곳 상태, 그리고 불연속부가 결함이 되는 경우와 그렇지 않은 경우를 판단하는 기준을 정리한 것입니다.

불연속부가 자동으로 결함이 되는 것은 아닙니다

제조된 소재에는 항상 불완전성이 존재하며, 원문은 그 결과에 대해 명확히 밝히고 있습니다. 불연속부는 그것이 부품의 기능과 예상 수명을 방해할 때 결함이 됩니다. 그 전까지는 도면, 표준 또는 합의된 허용 수준이 한계를 설정해야 하는 소재의 특성입니다.

이 구분은 양방향으로 중요합니다. 파단면에 위치한 노치, 시임 또는 개재물이 그 결함의 원인이라는 증거는 아니며, 발견된 첫 번째 불완전성에서 조사를 중단하면 시정 조치를 잘못된 곳으로 보낼 수 있습니다. 파단면이 입증할 수 있는 것과 없는 것은 다음에 정리되어 있습니다: 파단면 특징 차트.
균열이 시작되는 위치는 하중 조건으로부터 부분적으로 예측 가능하며, 예상 기점은 형상에 따라 달라집니다. 단순 인장을 받는 무노치 봉재에서는 중심선이 유력한 위치입니다. 3점 굽힘에서는 최대 굽힘 모멘트 지점입니다. 구름 접촉에서는 최대 응력이 발생하는 표면 아래에 위치합니다. 파단이 다른 곳에서 시작된다면, 기하학적 또는 재료적 불완전성이 국부 최대 응력을 이동시켰음을 의미합니다.
이러한 규칙을 통해 구매자나 공구실은 파손된 봉재뿐만 아니라 납품된 봉재도 판독할 수 있습니다. 출하 전에 통과하는 검사는 다음에 정리되어 있습니다: 품질 검증 페이지.

압연 봉재에서 발견되는 결함 유형

원문은 압연 봉재 단면에서 열 가지 결함 유형을 예시하고 있습니다. 아래 목록은 그 집합과 각각의 정의입니다. 이러한 결함의 용어는 산업과 지역에 따라 다르므로, 거부 통지서의 명칭은 봉재의 형상과 대조하여 확인할 가치가 있습니다.

결함	정의
개재물	용해 및 주조에서 유래한 비금속 입자가 가공 방향으로 늘어난 것입니다. 원문에서 파손과 관련된 가장 흔한 불완전성 중 하나로 특별히 언급되었습니다.
스패터로 인한 라미네이션	주입 중 금형 벽에 응고된 금속 비말이 이후 압연되어 제품 내에 평평한 분리층으로 남은 것입니다.
슬리버	표면에 압연된 느슨하거나 찢어진 강재 조각입니다.
스캡	금형 벽에 튀어 붙은 금속으로, 붙은 곳에서 산화되었으며, 일반적으로 압연 후에야 불량한 표면 조도로 나타납니다.
피트 및 블리스터	잉곳에 갇힌 가스 주머니입니다. 가공 후에도 표면 또는 표면 근처 결함으로 남을 수 있습니다.
매립된 스케일	이전 가열 공정에서 생성된 스케일이 제거되지 않고 표면에 압연된 것입니다.
균열	금형 내에서 금속이 냉각될 때 형성되며, 가장자리에 산화물이 거의 없고, 제품에 고응력 영역을 남깁니다.
시임	가공 중 늘어난 갇힌 가스 주머니 또는 균열에서 발생하는 선형 불연속부입니다. 시임은 종종 잉곳 표면 결함이 압연 후에 나타나는 가시적 형태입니다.
랩	두 표면 사이에 산화물이 존재하여 접합되지 않고 표면에 접혀 들어간 고온 금속입니다. 그 결과 날카로운 불연속부가 됩니다.
셰브론 또는 내부 파열	외부에서 보이지 않는 내부 파열로, 완성된 봉재에서 발견하기 가장 위험한 결함 중 하나입니다.

출처: ASM Handbook, Vol. 11, Failure Analysis and Prevention (ASM International), Failures Related to Metalworking 기사에 제시된 압연 봉재의 열 가지 결함 유형. 원문은 이 집합이 완전하지 않으며, 예를 들어 냉간 가공 제품의 다이 스크래치는 포함되지 않았다고 언급합니다.

