1,040℃ 고용화된 스테인리스강의 템퍼링 온도에 따른 조직 및 기계적 특성 변화 Changes in Structural and mechanical properties according to tempering temperature of 1040℃ solid solution stainless steel원문보기
STS 410 마텐자이트 스테인리스강은 공업용 특수강재로서 강도와 인성을 요 구하며 내식성이 요구되는 산업 부품에 널리 사용되는 강재이다. 일반적으로 0.1% C, 12% 내외의 Cr를 함유한 강종으로서 가격이 저렴하고, 가공성 및 열처 리 때문에 기계적 성질을 부여하기 쉬워서 사용자들이 선호한다. 이 강재는 96 0℃∼1,000℃ 부근에서 고용화 열처리하여 ...
STS 410 마텐자이트 스테인리스강은 공업용 특수강재로서 강도와 인성을 요 구하며 내식성이 요구되는 산업 부품에 널리 사용되는 강재이다. 일반적으로 0.1% C, 12% 내외의 Cr를 함유한 강종으로서 가격이 저렴하고, 가공성 및 열처 리 때문에 기계적 성질을 부여하기 쉬워서 사용자들이 선호한다. 이 강재는 96 0℃∼1,000℃ 부근에서 고용화 열처리하여 오스테나이트로 만든 후, 급랭(유냉) 으로 마텐자이트로 조직을 생성하여 사용하거나 인성을 부여할 목적으로 뜨임 하여 사용한다. 그러나 부품 사용 중에 피로강도가 부족하거나, 부식이 촉발되어 수명을 다하지 못하고 조기 파손되는 경우가 종종 있다. 이를 분석해 보면 고용화 열처리 온도 가 중요한 변수임을 알 수 있다. 비교적 고용화 온도가 높아 오스테나이트가 잘 발달한 상태의 조직은 담금질 때문에 마텐자이트로 잘 발달하고, 사용 중에 파손 될 확률이 낮아 오랫동안 잘 사용한다. 재료의 강화 메커니즘은 고용강화, 석출 강화, 결정립 강화, 가공강화, 복합강화 가 있으며, 이 중에서 열처리와 관련하여 고용강화와 석출 강화가 중요하다. 더 높은 온도에서 고용된 부품은 충분하고 고르게 원소들을 확산시킴으로써 고용강 화에 의한 강도 증가, 템퍼링에 의한 석출 효과를 배가시켜 부품의 강인성을 한 층 증가시킬 수가 있다. 특히 저탄소 마텐자이트 스테인리강의 템퍼링시에 나타 나는 템퍼취성을 방지하는 방안이 필요한데, 이는 고용화 열처리에 의한 합금원 소의 고른 분포가 아주 중요하다. 따라서 기존에 제시된 1,000℃의 고용화 조건 은 템퍼취성이 야기되는 것으로 보고되어 있다[4, 6]. 따라서 열처리 업계에서 열처리 조건으로 잘 선정하지 않는 고온의 1,040℃ 고용화 조건에서 급랭한 후, 조직을 마텐자이트로 상 변태시킨 다음, 300℃∼650℃ 구간의 템퍼링에 의한 조 직 변화와 기계적 성질의 변화, 템퍼취성의 발생 유무를 실험하였다. 이러한 실험 결과, 400℃∼500℃의 템퍼취성은 1,000℃에서 고용화 열처리 후 에 템퍼링 한 시료에서는 관찰되었으나[4], 1,040℃ 고용화 온도에서 담금질 후 템퍼링 한 시료는 템퍼취성이 나타나지 않았다. 이는 더 높은 고용화 온도에서 합금원소의 고용 효과와 균질화에 의한 미세한 탄화물의 석출 현상에 기인한 것 으로 분석되었다. 열처리 온도를 높인 1,040℃의 고용화 시험편의 경우, 기지(Matrix)조직의 Cr 성분이 1,000℃ 고용화 시험편에 비하여 높게 합금의 균질화가 구성되며 고용화 온도가 높아 고온에서 담금질한 시험편이 템퍼링에 의한 탄화물의 석출 효과가 고르게 나타난 것으로 보인다. 템퍼링에 의한 석출물의 변화는 저온에서부터 (Fe·Cr)3C→(Cr·Fe)7C3→ (Cr·Fe)23C6 의 순으로 탄소 복합화합물 상이 고 Cr 상으로 변화하며 Cr양이 5% 이상의 강은 (Cr·Fe)23C6 이 평형상으로 석출하는 상태가 된다. 이러한 석출 물로 인하여 템퍼링시에 1,000℃ 고용화 후 템퍼링을 실시한 시험편은 템퍼취성 이 나타났고[4, 6], 1,040℃ 고용화 후 템퍼링을 한 시험편은 템퍼취성이 나타 나지 않았으며 템퍼링 온도가 증가할수록 연성은 증가하고, 강도나 경도는 서서 히 감소하는 일반적인 경향을 보였다. 이처럼 STS 410 마텐자이트 스테인리스강의 고용화 열처리 온도가 낮고, 높음 에 따라 템퍼링시에 나타나는 조직의 변화, 기계적 성질의 차이, 템퍼취성의 발 생 유무를 확인할 수 있었다.
