KR101673695B1 - 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 이의 제조방법 - Google Patents

오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101673695B1
KR101673695B1 KR1020140157101A KR20140157101A KR101673695B1 KR 101673695 B1 KR101673695 B1 KR 101673695B1 KR 1020140157101 A KR1020140157101 A KR 1020140157101A KR 20140157101 A KR20140157101 A KR 20140157101A KR 101673695 B1 KR101673695 B1 KR 101673695B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
austenitic steel
mpa
steel base
nanoparticles
nanoparticle composite
Prior art date
Application number
KR1020140157101A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160056604A (ko
Inventor
최현주
전종규
남승진
Original Assignee
국민대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국민대학교산학협력단 filed Critical 국민대학교산학협력단
Priority to KR1020140157101A priority Critical patent/KR101673695B1/ko
Priority to US14/740,296 priority patent/US10323306B2/en
Publication of KR20160056604A publication Critical patent/KR20160056604A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101673695B1 publication Critical patent/KR101673695B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)

Abstract

오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 상기 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 이의 제조방법 {AUSTENITIC STEEL MATRIX-NANO PARTICLE COMPOSITE AND PREPARING METHOD OF THE SAME}
본원은, 오스테나이트 강(steel) 기지(matrix)-나노 입자 복합체 및 상기 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 제조방법에 관한 것이다.
최근 들어 자동차의 연비 향상과 배기가스 저감 및 차량 충돌 시 충격 흡수 또는 차체 손상을 방지하기 위하여 고강도의 재료 개발이 요구되고 있다. 이에 따라 차체 재료의 고강도화에 의해 박형화를 도모하여, 차체 자체를 경량화 하기 위해 작은 부피로 더 많은 하중을 지탱할 수 있는 고강도 철강소재에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다.
현재 주로 사용되고 있는 자동차용 고강도 강판은 인장강도가 780 MPa 이상인 강판이 사용되고 있으나, 강도가 향상됨에 따라 연신율이 급격히 감소하고, 강판의 고강도화는 성형 가공성의 저하를 초래하기 때문에 복잡한 형상의 자동차 부품 가공이 어렵고 동일한 부품을 가공하는 경우에도 가공 공정이 길어지는 단점이 있다.
따라서, 인장강도 780 MPa 이상의 고강도를 가지면서 연신율도 우수한 강판이 요구된다. 이와 같은 요구에 대해, 지금까지 페라이트-마르텐자이트의 2 상(phase) 강(DP 강)이나 잔류 오스테나이트의 변태 유기 소성을 이용한 TRIP(transformation induced plasticity) 강 등, 여러 가지의 복합 조직 강판이 개발되어 왔다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제10-2008-0065294호는, 0.4중량% 미만의 탄소, 0.06중량% 미만의 알루미늄, 0.01중량% 미만의 티타늄, 0.01중량% 미만의 니오브 및 0.02중량% 미만의 바나듐과, 평균 침전물 크기가 50 nm 미만으로서 5 내지 30 nm 사이인 철강 미세구조 전체에 걸쳐 분포된 실리콘 및 철의 미세 산화입자를 포함하는 높은 오스테나이트 결정 조대화 온도를 갖는 철강재에 관하여 개시하고 있다.
본원은, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 상기 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 제조방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 합금원소를 포함하는 오스테나이트 강(steel) 기지(matrix); 및, 상기 기지에서 in-situ 성장되어 상기 기지에 형성된 나노 입자를 포함하며, 상기 나노 입자는 상기 오스테나이트 강 기지에 포함된 상기 합금원소로부터 성장된 것인, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체를 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 합금원소를 포함하는 오스테나이트 강 기지를 준비하는 단계; 및, 상기 오스테나이트 강 기지를 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 열처리에 의해 상기 오스테나이트 강 기지에 형성된 상기 합금원소로부터 나노 입자가 상기 기지에서 in-situ 성장하는 것을 포함하는, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 제조방법을 제공한다.
