[논문]AISI 51B20 보론첨가강의 경화능에 미치는 오스테나이트화 온도의 영향

김헌주; 박무용

doi:10.12656/jksht.2010.23.6.315

AISI 51B20 보론첨가강의 경화능에 미치는 오스테나이트화 온도의 영향
Effect of Quenching Temperature Change on Hardenability of AISI 51B20 Boron Steel 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.23 no.6, 2010년, pp.315 - 322

김헌주 (부경대학교 공과대학 금속공학과) , 박무용 (부경대학교 대학원 금속공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Effect of hardenability, grain size and microstructural change according to the change of austenitizing temperature was analyzed in Jominy hardenability test of AISI 51B20 steel. Grain growth was small, 7 ${\mu}m$ and 12 ${\mu}m$ austenite grain sizes at austenitizing temperature of $900^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$, respectively, while rapid grain growth was observed up to 30 ${\mu}m$ austenite grain size at austenitizing temperature of $1100^{\circ}C$. As austenitizing temperature increased from $900^{\circ}C$ to $1100^{\circ}C$, hardenability in the region within 15 mm from end-quenched surface decreased due to the grains growth of bainite and martensite mixture, on the other hand the hardenability in the region exceeding 15 mm from end-quenched surface increased. Increased hardenability was attributed to different microstructures; pearlite, fine pearlite and bainite, and bainite and martensite structures at austenitizing temperature of $900^{\circ}C$, $1000^{\circ}C$ and $1100^{\circ}C$, respectively.

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문제 정의

본 연구에서는 산업현장에서 활용성이 높은 AISI 51B20 보론강을 대상으로 Ti과 N의 성분비(Ti/N ≥ 3.45) 조정을 통하여 보론의 경화능 효과를 극대화 시킨 조건에서, 오스테나이트화 온도변화에 따른 미세조직 변화와 조미니 경화능을 평가하여 보론강 제품의 온도변화에 따른 기계적 성질의 변화에 대한 근본적 이해와 기초자료를 제공하고자 하였다.

제안 방법

925℃에서 노멀라이징후 KSD-0206(강의 경화능시험방법) 규정에 맞게 조미니 시험편을 제작한 후 900℃, 1000℃, 1100℃의 온도에서 조미니 경화능 시험을 실시하였다.
Fig. 1에 조미니 경화능시험에 사용된 시료의 형상및 칫수를 나타내었으며, 900℃, 1000℃, 1100℃의온도에서 약 30분간 유지된 시료에 21℃로 유지된 냉각수를 분사하였다. 경도확인 후 끝단부로부터5 mm, 15 mm, 50 mm 지점의 미세조직을 광학현미경(Nikon EPIPHOT-TME)으로 400배, 1000배로 확인하였다.
1에 조미니 경화능시험에 사용된 시료의 형상및 칫수를 나타내었으며, 900℃, 1000℃, 1100℃의온도에서 약 30분간 유지된 시료에 21℃로 유지된 냉각수를 분사하였다. 경도확인 후 끝단부로부터5 mm, 15 mm, 50 mm 지점의 미세조직을 광학현미경(Nikon EPIPHOT-TME)으로 400배, 1000배로 확인하였다.
오스테니이트화 온도변화에 따른 결정입도 확인을 위해 Fig. 2에서 사용된 시료는 각 온도로 30분간 유지된 후 공랭된 조미니 시험편의 끝단부로부터5 mm 지점을 절단하여 80 ml H₂0, 28 ml Oxalic acid (10%), 4 ml H₂O₂의 혼합액으로 5분간 부식, 1000배의 광학현미경 조직사진을 촬영하여 Heny의 교차법을 이용하여 평균 결정입도를 산출하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용한 재료는 인발가공에 의해 생산된 AISI 51B20강 조성으로 직경 25.0 mm의 강선이며, 화학조성은 Table 1에 나타내었다.

