[논문]오스테나이트 스테인리스강의 극저온 특성

정찬회; 김순국; 이준희; 정세진; 김익수

doi:10.3740/mrsk.2007.17.1.037

오스테나이트 스테인리스강의 극저온 특성
An Extremely Low Temperature Properties of Austenite Stainless Steels 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.17 no.1, 2007년, pp.37 - 42

정찬회 (동아대학교 신소재공학과) , 김순국 (동아대학교 신소재공학과) , 이준희 (동아대학교 신소재공학과) , 정세진 (㈜NK) , 김익수 (㈜NK)

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of immersion time in the liquid nitrogen and deformation-induced martensitic transformation on the behavior of austenite stainless steels used for the hydrogen storage tank of auto-mobile at cryogenic temperature were investigated. With increasing of immersion time in the liquid nitrogen, the tensile strength of all austenite stainless steels at cryogenic temperature was increased because the martensite transformation of unstable austenite. The restraint of crack generation ana transmission also increased the tensile strength by the active ${\alpha}'$ transformation. The elongation decreasing of 321 steel is not the mechanical deformation of austenite phase but the stress induced martensite phase during the tensile test.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그리 고 미 세조직 은 왕수부식 액 (염 산 40 ml, 질산 30 ml, 아세트산 20 ml, 글리세린 10 ml)을 이용하여 부식 후 관찰하였다. 그리고 극저온에서 기계적 특성 증가 , 원인을 파악하고자 광학현미경과 FESEM-EDX(Field Emission Scanning Electron Microscope with Energy Dispersive X-ray Spectrometer, LEO 1530FE)를 이용하여 미세조직 및 파단면에서의 개재물 존재유무 등을 조사하고 이에 대해 고찰하였다.
따라서 대용량, 저가 및 장수명의 수소저장용 합금 개발 요구에 따랴 액체수소 저장용기용으로써 소재의 극저온 특성거 동을 파악하고 또한 서로 상이 한 연구결과지6) 로 보고되는 α' 변태에 대해 조사하고자 준안정 오스테나이트 스테인리스강인 304강과 316L 및 321강의 극저온 환경에서의 조직 및 기계적 특성을 조사하였다.

가설 설정

1. 모든 합금의 경우 극저온에서의 인장강도 거동은 액체질소 침적 . 유지시간 16주까지 확인한 결과 큰 변화 거동을 나타나지 않았다.

제안 방법

하였다. 그리 고 미 세조직 은 왕수부식 액 (염 산 40 ml, 질산 30 ml, 아세트산 20 ml, 글리세린 10 ml)을 이용하여 부식 후 관찰하였다. 그리고 극저온에서 기계적 특성 증가 , 원인을 파악하고자 광학현미경과 FESEM-EDX(Field Emission Scanning Electron Microscope with Energy Dispersive X-ray Spectrometer, LEO 1530FE)를 이용하여 미세조직 및 파단면에서의 개재물 존재유무 등을 조사하고 이에 대해 고찰하였다.
및 321강의 판재를 선택하였다. 선택한 각각의 판재를 KS B 0801의 14B호 시험편으로 가공하여 극저온환경을 유지하고자 인장시험편을 액체질소 챔버에 16주까지 침적. 유지시켰다.
인장시험 (Shimadzu AG-1 10KN, speed: 10 mm/min) 은 유지환경과 동일하게 액체질소 침적 하에서 하였다. 그리 고 미 세조직 은 왕수부식 액 (염 산 40 ml, 질산 30 ml, 아세트산 20 ml, 글리세린 10 ml)을 이용하여 부식 후 관찰하였다.

대상 데이터

소재는 대표적인 오스테나이트 스테인리스강 중 304, 316L 및 321강의 판재를 선택하였다. 선택한 각각의 판재를 KS B 0801의 14B호 시험편으로 가공하여 극저온환경을 유지하고자 인장시험편을 액체질소 챔버에 16주까지 침적.

성능/효과

Fig. 6(a)의 304강은 액체질소 침적시간 2주까지는 인장강도와 연신율이 약간 증가한 후 일정한 값을 유지하고 있다가 16주에서 인장강도가 크게 증가하였고 연신율은 일정량 감소하였다. 인장강도와는 달리 항복강도는 2주 이후 꾸준히 일정한 값을 유지하다가 16주에서 증가하였다.
그리고 Fig. 6(b)의 316 L강은 304강의 경우와 침적시간 초기에는 유사한 경향을 나타내고 있지만 304강과는 달리 인장강도의 급격한 증가뿐만 아니라 연신율의 감소가 나타나지 않았다.
2. 상온에 비해 극저온에서 인장강도가 증가한 이유는 인장 시 불안정한 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하였기 때문으로 판단된다.
3. 극저온에서의 우수한 인장강도는 인장시험 시 저온에서의 활발한 a' 변태로 균열의 발생 및 전파가 억제되기 때문으로 사료된다.
4. SUS 321강의 연신율 변화거동은 인장변형에 따른 오스테나이트 상의 기계적 변형에 의한 것이 아니고 변형 중 오스테나이트상이 변태한 응력유기 마르텐사이트상에 의한 결과일 가능성이 크다고 판단된다.
극저온에서 신율이 증가하는 기구는 현재 두 가지 설이 있는데 인장시험 후 오스테나이트 기지에 쌍정이 발생하여 신율이 증가한다는 쌍정형성설과 변형에 의하여 마르텐사이트가 형성됨으로써 합금의 연성이 증가하는 trip 현상설이 있으나 이 두 가지 모두 정확한 증거를 제시하지 못하고 있다. 그러나 본 연구에서 인장강도의 거동특성과 연계하여 고찰하면 인장변형에 따른 오스테나이트 상의 기계적 변형상이 아니고 변형 중 오스테나이트상이 변태한 마르텐사이트상에 의한 결과일 가능성이 크다고 판단된다.
2는 액체질소에 16주 침적 .유지 후 관찰한 인장시험 전 미세조직으로써 액체질소에 장시간 유지하여도 오스테나이트 초직을 형성하고 있음을 확인하였다.
6(a)의 304강은 액체질소 침적시간 2주까지는 인장강도와 연신율이 약간 증가한 후 일정한 값을 유지하고 있다가 16주에서 인장강도가 크게 증가하였고 연신율은 일정량 감소하였다. 인장강도와는 달리 항복강도는 2주 이후 꾸준히 일정한 값을 유지하다가 16주에서 증가하였다. 그리고 Fig.
6(c)의 321강은 304 및 316 L강과는 다른 기계적 특성거동을 보여주고 있다. 전술한 합금과는 달리 액체질소 침적시간 1주부터 항복 및 인장강도가 크게 증가하여 일정하게 유지되고 연신율은 이와 반대로 1 주부터 급격하게 감소하여 유지되고 16주까지 관찰한 결과 큰 변화를 나타내지 않았다.

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