고 Mn 오스테나이트계 스테인리스강의 가공유기 마르텐사이트 변태 및 역변태에 관한 연구

Abstract

Cr과 Ni의 양을 낮추는 대신에 Mn이 많이 첨가된 오스테나이트계 스테인리스강은 내식성, 인성, 가공성 등이 우수한 기존 오스테나이트계 스테인리스강이 갖는 가격이 높은 문제를 해결하기 위해 개발된 강이지만 이 또한 항복강도가 낮아 여러 산업 분야에서 구조용 재료로서는 다양하게 사용되지 못하고 있다. 이러한 강에서 강도를 향상할 수 있는 방법으로서는 합금원소 첨가에 의한 고용강화법 등을 생각 할 수 있지만[, 합금원소 첨가에 따른 용접성 등과 같은 또 다른 문제가 발생되기 때문에 적절한 방법이 되지 못한다. 때문에 합금원소를 첨가하지 않고 강도를 향상 시킬 수 있는 방법이 강구 되어야 하고, 그러한 방법으로서 결정립을 미세화 시켜 강도를 향상하는 방법이 이상적이라 판단된다. 그러나 이 강은 상온에서 오스테나이트 조직이기 때문에 가열과 냉각과정에서 상변태가 일어나지 않아 결정립을 미세화시켜 강인화 하는 것 또한 어렵다. 때문에 가공에 의해 오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 변태 시킨 후 이를 가열하여 오스테나이트 조직으로 역변태 시켜 결정립을 미세화 하는 방법을 생각 할 수 있다. 상온에서 오스테나이트 조직을 갖는 강에서 역변태를 이용하여 결정립을 미세화 시켜 강인화 하는 방법에 대해서는 많은 연구가 수행되었다. 그러나 Cr과 Ni의 양을 낮추는 대신에 Mn이 많이 첨가되면 이들 함금원소의 양이 달라지는데 기인되어 오스테나이트의 안정도가 달라지게 되고, 그 결과 가공에 의한 마르텐사이트의 변태거동과 역변태 거동도 달라지게 될 뿐만 아니라 이에 따른 기계적 성질도 달라질 것으로 판단된다. 하지만 이러한 강에서 역변태 거동과 기계적성질을 연관시켜 연구한 논문은 없다. 따라서 본 연구는 Cr과 Ni의 양을 낮추는 대신에 가격이 낮은 Mn이 많이 첨가된 강을 가공에 의해 오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 가공유기 변태시킨 다음 이를 가열하여 오스테나이트 조직으로 역변태 시켜 역변태 거동과 이에 따른 기계적 성질 변화를 조사하였다.

The transformation behavior of martensite caused by deformation of high manganese austenitic stainless steel, which has lower content of 14wt.% Cr, 5wt.% Ni, and higher content of 6wt.% Mn compared with an conventional austenitic stainless steel, was investigated. In addition, the effect of grain size for deformation induced martensite transformation behavior and the reversed transformation behavior related to solve lower yield strength was investigated. The results obtained from this study are as follows: The a'-martensite was formed by a cold rolling , and it was formed with surface relief and with specific direction or crossing each other. With increasing degree of cold rolling, the volume fraction of martensite was increased quickly and than, was rose gradually.

With increasing degree of cold rolling, the hardness and tensile strength were linearly increased, while elongation was rapidly decreased in the early stage of deformation, and than decreased slowly. The hardness and tensile strength were greatly influenced by deformation induced martensite, but the elongation was influenced by transformation behavior of deformation induced martensite. With increasing of grain size, the volume fraction of deformation induced martensite was increased. With increasing of grain size, hardness, tensile strength and elongation were decreased. The hardness and tensile strength were more highly influenced by grain size than the volume fraction of martensite induced by plastic deformation. But the elongation was greatly influenced by both grain size and volume fraction of martensite induced by deformation. The rate of reversed transformation was quickly increased with increasing of annealing temperature over 550℃, but significant change of reversed transformation was not observed over 700℃. In addition, the rate of reversed transformation was quickly increased with increasing of annealing time, and it was virtually completed after 10 minutes. The hardness and tensile strength were rapidly decreased with increasing of annealing temperature over 550 ℃, while significant change of the elongation was not observed as increasing temperature, but the change of elongation was quickly increased over 600 ℃.

The hardness and tensile strength were rapidly decreased with increasing treating time of transformation, but they were not changed over 10mins. The the elongation was quickly increased with increasing treating time of reversed transformation, but hardness and tensile properties were not changed significantly over 10 min.. The ultra-fine grain size of less then 0.2 ㎛, could be obtained by reverse-transformed austenite, which means that it was possible to strengthen the high manganese austenitic stainless steel.