티타늄, 니오븀 및 코발트 첨가 고속도 공구강의 미세조직과 기계적 특성에 관한 연구 Study on Microstructure and Mechanical Properties of Ti, Nb and Co Addition on High Speed Steel (HSS) Roll원문보기
냉간압연 혹은 열간압연과 같은 압연공정은 다양한 산업 분야에 적용되는 유용한 가공법이다. 압연공정에서 제품의 품질과 생산성에 영향을 미치는 가장 중요한 요인은 압연롤의 재질이다. 주철, 아다마이트 롤, Ni-grain 그리고 Cr-grain 주철 등을 많이 사용해왔지만 최근 많은 연구에서 압연공정에 최적화된 고속도공구강을 개발하였다. 고속도공구강 압연롤은 철 기반 합금으로 탄소와 다양한 합금원소가 첨가되어 고온에서 고경도, 우수한 내마모성 및 인성과 같은 기계적 특성을 가진다. 그러나 압연 후 범핑, ...
냉간압연 혹은 열간압연과 같은 압연공정은 다양한 산업 분야에 적용되는 유용한 가공법이다. 압연공정에서 제품의 품질과 생산성에 영향을 미치는 가장 중요한 요인은 압연롤의 재질이다. 주철, 아다마이트 롤, Ni-grain 그리고 Cr-grain 주철 등을 많이 사용해왔지만 최근 많은 연구에서 압연공정에 최적화된 고속도공구강을 개발하였다. 고속도공구강 압연롤은 철 기반 합금으로 탄소와 다양한 합금원소가 첨가되어 고온에서 고경도, 우수한 내마모성 및 인성과 같은 기계적 특성을 가진다. 그러나 압연 후 범핑, 편마모, 표면 균열, 열 파손, 등과 같은 결함이 발생한다. 그러므로 기계적 특성의 한계를 극복하고 발생하는 결함발생을 해결할 필요가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 합금원소 첨가하여 결정립 미세화로 압연롤의 기계적 특성과 미세조직을 개선시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 코발트(Co)가 고속도공구강 압연롤의 기계적 특성과 미세조직에 어떠한 영향을 미치는지 연구하였다. 많은 연구에서 첨가된 합금원소는 강력한 미세화 효과를 발생한다고 알려져 있다. 연구결과로부터 모든 시편의 미세조직은 초정 및 공정 오스테나이트, MC, M2C, M6C, M7C3 그리고 M23C6로 이루어져 있다는 것을 확인하였다. 미세조직 특성은 니오븀이 첨가되지 않은 시편(PH 및 PT)과 니오븀이 첨가된 시편(PTN 및 PTNC)으로 분류할 수 있다. 니오븀이 첨가되지 않은 시편은 M2C, M6C, M7C3를 함유하고 있지만, 니오븀이 첨가된 시편은 MC 부피 분율이 상대적으로 큰 것을 확인하였다. 티타늄, 니오븀 및 코발트의 첨가는 초정 오스테나이트 크기와 수지상 탄화물 망 크기를 동시에 감소시켰다. 반면, PT 시편에서 0.09%의 Ti 첨가는 초정 오스테나이트 사이즈 감소에 큰 변화를 주지는 못했다. 주물 시편의 경도는 티타늄, 니오븀 및 코발트가 첨가됨에 따라 연속적으로 증가하였다. 그러나 QT처리 후 PTN 시편의 경도가 가장 낮게 측정되었다. 이는 니오븀 첨가가 오스테나이트화 중 기지에 용해되는 탄화물이 적어 2차 경화 효과에 큰 영향을 미치지 못한 것으로 사료된다. 그러나 니오븀이 첨가된 PTNC는 코발트의 영향으로 인해 가장 높은 경도값이 측정되어 니오븀보다 기계적 특성에 큰 영향을 미친다고 사료된다. 또한, PTNC의 인장강도는 973 MPa로 PT, PH 및 PTN보다 높은 값을 가지는데 기지의 미세조직, 초정 오스테나이트 크기 혹은 탄화물의 크기 및 부피 분율과 같은 요인이 영향을 미친 것으로 사료된다. PTNC 시편은 가장 작은 초정 오스테나이트 크기를 가지기 때문에 연성 파단 면적이 적으나 모든 영역에서 균일하게 분포되었다. 대조적으로 PH 시편의 초정 오스테나이트 크기는 가장 큰 것으로 측정되었다. PTN 시편은 다른 시편보다 MC 크기가 조대하여 벽개 파괴 면적이 상대적으로 많았고 인장강도가 낮았다. PH 및 PT 시편은 균열 전파 중 외부 응력에 취약한 수지상간 탄화물의 부피 분율이 큰 것을 확인하였다. 높은 인장강도를 확보하기 위해서 최적의 미세조직 조건을 형성할 필요가 있으므로 PTNC가 가장 적합한 것으로 사료된다. 그러나 파단면 분석으로부터 PH 및 PT 시편의 파단 표면이 Mo-rich 및 W-rich 영역으로 이루어진 수지상간 영역에 의해 지배적인 것을 확인하였다. 반면 PTN 및 PTNC 파단면은 V-rich 영역에 의해 영향을 받는 다.