성능/효과

1. 오스테나이트화 온도 900℃, 1000℃에서는 오 스테나이트 결정크기가 7 µm, 12 µm로 결정립성장이 미약하였으나, 1100℃에서 오스테나이트 결정크기가 30 µm로 급격하게 결정립이 성장하였다.
2. 조미니시험편 끝단부로부터 15 mm 지점 구간에서 오스테나이트화 온도가 900℃, 1000℃, 1100℃로 상승할수록 베이나이트와 마르텐사이트 혼합조직은 조대해졌으며, 이로 인해 경화능은 저하하였다.
3. 조미니시험편 끝단부로부터 15 mm 지점에서 오스테나이트화 온도가 900℃, 1000℃, 1100℃로 상승할수록 마르텐사이트의 양은 감소하고 베이나이트의 양은 증가하였다.
4. 조미니시험편 끝단 15℃mm 지점으로부터 50 mm 지점 구간에서 오스테나이트화 온도가 상승할수록 경화능은 증가하였다. 오스테나이트화 온도 900℃에서는 완전한 퍼얼라이트 조직, 1000℃에서는 미세한 퍼얼라이트 조직과 베이나이트 혼합조직, 1100℃에서는 베이나이트와 마르텐사이트 혼합조직이 관찰되었다.
끝단부로부터 15 mm 지점까지는 오스테나이트화 처리온도가 상승할수록 마르텐사이트의 양은 줄고 베이나이트의 양은 증가하였으며, 조직 또한 조대해졌다. 또한 냉각속도가 느린 50 mm 지점에서는 오스테나이트화 처리온도가 낮을수록 펄라이트조직이 형성되었고 오스테나이트화 처리온도가 높을수록 펄라이트의 양은 줄어들면서 베이나이트의 양은 증가하였다.
끝단부로부터 15 mm 지점까지는 오스테나이트화 처리온도가 상승할수록 마르텐사이트의 양은 줄고 베이나이트의 양은 증가하였으며, 조직 또한 조대해졌다. 또한 냉각속도가 느린 50 mm 지점에서는 오스테나이트화 처리온도가 낮을수록 펄라이트조직이 형성되었고 오스테나이트화 처리온도가 높을수록 펄라이트의 양은 줄어들면서 베이나이트의 양은 증가하였다.
본 실험에서 오스테나이트화 처리온도가 증가함에 따라 15 mm 지점까지는 경화능이 저하하였지만, 15 mm 지점을 통과해서는 경화능이 상승하였다. 15 mm 지점을 통과한 후 경도 상승현상이 발생되는 이유는 보론 영향보다는 오스테나이트화 처리온도가 상승함에 따라 탄화물의 더 많은 분해 및 결정립의 조대화에 기인하여 상대적으로 결정입계 면적이 줄어들어서 확산변태의 핵생성위치가 감소하여 경화능이 향상되는 통상의 합금강 및 탄소강의 경우와 동일한 현상으로 경화능이 증가한 것으로 사료된다[20].
4는 조미니 경화능 시험편의 5 mm 지점에 채취한 시료의 오스테나이트화 온도변화에 따른 현미경 조직사진을 나타낸다. 오스테나이트화 처리후 끝단부로부터 5 mm지점의 현미경조직은 900℃, 1000℃, 1100℃ 모든 온도에서 라스 마르텐사이트 (Lath Martensite) 조직이 형성되었고, 오스테나이트화 처리온도가 상승할수록 조대해졌다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	보론을 10 ppm 정도 미량 첨가함 경우 개선되는 것은 무엇인가?	보론(B)을 10 ppm 정도 미량 첨가함에 의해 강의 경화능이 현저하게 개선된다는 것은 1920년경부터 알려져 왔지만 공업적으로 이용되게 되었던 것은 제 2차 세계대전 중, 군용수요 증가에 따른 Ni, Cr, Mo 등의 자원 절약이 목적이었다. 이후, 경제적인 면에서 기존 경화능 향상 합금원소의 첨가량을 줄이는 대신 소량의 보론을 첨가하는 보론강의 연구, 개발이 진행되어 왔다.
	보론강에 대한 연구는 어떤 제조공정 면에서 유리한 측면을 활용할 수 있는가?	지금까지 보론강에 대한 연구는 주로 경화능 및 조직학적 특성에 대한 영향을 다루어져 왔으나, 합금 원소 사용량 감소에 의한 원가절감 효과 뿐 아니라 소재의 낮은 탄소함량에 기인된 냉간가공성 향상과 중간 과정의 열처리공정 생략 등 제조공정 면에서 유리한 측면을 활용할 수 있다. 국내의 경우, 주로 강구조물, 기계요소용 고장력 볼트와 자동차용 볼트에 보론강이 적용되고 있지만 아직도 기본적인 기술 자료와 신뢰성 부분에서 미흡한 실정이다.
	강에 미량의 보론을 첨가하여 보론강이 만들어지는 경우 어떤 효과가 있는가?	강에 미량의 보론을 첨가하는 것에 의해 경화능 향상[1-4], 인성 개선[5-8], 충격천이온도 개선[9], 저온인성 개선[10], 고온강도 향상[11], 열간 가공성향상[12] 효과 등 다수의 연구논문이 보고되어 보론은 유용한 원소로 광범위하게 이용되어 왔다.

