중망간강의 수소취성 평가 및 개발 현황

아래 글에서는 중망간강의 개발 현황과 개발시 발생하는 문제점 중 하나인 수소취성 현상에 대해 알아보려고 합니다. 수소취성 현상은 강 내에 수소가 트랩되어 있다가 잔류 응력이나 특정 조건이 되었을 때 수소로 변하면서 크랙 발생 기점으로 발생하는 현상을 말합니다. 이에 대해 조건별 평가 결과에 대해 알아볼까요?

1. 고급/초고강도 중간-Mn 강의 개발

고급/초고강도 중간-Mn 강의 최근 연구 노력은 다양한 합금 개념, 열기계적 가공 경로 및 이러한 강 등급에 대한 미세구조 변형을 개발했습니다. 그러나 특정 등급의 고급/초고강도 강(A/UHSS)은 고강도 수준으로 인해 수소 취성 깨짐에 매우 민감하다는 것으로 알려져 있습니다.1970년대에 Miller는 초기에 Fe-0.1C-5Mn (wt pct) 합금을 사용하여 "중간 범위" 망간(Mn) 합금 변태 유도 가공성(TRIP) 강의 기본 개념을 처음으로 수립했습니다 [1]. 지난 10년 동안 중간-Mn 강 등급은 향상된 충돌 안전성을 갖춘 경량 자동차 차체를 제조하기 위한 최신 세대 고급/초고강도 강(A/UHSS)의 일부로 간주되었습니다.“중간 Mn”의 범위는 일반적으로 4~12 wt pct 사이로 정의되며, 즉, 고 Mn (≥15 wt pct) 트윈 발생성 가공성 (TWIP) 강보다 낮습니다. 특히, "인터크리티컬 앤릴드" 중간-Mn 강은 강도, 연성 및 경화 능력의 우수한 결합을 달성할 수 있습니다.

2. 중간-Mn 강의 수소 취성 깨짐 특성

중간-Mn 강의 수소 취성 깨짐 특성은 이 강의 복합상, 미세 과립 미세구조의 복잡성과 상대적으로 짧은 개발 역사 때문에 다른 종류의 A/UHSS에 비해 이해되지 않는 부분이 있습니다. 특히 고 Mn 트윈 발생성 가공강과 같은 다른 종류의 A/UHSS와 비교했을 때, 중간-Mn 강의 수소 취성 깨짐 특성에 대한 이해가 더 부족합니다.이러한 최신 세대 A/UHSS의 사용에 대한 전 세계적인 관심으로 많은 연구가 합금 및 공정 최적화에 집중되어, 중간-Mn 강 등급에서 강도와 연성의 우수한 결합을 달성하기 위한 다양한 합금 개념, 열기계적 가공 경로 및 미세 구조 변종이 개발되었습니다 [2–5]. 이러한 연구 노력은 자동차 응용 분야에 대한 것이 대부분이지만, 중간-Mn 개념을 압력용기 및 해양 구조물과 같은 구조용 중형 강판에 적용하려는 몇몇 시도도 있었습니다. 그들의 높은 경화 속도는 TRIP 효과 또는 TWIP 및 TRIP 효과의 조합과 관련이 있습니다. 고 Mn 강에 비해 Mn 함량이 낮음에도 불구하고, 중간-Mn 강은 최종 인장 강도 및 총 공학 변형의 곱이 5000에서 90,000 MPa·pct 범위에 있는 우수한 기계적 특성을 달성합니다. 이러한 강은 오스테나이트 상대에 비해 상당히 높은 항복 강도를 갖습니다. 오스테나이트의 안정성은 인터크리티컬 처리 중 Mn의 분배로 수정될 수 있으며, 다양한 가공 방법을 사용하여 마르텐사이트를 미세구조에 포함함으로써 강도를 향상시킬 수 있습니다.

3. 현재의 이해와 도전

이 논문의 동기는 중간 또는 중간 Mn (4 ~ 15 wt pct) 복합상 강의 수소 취성 깨짐 특성에 대한 현재의 이해를 검토하고, 이러한 강 등급의 수소 저항성을 향상시키기 위해 사용 가능한 다양한 합금 및 가공 전략을 다루는 것입니다.고급/초고강도 중간-Mn 강은 고강도 수준으로 인해 수소(H) 취성 깨짐에 잠재적으로 취약할 수 있습니다. 즉, 강도가 증가함에 따라 강의 H 취성 깨짐(HE) 감수성이 증가할 수 있습니다. 예를 들어, H 유도 지연 파단은 A/UHSS에서 H와 응력의 조합으로 인해 발생할 수 있는 HE의 한 형태입니다. H는 열처리, 도금, 용접 및 인산화와 같은 강 철강 제조 공정 중에 강으로 투입될 수 있습니다. 게다가, 이러한 강이 H 풍부하거나 부식성 환경에 노출될 때 HE에 대한 우려가 더 커집니다. 최근 몇 년간 중간-Mn 강의 H 저항성을 향상시키기 위해 다양한 합금 및 가공 전략을 통해 상당한 연구가 진행되었습니다.

4. 합금 및 가공 전략

중간-Mn 강의 수소 저항성을 향상시키기 위해 사용할 수 있는 합금 및 가공 전략에는 다양한 방법이 있습니다. 합금화 요소의 최적 조절, 열처리 공정의 최적화, 그리고 마이크로스트럭처 제어 등이 그 중요한 전략입니다.이 문헌 고찰은 "페라이트(또는 마틴사이트)–오스테나이트" 기반 미세 구조를 갖는 중간 또는 중간 Mn (4 wt pct에서 15 wt pct까지) 강의 가공, 미세구조 및 HE 특성 간의 관계에 대한 현재의 이해를 제시합니다. 이 합금 및 공정 설계는 Mn 합금 강에서 오스테나이트의 합금 및 공정에 의존하는 기계적 안정성 및 스태킹 결함 에너지(SFE)의 맥락에서 논의됩니다.중간-Mn 강의 생산 경로와 결과 미세구조는 도식으로 그림 1에 나와 있습니다. 그림 1에서 제시된 많은 미세구조 변종들은 "콜드롤링" 제품의 가공을 통해 개발되었습니다. 그러나 일부 콜드롤링 제품을 위한 가공 및 미세구조 공학 개념이 핫롤링 또는 플레이트 롤링 제품으로 확장될 수 있다고 예상됩니다.

5. 미래의 전망

수소 취성 깨짐은 자동차 및 기계 산업에서 재료 파손의 주요 원인 중 하나입니다. 중간-Mn 강의 수소 취성 깨짐에 대한 연구는 이러한 산업의 안전성과 성능 향상에 기여할 것으로 기대됩니다. 미래의 연구는 더욱 효과적인 합금 및 가공 전략을 개발하여 중간-Mn 강의 수소 저항성을 높이는 데 중점을 둘 것으로 예상됩니다.