새로운 마르텐사이트 스테인리스 스틸의 3D 프린팅

초고강도 마르텐사이트계 스테인리스강은 기계적 특성(오스테나이트계 스테인리스강보다 강함)과 내식성(마레이징강보다 강함)이 우수하여 운송, 기계, 금형 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 저희 팀은 LPBF와 극저온 + 에이징 열처리를 사용하여 새로운 유형의 초고강도 마르텐사이트계 스테인리스강인 10Cr13Co13Mo4Ni2NbW를 개발했습니다. 이 소재는 9.2%의 파단 연신율을 유지하면서 2.1GPa의 최종 인장 강도를 달성합니다.

화학 성분:

이 연구에서는 입자 크기가 15~53㎛인 스테인리스강 분말을 120°C에서 4시간 동안 건조시킨 후 LPBF로 제조했습니다. 레이저 출력은 200W, 스캐닝 속도는 1000mm/s, 층 두께는 0.03mm, 스캐닝 피치는 0.07mm, 스폿 직경은 0.07mm, 층당 회전은 67°였습니다. 준비된 샘플을 -196°C에서 8시간 동안 극저온 처리한 다음 550°C에서 10시간 동안 숙성시켰습니다.

트루어 마르텐사이트 스테인리스 스틸의 SEM 사진

인쇄된 스테인리스강에는 오스테나이트가 절반(47.7%) 함유되어 있었지만 극저온 및 열처리 후에는 3.52%만 남았습니다. 열처리 후 스테인리스강은 대규모 준안정 오스테나이트가 마르텐사이트로 변형되어 더 많은 수의 저각 입자 경계와 전위 밀도를 나타냈습니다. 평균 입자 크기는 3.75μm에서 2.73μm로 감소했습니다.

인쇄된 스테인리스 스틸의 미세 구조

열처리 후 마르텐사이트 매트릭스와 침전된 상은 강도는 높지만 연신율은 현저히 감소합니다. 오스테나이트는 부드러운 상이기 때문에 열처리 후 오스테나이트 함량이 감소함에 따라 마르텐사이트 계 스테인리스강의 강도는 크게 증가합니다. 마르텐사이트계 스테인리스강에 잔류된 오스테나이트는 균열 전파를 방지하고 균열 경로를 변경하여 가소성을 향상시킬 수 있습니다. 또한 잔류 오스테나이트가 변형되는 동안 TRIP 효과가 발생하여 파단을 지연시키고 강도와 가소성을 모두 증가시킵니다. 결과적으로 스테인리스 스틸은 열처리 후 강도는 증가하고 가소성은 감소합니다.

기계적 특성 비교

열처리 후 골절 패턴은 절단면과 구덩이가 있는 혼합 골절입니다.

극저온 및 열처리 과정에서 오스테나이트가 마르텐사이트로 변형되면 전위 밀도가 더욱 증가합니다. 전위는 2상의 핵 형성을 촉진하여 2상 강화를 통해 초고강도로 이어집니다. 이론적 계산에 따르면 항복 강도의 증가는 주로 결정립 경계 강화, 전위 강화, 2상 강화에 의한 것으로 나타났습니다.