STS 410 마텐자이트 스테인리스강은 공업용 특수강재로서 강도와 인성을 요 구하며 내식성이 요구되는 산업 부품에 널리 사용되는 강재이다. 일반적으로 0.1% C, 12% 내외의 Cr를 함유한 강종으로서 가격이 저렴하고, 가공성 및 열처 리 때문에 기계적 성질을 부여하기 쉬워서 사용자들이 선호한다. 이 강재는 96 0℃∼1,000℃ 부근에서 고용화 열처리하여 오스테나이트로 만든 후, 급랭(유냉) 으로 마텐자이트로 조직을 생성하여 사용하거나 인성을 부여할 목적으로 뜨임 하여 사용한다. 그러나 부품 사용 중에 피로강도가 부족하거나, 부식이 촉발되어 수명을 다하지 못하고 조기 파손되는 경우가 종종 있다. 이를 분석해 보면 고용화 열처리 온도 가 중요한 변수임을 알 수 있다. 비교적 고용화 온도가 높아 오스테나이트가 잘 발달한 상태의 조직은 담금질 때문에 마텐자이트로 잘 발달하고, 사용 중에 파손 될 확률이 낮아 오랫동안 잘 사용한다. 재료의 강화 메커니즘은 고용강화, 석출 강화, 결정립 강화, 가공강화, 복합강화 가 있으며, 이 중에서 열처리와 관련하여 고용강화와 석출 강화가 중요하다. 더 높은 온도에서 고용된 부품은 충분하고 고르게 원소들을 확산시킴으로써 고용강 화에 의한 강도 증가, 템퍼링에 의한 석출 효과를 배가시켜 부품의 강인성을 한 층 증가시킬 수가 있다. 특히 저탄소 마텐자이트 스테인리강의 템퍼링시에 나타 나는 템퍼취성을 방지하는 방안이 필요한데, 이는 고용화 열처리에 의한 합금원 소의 고른 분포가 아주 중요하다. 따라서 기존에 제시된 1,000℃의 고용화 조건 은 템퍼취성이 야기되는 것으로 보고되어 있다[4, 6]. 따라서 열처리 업계에서 열처리 조건으로 잘 선정하지 않는 고온의 1,040℃ 고용화 조건에서 급랭한 후, 조직을 마텐자이트로 상 변태시킨 다음, 300℃∼650℃ 구간의 템퍼링에 의한 조 직 변화와 기계적 성질의 변화, 템퍼취성의 발생 유무를 실험하였다. 이러한 실험 결과, 400℃∼500℃의 템퍼취성은 1,000℃에서 고용화 열처리 후 에 템퍼링 한 시료에서는 관찰되었으나[4], 1,040℃ 고용화 온도에서 담금질 후 템퍼링 한 시료는 템퍼취성이 나타나지 않았다. 이는 더 높은 고용화 온도에서 합금원소의 고용 효과와 균질화에 의한 미세한 탄화물의 석출 현상에 기인한 것 으로 분석되었다. 열처리 온도를 높인 1,040℃의 고용화 시험편의 경우, 기지(Matrix)조직의 Cr 성분이 1,000℃ 고용화 시험편에 비하여 높게 합금의 균질화가 구성되며 고용화 온도가 높아 고온에서 담금질한 시험편이 템퍼링에 의한 탄화물의 석출 효과가 고르게 나타난 것으로 보인다. 템퍼링에 의한 석출물의 변화는 저온에서부터 (Fe·Cr)3C→(Cr·Fe)7C3→ (Cr·Fe)23C6 의 순으로 탄소 복합화합물 상이 고 Cr 상으로 변화하며 Cr양이 5% 이상의 강은 (Cr·Fe)23C6 이 평형상으로 석출하는 상태가 된다. 이러한 석출 물로 인하여 템퍼링시에 1,000℃ 고용화 후 템퍼링을 실시한 시험편은 템퍼취성 이 나타났고[4, 6], 1,040℃ 고용화 후 템퍼링을 한 시험편은 템퍼취성이 나타 나지 않았으며 템퍼링 온도가 증가할수록 연성은 증가하고, 강도나 경도는 서서 히 감소하는 일반적인 경향을 보였다. 이처럼 STS 410 마텐자이트 스테인리스강의 고용화 열처리 온도가 낮고, 높음 에 따라 템퍼링시에 나타나는 조직의 변화, 기계적 성질의 차이, 템퍼취성의 발 생 유무를 확인할 수 있었다.
STS 410 martensitic stainless steel is a special industrial steel that requires strength and toughness and is widely used in industrial parts that require corrosion resistance. In general, it is a steel type containing about 0.1% C and 12% Cr, and is preferred by users because it is inexpensive and ...
STS 410 martensitic stainless steel is a special industrial steel that requires strength and toughness and is widely used in industrial parts that require corrosion resistance. In general, it is a steel type containing about 0.1% C and 12% Cr, and is preferred by users because it is inexpensive and easy to impart mechanical properties through processability and heat treatment. This steel is made into austenite by solution heat treatment at around 960℃~1,000℃, then rapidly cooled (oil quenched) to create a martensite structure, or tempered for the purpose of imparting toughness. However, there are often cases where the component does not reach its full lifespan and is prematurely damaged due to insufficient fatigue strength or corrosion during use. Analysis of this shows that the solution heat treatment temperature is an important variable. Because the solid solution temperature is relatively high, the structure in which austenite is well developed develops into martensite by quenching, and the probability of damage during use is low, making it useful for a long time. The strengthening mechanisms of materials