결함의 기원

이러한 불연속부의 대부분은 잉곳의 주입 및 응고로 거슬러 올라가며, 나머지는 그에 따른 압하에서 비롯됩니다. 아래 여섯 가지 계열은 원문에서 원래 잉곳으로 추적한 것입니다.

원인 상태	정의	발견 방법
화학적 편석	합금 원소와 불순물은 주조품에서 균일하게 분포되지 않습니다. 미세편석은 수 마이크론에서 수백 마이크론에 걸쳐 수지상 간 영역에 존재하며, 균질화로 제거할 수 있습니다. 거대편석은 표면에서 중심까지 이어지며, 단면 크기가 커질수록 심해지고, 제거하는 것이 경제적이지 않습니다. 열간 가공은 주조 조직을 파괴하며 최소한의 압하량이 필요하지만, 심하게 편석된 잉곳은 편석을 밴딩으로 바꿀 뿐입니다. 원문의 그림 3은 압연된 1041 봉재의 탄소 농축 중심선을 보여주며, 그림 4는 일반 탄소강 1022 강의 페라이트와 펄라이트 밴드를 보여줍니다.	매크로 에칭은 횡단면 또는 종단면에서 밴딩을 명확히 보여줍니다. 밴드 조직은 완성 부품에서도 볼 수 있으며, 강재가 열처리 및 밴딩 방향에 수직인 하중에 반응하는 방식을 변화시킵니다.
잉곳 파이프, 기공 및 중심선 수축	강재는 응고 시 부피 기준 약 5퍼센트 수축하며, 응고 금속에 갇힌 가스는 모두 빠져나갈 수 없고, 금형 벽의 작은 틈이 금속이 분리될 때 금속을 찢습니다. 그 결과 파이프와 기공이 발생합니다. 이것이 제품에 잔존하는지는 압하비와 전환 공정이 제공하는 치유 정도에 달려 있습니다.	매크로 에칭과 초음파 검사는 원문에서 불건전 영역을 식별하는 데 가장 널리 사용되는 두 가지 방법으로 언급한 것입니다. 구매 주문서의 초음파 허용 수준이 여기서 역할을 합니다.
높은 수소 함량	용강에 용해된 수소는 잉곳이 응고될 때 용액에서 빠져나와 내부 균열을 남길 수 있습니다. 공구강 및 일부 중탄소 저합금 등급에서는 그 결과 플레이킹이 발생하며, 진공 탈가는 수소를 플레이킹이 발생하지 않는 수준으로 낮추는 일반적인 방법입니다.	플레이크는 표면에서 떨어진 단면 중심에 위치하므로, 봉재를 육안으로 보는 것이 아니라 매크로 에칭 단면에서 발견됩니다. 수소가 유발하는 취화 메커니즘은 다음에 정리되어 있습니다: 강 취성 유형 페이지.
비금속 개재물	상용 합금에서는 불가피합니다. 일부는 내화물 라이닝과 같은 혼입된 이물질이며, 일부는 온도나 조성이 변할 때 금속 내부에서 형성되므로 기존 용해로는 완전히 제거할 수 없습니다.	매크로 에칭은 청정도를 잘 나타냅니다. 개재물이 남긴 피트는 금속 편석이 남긴 피트와 구별해야 하며, 이 시험은 동일한 방식으로 에칭한 어닐링 시편과 경화 및 뜨임 시편을 비교하는 것입니다.
용해되지 않은 전극 및 선반	출처에서는 잉곳으로 거슬러 올라갈 수 있는 결함 중 하나로, 위의 다른 결함들과 함께 나열되어 있습니다.	동일한 절단 및 검사 경로가 적용됩니다. 매크로 에칭 단면은 완성된 공구에서 발견하는 비용에 비하면 저렴합니다.
균열, 라미네이션, 심, 피트, 블리스터 및 스캡	표면 및 표면 근처 그룹으로, 몰드 벽과 첫 번째 압하 중에 형성됩니다. 이들의 공통된 특징은 금속이 뜨거울 때 대기에 노출되었다는 것입니다.	결함 내의 산화물은 뜨거울 때 노출되었다는 증거입니다. 뜨거운 알칼리성 크로메이트 에칭은 이를 증명하는 산소 농축을 드러냅니다.

출처: ASM Handbook, Vol. 11, 동일 기사의 잉곳 섹션에서 발췌한 결함.

비금속 개재물에 대한 자세한 내용

개재물은 고장 분석에서 가장 흔한 결함이며 구매자가 구매 주문서에서 가장 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 요소이므로 별도의 섹션이 필요합니다.

