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연속용융 도금라인 용 고내침식 Fe계 합금 개발
Development of High Erosion Resistant Fe-based Alloy for Continuous Hot Dipping Line 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.53 no.3, 2020년, pp.95 - 103  

백민숙 (순천대학교 RIC) ,  김용철 ((주)삼우에코) ,  백경철 ((주)삼우에코) ,  곽준섭 (순천대학교 RIC) ,  윤동주 (순천대학교 RIC)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the material used in the hot dip galvanizing equipment was poorly corrosion-resistant, so it was performed to solve the cost and time problems caused by equipment replacement. The theoretical calculation was performed using the DV-Xα method(Discrete Variational Local-density ap...

주제어

표/그림 (19)

AI 본문요약
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제안 방법

  • 열처리 조건은 TMA 분석결과를 바탕으로 변태 온도인 890℃ 이상의 온도에서 열처리를 실시하였다. 2가지의 열 처리를 진행하였으며, Normalizing은 1050℃에서 4.5 시간 유지한 뒤 Blast Cooling을 하였고 Tempering은 700℃에서 5시간 유지한 뒤 Air Cooling을 하였다
  • 다음으로 열처리 온도를 파악하기 위하여 제조된 합금 D6를 이용하여 TMA 분석을 통하여 변태점과 열팽창 계수를 측정하여 그림 7에 나타내었다. TMA 분석은 분당 5도씩 올리며 하중은 1N으로 설정하고 Ar분위기에서 최대온도 1200도 까지 측정하였다
  • 시편은 형상을 일정하게 맞출 수 없어 표면을 일정하게 샌딩처리 하였다. 각 샘플의 내침식 실험 전후의 무게를 측정하여 침식률을 확인하는 방법으로 진행하였다. 0.
  • Zn 반응성 실험 전과 후의 무게를 각각 확인하였으며 각 샘플의 침식율을 표 8에 나타내었다. 각 샘플의 모양과 무게가 다르기 때문에 줄어든 무게만으로는 비교가 불가하므로, 침식율을 비교하였다
  • 기존 합금의 가장 큰 문제점은 내침식성으로써, 강도와 경도에는 큰 문제점이 보이지 않았 기 때문에 강도 및 경도가 조금 낮춰지더라도 내침 식성이 좋아 질 수 있는 방향으로 설계를 했다. 강 도 향상에 도움이 되는 합금원소의 양을 조금 줄이고, 내식성에 향상이 되는 합금 원소의 양을 늘리는 방향으로 설계를 해 나갔으며 변태조직 및 내식성에 가장 밀접한 원소 C, Cr, Mo, Ni 함량의 미세조정으로 디자인을 하였다.  
  • 국산품과 D6를 0.2Al-Zn용탕에 내침식 반응 실험은 각 소형 도가니에 0.2Al-Zn를 넣고 450℃로 3시간 유지 시킨 후 안정화 된 상태에서 각 샘플을 해당 도가니에 각각 넣어주고, 48시간 유지 시켰다. 해당 내용은 그림 10에 나타내었다.
  • 기계적 특성을 알아보기 위해 경도시험과 인장시험을 실시하였다. 경도시험은 비커스경도계와 로크 웰경도계를 이용하였으며, 비커스경도는 하중 30g 을 주었으며, 각 5회를 측정하여 평균값으로 나타내었다.
  • 새로운 합금은 설비의 규모가 크기 때문에 재료 원가 등을 고려하여 내식에 도움이 된다[11-12]는 고가의 원소(Ti, Pt, Pd등)를 배제한 후 진행 되었으며, 강도, 연신율 등의 기계적 특성을 거의 비슷하게 맞추기 위해 기존에 사용된 원소를 이용하여 진행하였다. 기존 합금의 가장 큰 문제점은 내침식성으로써, 강도와 경도에는 큰 문제점이 보이지 않았 기 때문에 강도 및 경도가 조금 낮춰지더라도 내침 식성이 좋아 질 수 있는 방향으로 설계를 했다. 강 도 향상에 도움이 되는 합금원소의 양을 조금 줄이고, 내식성에 향상이 되는 합금 원소의 양을 늘리는 방향으로 설계를 해 나갔으며 변태조직 및 내식성에 가장 밀접한 원소 C, Cr, Mo, Ni 함량의 미세조정으로 디자인을 하였다.