include solid solution strengthening, precipitation strengthening, grain strengthening, processing strengthening, and composite strengthening. Among these, solid solution strengthening and precipitation strengthening are important in relation to heat treatment. For parts dissolved in solid solution at a higher temperature, the strength of the part can be further increased by sufficiently and evenly diffusing the elements, thereby increasing the strength through solid solution strengthening and doubling the precipitation effect through tempering. In particular, a method is needed to prevent temper embrittlement that occurs during tempering of low-carbon martensitic stainless steel, and uniform distribution of alloy elements through solution heat treatment is very important. Therefore, it is reported that the previously proposed solid solution condition of 1,000°C causes temper embrittlement [4, 6]. Therefore, after rapid cooling at a high temperature of 1,040℃ solid solution condition, which is not commonly selected as a heat treatment condition in the heat treatment industry, the structure is transformed into martensite, and then the structure changes and mechanical properties change due to tempering in the range of 300℃~650℃, The presence or absence of temper embrittlement was tested. As a result of these experiments, temper embrittlement at 400℃∼500℃ was observed in samples tempered after solid solution heat treatment at 1,000℃ [4], but temper embrittlement did not appear in samples tempered after quenching at a solid solution temperature of 1,040℃. This was analyzed to be due to the solid solution effect of alloy elements at a higher solid solution temperature and the precipitation of fine carbides due to homogenization. In the case of the 1,040℃ solid solution test specimen with an increased heat treatment temperature, the Cr component of the matrix structure is higher than the 1,000℃ solid solution specimen, and the alloy is homogenized, and the solid solution temperature is high, so the test specimen quenched at high temperature is less susceptible to tempering. It appears that the precipitation effect of carbides occurred evenly. The change in precipitates due to tempering changes from low temperature to a high Cr phase in the order of (Fe·Cr)3C→(Cr·Fe)7C3→(Cr·Fe)23C6, and for steels with a Cr content of 5% or more ( Cr·Fe)23C6 is in a state where it precipitates in an equilibrium phase. Due to these precipitates, the test specimens tempered after solid solution at 1000℃ during tempering showed temper brittleness [4, 6], and the test specimens tempered after solid solution at 1,040℃ did not show temper embrittlement, and as the tempering temperature increases, temper brittleness appears. [4, 6] There was a general tendency for ductility to increase and strength and hardness to gradually decrease. In this way, it was possible to confirm changes in structure, differences in mechanical properties, and the occurrence of temper embrittlement during tempering depending on whether the solution heat treatment temperature of STS 410 martensitic stainless steel is low or high.
