[논문]제어 압연과 가속 냉각에 의해 저탄소강에서 형성되는 미세조직의 특징과 구분

이상인; 홍태운; 황병철

doi:10.3740/mrsk.2017.27.11.636

제어 압연과 가속 냉각에 의해 저탄소강에서 형성되는 미세조직의 특징과 구분
Microstructure Characteristics and Identification of Low-Carbon Steels Fabricated by Controlled Rolling and Accelerated Cooling Processes 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.27 no.11, 2017년, pp.636 - 642

이상인 (서울과학기술대학교 신소재공학과) , 홍태운 (서울과학기술대학교 신소재공학과) , 황병철 (서울과학기술대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In the present study the microstructure of low-carbon steels fabricated by controlled rolling and accelerated cooling processes was characterized and identified based on various microstructure analysis methods including optical and scanning electron microscopy, and electron backscatter diffraction(EBSD). Although low-carbon steels are usually composed of ${\alpha}-ferrite$ and cementite($Fe_3C$) phases, they can have complex microstructures consisting of ferrites with different size, morphology, and dislocation density, and secondary phases dependent on rolling and accelerated cooling conditions. The microstructure of low-carbon steels investigated in this study was basically classified into polygonal ferrite, acicular ferrite, granular bainite, and bainitic ferrite based on the inverse pole figure, image quality, grain boundary, kernel average misorientation(KAM), and grain orientation spread(GOS) maps, obtained from EBSD analysis. From these results, it can be said that the EBSD analysis provides a valuable tool to identify and quantify the complex microstructure of low-carbon steels fabricated by controlled rolling and accelerated cooling processes.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

^27,29) 그러나 이러한 미세조직들은 결정립 크기나 형태, 결정립계 방위차(misorientation), 하부구조(substructure),전위밀도, 2차상 등에 따라 연구자들마다 서로 다르게 정의되는 문제점이 있다.^25,26,29) 따라서 본 논문에서는 제어 압연과 가속 냉각에 의해 저탄소강에서 형성되는 다양한 ferrite 조직과 저온변태 조직의 특징에 대해 정리하고, 다양한 분석장비를 이용하여 이를 분석하는 방법에 대하여 고찰하였다.

제안 방법

따라서 본 연구에서는 Fig. 3에 나타낸 것과 같이 EBSD 분석을 통한 미세조직적 특징을 기반으로 하여 미세조직을 구분하고, 그 분율을 정량적으로 측정을 하고자 하였다. Polygonal ferrite의 분율은 OIM 분석 소프트웨어를 이용한 grain orientation spread(GOS) map을 활용하였다.

데이터처리

5에 나타낸 것과 같이 표시할 수 있다.^4,36) 한편 acicular ferrite의 경우 매우 미세하고, 불규칙한 결정립계로 이루어진 특징을 가지기 때문에 본 연구에서는 polygonal ferrite, granular bainite, bainitic ferrite의 분율을 측정한 후 나머지 부분을 balance 값으로 설정하여 분율을 측정하였다. EBSD 분석의 경우 광학현미경과 주사전자현미경에 비해 분석이 상대적으로 까다롭고, 관찰 범위가 매우 좁아 대표성을 보이기 위해서는 상대적으로 많은 양의 실험을 해야 하는 단점이 존재하지만, Fig.

이론/모형

3에 나타낸 것과 같이 EBSD 분석을 통한 미세조직적 특징을 기반으로 하여 미세조직을 구분하고, 그 분율을 정량적으로 측정을 하고자 하였다. Polygonal ferrite의 분율은 OIM 분석 소프트웨어를 이용한 grain orientation spread(GOS) map을 활용하였다. GOS 분석은 하나의 결정립 안에서 각 point간의 평균 misorientation을 계산하여 조건에 부합하는 결정립을 polygonal ferrite(노란색 영역)로 결정하는 방법이다.
본 연구에서는 제어 압연과 가속 냉각을 통해 제조된 저탄소강의 미세조직을 구분하고 정량적으로 분석하기 위해 EBSD(electron backscatter diffraction) 분석을 실시하였다. EBSD 시편은 압연재의 두께 1/2되는 위치의 L-T(longitudinal-transverse) 면을 기계적으로 연마한 후92 % acetic acid와 8 % prechloric acid를 혼합하여 넣은 분사식 전해연마기로 전해연마를 실시하였다.

