The Effects of Solute Carbon Atoms in Ferrite on Austenitization and the Thermal Expansion Coefficients of Ferrite and Austenite

Abstract The effects of solute carbon atoms on the thermal expansion coefficients of ferrite and austenite aswell as austenitization behavior were investigated by comparing carbon-free ferrite and carbon-containing ferrite.The thermal expansion coefficients and austenitization start and finish temperatures were measured using adilatometer. Solute carbon atoms at elevated temperatures above the cementite dissolution temperature (650 K)decreased the thermal expansion coefficients of both ferrite and austenite. In addition, minute amount of carbonatoms dissolved in ferrite stimulated austenite nucleation during continuous heating, resulting in the lower startingtemperature of austenitization.(Received September 13, 2013; Revised September 23, 2013; Accepted September 30, 2013)Keywords : thermal expansion coefficient, ferrite, solute carbon atoms, austenitization, dilatometry 1. 서론 철강 기술이 발전함에 따라 철강 소재의 고품질화,고기능화가 이루어지고 있으며 요구 성능을 구현하기위하여 가공 열처리 공정을 정교하게 제어하고 미세조직을 정확하게 예측하는 것이 더욱 중요해졌다. 철강의 최종 미세조직과 기계적 성질을 제어하고 예측하기 위해서는 기본적으로 오스테나이트화(Austenitization) 거동을 이해하는 것이 중요하다.특히 다상복합조직강의 다양한 미세조직을 제어하기위해서는 오스테나이트화 개시, 종료 온도의 정확한측정 뿐 아니라 가열 혹은 등온 유지 열처리 공정중 오스테나이트 분율의 예측이 필수적이다 [1].지금까지 많은 연구자들에 의해 오스테나이트화 거동을 이해하기 위한 연구가 이루어져 왔다[2-5]. 저탄소강의 오스테나이트화는 펄라이트나 구상화 시멘타이트 부분이 먼저 용해되면서 오스테나이트가 형성되기 시작하고, 시멘타이트 혹은 펄라이트 부분이 모두 소진된 이후 오스테나이트가 페라이트 내로 성장하는 두 단계로 구분된다 [2, 3]. 기존의 연구에서는고온에서의 오스테나이트화 거동이나 미세조직 변화를 관찰하기 위하여 주로 열처리 중 급랭(Quenching)한 조직을 현미경으로 관찰하는 간접적인 방법이 적용되었다.최근에는 오스테나이트화 거동이나 미세조직 변화를 연구하기 위해 등온 유지, 혹은 가열 중의 시편길이의 변화를 실시간으로 측정할 수 있는 딜라토미터 장비가 유용하게 사용되고 있다. 딜라토미터로 측정한 시편 길이 변화율로부터 오스테나이트화 개시,종료 온도 뿐 아니라 오스테나이트화가 진행되고 있는 동안의 각 온도별 상분율도 예측 가능하다[6-8].그 중에서도 페라이트-펄라이트 혼합 조직에서의 오스테나이트화 거동에 대한 연구가 활발하게 이루어져왔는데, 그 중에서도 페라이트-펄라이트 혼합 조직에서의 오스테나이트화 거동에 대한 연구가 활발하게이루어져 왔는데, Caballero 등은[4, 5] 딜라토미터