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문제 정의
- 셋째, 질소 인자 30을 고려하여 1050℃에서 고용화열처리된 F53 SDSS 두 상의 내식성 균형에 미치는 합금원소들 중에 어떤 원소가 가장 큰 영향을 미쳤는지 고찰하여 보았다. Fig.
가설 설정
- 14) 그 이유는 질소 (N)은 DSS내의 γ 상에 대부분 고용되며, α상에는 거의 고용되지 되지 않는다.
제안 방법
- % FeCl3 + 1 wt.% HCl 용액에서 임계공식온도 (CPT) 시험을 행하여 CPT에 미치는 고용화열처리의 영향을 살펴보았다. 고용화 열처리 온도가 감소할수록 다음과 같이 CPT가 증가함으로써 공식 저항성이 증가함을 알 수 있다 (Fig.
- α 상과 γ 상의 공식 저항성의 차이를 규명하기 위해 SEM-EDS 및 SAM을 통해 Cr, Mo 및 N을 분석한 후 α 과 γ 상에 대해 공식 저항 당량 지수 (pitting resistance equivalent number, PREN)를 계산하였다 (Fig. 6).
- 23) Scanning Electron Microscopy–Energy Dispersive Spectroscopy (SEM-EDS) 및 Scanning Auger Multiprobes (SAM)를 이용하여 α 상과 γ 상의 성분 분석을 통해 2 상의 공식 개시 및 전파 경로에 미치는 고용화열처리 온도의 영향을 고찰하였다.
- ASTM G 5에 의거하여 60℃의 탈기된 0.5N HCl + 1N NaCl 용액에서 동전위 양극 분극 시험을 행하여 공식 전위(pitting potential, Ep)에 미치는 고용화열처리의 영향을 살펴보았다. 고용화열처리 온도가 감소할수록 아래와 같이 공식 전위가 증가함으로써 공식 저항성이 증가함을 알 수 있다(Fig.
- F53 (UNS S32750) SDSS 압출 환봉재를 이용하여 미세조직 및 내식성을 평가하였다. 고용화 열처리는 각 각 1050℃, 1100℃, 1150℃에서 두께 1 mm 당 3 분 유지 후 수냉하였다.
- Thermo-Calc 소프트 웨어를 이용하여 SDSS 합금의 각 상들에 대한 평형 분율을 계산하였다 (Fig. 1). 금속간 상인 sigma (σ)의 최대 석출 온도는 약 1010℃, chi (χ)의 최대 석출 온도는 약 770℃ 및 Cr 질화물 (Cr2N) 의 최대 석출 온도는 약 960℃ 로 나타났다.
- F53 (UNS S32750) SDSS 압출 환봉재를 이용하여 미세조직 및 내식성을 평가하였다. 고용화 열처리는 각 각 1050℃, 1100℃, 1150℃에서 두께 1 mm 당 3 분 유지 후 수냉하였다.
- 고용화열처리가 공식 거동에 미치는 영향을 살펴보기 위해, ASTM G 5 에 따라 탈기된 60℃의 0.5 N HCl + 1.0 N NaCl 용액에서 동전위 양극 분극 시험을 행하였다.24) 이 시험은 흑연을 음극으로 하고, 전극포화 카로멜 전극(saturated calomel electrode, SCE)을 참조 전극으로 하여 60 mV/min 의 주사 속도로 하여 행하였다.
- 이번 연구에서는 F53 SDSS 압출 환봉재의 2 상간의 공식 거동에 미치는 고용화열처리의 영향을 살펴보기 위해 Thermo-Calc 소프트 웨어를 이용하여 각 상들의 평형 분율 계산, 미세조직 분석, 동전위 양극 분극 시험 및 임계 공식 온도 시험을 행하였다.
이론/모형
- % KOH 전해 에칭을 이용하여 분석하였으며, α상과 γ상의 분율은 ASTM E 562의 manual point count (number of fields: 30, magnification: x 200, grid array: 5 x 5)을 이용하여 측정하였다.