두 가지 범주가 인식됩니다. 첫 번째는 내화물 라이닝과 같이 금속이 용융되거나 주조되는 동안 금속에 혼입되는 이물질입니다. 두 번째는 온도나 조성이 변할 때 금속 내부에서 형성되어 액체 또는 응고 시 분리됩니다. 강철에서는 알루미네이트와 실리케이트가 일반적으로 응고 전에 형성되는 반면, 황화물은 응고 중에 형성되며, 황화망간은 마지막 액체가 응고되는 수지상 간 영역과 초기 결정립계에 침전됩니다.
개재물은 응력 집중원입니다 주변 금속과 불연속적이며 그 특성이 일치하지 않기 때문입니다. 가공 중 파괴되고 분쇄되는 취성 개재물이 가장 나쁘며, 단면 감소율이 클 때 특정 내화물 및 슬래그 개재물에서 분쇄가 흔히 발생합니다.
변형성은 개재물이 하류에서 얼마나 많은 손상을 입히는지를 결정합니다. 황화망간은 열간 가공 온도에서 매우 변형성이 높아 가공 방향을 따라 연신되어 재료를 이방성으로 만들고, 횡방향 연성, 피로 수명 및 파괴 인성에서 측정 가능한 손실을 초래합니다. 개재물 형상 제어는 칼슘이나 희토류 처리와 같은 화학 조성 개질을 사용하여 개재물이 늘어서지 않고 구형을 유지하도록 하는 반대 결과를 목표로 합니다. 구형 개재물은 응력 집중체로서 덜하며, 출처에서는 개선을 보여주는 피로 및 샤르피 데이터를 인용합니다.
개재물의 유해성은 그 조성, 부피 분율, 형상, 방향 및 기지재에 대한 상대적 특성에 따라 달라집니다. 하중을 받는 경질 입자는 탄성 계수, 크기, 형상 및 방향에 따라 국부적으로 응력을 집중시키므로, 동일한 개재물 함량이 한 부품에서는 허용될 수 있고 다른 부품에서는 그렇지 않을 수 있습니다.
에칭에서 청정도를 판독하려면 주의가 필요합니다. 개재물은 매크로 에칭 후 피트나 핀홀로 나타나며, 이러한 피트는 금속 편석이나 에칭 절차 자체로 남은 피트와 구별해야 합니다. 출처에서는 동일한 방식으로 에칭한 어닐링 시편과 경화 및 뜨임 시편을 사용한 시험을 제시합니다. 개재물 피트는 두 시편에서 유사하게 보입니다. 편석 피트는 경화 시편에서 더 두드러집니다.

압하로 인한 표면 결함

잉곳 또는 빌렛의 첫 번째 가공은 자체 결함을 추가하며, 일부는 위의 주조 결함과 관련이 있고 일부는 가공 자체에 의해 생성됩니다.

결함	정의
랩	표면에서 뜨거운 금속이 접혀서 생긴 선형 결함으로, 산화물이 표면 사이에 있어 가공되었지만 결합되지 않았습니다. 결과는 금속학적 연결이 없는 날카로운 불연속입니다.
시임	균열, 비금속 개재물의 무거운 클러스터 또는 깊은 랩으로 시작하는 선형 불연속. 산화되어 치유될 수 없는 잉곳의 표면 구멍은 압연 중에 단순히 늘어나 균열 같은 심이 됩니다.
슬리버 및 압연된 스케일	압하 중에 표면에 가공된 느슨한 강철 및 스케일.
페라이트 핑거	다시 용접되어 닫혔지만 균열의 산화물과 탈탄을 여전히 포함하는 표면 균열. 결함은 닫혔지만 그 결과는 금속에 남아 있습니다.
핀 및 오버필	열간 가공 중 잘못된 압하로 형성된 돌출부.
언더필	압하 중 단면의 불완전한 가공의 결과.
내부 버스트	파이프, 다공성, 편석 또는 개재물로 인해 가공 금속이 약하고 가공의 인장 응력이 충분히 높아 찢어지는 내부 파열. 편석이 금속에 저융점 상을 남긴 경우, 그 상들도 버스트를 일으킬 수 있습니다. 과도한 열간 가공 온도는 전체 상황을 악화시킵니다.

출처: ASM Handbook, Vol. 11, 동일 기사의 예비 압하로 인한 표면 결함. 과도한 열간 가공 온도는 버스트 및 기타 여러 결함을 발생시키는 데 기여합니다.

