질화물평형을 이용한 용강 내 Ti-Nb-Mo-N간 열역학적 상호작용에 관한 연구

Abstract

용강 내 Ti 첨가는 질소, 탄소를 안정화 시켜 강의 기계적 특성, 내식성 등을 향상시킨다. 용강의 응고 시 생성되는 TiN은 주편의 등축정율을 높혀, 최종제품의 가공성 향상에 도움을 준다고 알려져 있다. 한편 용강 내 Ti는 다양한 고융점 비금속 개재물을 생성하여 연주 시 노즐 막힘과 최종제품의 표면품질 저하 등을 야기 시키기도 한다. 따라서 용강 중 Ti의 반응 생성물 제어는 매우 중요하다. 본 연구에서는 용강 내 TiN 생성 반응에 대한 평형 상수와 Ti의 열역학적 거동에 대해 연구를 수행하였다. 또한 용강 내 기계적 특성 및 내식성 향상을 위해 첨가 되는 Nb와 Mo이 용강 중 Ti의 활동도 계수에 미치는 영향을 검토하였다. 이를 위해 용강 중 Ti과 TiN(s) 간의 반응평형을 1873K~1973K의 온도 범위에서 여러 질소 분압의 조건 아래 실험을 수행하였으며 아래와 같은 결과를 도출 하였다. ◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요) 용강 중 Nb과 Mo 가 Ti에 미치는 영향을 검토하기 위하여 Fe-i-Ti-N(i=Nb,Mo) 용강에서 본 실험의 TiN(s) 생성 반응 평형 결과를 이용하여 아래와 같은 결과를 도출 하였다. ◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요) 측정된 열역학적 결과들을 이용하여 Fe-Ti-i-N(i=Cr,Ni,Si,Mn,Nb and Mo) 용강내 TiN(s) 생성을 예측할 수 있는 관계식을 아래와 같이 도출 할 수 있었으며, STS 409L 강종을 대상으로 TiN(s) 생성 반응 평형 상수 값의 온도 의존성에 대한 신뢰성 검토를 위한 실험을 수행하였다. ◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요) 또한 여러 Ti 첨가 ferrite stainless 강의 ladle treatment 공정 온도에서 최종 응고 온도에 대해 TiN(s)이 형성되는 임계 질소 농도를 관계식에 의해 예측할 수 있었다.; The metal-nitride-gas equilibrium experiments were carried out to determine the thermodynamics of TiN(s) formation and the activity coefficients of Ti in Fe-i-Ti-N(i=Nb,Mo) melts equilibrated with titanium nitrides. The experiments were carried out by the sampling method in the temperature range of 1873 to 1973K under various nitrogen partial pressures. The equilibrium constant for pure TiN(s) formation and interaction parameters between Ti and N were determined by Wagner’s formalism : ◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요) The interaction parameters of Nb and Mo on Ti were determined by using the present results of TiN(s) formation in the temperature range of 1873 to 1973K : ◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요) The validity of the temperature dependence of the equilibrium constant for TiN(s) formation and thermodynamic parameters were examined by carrying out an experiment with 409L steel. And in order to predict the TiN(s) formation in Fe-Ti-i-N(i=Cr,Ni,Si,Mn,Nb and Mo) melts, the equation was derived as follows : ◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요) Using the equation, the critical nitrogen contents were calculated to predict the TiN(s) formation in the temperature range from ladle treatment to casting process of ferrite stainless steels.