고속도공구강계 롤재의 미세 조직 제어 및 고온 산화 특성

국문 초록 (Abstract)

고속도공구강계 롤의 경우 열 피로에 의한 롤표면의 미세균열의 생성이 롤 열화의 주된 원인이며, 롤표면에 생성된 균열은 열 피로가 누적될수록 롤내부로 전파하는데, 균열의 전파경로는 조대하게 정출된 M_(7)C_(3)탄화물과 기지의 경계부로 보고되고 있다. 따라서, HSS계 롤의 열피로 특성을 향상시키기 위해서 는 피로균열의 발생위치 및 전파통로인 정출탄화물을 미세하게 분포시켜야 한다.
본 연구에서는 Nb과 Ti으로 용탕처리하여 정출탄화물의 형태 및 분포를 제어하고자 하였으며, 산화시험을 통하여 시료표면에 형성되는 산화물 층의 거동을 관찰하였다.
산화시험은 560℃ 대기 하에서 행하였으며, 중량변화와 산화층 형성과정을 SEM 및 X-ray로 검토하였다.
본 연구에서 얻어진 결과는 다음과 같다.
1. Ti 과 Nb에 의한 용탕처리를 통하여 응고조직의 개량이 가능하였으며, TiC는 VC탄화물의 정출시 유효한 핵으로 작용하는 것으로 판단된다.
2. Nb함량의 증가에 따라 경도값이 감소하는 경향을 보였으나, NbC의 형성에 필요한 화학 양론적인 탄소량을 증가시킨 경우, 경도는 일정하게 유지되었다.
3. 고온산화시 내부산화와 외부산화가 동시에 일어나며, 외부산화층은 특정한 방위인 <110>방향을 나타낸다.
4. 표면 흑피는 기지와 탄화물 경계에서 우선적으로 형성되었으며, 흑피의 박리 또한 기지와 탄화물 경계 부에서 우선적으로 일어났다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This work was intended to modify the solidification structure of high speed steel roll material for hot strip mill, by the introduction of alloying elements designed to form primary carbide dispersions via melt treatment procedure.
Oxidation experiment was carried out at 560℃ in atmosphere. The mechanism of formation and detachment of black oxide layer was studied by SEM and XRD.
Solidification structure was modified by the melt treatment with titanium and niobium, resulting in both refinement of dendrite structure and modification of carbide shape and distribution. This modifying effect could be attributed to the fact that the nuclie formed at high temperature upon inoculation induce the formation of fine equiaxed grain and primary carbide during solidification, which is also likely to be responsible for the fact that TiC acts as effective nuclie for primary VC solidification.
While hardness was decreased with increasing niobium content, increasing niobium together with the required further stoichiometric proportions of carbon produced balanced hardness value compared with untreated one.
Both internal and external oxidation occurred during tush temperature oxidation, and external oxidation layer showed preferred growth direction of <110>.
Surface black oxide layer formed preferentially at the matrix-carbide interface, and detachment of black oxide layer also occurred preferentially at the same place.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = ⅰ
• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 실험 방법 = 4
• 1. 시험편 제조 = 5
• 2. 현미경 조직 관찰 및 부피분율 측정 = 5
• 3. 경도 시험 = 7
• 4. 고온 산화 시험 = 7
• 가. 중량변화 측정 = 7
• 나. 표면 관찰 및 X-선 회절 시험 = 7
• Ⅲ. 실험 결과 및 고찰 = 8
• 1. Fe-Cr-C계 상태도 = 8
• 2. Fe-Cr-V-C계 (Fe-5Cr-5Mo-5W-V-C 계) = 12
• 3. C의 영향 = 17
• 4. Ti 처리 효과 = 23
• 5. Nb 처리 효과 = 30
• 6. 고온 산화 거동 = 39
• Ⅳ. 결론 = 53
• 참고 문헌 = 54
• ABSTRACT = 55