자동차 외판용 고강도 DP강의 수소지연파괴 거동 = Behavior of Hydrogen Delayed Fracture of High Strength DP Steels for Automotive Outer Panels

국문 초록 (Abstract)

최근 자동차 외판용 고강도 소재로 DP강이 환경문제, 에너지 자원문제 및 안전성 향상에 우수한 강재로 부각되면서, 이들 DP강에 관한 연구가 관심의 대상이 되고 있다. 그러나 고강도 강판재의 제조공정에서 발생하는 수소의 침투·확산에 의한 수소취성현상은 재료의 기계적 물성 저하를 야기 시켜 심각한 문제를 일으킬 수 있다.
본 연구에서는 자동차 외판용 고강도 DP강의 수소장입에 따른 수소지연파괴 거동을 평가하고자 하였다. 시험편은 자동차 외판용 고강도 소재로 개발중인 590MPa급 DP강으로서, 합금원소의 조성을 변화시키며 주조와 압연공정을 통하여 5 종으로 제작하였다. 각각의 시험편에 전류밀도와 장입시간을 변수로 하여 전기화학적인 방법으로 수소를 강제 장입시킨 후, 미소경도분포를 측정하여 590DP강의 표면직하 영역의 수소취성거동을 평가하였다. 마이크로 비커스 경도 측정과 표면하 subsurface zone의 미세조직관찰을 통해 수소침투깊이와 기계적 특성을 조사하였다. 수소장입조건과 수소취성과의 관계를 금속조직학적인 분석을 통해 실시하였다. 미소경도값은 표면 깊이와 수소장입시간에 비례하여 증가하는 것으로 조사되었다. 이는 표면층 및 표면하 subsurface zone의 깊이방향으로의 미소경도 분포와 수소침투깊이와의 관계로 판단되었다. 수소장입량은 주입시간의 증가와 오스테나이트 조직의 부피분율과 상관관계를 가지는 것으로 조사되었다.
또한 소형펀치 시험을 통하여 수소장입조건에 따른 미세조직과 수소지연파괴 거동의 연관성을 분석하고자 하였다. SP에너지와 최대하중은 모든 시험편에서 장입시간에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 수소장입시킨 시험편의 SEM 관찰결과로부터, 수소장입시간에 따라 파면에서의 딤플(dimple)의 수와 크기가 감소하여 취성거동을 보이는 것을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

DP steels recently emerged that excellent steel for automotive outer panel on environmental problems and energy resources and safety problems. DP steel has been become an important issue for research work on dp steels. However, The degradation of mechanical properties of The high strength sheet steels for automobile are seriously issued by the hydrogen embrittlement, as demand for dual phase (DP) steels increases.
This study represents hydrogen embrittlement evaluation of subsurface zone in 590DP steel by micro-Vickers hardness measurement and small punch (SP) test. The test specimens were fabricated to be 5 series having the various chemical compositions by the processes of heat treatment and working. Hydrogen charging was electrochemically conducted at each specimen with varying current density and charging time. The penetration depths and the mechanical properties with charging conditions were investigated through the distribution of micro-hardness and the microstructural observation of the subsurface zone. The micro-Vickers hardness was measured to evaluate the hydrogen embrittlement of subsurface zone in addition to the microscope investigation. The micro-Vickers hardness increased with charging time at the surface. It was concluded that the distribution of micro-hardness with the depth of subsurface zone under free surface showed the relationship the depth of the hydrogen saturation between the charging conditions.
The changing ratio and maximum variation of hardness with depth were nearly same degree at each test specimen under the current density of 150 mA/cm2 and charging time of 50 hours. It was shown that the SP energy and maximum load decreased with charging time in every specimen. SEM investigation results for the hydrogen contained samples showed that the major fracture behavior was brittle fracture which results in dimples on fractured surface and the size of dimples were decreased with increasing hydrogen charging time.

목차 (Table of Contents)

• 요약 ⅰ
• 표 목차 ⅱ
• 그림 목차 ⅲ
• I. 서 론 1
• II. 이론적 배경 3
• 2.1 자동차용 고강도강 3
• 2.2 DP강의 특징 5
• 2.3 수소취성 7
• III. 실험 방법 10
• 3.1 실험 개략도 10
• 3.2 시험편 제작 11
• 3.3 수소장입 및 장입량 측정 13
• 3.4 미소경도 측정 15
• 3.5 소형펀치 시험 16
• 3.6 미세조직 및 파단면 관찰 18
• IV. 실험 결과 및 고찰 19
• 4.1 수소장입량 19
• 4.2 미소경도분포 및 임계침투깊이 22
• 4.3 소형펀치 시험 31
• V. 결 론 39
• 참고문헌 40
• 영문 초록(Abstract) 43
• 감사의 글 45