[논문]STD 11 강의 오스테나이트화 온도에 따른 제 특성의 정량 분석

김조은; 주용후; 장우양

doi:10.12656/jksht.2017.30.5.215

STD 11 강의 오스테나이트화 온도에 따른 제 특성의 정량 분석
Quantitative Analysis of Metallographic Characteristics with Austenitizing Temperature in STD 11 Steel 원문보기

열처리공학회지 = Journal of the Korean society for heat treatment, v.30 no.5, 2017년, pp.215 - 221

김조은 (조선대학교 대학원 첨단소재공학과) , 주용후 (조선대학교 대학원 첨단소재공학과) , 장우양 (조선대학교 재료공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The effect of austenitizing temperature on the degree of carbides re-solutionizing, mean graine size, hardness and the volume fraction of retaind austenite ($V_{\gamma}$) etc., has been studied by means of metallography, X-ray diffractometry and hardness measurement in STD 11 tool steel. As austenitizing temperature increases, the amount of alloying elements which is re-dissolved into matrix increases, resulting in increase of $V_{\gamma}$, due to the chemical stabilization of austenite. The Vickers hardness value decreases with increasing austenitizing temperature, which is attributed to grain size as well the volume fractions of $V_{\gamma}$ and carbides. Theoretical diffraction intensity of (200) ${\alpha}^{\prime}$, (211) ${\alpha}^{\prime}$ (200) ${\gamma}$ and (220) ${\gamma}$ peaks obtained by $CuK_{\alpha}$ chracteristics X-ray (${\lambda}=0.15429nm$) was calculated, and quantitative analysis of $V_{\gamma}$ could be carried out by X-ray diffraction method. The resultant value is well coincided with the value obtained by image analysis method. When the quenched specimen is tempered above $200{\sim}400^{\circ}C$ for 30 min, the transition carbides i.e., MC and $M_2C$ in the size of about 20 nm begin to precipitate at $300^{\circ}C$.

주제어

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문제 정의

본 연구에서는 냉간 프레스 금형강으로 사용되는 STD 11 강에서 여러 오스테나이트화 처리 온도에 따른 복합탄화물의 재고용(Resolutionization) 정도, 평균 결정립 크기, 경도 및 상변화를 화상분석 및 X선 회절법 등으로 측정·비교하여 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 오스테나이트화 처리 온도의 영향을 규명하고자 하였다. 또한 칭 후 저온 템퍼링 온도에 따른 미세 탄화물의 석출 거동을 조사하였다.

제안 방법

냉간 프레스 금형강으로 사용되는 STD 11 강에서 복합탄화물의 재고용도, 평균 결정립 크기, 경도 및 잔류 오스테나이트 체적분률에 미치는 오스테나이트화 온도의 영향과 칭 후 미세 탄화물 석출에 미치는 저온 템퍼링의 영향에 대하여 연구하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 냉간 프레스 금형강으로 사용되는 STD 11 강에서 여러 오스테나이트화 처리 온도에 따른 복합탄화물의 재고용(Resolutionization) 정도, 평균 결정립 크기, 경도 및 상변화를 화상분석 및 X선 회절법 등으로 측정·비교하여 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 오스테나이트화 처리 온도의 영향을 규명하고자 하였다. 또한 칭 후 저온 템퍼링 온도에 따른 미세 탄화물의 석출 거동을 조사하였다.
오스테나이트화 처리는 환봉(φ=30 mm) 상태의 STD 11 강을 t=2 mm로 절단하고 스테인레스 포일로 밀봉하여 2 × 10⁻³ torr의 진공 분위기의 수평형 관상로에서 1,020, 1,040, 1,060 및 1,080^o C에서 40분간 가열하여 오스테나이타화 처리한 후 실온의 냉각제(물+ 칭유)에 급냉하였다. 템퍼링 처리는 칭한 시편들을 200, 300 및 400^o C에서 30분 동안 유지한 후 공냉하였다.
퀜칭 후 나타나는 상변화 및 잔류오스테나이트의 체적분률을 조사하기 위하여 as-received 시편과 1,020, 1,040, 1,060 및 1,080o C에서 각각 40분 동안 오스테나이트화 처리한 후 유냉한 시편들에 대하여 X-선 회절시험하였으며 그 결과는 Fig. 5와 같다.
퀜칭 후 저온 템퍼링에 의한 미세 탄화물의 석출 양상을 알아보기 위하여 1,040^oC에서 오스테나이트화 처리한 시편을 액체질소에 침지하여 잔류 오스테나이트를 제거한 후 200~400^oC에서 30분 동안 템퍼링하여 원자현미경으로 관찰하였으며 그 결과는 Fig. 8과 같다.
탄화물의 크기 및 형상, 결정립 크기, 상변화 등을 조사하기 위하여 Perchloric acid(1 Pt.+Butylcellosolve(2 Pt.)+Ethanol(7 Pt.) 혼합용액에서 전해연마한 후 10% Nital 또는 Super picral로 에칭하여 광학현미경, 전계주사전자현미경 및 원자현미경 등으로 관찰하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 합금은 냉간 프레스 금형공구강인 STD 11 강으로서 화학조성은 Table 1과 같다.