냉간압연 혹은 열간압연과 같은 압연공정은 다양한 산업 분야에 적용되는 유용한 가공법이다. 압연공정에서 제품의 품질과 생산성에 영향을 미치는 가장 중요한 요인은 압연롤의 재질이다. 주철, 아다마이트 롤, Ni-grain 그리고 Cr-grain 주철 등을 많이 사용해왔지만 최근 많은 연구에서 압연공정에 최적화된 고속도공구강을 개발하였다. 고속도공구강 압연롤은 철 기반 합금으로 탄소와 다양한 합금원소가 첨가되어 고온에서 고경도, 우수한 내마모성 및 인성과 같은 기계적 특성을 가진다. 그러나 압연 후 범핑, 편마모, 표면 균열, 열 파손, 등과 같은 결함이 발생한다. 그러므로 기계적 특성의 한계를 극복하고 발생하는 결함발생을 해결할 필요가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 합금원소 첨가하여 결정립 미세화로 압연롤의 기계적 특성과 미세조직을 개선시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 코발트(Co)가 고속도공구강 압연롤의 기계적 특성과 미세조직에 어떠한 영향을 미치는지 연구하였다. 많은 연구에서 첨가된 합금원소는 강력한 미세화 효과를 발생한다고 알려져 있다. 연구결과로부터 모든 시편의 미세조직은 초정 및 공정 오스테나이트, MC, M2C, M6C, M7C3 그리고 M23C6로 이루어져 있다는 것을 확인하였다. 미세조직 특성은 니오븀이 첨가되지 않은 시편(PH 및 PT)과 니오븀이 첨가된 시편(PTN 및 PTNC)으로 분류할 수 있다. 니오븀이 첨가되지 않은 시편은 M2C, M6C, M7C3를 함유하고 있지만, 니오븀이 첨가된 시편은 MC 부피 분율이 상대적으로 큰 것을 확인하였다. 티타늄, 니오븀 및 코발트의 첨가는 초정 오스테나이트 크기와 수지상 탄화물 망 크기를 동시에 감소시켰다. 반면, PT 시편에서 0.09%의 Ti 첨가는 초정 오스테나이트 사이즈 감소에 큰 변화를 주지는 못했다. 주물 시편의 경도는 티타늄, 니오븀 및 코발트가 첨가됨에 따라 연속적으로 증가하였다. 그러나 QT처리 후 PTN 시편의 경도가 가장 낮게 측정되었다. 이는 니오븀 첨가가 오스테나이트화 중 기지에 용해되는 탄화물이 적어 2차 경화 효과에 큰 영향을 미치지 못한 것으로 사료된다. 그러나 니오븀이 첨가된 PTNC는 코발트의 영향으로 인해 가장 높은 경도값이 측정되어 니오븀보다 기계적 특성에 큰 영향을 미친다고 사료된다. 또한, PTNC의 인장강도는 973 MPa로 PT, PH 및 PTN보다 높은 값을 가지는데 기지의 미세조직, 초정 오스테나이트 크기 혹은 탄화물의 크기 및 부피 분율과 같은 요인이 영향을 미친 것으로 사료된다. PTNC 시편은 가장 작은 초정 오스테나이트 크기를 가지기 때문에 연성 파단 면적이 적으나 모든 영역에서 균일하게 분포되었다. 대조적으로 PH 시편의 초정 오스테나이트 크기는 가장 큰 것으로 측정되었다. PTN 시편은 다른 시편보다 MC 크기가 조대하여 벽개 파괴 면적이 상대적으로 많았고 인장강도가 낮았다. PH 및 PT 시편은 균열 전파 중 외부 응력에 취약한 수지상간 탄화물의 부피 분율이 큰 것을 확인하였다. 높은 인장강도를 확보하기 위해서 최적의 미세조직 조건을 형성할 필요가 있으므로 PTNC가 가장 적합한 것으로 사료된다. 그러나 파단면 분석으로부터 PH 및 PT 시편의 파단 표면이 Mo-rich 및 W-rich 영역으로 이루어진 수지상간 영역에 의해 지배적인 것을 확인하였다. 반면 PTN 및 PTNC 파단면은 V-rich 영역에 의해 영향을 받는 다.
