FE-SEM을 이용한 열연 FB강의 베이나이트-마르텐사이트 분석

Abstract

강에서 형성되는 대표적인 저온 상은 크게 베이나이트와 마르텐사이트로 구분된다. 이러한 저온 상은 하부구조(substructure)의 복잡성 때문에 다양한 연구자들에 의해 상이한 기준에 따라 분류되고 있으나, 통상 베이나이트는 세멘타이트의 형성 위치에 따라 상부와 하부 베이나이트로 구별되며, 마르텐사이트는 탄소 양에 따라 래스와 플레이트 마르텐사이트로 분류되나 저탄소강에서는 래스 마르텐사이트가 주로 관찰된다. 이러한 저온 조직은 하부구조를 볼 수가 없어 광학현미경(OM)을 이용하여 조직을 구분하거나 양을 측정하기는 용이하지 않으며, 투과전자현미경(TEM)을 통해 조직을 구분하고 있다. 그러나 TEM을 사용할 경우 시편 준비 및 정량분석이 용이하지 않고 시간이 많이 걸리는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 TEM 보다는 상대적으로 용이하며 분해능이 우수한 전계방사 주사전자현미경(FE-SEM)을 이용하여 저온 상을 구분하는 법에 대하여 고찰해 보았다. 대상 강종으로는 자동차용 강재 중 신장 플랜지 가공성(stretch flange formability)이 우수한 FB(ferrite-Bainite) 강을 사용하였다. FB강이란 DP강(dual phase steel)의 일종으로서 제 2상으로서 마르텐사이트 대신 베이나이트 상을 형성시키는 이상(dual phase) 조직강이다. 저온 상들은 열처리 조건을 변화시켜가며 딜라토미터(dilatometer)를 이용하여 시험하였고 먼저 광학 현미경 및 dilatation에 의해 판단되는 형성 온도 등을 고려하여 구분하였다. 상기 조건에 의해 구분이 어려운 조직들은 2차 분류하여 FE-SEM으로 관찰하였다. 느린 냉각속도 및 고온에서 형성되는 제 2상은 펄라이트로서 FE-SEM에 의해 뚜렷한 lamella 구조를 보였으며, 베이나이트는 세멘타이트의 위치를 관찰하여 래스 사이에서 형성되면 상부 베이나이트(UB), 래스 내에서 형성되면 하부 베이나이트(LB)로 구분하였고, 마르텐사이트는 packet 구조와 surface relief 형태를 관찰하여 구분하였다. 마르텐사이트로 추정되는 상은 종종 packet이나 surface relif가 뚜렷하게 관찰되지 않는 경우가 발생하는데 이 때 급냉된 마르텐사이트는 상부 베이니이트와, 템퍼링된 마르텐사이트는 하부 베이니이트와 세멘타이트 형성 위치가 유사하다. 이들은 세멘타이트의 밀도, 모양, 배열 정도를 통해 구별이 가능한데, 상부 베이나이트는 좀 더 두꺼운 세멘타이트가 규칙적인 배열을 이루고 있을 때를 관찰하여 급냉된 마르텐사이트와 분류하였고, 하부 베이나이트는 템퍼링 마르텐사이트에 비해 크면서 덜 조밀한 세멘타이트 하부구조를 가질 때를 관찰하여 구분하였다. 본 연구에서 사용한 저탄소강의 FE-SEM을 이용한 관찰은 저온 조직이 가지는 하부 구조(래스, 세멘타이트의 밀도 모양 및 정렬상태)의 특성을 충분히 나타내고 있다고 사료되며 따라서 다상이 공존하는 경우의 조직 구분을 좀 더 용이하게 할 수 있을 것으로 기대된다.; The lower temperature microstructures observed in low carbon steels were generally classified as martensite and bainite. However, due to the complexibility of their substructure, the diverse classifications were suggested by several researchers. TEM, which needed lots of labor and was difficult to handle, was normally used to differentiate the lower temperature structures. In this study, as a substitute, the feasibility of using FE-SEM to tell lower temperature microstructures was checked. The second phases observed during slow cooling in low carbon steels was pearlite and their substructure-lamella was easily confirmed by FE-SEM. The location of cementite formed was also easily confirmed by FE-SEM, which was the criteria to differentiate the upper and the lower bainite. The more complicated substructure such as the shape, the size and the alignment of cementite was also observed by FE-SEM. By the observation, it was concluded that FE-SEM could be a more useful and easier tool to differentiate substructure in low carbon steels.