참고문헌 (20)

G. F. Melloy, P. R. Slemmon, and P. P. Podgursky : Met. Trans., 4 (1973) 2279.

상세보기
C. R. Simcoe, A. R. Elsea, and G. K. Manning : Trans. AIME, 206 (1956) 984.
M. Ueno and K. Itoh : Tetsu to Hagane, 74 (1988) 2337.

상세보기
M. Ueno and K. Itoh : Tetsu to Hagane, 74 (1988) 910.

상세보기
T. Tsumura Y. Okada and H. Ohtani : Tetsu to Hagane, 72 (1986) 233.

상세보기
Y. Fujishiro, T. Hashimoto and H. Ohtani : Tetsu to Hagane, 74 (1988) 535.

상세보기
Y. Fujishiro, T. Hashimoto and H. Ohtani : Tetsu to Hagane, 75 (1989) 980.

상세보기
T. Honda and T. Hayashi : Denki Seiko, 73 (2002) 29.

상세보기
H. Ohtani, S. Watanabe, Y. Kawaguchi and Y. Yamaguchi : Tetsu to Hagane, 64 (1978) 2205.

상세보기
K. Sugimoto, T. Sakai, O. Miyagawa and T. Horie : Tetsu to Hagane, 69 (1983) 298.

상세보기
N. Takahashi, T. Fujita and T. Yamada : Tetsu to Hagane, 61 (1975) 2263.

상세보기
S. Yamamoto and T. Kobayahsi : Tetsu to Hagane, 78 (1992) 1609.

상세보기
Y. Ohmori and K. Yamanaka, BORON IN STEEL, The Metallurgical Society of AIME, (1980) 44.
K. Yamanaka and Y. Ohmori ; Tetsu to Hagane, 62 (1976) 895.

상세보기
K. Yamanaka and Y. Ohmori ; Tetsu to Hagane, 64 (1978) 1153.

상세보기
Y. H. Kim, Ph.D. Thesis, Seoul National University, Korea, (1988).
Ph. Maitrepierre, J. Rofes-Varnis, D. Thivellier and R. Tricot, Heat Tratment '76, The Metals Society, (1976), 177.
S. Watanabe, H. Ohtani and T. Kunitake : Trans. ISIJ, 23 (1983) 31.

상세보기
K. Narihiro, Y. Stoguro, T. Otsubo and N. Miidoa : Trans. ISIJ, 12 (1972) 26.
M. F. Ashby and L. Johnson : Phil. Mag., 20 (1969) 1009.

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