이 연구에서는 기존의 밴드형 마르텐사이트 구조를 가진 상용 DP 강철과 비교하여, 등방성(equiaxed) 및 잘 분산된 마르텐사이트 구조를 갖는 강철(SN-DP)의 변형 분포와 손상 진화를 분석하였습니다. 마르텐사이트 크기와 형태 이중상 이를 통해 기존 강철의 국부 성형성과 연신율을 개선하는 방법을 모색하고자 합니다.
1. 연구 배경 및 목적
이중상(DP) 강철은 고강도와 연성을 동시에 갖추고 있어 자동차 산업에서 주목받고 있습니다. 특히 연료 효율 향상과 배출가스 감소를 위해 자동차 차체의 경량화가 중요한 과제가 되면서, DP 강철의 성능 향상 필요성이 대두되고 있습니다. 그러나 기존의 DP 강철은 국부 성형성과 충격 저항이 제한적이어서 복잡한 디자인의 부품 제작에는 적합하지 않은 한계가 있었습니다.

2. 마르텐사이트 크기와 형태 이중상 연구 방법
- 조직 변환을 위한 접근법
- 분리 중화(segregation neutralisation): 망간(Mn)과 규소(Si) 성분 비율을 조정해 밴드형 마르텐사이트 생성을 방지하고 등방성 조직을 구현.
- 결과적으로, 마르텐사이트는 간극 영역 대신 삼중점에서 핵생성 되어 균일하게 분포.
- 실험 및 시뮬레이션
- 미소기계적 모델링: 유한요소법(FEM)을 사용해 변형 분포와 손상 진화 시뮬레이션.
- 현미경 내 인장 테스트: 주사전자현미경(SEM)에서 실시간으로 미세 변형 관찰.
- 비교 대상
- BM-DP(기준 강철): 밴드형 마르텐사이트를 가진 상용 강철.
- SN-DP(분리 중화 강철): 등방성 마르텐사이트를 가진 강철.
3. 주요 결과 및 분석
- 변형 분포 차이
- FEM 시뮬레이션 결과, SN-DP는 BM-DP에 비해 전단 밴드가 더 균일하게 분포.
- 밴드형 마르텐사이트가 클수록 변형은 특정 영역에 집중되어 국부적 손상을 초래함.
- 마르텐사이트 크기와 국부 연성의 관계
- 마르텐사이트 크기가 증가하면, 마르텐사이트 자체의 평균 변형율은 증가하지만, 페라이트의 평균 변형율은 감소.
- 반면, SN-DP는 BM-DP 대비 변형 분포가 균일하며, 국부적인 미세 균열 발생을 지연시킴.
- 미세 손상 및 연신율 개선
- BM-DP에서는 평균 30%의 인장 변형에서 공극(coalesced void) 형성이 시작된 반면, SN-DP에서는 80% 변형까지 공극 형성이 관찰되지 않음.
- SN-DP는 균일 변형 이후의 연신율이 63.3%로 BM-DP(30.1%) 대비 크게 향상.
- 공극 방향성 차이
- BM-DP의 공극은 인장 방향과 45도 이상의 각도로 형성되는 경향이 강함.
- 반면, SN-DP에서는 40도 이하의 각도로 형성되어 더 안정적인 변형 분포를 보임.
4. 결론 및 의의
- 마르텐사이트 크기와 형태를 조정하면 DP 강철의 국부 성형성과 연성을 개선할 수 있음.
- 분리 중화 공정을 통해 등방성 마르텐사이트를 구현하면 손상 지연 효과와 함께 연신율이 크게 증가.
- 이 연구는 자동차 산업에서 복잡한 부품 설계에 적합한 고성능 DP 강철 개발에 기여할 수 있는 가능성을 제시.
이 연구는 DP 강철의 밴드형 마르텐사이트 문제를 해결하고, 더욱 균일한 기계적 성질을 가진 강철 개발의 방향성을 제시하였습니다. 앞으로 이러한 성과를 상업적 공정에 적용할 수 있는 연구가 지속되길 기대합니다.
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