KR100448599B1 - 래스 마르텐사이트강의 유효결정립 크기의 비파괴적 측정방법 - Google Patents

래스 마르텐사이트강의 유효결정립 크기의 비파괴적 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소강의 래스 마르텐사이트의 유효 결정립(패킷)의 크기를 초음파를 사용하여 비파괴적으로 측정하는 방법으로서, 래스 마르텐사이트강의 감쇠계수를 초음파법에 의하여 측정한 다음 아래의 관계수식에 의하여 유효결정립의 크기를 산출하는 것을 특징으로 하는 래스 마르텐사이트강의 유효결정립 크기의 비파괴적 측정방법이다.
Dav= 1.79 + 22.97αb
(여기에서 Dav는 마르텐사이트강의 평균유효결정립인 패킷의 크기로 ㎛를 나타내며, α는 초음파 감쇠계수로 nepers/cm를 나타내며, b는 상수값으로 2.02-2.04를 나타낸다.)

Description

래스 마르텐사이트강의 유효결정립 크기의 비파괴적 측정 방법 {Nondestructive Method for Measurement of the Effective Grain size in Lath Martensitic Steel}
본 발명은 탄소강의 래스 마르텐사이트의 유효결정립(패킷)의 크기를 초음파를 사용하여 비파괴적으로 측정하는 방법으로서, 보다 상세하게는 마르텐사이트의 강도 및 파괴인성의 특성에 지대한 영향을 주는 금속학적 인자인 유효결정립은 패킷으로 잘 알려져 있으며, 이러한 유효결정립의 크기를 초음파의 감쇠계수를 측정함에 의해 간단하고도 경제적인 방법인 비파괴적으로 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.
종래에는 마르텐사이트 강의 유효결정립인 패킷의 크기를 측정하기 위해서는 강판의 기계적 절단, 그라인딩, 미세연마 등의 일련의 공정을 거친 후 고배율의TEM(투과전자현미경)을 통해 관찰하였다. 따라서 시료의 준비 및 유효결정립의 크기 측정에 소요되는 인력 및 시간의 과다소요 및 고가 장비인 투과전자현미경의 동원으로 비효율적인 특성을 갖고 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 마르텐사이트강의 강도 및 파괴인성의 특성에 지대한 영향을 주는 금속학적 인자로 잘 알려져 있는 유효결정립 즉, 패킷의 크기를 강판을 파괴시키기 않으면서도 신속하고도 경제적으로 측정할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
도1은 래스 마르텐사이트의 하부조직의 단위를 도식적으로 나타내는 그림,
도2는 본 발명에 의해 산출된 마르텐사이트 유효결정립인 패킷 크기와 투과전자현미경으로부터 측정된 평균 패킷 크기와의 상관성을 보여주는 그래프이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 래스 마르텐사이트강의 감쇠계수를 초음파법에 의하여 측정하여 유효결정립의 크기를 산출하는 것을 특징으로 하는 래스 마르텐사이트강의 유효결정립 크기의 비파괴적 측정방법을 제공한다.
본 발명의 15MHZ의 중심주파수 영역에서 초음파 감쇠계수(??)와 페라이트 결정립크기(Dav)와의 상관식은 다음식(1)과 같다.
Dav= 1.79 + 22.97αb---------------- (1)
식(1)에서 Dav: ㎛, α: nepers/cm, b는 상수값으로 2.02-2.04의 값을 가진다.
식(1)을 래스 마르텐사이트강을 갖는 조직에서 마르텐사이트의 각각의 하부조직 단위인 패킷, 블록, 래스 등의 크기에 상관성을 분석한 결과 패킷 크기가 가장 상관성이 높은 것으로 보였으며 더 자세한 것은 실시예에서 상세하게 설명한다.
실시예
하기 표1에서와 같이 현장에서 생산되는 강판들 중 대표적 9강종을 선택하여 다양한 온도에서 오스테나이트화 열처리를 실시하여 초기 오스테나이트 크기를 변화시킨 후 켄칭하였다. 그 후 초음파 감쇠계수를 측정하고 감쇠계수의 측정부와 동일부에서 우선 광학현미경 시편을 채취하여 광학현미경 관찰과 영상분석기를 통하여 구 오스테나이트 결정립 크기(AGS)를 측정하고 투과전자현미경 시편을 채취하여 투과전자현미경으로 래스 마르텐사이트의 하부 조직의 크기를 측정하였다. 이때 래스 마르텐사이트의 하부 미세조직의 구분은 제1도에서 보여주는 래스 마르텐사이트의 하부조직의 단위를 도식적으로 나타내는 그림에서 보여주는 것과 동일하게 측정하였다.
[표1]
현장생산 강재의 화학 성분(wt.%)
C Mn Si P S Ti Nb Ni Cr Mo V
1 0.16 1.10 0.25 0.019 0.004 0.011 - - - - -
2 0.13 0.75 0.25 0.021 0.006 - - - - - -
