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강의 마르텐사이트 변태: 구조재료에서 기능재료까지

전문가 제언: ○ 최근 철강재료에 대한 고강도화의 필요성에 따라 조직제어를 통하여 마르텐사이트조직을 이용하는 경향이 두드러지고 있다. 고강도와 고인성을 위하여서는 결정학적 구속으로 특정방위를 갖도록 형성된 블록(block)이나 패킷(packet)과 같은 결정집단의 미세화가 필요하다. 실용적으로 마르텐사이트의 조직을 미세화하는 데에는 모상인 오스테나이트의 결정립 미세화가 필요하다.

○ 마르텐사이트는 전단변형적으로 일어나는 무확산 변태에 의하여 생성된다. 즉 모상()의 원자위치와 생성상()의 원자위치가 1:1로 대응하는 상태에서 변위가 일어나므로 변태에 수반하는 스트레인이 발생하여 표면기복이 생긴다. 이와 같은 변태스트레인을 슬립변형이나 쌍정변형에 의하여 소성변형으로 완화시키는 격자불변형 변태가 일어나며 소성완화 후에도 형상변형(shape deformation)이라고 부르는 스트레인이 남는다.

○ 철강재료에서 나타나는 α‘마르텐사이트의 형태는 변태온도가 높은 순으로 래스상, 버터플라이상, 렌즈상, 박판상으로 나타난다. 래스 마르텐사이트는 변태 전의 구오스테나이트 결정립을 최대의 단위로 하고 있으며 사이즈가 큰 순으로 보면, 정벽면(habit plane)이 거의 동일한 결정집단인 패킷, 결정방위가 거의 동일한 결정집단인 블록, 오스테나이트와의 결정방위 관계가 동일한 결정집단인 서브블록(sub-block)으로 구성된다.

○ 실용적 관점에서 철강재료의 마르텐사이트 변태는 2방향에서 이용된다. 하나는 마르텐사이트의 경질조직을 강의 고강도화에 이용하는 것으로 그 대료적인 예가 TRIP강이다. 다른 하나는 오스테나이트()에서 변태된 hcp 구조의 마르텐사이트(ε)상이 역변태(ε→)하는 과정에서 생기는 형상기억효과의 이용으로 그 대표적인 것이 Fe-Mn-Si계 합금이다. 강의 마르텐사이트 변태특성을 이용하는 신재료의 개발 잠재력은 매우 크므로 국내에서도 이 분야의 연구가 활성화되기를 기대한다.

저자: Tadashi Maki
자료유형: 학술정보