[논문]페라이트-펄라이트 조직 아공석강의 강도와 연성에 미치는 미세조직적 인자의 영향

이상인; 강준영; 이상윤; 황병철

doi:10.12656/jksht.2016.29.1.8

페라이트-펄라이트 조직 아공석강의 강도와 연성에 미치는 미세조직적 인자의 영향
Effect of Microstructural Factors on Strength and Ductility in Hypoeutectoid Steels with Ferrite-Pearlite Structure 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.29 no.1, 2016년, pp.8 - 14

이상인 (서울과학기술대학교 신소재공학과) , 강준영 (서울과학기술대학교 신소재공학과) , 이상윤 (포스코 기술연구원 포항연구소) , 황병철 (서울과학기술대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This article presents a study on the tensile properties of hypoeutectoid steels with different ferrite-pearlite microstructures. Nine kinds of hypoeutectoid steel specimens were fabricated by varying carbon content and isothermal transformation temperature. The microstructural factors such as ferrite & pearlite fraction, interlamellar spacing, and cementite thickness were quantitatively measured and then tensile tests were carried out on the specimens in order to investigate the correlation of the microstructural factors with strength and ductility. The pearlite volume fraction usually increased with decreasing transformation temperature, while the pearlite interlamellar spacing and cementite thickness decreased mostly with decreasing transformation temperature, irrespective of carbon content. The tensile test results showed that the yield and tensile strengths of all the steel specimens increased and their ductility was also improved as the transformation temperature decreased. For the steel specimens investigated, the difference in the transformation temperature dependence of strength and ductility could be explained by the fact that the variation in pearlite fraction with transformation temperature noticeably affected various microstructural factors such as pearlite interlamellar spacing and cementite thickness associated with pearlite fracture mechanism such as void initiation, cementite necking, and cracking.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구에서는 페라이트-펄라이트 조직의 아공석강에 대하여 변태온도에 따른 미세조직적 인자의 변화를 정량적으로 측정하고, 강도와 연성에 미치는 미세조직적 인자들의 영향에 대해 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 변태온도가 낮아짐에 따라 탄소 함량에 관계없이 모든 시편에서 펄라이트 분율은 증가하였지만, 펄라이트 층상간격과 시멘타이트 두께는 감소하는 경향을 나타내었다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 아공석 범위에 있는 3 종류의 탄소강에 대하여 변태온도를 변화시켜 다양한 크기의 층상간격, 시멘타이트 두께 및 펄라이트 분율을 갖는 시편들을 먼저 제조한 후 미세조직을 정량적으로 분석하고, 인장 시험을 실시하여 페라이트-펄라이트 조직을 갖는 아공석강의 강도 및 연성에 미치는 미세조직적 인자의 영향에 대해 구체적으로 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 강재의 화학조성을 Table 1에 나타내었으며, 탄소 함량에 따라 편의상 ‘20C’, ‘30C’, 그리고 ‘45C’로 표기하였다. 이들 강재는 50 kg 단위로 진공용해한 후 1,200^oC에서 오스테나이트화 처리 후 900^oC 이상에서 15 mm로 열간 압연한 판재이다. 이 판재들을 950^oC에서 10분간 오스테나이트화 처리 후 550^oC, 600^oC, 650^oC에서10분간 등온 변태(isothermal transformation)를 실시하여 각 강재 별로 층상간격이 다른 3종류의 시편을 제조하였다.

성능/효과

인장 시험 결과 탄소 함량에 관계없이 변태온도가 낮아질수록 항복 및 인장강도가 증가하고, 연성이 향상되는 동일한 경향을 나타내었다. 그러나 강도 및 연성의 변화 정도가 탄소 함량에 따라 시편마다 차이를 나타내었는데 이는 변태온도 변화에 따라 펄라이트 분율이 변화되면서 펄라이트 층상간격과 시멘타이트 두께 등의 다양한 미세조직적 인자들에 영향을 주었기 때문이다. 앞으로 아공석강에서 강도 및 연성에 미치는 미세조직적 인자의 영향을 보다 정량적으로 이해하기 위해서는 보다 넓은 범위의 펄라이트 분율 및 층상간격, 시멘타이트 두께, 합금원소 등을 갖는 시편들에 대한 광범위한 연구가 필요할 것으로 생각된다.
본 연구에서는 페라이트-펄라이트 조직의 아공석강에 대하여 변태온도에 따른 미세조직적 인자의 변화를 정량적으로 측정하고, 강도와 연성에 미치는 미세조직적 인자들의 영향에 대해 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 변태온도가 낮아짐에 따라 탄소 함량에 관계없이 모든 시편에서 펄라이트 분율은 증가하였지만, 펄라이트 층상간격과 시멘타이트 두께는 감소하는 경향을 나타내었다. 인장 시험 결과 탄소 함량에 관계없이 변태온도가 낮아질수록 항복 및 인장강도가 증가하고, 연성이 향상되는 동일한 경향을 나타내었다.
변태온도가 낮아짐에 따라 탄소 함량에 관계없이 모든 시편에서 펄라이트 분율은 증가하였지만, 펄라이트 층상간격과 시멘타이트 두께는 감소하는 경향을 나타내었다. 인장 시험 결과 탄소 함량에 관계없이 변태온도가 낮아질수록 항복 및 인장강도가 증가하고, 연성이 향상되는 동일한 경향을 나타내었다. 그러나 강도 및 연성의 변화 정도가 탄소 함량에 따라 시편마다 차이를 나타내었는데 이는 변태온도 변화에 따라 펄라이트 분율이 변화되면서 펄라이트 층상간격과 시멘타이트 두께 등의 다양한 미세조직적 인자들에 영향을 주었기 때문이다.

