NACT 공정으로 제조된 압력용기용 강재의 미세조직과 기계적 성질에 미치는 템퍼링 온도의 영향

Abstract

최근 급속한 산업화와 기술 고도화 추세에 따라 압력용기용 강재의 고기능성, 친환경, 내구성 등에 대한 요구가 증대되고 있다. 저온에서 액화시키거나 액화시킨 물질을 저장하고 수송하는 설비가 점차 대형화되어 감에 따라 저온용 용기에 쓰이는 재료의 강도와 저온인성에 대한 요구성능도 매우 엄격해지고 있다. 이러한 물성향상의 요구를 충족하기 위해 압력용기용 강재는 기존의 노멀라이징 열처리 방법에서 NACT(Normalizing and Accelerated Cooling + Tempering)를 수용하는 방향으로 변화되었다. NACT 공정에 포함된 가속냉각으로 인해 기존의 페라이트 + 펄라이트의 미세조직에서 베이나이트를 포함하는 복합조직으로의 변화를 수반하였고 동시에 이런 미세조직의 변화가 후판 전영역에서 국부적으로 나타나기 때문에 강재의 불균등을 야기했다. 강재의 불균등을 완화시키고 잔류응력을 해소하기 위해 템퍼링이 필수적인 공정으로 사용되며 이에 따른 연구가 필요하다. 그러나, 최근 진행된 템퍼링에 대한 연구는 주로 마르텐사이트를 포함하는 강재나 오스테나이트를 포함하는 베이나이트 강재에서 진행되었고 베이나이트를 포함하는 복합조직에서의 연구는 추가적으로 진행될 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 가속냉각 이후 템퍼링 온도를 다양하게 조절하여 미세조직의 변화거동과 그에 따른 기계적 성질간의 상관관계에 대해 알아보고자 하였다. 템퍼링 온도는 냉각종료온도 450 ℃ 와 베이나이트 시작 온도인 681 ℃ 를 기준으로 하여 500, 600, 700 ℃로 설정하였다. 베이나이트가 나타나지 않는 영역인 Bright 영역(B)과 나타나는 영역인 Dark 영역(D)를 구분하여 미세조직의 변화거동을 광학 현미경, 주사전자현미경을 통해 관찰하였다. B 영역에서는 펄라이트의 변화거동이 주로 관찰되었으며 D 영역에서는 베이나이트의 변화거동이 관찰되었다. 또한 미세조직적인 변화가 기계적 성질에 미치는 영향을 알아보고자 비커스 경도, 인장 및 샤르피 충격 시험을 진행하였다. 템퍼링 온도가 증가함에 따라 전위의 회복과 탄화물의 성장등이 관찰되었으나 본 연구에서는 주요한 미세조직의 변화로 펄라이트와 베이나이트의 형상을 관찰하였다. 템퍼링 온도가 증가에 따라 인장강도는 비례하여 감소하였으나 연신율과 샤르피 충격값은 600 ℃의 템퍼링 온도에서 가장 높은 값을 보였다. 이는 700 ℃에서 펄라이트와 베이나이트의 형상이 없어지는 것에 기인한 것으로 추정된다. 따라서 NACT 공정조건에 따른 적절한 템퍼링 온도를 선정해야함을 나타낸다.