The effect of microstructural change on the fracture characteristics of ferrite-martensite-bainite steels was investigated with Fe-0.11C-1.64Mn-0.78Si steel.
1 inch compact tension specimens (1T-CTSs) were machined from hot-rolled plates. The microstructures composed of ferrite-martensite-bainite (tri-phase) were introduced to the specimens by suitable heat treating cycles. The volume fraction of martensite and bainite was controlled by various holding time at a lower bainitic transformation temperature (350℃).
Volume fraction of bainite increased, while that of martensite decreased, and martensite particles became finer as increase in holding time at 350℃. Macro-hardness was inversely proportional to the holding time.
Single specimen unloading compliance method was used to obtain the J-Resistance (J-R) curve in fracture test.
Introduction of bainite to the ferrite-martensite steels (dual-phase steels) was able to improve the fracture toughness ($J_{IC}$) of the materials. Macro-hardness variation had good correlation with toughness increase.
Fractographies in a scanning electron microscope (SEM) revealed that catastrophic cleavage fracture without stable crack growth occurred in the specimens containing small amount of bainite. Dimpled ductile fracture mode became dominant as increase in volume fraction of bainite. Transgranular cleavage initiated at each grain boundary. Dimple size was large inside the grains and small near the grain boundaries such as the distribution of the second phase particles in optical micrographs.
The results suggest that improvement in fracture characteristics was attributed to the softening of ferrite matrix by carbon depletion, deformation of bainite, and refining of martensite particles.
미세조직의 변화가 Fe - 0.11C - 1.64Mn - 0.78Si 조성을 가진 페라이트-마르텐사이트-베이나이트 강의 파괴특성에 미치는 영향을 조사하였다.
열간압연된 판으로 부터 파괴시편 (lT-CTS) 이 제조되었으며 이 시편들이 페라이트-마르텐사이트-베이나이트 조직을 가지도록 열처리하였다. 베이나이트와 마르텐사이트의 부피분율은 350℃에서의 소둔시간을 변화시킴으로써 조절하였다. 그 결과 베이나이트 변태온도 에서의 소둔시간이 길어짐에 따라 베이나이트 부피분율은 증가한 반면 마르텐사이트의 부피분율은 감소하였으며 또한 크기가 미세해졌다. 한편, 페라이트의 경도는 소둔시간이 길어짐에 따라 감소하였다.
J-저항곡선에 의하여 파괴인성치($J_{IC}$)를 측정하였으며 페라이트-마르텐사이트 조직에 베이나이트를 첨가시킴으로써 파괴인성이 증가하였다. 또한 경도의 감소는 파괴 인성의 증가와 좋은 일치를 보여주었다.
주사 전자 현미경 (SEM)을 이용하여 각 시편들의 파면을 관찰하였다. 페라이트-마르텐사이트 조직은 취성 파괴를 일으킨 경우가 많았으며 페라이트-마르텐사이트-베이나이트 조직은 dimple 모양의 연성 파괴를 일으켰다. 미세 조직과 파단면을 비교한 결과 마르텐사이트입자 또는 베이나이트입자가 연속 핵생성에 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다.
위의 결과로 부터 페라이트-마르텐사이트-베이나이트 조직에서의 개선된 파괴 특성은 페라이트기지의 연화와 베이나이트의 변형 및 마르텐사이트입자의 미세화에 기인한다는 결론을 얻었다.
