Effect of V and Nb on Mechanical Properties of Non-Heattreated Hot Forging Steels

열간단조용 비조질강의 기계적 성질에 미치는 V, Nb의 영향

0.4wt%C steel added with V and/or Nb were forged and followed by air cooling. The structure-property relationships were examined and multiple regression analysis was conducted to quantify the magnitudes of effects of microalloying elements on the properties of the steels. All material's tensile strength are greater than $70kg/\textrm{mm}^2$, so they are equal to or superior to Q/T material's(S45C). Their impact energies are less than 40J, so they are 50% of Q/T material's. Increasing the content of V from 0.10 to 0.15 wt% had brought improvement in UTS about 20% but with some sacrifice of impact energy. These were the results from the precipitation strengthening by fine dispersion of VC in ferrite, increment of pearlite volume fraction and decrement of pearlite interlamellar spacings. However, increasing the content of Nb from 0.05 to 0.l0wt % slightly improved UTS and impact energy. NbC precipitates were more effective in suppression of austenite grain coarsening than VC precipitates. Combined additions of V+Nb were more effective to bring impact toughness than sole addition. Optimum combination of strength and toughness was accomplished wish 0.4C-1. 19Mn-0.05S-0.12V-0.07Nb steel.

0.4wt% C을 함유하는 기존의 기계구조용 탄소강에 V과 Nb을 단독 또는 복합으로 첨가한 열간단조용 비조질강의 기계적 성질을 조사하고, 미세조직과 셔출물의 분포 및 형상을 관찰하였으며 첨가원소의 영향을 정량화 하기 위해 중회귀분석을 행하였다. 인장시험 결과 모든 재료의 인장강도는 $70kg/\textrm{mm}^2$ 이상으로 기존의 소입.소려재(S45C)와 동등하거나 그 이상이었으며, 충격시험 결과 대부분 재료의 충격에너지는 40J 이하로 기존 재료의 약 50%정도였 다. V함량이 0.10에서 0.l5wt%로 증가하였을 경우 인장강도는 약 20% 증가하였으나 충격에너지는 감소하였다. 이는 VC의 미세석출에 의해 석출강화 효과와 함께 펄라이트의 부피분율이 증가하고 층간거리가 감소했기 때문이다. 반면 Nb 함량이 0.05에서 0.10wt%로 증가한 경우에는 강도와 인성의 근소한 증가경향을 나타내었다. 이는 NbC의 석출애 의한 결정립 미세화 효과가 VC 보다 우세했기 때문이다. 또한 V+Nb의 복합첨가는 단독첨가시에 비하여 충격인성의 향상에 보다 효과적이었으며, 본 실험에서 최적 강도와 인성의 조합을 보인 합금조성은 0.4C-1.19Mn-0.05S-0.12V-0.07Nb로 인장강도는 $84kg/\textrm{mm}^2$ 이상, 충격인성은 34J 이상이었다.