Figure 3 - 1 Schematic diagram of NACT process of the A516 pressure vessel steels
Figure 3 - 2 Location of Vickers' hardness test
4.실험 결과
4.1 미세조직 분석
Figure 4-1, 4-2는 모든 시편을 연마하고 에칭 한 후 저배율의 광학현미경과 주사전자 현미경으로 관찰한 미세조직이다. 모든 시편에서 밝은 영역(Bright area, B)과 어두운 영역 (Dark area, D)가 나타난 것을 확인할 수 있다. 밝은 영역과 어두운 영역은 각각 65 : 35의 분율로 나타났다. 세부적인 분율 측정을 위한 주사전자현미경 관찰결과를 Figure 4-3에 나타내었다. 밝은 영역에서는 페라이트가 85 vol.%, 펄라이트가 15 vol.%로 나타나고 어두 운 영역에서는 페라이트가 70 vol.%, 베이나이트가 25 vol.%, M-A constituunts가 5 vol.%
이하로 관찰되었다. 펄라이트와 베이나이트는 선행연구 결과를 통해 형상학적인 인자로 서 구분하였다. 이를 통해 시편의 전체 미세조직 분율을 계산한 결과를 Table 4-1에 나타 내었다. 페라이트는 82.5 vol.%, 펄라이트는 9.75 vol.%, 베이나이트는 8.75 vol.%, 2차상은 1.75 vol.%로 측정되었다. 모든 시편의 전체적인 미세조직의 분율은 크게 변하지 않았으 나, Figure 4-4, 4-5에 나타난 고배율의 주사전자현미경을 통해서 템퍼링 온도에 따른 미 세조직의 형상변화를 확인할 수 있다.
밝은 영역의 펄라이트는 ‘Q-B’ 시편과 ‘T500-B’ 시편에서 크게 변화하지 않으나 pearlite spacing distance가 조금 커지는 것으로 관찰된다. ‘T600-B’ 시편에서 펄라이트의 형상은 남아있으나 시멘타이트 층이 구상화되면서 연결성을 잃어가는 것이 관찰된다. 이는
‘T700-B’ 시편에서 확연하게 관찰되는데 ‘T700-B’의 펄라이트는 형상을 잃고 펄라이트를 구성하고 있던 시멘타이트의 구상화 및 조대화가 일어난다. 어두운 영역의 베이나이트는
‘Q-D’ 시편과 ‘T500-D’ 시편을 비교했을 때 ‘T600-B’에서 일어난 층상 조직의 연결성이 끊어지는 현상이 ‘T500-D’ 시편에서부터 래스의 연결성이 끊어지는 것으로 관찰된다. 템 퍼링 온도가 증가함에 따라서 래스가 끊어지는 현상이 두드러지고 점차 구상화 되어진다.
‘T700-D’ 시편에서 끊어진 래스가 구상화 및 조대화되어 베이나이트의 현상이 사라진다.
Figure 4 - 1 Optical microstructures of the (a) Q, (b) T500, (c) T600, (d) T700. Nital etched.
Figure 4 - 2 SEM micrographs of the (a) Q, (b) 500, (c) T600, (d) T700. Nital etched.
