선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 DP강의 미세조직에 따른 수소취성 특성과 SP bulb의 높이변화와 bulb 형상 및 균열 관찰을 통하여 수소침투에 의한 재료의 수소취성거동을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 고강도 DP강 시험편에 전기화학적인 방법으로 수소를 강제 주입시킨 후, 수소주입량 측정과 조직구성을 비교분석하였다.
제안 방법
- SP시험은 SP시험에 부과된 펀치하중을 시험편의 변위와 함께 하중-변위를 측정하여 최대하중점을 지난 직후 SP시험을 종료하였다. SP시험 후 변위-하중곡선에서의 최대하중점까지의 면적을 SP에너지로 구하였다.
- SP시험 후 생성된 bulb의 높이를 측정하여, bulb 변형에 미치는 수소의 영향을 현상학적으로 평가하였다. bulb 높이 측정은 앞서 Fig.
- SP시험 후, bulb의 변형거동을 평가하기 위하여 SP시험에 의해 생성된 bulb 형상과 그 변화를 실체 현미경을 사용하여 Fig. 3과 같이 bulb의 직경과 높이를 관찰, 조사하였다. 즉, 수소주입량에 따른 각 SP시험편의 bulb형상과 bulb 높이변화로 측정하였고, 이때 bulb에 파단된 파단면상의 균열분포 및 파단면을 FE-SEM(JSM-6700F, JEOL Ltd)으로 관찰하였다.
- SP시험은 상부 die와 하부 die사이에 위치시킨 시험편 위에 Φ2.4 mm의 강구를 시험편의 중앙에 위치하도록 하여 die를 만능인장시험기에 연결한 후, 0.5 mm/min의 일정 부하속도로 펀치하중(punch load)을 가하여 시험하였다.
- SP시험 후 생성된 bulb의 높이를 측정하여, bulb 변형에 미치는 수소의 영향을 현상학적으로 평가하였다. bulb 높이 측정은 앞서 Fig. 3에 나타낸 바와 같이 측면이 고정된 SP 시험편을 실체현미경으로 관찰하여 이의 높이를 측정하였다. 수소주입조건에 따른 각 시험편의 bulb 높이 측정결과를 Fig.
- 이때 수소주입 실험장치는 3전극 셀로 구성되었으며, 음극에는 시험편을 테프론 테이프로 고정시키고, 양극에는 백금(Pt)와이어를 연결하였다. 기준전극은 Ag/ AgCl 기준전극을 사용하여 일정전류가 유지될 수 있도록 하였다. 플라스크 내 전해질은 0.
- 이를 위하여 고강도 DP강 시험편에 전기화학적인 방법으로 수소를 강제 주입시킨 후, 수소주입량 측정과 조직구성을 비교분석하였다. 또한 SP시험을 후, 수소주입량에 따른 SP에너지를 조사하여, SP시험에 의해 생성된 bulb의 높이변화 및 균열 형상과의 상관관계를 비교, 조사하였다.
- 이들 수소주입조건에 따른 수소주입량 조사결과는 앞서 저자들의 연구 결과에서도 밝혔듯이[6], 수소주입시간의 증가와 전류밀도의 증가는 수소주입량의 증가로 나타나며, 더욱이 동일한 수소주입조건의 경우, 마르텐사이트 부피분율이 증가할수록 수소주입량이 증가한다는 연구내용과도 일치하는 결과로 나타났다. 본 실험의 수소주입시킨 시험편을 SP시험의 시험편으로 하여 SP시험 후 시험편에 형성되는 bulb 형상과 균열 및 그 파단면 관찰에 사용하였다.
- 본 연구에서는 첨가원소가 각기 다른 3종의 고강도 DP강 시험편에 각기 다른 수소주입조건 하에서 수소에 기인한 취성화 정도를 SP시험으로 조사, 분석하였다. 수소취성평가는 SP시험의 SP에너지와 SP 시험에 의해 생성된 bulb 형상과 bulging된 파단면을 조사하여 이를 상호관계지어 분석하였다.