전술한 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본원의 일 구현예에 따른 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체는, 고강도 및 고연성을 가지는 복합체로서, 구체적으로 자동차의 부품소재로 활용되고 있는 오스테나이트 강 기지로 하여 고연성을 확보하면서, 제조 과정 중 상기 기지의 열처리에 의해 나노 입자들이 in-situ 성장을 통하여 형성되는 나노상(nano-phase)이 높은 강도를 부여하여, 고강도 및 고연성의 특징을 가진다.
또한, 본원의 일 구현예에 따른 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체는, 기존의 고강도 자동차 부품소재로서 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 600 Hv급의 높은 경도를 가짐으로써 종래 공구강(tool steels) 및 텅스텐 카바이드 등의 소재 시장을 대체할 수 있다.
도 1은 본원의 일 구현예에 있어서, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체를 나타낸 개략도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본원의 일 실시예에 있어서, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 주사투과전자현미경(scanning transmission electron microscope, STEM) 이미지 및 상기 STEM의 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 있어서, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 측정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 있어서, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 경도를 나탄낸 그래프이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 있어서, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 압축시험 결과를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 합금원소를 포함하는 오스테나이트 강(steel) 기지(matrix); 및, 상기 기지에서 in-situ 성장되어 상기 기지에 형성된 나노 입자를 포함하며, 상기 나노 입자는 상기 오스테나이트 강 기지에 포함된 상기 합금원소로부터 성장된 것인, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체를 제공한다.
상기 오스테나이트 강은, γ철(면심 입방구조)에 다른 원소가 용해되어 생성된 고용체로서, 실온에서 오스테나이트 조직(FCC 결정구조)을 갖는 합금강이고, Mn, Fe, Al, 및 Si 등의 합금원소를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
도 1은 본원의 일 구현예에 있어서, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체를 나타낸 개략도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체(100)는, 연성을 가지는 오스테나이트 강 기지(110)에 상기 기지에 분산된 강성 및 강도를 가지는 상기 in-situ 성장된 나노입자(120)를 포함하는 나노상(nano-phase)을 포함함으로써 고강도 및 고연성의 특징을 나타낼 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 합금원소는 상기 오스테나이트 강 기지에 포함된 철에 고용될 수 있으며, 동시에 상기 철과 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 원소를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 합금원소는 Mn, Fe, Al, Si, Cr, Mo, Ti, Cu, Ni, Mg, W, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 입자는 Mn, Fe, Al, Si, Cr, Mo, Ti, Cu, Ni, Mg, W, 이들의 산화물 및 탄화물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 입자의 크기는 약 5 nm 내지 약 50 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 나노 입자의 크기는, 약 5 nm 내지 약 50 nm, 약 5 nm 내지 약 45 nm, 약 5 nm 내지 약 40 nm, 약 5 nm 내지 약 35 nm, 약 5 nm 내지 약 30 nm, 약 5 nm 내지 약 25 nm, 약 5 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 15 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 15 nm 내지 약 50 nm, 약 20 nm 내지 약 50 nm, 약 25 nm 내지 약 50 nm, 약 30 nm 내지 약 50 nm, 약 35 nm 내지 약 50 nm, 약 40 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 45 nm 내지 약 50 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 강도는 약 800 MPa 내지 약 2,500 MPa의 범위를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 강도는, 약 800 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 800 MPa 내지 약 2,300 MPa, 약 800 MPa 내지 약 2,000 MPa, 약 800 MPa 내지 약 1,800 MPa, 약 800 MPa 내지 약 1,600 MPa, 약 800 MPa 내지 약 1,400 MPa, 약 800 MPa 내지 약 1,200 MPa, 약 800 MPa 