Ni 첨가된 템퍼드 마르텐사이트강의 수소취성에 미치는 결정립계 특성의 영향 = Effect of Grain Boundary Characteristics on Hydrogen Embrittlement of Tempered Martensitic Steel with Ni Addition

국문 초록 (Abstract)

제 목 : Ni 첨가된 템퍼드 마르텐사이트강의 수소취성에 미치는 결정립계 특성의 영향 본 연구에서는 템퍼드 마르텐사이트강의 Ni 함량과 템퍼링 온도를 달리하여 수소취성에 미치는 결정립계 특성의 영향을 수소 트랩사이트와 확산의 관점에서 분석 및 고찰하였다. 먼저 Ni 함량과 템퍼링 온도가 다른 4 종의 시편에서 미세조직을 분석하여 수소 트랩에 미치는 인자들의 변화를 확인하였다. 이후 in-situ 방식의 저속인장시험(slow strain-rate test, SSRT)을 실시하여 수소 주입과 동시에 인장 응력을 인가한 뒤 노치인장강도의 변화를 비교하여 수소취성 저항성을 평가하였으며, 파단된 인장 시편의 파면과 파단면을 관찰하여 수소취화 파괴 거동을 비교하였다. 템퍼링 온도의 증가에 따라서는 강재의 전위밀도 및 인장강도의 감소로 인해 가역적 수소 트랩사이트의 수소 함량이 크게 감소하면서 수소취성 저항성이 감소하였다. Ni 함량에 따라서는 기지 종류, 전위, 결정립 크기, 인장강도와 같이 수소 트랩사이트에 영향을 미치는 인자들은 대부분 동일하게 나타나면서 열탈착 거동 분석(thermal desorption analysis, TDA)에 따른 수소 함량도 동일하게 나타났지만, Ni 함량 증가에 따라 Σ3 결정립계의 분율은 증가하였다. 수소취성 평가를 위해 In-situ SSRT 를 수행한 결과 템퍼링 온도가 높은 강재에서만 Ni 함량 증가에 따른 수소취성 저항성 감소가 발생하였으며, 파면 표면부의 입계 균열이 발생하였다. 본 연구에서는 Σ3 결정립계에서의 전위 집적과 수소 확산에 의해 구오스테나이트 결정립계에 수소가 높은 농도로 응집하여 입계 균열이 발생하였다고 생각하였으며, 이에 따라 조기 입계 파괴가 발생하면서 수소취성 저항성이 감소하였다고 고찰하였다. 다만 템퍼링 온도가 낮은 강재에서는 기본적으로 전위밀도가 매우 높아 Σ3 결정립계와 관계없이 입계 파괴가 쉽게 발생할 수 있어 Ni 함량에 따른 수소취성 저항성의 변화가 나타나지 않았다.

목차 (Table of Contents)

• 요약 ⅰ
• 표목차 ⅲ
• 그림목차 ⅲ
• I. 서 론 1
• II. 이론적 배경 3
• 2. 1. 템퍼드 마르텐사이트강 3
• 2.1.1 마르텐사이트강의 특징 3
• 2.1.2 마르텐사이트강의 미세조직 6
• 2.1.3 템퍼링 열처리 9
• 2. 2. 금속에서의 수소 13
• 2.2.1 수소 흡수(hydrogen absorption) 13
• 2.2.2 수소 용해(hydrogen dissolution) 17
• 2.2.3 수소 확산(hydrogen diffusion) 20
• 2.2.4 수소 트랩(hydrogen trapping) 22
• 2. 3. 수소취성(hydrogen embrittlement) 27
• 2.3.1 수소취성 개념 27
• 2.3.2 수소취성 발생 기구 30
• 2. 4. Grain boundary engineering (GBE) 35
• 2.4.1 Coincidence site lattice (CSL) 35
• Ⅲ. 실험 방법 39
• 3. 1. 미세조직 관찰 39
• 3. 2. 기계적 특성 및 수소취성 평가 42
• Ⅳ. 실험 결과 및 고찰 46
• 4. 1. 미세조직 46
• 4. 2. 기계적 특성 및 수소취성 평가 57
• 4. 3. 고찰 65
• Ⅴ. 결론 72
• 참고문헌 74
• 영문초록(Abstract) 84
• 감사의 글 86