- 수소주입에 따른 수소취성화 정도를 평가하기 위하여 SP시험은 Fig. 2와 같은 장치로 상온분위기 하에서 SP 시험하였다. SP시험은 상부 die와 하부 die사이에 위치시킨 시험편 위에 Φ2.
- 본 연구에서는 첨가원소가 각기 다른 3종의 고강도 DP강 시험편에 각기 다른 수소주입조건 하에서 수소에 기인한 취성화 정도를 SP시험으로 조사, 분석하였다. 수소취성평가는 SP시험의 SP에너지와 SP 시험에 의해 생성된 bulb 형상과 bulging된 파단면을 조사하여 이를 상호관계지어 분석하였다. 먼저 수소주입량은 마르텐사이트 부피분율에 크게 의존하는 것을 알 수 있었다.
- 본 연구에서는 DP강의 미세조직에 따른 수소취성 특성과 SP bulb의 높이변화와 bulb 형상 및 균열 관찰을 통하여 수소침투에 의한 재료의 수소취성거동을 평가하고자 하였다. 이를 위하여 고강도 DP강 시험편에 전기화학적인 방법으로 수소를 강제 주입시킨 후, 수소주입량 측정과 조직구성을 비교분석하였다. 또한 SP시험을 후, 수소주입량에 따른 SP에너지를 조사하여, SP시험에 의해 생성된 bulb의 높이변화 및 균열 형상과의 상관관계를 비교, 조사하였다.
- 그림에서 볼 수 있듯이 ferrite의 기지상에 martensite가 분포한 전형적인 DP강 조직사진으로, 본 현미경 조직사진으로 검은 부분은 마르텐사이트 조직이고, 바탕은 페라이트 기지조직으로 구성되어 있다. 이에 현미경 사진 상의 검은 화소를 martensite pixel로 구분하여 martensite 부피분율을 측정하였다. 측정 결과, DP1시험편의 martensite 부피분율은 3.
- 3과 같이 bulb의 직경과 높이를 관찰, 조사하였다. 즉, 수소주입량에 따른 각 SP시험편의 bulb형상과 bulb 높이변화로 측정하였고, 이때 bulb에 파단된 파단면상의 균열분포 및 파단면을 FE-SEM(JSM-6700F, JEOL Ltd)으로 관찰하였다.
- 앞서 저자들은 고강도 박강판재의 수소취성 연구에서 수소주입량과 수소주입조건과의 상관관계, 수소주입된 고강도강의 기계적 물성평가 및 소형펀치시험의 적용 등 고강도강판재의 수소취성에 대한 다양한 연구결과를 발표한바 있다[6-12]. 최근 논문에서는 수소주입시킨 고강도 DP강 시험편에 소형펀치(Small Punch, SP)시험후 생성된 bulb의 직경과 변형높이를 비교하여 재료 내부로 주입된 수소가 파괴양상에 미치는 영향을 분석, 평가하였다[12].
- 기준전극은 Ag/ AgCl 기준전극을 사용하여 일정전류가 유지될 수 있도록 하였다. 플라스크 내 전해질은 0.5M의 황산수용액을 사용하였고, 3전극 셀과 함께 Potentiostat/ Galvanostat으로 수소주입시간과 전류밀도를 설정하여 상온에서 수소주입시켰다.
대상 데이터
- 각각의 DP강판재는 워터젯 컷팅을 이용하여 10 × 10 × 1(t) mm 의 크기로 절단하였고, 이들 절단면과 표면을 연마 지로 연마하여 0.5 mm의 두께를 갖는 수소주입용시험편으로 준비하였다.
- 본 연구에 사용된 시험편은 자동차 외판재용 590 MPa급 DP(Dual Phase)강을 시험재로 수소취성평가 시험하였다. 실험에 사용된 DP강의 화학적 조성과 기계적 성질을 Table 1에 나타내었다.
성능/효과
- 또한 동일 전류밀도의 경우, 주입시간 증가에 따라 주입수소량도 증가하였으나, 25시간 이상의 수소주입시간에서는 각 시험편에서 수소포화상태의 수소주입량으로 조사되었다. SP 에너지와 SP bulb의 높이 변화를 측정하여 수소취성을 분석한 결과, 수소주입량의 증가는 SP에너지의 감소, SP bulb 높이 또한 감소하는 것으로 관찰되었다. 또한 SP bulb 파단면에서는 수소주입량의 증가에 따라 bulging된 파단면으로 facet가 뚜렷한 형태를 띠며 층상 형태의 벽개 파단면을 가진 수소취성화 거동 파단면임을 확인할 수 있었다.