내지 약 1,000 MPa, 약 1,000 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 1,200 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 1,400 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 1,600 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 1,800 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 2,000 MPa 내지 약 2,500 MPa, 또는 약 2,300 MPa 내지 약 2,500 MPa일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 합금원소를 포함하는 오스테나이트 강 기지를 준비하는 단계; 및, 상기 오스테나이트 강 기지를 열처리하는 단계를 포함하고, 상기 열처리에 의해 상기 오스테나이트 강 기지에 형성된 상기 합금원소로부터 나노 입자가 상기 기지에서 in-situ 성장하는 것을 포함하는, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 제조방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열처리는 약 700℃ 내지 약 900℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리는, 약 700℃ 내지 약 900℃, 약 700℃ 내지 약 850℃, 약 700℃ 내지 약 800℃, 약 700℃ 내지 약 750℃, 약 750℃ 내지 약 900℃, 약 800℃ 내지 약 900℃, 또는 약 850℃ 내지 약 900℃일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 합금원소는 상기 오스테나이트 강 기지에 포함된 철에 고용될 수 있으며, 동시에 상기 철과 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 원소를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 합금원소는 Mn, Fe, Al, Si, Cr, Mo, Ti, Cu, Ni, Mg, W, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 입자는 Mn, Fe, Al, Si, Cr, Mo, Ti, Cu, Ni, Mg, W, 이들의 산화물 및 탄화물, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 입자의 크기는 약 5 nm 내지 약 50 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 나노 입자의 크기는, 약 5 nm 내지 약 50 nm, 약 5 nm 내지 약 45 nm, 약 5 nm 내지 약 40 nm, 약 5 nm 내지 약 35 nm, 약 5 nm 내지 약 30 nm, 약 5 nm 내지 약 25 nm, 약 5 nm 내지 약 20 nm, 약 5 nm 내지 약 15 nm, 약 5 nm 내지 약 10 nm, 약 10 nm 내지 약 50 nm, 약 15 nm 내지 약 50 nm, 약 20 nm 내지 약 50 nm, 약 25 nm 내지 약 50 nm, 약 30 nm 내지 약 50 nm, 약 35 nm 내지 약 50 nm, 약 40 nm 내지 약 50 nm, 또는 약 45 nm 내지 약 50 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 강도는 약 800 MPa 내지 약 2,500 MPa의 범위를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 강도는, 약 800 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 800 MPa 내지 약 2,300 MPa, 약 800 MPa 내지 약 2,000 MPa, 약 800 MPa 내지 약 1,800 MPa, 약 800 MPa 내지 약 1,600 MPa, 약 800 MPa 내지 약 1,400 MPa, 약 800 MPa 내지 약 1,200 MPa, 약 800 MPa 내지 약 1,000 MPa, 약 1,000 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 1,200 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 1,400 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 1,600 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 1,800 MPa 내지 약 2,500 MPa, 약 2,000 MPa 내지 약 2,500 MPa, 또는 약 2,300 MPa 내지 약 2,500 MPa일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하, 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
[ 실시예 ]
< 밀링 ( milling ) 공정을 이용한 합금원소 고용 및 결정립 미세화>
본 실시예는 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체를 제조하기 위하여 초기 분말 Fe, Mn, Al, 및 Si을 Fe에 고용시키고, 결정립을 미세화 시키는 방법으로서 어트리션 밀(attrition mill) 공정을 이용하였다.
본 실시예에서 상기 분말 조성은 Fe 79 중량%, Mn 15 중량%, Al 3 중량%, 및 Si 3 중량%의 구성을 혼합하였고, 볼과 분말의 비율은 15 : 1로 하였다. 그러나 상기 분말의 조성, 볼과 분말의 비율은 이에 제한되지 않을 수 있다.
