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본 연구에서는 Fe-22Mn-8Al-0.8C-0.02Nb 및 Fe-20Mn-8Al-1.1C-0.1Nb 경량철강 합금을 사용하여 균질화 열처리 후 미세구조와 기계적 특성에 영향을 미치는 냉각속도 의존성에 대해 조사하였다. 다양한 냉각공정을 통해 냉각속도를 제어하였고, 평균 냉각속도는 –0.016 ~ -465.1℃/s 사이로 측정되었다. 냉각속도가 느릴수록 오스테나이트 입내와 입계에 κ-carbide 형성을 촉진시키는 것으로 관찰하였고 합금의 C 함량이 증가할수록 입계 κ-carbide의 크기를 증가시키는 효과를 확인할 수 있었다. 이와 같은 κ-carbide의 형성에 따라 강도는 증가되고 ...

본 연구에서는 Fe-22Mn-8Al-0.8C-0.02Nb 및 Fe-20Mn-8Al-1.1C-0.1Nb 경량철강 합금을 사용하여 균질화 열처리 후 미세구조와 기계적 특성에 영향을 미치는 냉각속도 의존성에 대해 조사하였다. 다양한 냉각공정을 통해 냉각속도를 제어하였고, 평균 냉각속도는 –0.016 ~ -465.1℃/s 사이로 측정되었다. 냉각속도가 느릴수록 오스테나이트 입내와 입계에 κ-carbide 형성을 촉진시키는 것으로 관찰하였고 합금의 C 함량이 증가할수록 입계 κ-carbide의 크기를 증가시키는 효과를 확인할 수 있었다. 이와 같은 κ-carbide의 형성에 따라 강도는 증가되고 연신율과 충격흡수에너지를 감소되며 Fe-20Mn-8Al-1.1C-0.1Nb 합금의 경우 입계 κ-carbide에 의해 충격흡수에너지의 급격한 감소와 입계취성 파괴거동을 나타내었다. 또한 Fe-Mn-Al-C계 경량철강 소재를 10ton 규모 슬래브로 만들었다고 가정하여 부위별 냉각속도를 예측하기 위해 1050℃에서 수냉 및 공냉 조건에 대한 냉각 시뮬레이션을 수행하였다. 수냉 및 공냉 조건에서 대형소재 슬래브 중앙의 평균 냉각속도는 각각 –0.126 및 –0.031℃/s로 측정되었다. 냉각속도 분포를 기반으로 기계적 특성분포를 내삽하여 계산한 결과, C 함량이 낮은 대형소재는 수냉의 경우 중심부의 적절한 충격 인성을 확보하는 것으로 확인할 수 있었다.
또한 저압터빈 블레이드 적용 가능성을 확보하기 위해, 기존의 블레이드 상용강과 시효 처리한 Fe-22Mn-8Al-0.8C-0.02Nb 합금의 저주기 피로 특성을 비교하였다. 그 결과, 경량철강 합금이 12Cr 강에 비해 향상된 피로수명을 나타내는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of the cooling rate during cooling process after solution heat treatment on the microstructure and mechanical properties of light-weight steels were investigated using Fe-22Mn-8Al-0.8C-0.02Nb and Fe-20Mn-8Al-1.1C-0.1Nb alloys. The cooling rate was controlled by various cooling methods. T...

The effects of the cooling rate during cooling process after solution heat treatment on the microstructure and mechanical properties of light-weight steels were investigated using Fe-22Mn-8Al-0.8C-0.02Nb and Fe-20Mn-8Al-1.1C-0.1Nb alloys. The cooling rate was controlled by various cooling methods. The average cooling rates were in -0.016 ~ -465.1 ℃/s. Under the slowest cooling condition of furnace cooling, κ-carbides precipitated sufficiently within austenite grains and at grain boundaries as well. The higher the C content of the alloy was, the larger the size of the intergranular κ-carbides was. The formation of κ-carbides resulted in increase of yield strength and decrease of elongation and impact absorbed energy. In the case of Fe-20Mn-8Al-1.1C-0.1Nb alloy, the intergranular κ-carbides resulted in drastic decrease of impact absorbed energy and occurrence of intergranular brittle fracture behavior. To predict distribution of yield strength and impact absorbed energy in a 10 ton scale slab of Fe-Mn-Al-C lightweight steels, finite element analysis was conducted for the conditions of water cooling and air cooling(free convection). The average cooling rates at the center of the slab under the water cooling and air cooling conditions were calculated to be -0.126 and -0.031 ℃/s, respectively. Based on the predicted cooling rates, distributions of mechanical properties were calculated. The calculation results showed that large scale slab of light-weight steel with low C content have good toughness at center of slab under water cooling condition.
In addition, the low-cycle fatigue characteristics of the existing 12Cr steel and the aged Fe-22Mn-8Al-0.8C-0.02Nb alloy were compared to consider the possibility of application of the turbine blade. The results indicated that the overall fatigue life of the light-weight steel alloy was longer than that of the 12Cr steel.

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