비원형 신선 공정을 이용한 중탄소강의 구상화 및 냉간 성형성 향상

Abstract

본 연구는 구상화 열처리 전에 선경 조정 및 구상화 촉진을 위해 시행하는 기존의 신선 공정 대신, 신선 후 소재의 단면 형상이 타원과 원형을 번갈아 갖는 비원형 신선 공정을 적용하여 중탄소강의 열처리 시간 단축을 위한 구상화 촉진 및 냉간 성형성을 향상시키고자 한다. 비원형 신선 공정의 적용 가능성을 확인하기 위해 강점소성 유한요소법 기반의 CAMPform3D 를 사용하여 원형 신선과 비원형 신선의 유효변형률 및 전단변형률의 분포를 비교하였으며, 유한요소해석 결과에 따르면 비원형 신선 공정이 원형 신선 공정에 비해 더 많고 고르게 소성 변형을 가할 수 있음을 확인하였다. 포스코에서 생산되어 냉간 압조용으로 널리 사용되는 SWRCH 45F 소재를 사용하여 각 패스마다 단면감소율이 20%인 금형을 이용해 4패스까지 원형 신선과 비원형 신선을 수행한 후 짝수 패스의 소재에 대해 인장 시험과 경도 시험을 수행하였다. 비원형 신선된 소재가 원형 신선된 소재에 비해 더 높은 인장 강도와 경도값을 보였으며 이러한 결과를 통해 구상화 촉진의 가능성을 확인하였다. 원형 신선, 비원형 신선으로 4패스까지 가공된 소재를 사용하였으며, 구상화 열처리는 사전 냉간 가공을 한 소재에 대해 효과적으로 구상화를 시킨다고 알려져 있는 subcritical annealing을 수행하였다. 열처리 시간은 2, 4, 8 시간으로 시간에 따른 기계적 물성 변화를 고찰하기 위해 인장 시험을 통해 소재의 인장 강도와 단면 감소율을 비교하였으며, 경도 시험을 통해 소재의 경도 값 및 분포를 비교하였다. 그 결과, 비원형 신선된 소재가 모든 열처리 시간에 대해 원형 신선된 소재에 비해 더 낮은 인장 강도와 경도값을 보였으며, 더 높은 단면감소율을 보이는 것을 확인하였다. 또한 냉간 성형성을 평가하기 위해 업셋팅 시험을 수행하였으며 비원형 신선된 소재가 향상된 성형성을 보임을 확인할 수 있었다. 전자 주사 현미경 장비를 이용한 미세조직 분석 및 구상화율 측정을 통해 구상화 열처리된 비원형 신선 소재의 구상화가 촉진되었음을 확인하였다. 이러한 결과들로부터 비원형 신선 공정 적용을 통해 중탄소강의 열처리 시간 단축을 위한 구상화 촉진 및 냉간 성형성을 향상에 도움이 됨을 확인하였다.