상기 혼합 분말을 챔버에 넣기 전에 2 g의 스테아르산(stearic acid)과 1.5 kg의 스테인리스 볼을 넣고 20 분 동안 밀링하였고, 이를 통해 볼과 챔버의 윤활 효과를 높였다. 상기 혼합 분말을 스테인리스 챔버에 장입한 후 10 분 동안 진공상태를 유지하였고, Ar 분위기 하에서 밀링 공정을 실시하였다. 상기 밀링 공정은 500 rpm의 속도로 24 시간 동안 진행되었으며, 챔버 내의 온도가 지속적으로 상승하는 것을 방지하기 위하여 챔버 외부에 냉각수를 흘려주었다. 상기 밀링 공정 동안, 혼합 분말과 스테인리스 볼, 블레이드의 충돌에 의해 분말이 소성 변형, 파쇄, 뭉침(cold welding)을 반복하며, 이를 통해 합금 원소들의 기계적 고용이 일어났다.
상기 밀링 공정이 끝난 후 분말의 급격한 산화를 방지하기 위해 수 시간 동안 Ar 분위기를 유지해주었고, 공기 중에 천천히 노출시켰다. 밀링 후에 얻은 분말은 500℃, 진공 상태에서 20 분 동안 열처리하여 잔류하는 스테아르산을 제거하였다.
본 실시예를 통해 제조된 분말은 X-선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD)을 통해 합금원소가 고용되었으며, 결정립이 미세해졌음을 확인하였다.
<스파크 플라즈마 신터링 ( spark plasma sintering , SPS ) 공정을 이용한 소결>
SPS 공정을 이용하여 진밀도(true density)에 가까운 소결체의 밀도를 얻었으며, 결정립의 성장을 효과적으로 억제하여 소결하였다. 또한 소결 중에 in-situ 나노상(nano-phase)을 형성하여 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체를 제조하였다. 본 실시예의 소결 공정으로서 SPS 공정을 사용하였지만, 이에 제한되지 않으며, 열간압출, 열간압연, 핫 프레스 등 다양한 열간 성형 공정이 이용 가능하다.
상기 본 실시예에서 밀링한 분말은 SPS 공정을 이용하여 소결하였다. 밀링한 분말 20 g을 그라파이트(graphite) 몰드에 장입하고 SPS 챔버에 넣었다. 상기 SPS 공정은 철 분말의 산화를 방지하기 위하여 60 x 10-3 torr의 진공에서 실시되었다. 70 MPa의 압력 하에서 전류를 조절하여 온도를 750℃까지 80℃/min의 속도로 상승시켰다. 상기 조건에서 15 분 동안 유지시킨 후에 300℃까지 온냉하였다. 결정립의 성장을 억제하기 위해서 300℃ 이하로 공냉(air cooling)을 실시하였다.
본 실시예에 의해 제조된 시료의 in-situ 나노상은 주사투과전자현미경(scanning transmission electron microscope, STEM)과 XRD 분석을 통해 관찰하였다.
도 2a 내지 도 2c는 본원의 일 실시예에 있어서, 도 2a는 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 주사투과전자현미경을 나타낸 이미지이고, 도 2b 및 도 2c는 STEM 성분 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2c에 나타낸 바와 같이, 상기 복합체의 미세구조는, 상기 기지 부분(도 2a의 b로 표시된 부분)에서는 철과 망간이 주로 관찰된 반면(도 2b), 상기 나노 입자 부분(도 2a의 c로 표시된 부분)에서는 알루미늄과 산소가 주로 관찰됨을 알 수 있었다(도 2c).
도 3은 본원의 일 실시예에 있어서, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체를 800℃에서 열처리하여 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD)을 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 초기에는 상기 나노 입자의 크기가 미세하여 검출되지 않았지만, 상기 열처리 시간이 12 시간 내지 24 시간으로 증가함에 따라 상기 나노 입자가 성장하여 명확히 검출되는 것을 확인 할 수 있었다.
본 실시예에 의해 제조된 시료의 비커스 경도(Vicker's hardness) 시험과 압축 시험 결과는 다음과 같다.
도 4는 본원의 일 실시예에 있어서, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 경도를 종래 발표된 문헌[Srivastava et. al, Microstructural and mechanical characterization of in situ TiC and (Ti,W)C-reinforced high manganese austenitic steel matrix composite, Materials Science and Engineering: A, 516 (2009) pp. 1 - 6]의 다른 고망간강 기지 복합체의 경도와 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 경도가 약 600 HV로서 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
도 5는 본원의 일 실시예에 있어서, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 압축시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 복합체는 in-situ 성장된 나노 입자의 분산으로 2 GPa 이상의 고강도와 고망간강 기지의 영향으로 25%에 달하는 높은 연신을 나타냈다.
본 실시예의 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체는 600 HV정도의 높은 경도 값과 2,200 MPa의 항복강도, 25%를 넘는 고연성 등 우수한 기계적 특성을 보임을 확인하였다.
본원은 연성이 우수한 고망간강 오스테나이트 강 기지에 나노 크기의 이상(second-phase)을 열처리에 의해 in-situ 성장시켜 제조한 고강도 및 고연성의 복합체에 관한 것으로서, STEM을 통해 나노스케일(nanoscale)로 분산되어 있는 상기 이상을 관찰하였고, XRD를 통해 오스테나이트 강 기지와 나노 입자들을 확인하였다. 비커스 경도 시험을 통해 본원의 복합체가 다른 재료에 비해 우수한 경도를 가지는 것을 확인하였고, 압축시험을 통해 고강도 및 고연성의 복합체를 제조하였음을 확인하였다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체
110: 오스테나이트 강 기지(matrix)
120: in-situ 성장된 나노 입자

