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가설 설정
- 더구나 bcc 는 open-structure를 가지므로 수소의 이동속도는 fcc보다 훨씬 클 것이다.18) 그러나 fcc 와 hcp에서는 수소원자가 8면체 자리에 위치하여 주위에 큰 변형을 주지 않으므로 안정할 것이다. 그러므로 확산 가능성도 적을 뿐만 아니라 확산 속도도 느리다.
제안 방법
- 그리고 고 Mn강에서 구성상을 파악하기 위해 Rigaku D/max2500, Cu-Kα target을 사용하여 분석하였다.
- 14~15) 수소취성을 일으키는 수소량은 수 ppm으로 극히 미량이며,16) 특히 수소는 상온 부근에서도 확산속도가 매우 빠르기 때문에 수소취성에 의한 불안정파괴 가능성이 상존한다. 따라서 본 연구는 미세조직과 변형기구가 서로 다른 인장 강도 600~900 Mpa급 TRIP 강과 TWIP 강에 대하여 인장시험, 굽힘시험, 딥드로잉 컵 시험을 통하여 이들 두 강종의 수소취성 거동을 비교분석 하였다.
- 수소주입 전후에 인장시험(crosshead speed:1mm/min.)을 실시하여 수소에 의한 취화정도를 비교하였다. 인장 시편의 수소주입은 emery paper (grit No.
- 1000)로 연마한 후 아세톤으로 초음파 세척한 다음 1N H2SO4(49 g)＋As2O3(240 mg)＋1l H20 수용액을 사용하여 스테인리스 강판을 양극에, 인장시편을 음극에 연결한 후 전기분해 하는 방법을 이용하였다. 수소주입 조건은 전류밀도 15 mA/cm2에서 30분간 주입하였으며 수소분석은 Hot extraction hydrogen analyzer (LECO 社)를 사용하였다. 그리고 고 Mn강에서 구성상을 파악하기 위해 Rigaku D/max2500, Cu-Kα target을 사용하여 분석하였다.
- 4 mm까지 열간압연 하였다. 열간압연 강판은 물을 분사하여 650℃까지 냉각한 다음, 이 온도로 유지된 열처리로에서 1시간 유지 후 냉각하여 권취공정을 재연하였다. 100TRIP 강은 열간압연 판재를 2상영역 온도인 650℃에서 1시간 동안 유지한 후 공냉하였으며, TWIP 강은 열간압연한 상태의 판재를 시편으로 사용하였다.
- )을 실시하여 수소에 의한 취화정도를 비교하였다. 인장 시편의 수소주입은 emery paper (grit No. 1000)로 연마한 후 아세톤으로 초음파 세척한 다음 1N H2SO4(49 g)＋As2O3(240 mg)＋1l H20 수용액을 사용하여 스테인리스 강판을 양극에, 인장시편을 음극에 연결한 후 전기분해 하는 방법을 이용하였다. 수소주입 조건은 전류밀도 15 mA/cm2에서 30분간 주입하였으며 수소분석은 Hot extraction hydrogen analyzer (LECO 社)를 사용하였다.
- 인장강도 600~900Mpa급 열연 TRIP 강과 900Mpa급고 Mn계 TWIP 강의 수소취성 거동을 인장시험, 굽힘 시험 및 딥드로잉컵 시험을 통하여 비교분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 동일한 수소주입 조건에서 수소농도는 미세조직과 구조민감성에 큰 영향을 받는데 페라이트와 베이나이트 분율이 가장 큰 80TRIP 강이 가장 높고 그 다음이 100TRIP 강이며, 100% γ 조직을 갖는 0.
- 인장시편은 표면 산화피막을 제거한 후 ASTM E-8 subsize 규격으로 방전가공 하였고, U자형 굽힘 시편은 열연강판을 30 × 100 mm 크기로 방전가공한 다음 300ton의 만능인장시험기에서 굽힘반경 10 mmR로 가공하였다.
- 시편은 고주파 유도로에서 진공용해한 고 Mn계 TRIP/TWIP 강으로서 공칭조성과 기계적성질은 Table 1과 같다. 잉고트는 600 mm 두께의 슬래브 형태로 주조한 다음 1250℃로 1시간 재가열하고 pilot 열간압연기에서 마무리온도를 900℃로 하여 두께 3.0~3.4 mm까지 열간압연 하였다. 열간압연 강판은 물을 분사하여 650℃까지 냉각한 다음, 이 온도로 유지된 열처리로에서 1시간 유지 후 냉각하여 권취공정을 재연하였다.
대상 데이터
- 열간압연 강판은 물을 분사하여 650℃까지 냉각한 다음, 이 온도로 유지된 열처리로에서 1시간 유지 후 냉각하여 권취공정을 재연하였다. 100TRIP 강은 열간압연 판재를 2상영역 온도인 650℃에서 1시간 동안 유지한 후 공냉하였으며, TWIP 강은 열간압연한 상태의 판재를 시편으로 사용하였다. 80TRIP 강은 페라이트 기지에 15%의 베이나이트와 약 8%γ를 함유한 복합조직 강판이다.