후속연구

그러나 강도 및 연성의 변화 정도가 탄소 함량에 따라 시편마다 차이를 나타내었는데 이는 변태온도 변화에 따라 펄라이트 분율이 변화되면서 펄라이트 층상간격과 시멘타이트 두께 등의 다양한 미세조직적 인자들에 영향을 주었기 때문이다. 앞으로 아공석강에서 강도 및 연성에 미치는 미세조직적 인자의 영향을 보다 정량적으로 이해하기 위해서는 보다 넓은 범위의 펄라이트 분율 및 층상간격, 시멘타이트 두께, 합금원소 등을 갖는 시편들에 대한 광범위한 연구가 필요할 것으로 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초석 페라이트와 펄라이트의 미세조직을 갖는 탄소강의 경우 인장 성질에 큰 영향을 미치는 미세조직적인자는?	과거 수십 년 동안 많은 연구자들에 의해 아공석 범위의 탄소강의 기계적 성질에 미치는 미세조직적인자의 영향에 대한 연구가 이루어져 왔다[1-13]. 초석 페라이트와 펄라이트의 미세조직을 갖는 탄소강의경우 탄소 및 기타 합금원소와 더불어 결정립 크기, 펄라이트 층상간격(interlamellar spacing), 시멘타이트 두께(cementite thickness), 펄라이트 노듈 및 콜로니(nodule and colony) 크기 등의 미세조직적인자가 인장 성질에 큰 영향을 준다. 위의 미세조직적 인자들은 열처리 조건에 의해 변화될 수 있는데, 일반적으로 오스테나이트화 온도를 변화시키면 오스테나이트 결정립 크기, 초석 페라이트 분율 등이 동시에 변화되며, 변태온도를 변화시키면 펄라이트 층상간격 및 시멘타이트 두께가 변화되면서 펄라이트 분율과 콜로니 크기가 동시에 변화되어 이들 간의 상호적인 영향을 이해하는 것이 중요하다.
	아공석강에서 펄라이트 층상 간격이 감소할 때 강도는 증가되지만 반대로 연성이 감소되는 이유는?	한편 Sim 등[8]은 페라이트-펄라이트의 미세조직을 갖는 아공석강의 연성에 미치는 펄라이트 층상간격 및 시멘타이트 두께에 대한 영향을 연구하였는데, 이들 연구에 의하면 특정 펄라이트 층상간격 및 시멘타이트 두께에서 최대 연성이 나타났다. 그러나 다른 연구 결과[14]에 의하면 펄라이트 층상간격의 감소는 미세 펄라이트가 소성변형을 저지하는 경향이 크기 때문에 강도는 증가되지만 반대로 연성이 감소된다. 아직까지 아공석강의 인장 특성에 미치는 미세조직적 인자의 영향에 대해서는 모호한 점이 많으며, 인장 특성과의 상관관계에 대한 체계적인 연구는 다소 부족한 실정이다.
	펄라이트 층상간격의 미세화는 물성 변화에 어떤 영향을 미치는가?	Bae는[10] 열처리 및 신선 가공에 따른 미세조직적 인자의 변화를 분석하여 인장 성질에 미치는 영향을 보고하였고, Nakase 등은[3] 다양한 합금원소를 가진 탄소강에 대해 열처리 조건을 달리하여 기계적 성질에 미치는 미세조직적 인자의 영향을 분석하였다. 그 결과 펄라이트 층상간격의 미세화는 항복강도 및 인장 강도를 향상시키며, 동시에 연성도 증가시키는 것으로 나타났다. 한편 Sim 등[8]은 페라이트-펄라이트의 미세조직을 갖는 아공석강의 연성에 미치는 펄라이트 층상간격 및 시멘타이트 두께에 대한 영향을 연구하였는데, 이들 연구에 의하면 특정 펄라이트 층상간격 및 시멘타이트 두께에서 최대 연성이 나타났다.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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