버스트 및 기타 내부 파열은 단조품이나 중량 봉강이 고가의 기계 가공을 시작하기 전에 초음파 검사를 받는 이유입니다. 외부 결함은 다듬어진 표면에서 보이지만 내부 결함은 보이지 않으며, 두 가지는 다른 검사 경로가 필요합니다.
등급이 가공되는 단조 온도 범위는 다음에 명시되어 있습니다. 공구강 단조 온도 가이드랩 및 버스트를 포함하여 열간 가공 작업 자체가 추가할 수 있는 결함은 단조 절차가 피하기 위해 작성되는 부분입니다.

성형 후 추가된 결함

건전하게 밀에서 나온 봉강도 이후에 적용되는 공정에 의해 손상될 수 있습니다. 출처에서는 각 작업이 도입할 수 있는 결함을 나열하며, 이 목록은 공정 카드의 체크리스트로 읽힙니다.

프로세스	도입될 수 있는 결함
전기도금	수소 취성, 갈바닉 부식.
열처리	과도한 결정립 성장, 결정립계 연소, 취성 조직, 침탄, 탈탄, 담금질 균열.
전해 세척	공식.
표면 경화, 질화, 침탄, 양극 경질 코팅	과도한 표층 두께, 미세 균열, 취화된 재료 응력 집중 요인이며.
Machining	공구 자국, 연삭 균열.
용접	용착 금속 결함, 수소 유기 균열, 개재물, 부적절한 조직.

출처: ASM Handbook, Vol. 11, 성형 후 공정에서 발생할 수 있는 결함.

이 항목 중 두 가지는 공구강 구매자가 가장 자주 접하는 것입니다. 열처리는 탈탄층 또는 침탄층을 남길 수 있으며, 둘 다 표면에서 공구의 성능을 변화시킵니다. 가공은 공구 자국과 연삭 균열을 남길 수 있으며, 둘 다 하중 하에서 응력 집중부로 작용합니다.
탈탄은 깊이로 매매되며, 압연 제품의 표준 가공 여유는 부분적으로 이를 제거하기 위해 존재합니다. 단면별 여유는 다음에 표로 정리되어 있습니다: 가공 여유 차트.
이러한 성형 후 결함이 사용 중에 발생시키는 파손 패턴과 각각이 인식되는 방식은 다음에서 사례별로 다루어집니다: 공구 및 금형 고장 분석 페이지.

압하 비율과 건전한 중심부

주조 결함은 재료가 받는 열간 가공량에 따라 치유되거나 잔존합니다. 제한된 압하를 받는 대형 단면에서 불건전한 중심부가 잔존하며, 이 때문에 완성된 공구가 아닌 봉강과 빌렛에 대해 이 질문이 제기됩니다.

구매 주문서에 기재할 사항

등급, 상태, 크기 및 공차는 가시적인 부분입니다. 표면 상태, 탈탄 깊이, 초음파 합격 수준 및 인증서 요구 사항은 내부 불연속이 귀사의 문제인지 제철소의 문제인지를 결정하는 부분입니다.

스폴링이나 치핑이 결함을 따를 때

충격 하중을 받는 모서리는 단순 과부하와 다르게 파손되며, 일부 스폴링은 공구에 이미 존재하던 균열에서 시작됩니다. 메커니즘, 계수 및 경도 한계는 다음에 정리되어 있습니다: 충격 마모 및 스폴링(박리) 페이지.

결함이 사용 전에 존재했을 때

균열 내의 스케일이나 산화물은 금속이 뜨거울 때 균열이 열려 있었음을 증명하며, 이는 프레스가 아닌 제철소나 단조 공정으로 시기를 특정합니다. 담금질 중에 열린 균열은 고유한 특징을 가지며, 다음에 설명되어 있습니다: 담금질 균열 페이지.

견적 전 확인 사항

이 페이지는 참고용으로 일반적인 제강 및 가공 관행을 설명합니다. 납품된 봉강의 합격 한계는 귀사의 주문을 규정하는 표준 또는 도면에서 비롯되며, 납품 후 논쟁하기보다 생산 전에 합의되어야 합니다.

파손된 부품의 불연속은 그 자체로 근본 원인이 아닙니다. 결함이 파손을 일으켰는지 여부가 문제인 경우, 답은 부품, 그 가공 기록 및 사용 이력의 분석에서 나옵니다.