STS 410 martensitic stainless steel is a special industrial steel that requires strength and toughness and is widely used in industrial parts that require corrosion resistance. In general, it is a steel type containing about 0.1% C and 12% Cr, and is preferred by users because it is inexpensive and easy to impart mechanical properties through processability and heat treatment. This steel is made into austenite by solution heat treatment at around 960℃~1,000℃, then rapidly cooled (oil quenched) to create a martensite structure, or tempered for the purpose of imparting toughness. However, there are often cases where the component does not reach its full lifespan and is prematurely damaged due to insufficient fatigue strength or corrosion during use. Analysis of this shows that the solution heat treatment temperature is an important variable. Because the solid solution temperature is relatively high, the structure in which austenite is well developed develops into martensite by quenching, and the probability of damage during use is low, making it useful for a long time. The strengthening mechanisms of materials include solid solution strengthening, precipitation strengthening, grain strengthening, processing strengthening, and composite strengthening. Among these, solid solution strengthening and precipitation strengthening are important in relation to heat treatment. For parts dissolved in solid solution at a higher temperature, the strength of the part can be further increased by sufficiently and evenly diffusing the elements, thereby increasing the strength through solid solution strengthening and doubling the precipitation effect through tempering. In particular, a method is needed to prevent temper embrittlement that occurs during tempering of low-carbon martensitic stainless steel, and uniform distribution of alloy elements through solution heat treatment is very important. Therefore, it is reported that the previously proposed solid solution condition of 1,000°C causes temper embrittlement [4, 6]. Therefore, after rapid cooling at a high temperature of 1,040℃ solid solution condition, which is not commonly selected as a heat treatment condition in the heat treatment industry, the structure is transformed into martensite, and then the structure changes and mechanical properties change due to tempering in the range of 300℃~650℃, The presence or absence of temper embrittlement was tested. As a result of these experiments, temper embrittlement at 400℃∼500℃ was observed in samples tempered after solid solution heat treatment at 1,000℃ [4], but temper embrittlement did not appear in samples tempered after quenching at a solid solution temperature of 1,040℃. This was analyzed to be due to the solid solution effect of alloy elements at a higher solid solution temperature and the precipitation of fine carbides due to homogenization. In the case of the 1,040℃ solid solution test specimen with an increased heat treatment temperature, the Cr component of the matrix structure is higher than the 1,000℃ solid solution specimen, and the alloy is homogenized, and the solid solution temperature is high, so the test specimen quenched at high temperature is less susceptible to tempering. It appears that the precipitation effect of carbides occurred evenly. The change in precipitates due to tempering changes from low temperature to a high Cr phase in the order of (Fe·Cr)3C→(Cr·Fe)7C3→(Cr·Fe)23C6, and for steels with a Cr content of 5% or more ( Cr·Fe)23C6 is in a state where it precipitates in an equilibrium phase. Due to these precipitates, the test specimens tempered after solid solution at 1000℃ during tempering showed temper brittleness [4, 6], and the test specimens tempered after solid solution at 1,040℃ did not show temper embrittlement, and as the tempering temperature increases, temper brittleness appears. [4, 6] There was a general tendency for ductility to increase and strength and hardness to gradually decrease. In this way, it was possible to confirm changes in structure, differences in mechanical properties, and the occurrence of temper embrittlement during tempering depending on whether the solution heat treatment temperature of STS 410 martensitic stainless steel is low or high.
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