[논문]자동차 강재의 수소취성 연구에 대한 고찰

양원석; 서지원; 안승호

doi:10.14773/cst.2018.17.4.193

자동차 강재의 수소취성 연구에 대한 고찰
A Study on Hydrogen Embrittlement Research on Automotive Steel Sheets 원문보기

Corrosion science and technology, v.17 no.4, 2018년, pp.193 - 201

양원석 (현대제철 연구개발본부 도금강판개발팀) , 서지원 (현대자동차 남양연구소 가속내구개발팀) , 안승호 (현대자동차 남양연구소 가속내구개발팀)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to suppress $CO_2$ emission and protect passengers in case of vehicle collision, continuous efforts are being made to increase the application ratio and tensile strength of advanced high strength steels used in the manufacturing of automotive body. Simultaneously, hydrogen embrittlement which was not a concern in the past has currently become a major issue due to microstructure that is sensitive to hydrogen uptake. The sensitivity increases with residual stress and hydrogen uptake content. Many automotive OEM companies and mill makers are setting specifications to control hydrogen embrittlement. The factors which lead to hydrogen embrittlement are material sensitivity, residual stress, and hydrogen concentration; researches are in progress to develop countermeasures. To reduce material sensitivity, mill makers add high energy trap elements or microstructure refinement elements. Automotive OEM companies design the car parts not to concentrate local stress. And they manage the levels to not to exceed critical hydrogen concentration. In this article, we have reviewed hydrogen embrittlement evaluation methods and corresponding solutions that are being studied in automobile manufacturing industries and mill makers.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이때 적용된 부품에 수소지연파괴에 의한 균열이 존재 하면, 대량의 리콜로 이어질 수 있고 이는 비용뿐만 아니라 기업이미지에도 큰 손실이 예상되므로 최근 자동차 회사나 철강사에서는 집중적으로 연구를 진행하고 있다. 본 연구에서는 현재 이루어지고 있는 자동차 강재의 수소취성 연구 현황과 향후 연구 방향에 대해 고찰하고자 한다.
2000년대 이후 연비개선, 지구환경보호를 위한 차량 경량화와 차량 충돌시 운전자의 안전성 확보가 이슈가 되고 있다. 이에 대응하기 위해 각 자동차회사들은 경량소재나 초고강도강 (AHSS, Advanced High Strength Steel)의 적용을 늘이거나 파워트레인의 최적화 및 친환경 엔진을 개발하여 적용하려 한다 [1-5]. 그러나 자동차 재료로 적용되기 위해서는 일정한 품질과 함께 재료의 원가도 고려되어야 한다.

제안 방법

이에 각 철강사와 자동차사들은 수소취성에 대한 다양한 시험방법들과 규격을 개발하면서 강재의 개발과정에서 검증을 진행하고 있다. 먼저 공정중 잔류 응력이 인가될 수 있는 공정과 수소가 혼입될 수 있는 환경을 찾고, 그 환경을 모사할 수 있는 응력과 수소혼입 환경을 모사한다 (Table 1, Fig. 7,8). Table 1 같이 자동차에서 만들어지는 강재내 임계 수소함유량을 규제하거나 강재에 일정응력을 인가한 상태에서 산이나 NaCl 같은 수소혼입환 경에 노출시킨 후, 일정 지연파괴시간 이상을 요구하고 있다.
3wt% 첨가된 NaCl₃ ~ 5wt% 수용액 (pH 4 ~7)에 침지해두고, 일정시간 내에 지연파괴가 일정시간 발생하지 않으면 강재를 자동차 부품으로 사용해도 필드에서 문제가 발생하지 않을 것으로 판단한다. 혹은 응력이 인가되도록 조립된 부품단위로 산에 침지하여 일정시간 지연파괴가 나타나지 않는지 확인한다.

후속연구

일반적으로 실험실에서는 강재에 수소를 일정시간 혼입 시킨후 수소가 인가되지 않은 조건과 수소가 인가된 조건에서의 연신율 변화, 지연파괴 시간등을 지수화해서 민감도 (Sensitivity index)를 확인한다. 그러나, 수소량이 반드시 지연파괴시간과 일치하지 않으므로 일정응력에서 수소지연파괴가 일어나는 임계점을 확인 (Fig. 7)하고, 생산공정에서 혼입되는 수소량과 비교한 후, 부품으로 적용 가능성을 판정한다.
자동차용 판재에서 수소취성이 크게 우려되기 시작한 것은 1GPa 이상의 초고강도강이 대량으로 적용된 이후이다. 향후 개발되는 강재의 강도는 지속적으로 상승하고 미세조 직의 불균일성도 증가하며 그 적용비율도 높을 것으로 예상 되고 있으며 (Fig. 2), 필드에서도 일부 부품에서 의심사례들도 확인되고 있다. 이에 각 철강사와 자동차사들은 수소취성에 대한 다양한 시험방법들과 규격을 개발하면서 강재의 개발과정에서 검증을 진행하고 있다.
향후 자동차 경량화와 충돌안정성 확보를 위해 적용되는 강재의 강도와 비율이 더욱 증가될 것으로 예상된다 (Fig. 2). 이때 적용된 부품에 수소지연파괴에 의한 균열이 존재 하면, 대량의 리콜로 이어질 수 있고 이는 비용뿐만 아니라 기업이미지에도 큰 손실이 예상되므로 최근 자동차 회사나 철강사에서는 집중적으로 연구를 진행하고 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수소지연파괴에 의한 균열이 존재하면 기업에는 어떠한 영향을 미치는가?	2). 이때 적용된 부품에 수소지연파괴에 의한 균열이 존재 하면, 대량의 리콜로 이어질 수 있고 이는 비용뿐만 아니라 기업이미지에도 큰 손실이 예상되므로 최근 자동차 회사나 철강사에서는 집중적으로 연구를 진행하고 있다. 본 연구에서는 현재 이루어지고 있는 자동차 강재의 수소취성 연구 현황과 향후 연구 방향에 대해 고찰하고자 한다.
	수소취성 같은 현상이 이슈가 된 계기는 무엇인가?	한편 철강사에서는 강재의 경량화를 위해 강도를 향상시킬 목적으로 마르텐 사이트 (Martensite), 잔류 오스테나이트 (Retained Austenite)와 같은 조직이 많아지도록 미세조직 제어나 첨가 성분을 증가시키면서, 이전에 자동차 판재에서는 나타나지 않았던 수소취성 (Hydrogen Embrittlement) 같은 현상들이 이슈가 되고 있다 [6].
	차량 경량화와 차량 충돌시 운전자의 안전성 확보가 이슈 됨에 따라 자동차회사들이 행하는 것은 무엇인가?	2000년대 이후 연비개선, 지구환경보호를 위한 차량 경량화와 차량 충돌시 운전자의 안전성 확보가 이슈가 되고 있다. 이에 대응하기 위해 각 자동차회사들은 경량소재나 초고강도강 (AHSS, Advanced High Strength Steel)의 적용을 늘이거나 파워트레인의 최적화 및 친환경 엔진을 개발하여 적용하려 한다 [1-5]. 그러나 자동차 재료로 적용되기 위해서는 일정한 품질과 함께 재료의 원가도 고려되 어야 한다.

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