유압브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재 및 열처리 특성에 관한 연구 : 유압브레이커용 부품인 피스톤 소재로 QT재 적용 연구 = A Study on Cr, Mo low alloy materials and heat treatment characteristics for hydraulic breakers

국문 초록 (Abstract)

유압 브레이커(Hydraulic Breaker)는 굴착기에 장착되어 유압 펌프에서 공급 받은 유압 에너지를 이용하여 피스톤(Piston)의 상하 왕복 운동으로 치즐을 반복 타격하여 암석이나 콘크리트 등을 파쇄 및 충격을 주는 장비로서, 건설, 토목, 해체 작업에서 필수적인 유압 구동식 충격 장비이다. 이러한 유압 브레이커의 핵심부품 인 피스톤은 고속 왕복 운동중 반복적인 충격 하중과 마찰에 직접적으로 노출되어, 고강도·고인성·내마모성을 동시에 요구한다. 기존 국내 제조업체에서는 주로 침탄강 (Carburizing steel)을 적용해 왔으나, 복잡한 열처리 공정과 긴 처리시간으로 인해 생산성이 낮고 탄소 배출량이 높은 문제가 있었다. 본 연구에서는 선진 제조사의 기술 동향을 분석한 결과, 피스톤 소재를 침탄강 에서 조질강(QT, Quenched and Tempered)으로 전환하여 공정 단축, 생산성 향상 과 품질 안정성 그리고 환경친화적 생산체계를 구현 할 수 있음을 확인 하였다. 이에 본 연구는 선진사의 QT재를 분석하고, 이를 기반으로 동등 수준의 물성을 확보할 수 있는 QT재를 개발하였다. 개발된 QT재는 화학적 성분 시험, 인장·항복 강도 시험, 충격시험, 심부경도 시험, 결정입도 시험, 비금속 개재물 시험, 열처리 조직 등을 중심으로 비교·분석하였으며, 침탄재 대비 물리적·기계적 특성이 동등 수준 또는 이상임을 검증하였다. 그 결과 QT재는 침탄 공정를 생략함으로써 열처리 시간과 에너지 사용량을 크게 절감하였으며, 이에 따라 생산성이 향상되고 탄소배출량이 감속하여 RE100 등 글로벌 환경 규제 대응에도 유리하고 ESG 경영 요구에 부합하는 친환경 제조공정 전환이 가능함을 확인하였다. 또한 공정 단순화와 열처리 효율 향상으로 원가절감 이 가능하여 가격 경쟁력 확보에도 기여할 수 있음을 알 수 있었다. 따라서 본 연구는 유압 브레이커 피스톤의 소재를 침탄재에서 QT재로 전환함 으로써 생산성 향상, 탄소중립 실현, 원가절감, 품질향상을 동시에 달성할 수 있음을 알 수 있었으며, 이는 향후 소재 개발 자립과 국산 유압 브레이커 부품의 기술 경쟁력 강화와 지속 가능한 제조공정 구축에 기여할 것으로 기대된다.

목차 (Table of Contents)

• 표목차 ⅲ
• 그림목차 ⅳ
• 국문초록 v
• I. 서 론· 1
• 1. 연구 배경 및 목적· 1
• 2. 연구 범위 및 방법· 3
• 3. 기존 연구의 고찰· 4
• 4. 유압 브레이커용 피스톤의 용도 및 특성 5
• 5. 유압브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 합금원소 역할과 기능· 5
• 6. 유압브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재, 부품 소재 및 열처리 특성 7
• Ⅱ. 실험 방법 17
• 1. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 화학성분 시험· 17
• 2. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 인장·항복강도 시험 19
• 3. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 충격 시험· 22
• 4. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 심부경도 시험· 24
• 5. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 결정입도 시험· 25
• 6. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 비금속개재물 시험· 26
• 7. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 열처리 조직· 27
• Ⅲ. 실험 결과 및 고찰 28
• 1. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 화학성분 시험 결과 및 고찰 28
• 2. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 인장·항복강도 시험 결과 및 고찰· 30
• 3. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 충격 시험 결과 및 고찰 31
• 4. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 심부경도 시험 결과 및 고찰 31
• 5. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 결정입도 시험 결과 및 고찰 32
• 6. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 비금속개재물 시험 결과 및 고찰 34
• 7. 유압 브레이커용 Cr, Mo 저합금 소재의 열처리 조직 결과 및 고찰· 35
• Ⅳ. 결론 40
• 참고문헌 42
• Abstract 43