핫스탬핑과 수소취성의 상관관계

이 글에서는 핫스탬핑 강판과 수소취성 현상의 상관관계에 대해 알아보려고 합니다. 잘 아시다시피 핫스탬핑은 보론강을 높은 온도에서 성형하면서 냉각을 함께 진행하는데 이때 대기중에 있는 수증기가 수소와 산소로 분리되며 수소가 강 내부로 침입할 수 있습니다. 이때 고용된 수소가 응력이나 힘이 가해진 곳에 머물러 있다가 결국 기공으로 바뀌어 크랙을 유발하는 현상을 수소 취성이라고 합니다.

1. 수소 취성 깨짐과 고강도 강철

수소 취성 깨짐은 고강도 강철의 핵심적인 문제 중 하나입니다. 이는 수소가 강철 구조 내에 흡수되어 강도를 감소시키고, 더 나쁜 경우에는 재료 파괴를 초래할 수 있습니다. 특히 자동차 부품의 경우, 이러한 문제는 승객의 안전성에 직접적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 HE 관리는 고강도 강철을 사용하는 자동차 산업에서 매우 중요한 과제입니다.인장 시험은 교차머리 속도가 1 mm/min인 범용 인장 시험기에서 수행되었으며, 반면 SSRT(느린 변형 속도 인장 시험)는 주변 온도에서 일정한 교차머리 속도가 0.005 mm/min으로 작동되는 Bairoe YYF-50 인장 시험기에서 수행되었습니다. 시편의 파괴 응력에 따라 SSRT 시험의 기간은 4시간에서 5시간까지 다양했습니다. SSRT 시험 후에는 명목 최대 인장 응력으로 정의되는 노치 인장 강도 (σN0 및 σNH 각각 미충전 및 수소 충전 시편에 대해)가 산출되었습니다. 상대 노치 인장 강도 손실은 HE(수소 취성 깨짐)에 대한 상대적 감수성을 평가하기 위한 지표로 정의되었습니다.

2. 핫 스탬핑 및 조직화 처리의 효과

저탄소 보론 합금강의 경우, 핫 스탬핑(HS) 및 조직화 처리가 HE에 미치는 영향을 조사하였습니다. HS 과정 후에는 수소 흡수량이 증가하며, 이는 HS 시료의 수소 농도가 직접 단냉 시료(DQ)보다 높다는 것을 시사합니다. 그러나 후속적인 저온 조직화 처리는 수소 농도를 감소시키는 데 효과적이었으며, 이 과정에서 강도와 연성에 미치는 영향은 미미했습니다.고속 열분해 질량 분석기 (TDS, HTDS-002, R-DEC Co., Ltd., Tsukuba, Japan)를 사용하여 수소의 분석이 수행되었습니다. 시료는 100°C/h의 일정한 가열 속도로 실온에서 800°C까지 가열되었으며, 수소가 가열 중 시편에서 배출되는 것을 분석하기 위해 사분극 질량 분광계 (R-DEC Co., Ltd., Tsukuba, Japan)가 사용되었습니다.시료의 침전 상태는 물리화학 상 분석을 통해 얻어졌습니다. Auger 전자 분광 (AES, ULVAC-PHI, Inc., Chigasaki, Japan)은 전자 백 스캐터 회절 (EBSD) 측정에 적용되었습니다. EBSD 검사용 시료는 TEM 포일과 동일한 용액에서 전기 폴리싱되었습니다. 시편의 이동 밀도는 X-선 회절 (XRD) 패턴을 분석하여 Rietveld 소프트웨어, Materials Analysis Using Diffraction (MAUD, 2.071)를 통해 결정되었습니다. XRD 측정은 Cu-Kα 방사선 원천을 사용하여 실온에서 40°에서 100° 범위, 2°/min 속도 및 0.05° 단계 크기로 수행되었습니다. 실험 절차의 자세한 내용은 참고 문헌을 참조하십시오.

3. 결과 및 제안

실험 결과, DQ 시료는 높은 HE 감수성을 나타내었습니다. 그러나 100°C에서의 조직화 처리는 이를 상당히 완화시키는데, 이는 강도와 연성에 부정적인 영향을 미치지 않았습니다. 반면에 HS 시료는 DQ 시료에 비해 훨씬 낮은 HE 감수성을 보였으며, 200°C에서의 조직화 처리는 이를 더욱 완화시켰습니다. SEM 분석 결과, DQ 시료는 혼합된 횡면-접합면 파단을 보여주었으나, HS 및 저온 조직화 처리 시료는 주로 가짜 분쇄 횡단 파단을 나타냈습니다.미세구조 특성화를 위해 광학 현미경 (OP, Carl Zeiss Microscopy GmbH, Göttingen, Germany), 주사 전자 현미경 (SEM, Carl Zeiss Microscopy Ltd., Cambridge, UK) 및 전달 전자 현미경 (TEM, FEI, Hillsboro, OR, USA)이 사용되었습니다. SEM 및 OP용 시료는 표준 연마 및 광택 처리 후 3% 니탈 용액에서 에칭되었습니다. TEM 용 시료는 5 vol.% 퍼클로르산 알코올 용액을 사용하여 온도가 -20°C인 쌍빗 전기폴리싱 장치에서 전기 폴리싱되었으며, 이후 200 kV의 가속 전압에서 TEM에서 조사되었습니다.

결론

고강도 강철을 사용하는 자동차 산업에서는 HE 관리가 매우 중요합니다. 실험 결과는 HS 및 저온 조직화 처리가 HE 감수성을 줄이는 데 효과적이며, 이러한 기술의 발전은 고강도 차량 부품의 안전성과 성능 향상에 기여할 것으로 기대됩니다. 따라서 앞으로의 연구와 산업적 적용을 통해 이러한 기술이 확대되고 발전될 것으로 기대됩니다.