  • Fe는 천이금속원소로 금속결합에 있어서 d 궤도끼리 강한 공유결합을 한다. 따라서 s,p궤도 보다는 d궤도가 물성에 영향을 많이 미치므로 d궤도 에너지값을 계산하였고 d궤도를 갖지 않는 원소의 경우는 최외각 전자 s,p궤도의 레벨을 계산하였다
  • 따라서 본 연구에서는 현재 사용되고 있는 국산 품(STS4XX series)의 문제점인 내침식성 및 강도를 개선하여 적용할 수 있는 연속용융도금라인 설비용 Fe계 합금을 이론계산을 이용하여 설계한 후 특성을 분석하였다.
  • 마지막으로 국산품 및 설계 합금(D6)의 0.2Al-Zn 용탕내에서의 내침식 테스트와 분석을 진행하였다. 시편은 형상을 일정하게 맞출 수 없어 표면을 일정하게 샌딩처리 하였다.
  • 본 연구는 먼저 DV-Xα mathod를 이용하여 이론 계산을 실행하는데, 해당 합금의 모델이 될 수 있는 클러스터를 작성하였다.
  • 본 연구는 연속용융 아연도금 라인에 적용되어오고 있는 국산품의 내침식성 및 강도를 향상하기 위하여 이론적 계산 방법 중 하나인 DV-Xα 법을 이용하여 새로운 합금 설계, 제조한 후 특성을 비교, 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 새로운 합금은 설비의 규모가 크기 때문에 재료 원가 등을 고려하여 내식에 도움이 된다[11-12]는 고가의 원소(Ti, Pt, Pd등)를 배제한 후 진행 되었으며, 강도, 연신율 등의 기계적 특성을 거의 비슷하게 맞추기 위해 기존에 사용된 원소를 이용하여 진행하였다. 기존 합금의 가장 큰 문제점은 내침식성으로써, 강도와 경도에는 큰 문제점이 보이지 않았 기 때문에 강도 및 경도가 조금 낮춰지더라도 내침 식성이 좋아 질 수 있는 방향으로 설계를 했다.
  • 2E-06(1/K)로 확인되었다. 열처리 조건은 TMA 분석결과를 바탕으로 변태 온도인 890℃ 이상의 온도에서 열처리를 실시하였다. 2가지의 열 처리를 진행하였으며, Normalizing은 1050℃에서 4.
  • 최종적으로 선택된 합금을 측량, 모합금 제조, 유 도용해로를 이용하여 직접 제조하였으며, 제조된 합금은 변태온도를 측정하여 열처리를 실시하였다. 열처리된 합금은 미세조직 관찰, 경도시험, 인장 시험, 동전위 분극 시험, 내침식성 시험을 진행하여 합금의 특성을 비교, 분석하였다.
  • 우선 내식성을 알아보기 위하여 열처리 후 최종 샘플의 부식률을 동전위 분극시험을 통해 측정해 보았다. 동전위분극 전해액으로 0.
  • 이 연구에서는 두 가지 파라미터를 사용하였는데, 첫 번째로 원소 합금에 대한 d-오비탈 에너지로, 치환된 X의 d 레벨이 변화하는 에너지 레벨이며 이후로 Md라고 부른다. 두 번째는 결합차수(Bond order, 이후 Bo)로 원자들 간의 전자들이 중복개체수(overlap popultion)은 뮬리켄의 중복 개체수 분석방법(population analysis)에 의해 구하였다.
  • 이론 계산법을 이용하여 설계한 D6, D9합금은 진공유도 용해로를 이용하여 진공과 대기 2가지로 용해 하여 비교 해 보았다. 유도 용해 이전에 융점이 높은 Mo은 융점을 낮추기 위하여 Fe와 Mo을 3:1 비율로 모합금을 만들어 사용하였으며, 모합금은 아르곤분위기의 진공아크용해로를 이용하였다.
  • 최종적으로 선택된 합금을 측량, 모합금 제조, 유 도용해로를 이용하여 직접 제조하였으며, 제조된 합금은 변태온도를 측정하여 열처리를 실시하였다. 열처리된 합금은 미세조직 관찰, 경도시험, 인장 시험, 동전위 분극 시험, 내침식성 시험을 진행하여 합금의 특성을 비교, 분석하였다.
  • 본 연구는 먼저 DV-Xα mathod를 이용하여 이론 계산을 실행하는데, 해당 합금의 모델이 될 수 있는 클러스터를 작성하였다. 클러스터 작성 후 각 원소 를 중심으로 Fe를 주위에 배치하여 원소별 Md, Bo 값을 도출해 낸다. 도출해낸 이론값 Md, Bo 값을 이용하여 합금을 새롭게 디자인, 설계한다.

