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문제 정의
- 그리고 강도, 연신율, 가공 경화율, serration 모양, 파면 형태와 같은 인장 특성을 변형 초기와 후기로 나누어 조사하였다. 이들로부터TWIP 강의 인장 특성에 미치는 변형률 속도 및 온도의 영향을 미세조직학적 인자와 함께 조사하였다.
제안 방법
- 강판의 L-T면(longitudinal-transverse plane)을 기계적및 전해 연마하고, 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope, model; S-4300E, Hitachi, Tokyo, Japan), X-선 회절기(Cu radiation, scan rate = 2 degree· min−1, scan step size = 0.02 degree), EBSD(Electron back-scatter diffraction)를 이용하여 미세조직을 관찰하였다.
- 이 후 변형률 속도와 온도를 변화시켜 인장 시험을 수행하였고, 변형 후의 미세조직을 관찰하였다. 그리고 강도, 연신율, 가공 경화율, serration 모양, 파면 형태와 같은 인장 특성을 변형 초기와 후기로 나누어 조사하였다. 이들로부터TWIP 강의 인장 특성에 미치는 변형률 속도 및 온도의 영향을 미세조직학적 인자와 함께 조사하였다.
- 두께가 30 mm 인 두꺼운 판을 1150°C에서 1 시간 균질화한 후, 1100°C에서 열간 압연하였다.
- 또한 변형률 속도를10−1 sec−1 로 고정하여 200°C 와 −196°C에서도 인장 시험하였다.
- 변형률 속도를 10−1 sec−1 과 10−3 sec−1 로 달리하여 상온에서 인장 시험하였다.
- 본 논문에서는 각각의 강재를 ‘18Mn’, ‘22Mn’, ‘18Mn1.6Al’, ‘18Mn1.9Al’ 로 명명하였다.
- 따라서 본 연구에서는 Mn과 Al 함량을 달리한 4 가지 종류의 고망간 TWIP 강을 제조하였다. 이 후 변형률 속도와 온도를 변화시켜 인장 시험을 수행하였고, 변형 후의 미세조직을 관찰하였다. 그리고 강도, 연신율, 가공 경화율, serration 모양, 파면 형태와 같은 인장 특성을 변형 초기와 후기로 나누어 조사하였다.
- , Canton, MA, USA)를 사용하였다. 파괴된 인장 시편은 주사전자현미경(field emis-sion scanning electron microscope, model; S-4300E, Hitachi, Tokyo, Japan)으로 파면을 관찰하고, X-선 회절기로 인장 시편의 미세조직 변화를 관찰하였다.
대상 데이터
- 따라서 본 연구에서는 Mn과 Al 함량을 달리한 4 가지 종류의 고망간 TWIP 강을 제조하였다. 이 후 변형률 속도와 온도를 변화시켜 인장 시험을 수행하였고, 변형 후의 미세조직을 관찰하였다.
- 진공 용해로를 이용하여 4가지 종류의 TWIP 강을 제조하였다. 화학조성은 0.
- 판상 인장 시편을 게이지 길이 25 mm, 폭 6mm, 두께 1.4 mm로 판재의 L 방향(longitudinal direction)으로 준비하였다. 변형률 속도를 10−1 sec−1 과 10−3 sec−1 로 달리하여 상온에서 인장 시험하였다.
성능/효과
- 1) 변형률 속도가 증가함에 따라 상온에서의 강도는 증가하는 반면, 연신율과 인장 곡선에서의 serration의 수는 감소하는데, 이는 변형에 의해 형성된 가동 전위가 국부적인 영역의 전위와 빠르게 상호 작용하였기 때문이다. 상온에서는 변형 후기에 serration이 크게 발생하여 가공경화능에 영향을 미친다.
- 18Mn1.6Al 강의 −196°C에서의 인장강도는 마르텐사이트 변태로 인해 상온에 비해 크게 증가하였고, 연신율은 약간 감소하였다.
- 2) 온도가 증가함에 따라 강도는 감소하지만 연신율은 증가하였다. 그리고 변형 초기와 후기에 거의 고르게 많은 수의 작은 serration이 나타나는데, 이는 가동 전위와 탄소 원자의 이동속도가 온도 상승에 따라 증가했기 때문으로 판단된다.
- 200°C에서 인장 시험한 항복강도는 415 ± 10 MPa 정도이며, Mn과 Al의 함량이 증가할수록 인장강도와 연신율은 감소하였다.
- 3) 적층 결함 에너지는 온도가 감소함에 따라 감소하기 때문에 −196°C에서 시험한 18Mn, 22Mn, 18Mn1.6Al강에서 마르텐사이트 변태가 발생하였다.
