동적재결정이 V-microalloyed 중탄소강의 결정조직과 상변태에 미치는 영향

Abstract

지구온난화 문제가 날로 심각해가고 있는 이 때에 이산화탄소가스의 배출이 지구온난화의 주된 원인으로 알려지고 있으며, 이 문제를 완화하기 위한 노력의 일환으로 자동차의 연비규제가 날로 강화되고 있다. 이에 따라 자동차의 경량화가 향후 자동차 산업 발전의 방향이 되고 있으며 이에 따라 자동차 부품 단조강의 경량화가 시급히 해결해야 할 주요 연구 개발과제가 되고 있다. 자동차용 부품소재인 단조강의 경량화를 이루기 위해서는 단조강의 강도와 인성을 종래의 단조강보다 현저히 (20-30% 이상) 향상할 수 있는 방안이 강구되어야 한다. 이러한 방안중의 강력한 방안이 초미세립 단조강을 제조할 수 있는 새로운 단조공정을 개발하는 방법이다. 이에 본 연구에서는 대표적인 자동차 부품용 펄라이트-페라이트 단조강인 V-MA (micro-alloyed) 중탄소강을 이용하여 본 연구에서는 V-MA중탄소강의 동적재결정 현상과 상변태거동에 대한 연구를 수행하고자 한다. 다단 고온 단조모사시험을 통해 고온변형 중 일어나는 동적재결정이 오스테나이트-페라이트 상변태에 어떤 영향을 미치는지 대해 연구하였다. 또한, 페라이트-펄라이트 상변태조직에 미치는 동적재결정된 AGS(Austenite grain size)효과와 냉각속도 효과에 대해 연구하였다. 열간-온간 복합 (혹은 온간-온간) 단조공정을 적용하고 온간변형 온도가 $825^\circ C$ - $850^\circ C$ 인 경우에 있어서 변형 후 이어지는 제어 냉각공정을 개발하면 30% 이상의 펄라이트 분율을 가지며 펄라이트 콜로니 크기가 10 - 20 um수준의 초미세립 펄라이트-페라이트 조직의 제조가능성을 보여주었다. 이와 같이 초미세립조직을 얻을 수 있는 이유는 온간단조와 같이 최종 단조온도가 비교적 저온인 경우에는 동적재결정에 의한 재결정립크기가 감소할 뿐 만 아니라, 동적재결정후 발생하는 준동적재결정에 의한 변형조직의 조대화가 최대한 억제되기 때문으로 판단되었다. 복합 단조공정을 연구한 결과 후단 단조온도가 감소함에 따라 변형 오스테나이트 조직은 동적 재결정 조직을 보였으며, 오스테나이트 재결정립 크기는 온도감소에 따라 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. 온간 변형온도가 $950^\circ C$ 근처에서 가장 미세한 동적 오스테나이트 재결정 조직을 보였는데, 이때 선행 오스테나이트 결정립 크기는 5um에 달하여 초미세립 조직을 얻을 수 있었다. 냉각 중에 형성되는 페라이트 분율은 냉각속도에 민감하였으며 냉각속도가 충분히 느린 경우 온간 변형온도에 따라 크게 변화하였다. 즉, 온간 변형 온도가 감소함에 따라 페라이트 분율은 연속적으로 증가하였다. 이는 온간변형 온도가 감소함에 따라 동적재결정과 준동적재결정에 의해 형성되는 선행 오스테나이트 결정립 크기가 연속적으로 감소하고 그에 따라 $S_v$ 가 연속적으로 증가하기 때문으로 판단되었다. 상기 기술한 미세조직 형성 원리를 바탕으로 다단 제어냉각 공정을 적용하여 종래 제어냉각공정보다 페라이트 분율이 3배까지 증가하고 펄라이트 콜로니크기를 1/2이하로 감소함으로 미세한 펄라이트-페라이트 조직을 얻을 수 있었다. 미소 경도가 현저히 증가하였으며 small ball punch (SP) 시험결과 강도와 인성이 동시에 향상되는 것으로 예측되었다. 강도와 인성은 QT-강의 그것과 비교되거나 오히려 우수한 특성을 보일 수 있는 것으로 판단되었다. 또한 고온변형된 변형조직을 급속냉각하여 오스테나이트-패라이트 변태를 억제하고 오스테나이트-펄라이트 변태를 유도한 결과 비 정규적인 라멜라 조직을 보이는 Pseudo-Pearlite 조직을 얻을 수 있었다. Pseudo-Pearlite 조직의 미소 경도 및 SP-시험한 결과, 종래의 제어냉각공정 조직(펄라이트-페라이트)에 비해 미소경도는 상대적으로 작은 편이었으나 강도와 인성이 현저히 증가할 수 있다는 가능성을 보여주었다.