3 0.15 1.05 0.40 0.025 0.005 - 0.006 0.05 0.02 0.02 -
4 0.10 1.50 0.30 0.017 0.005 0.015 0.041 0.03 - - 0.06
5 0.17 1.50 0.40 0.021 0.006 - - 0.03 0.02 0.02 -
6 0.08 1.40 0.22 0.019 0.004 0.012 0.42 0.03 0.03 - 0.05
7 0.17 0.25 0.25 0.010 0.003 - - 2.98 1.50 0.40 0.02
8 0.10 0.70 0.23 0.008 0.004 - - 5.06 0.48 0.45 0.09
9 0.14 1.25 0.29 0.018 0.007 - - 0.09 - - 0.04
하기 표2에는 현장생산 강재를 다양한 켄칭온도에 까지 약1시간 동안 가열한 후 수냉을 실시한 시편에서 초음파 감쇠계수를 측정하고 동일부위에서 광학현미경으로 AGS(오스테나이트 결정립크기)를 측정하고 또한 투과전자현미경 시험편을 제작하여 투과전자현미경으로 마르텐사이트 패킷 및 블록크기, 식(1)로부터 계산된 유효결정입경 크기를 비교하여 나타낸 것이다.
식(1)은 탄소강 페라이트 + 퍼얼라이트 조직을 갖는 강에서 레일리 산란영역에서의 산란체인 페라이트 결정립 크기에 따른 관계식을 미세조직이 상이한 마르텐사이트강에 직접 연결시킬 수 없고 이에 준하는 산란체를 찾아야 한다. 따라서 페라이트 + 퍼얼라이트 강에서 산란체로 작용하는 페라이트 결정립과 또한 마르텐사이트 강에서 이와 등가의 산란체를 찾는일이 중요하다. 표2에서 알 수 있듯이 결과적으로 페라이트 + 퍼얼라이트 강에서의 산란체인 페라이트 결정립과 래스 마르텐사이트에서의 산란체는 패킷이 동일한 작용을 하고 있음을 볼 수 있다.
[표2]
현장생산 강재 및 켄칭온도에 따른 초음파 감쇠계수와 AGS(오스테나이트 결정립크기), 마르텐사이트 패킷 및 블록크기, 식(1)로부터 계산된 유효결정입경 크기의 비교
강종 켄칭온도(℃) 감쇠계수nepers/cm AGS(㎛) 패킷크기(㎛) 블록크기(㎛) 유효결정입경(㎛)
1 900 0.5281 23.6 7.8 2.6 8.07
1,000 0.6232 32.4 10.7 3.2 10.58
2 950 0.5748 28.3 8.2 3.0 9.28
1,050 0.7004 45.1 13.1 4.7 13.94
3 850 0.5193 20.1 7.8 2.7 7.86
950 0.5465 26.8 9.5 2.8 8.53
4 900 0.4442 16.4 6.3 2.5 6.21
950 0.4990 18.2 7.2 2.9 7.39
5 950 0.6111 30.5 10.5 3.8 10.24
1,000 0.7878 48.4 17.8 5.0 15.94
6 850 0.4820 16.7 6.5 2.7 7.01
900 0.5124 20.3 6.7 2.9 7.70
7 900 0.5080 19.6 8.6 2.3 7.60
1,050 0.5541 25.8 9.5 3.1 8.72
8 900 0.5210 17.5 7.0 2.6 7.90
950 0.5425 20.4 7.8 2.7 8.43
9 1,000 0.7291 43.7 12.9 3.5 13.89
1,050 0.8545 52.1 19.5 3.8 18.48
즉, 래스 마르텐사이트의 유효결정립인 패킷의 크기를 초음파의 감쇠계수의측정에 의해 식(1)의 관계식으로부터 비파괴적으로 쉽게 측정이 가능하다. 제2도는 TEM(투과전자현미경)에 의해 실제로 측정된 유효결정립인 패킷의 크기와 식(1)로부터 계산된 패킷의 크기를 비교하여 나타낸 그래프로 잘 일치하고 있음을 알 수 있다. 결과적으로 초음파 감쇠계수의 측정에 의해 래스 마르텐사이트 강의 유효결정립 크기를 약 2㎛ 이내의 크기로 측정이 가능함을 알 수 있다.
본 발명은 종래의 강판의 절단, 연마, 투과전자현미경의 사용으로 마르텐사이트강의 강도 및 파괴인성의 특성에 지대한 영향을 주는 금속학적 인자로 잘 알려져 있는 유효결정립, 즉 패킷의 크기를 측정하였던 방법에서 벗어나 초음파의 감쇠계수를 측정함에 의해 강판을 파괴시키지 않음은 물론 신속하고도 경제적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 래스 마르텐사이트강의 감쇠계수를 초음파법에 의하여 측정한 다음 아래의 관계수식에 의하여 유효결정립의 크기를 산출하는 것을 특징으로 하는 래스 마르텐사이트강의 유효결정립 크기의 비파괴적 측정방법.
    Dav= 1.79 + 22.97αb
    여기에서 Dav는 마르텐사이트강의 평균유효결정립인 패킷의 크기로 ㎛를 나타내며, α는 초음파 감쇠계수로 nepers/cm를 나타내며, b는 상수값으로 2.02-2.04이다.
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