[논문]슈퍼 2상 스테인리스강의 공식에 미치는 R상의 영향

이병찬; 오은지; 강창룡

doi:10.3740/mrsk.2014.24.11.610

슈퍼 2상 스테인리스강의 공식에 미치는 R상의 영향
Effect of and R Phase on the Pitting Corrosion in Super Duplex Stainless Steel 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.24 no.11, 2014년, pp.610 - 616

이병찬 (한국폴리텍 VII 대학 울산캠퍼스 신소재응용과) , 오은지 (부경대학교 금속공학과) , 강창룡 (부경대학교 금속공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we investigated the precipitation behavior of the R-phase precipitated at the initial stage of aging and its effect on the pitting corrosion of 25%Cr-7%Ni-4%Mo super duplex stainless steel. The R-phase in super duplex stainless steel was mainly precipitated at the interface of ferrite/austenite phases and inside of the ferrite phase during the initial stage of aging, and it was transformed into the ${\sigma}$-phase with an increase in aging time. The ferrite phase was decomposed into a new austenite phase and ${\sigma}$-phase. The R phase was an intermetallic compound, which represented a lower Ni and higher Mo than the matrix, and also had a higher Mo and Cr concentration than the ${\sigma}$ phase. With an increasing aging time, the pitting potential $E_p$ was increased slowly by the precipitation of the R-phase, and it was then steeply decreased by the precipitation of the ${\sigma}$-phase. The R-phase was decreased the pitting potential, but its effect was smaller than effect of ${\sigma}$-phase.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 25%Cr-7%Ni-4%Mo 슈퍼 2상 스테인리스강에서 시효처리에 따른 R상의 석출거동을 조사하고 더불어 이러한 석출거동이 이 강의 공식에 미치는 영향을 함께 조사하였다.

제안 방법

공식시험은 600 ^oC에서 시간을 달리하여 시효처리한 시료에 대해 Potentiostat(Model 263A)를 사용하여 3.5 % NaCl 용액에서 시험하였다. 이 때 표준 전극은 고밀도 탄소봉을 사용하였고, 주사 속도는 20 mV/min 시험하여 분극곡선을 얻고, 동시에 공식전위 Ep를 측정하였다.
이 때 표준 전극은 고밀도 탄소봉을 사용하였고, 주사 속도는 20 mV/min 시험하여 분극곡선을 얻고, 동시에 공식전위 Ep를 측정하였다. 그리고 공식시험후의 표면조직을 주사전자현미경으로 관찰하였다.
또한 시효처리에 의해 석출되는 R상 및 σ상은 시료를 먼저 박막의 시험편으로 만든 후 jet polishing한 다음 투과전자현미경(Hitachi, 200 kV)으로도 관찰하였다.
또한 시효처리에 의해 석출된 R상, σ상 등과 같은 석출물의 보다 상세한 분석을 위해 에너지 분산형 X-선 분석기(Energy dispersive X-ray spectrometer, EDX)를 사용하여 화학조성을 분석하였다.
시료의 열처리는 1050 ^oC에서 30분 유지한 후 수냉하는 용체화처리 한 다음 R상이 용이하게 석출하는 것으로 알려진³⁾ 온도범위 내인 600 ^oC에서 시간을 10분에서 최대 120시간까지 달리하여 유지한 다음 수냉하는 시효처리를 하였다.
용체화처리한 시료와 이를 시효처리한 시료에서 각 상들의 체적분율은 광학현미경과 후방산란전자를 이용한 주사전자현미경에 의해 관찰된 사진으로부터 화상분석시험기(Techsan, TDI PLUS)를 사용하여 10회 이상 측정한 다음 평균하여 구하였다. 또한 시효처리에 의해 석출된 R상, σ상 등과 같은 석출물의 보다 상세한 분석을 위해 에너지 분산형 X-선 분석기(Energy dispersive X-ray spectrometer, EDX)를 사용하여 화학조성을 분석하였다.
용체화처리한 시료의 미세조직을 광학현미경으로, 용체화처리 후 시효처리에 따른 미세조직 변화는 후방산란 전자를 이용한 주사전자현미경(VEGA 2)으로 관찰하였다. 또한 시효처리에 의해 석출되는 R상 및 σ상은 시료를 먼저 박막의 시험편으로 만든 후 jet polishing한 다음 투과전자현미경(Hitachi, 200 kV)으로도 관찰하였다.
5 % NaCl 용액에서 시험하였다. 이 때 표준 전극은 고밀도 탄소봉을 사용하였고, 주사 속도는 20 mV/min 시험하여 분극곡선을 얻고, 동시에 공식전위 Ep를 측정하였다. 그리고 공식시험후의 표면조직을 주사전자현미경으로 관찰하였다.

대상 데이터

시료는 먼저 고주파 진공 용해로에서 25Cr-7Ni-4Mo 조성을 갖는 슈퍼 2상 스테인리스강으로 용해한 다음 소정의 크기를 갖는 잉곳을 만들었다. 다음 이를 1000-1250 ^oC 사이의 온도에서 열간 압연하여 최종 15 mm 두께의 판재로 만들어 각종 시료로 사용하였다. 이때 얻어진 시료의 화학조성을 Table 1에 나타내었다.
시료는 먼저 고주파 진공 용해로에서 25Cr-7Ni-4Mo 조성을 갖는 슈퍼 2상 스테인리스강으로 용해한 다음 소정의 크기를 갖는 잉곳을 만들었다. 다음 이를 1000-1250 ^oC 사이의 온도에서 열간 압연하여 최종 15 mm 두께의 판재로 만들어 각종 시료로 사용하였다.

