[논문]오스테나이타이징 온도와 냉각 속도가 SCM415 저탄소강의 미세조직과 경도에 미치는 영향

이종언; 이교명; 차재원; 박성혁

doi:10.5228/kstp.2022.31.4.207

오스테나이타이징 온도와 냉각 속도가 SCM415 저탄소강의 미세조직과 경도에 미치는 영향
Effect of Austenitizing Temperature and Cooling Rate on Microstructure and Hardness of Low-carbon SCM415 Steel 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.31 no.4, 2022년, pp.207 - 213

이종언 (경북대학교 신소재공학부) , 이교명 (경북대학교 신소재공학부) , 차재원 (경북대학교 신소재공학부) , 박성혁 (경북대학교 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, variations in the microstructure and hardness of a low-carbon SCM415 steel with austenitizing temperature and cooling rate are investigated. When the austenitizing temperature is lower than the A1 temperature (738.8 ℃) of the SCM415 steel, the microstructures of both the air-cooled and water-cooled specimens consist of ferrite and pearlite, which are similar to the microstructure of the initial specimen. When heat treatment is conducted at temperatures ranging from the A1 temperature to the A3 temperature (822.4 ℃), the microstructure of the specimen changes depending on the temperature and cooling rate. The specimens air- and water-cooled from 750 ℃ consist of ferrite and pearlite, whereas the specimen water-cooled from 800 ℃ consists of ferrite and martensite. At a temperature higher than the A3 temperature, the air-cooled specimens consist of ferrite and pearlite, whereas the water-cooled specimens consist of martensite. At 650 ℃ and 700 ℃, which are lower than the A1 temperature, the hardness decreases irrespective of the cooling rate due to the ferrite coarsening and pearlite spheroidization. At 750 ℃ or higher, the air-cooled specimens have smaller grain sizes than the initial specimen, but they have lower hardness than the initial specimen owing to the increased interlamellar spacing of pearlite. At 800 ℃ or higher, martensitic transformation occurs during water cooling, which results in a significant increase in hardness. The specimens water-cooled from 850 ℃ and 950 ℃ have a complete martensite structure, and the specimen water-cooled from 850 ℃ has a higher hardness than that water-cooled from 950 ℃ because of the smaller size of prior austenite grains.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1 Heat-treatment conditions conducted
표 Table 1 Chemical composition of SCM415 (in wt%)
그림 Fig. 2 A calculated TTT diagram of SCM415 [10]
그림 Fig. 3 Optical and SEM micrographs of heat-treated SCM415 samples. The davg and dwidth mean average size of ferrite and pearlite colony, and block width, respectively; yellow dotted line indicates packet boundaries of martensite
그림 Fig. 4 Variation in average size of ferrite, pearlite colony, and martensite block width with austenitizing temperature and cooling rate
$Fig. 5 Variations in area fractions of (a) ferrite, (b) pearlite, and (c) martensite with austenitizing temperature and cooling rate$ 그림 Fig. 5 Variations in area fractions of (a) ferrite, (b) pearlite, and (c) martensite with austenitizing temperature and cooling rate
그림 Fig. 6 Variation in hardness with austenitizing temperature and cooling rate

AI 본문요약
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문제 정의

특히, SCM415 와 같은 저탄소강은 중탄소강이나 고탄소강에 비해 오스테나이타이징 온도 및 냉각 속도차이에 따른 상세한 미세조직 변화와 이에 따른 경도 변화에 대한 연구가 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 0.15 wt%의 탄소함량을 가지는 SCM415 저탄소강에서 오스테나이타이징 온도와 냉각 속도가 결정립 크기 및 페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트 상분율에 미치는 영향과 이러한 미세조직 변화에 따른 소재의 경도 변화에 대해 조사하였다.

제안 방법

페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트의 분율은 이미지 분석 프로그램인 IMTisolution DT 를 이용하여 구하였다. 경도 실험은 비커스 경도기를 사용하여 0.5kgf 의 하중과 10 초의 유지시간 조건으로 측정을 진행하였고, 각 시편에서 10 번 측정 후 평균하여 구하였다.
열처리를 위한 시편은 압연 판재로부터 Φ5×10 mm 크기의 봉상 시편을 채취하였다. 열처리 온도와 냉각 속도에 따른 미세조직의 변화를 관찰하기 위하여 650 ℃, 700 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 950 ℃의 각 온도에서 2 시간 동안 열처리를 실시하 였다. 열처리 후 각 시편은 공냉(air cooling)과 수냉 (water cooling)을 각각 실시하였고 200 ℃에서 30 분간 템퍼링 후 수냉하였다(Fig.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 SCM415 강은 탄소 함량이 0.13–0.18 wt.%으로 열간 압연 공정을 통하여 제작되었다
열처리를 위한 시편은 압연 판재로부터 Φ5×10 mm 크기의 봉상 시편을 채취하였다

