Cr-Mo Steel의 수소취성 시험에 관한 연구

Abstract

본 연구는 수소사용에 있어 강재사용의 안전성을 평가할 수 있는 수소취화 시험방법을 제안하였으며 이를 통해 수소-천연가스(HCNG) 버스의 압축용기 후보재인 34 CrMo 강에 대한 강도별 수소취화 평가 및 원인분석을 수행하였다. 시험은 기존 고압수소가스나 부식유도를 통한 방법과는 달리 전기화학적 수소장입법을 사용하여 안전성과 데이터 신뢰도를 높이고 전류밀도 변경을 통한 정량적 수소장입 모사가 가능도록 진행되었다. 또한 수소 장입 후 저 변형율 인장시험과 일정하중시험을 통해 기계물성 저하 경향성을 분석하였으며 승온 방출 분석 (thermal desorption spectrometry) 방법을 사용하여 강재 내 수소성질과 작용요인 및 수소량에 대한 정량/정성 분석을 수소 반응 결점부 (trapping site) 개념과 활성화 에너지 개념 (activation energy level) 개념을 사용하여 수행되었다. 시편은 열처리를 통해 동일 강종에 대한 기계물성 변화를 유도하였으며 1130 MPa, 850 MPa 의 강도를 갖는 시편을 제작하였다. 이들 시편에 대해 제안된 시험 방법을 적용시켜 수행되었으며 시험결과 고강도 강재일수록 수소가 강재의 물성저하에 미치는 영향이 큰 것을 알 수 있었다. 또한 확산성 수소의 트랩부(trapping site)에 미치는 활성화에너지 (activation energy) 도출 결과는 14 kJ/mol로 Grain boundary에 해당되는 것을 알 수 있었으며 광학 현미경 사진 상의 입계 사이즈(Grain size)가 고강도 강재일수록 작은 것을 보았을 때 34 CrMo에 대한 고강도 강재의 수소취화 민감성 상승은 Grain Boundary 영역의 확장 과 깊은 연관성을 가진 것으로 추정된다. 따라서 첨가물 형성과 이에 대한 미세구조 형상에 대한 추가적 분석이 진행된다면 고강도 강재에 대한 수소취화 개선 방안이 확립될 수 있을 것으로 여겨진다.