초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 수소환경 인프라용 고강도 스테인리스강 개발을 위해 수행되었다. 수소에너지 인프라 구축에 필요한 내수소취성용 오스테나이트계 스테인리스강의 고강도화 및 가격 경쟁력을 지닌 합금설계를 위하여 열역학적 계산과 실험적 검증을 수행했다. 스테인리스강에서 가장 중요하면서 값비싼 원소이며 가격 변동성이 큰 니켈의 함량을 줄이기 위하여 대체재인 망간, 그리고 강도와 수소취성 저항성을 향상시킬 수 있는 침입형 원소(탄소와 질소)의 영향을 함께 확인했다. 내수소취성성을 유지하며 니켈의 함량을 최소로 할 수 있는 합금 범위

□ 연구개요
본 연구는 수소환경 인프라용 고강도 스테인리스강 개발을 위해 수행되었다. 수소에너지 인프라 구축에 필요한 내수소취성용 오스테나이트계 스테인리스강의 고강도화 및 가격 경쟁력을 지닌 합금설계를 위하여 열역학적 계산과 실험적 검증을 수행했다. 스테인리스강에서 가장 중요하면서 값비싼 원소이며 가격 변동성이 큰 니켈의 함량을 줄이기 위하여 대체재인 망간, 그리고 강도와 수소취성 저항성을 향상시킬 수 있는 침입형 원소(탄소와 질소)의 영향을 함께 확인했다. 내수소취성성을 유지하며 니켈의 함량을 최소로 할 수 있는 합금 범위 내 조성을 제시하고 용해 및 압연을 통해 시편을 제작하였으며 해당 조성의 실제 수소취성에 대한 민감도를 평가하고 수소취성 기구를 제안했다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 다음의 세 가지 목표를 제안하였다.
1. Ni+Mn 및 Ni/Mn 비를 최소화하고 안정된 오스테나이트를 유지할 수 있는 조성 범위 설정 및 검증.
2. 오스테나이트를 안정화시키는 침입형 원소 첨가의 영향 파악
3. 설정된 Ni+Mn 및 Ni/Mn 비, 그리고 침입형 원소 첨가에 따른 수소취성 메커니즘 제안
본 연구를 통해 위 세 가지의 목표를 모두 만족하는 결과를 얻었다. 니켈과 망간의 합과 비에 따른 오스테나이트 안정도를 규명하여 변형 중에도 100% 오스테나이트를 유지할 수 있는 합금설계식을 도출하고 실험으로 검증하였다. 또한 오스테나이트 안정화 원소인 탄소와 질소를 첨가했을 때 오스테나이트계 스테인리스강의 안정도와 변형 거동에 대한 이론적 근거를 제시하고 검증했으며 열처리 시 발생할 수 있는 석출물에 대한 분석과 이에 따른 물성의 변화를 함께 확인했다. 수소취성 측면에서도 니켈과 망간에 대하여 도출한 결과를 이용하여 수소취성 메커니즘을 규명하였고 해당 강종에서 수소취성에 대한 결정립 크기의 영향을 추가적으로 분석했다. 또한 탄소와 질소의 첨가가 오스테나이트계 스테인리스강의 수소취성에 미치는 영향을 분석하여 메커니즘을 제안했으며 석출물이 수소취성에 미치는 영향을 함께 분석했다. 해당 내용들은 모두 국내외 학술대회에서 21회 발표했으며 SCI 국제 저널에 8건의 논문으로 게재되었다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서 얻어진 결과들은 수소환경 인프라용 고강도 스테인리스강을 개발할 수 있는 기반기술을 제공한다. Ni의 함량을 줄이면서 동시에 우수한 내수소취성의 확보가 가능한 오스테나이트계 스테인리스강 합금설계 전략 확보를 통해 가격 경쟁력을 지닌 합금 소재 개발에 대한 노하우를 획득했다. 또한, 가공유기 마르텐사이트 변태 저항성에 대한 열역학적 지표를 구함에 따라 향후 내수소용 신합금 설계에 유용하게 활용될 것으로 기대된다. 탄소와 질소를 활용한 고용강화를 통해 고강도화 및 원가 절감을 달성하고 Ni 함량 9 wt% 이하, 항복강도 400 MPa 이상, 인장강도 700 MPa 이상의 저가형 고강도 합금 제조가 가능함을 제시하였고, 실제 상용화되고 있는 내 수소용 스테인리스강종들의 조성을 조정하여 고강도화 할 수 있는 이론적 기반을 제공하는데 큰 의미가 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1-1. 연구의 필요성 ... 5
• 1-2. 연구의 목표 및 내용 ... 6
• 1-3. 연구의 초기 추진전략 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 10
• 2-1. Ni+Mn 및 Ni/Mn 비를 최소화하고 안정된 오스테나이트를 유지할 수 있는 조성 범위 설정 및 검증 ... 10
• 2-2. 오스테나이트를 안정화시키는 침입형 원소 첨가의 영향 파악 ... 11
• 2-3. 설정된 Ni+Mn 및 Ni/Mn 비, 그리고 침입형 원소 첨가에 따른 수소취성 메커니즘 제안 ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 16
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 22
• 끝페이지 ... 32