- SP 에너지와 SP bulb의 높이 변화를 측정하여 수소취성을 분석한 결과, 수소주입량의 증가는 SP에너지의 감소, SP bulb 높이 또한 감소하는 것으로 관찰되었다. 또한 SP bulb 파단면에서는 수소주입량의 증가에 따라 bulging된 파단면으로 facet가 뚜렷한 형태를 띠며 층상 형태의 벽개 파단면을 가진 수소취성화 거동 파단면임을 확인할 수 있었다.
- 8의 경우와 유사한 형태의 facet이 한방향으로 bulging된 파단면의 형상으로 관찰되었다. 또한 dimple이 관찰되기 보다는 facet가 구별되는 cleavage에 유사한 형태의 취성파단면으로 판단할 수 있었다. 더욱이 앞서 전류밀도 150mA/cm2의 파단면에 비하여 다소 큰 facet이 관찰되었다.
- 먼저 수소주입량은 마르텐사이트 부피분율에 크게 의존하는 것을 알 수 있었다. 또한 동일 전류밀도의 경우, 주입시간 증가에 따라 주입수소량도 증가하였으나, 25시간 이상의 수소주입시간에서는 각 시험편에서 수소포화상태의 수소주입량으로 조사되었다. SP 에너지와 SP bulb의 높이 변화를 측정하여 수소취성을 분석한 결과, 수소주입량의 증가는 SP에너지의 감소, SP bulb 높이 또한 감소하는 것으로 관찰되었다.
- 수소취성평가는 SP시험의 SP에너지와 SP 시험에 의해 생성된 bulb 형상과 bulging된 파단면을 조사하여 이를 상호관계지어 분석하였다. 먼저 수소주입량은 마르텐사이트 부피분율에 크게 의존하는 것을 알 수 있었다. 또한 동일 전류밀도의 경우, 주입시간 증가에 따라 주입수소량도 증가하였으나, 25시간 이상의 수소주입시간에서는 각 시험편에서 수소포화상태의 수소주입량으로 조사되었다.
- 즉, 수소주입량이 증가함에 따라 bulb의 높이는 감소하는 경향으로 조사되었다. 본 연구에서는 포화수소주입량에 대한 언급을 하지 않았으나, 앞선 저자들의 수소주입량의 포화주입조건에서 논의한 바와 있듯이, 특히 수소포화상태로 평가되는 25시간의 수소주입시간 조건에서 bulb 높이 감소가 큰 것을 알 수 있었다. 즉, 전류 밀도 150 mA/cm2의 경우 bulb 높이 감소율은 5시간 수소 주입한 시험편에 비하여 4.
- 8은 150mA/cm2 전류밀도 조건에서의 수소주입시간에 따른 DP강 시험편의 SP 시험 후 bulb 표면에 bulging된 파단면을 관찰한 사진이다. 사진에서 볼 수 있듯이 수소주입시간이 5시간에서 50시간까지 증가함에 따라 bulging된 파단 폭은 증가하는 것을 알 수 있다. 또한 5시간 수소주입한 경우 dimple이 방향성이 부여된 facet 형태로 파단이 일어남을 관찰할 수 있다.
- 또한 5시간 수소주입한 경우 dimple이 방향성이 부여된 facet 형태로 파단이 일어남을 관찰할 수 있다. 수소주입시간이 25시간으로 증가할수록 cleavage facet 형태를 가지며 facet이 다소 증가한 형태로 관찰되었다. 50시간 수 소주입한 시험편의 파단면은 전 파면이 facet의 층을 지며 파단된 형태로 facet별 주입수소량 증가에 따른 층상구조의 파면현상으로 조사되었다.