대상 데이터

  • 우선 내식성을 알아보기 위하여 열처리 후 최종 샘플의 부식률을 동전위 분극시험을 통해 측정해 보았다. 동전위분극 전해액으로 0.9%NaCl을 사용하였으며, Scan Rate는 5mV/s, Sample 면적은 1 cm2으로 진행되었다. 표 7에 각 샘플의 부식률, Icorr(전 류밀도), Ecorr(Potential)의 결과를 나타내었다.
  • 사용된 주형은 30Φ, 6EA 의 주형을 사용하였으며 한 회당 총 14Kg씩 용해하였다.
  • 이론 계산법을 이용하여 설계한 D6, D9합금은 진공유도 용해로를 이용하여 진공과 대기 2가지로 용해 하여 비교 해 보았다. 유도 용해 이전에 융점이 높은 Mo은 융점을 낮추기 위하여 Fe와 Mo을 3:1 비율로 모합금을 만들어 사용하였으며, 모합금은 아르곤분위기의 진공아크용해로를 이용하였다. 진공도는 최대 10-6, 용해는 앞뒤로 뒤집으며 3회 이상 실시하였다.
  • 이론 계산에 적용된 구조는 Iron silicide로 tetragonal 구조를 이용하였으며, Unit Cell, Space group의 정보 [5,6]는 다음 표 1에 나타내었다
  • 미세조직을 비교했을 때, 마르텐사이트를 가지며 미세한 조직을 보여주는 대기에 서의 유도 용해를 진행한 D6가 최적의 조건으로 판단되었다. 이후 대기에서 주조한 시험편 D6, D9만 분석에 임하였다
  • 인장시험은 비교를 위하여 국산품과 최적의 디자인 소재인 D6를 진행하였다. 인장시험편은 KS B 0801의 14A호(봉형)에 의거하여 비례시험편으로 제작하였으며, 인장시험은 JIS Z 2241 : 2011 시험법으로 진행 되었다.

데이터처리

  • 기계적 특성을 알아보기 위해 경도시험과 인장시험을 실시하였다. 경도시험은 비커스경도계와 로크 웰경도계를 이용하였으며, 비커스경도는 하중 30g 을 주었으며, 각 5회를 측정하여 평균값으로 나타내었다. 표 5에 국산품, D6, D9의 비커스, 로크웰경 도 값을 나타내었다.

