[논문]Fe-Mn-C계 TWIP강의 재질특성에 미치는 소둔온도와 첨가원소의 영향

정종구; 김남규; 윤여선; 김현호; 이오연

doi:10.3740/mrsk.2010.20.7.385

Fe-Mn-C계 TWIP강의 재질특성에 미치는 소둔온도와 첨가원소의 영향
Effect of Annealing Temperature and Alloying Elements on the Mechanical Properties of Fe-Mn-C TWIP Steels 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.20 no.7, 2010년, pp.385 - 391

정종구 (전북대학교 신소재공학부 신소재개발연구센터) , 김남규 (전북대학교 신소재공학부 신소재개발연구센터) , 윤여선 (전북대학교 신소재공학부 신소재개발연구센터) , 김현호 (전북대학교 신소재공학부 신소재개발연구센터) , 이오연 (전북대학교 신소재공학부 신소재개발연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

Twinning-induced plasticity (TWIP) steels have attracted great attention due to their excellent mechanical properties of high tensile strength (over 800MPa) and high ductility (over 50%), which result from the high strain hardening due to the mechanical twin formation during plastic deformation. The purpose of this study is to investigate the effect of annealing temperature and alloying elements on the mechanical properties of Fe-18Mn-0.6C TWIP steel. In 1.5%Al TWIP steel with 0.123%Ti content, the average recrystallized grain size was reduced to 2.5 ${\mu}m$ by cold rolling and annealing at $800^{\circ}C$ for 5 min, because of the pinning effect of the fine TiC carbides on grain coarsening. The tensile strength was decreased and the ductility was improved with the increase of the annealing temperature. However, a reversion of hardness and yield strength happened between $750^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$ due to TiC and $M_3C$ type precipitation. 0.56% Ni added TWIP steel exhibited relatively lower yield strength, because Ni precipitates were not formed during the annealing process. When this specimen was annealed at $800^{\circ}C$ for 5min, the tensile strength and elongation were revealed at 1096MPa and 61.8%, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 Fe-18Mn-0.6C계 TWIP강의 재질 특성에 미치는 소둔온도와 첨가원소의 영향을 조사하기 위하여 소둔온도에 따른 미세조직의 변화와 재질특성에 미치는 첨가원소의 영향을 검토하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
이러한 연구 결과로부터 TWIP 강에서 냉연 후 어닐링 시 형성되는 석출물들은 결정립 미세화 뿐 만 아니라 기계적 성질에도 상당한 영향을 미칠 것으로 생각된다. 본 연구는 Fe-18Mn-0.6C계 냉연 TWIP 강의 재질 특성에 미치는 소둔온도와 첨가원소의 영향을 조사하기 위하여 소둔온도에 따른 미세조직의 변화와 기계적 성질과의 상관 관계를 비교 검토 하였다.

제안 방법

Fe-18Mn-0.6C TWIP강의 인장변형에 따른 기계적 안정성을 조사하기 위하여 XRD (RIGAKU, D/max-2500)에서 Cu-Kα target을 사용하여 분석하였다.
열연판재는 ROT (run out table) 측면에 설치된 8개의 solenoid 밸브로부터 물의 분사량을 제어하고 강판의 온도를 pyrometer로 측정하여 약 600℃까지 냉각시킨 다음, 이 온도로 유지된 열처리로에서 1시간 유지후 냉각하여 권취공정을 재현하였다. 냉간압연은 열연판재를 산세처리 후 두께 1.5 mm로 압연한 다음 TWIP강의 재결정 거동과 재질특성에 미치는 소둔온도의 영향을 조사하기 위하여 700~850℃에서 5분간 소둔하였다.
6C TWIP강의 인장변형에 따른 기계적 안정성을 조사하기 위하여 XRD (RIGAKU, D/max-2500)에서 Cu-Kα target을 사용하여 분석하였다. 소둔재의 경도는 로크웰 경도기를 사용하여 측정하였으며, 인장시험은 ASTM E8 subsize 규격으로 CO₂ laser를 사용하여 가공한 후 5 mm/min의 인장 속도로 측정하였다.
소둔판재의 광학현미경 조직은 오스테나이트 결정립이 매우 미세하여 tint 에칭으로 관찰하기 어려워 FE-SEM (JEOL-6000)에 부착된 EBSD (Electron Back Scatter Diffraction) 을 이용하여 관찰하였고, 결정립 크기 분포를 측정하였다. 일부 시편은 박막시편을 jet 연마하여 STEM (JEM-2100F)으로 관찰하였다.
4 mm까지 열간압연 하였다. 열연판재는 ROT (run out table) 측면에 설치된 8개의 solenoid 밸브로부터 물의 분사량을 제어하고 강판의 온도를 pyrometer로 측정하여 약 600℃까지 냉각시킨 다음, 이 온도로 유지된 열처리로에서 1시간 유지후 냉각하여 권취공정을 재현하였다. 냉간압연은 열연판재를 산세처리 후 두께 1.
소둔판재의 광학현미경 조직은 오스테나이트 결정립이 매우 미세하여 tint 에칭으로 관찰하기 어려워 FE-SEM (JEOL-6000)에 부착된 EBSD (Electron Back Scatter Diffraction) 을 이용하여 관찰하였고, 결정립 크기 분포를 측정하였다. 일부 시편은 박막시편을 jet 연마하여 STEM (JEM-2100F)으로 관찰하였다. Fe-18Mn-0.