이론/모형

1). 열처리 전과 후의 미세조직의 변화를 관찰하고자 광학현미경(optical microscope, OM)과 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 이용하였고, 평균 결정립 크기는 페라이트, 펄라이트 콜로니, 그리고 마르텐사이트 block 의 폭(block width)을 나타내는 블록들 사이의 수직 거리를 linear intercept 방법을 통해 측정하였다. 페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트의 분율은 이미지 분석 프로그램인 IMTisolution DT 를 이용하여 구하였다.
열처리 전과 후의 미세조직의 변화를 관찰하고자 광학현미경(optical microscope, OM)과 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 이용하였고, 평균 결정립 크기는 페라이트, 펄라이트 콜로니, 그리고 마르텐사이트 block 의 폭(block width)을 나타내는 블록들 사이의 수직 거리를 linear intercept 방법을 통해 측정하였다. 페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트의 분율은 이미지 분석 프로그램인 IMTisolution DT 를 이용하여 구하였다. 경도 실험은 비커스 경도기를 사용하여 0.

성능/효과

(2) Stage I에서는 페라이트 조대화와 펄라이트 구상화로 인해 결정립의 크기가 초기 시편에 비해 증가하나, stage II 이후로는 페라이트 조대화와 펄라이트 구상화가 나타나지 않고 길게 연신된 페라이트/ 펄라이트 층상 구조가 작은 크기의 등축정 형태로 변하기 시작하므로, 초기 시편에 비해 결정립의 크기가 감소한다. 800 ℃ 이상의 온도에서 수냉 시 마르텐사이트가 나타나는데, 열처리 온도가 높을수록 변태되는 마르텐사이트의 양이 많아지고 결정립은 더욱 미세화된다.
(3) Stage I에서는 페라이트의 조대화와 펄라이트의 구상화로 인해 냉각 속도와 관계없이 경도가 감소 한다. Stage II와 stage III의 공냉 시편들은 결정립의 크기가 초기 시편보다 작지만 고온 열처리에 의해 펄라이트의 층상 간격이 넓어지므로 초기 시편보다 낮은 경도를 갖는다.
(2) Stage I에서는 페라이트 조대화와 펄라이트 구상화로 인해 결정립의 크기가 초기 시편에 비해 증가하나, stage II 이후로는 페라이트 조대화와 펄라이트 구상화가 나타나지 않고 길게 연신된 페라이트/ 펄라이트 층상 구조가 작은 크기의 등축정 형태로 변하기 시작하므로, 초기 시편에 비해 결정립의 크기가 감소한다. 800 ℃ 이상의 온도에서 수냉 시 마르텐사이트가 나타나는데, 열처리 온도가 높을수록 변태되는 마르텐사이트의 양이 많아지고 결정립은 더욱 미세화된다. 하지만, 850 ℃ 수냉 시편의 결정립 크기가 가장 미세한데, 그 이유는 950 ℃의 고온 열처리 시 초기 오스테나이트의 크기가 조대해져 수냉 시 마르텐사이트 packet 의 크기 및 block 의 폭도 함께 증가하기 때문이다.
(3) Stage I에서는 페라이트의 조대화와 펄라이트의 구상화로 인해 냉각 속도와 관계없이 경도가 감소 한다. Stage II와 stage III의 공냉 시편들은 결정립의 크기가 초기 시편보다 작지만 고온 열처리에 의해 펄라이트의 층상 간격이 넓어지므로 초기 시편보다 낮은 경도를 갖는다. 반면, 수냉 동안에는 800 ℃ 이상부터 마르텐사이트 변태가 발생하면서 경도가 증가한다.
반면, 수냉 동안에는 800 ℃ 이상부터 마르텐사이트 변태가 발생하면서 경도가 증가한다. 결정립의 크기가 가장 작은 850 ℃ 수냉 시편이 가장 높은 경도를 나타낸다.
Stage II와 stage III의 공냉 시편들은 결정립의 크기가 초기 시편보다 작지만 고온 열처리에 의해 펄라이트의 층상 간격이 넓어지므로 초기 시편보다 낮은 경도를 갖는다. 반면, 수냉 동안에는 800 ℃ 이상부터 마르텐사이트 변태가 발생하면서 경도가 증가한다. 결정립의 크기가 가장 작은 850 ℃ 수냉 시편이 가장 높은 경도를 나타낸다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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