Rolling process either cold rolling or hot rolling is one of the popular metal forming process that have been used for many application in many industries fields. One of the most effecting on the quality and productivity of product in rolling process is what a kind of material for roll. Cast iron, a...
Rolling process either cold rolling or hot rolling is one of the popular metal forming process that have been used for many application in many industries fields. One of the most effecting on the quality and productivity of product in rolling process is what a kind of material for roll. Cast iron, adamite cast roll, Ni-grain cast iron and Cr-grain cast iron are previous generation for roll materials. Recently many researchers pay attention to develop kind of material that suitable in high condition for rolling application, one of the precious material has been developed is High Speed Steel (HSS) roll. HSS roll is ferrous based alloy of the Fe-C-X multicomponent system where X represents of alloying elements. HSS roll has excellent mechanical properties such as high hardness at high temperature, high wear resistance and good toughness. In other hand sometimes defect or failure condition such as bumping, side wear, surface cracking, thermal breakage, fire crack etc. are occurred after some rolling process. Due to these problems, should be developed kind of HSS that has better mechanical properties and solved the problem that usually occurs on HSS roll. Addition of others element as refinement agent become one of the chosen method to solve the defects problem on HSS roll, because the addition of an element successfully changes the microstructures and mechanical properties of HSS roll. This study was discussed the effects of combination addition of Titanium (Ti), Niobium (Nb) and Cobalt (Co) on microstructures and mechanical properties of HSS roll. These elements have known as strong refinement agents that have been investigated by some researchers. In this study 4 specimens were observed. The investigation shows that microstructure of all specimens consists of matrix (primary-γ and eutectic-γ), MC, M2C, M6C, M7C3 and M23C6 carbides. The microstructure characteristic can be divided into two different groups: without Nb addition (PH and PT) and with Nb addition (PTN and PTNC). The specimens without Nb addition have excessive M2C, M6C, M7C3 carbides, otherwise the Nb addition specimens have large volume fraction of MC carbide. Moreover addition of Ti, Nb and Co simultaneously caused significant decreasing in primary-γ cell size and interdendritic carbide network. Whereas addition only 0.09% Ti in PT produced insignificant change in the decreasing of primary-γ cell size. Mechanical properties of all specimens show that bulk hardness and matrix hardness of as-cast specimen increased sequentially with the addition of Ti, Nb and Co. But after quenching- tempering, PTN has lowest hardness among others specimens. It shows that Nb addition did not give much effect in secondary hardening due to less carbides dissolved into matrix during austenitizing. In other hand PTNC although it contents with Nb, it has highest hardness due to effects of Co addition more significant than Nb. Furthermore, tensile strength of PTNC is 973 MPa it became highest value then followed by PT, PH and PTN with the value are 798 MPa, 857MPa, and 781 respectively. Tensile strength value is affected by some factors e.g. matrix microstructure, primary γ cell size and size or volume fraction of carbide. PTNC has smallest primary γ cell size. It supports to create small size ductile fracture area but distribute uniformly in all areas. In contrary PH has biggest primary-γ cell size. Meanwhile PTN has coarser MC carbide than others specimens. Because of that it causes the excessive of cleavage area and decreasing the tensile strength of this specimen. Whereas PH and PT have excessive volume fraction of interdendritic carbide that were caused the weakest area during crack propagation. For achieving high tensile strength, optimum and proportional microstructure condition must be formed. The most proportional condition is obtained in PTNC. In other hand, fracture surface investigation shows that the fracture surface area of PH and PT are dominated by the interdendritic area which is consist of Mo-rich and W-rich area, while PTN and PTNC fracture area mostly affected by the vanadium-rich area.
