오스테나이트화와 템퍼링에 따른 STS 420J2 강의 기계적성질과 조직에 대한 연구

Abstract

본 논문은 마르텐사이트 스테인리스 강종인 STS 420J2 로서 13%의 Cr과 0.3%의 C가 함유된 것으로, 열처리는 960℃에서 오스테나이트화 후 퀜 칭하여 템퍼링 조건에 따른 금속조직, 기계적성질 및 부식현상에 관한 내용으로 연구하였다. STS 420J2는 강도와 내식성이 양호한 강종으로 인정되어 각종 내식재의 주요 부품으로 사용하고 있으며, 기계구조물 및 공구, 식기류를 비롯하여 칼이나 가위용으로 많이 이용되는 강재이다. 시험편은 POSCO에서 열간압연으로 생산된 두께가 5㎜인 판재를 활용하여 인장시험편 및 부식시험편 등을 제작하였으며, 충격시험편은 Sub-size 시험편으로 가공 하였다. 본 연구는 스테인리스강의 오스테나이트화 온도 범위인 960℃에서 3시간 유지 후에 퀜 칭하였으며, 템퍼링조건을 350℃, 450℃, 550℃, 600℃에서 각각 2시간, 6시간, 12시간으로 설정하여 열처리 후 금속조직, 인장시험, 경도시험, 충격시험, 내마모시험 및 부식시험을 실시하였다. 연구의 목적은 마르텐사이트 스테인리스강 STS 420J2의 오스테나이트화에 따른 템퍼링조건별 기계적성질과 금속조직, 부식특성을 파악하고자 했으며, 특히 템퍼취성 현상을 규명하여 기계부품으로서의 적합성 유무와 사용시에 예상되는 기계적성질의 저하, 부식촉발 여부 등을 조사하였다. 마르텐사이트 스테인리스강 STS 420J2 판재는 열간압연시의 가공응력과 중심부 편석밴드가 심하여 일반 봉재와는 오스테나이트화에 따른 마르텐사이트 상변태 조건이 다르며, 오스테나이트화 온도인 960℃에서 3시간 유지 후 퀜 칭한 조직은 미량 페라이트가 잔존하였으며, 미고용 Cr 탄화물도 확인 되었다. 이때에 미고용된 Cr 탄화물로 인하여 템퍼링 조건에 따른 물성은 450℃에서 인장강도는 우수하나, 충격치 시험결과는 저조한 것으로 조사되었다. 본 연구는 일반적으로 산업현장에서 범용성 있게 사용되고 있는 STS 420J2 강재의 열처리 조건에 따른 기계적성질과 조직변화 및 부식현상 등을 체계적으로 조명함으로써 향후 이를 활용한 산업현장의 응용범위가 한층 다양해 질 것으로 여겨진다.; STS420J2 is a kind of martensite stainless steel, containing Cr (13%) and C (0.3%). The purpose of this study was to analyze the metal structure, mechanical properties and etching phenomenon of STS420J2 by austenitizing, quenching and tempering. STS420J2 is recognized to have a good anti-corrosive property, being used for major parts of various anti-corrosive units. It contains 0.26~0.4% carbon. It is used primarily for knife or scissors. The test pieces were sampled for 5mm steel plate hot-rolled at POSCO. They were divided into tension and corrosion test pieces, while the test piece for impact was processed into a sub-size test piece. Then, the test pieces were kept at 960℃ or the temperature level for austenitizing for 3 hours and quenched. The conditions for tempering were set for 2 hours, 6 hours and 12 hours, respectively at 350℃, 450℃, 550℃ and 600℃. After the heat treatment, the test pieces were tested for metal structure, tension, impact, anti-abrasion and anti-corrosion. As mentioned above, this study aimed to analyze the mechanical properties, metal structure and etching phenomenon of the martensite stainless steel STS420J2 by austenitizing and tempering and thereby, determine whether it would be suitable for machine parts and how its mechanical properties would be deteriorated and whether it would be easily etched. Martensite stainless steel STS420J2 plate suffers from severe processing stress and centrally segregated band when hot-rolled, and therefore, the martensite phase transition conditions differ depending on austenitizing, unlike the ordinary steel beams. It was found through this study that when it was austenitized at 960℃ for 3 hours and then quenched, it had a minimal ferrite residual as well as unaustenitized Cr carbide. Due to the unaustenitized Cr carbide, its property by tempering condition was characterized by high tensile strength at 450℃, but high vulnerability to impact. Since this study systematically analyzed, by heat treatment condition, the mechanical properties, structural change and etching phenomenon of the 420J2 stainless steel used widely on the industrial spots, it is hoped that the material will be much more applied on the industrial spots.