데이터처리

Fig. 1의 미세조직에 나타난 평형상들을 확인하기 위하여 X-선 회절시험을 실시하였으며 그 결과를 나타낸 Fig. 2의 회절도형으로부터 α-ferrite, M₃C 및 M₇C₃ 복합 탄화물들로 확인되었다.

이론/모형

5^o 2θ/min로 2θ=30^o ~120^o 의 범위에서 실시하였다. 잔류 오스테나이트 체적분률은 마르텐사이트의 (200)α', (211)α' 피크, 오스테나이트의 (200)γ 및 (220)γ 피크들의 이론 적분강도(R)를 구하여 X-선 회절시험으로부터 얻어진 실제 적분강도(I) 와의 비(I/R)를 ASTM E-975에서 제안한 식[7]에 의해 계산하였다.

성능/효과

1. 오스테나이트화 온도가 상승함에 따라 주로 1~2 μm 크기의 공석탄화물로부터 분해된 합금원소의 기지로의 재고용량은 증가하였으며 이는 오스테나이트의 화학적 안정화를 초래하여 잔류 오스테나이트의 체적분률을 증가시켰다.
3. CuK_α 특성 X-선(λ=0.15429 nm)으로부터 얻은 (200)α', (211)α' 피크, 오스테나이트의 (200)γ 및 (220)γ 회절 피크의 이론 회절강도를 구하여 X-선 회절법에 의해 탄화물이 포함된 STD 11 강의 잔류 오스테나이트 체적분률을 정량하였으며 그 결과는 화상분석에 의해 구한 값과 잘 일치하였다.
4. 퀜칭 후 액체질소에서 크라이오 처리한 시편들을 200~400^oC에서 각각 30분간 템퍼링한 결과 300^oC 템퍼링에서 20 nm 내외의 MC 또는 M₂C 천이탄화물이 석출하기 시작하여 템퍼링 온도가 400^oC로 상승함에 따라 체적분률은 증가하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	오스테나이트화 처리과정이 미치는 영향은?	따라서 이러한 복합탄화물들을 분해하여 합금원소의 형태로 고온상인 오스테나이트 기지에 재고용하는 오스테나이트화(Austenitizing) 처리는 매우 중요한 열처리 공정이다. 오스테나이트화 처리과정에서 재고용되는 합금원소의 양은 오스테나이트 기지의 화학조성을 결정하게 되며 이러한 기지의 화학조성은 이후 실시되는 칭 및 템퍼링에 의해 나타나는 미세조직 및 상변태 특성에 큰 영향을 미치게 된다[2-4].
	STD 11 강이 기계적 성질을 얻기 위해 어떤 과정을 거치는가?	냉간 프레스 가공에서 금형 소재로 사용되는 STD 11 강에서 열처리에 의해 원하는 미세조직 및 기계적 성질을 얻기 위해서는 기본적으로 QT처리 - 칭 (Quenching) 및 템퍼링(Tempering) -를 실시한다. 그러나 STD 11 강은 1.
	오스테나이트화 처리를 통하여 분해하는 복합탄화물은 무엇이 있는가?	그러나 STD 11 강은 1.5% 내외의 C와 탄화물 형성원소인 Cr, Mo 및 V 등을 소량 함유하고 있기 때문에 기지에는 많은 양의 복합탄화물들(주로 M7C3)이 존재하고 있다[1]. 따라서 이러한 복합탄화물들을 분해하여 합금원소의 형태로 고온상인 오스테나이트 기지에 재고용하는 오스테나이트화(Austenitizing) 처리는 매우 중요한 열처리 공정이다.

참고문헌 (14)

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