Claims (11)

  1. 합금원소를 포함하는 오스테나이트 강(steel) 기지(matrix); 및,
    상기 기지에서 in-situ 성장되어 상기 기지에 형성된 나노 입자를 포함하는 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체로서,
    상기 나노 입자는 상기 오스테나이트 강 기지에 포함된 상기 합금원소로부터 성장된 것이고,
    상기 나노 입자의 크기는 5 nm 내지 50 nm인 것이며,
    상기 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 강도는 2,000 MPa 내지 2,500 MPa의 범위를 포함하고,
    상기 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체는 상기 합금원소의 분말을 이용하여, 밀링 공정으로 제조되고,
    상기 합금원소는 Fe, Mn, Al 및 Si를 포함하고, 상기 나노 입자는 Al의 산화물 및 Si의 산화물 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 Al 및 Si를 이용하여 상기 Mn의 산화를 억제시키는 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 합금원소를 포함하는 오스테나이트 강 기지를 준비하는 단계; 및,
    상기 오스테나이트 강 기지를 열처리하는 단계를 포함하는 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 제조방법으로서,
    상기 열처리에 의해 상기 오스테나이트 강 기지에 형성된 상기 합금원소로부터 나노 입자가 상기 기지에서 in-situ 성장하는 것을 포함하며,
    상기 나노 입자의 크기는 5 nm 내지 50 nm인 것이며,
    상기 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 강도는 2,000 MPa 내지 2,500 MPa의 범위를 포함하고,
    상기 오스테나이트 강 기지를 준비하는 단계는 상기 합금원소의 분말을 밀링하는 단계를 포함하고,
    상기 합금원소는 Fe, Mn, Al 및 Si를 포함하고, 상기 나노 입자는 Al의 산화물 및 Si의 산화물 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 Al 및 Si를 이용하여 상기 Mn의 산화를 억제시키는 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열처리는 700℃ 내지 900℃에서 수행되는 것인, 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
KR1020140157101A 2014-11-12 2014-11-12 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 이의 제조방법 KR101673695B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140157101A KR101673695B1 (ko) 2014-11-12 2014-11-12 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 이의 제조방법
US14/740,296 US10323306B2 (en) 2014-11-12 2015-06-16 Austenitic steel matrix-nanoparticle composite and producing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140157101A KR101673695B1 (ko) 2014-11-12 2014-11-12 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 이의 제조방법

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160124901A Division KR20160115903A (ko) 2016-09-28 2016-09-28 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160056604A KR20160056604A (ko) 2016-05-20
KR101673695B1 true KR101673695B1 (ko) 2016-11-08

Family

ID=55911765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140157101A KR101673695B1 (ko) 2014-11-12 2014-11-12 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 이의 제조방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10323306B2 (ko)
KR (1) KR101673695B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020186467A (ja) * 2019-03-21 2020-11-19 トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド 織物炭素繊維強化鋼マトリックス複合材料
US11788175B2 (en) * 2019-03-21 2023-10-17 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Chemically bonded amorphous interface between phases in carbon fiber and steel composite
US11732586B2 (en) * 2020-05-14 2023-08-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Metal matrix composite turbine rotor components
CN113755760B (zh) * 2021-09-10 2022-08-19 北京科技大学 一种原位纳米增强增韧曲轴用钢
US11975385B2 (en) * 2022-03-22 2024-05-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Nano-structured alloy material and method of synthesizing