- 6C-21Mn1Al)으로 성형한 컵은 전혀 균열이 발생되지 않고 매우 양호한 컵으로 성형할 수 있었다. 따라서 딥드로잉컵의 수소취성 실험은 우수한 성형성을 갖는 강종을 대상으로 실험하였다.
- 시편은 고주파 유도로에서 진공용해한 고 Mn계 TRIP/TWIP 강으로서 공칭조성과 기계적성질은 Table 1과 같다. 잉고트는 600 mm 두께의 슬래브 형태로 주조한 다음 1250℃로 1시간 재가열하고 pilot 열간압연기에서 마무리온도를 900℃로 하여 두께 3.
성능/효과
- 100 TRIP 강은 인장변형시 변형유기 α' 마르텐사이트의 변태분율이 80 TRIP 강보다 훨씬 많고 인장강도도 높기 때문에 수소취성 민감도가 높았다.
- 2) 그러나 수소취성은 재료의 강도수준 및 크기, 외부응력, 응력집중 정도, 사용 분위기 등에 따라 취성 정도가 크게 변화됨으로 아직까지도 체계적인 정량적 평가방법이 확립되어 있지 않다.
- 2는 TRIP/TWIP 강의 인장 변형 거동에 미치는 수소주입의 영향을 나타낸 것이다. 80TRIP강과 100TRIP 강의 응력-변형률 곡선을 보면 수소 주입한 경우 연신율이 급격히 저하하였고, 특히 100TRIP 강의 연성 감소는 매우 크게 나타났다. 80TRIP 강의 경우 페라이트(77 vol.
- 6C-18Mn 시편은 드로잉 컵의 상부모서리 부분에 미세한 균열이 발견되었다. 그러나 80TRIP 강과 Mn 함량이 높은 시편(0.6C-18Mn-2Al, 0.6C-21Mn1Al)으로 성형한 컵은 전혀 균열이 발생되지 않고 매우 양호한 컵으로 성형할 수 있었다. 따라서 딥드로잉컵의 수소취성 실험은 우수한 성형성을 갖는 강종을 대상으로 실험하였다.
- 그러나 인장변형 전 후 100% γ 조직을 갖는 0.45C-15Mn1Al TWIP 강과 0.6C-18Mn TWIP 강은 수소취성 저항성이 매우 우수하였다.
- 동일한 수소주입 조건에서 수소농도는 미세조직과 구조민감성에 큰 영향을 받는데 페라이트와 베이나이트 분율이 가장 큰 80TRIP 강이 가장 높고 그 다음이 100TRIP 강이며, 100% γ 조직을 갖는 0.1C-18Mn TWIP 강이 가장 낮게 나타났다.
- 동일한 수소주입 조건에서 페라이트와 베이나이트의 부피분율(약 92%)이 가장 큰 80 TRIP 강의 수소농도는 7.1 ppm으로 가장 높게 나타났으며, 그 다음이 100 TRIP 강 (6.3 ppm)이며, 소량의 α'과 ε 마르텐사이트가 존재하는 0.15C-15Mn-1.5Al 시편은 5.1 ppm로 나타났다.
- 따라서 가공시 γ → α' 변태분율이큰 고강도 TRIP 강은 수소취성 민감도가 크지만 변형 시 부분적으로 microtwin의 하부구조를 갖는 TWIP 강은 수소취성 저항성이 매우 우수하였다.
- 또한 0.6C-18Mn TWIP 강은 인장변형시 γ 의 기계적 안정성이 높아 TRIP 현상이 일어나지 않고 오스테나이트 내에 수많은 microtwin이 존재하여 부가적인 트랩자리 역할을 함으로서 유효 수소 확산속도를 감소시킬 것으로 생각된다.
- 수소취성 민감성은 구성 조직중 α' 마르텐사이트가 가장 많은 100 TRIP 강이 가장 민감하였으며, 80 TRIP 강과 0.15C-15Mn-1.5Al TRIP/TWIP 강은 인장변형이 증가함에 따라 거의 직선적으로 증가하며 20% 인장한 시편은 수소 주입후 연성이 거의 없는 취성 파괴를 나타내었다.
- 인장변형 후에도 100% γ 조직을 갖으며, 미세한 변형쌍정들이 존재하는 TWIP 강은 TRIP 강보다 수소취성 저항성이 매우 우수하였다.
- 한편, 0.6C-18Mn 시편과 0.15C-15Mn-1.5Al 시편에 대하여 인장시험 전후의 수소 농도를 비교해 보면 인장 시험을 행한 시편의 수소 농도가 크며, 더욱이 0.15C15Mn-1.5Al 시편의 수소 농도는 7.3 ppm 으로 현저하게 증가되었다. 시편 내에서 수소는 전술한 바와 같이 주로 격자내의 공극자리, 입계 균열, 기공, 전위, 석출물 계면 등에 트랩 되는데, 이러한 트랩자리에 대한 수소의 결합 에너지는 0.
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