- 4) 18Mn1.9Al 강에서는 마르텐사이트 변태가 일어나지 않았지만 인장 시험의 초기 단계에서 많은 쌍정들이 형성되었고, 이들이 전위와 빠르게 상호 작용하기 때문에 온도가 낮을수록 강도가 증가하였다. 연성은 취성 파괴로 인해 온도가 감소함에 따라 감소하였다.
- 1-5) 구조용 철강재료는 변형률 속도가 증가함에 따라 강도가 증가하는 반면, 연신율은 감소하는데, 이는 전위의 급격한 상호 작용으로 인해 높은 가공 경화 효과가 나타나기 때문이다.6) 그리고 온도가 감소하면 강도는 증가하지만, 파괴 기구가 연성 파괴에서 취성 파괴로 전환되어 연신율은 감소하게 된다.6,7) Curtze 등은 TWIP강의 기계적 특성이 변형에 따른 강화 기구, 전위, 슬립, 쌍정, 마르텐사이트 변태와 관련이 있으며, 이들은 온도 의존성을 보인다고 보고하였다.
- 일반적인 구조용 철강재료에서 전위의 이동속도는 변형률 속도가 증가함에 따라 증가하는데, 이러한 이유로 변형률 속도가 증가함에 따라 인장강도는 증가하고 연신율은 감소한다.6) 반면, TWIP 강에서는 전위뿐만 아니라 쌍정의 형성, 마르텐사이트 변태, 쌍정과 전위의 상호작용이 복잡하게 가공 경화 효과에 영향을 미치므로 강도 및 연신율이 변화한다.
- 항복비는 가공경화효과와 연관이 있으며, 항복비와 가공경화능은 서로 반비례관계를 갖는다.7) 변형률 속도가 높은 경우, 가동전위의 이동도가 높아 변형시 쌍정과 전위는 빠르게 상호작용하게 된다. 그리고 변형률 속도가 증가하게 되면 가동전위가 이동할 만한 충분한 시간이 없기 때문에 강도는 증가하게 된다.
- −196°C에서 인장 시험 시에는 serration이 발생하지 않았다. Mn과 Al의 첨가량이 증가할수록 인장강도와 연신율은 증가하였다.
- 변형률 속도 10−1 sec−1에서의 강재들의 항복강도는 490± 30 MPa 정도이며, Mn과 Al의 함량이 증가할수록 인장강도와 연신율이 감소하였다.
- 변형률 속도 10−3 sec−1 일 때 항복강도는 470 ± 20 MPa 정도이며, Mn과 Al의 함량이 증가할수록 인장강도와 연신율은 감소하였다.
- 에서의 강재들의 항복강도는 490± 30 MPa 정도이며, Mn과 Al의 함량이 증가할수록 인장강도와 연신율이 감소하였다. 변형률 속도가 증가함에 따라 항복강도는 증가하였고, 반면 인장강도와 연신율은 감소하였다. 일반적인 구조용 철강재료에서 전위의 이동속도는 변형률 속도가 증가함에 따라 증가하는데, 이러한 이유로 변형률 속도가 증가함에 따라 인장강도는 증가하고 연신율은 감소한다.
- 본 연구에서는 변형률 속도가 증가함에 따라 TWIP 강의 항복강도와 항복비는 증가하고, 인장강도와 연신율은 감소하였다. 항복비는 가공경화효과와 연관이 있으며, 항복비와 가공경화능은 서로 반비례관계를 갖는다.
- 본 연구에서는 상온과 200°C에서는 높은 적층 결함 에너지로 쌍정이 잘 발달하였지만, 온도가 −196°C로 감소하면 적층 결함 에너지의 감소로 인장 시험 시 마르텐사이트 변태가 발생하는 결과가 나타났다.
- − 196°C에서 인장 시험한 항복강도는 18Mn 강이 761MPa로 가장 낮고 다른 강들은 870 ± 20 MPa 정도이다. 상온과 비교할 때, 온도가 감소할수록 강도는 증가하였고, 연신율은 감소하였다. −196°C에서 인장 시험 시에는 serration이 발생하지 않았다.
- 200°C에서 인장 시험한 항복강도는 415 ± 10 MPa 정도이며, Mn과 Al의 함량이 증가할수록 인장강도와 연신율은 감소하였다. 상온과 비교할 때, 온도가 증가할수록 강도는 감소하였고, 연신율은 증가하였다.
- 상온과 200°C에서는 적층결함에너지가 높아서 마르텐사이트 변태가 일어나지 않고 연성파괴가 발생하기 때문에 인장 특성의 변화가 크지 않다. 즉 온도가 증가함에 따라 인장 강도는 약간 감소하고, 연신율은 약간 증가하였다. 반면, −196°C에서는 적층결함에너지가 낮기 때문에 마르텐사이트 변태가 발생하고 취성파괴가 일어나기 때문에 인장 특성이 크게 변화하였다.
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