CHQ steel components has been widely used in automotive, ship and aerospace engineering, thermal plants, the precision parts such as fastener, pinions, connecting rods, spline sockets bolt and nuts are being manufactured by cold heading operations. Effect of aluminum addition on reheating temperature as well as austenite formation has been observed; mechanism of grain refinement by AlN particles by which it can influence the mechanical properties of steel has been investigated. Grain refinement mechanism by micro-alloying AlN particles has been widely used technique but this process has still not completely universally understood and still not effectively used. Combination of two steels with and without addition of aluminum as micro-alloying constituents has been studied in this work that clearly shows the different $AC_1$ and $AC_3$ temperature in both the steels and further aluminum combines with nitrogen to form AlN particles that are responsible for pinning the prior austenite grain boundaries and hinders grain growth. However, a study of re-austenization behavior using Pb-bath rapid-heating experiments suggested that the addition of Al significantly affects the austenite formation kinetics during inter-critical annealing and results in the formation of much finer reheated austenite grain structure. The reason for this is partly because a much finer pro-eutectoid ferrite network forms during cooling (i.e., hot-rolling) in Al-containing steel because the austenite-to-ferrite transformation temperature is significantly depressed by Al-addition. In particular, the result showed that the pro-eutectoid ferrite/pearlite interface is the most potential nucleation site of austenite during re-austenization and that the refinement of pro-eutectoid ferrite network leads to a significant increase in the nucleation sites of austenite during inter-critical annealing. Thus it is believed that grain refinement of reheated austenite grain structure due to Al addition results not only from the grain growth retardation by AlN particles but also from the intrinsic chemical effect of Al addition on the austenite formation kinetics on reheating.
CHQ 강은 자동차, 선박, 우주공학, 발전소 및 정밀 부품 등(금속 파스너, 커넥팅 로드, 스플라인 소켓)을 포함한 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 Al의 첨가에 따른 CHQ강의 재가열 온도와 오스테나이트 형성에 관한 영향을 관측하였다. 우선 AlN 입자에 의한 CHQ강의 결정립 미세화 메커니즘을 규명하였다. AlN 입자의 미세-합금화에 의한 결정립 미세화는 많이 사용되는 기술이지만, 현재까지 그 공정에 대한 이해가 완벽히 이루어지지 않았다. 본 논문에서는, Al을 미세-합금화의 구성요소로써 사용하여, Al이 첨가된 강과 첨가되지 않은 강 두 가지를 비교 분석하였다. 두 가지 강에서 모두 $AC_1$과 $AC_3$온도의 차이점을 보여주었으며, 추가적으로 Al에 질소를 도입함으로써, AlN의 입자를 형성하여 Prior 오스테나이트의 Grain boundary pinning과 결정립 성장 억제 또한 확인하였다. 그러나, Pb-bath rapid-heating 실험을 통한 Re-austenization의 거동에 관한 연구에 따르면, Al의 첨가가 오스테나이트 형성 속도론에 크게 영향을 주며, 그 결과 매우 미세한 Reheated 오스테나이트 결정립 구조 형성이 일어나게 되었다. 이는 Al이 포함된 강의 경우, 오스테나이트에서 ferrite로의 상변태 온도가 크게 감소하여, 냉각 시(즉, hot-rolling) pro-eutectoid ferrite network가 강 내부에 형성되었기 때문이다. 특히, re-austenization시, pro-eutectoid ferrite와 pearlite의 계면이 오스테나이트의 nucleation site가 되었으며, 이와 같은 이유로, inter-critical annealing시, pro-eutectoid ferrite network의 결정립 미세화와 오스테나이트의 nucleation site의 급격한 증가가 일어나게 되었다. 그러므로, Al 첨가 때문에 발생되는 reheated 오스테나이트 결정립 미세화는 AlN의 입자에 의한 결정립 성장 억제뿐 아니라 재가열 중에 발생하는 오스테나이트 형성 속도론에 intrinsic chemical effect에 기인한 것이다.
핵심어: CHQ강, 미세-합금화, 결정립 미세화, 재가열 미세구조, 입자 피닝, 오스테나이트 형성 속도론
