Austenite formation from a coarse-grained ferrite-pearlite microstructure during intercritical annealing was divided into 4 stages through the variations of the microhardness and of the volume percent of austenite and ferrite with annealing time. From this result, the formation mechanisms and characteristics of transformed ferrite decomposed from austenite during cooling after intercritical annealing have been investigated.
It was confirmed that transformed ferrite always grew epitaxially on retained ferrite along the crystallographic orientation of the retained ferrite without the nucleation step. And the growth rate of transformed ferrite was determined by the rate depending on carbon diffusivity in the austenite. It was observed that there were remarkable differences in the growth behavior of the transformed ferrite by varying the annealing time, annealing temperature, and cooling rate. The differences in the growth behavior were primarily due to the partitioning of substitutional alloying elements, the concentration and concentration gradients of carbon in the austenite, the retained ferrite remained in the austenite, the morphology of the retained ferrite-austenite interface, and the driving force for the austenite to transformed ferrite reaction.
On the other hand, the hardness value of the transformed ferrite was larger than that of the retained ferrite when the specimens were not deformed through the tensile test. However, if the specimens were deformed to strain corresponding to uniform elongation, the hardness value of the two ferrite became to the similar level. The retained ferrite were more deformable and less in strain inhomogeneity than the transformed ferrite. And the strain inhomogeneity of the two types ferrite were more larger with increasing the deformation. The magnitudes of the strain and strain inhomogeneity of the transformed and retained ferrite were greatly affected by the growth behavior of the transformed ferrite.
Void initiated usually at the ferrite-martensite interface. And void propagated along the ferrite-martensite interface in the specimens water-quenched at high temperatures, but in case of the specimens water-quenched at low temperatures void propagated into the martensite particle. From the SEM (scanning election microscopy) fractography, it was observed that the specimens water-quenched at the high temperatures fractured by partially brittle fracture mode-ferrite fractured by cleavage mode and martensite fractured by dimple rupture mode-, but the specimens water-quenched at low temperatures fractured by ductile fracture mode which consisted of the smaller dimple of martensite and the larger dimple of ferrite.
The contribution of the transformed ferrite on the mechanical properties of slow-cooled dual-phase steels could be expected as follows. Because of the difference of the dislocation density between the transformed ferrite and the retained ferrite, these two types ferrite can differently affect on the properties of the dual-phase steels to be obtained at the early stage of deformation. Also as a result of the formation of transformed ferrite, the martensite particle can be divided in the form of the fine particle with large interparticle spacing and the effective grain size of transformed ferrite around the martensite particle can be refined. It can be expected that these remarkable changes of morphology can improve the mechanical properties of the slow-cooled dual-phase steels. On the other hand, the difference in the growth behavior of the transformed ferrite which can be caused by varying the annealing time, annealing temperature, and cooling rate can be used to improve the additional mechanical properties of the slow-cooled dual-phase steels.
Finally, it is suggested in this paper that a possible mechanism for the retaining phenomenon of the 'isolated' type retained austenite can be explained from the growth process of the transformed ferrite. Additionally, it is suggested that the identification of this 'isolated' type retained austenite is possible even with optical microscope.
Ⅳ.2.
(1) 오스테나이트의 형성과정은 소둔시간에 따른 페라이트와 오스테나이트의 미소경도 변화 및 오스테나이트의 부피분율변화로 부터 특징있게 4단계로 분류될 수 있었으며, 첫째 단계와 둘째 단계에서 관찰된 페라이트의 경도변화가 오스테나이트의 성장거동에 영향을 주고 있음이 관찰되었다.
(2) 오스테나이트의 형성은 핵생성과 성장과정을 갖는 확산제어형 기구로 진행 되었다.
(3) Sideplate형의 오스테나이트는 소둔온도가 높고, 소둔시간이 길어짐에 따라 점차 발달되었으며, 이러한 형태의 오스테나이트의 성장은 오스테나이트에서 페라이트로 탄소를 확산시키면서 성장되는 기구에 의해 진행된 것으로 판단된다.