성능/효과

1) R상은 시료초기에 석출되어 시효시간의 증가와 함께 증가하다 σ상으로 변태 되는데 기인되어 소멸되었다.
12) 따라서 이러한 이론과 R상과 σ상의 석출거동을 조사하여 나타낸 Fig. 5의 결과를 연관시켜 분석해 보면, 공식저항은 시효초기에는 R상이 석출하고 그 양이 증가하는데 기인되어 서서히 감소하지만, σ상이 급격히 석출하기 시작하는 시효시간인 120분 이상이 되면 R상의 양이 많아지고 있는데도 어느 정도 영향을 받지만, 주로 σ상의 양이 많아지는데 더 크게 영향을 받아 빠르게 감소한다고 판단된다.
2) 시효처리 시간이 길어지면 R상은 새로운 오스테나이트상과 σ상으로 분해 되었다.
3) R상은 기지에 비해 Ni는 적지만 Mo이 많고, σ상보다는 Cr의 양이 적고 Mo의 양이 크게 많았다.
4) 내공식전위 Ep는 시효처리 시간이 증가함에 따라 R상이 석출하는데 기인되어 서서히 감소하다 σ상이 석출하는데 기인되어 빠르게 감소하였다.
5) R상은 내공식전위를 낮추지만 그 영향은 σ상보다는 적었다.
따라서 이러한 결과로부터 R상은 시효 초기에 페라이트와 오스테나이트상의 계면 및 페라이트상내에서 석출되고, 시효시간의 증가와 함께 증가하다가 시효시간이 크게 길어지면 σ상으로 변태되고 있는 것을 알 수 있다.
사진 (a)는 페라이트 상에서 석출되어 있는 석출물을 명시야상으로 나타낸 것이고, (b)는 명시야상에서 나타낸 석출물의 제한 시야 회절패턴과 이를 분석하여 나타낸 것이다. 이 결과로부터 600 ^oC에서 시효처리에 의해 삼방정계(trigoal system) 구조를 갖는 R상들이 페라이트상 내에서 석출되고 있는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터 시효처리에 R상은 시효초기에 석출되었다 σ상으로 변태되는데 기인되어 소멸되어 없어지고, 또한 R상은 기지보다도 Ni의 양이 적지만, Mo의 양이 많으며 σ상 보다는 Cr의 양은 적고, Mo의 양이 크게 많은 석출상임을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	슈퍼 2상 스테인리스강에 첨가된 Mo가 재료에 미치는 영향은?	슈퍼 2상 스테인리스강에는 일반적으로 공식 저항성, 강도 등의 향상을 위해 2~4 %정도의 Mo이 첨가되어 있다. 그러나 이 Mo은 고온에서 가공을 하거나 사용 중 또는 시효처리를 하게 되면 R, σ상 등과 같은 금속간화합물로 석출되고, 이러한 석출물중 σ상은 재료의 내식성과 인성 등을 크게 나쁘게 하는 것으로 알려져 있다.2-5) 따라서 최근 이러한 σ상의 석출을 억제함으로써 내식성과 인성을 개선하려는 많은 연구가 수행되어 왔고, 그 결과 Mo을 첨가하지 않거나, Mo의 양을 낮추는 대신에 W을 첨가하면 σ상의 석출은 지연 또는 억제되지만 또다른 금속간화합물인 R상, χ상 등과 같은 석출물의 석출을 촉진한다고 알려져 있다.
	슈퍼 2상 스테인리스강의 단점을 보완하기 위해 W을 첨가했을 때 미치는 영향은?	그러나 이 Mo은 고온에서 가공을 하거나 사용 중 또는 시효처리를 하게 되면 R, σ상 등과 같은 금속간화합물로 석출되고, 이러한 석출물중 σ상은 재료의 내식성과 인성 등을 크게 나쁘게 하는 것으로 알려져 있다.2-5) 따라서 최근 이러한 σ상의 석출을 억제함으로써 내식성과 인성을 개선하려는 많은 연구가 수행되어 왔고, 그 결과 Mo을 첨가하지 않거나, Mo의 양을 낮추는 대신에 W을 첨가하면 σ상의 석출은 지연 또는 억제되지만 또다른 금속간화합물인 R상, χ상 등과 같은 석출물의 석출을 촉진한다고 알려져 있다.6,7)
	슈퍼 2상 스테인리스강이란?	내공식지수(PREN, pitting resistance equivalent number) 값이 40 이상인 슈퍼 2상 스테인리스강은 기존의 2상 스테인리스강 보다 내식성과 기계적 성질이 크게 개선된 강이다. 따라서 산업환경이 크게 열악한 정유산업, 발전 플랜트 산업, 해양 플랜트 산업 등에서 폭넓게 사용되고 있다.

참고문헌 (15)

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C. J. Park, et al, Corrosion, 61(1), 76 (2005).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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