금속 재료 압출 적층제조 공정을 이용한 고강도 석출경화형 스테인리스강의 제조 및 열처리가 물성에 미치는 영향

초록

금속 재료 압출 적층제조 공정(Metal Material Extrusion Additive Manufacturing, 이하 M-MEAM)은 금속 분말과 고분자 바인더가 혼합된 필라멘트를 용융 압출 적층하여 성형체를 제조하고 탈지와 소결을 통해 소결체 부품을 제조하는 공정이다. M-MEAM은 대표적인 금속 적층제조 기술(PBF, DED 등) 대비 우수한 경제성과 접근성 덕분에 최근 상용화 가능한 새로운 금속 적층 제조법으로서 주목받고 있다. 17-4PH 강은 마르텐사이트계 석출경화형 스테인리스 강으로 고강도, 내식성이 요구되는 고부가가치 부품에 적용된다. 본 연구에서는 M-MEAM공정을 활용하여 17-4PH 석출경화형 스테인리스강을 제조하고, 이후 후열처리(H900)를 적용하여 미세조직, 기계적 특성 및 내부식성을 제어함을 통해 M-MEAM 공정 적용의 가능성을 검토하고자 하였다. As sintered MEAM 17-4PH 강은 97% 이상의 소결 밀도를 가지며 치밀하게 제조되었다. 제조된 시편은 isotropic microstructure를 보이며 matrix는 주로 lath martensite로 구성되어 있었다. 미세조직 관찰 결과, 석출경화 열처리 후 Cu rich 석출물의 크기가 약 16.38 nm에서 3.51 nm로 감소하였고 그 분율은 2.55%에서 4.00%로 증가하였다. 또한 열처리로 인해 NbC가 추가로 석출되었다. 인장 시험 결과, 열처리 이후 형성된 석출상들에 의해 강도와 연신율이 모두 향상되었고, wrought 소재에 필적하는 수준의 우수한 인장 강도(약 1.35 GPa)와 연신율(7.8%)을 달성하였다. 내부식 특성의 경우 열처리 후 큰 감소를 보이지는 않았으며, 일부 추가 석출된 NbC으로 인해 부식 속도가 약간 증가하는 trade-off 경향을 보였다. 상기 결과들을 바탕으로 M-MEAM으로 제조된 고강도 석출경화형 스테인리스강에서 열처리가 물성에 미치는 영향과 그 거동을 미세조직학적 관점에서 고찰하였다.