성능/효과

(a)은 Fe-18Mn-0.6C TWIP강의 인장곡선으로서 700°C 소둔재의 항복강도는 1210MPa 로서 매우 높지만, 750°C와 800°C에서 소둔한 경우 항복강도는 각각 541MPa와 553MPa로서 현저하게 감소하였고, 항복점 연신과 동적변형시효 현상이 나타났다.
1. 소량의 Ti가 첨가된 TWIP강은 소둔시 석출되는 M3C와 TiC가 결정립 미세화에 상당한 역할을 하며 800°C에서 소둔한 1.5%Al 첨가강의 평균 재결정립 크기는 약 2.5um이었다.
3. 1.5%Al 첨가 TWIP강은 다른 두 강종과 달리 동적변형시효 현상이 나타나지 않았다. Al첨가는 TWIP강의 SFE를 높혀 변형 거동에 영향을 주며, 또한 Al과 Ti는 강 중에 존재하는 C, N을 고정시켜주는 역할을 하므로 전위와의 상호 작용을 약화시키기 때문이라고 생각된다.
그러나 800°C에서 소둔한 경우 인장강도는 1096MPa로서 비교적 높고, 연신율도 61.8%로서 매우 우수한 강도와 연성을 보였다.
또한 오스테나이트의 기계적 안정성을 조사하기 위하여 10∼58%로 인장변형한 시편을 XRD로 측정한 결과, 완전한 오스테나이트 단일상만이 검출되었다.
5 µm까지 제어할 수 있으며, 이러한 결정립 미세화는 어닐링 시 석출된 미세한 탄화물의 pinning 효과에 기인한다고 하였다. 이러한 연구 결과로부터 TWIP 강에서 냉연 후 어닐링 시 형성되는 석출물들은 결정립 미세화 뿐 만 아니라 기계적 성질에도 상당한 영향을 미칠 것으로 생각된다. 본 연구는 Fe-18Mn-0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Fe-22Mn-0.6C TWIP강은 재결정 어닐링 시 어떻게 항복강도가 증가되는가?	Fe-22Mn-0.6C TWIP강의 경우, 재결정 어닐링 시 생성된 탄화물이 결정립 성장에 영향을 미쳐 항복강도를 증가시킬 수 있다고 보고하였다.
	TWIP강의 인장강도는?	한편, TWIP강의 인장강도는 800~1000MPa 정도로서 비교적 높은 반면에 항복강도는 약 400MPa 수준으로 상대적으로 낮다. 항복강도를 증가시키기 위한 강화방법으로서는 적절한 합금원소를 첨가하는 고용강화와 석출강화, 그리고 결정립 미세화 강화 등 여러 가지 강화방법이 사용되고 있다.
	TWIP강의 항복강도를 증가시키기 위한 강화방법은?	한편, TWIP강의 인장강도는 800~1000MPa 정도로서 비교적 높은 반면에 항복강도는 약 400MPa 수준으로 상대적으로 낮다. 항복강도를 증가시키기 위한 강화방법으로서는 적절한 합금원소를 첨가하는 고용강화와 석출강화, 그리고 결정립 미세화 강화 등 여러 가지 강화방법이 사용되고 있다. 이러한 강화방법 중에서 결정립 미세화 강화는 합금의 화학성분을 변화시키지 않고 재료의 기계적 성질, 특히 항복강도를 증가시킬 수 있는 방법이다.

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