페라이트계 스테인리스 용강 내 TiN 형성의 열역학

Abstract

본 연구에서는, 용강 내 Ti, Al 및 N에 대한 열역학을 질화물 평형법을 이용하여 1873~1973K 온도범위에서 조사하였다. Wagner’s formalism을 이용하여 용강 내 질소 용해도에 대한 Ti과 Al의 영향과 용강 내 TiN 및 AlN 형성에 대한 평형상수값을 온도의 함수로서 측정하였다. Fe-Ti-N 및 Fe-Al-N 시스템에서 얻어진 열역학 데이터를 이용하여, 용강 내 Ti의 활동도 계수에 미치는 Al의 영향을 TiN 포화조건에서 AlN 형성없이 다양한 분압 및 1843 ~ 1973K 온도범위에서 측정하였다. 또한, 본 연구에서 얻어진 용강 내 Ti와 N간의 열역학적 데이터를 이용하여, 용강 내 Ti의 활동도 계수에 미치는 Cr의 영향을 1873 ~ 1973K 온도 범위에서 조사하였고, 다른 실험 시스템에서 측정되었던, Si 및 Mn과 같은 합금원소의 용강 내 Ti의 활동도 계수에 미치는 영향을 1823 ~ 1923K 온도범위에서 재평가하였다. 페라이트계 스테인리스 용강 내 TiN이 생성될 조건(온도, 조성)을 예측하기 위해서, 본 연구에서 결정되고 재평가된 열역학 계수들을 이용하여 용강 내 TiN 정출 예측 모델을 개발하였고, 1833 ~ 1783K 온도범위에서 온도의 하강에 따른 상업용 페라이트계 스테인리스 용강 내에서의 TiN 형성에 대한 임계 Ti와 N의 농도를 실험적으로 측정하여 이 모델을 검증하였다.; In the present study, thermodynamics among titanium, aluminum and nitrogen in liquid iron was investigated using the metal-nitride-gas equilibration technique in the temperature range of 1873 ~ 1973K. Using Wagner’s formalism, the effect of titanium and aluminum content on nitrogen solubility and equilibrium constants for formation of TiN and AlN in liquid iron were measured as a function of temperature. Using thermodynamics data obtained from Fe-Ti-N and Fe-Al-N system, the effect of aluminum on activity coefficient of titanium in liquid iron was measured in the presence of pure solid TiN without AlN formation under various nitrogen pressures in the temperature range of 1843 ~ 1973K. Using previously determined thermodynamic data between titanium and nitrogen in liquid iron, the effect of chromium on activity of titanium was investigated in the temperature range of 1873K to 1973K and the effect of other alloying elements such as silicon and manganese measured using another experimental system were re-evaluated in the temperature range of 1823K to 1923K. In order to predict under what condition TiN will form in ferritic stainless steels, TiN prediction model was developed using results previously determined from results of the present study and re-evaluated data and was examined by measuring critical contents of titanium and nitrogen in ferritic stainless steels of commercial grade according to decrease of temperature in the range of 1833K ~ 1783K.