강소성 가공을 이용한 고탄소강의 구상화 촉진에 관한 연구

Abstract

금속재료의 결정립 미세화는 강도와 인성을 동시에 향상 시킬 뿐 아니라 Debye 온도, Curie 온도 및 damping 등 여러 가지 물리적 성질의 향상과 상온인장 및 초소성 등 기계적 성질의 향상을 가져온다. 결정립 미세화 방법으로 가공 열처리, 기계적 합금화, 급속 응고, 분말야금법등이 있으나 이는 충분한 양의 bulk 재료를 단시간 내에 얻기 힘들며, 또한 재료 내부에 상당한 양의 porosity나 불순물 등이 잔류하는 등 여러 문제가 야기되어 실제 대량 생산에 적용하기 어렵다는 한계를 갖는다. 이러한 단점을 극복하기 위해 금속재료에 심한 소성 변형(severe plastic deformation: SPD)을 부여함으로서 열처리 및 조성의 변화 없이 ingot 재료에서 결정립을 미세화 할 수 있는 획기적인 방법들이 고안되어 왔다. 그중에서 Equal Channel Angular Pressing (ECAP)으로 알려진 강소성 가공법은 결정립을 submicrometer 또는 nanometer 크기까지 미세화하여 강도와 인성을 동시에 향상시킬 수 있다. 그러나 결정립을 미세화 하는데 가장 효과적인 방법 중의 하나인 ECAP 가공의 가장 큰 단점은 연속적 공정이 아니라 생산성이 크게 떨어진다는 점이다. 이를 극복하기 위한 몇 가지 공정 중 하나가, Equal Channel Angular Drawing(ECAD) 공정이다. 이는 pull-type의 ECAP 가공 공정으로, 전단 변형을 drawing 방법으로 시편에 가하고자 하는 시도이다. 현재까지 알루미늄 합금에서 시도되고 있는데, 변형이 일정하지 않으며, 일부 영역에서 국부적인 단면감소가 일어나는 등 몇 가지 문제점을 가지고 있다. 이를 개선한 Continuous Shear Drawing(CSD)을 이용하여 고탄소강에서 펄라이트 내 세멘타이트 상을 단시간 내에 구상화하여 냉간 가공능을 향상시키고자 하였다. 탄소강의 냉간 단조능을 향상시키기 위해 실시하는 세멘타이트의 구상화는 탄소강의 경우, Ac1 직하의 고온에서 장시간 유지하는 방법이 알려져 있으나, 강소성 가공 방법 중 하나인 ECAP 가공을 응용한 CSD 공정을 이용함으로써 펄라이트를 구상화하는 시간을 크게 단축하여 단시간 내에 냉간 단조능을 크게 향상시키고자 한다.; In recent years, the ultrafine-grained (UFG) structure was extensively induced in a hierarchy of bulk metallic materials with no internal porosities and dimensional changes by applying an intense plastic staining via equal-channel angular (ECA) pressing. It has been well established that a number of UFG materials with the average grain size below submicrometer-scale exhibited better mechanical properties when compared to traditional microcrystalline materials. Accordingly, the spheroidizing process of pearlitic cementite in the high carbon steel (commercial tag; SUJ2), which was subjected to ECA pressing followed by an intercritical annealing, was investigated in this study. The influences of annealing temperature and time on the morphological change in pearlitic cementite were documented in details, revealing that the moderate combination of severe plastic strain and annealing treatment resulted in the improved kinetics of spheroidization. In addition, according to the earlier result that the cooling rate after the annealing treatment was found to be imperative since slower cooling rate would lead to finer cementite particles in size, an experimental condition suitable for achieving the optimum microstructure in terms of spheroidization in the high carbon steel was suggested considering the microstructural evloution. In addition, the tensile properties after the sheroidization treatment were examined.