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자동차용 및 기계구조용 Cr-Mo 합금강의 제조시 기존의 QT(Quenching &Tempering) 처리를 대체할 수 있는 Q&P(Quenching & Partitioning) 프로세스는 기지상인 템퍼드 마르텐사이트에 일정량의 잔류오스테나이트가 함유된 복합 조직을 얻음으로써 인장 및 피로특성을 향상시킬 수 있는 신개념의 열처리 프로세스이다. 이에 본 연구에서는 AISI4140(...

자동차용 및 기계구조용 Cr-Mo 합금강의 제조시 기존의 QT(Quenching &Tempering) 처리를 대체할 수 있는 Q&P(Quenching & Partitioning) 프로세스는 기지상인 템퍼드 마르텐사이트에 일정량의 잔류오스테나이트가 함유된 복합 조직을 얻음으로써 인장 및 피로특성을 향상시킬 수 있는 신개념의 열처리 프로세스이다. 이에 본 연구에서는 AISI4140(SCM440) 강에 Q&P 프로세스를 적용하여 급냉온도(QT), 분배온도(PT)와 분배온도에서의 유지시간(Pt)에 따른 미세조직 및 기계적 성질의 변화를 비교하고자 하였다.

Q&P 열처리는 염욕로를 이용하여 열처리 온도를 정밀하게 제어하였고, 기계적 물성을 평가하기 위한 인장 시험편은 ASTM 규격으로 가공하였다. 열처리 후 광학현미경, SEM 및 TEM을 이용하여 미세조직을 분석하였고, EBSD와 XRD를 이용하여 잔류오스테나이트의 형태 및 분율을 정량 비교하였다.

미세조직 분석결과, QT 처리를 적용한 시편과 달리 Q&P 프로세스를 적용한 시편에서 열처리 공정 조건의 변화에 따라 각각 상이한 상분율 및 잔류오스테나이트의 분율을 나타내었다. 특히, Q&P 프로세스를 적용한 시편의 잔류오스테나이트의 분율은 분배 공정 조건에 크게 영향을 받는 것으로 확인하였다. 분배온도가 370℃ 이상이거나 분배유지시간이 1000초 이상일 경우에는 기지 조직에 상당량의 탄화물의 형성에 의해 잔류 오스테나이트 내에 불충분한 탄소의 농화로 인해 잔류오스테나이트의 안정도가 낮은 것으로 판단되었다.

인장특성 분석 결과, 기존 QT 경화처리 시편의 경우 인장강도(TS)와 연신율(El)의 곱으로 표현되는 TS x El balance가 10,000 MPa·% 수준인 데 반해, Q&P 프로세스를 적용한 시편의 경우 열처리 공정 조건 최적화에 따라 인장강도와 연신율이 동시에 향상되는 것을 확인하였으며 이는 잔류오스테나이트의 분율과 안정도에 따른 영향인 것으로 판단되었다. 결론적으로 본 연구에서는 AISI4140 합금강에 급냉온도 240℃, 분배온도 320℃, 분배유지시간 100초 열처리 조건의 Q&P 프로세스를 적용하여 15,000MPa·% 수준의 TS x El balance를 확보하였다.

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