- 전류밀도 150 mA/cm2에서 SP에너지는 DP1 시험편의 경우, 수소주입 5시간에서 297 kgf-mm, 10 시간에서 253 kgf-mm, 25시간에서 180 kgf-mm, 50시간에서 186 kgf-mm로 감소 되는 것을 알 수 있다. 이들 SP에너지 감소율은 5시간의 수소주입시킨 시험편에 비해 50시간의 경우 최대 37%의 SP에너지가 감소하는 것으로 조사되었다. DP2 시험편의 경우에서도 수소주입 5시간에서 338 kgf-mm, 50시간에서 206 kgf-mm로 최대 39%, DP3시험편은 수소주입 5시간에서 378 kgf-mm, 50시간에서 231 kgf-mm로 최대 43%의 감소율로 각각 조사되었다.
- 그림에서 볼 수 있듯이 전류밀도 150 mA/cm2의 경우, 수소주입시간의 증가와 함께 DP1 시험편은 23 ppm에서 63 ppm으로, DP2 시험편은 24 ppm에서 73 ppm으로, DP3 시험편에서는 25 ppm에서 73 ppm으로 각각 증가하는 것으로 조사되었다. 전류밀도 200 mA/cm2에서도 수소주입시간의 증가가 수소주입량의 증가로 나타났으며, 수소주입량은 각 시험편에서 주입시간 증가에 따라 22 ppm 에서 65 ppm, 26 ppm 에서 70 ppm, 27 ppm 에서 74 ppm으로 조사되었다. 이들 수소주입조건에 따른 수소주입량 조사결과는 앞서 저자들의 연구 결과에서도 밝혔듯이[6], 수소주입시간의 증가와 전류밀도의 증가는 수소주입량의 증가로 나타나며, 더욱이 동일한 수소주입조건의 경우, 마르텐사이트 부피분율이 증가할수록 수소주입량이 증가한다는 연구내용과도 일치하는 결과로 나타났다.
- bulb의 변형높이는 SP에너지 결과와 그 경향이 유사한 것을 알 수 있었다. 즉, 수소주입량이 증가함에 따라 bulb의 높이는 감소하는 경향으로 조사되었다. 본 연구에서는 포화수소주입량에 대한 언급을 하지 않았으나, 앞선 저자들의 수소주입량의 포화주입조건에서 논의한 바와 있듯이, 특히 수소포화상태로 평가되는 25시간의 수소주입시간 조건에서 bulb 높이 감소가 큰 것을 알 수 있었다.
- 본 연구에서는 포화수소주입량에 대한 언급을 하지 않았으나, 앞선 저자들의 수소주입량의 포화주입조건에서 논의한 바와 있듯이, 특히 수소포화상태로 평가되는 25시간의 수소주입시간 조건에서 bulb 높이 감소가 큰 것을 알 수 있었다. 즉, 전류 밀도 150 mA/cm2의 경우 bulb 높이 감소율은 5시간 수소 주입한 시험편에 비하여 4.2%, 전류밀도 200 mA/cm2의 경우 4.8%의 감소로 그 감소율이 큰 것으로 나타났다. 이후 50시간 수소를 주입한 시험편의 경우, 두 전류밀도조건의 bulb 시험편 높이변화는 동등내지는 다소 감소하는 것으로 조사되었다.
- 이에 현미경 사진 상의 검은 화소를 martensite pixel로 구분하여 martensite 부피분율을 측정하였다. 측정 결과, DP1시험편의 martensite 부피분율은 3.9%, DP2 시험편은 9.8%, DP3 시험편은 11.2%로 조사되었다. 이는 DP3 시험편에 미량 첨가된 B의 영향과 DP2 시험편의 Cr 첨가에 따른 미세 카바이드 형성에 기인한 마르텐사이트 변태 구역의 확장에 따른 조직분율로 생각된다.
후속연구
- 이는 앞서 저자들이 제시한 포화수소 주입량의 시험결과와도 유사한 경향을 보이는 것임을 고려할 때, SP시험 후 bulb 파단높이 평가로도 수소포화 정도의 평가가 가능하며, 나아가서는 수소취성의 최대 기준점으로 작용할 것으로 생각된다. 향후 이의 정량적, 정성적 연구가 요구되는 것으로 저자들은 판단한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.