성능/효과

이들 저탄소강의 미세조직은 일반적으로 polygonal ferrite, acicualr ferrite, granular bainite, bainitic ferrite로 크게 구분될 수 있는데, 광학현미경 및 주사전자현미경 관찰을 통해서는 poly-gonal ferrite를 제외한 다른 미세조직들의 특징을 분석하는데 한계가 있었다. 그러나 EBSD 분석으로부터 얻어지는 inverse pole figure, image quality, grain bound-ary, kernel average misorientation(KAM), grain orien-tation spread(GOS) 등의 다양한 결과들을 활용할 경우이들 저탄소강의 복잡한 미세조직을 보다 명확하게 구분하고, 정량적으로 측정할 수 있었다.

후속연구

본 연구에서는 제어 압연과 가속냉각에 의해 저탄소강에서 형성되는 ferrite 조직과 저온변태 조직의 특징에 대해 정리하고, 다양한 분석장비를 활용하여 미세조직을 구분하였다. 이들 저탄소강의 미세조직은 일반적으로 polygonal ferrite, acicualr ferrite, granular bainite, bainitic ferrite로 크게 구분될 수 있는데, 광학현미경 및 주사전자현미경 관찰을 통해서는 poly-gonal ferrite를 제외한 다른 미세조직들의 특징을 분석하는데 한계가 있었다. 그러나 EBSD 분석으로부터 얻어지는 inverse pole figure, image quality, grain bound-ary, kernel average misorientation(KAM), grain orien-tation spread(GOS) 등의 다양한 결과들을 활용할 경우이들 저탄소강의 복잡한 미세조직을 보다 명확하게 구분하고, 정량적으로 측정할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	철강재료의 주요한 기계적 특성 어떤 방식을 통하여 확보될 수 있는가?	1-4) 철강재료의 주요한 기계적 특성으로는 강도, 연성과 함께 저온인성, 내부식성 등이 있으며, 최근 구조물의 안전성에 대한 높은 사회적 요구에 따라 우수한 항복비 및 균일 연신율 특성이 큰 관심을 받고 있다.3) 이러한 기계적 특성은 미세조직의 제어를 통해 확보될 수있는데, 저탄소강의 경우 일반적으로 상온에서 존재하는 α-ferrite와 cementite(Fe3C) 외에 온도에 따른 변형량, 냉각 온도 및 속도 등에 따라 acicular ferrite, granular bainite, upper bainite, lower bainite, lath martensite 등의 다양한 저온변태 미세조직(low-temperature transfor-mation microstructure)이 형성될 수 있다.4,5)
	철강재료의 특징은?	철강재료는 합금원소와 제조 조건에 따라 미세조직이 크게 달라지며, 그로 인해 다양한 기계적 특성이 얻어진다.1-4) 철강재료의 주요한 기계적 특성으로는 강도, 연성과 함께 저온인성, 내부식성 등이 있으며, 최근 구조물의 안전성에 대한 높은 사회적 요구에 따라 우수한 항복비 및 균일 연신율 특성이 큰 관심을 받고 있다.3) 이러한 기계적 특성은 미세조직의 제어를 통해 확보될 수있는데, 저탄소강의 경우 일반적으로 상온에서 존재하는 α-ferrite와 cementite(Fe3C) 외에 온도에 따른 변형량, 냉각 온도 및 속도 등에 따라 acicular ferrite, granular bainite, upper bainite, lower bainite, lath martensite 등의 다양한 저온변태 미세조직(low-temperature transfor-mation microstructure)이 형성될 수 있다.
	우수한 기계적 특성을 갖는 철강재료를 제조하는 방법은?	일반적으로 우수한 기계적 특성을 갖는 철강재료를 제조하기 위해서는 합금원소를 첨가하는 방법이 널리 사용되고 있다.6-12) 그러나 다량의 합금원소 첨가는 제조 비용을 높이고, 용접성을 저하시키기 때문에 탄소 함량 및 기타 합금원소의 첨가를 최소화시키는 방향으로 연구가 꾸준히 진행되어 왔다.

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