Nb 첨가 강에서 Gibbs-Thomson 효과에 미치는 합금 성분의 영향 해석

Abstract

Nb 저합금 고장력강의 석출 모델은 일반적으로 오스테나이트에서 NbC 석출을 이루는 Nb와 C의 Gibbs-Thomson효과를 다룬다. 한편 복잡한 열역학 모델을 통해서 정확한 Gibbs-Thomson효과의 해를 결정하는 것은 쉽지 않다. 본 연구에서는 오스테나이트와 석출상에 유한희석용액 모델을 도입하여 새로운 계산 방법이 제안되었다. 평형 조건과 질량보존 방정식에서 미분형태의 Gibbs-Thomson 방정식을 얻었다. Gibbs-Thomson 방정식은 단순화된 열역학 모델을 사용하여 선형연립방정식으로 만들 수 있었다. 선형연립방정식은 역행렬 계산을 통해서 쉽게 풀 수 있었다. 제안된 방법은 3성분계 이상으로 확장될 수 있었다. 유한희석용액 모델과 부격자 모델이 비교되었고 열역학적으로 정확성을 검증하였다. 제안된 Gibbs-Thomson 모델은 모델의 유효성을 검증하기 위하여 2성분계 해석적 수식, Thermo-Calc의 계산 결과와 비교되었다. 제안된 모델은 3성분계(Fe-Nb-C)와 4성분계(Fe-Nb-C-X, X는 Al, Si, V, Ti) Nb 첨가 강에서 Thermo-Calc의 계산 결과와 잘 일치하였다. 결과 분석을 통해 합금 원소가 Gibbs-Thomson효과에 미치는 영향을 토의 하였다. 그 결과 석출에 참여하지 않는 원소 Si, Al은 계면에서 Nb의 Gibbs-Thomson효과를 증가시키고, C에서는 감소시켰으며, 그 효과는 작았다. 반면 석출에 참여하는 원소 V, Ti는 Nb의 Gibbs-Thomson효과를 감소시키고, C에서는 증가시켰으며, 그 효과가 매우 컸다. 합금성분이 Gibbs-Thomson효과에 주는 영향은 Wagner interaction parameter로 예측할 수 있었다.