이론/모형

  • 이 연구에서는 두 가지 파라미터를 사용하였는데, 첫 번째로 원소 합금에 대한 d-오비탈 에너지로, 치환된 X의 d 레벨이 변화하는 에너지 레벨이며 이후로 Md라고 부른다. 두 번째는 결합차수(Bond order, 이후 Bo)로 원자들 간의 전자들이 중복개체수(overlap popultion)은 뮬리켄의 중복 개체수 분석방법(population analysis)에 의해 구하였다. 이 Bo는 원자들 간의 공유결합성의 강한 정도의 지표를 나타내는 것으로 합금의 물리적 특성과 관계가 있다.
  • 본 연구에서는 마르텐사이트 구조를 가지는 Fe base 합금에 다른 금속원소를 포함했을 경우 에너지 상태를 알아보기 위해 분자궤도법(DV-Xα method)으로 계산을 하였다.
  • 마지막으로 국소밀 도근사 전반의 특징으로서 계산 효율이 비교적 높다. 분자궤도 결과를 뮬리켄 방법으로 해석해서 구한 각 원자 위에서의 전자밀도(마지막 값)가 수치기 저함수를 구하기 전에 가정한 전자밀도(초기치)와 일치 할 때까지 계산을 행한다.[4]
  • 이론계산에 맞는 정보를 수집하여 DV-Xα method 을 이용하여 계산할 최소의 구조를 선택 및 작성하였으며, 최종 클러스터는 Fe가 8개, 그 중심에 계산될 원소(X)를 넣어 Fe8X1의 구조로 계산을 진행하였으며 그림 4에 나타내었다.
  • 인장시험은 비교를 위하여 국산품과 최적의 디자인 소재인 D6를 진행하였다. 인장시험편은 KS B 0801의 14A호(봉형)에 의거하여 비례시험편으로 제작하였으며, 인장시험은 JIS Z 2241 : 2011 시험법으로 진행 되었다. 국산품, D6는 각각 5개의 시험편을 만들어 진행하여 그림 9에 결과를 나타내었고, 표 6은 평균 인장강도 값으로 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
아연도금강판의 특성은? 아연도금강판은 아연의 우수한 내식성과 강판에 대한 희생방식작용을 갖고 있기 때문에 오래 전부터 많이 이용되어 왔으며 최근에 자동차 차체의 방청에 대한 필요성에 의해 세계적으로 아연도금강판의 수요가 급증하고 있다. 고장력 강판을 적용한 도금강판 생산으로 인하여 Pot Roll Unit에 전달되는 Tension량이 증가하며 생산량을 늘리기 위하여 라인 속도를 높이고 있어 Pot Roll Unit의 업그레이드 개발이 필요 하다.
연속용융도금이 다른 공정에 비해 무엇이 우수한가? 연속용융도금은 전기도금, 건식도금 등 다른 공정에 비하여 두꺼운 도금이 용이하고 도금 두께 증가에 대한 비용이 저렴하여 산업체에서 널리 사용되며 생산량이 점차 증가하고 있다. 특히 아연도금강판의 경우 자동차용 강판으로 많이 사용되고 있으며[1,2] 아연도금 과정에서 아연의 도금층을 제어하는 기술은 금속 강판 생산에 있어서 제품의 품질에 많은 영향을 주며 아연 도금층을 제어하는 주변 장치들 중 Snout System, Pot Roll, Air Knife System, Cooler system 등이 제품 생산량과 품질을 높일 수 있다.
DV-Xα mathod의 특징은? 연구에 사용하고 있는 DV-Xα mathod는 비경험적 분자궤도계산법의 하나로 아다치(Adachi)에 의해 완성된 것이다. 이 방법의 특징은 원자궤도함수를 주어진 화학적 환경을 중심으로 동경부 슈뢰딩거방정식의 해로서 수치 함수의 형으로 구해서 사용한 다. 그리고 내각전자를 포함한 모든 원자궤도를 수치함수로서 계산에 적용하여 오차를 최소화한다.
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참고문헌 (22)

  1. H.-J. Lee and M.-S. Kim, Behavior of the Surface Precipitation of Manganese Oxides during Hot-dip Galvanizing, J. Korean Inst. Surf. Eng., 48(1) (2015) 27-32. 

  2. M.-H. Hong, G.-S. Hwang, and J.-H. Chung, Surface Treatment: Microstructure of Surface Defects Observed on Continuous Hot - dip Galvanized and Galvannealed Coating Steels, J. Kor. Inst. Met. & Mater., 40(1) (2002) 83-92. 

  3. T.-S. Shin, Cost Comparisons between the Hot-dip Galvanizing and the Paintion for Structural Steel, Journal of the Architectural and urban Institute, 1 (2002) 93-100. 

  4. Adachi Hirohiko, Tsukada Masaru and Satoko Chikatoshi, Discrete Variational $X{\alpha}$ Cluster Calculations. I. Application to Metal Clusters, Journal of the Physical Society of Japan, 45(3) (1978) 875-883. 