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004137599A (ja) * 2002-09-27 2004-05-13 Nano Gijutsu Kenkyusho:Kk 超硬質・強靱で優れた耐食性を有するナノ結晶オーステナイト鋼バルク材及びその製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5908486A (en) * 1996-04-26 1999-06-01 Lockheed Martin Idaho Technologies Company Strengthening of metallic alloys with nanometer-size oxide dispersions
UA77107C2 (en) * 2002-09-27 2006-10-16 Nano Technology Inst Inc Nano-crystal material with structure of austenite steel having high hardness, strength and corrosion resistance, and method for producing thereof (variants)
FR2881144B1 (fr) * 2005-01-21 2007-04-06 Usinor Sa Procede de fabrication de toles d'acier austenitique fer-carbone-manganese a haute resistance a la fissuration differee, et toles ainsi produites
FR2969662B1 (fr) * 2010-12-24 2013-06-28 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un alliage renforce par nitruration plasma.

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004137599A (ja) * 2002-09-27 2004-05-13 Nano Gijutsu Kenkyusho:Kk 超硬質・強靱で優れた耐食性を有するナノ結晶オーステナイト鋼バルク材及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160056604A (ko) 2016-05-20
US10323306B2 (en) 2019-06-18
US20160130689A1 (en) 2016-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7160689B2 (ja) プラスチック成形用金型に適した鋼材
KR101673695B1 (ko) 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 이의 제조방법
JP3689009B2 (ja) 高耐食性高強度オーステナイト系ステンレス鋼とその製法
EP3795707A1 (en) Additively manufactured hot work tool, method for manufacturing same, and metal powder for additively manufactured hot work tool
JP6040163B2 (ja) 粉末射出成型用鉄系粉末
US11389859B2 (en) Method for production of performance enhanced metallic materials
EP3903971A1 (en) Auto-tempering steels for additive manufacturing
JP5152770B1 (ja) 強靭超硬合金の製造方法
Wang et al. Tailoring bimodal structure for high strength and ductility in pure titanium manufactured via laser powder bed fusion
CN111386356B (zh) 硬质合金和用于轧制的复合硬质合金轧辊
Fares et al. An investigation into the effects of conventional heat treatments on mechanical characteristics of new hot working tool steel
JPS63500950A (ja) アルミニウムを含有する超高炭素鋼およびその処理方法
JP6149718B2 (ja) 鉄基焼結合金とその製造方法および高炭素鉄系粉末
KR20170030567A (ko) 내부식성 물체 및 그 제조 방법
KR20160115903A (ko) 오스테나이트 강 기지-나노 입자 복합체 및 이의 제조방법
JP5512494B2 (ja) 高強度・高靭性非調質熱間鍛造部品およびその製造方法
JP4281857B2 (ja) 焼結工具鋼及びその製造方法
JP2005281768A (ja) 高硬度のナノ結晶白鋳鉄粉末及び高硬度・高強度で強靱なナノ結晶白鋳鉄バルク材並びにその製造方法
JP5826138B2 (ja) 強靱超硬合金及び被覆超硬合金
JP2005163168A (ja) 熱間鍛造後の焼きならしの省略可能な高温浸炭鋼の製造方法
EP4166259B1 (en) Metal powder for additive manufacturing
JP4291639B2 (ja) 鉄基焼結合金およびその製造方法
JP7164163B2 (ja) 炭素含有鉄合金材の製造方法及び炭素含有鉄合金材
JP2018076582A (ja) 微細炭化物粒を有する粉末高速度工具鋼およびその製造方法
KR20230011757A (ko) 3d 프린터용 금속 분말

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190923

Year of fee payment: 4