Nb을 첨가한 이상조직강의 소부경화 특성에 관한 연구

Abstract

이상조직강은 연질의 페라이트 기지에 경질의 마르텐사이트가 분산되어 종래의 고강도저합금강(High Strength Low Alloy steel, HSLA)보다 강도 대비 연성을 향상시킨 강종이다. 이상조직강의 특성으로서는 0.5~0.7 범위의 항복비(YS/TS)와 고가공경화지수(n-value) 특성을 가지고 있어 가공성이 우수하고, 제조과정에서 변태 마르텐사이트 주위에 가동전위(mobole dislocation)가 도입되면서 항복점 연신현상이 없어지기 때문에 성형부하가 감소될 뿐만 아니라 가동전위의 존재로 상온 내시효성이 개선된 강으로 알려져 있다[1]. 이상조직강이 자동차용 외판으로 사용될 때는 자동차 제조 공정에서 원하는 형상으로 성형하고 도장 후 건조를 위해 약 130~200℃에서 수십분간 가열하게 되는데, 이때 강판의 강도가 증가하게 된다. 이러한 현상을 소부경화(bake hardening)라 한다. 이상조직강의 소부경화는 페라이트와 마르텐사이트의 두 조직으로 이루어졌기 때문에 일반강의 소부경화 현상보다는 복잡한 과정으로 일어나지만 그 두 조직이 소부경화에 미치는 영향에 관한 결과는 아직 명확하지 않은 실정이다. 본 실험은 Nb을 첨가한 강과 첨가하지 않은 강의 소부경화를 비교하여, Nb이 이상조직강의 소부경화에 미치는 영향을 고찰하고자 한다. 자동차 제조 공정의 프레스 성형을 모사하기 위해 인장시험기로 2% 예비변형을 가하였으며, 170℃~230℃온도에서 소부처리 한 후 재인장시험을 통하여 항복강도의 변화를 측정하였다. 이상조직강의 소부경화 측정은 유럽(SEW 094)기준으로, 2% pre-strain 후의 항복강도와 소부처리 후의 하부항복강도의 차이로 나타냈다. 연복항복거동을 나타낼 경우 2% offset 방법으로 구한 값으로 하였다. 페라이트와 마르텐사이트 두 조직의 미세경도를 측정하기 위해 나노인덴터(Nanoindenter)로 소부처리 온도에 따른 경도를 측정하였으며, OM, SEM등으로 미세조직을 관찰하였다. I.Q(Intermediate Quenching)열처리를 통해 Nb을 첨가한 강이 첨가하지 않은 강에 비해 페라이트 입자크기가 1㎛정도가 작아졌고, 마르텐사이트 분율도 4~6% 높았다. 170℃의 소부온도로 10~100분까지 유지하였을 때, Nb을 첨가하지 않은 강의 경우는 80분 이후 소부경화량이 감소를 보였으며, Nb을 첨가한 강의 경우는 계속 증가하였다. 190℃의 소부온도에서 Nb을 첨가하지 않은 강의 경우는 60분 이후 소부경화량이 감소를 보였으며, Nb을 첨가한 강은 80분 이후로 Nb을 첨가했을 때 소부경화량이 감소하는 시점과 감소량이 적었다. 나노인덴터 실험 결과 소부경화시 페라이트는 경도 증가를 나타냈고, 마르텐사이트는 경도 감소를 나타냈다. 마르텐사이트의 경도가 감소해도 이상조직강을 소부경화시 항복강도가 증가하는 것은 경도증가를 나타내는 페라이트의 분율(80%)이 경도 감소를 나타내는 마르텐사이트 분율(20%)보다 높기 때문이다. Nb이 첨가된 강의 경우 소부온도에서 마르텐사이트의 연화를 지연시키기 때문에 전체적인 소부경화량의 증가량은 고온(>170℃)에서 Nb을 첨가하지 않은 강에 비해 높았다.