Rolling process either cold rolling or hot rolling is one of the popular metal forming process that have been used for many application in many industries fields. One of the most effecting on the quality and productivity of product in rolling process is what a kind of material for roll. Cast iron, adamite cast roll, Ni-grain cast iron and Cr-grain cast iron are previous generation for roll materials. Recently many researchers pay attention to develop kind of material that suitable in high condition for rolling application, one of the precious material has been developed is High Speed Steel (HSS) roll. HSS roll is ferrous based alloy of the Fe-C-X multicomponent system where X represents of alloying elements. HSS roll has excellent mechanical properties such as high hardness at high temperature, high wear resistance and good toughness. In other hand sometimes defect or failure condition such as bumping, side wear, surface cracking, thermal breakage, fire crack etc. are occurred after some rolling process. Due to these problems, should be developed kind of HSS that has better mechanical properties and solved the problem that usually occurs on HSS roll. Addition of others element as refinement agent become one of the chosen method to solve the defects problem on HSS roll, because the addition of an element successfully changes the microstructures and mechanical properties of HSS roll. This study was discussed the effects of combination addition of Titanium (Ti), Niobium (Nb) and Cobalt (Co) on microstructures and mechanical properties of HSS roll. These elements have known as strong refinement agents that have been investigated by some researchers. In this study 4 specimens were observed. The investigation shows that microstructure of all specimens consists of matrix (primary-γ and eutectic-γ), MC, M2C, M6C, M7C3 and M23C6 carbides. The microstructure characteristic can be divided into two different groups: without Nb addition (PH and PT) and with Nb addition (PTN and PTNC). The specimens without Nb addition have excessive M2C, M6C, M7C3 carbides, otherwise the Nb addition specimens have large volume fraction of MC carbide. Moreover addition of Ti, Nb and Co simultaneously caused significant decreasing in primary-γ cell size and interdendritic carbide network. Whereas addition only 0.09% Ti in PT produced insignificant change in the decreasing of primary-γ cell size. Mechanical properties of all specimens show that bulk hardness and matrix hardness of as-cast specimen increased sequentially with the addition of Ti, Nb and Co. But after quenching- tempering, PTN has lowest hardness among others specimens. It shows that Nb addition did not give much effect in secondary hardening due to less carbides dissolved into matrix during austenitizing. In other hand PTNC although it contents with Nb, it has highest hardness due to effects of Co addition more significant than Nb. Furthermore, tensile strength of PTNC is 973 MPa it became highest value then followed by PT, PH and PTN with the value are 798 MPa, 857MPa, and 781 respectively. Tensile strength value is affected by some factors e.g. matrix microstructure, primary γ cell size and size or volume fraction of carbide. PTNC has smallest primary γ cell size. It supports to create small size ductile fracture area but distribute uniformly in all areas. In contrary PH has biggest primary-γ cell size. Meanwhile PTN has coarser MC carbide than others specimens. Because of that it causes the excessive of cleavage area and decreasing the tensile strength of this specimen. Whereas PH and PT have excessive volume fraction of interdendritic carbide that were caused the weakest area during crack propagation. For achieving high tensile strength, optimum and proportional microstructure condition must be formed. The most proportional condition is obtained in PTNC. In other hand, fracture surface investigation shows that the fracture surface area of PH and PT are dominated by the interdendritic area which is consist of Mo-rich and W-rich area, while PTN and PTNC fracture area mostly affected by the vanadium-rich area.
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