- 상기의 PREN 실험 관계식은 Lorenz와 Medawar가 다양한 조성을 갖는 합금을 이용하여 개발하였다.10) PREN 관계식은 스테인리스강의 공식 저항성을 판단하기 위한 기준 식으로서 스테인리스강의 공식 저항성에 크게 영향을 미치는 Cr, Mo 및 N과 같은 주요 합금 원소들의 함량 (wt.
성능/효과
- γ 상이 α 상 보다 공식 저항성이 큰 이유는 γ 상이 PREN이 α 상 보다 높았기 때문이며 (Fig. 7 (c)), Cr, Mo, N 중에서 N이 Cr 및 Mo보다 내식성 균형에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 1. 고용화열처리 온도가 감소할수록 오스테나이트 분율은 증가한 반면에 페라이트 분율은 감소하였으며 Thermo-Calc 소프트 웨어를 이용하여 계산된 고용화열처리 온도에 따른 γ 상 및 α 상의 분율 변화와 같은 경향을 나타내었다.
- 2. 고용화 열처리 온도가 감소할수록, 공식 전위 및 임계공식온도가 증가함에 따라 공식 저항성이 향상되었다.
- 26) 질소가 고용될 수 있는 면심입방격자 (face centered cubic, FCC)를 갖는 γ 상 내의 팔면체 침입형 공간 (octahedral interstitial sites)은 체심입방격자 (body centered cubic, BCC)를 갖는 α 상 내의 그 공간보다 약 3 배 정도 크기 때문에 질소는 거의 대부분은 γ 상에 고용된다.
- 3. 고용화열처리 온도가 감소할수록, 공식 저항성이 향상되었던 것은 2 상 간의 PREN 값 차 (PRENγ – PRENα)가 감소하여, 즉, 2 상간의 갈바닉 부식에 대한 내식성 차이가 줄어 들어 공식 저항성이 증가한 것에 기인한다.
- ASTM E 562의 점 셈법 (manual point count)에 의거하여 측정된 α 상의 분율은 고용화열처리 온도가 감소함에 따라 감소한 반면에 γ 상의 분율은 증가하였다 (Fig. 3).
- 그 결과, Cr과 Mo은 γ 상보다 α 상의 PREN을 증가시켰으며, N은 α 상 보다 γ 상의 PREN을 증가시켰음을 알 수 있다.
- 그 결과, 첫째, 질소 인자 16을 사용했을 때는 고용화열처리 온도에 관계없이 α 상의 PREN 값이 γ 상의 PREN 값보다 크게 되어 α 상의 공식 저항성이 γ 상보다 더 높게 됨을 알 수 있다.
- 그 결과로서 질소는, α 상의 PREN 과 비교해서, DSS내의 γ 상의 PREN를 상당히 증가시켜 γ 상의 공식 저항성을 증가시킨다.
- 둘째, 고용화열처리 온도가 감소할수록 공식 전위 (Fig. 4 (a)) 및 임계공식온도 (Fig.
- 요약해서, PREN 45 급 SDSS 합금은 고용화열처리 온도가 감소할수록 동전위 분극 시험으로부터 측정된 공식 전위와 임계공식온도 시험으로부터 측정된 CPT가 증가한다는 것을 알 수 있다.
- 임계공식온도 시험 후 광학현미경 미세조직을 관찰한 결과, 고용화열처리 온도에 관계없이 α 상에서 공식이 개시 된 후 γ 상으로 공식이 전파된 것으로 나타났다 (Fig. 5).
- 2 상에서의 합금원소들의 PREN 과 2 상에서의 합금원소들의 PREN 차를 토대로 하여 F53 슈퍼 듀플렉스 스테인리스 강의 2 상의 내식성 균형에 미치는 합금원소의 영향은 Cr < Mo < N 순서이었다. 즉, 질소 (N)가 Cr 및 Mo보다 내식성 균형에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.
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