(4) 초기 조직에서 페라이트-퍼얼라이트의 계면은 planar boundary를 이루고 있으나, 퍼얼라이트 영역을 대체한 직후의 페라이트-오스테나이트 계면은 작은 곡률반경의 curved boundary의 연속으로 변화되었으며, 이러한 양상은 planar boundary에 비해 효율적으로 오스테나이트의 탄소를 확산시킬 수 있기 때문에 보다 용이하게 오스테나이트의 성장이 진행될 수있기 때문으로 생각된다.
(5) 네째 단계에 해당되는 시간동안 소둔시킨 후에도 오스테나이트 내부에 미세한 페라이트들이 잔존하고 있으며 이런 양상의 페라이트는 오스테나이트가 분해되는 거동에 중요한 역활을 할 것으로 예측된다.
(6) 본 장에서 얻어진 오스테나이트의 형성과정에 관한 결과는 오스테나이트의 분해거동을 이해하는데 유익한 자료로 사용될 수 있다.
Ⅳ.4.
(1) 냉각되는 동안 transformed 페라이트의 형성은 핵생성과정없이 기존의retained 페라이트에서 그것의 결정방위를 따라 epitaxial growth하고 있음이 확인됐다.
(2) 냉각되는 동안 transformed 페라이트의 성장속도는 오스테나이트에서의 탄소원자의 확산속도에 의해 결정되어졌다.
(3) Transformed 페라이트의 성장은 소둔온도, 소둔시간 및 냉각속도를 변화시킴에 따라 현저하게 다른 양상으로 진행되었다.
이런 거동의 차이는 치환형 합금원소의 구배, 오스테나이트 입자내부에 존재하는 retained 페라이트, retained 페라이트-오스테나이트 계면의양상, 오스테나이트의 탄소농도 및 농도경사, 오스테나이트를 transformed 페라이트로 변태시킬려는 구동력 등의 차이에서 기인된 것으로 사료 되었다.
(4) 본 연구에서 선택된 두가지 grain size는 transformed 페라이트의 형성거동에 영향을 주지 못함이 관찰되었다.
Ⅳ.6.
(1) 변형이 되지 않은 상태에서는 transformed 페라이트의 경도값이 retained 페라이트의 경도값보다 크며, 그 차이는 quenching 온도가 낮아짐에 따라 (transformed 페라이트의 크기가 커짐에 따라) 작아졌다. 그러나 균일연신율에 해당하는 인장변형이 가해지면 두 페라이트의 경도값은 비슷한 수준으로 같아졌다.
(2) Slip line은 retained 페라이트의 중심부에서 가장 현저하게 형성되었는 반면에 transformed 페라이트와 마르텐사이트에 인접한 retained 페라이트에는 slip line의 협성이 보다 덜 현저함이 관찰되었다.
(3) Retained 페라이트의 변형이 transformed 페라이트보다 용이하게 진행 되었으며 두 페라이트 모두 quenching 온도가 낮아짐에 따라 변형이 보다 쉽게 진행되었다.
(4) Strain inhomogeneity는 retained 페라이트 보다 transformed 페라이트에서 크게 나타났으며, quenching 온도가 높을수록 변형양이 증가될수록 두 페라이트 모두 strain inhomogeneity가 증가했다.
또한 transformed 페라이트의 성장거동차이에 의해 두 페라이트의 변형정도 및 strain inhomogeneity 정도가 달라지고 있음이 관찰되었다.
(5) Void의 생성은 늘 페라이트-마르텐사이트 계면에서 시작되었으며 void의 전파는 높은 quenching 온도에서는 페라이트-마르텐사이트의 계면을 따라 진행되었으나, 낮은 quenching 온도에서는 마르텐사이트 입자를 통해 진행되었다. 간혹 retained 페라이트-transformed 페라이트의 계면에서도 void의 전파가 관찰되었으나 현저하지는 않았다.
(6) Quenching 온도가 높은 경우에는 partially brittle fracture 거동을 나타내었으나 quenching온도가 낮은 경우에는 ductile fracture 거동으로 변화되었다.
