이상조직강의 소부경화 특성에 미치는 미량 첨가원소(Ti, V, Nb)의 영향

Abstract

이상조직강(Dual Phase Steel)은 연질의 페라이트 기지내에 마르텐사이트가 분산되어 있는 강으로 낮은 항복비, 높은 가공경화율과 연신율을 갖고 있다. 또한 성형성이 우수하고, 연속항복거동을 보여 성형시 미려한 표면을 가진다는 장점이 있다. 이상조직강이 자동차용 외판으로 사용될 때는 자동차 제조 공정에서 원하는 형상으로 성형하고 도장 후 건조를 위해 약 130~200℃에서 수십분간 가열하는 과정에서 강판의 강도가 증가하게 된다. 이러한 현상을 소부경화(bake hardening)라 하며, 고용된 탄소 및 질소가 가열과정에서 전위로 이동하거나탄화물을 형성함으로써 전위와의 상호작용에 의해 강도가 증가하는 것이라 알려져 있다. 고용된 탄소 및 질소가 많으면 강도는 증가한다. 그러나 탄소 및 질소가 상온에서도 전위로 확산이 가능하기 때문에 고용량이 과하게 되면 전위로 확산하는 양이 많아짐으로써 상온시효가 수반되어 성형시 항복점 연신이 발생하고 스트레쳐 스트레인(stretcher strain)이라는 음각무늬가 나타나 불균일한 표면을 가지게 된다. 이와 같은 문제를 해결하고자 고용 탄소 및 질소를 제어하기 위하여 강력한 탄질화물 형성 원소인 Ti, V, Nb을 첨가하기도 한다[5]. 본 실험에서는 Ti, V, Nb을 미량 첨가하여 이상조직강의 소부경화 특성에 미치는 영향을 고찰하고자 하였다. 자동차 제조 공정의 프레스 성형을 모사하기 위해 인장시험기로 예비변형을 가하였으며, 상온에서 500℃까지 소부처리한 후 재인장시험을 통하여 항복강도, 인장강도를 측정하였다. Micro-Vickers 경도계와 Nanoindenter로 소부처리 온도에 따른 각 상의 경도를 측정하였으며, Optical Microscope, SEM, TEM으로 미세조직을 관찰하였다. Ti, V, Nb을 미량 첨가한 이상조직강과 첨가하지 않은 이상조직강에 대해 실험한 결과 탄질화물 형성 원소를 첨가한 이상조직강의 마르텐사이트 부피분율이 3% 정도 많았으며, 연속항복거동을 보여 0.2% offset으로 구한 항복강도와 인장강도도 높았다. 예비변형 없이 소부처리를 하였을 경우 400℃까지 항복강도가 증가하는 경향을 보였다. 소부처리 온도 및 시간에 따라서 합금원소를 첨가한 강이 높은 항복강도를 나타냈으며, 항복강도의 증가량도 높게 나타났다. 400℃에서 60분 간 소부처리를 하였을 때 최대 72MPa의 차이를 보였다. 예비변형 후 소부처리를 하였을 경우는 소부처리만 하였을 때만큼 두 시편의 소부경화량 차이가 적었다.; Bake hardening (BH) refers to the increase in yield strength that occurs as a result of the paint bake treatment of the formed auto-body parts. The primary mechanism which causes the additional strengthening is the immobilization of dislocations by the segregation of interstitial atoms, known as classical static strain aging. However, as the amount of solute increases, the resistance to room temperature aging decreases. Room temperature aging prior to forming is not acceptable for exposed automobile panels because it can result in stretcher strain markings on formed panels. In this study, effects of microalloying elements on bake hardening property of dual phase steel were investigated. The steels used in this investigation are commercially produced a carbon steel (without alloying elements) and a microalloyed steel containing 0.002wt% Ti,0.007wt% V, 0.004wt% Nb, both with dual phase microstructure. Bake hardening experiments after different prestrains ranging from 0 to 5% were carried out at temperature ranging from 27 to 500℃. It was found that yield strength increased and exhibited maximum values on heating above 400℃ at non prestrain. It is assumed that rise of yield strength is based on the formation of solute atom atmospheres around dislocations and carbide precipitation in ferrite. The changes in BH0 were greater in dual phase microalloyed steel than carbon steel for the bake hardening temperatures in the range studied. These results indicate that martensite softening occurred more slowly in the dual phase microalloyed steel than the dual phase carbon steel. This was associated with the chemical composition of dual phase microalloyed steel, in addition to carbon atoms, contains nitrogen and carbide forming elements such as titanium, vanadium and niobium. When the dual phase microalloyed steel and dual phase carbon steel prestrained in tension by 2% and then bake hardening treatment from 27 to 500℃, BH2 did not much different between dual phase microalloyed steel and dual phase carbon steel. These results indicate that the work hardening of dual phase microalloyed steel were greater than the dual phase carbon steel.