Figure 4 - 3 SEM micrographs of the (a)&(b) Q-B, (c)&(d) Q-D
Table 4 - 1 Volume fraction and size of microstructure
Figure 4 - 4 Morphology of pearlite microstructures at (a) Q, (b) 500 oC, (c) 600 oC, (d) 700 oC in bright area
Figure 4 - 5 Morphology of bainite microstructures at (a) Q, (b) 500 oC, (c) 600 oC, (d) 700 oC in dark area
Figure 4 - 6 OM micrographs of the cross-sectional area beneath the fracture surface of the Charpy impact 'Q' specimens fractured at (a) RT, (b) -20oC, (c) -46oC
Figure 4 - 7 OM micrographs of the cross-sectional area beneath the fracture surface of the Charpy impact 'T500' specimens fractured at (a) RT, (b) -20 oC, (c) -46 oC
Figure 4 - 8 OM micrographs of the cross-sectional area beneath the fracture surface of the Charpy impact 'T600' specimens fractured at (a) RT, (b) -20 oC, (c) -46 oC
Figure 4 - 9 OM micrographs of the cross-sectional area beneath the fracture surface of the Charpy impact 'T700' specimens fractured at (a) RT, (b) -20 oC, (c) -46 oC
4.2 기계적 성질
4.2.1 인장강도 및 경도
모든 시편에 대해 상온 인장 시험과 비커스 경도 시험을 실시하여 기계적 성질을 측정 하였고, 이를 Table 4-2에 정리하였다. 모든 시편의 상온 인장 시험으로 얻어진 공칭 응 력-공칭 변형율 곡선을 Figure 4-10에 나타내었다. ‘Q’ 시편은 연속 항복 거동을 보이며, 404 MPa의 항복강도, 608 MPa의 인장강도, 32 %의 연신율을 나타내었다. 템퍼링을 실시 한 시편들은 모두 불연속 항복 거동을 나타내었다. ‘T500’ 시편은 ‘Q’ 시편보다 항복 강도 가 20 MPa 증가하였고, 인장강도는 28 MPa 감소하였다. ‘T600’ 시편은 ‘Q’ 시편보다 항복 강도와 인장강도가 각각 21, 55 MPa씩 감소하였다. ‘T700’ 시편은 ‘Q’ 시편보다 항복강도 와 인장강도가 각각 15, 62 MPa씩 감소하였다. 템퍼링 온도가 증가할수록 인장 강도는 감소하였다. 연신율은 ‘Q’ 시편에 비해 템퍼링한 시편들이 더 높았고, ‘T600’ 시편에서 40 % 로 가장 높았다.
비커스 경도는 0.3 kgf로 강재의 전영역에 걸쳐 측정하였으며, 이를 Figure 4-11에 나타 내었다. 해당 경도 측정맵을 통해 ‘Q’ 시편에서 국부적으로 경도 차이가 났던 부분들이 템퍼링이 되면서 경도 차이가 줄어듦을 알 수가 있다. 또한 템퍼링 온도가 높아짐에 따 라 전반적인 경도가 감소하였다. Figure 4-12에는 측정된 평균 경도, 최대 경도, 최소 경 도를 나타내었다. 최대 경도의 경향성이 평균 및 최소 경도의 경향성과는 다르게 나타나 고 있다. 최대 경도는 ‘Q’ 시편과 비교하여 ‘T500’ 시편에서 급격하게 감소하였으며, ‘T600’
시편은 ‘T500’ 시편과 비슷한 값을 보인다. ‘T700’ 시편에서는 ‘T600’ 시편보다 약간 감소 하였다. 그러나 평균 및 최소 경도는 ‘T600’ 시편까지 일정하게 감소하였고, ‘T700’ 시편은
‘T600’ 시편과 비슷한 경도를 나타내었다.
Table 4 - 2 Mechanical properties of the steels
Figure 4 - 10 Stress-strain curves obtained from the room-temperature tensile test of the Q, T500, T600, T700 specimens
Figure 4 - 11 Vickers' hardness map of the Q, T500, T600, T700
4.2.2 샤르피 충격 특성
샤르피 충격 시험은 상온, -20, -46 ℃에서 실시하였고, 각 시편의 샤르피 충격 특성은 Table 4-2 와 Fig. 4-13에 정리하여 나타내었다. ‘Q’ 시편의 경우, 가장 낮은 샤르피 흡수 에너지를 보였으며, 상온, -20, -46 oC로 시험 온도가 감소할수록 샤르피 흡수 에너지도 감 소하였다. ‘T500’ 시편의 경우, ‘Q’ 시편보다 샤르피 흡수 에너지가 크게 향상되었고, 시험 온도에 따른 샤르피 흡수 에너지는 비슷하였다. ‘T600’ 시편의 경우, ‘T500’ 시편보다 샤르 피 흡수 에너지가 약간 증가하였다. ‘T700’ 시편의 경우, ‘T600’ 시편보다 샤르피 흡수 에 너지가 약간 감소하였다. 그리고 상온과 -20 oC의 샤르피 흡수 에너지에 비해 -46 oC의 샤르피 흡수 에너지는 50 J 정도 낮다.
Figure 4 - 13 Charpy impact energy of Q, T500, T600, T700