  5. C.-D. Lee, S.-S. Choi, C.-S. Kang and K.-S. Shin, Effects of Solidification Rate on Microstructure and Mechanical Properties of AZ91D Magnesium Alloy, Korean journal of metals and materials, 38(9) (2000) 1225-1232. 

  6. M. M. Avedesian and H. Baker, ASM International, Materials Park OH, (1999) 7. 

  7. Seifert K, Hafner J, Furthmuller J and Kresse G, The influence of generalized gradient corrections to the LDA on predictions of structural phase stability: the Peierls distortion in As and Sb., Journal of physics, an Institute of Physics journal. Condensed matter. 7(19) (1995) 3683-3692. 

  8. J. Furthmuller, P. Kackell, F. Bechstedt, and G. Kresse, Extreme softening of Vanderbilt pseudopotentials: General rules and case studies of first-row and d-electron elements, Physical review. B, Condensed matter and materials physics, 61(7) (2000) 4576-4587. 

  9. R. Ninomiya, H. Yukawa, M. Morinaga and K. Kubota, An electronic approach to the prediction of the mechanical properties of magnesium alloys Journal of Alloys and Compounds, 215(1/2) (1994) 315-323. 

  10. Allred, A. L, Electronegativity values from thermochemical data, Journal of inorganic and nuclear chemistry, 17(3/4) (1961) 215-221. 

  11. U.-T. Jeon and Y.-S. Park, A study on the effects of N, Mo and Ni additions on the characteristics of passive film and the improvement of corrosion resistance of Fe-Cr martensitic stainless steel, The Korean Institute of Surface Engineering, 1997, 5 (1997) 61-62. 

  12. J.-H. Lee, S.-K. Hwang, M.-H. Kim, S.-I. Kwun, Improvement of Zr-base Alloy for Nuclear Reactor Core Materials Application by Mo Addition, Korean journal of metals and materials, 38(6) (2000) 745-751. 

  13. M. Morinaga and S. Kamado, An electronic approach to the prediction of the mechanical properties of aluminium alloys, Modelling and simulation in materials science and engineering, 1(2) (1993) 151-164. 

  14. M.-S. Baek, D.-J. Yoon and B.-I. Kim, A Study on the Properties of Design for the Biomaterial Ti-Ag-Zr Alloys Using DV-X ${\alpha}$ Molecular Orbital Method, Korean journal of materials research., 24(4) (2014) 175-179. 

  15. M.-S. Baek, B.-S. Kang, K.-C. Baek, B.-I. Kim and D.-J. Yoon, Design of Nickel Alloys Using the Theoretical Values Calculated from the Electronic State Energies, Korean journal of materials research., 25(11) (2015) 642-646. 

  16. D.-S. Bae and S.-B. Won, Effects of Si Addition on Grain Size Refinement in Ferrite-Martensite Duplex Steels, Korean Journal of Metals and Materials, 25(10) (1987) 675-686. 

  17. S.-M. Lee and C.-Y. Kang, Effect of Microstructure on the Damping Capacity of 12Cr Martensitic Heat-resisting Steel, Journal of the Korean Society for Power System Engineering, 14(2) (2010) 78-83. 

  18. C.-H. Lee, Effect of Microstructures on Cleavage Fracture Strength in Bainitic and Martensitic Steels, Journal of the Korean Society for Heat Treatment, 27(3) (2014) 133-140. 

  19. M.-G. Kim and J.-K. Ji, Effects of the Type of Martensite on Fatigue Limit of Ferrite-Martensitic Steel, Journal of industrial technology, 20(B) (2000) 87-94. 

  20. K.-T. Oh, H.-M. Sim, C.-J. Hwang, K.-N. Kim, Propertise of TiAg alloy for dental application, J.Korean Soc. Dent. Mater, 29(3) (2002) 221. 

  21. Fontana, Mars Guy., Corrosion Engineering, p.576, McGraw-Hill Book Company, (1987) 59-65. 

  22. J.-H. Han, K.-H. Lee, M.-C. Shin, Corrosio Characteristics of Titaniym Alloys for Medical Implant, Analytical sci. Technol.. 9(2) (1996) 192. 

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