Si-1.5Al TRIP Steels의 미세구조 및 기계적 특성에 관한 연구

Abstract

소위 TRIP라 불리는 고망간 오스텐나이트 강은 훌륭한 강도 및 연성을 가진 강으로써 특히 자동차 응용분야에서 개발되어 왔다. 독일에서는 25%Mn 강을 이용하여 고강도와 고성형성을 갖는 강을 개발하였고 POSCO에서도 이미 1994년 이와 비슷한 조성의 강을 생산하여 고강도 고성형의 물성치를 확인한 바 있다. 하지만 이와 같은 고 Mn강들은 제조원가의 상승, 제강 시 용강의 온도 하강으로 인한 생산성 저하 및 연주 시 노즐 막힘 문제, 기존의 공정을 통해 제조하기에는 슬레브 열간 압연 시 과다한 균열과 표면 산화 등 많은 문제점들을 가지고 있어 추가적인 개발이 중단된 상태였다. 이러한 문제점들이 발생하는 근본적인 이유는 Mn의 항량이 너무 많기 때문이다. 그러므로 기존에 개발한 고Mn강이 가졌던 우수한 기계적 성질을 유지하면서 Mn함량을 줄일 수 있다면 앞서 언급한 제강, 연주, 압연등의 문제점들을 크게 감소시킬 수 있으리라 판단된다. 그러므로 20% Mn 이하의 Fe-Mn강에서 합금원소 첨가의 영향, 상변태 거동 및 기계적 성질 등에 대한 연구는 차세대 자동차용 고강도· 고연성 강판 개발에 매우 중요한 과제가 될 것이다. 본 연구에서는 저 Mn (2%) 강에서 고 Mn강의 우수한 기계적 특성을 유지하고 합금성분의 효과를 최대로 할 수 있는 열처리 조건을 알아보기 위해 온도조건을 각각 400℃, 600℃, 770℃로 하여 각각의 미세구조 및 기계적 특성에 대해 조사하였다. 주요장비로는 TEM(Transmission Electron Microscopy), SEM(Scanning Electron Microscope), XRD(X-ray diffraction)를 통하여 미세구조를 분석하였으며 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer), AES(Auger Electron Spectroscopy ) 및 OBLF(OPTICAL EMISSION SPECTROMETER)를 통하여 성분분석을 실시하였다. 그 결과 저온(400℃)에서는 페라이트 기상에 베이나이트, 마르텐사이트, 오스텐나이트의 미세구조를 가지며 강도 및 연신율이 각각 1,284Mpa, 22.08%로 초고강도 고연성의 특성을 가지나 온도 조건이 고온(770℃)일 경우 미세구조가 대부분이 페라이트상에 소수의 마르텐사이트상이 존재하며 강도 및 연신율이 933Mpa, 4.6%로 연성-취성 전이 현상이 일어나게 되었다. 이에 대한 주된 원인으로는 grain boundary에 Carbon 및 Phosphous가 segregation되면서 입내파괴에서 입계파괴로 전환되면서 연성-취성 전이온도와 관계없이 grain boundary를 취약하게 만들어 연성-취성 전이현상이 발생하는 것으로 밝혀졌다. 이에 따라 Mn 2%의 저 Mn의 강에서의 열처리 조건은 400℃ 조건에서 미세구조 및 기계적 특성이 TRIP 강의 특성을 나타내어 기존의 고 Mn 강에서 나타나는 우수한 기계적 성질을 가지는 것으로 밝혀졌다.