질화열처리 공정 최적화 소프트웨어인 KHTM-N은 질화열처리 공정의 특성예측을 위한 이론적 기반의 소프트웨어로서 시뮬레이터, 레시피(recipe), atmosphere로 이루어진 3개의 창을 띄워 연산을 도와준다. 이를 통해 공정/제품 개발기간의 단축, 최단시간 공정 레시피 추출, 열처리분위기 파악 및 최적화 등 열처리 현장에서 필요한 정보를 제공한다.

■ 연재순서

제1회 엔지니어링 SW 기술개발 기반구축 사업의 개요

제2회 엔지니어링 소프트웨어 개발 사례 - 피도텍

제3회 엔지니어링 소프트웨어 개발 사례 - 버추얼모션

제4회 엔지니어링 소프트웨어 개발 사례 - 쎄딕

제5회 엔지니어링 소프트웨어 개발 사례 - 메타리버테크놀로지

제6회 엔지니어링 소프트웨어 개발 사례 - 유진에쓰엠씨

제7회 엔지니어링 소프트웨어 개발 사례 - 펑션베이

제8회 엔지니어링 소프트웨어 개발 사례 - 에스앤위즈

■ 손윤호 | 현재 열처리 전문회사인 동우HST의 기술고문 및 유진에스엠씨 대표이다. 미국 코네티컷주립대학교에서 재료확산론을 전공한 재료과학자로서 열처리 및 표면처리관련 소프트웨어 개발을 수행하고 있다.

E-mail | yjsmcoo@hanmail.net

철강 재료를 이용하여 자동차, 중공업, 발전, 조선, 군수무기, 항공 등 거의 모든 산업에 걸쳐 핵심 부품들을 제조하고 용도에 따라 각종 침탄, 질화 등 열처리 및 표면처리를 적용하여 필요한 성능을 획득하는 것이 현대 산업의 중요 제조 과정(manufacturing flow)이다. 특히 질화처리는 처리온도가 낮아 부품의 변형이 극히 적기 때문에 고성능, 고정밀, 고내열성 및 내마모 내식특성이 요구되는 부품에 주로 쓰인다. 독일과 같은 나라에서는 스스로를 'Nitriding Country'라고 부르며, 전체 열처리 시장의 50% 이상을 질화열처리로 하고 있다. 국내의 경우 질화공정 비중은 약 10~20%로 작지만, 최근 들어 자동차 회사들이 변속기 기어에 질화열처리를 적용하기 시작한 상황으로 비중이 점차 증가할 것으로 예상된다.

철강 부품의 성능향상을 위하여 질화처리를 하고자 하는 경우에는 심부경도의 조정을 위한 소입/소려공정(Quenching and Tempering Process)을 거의 필수적으로 행하고, 이어서 가스질화 혹은 플라즈마 질화 등 여러 질화공법을 적용하여 경화깊이 0.1~1mm 수준의 제품을 생산한다. 이 때 처리온도는 500~580℃, 처리시간은 1~100 시간으로 침탄에 비해 상당히 길다. 따라서 질화공정의 예측은 시행착오를 줄이고 에너지 절감 및 생산성 향상에 매우 중요하다. 질화열처리 공정에 대한 시뮬레이터 개발은 1923년 A.Fry가 현대적인 질화강을 개발한 이래 지금까지 관련 연구자들의 지속적인 관심을 받아왔으나, 열역학 데이터의 부족과 복잡한 공정으로 인하여 이론적 기반의 소프트웨어는 세계적으로 전무한 상황이다.

필자 등은 2014년 템퍼링 등 핵심 공정에 대한 알고리즘 개발을 기반으로, 2015년부터 2년간 산업자원부의 엔지니어링 소프트웨어 기술개발사업의 지원 하에 질화열처리공정 소프트웨어인 KHTM-N을 개발하게 되었다. 따라서 KHTM-N은 세계 최초의 이론 기반 질화열처리 시뮬레이터로 간주될 수 있다. 이 글에서는 KHTM-N의 구조와 기능 및 그 활용범위를 소개하고자 한다.