오스테나이트기 AISI 304강의 부식 특성에 대한 예민화 처리 연구

Abstract

Chromium depletion around grain boundaries in austenitic AISI 304 stainless steel can lead to intergranular corrosion due to temperature conditions and degree of deformation. The aim of this work is to study the effect of sensitization treatment on the corrosion resistance in AISI 304 stainless steel. The test specimen was solution annealed at both temperature of 1000°C and 1100°C for 6 hours, and then colled in water and furnace. A series of samples was cut from the solution annealed blanks and subjected to sensitization treatments at 670°C for aging time of 1, 2, 5, 10, 20, 50 and 100 hours duration followed by water quenching. The intergranular corrosion characteristics of the sensitized specimens was evaluated by the double loop electrochemical potentiokinetic reactivation (DL-EPR) test. The degree of sensitization (DOS) for each type of variously heat-treated samples has been measured from the ratio of the maximun current density durang the reverse scan and the forward scan. The microstructure of test samples has been evaluated by the optical microscope (OM) scanning electron microscope (SEM), and X-ray diffraction (XRD) analyses, together with measurement of their ferrite fraction by ferrite scope. Solution treatment shows the dual structure, however, aging for 6 hours depicts the ditch structure. The ratio of current density increased as a function of aging time resulted in increase in the degree of sensitization.|전 세계적으로 심각한 기상이변의 주용 원인인 이산화탄소 배출을 줄이기 위해 태양광, 풍력, 수력, 바이오 연로든 신재생 에너지 개발에 통력을 기울이고 있다. 하지만 신재생 에너지가 화학연료를 대체할 만큼 충분한 에너지를 공급하기에는 한계가 있다고 한다. 따라서 늘어가는 에너지 수용에 대응할 수 있는 대한으로 화력발전, 원자력발전 수력발전으로 평가되고 이다. 현재 원자력 발전 에너지는 보편화 되어 사용되는 에너지로써 소량의 연료로 대량의 에너지를 얻을 수 있다는 큰 장점을 가지고 있다. 화석연료 에너지와 달리 이산화탄소, 일산화탄소 같은 오염물질의 유해가스의 배출이 적어 환경 개선 차원에서 지속적인 연구 개발이 요구된다 [1-3]. 또한 원자력 발전은 기술집약적인 산업으로 국내에서 개발이 가능하고, 그에 따른 파급효과가 크므로 자원이 없는 우리나라로서는 개발의 중요성이 높아지고 있다. 발전소의 노후화 현상에 의해 재료가 가진 높은 기계적 특성에서 지속적인 열과 부식, 응력이 생긴다. Fig, 1, 1 나타낸 것과 연속적으로 발생하게 된다. 대부분의 발전 산업에서 수많은 구성 요소 및 시스템은 다양한 사용 조건 하에서 작동된다. 이는 각 구성 요소 또는 시스템을 위해 적절한 재료가 선택되어야 함을 의미한다. 오스테나이트 스테인리스강은 600°C～800°C 사이의 온도에서 노출이 되면 예민화 영향을 받게 된다 [4-5]. 예민화 동안 석출물이 입계주위를 따라 우선적으로 석출되므로 입계주위의 고용원소가 고갈되고 입계와 쌍정 경계를 따라 석출물이 형성된다. Domankova 등은 AISI 304 오스테나이트계 스테인리스강의 예민화 거동에 의한 변형의 영향에 대해 연구하였으며, 예민화에 대한 화학적 조성, 소성변형, 온도 및 시효시간의 복합적인 영향을 비교하였다 [6].대부분의 연구에서 예민화의 메커니즘은 결정립계에서 크롬 탄화물 석출에 의한 크롬 고갈에 의해서이다. 오스테나이트 스테인리스강의 예민화를 없애기 위한 전형적인 방법은 matrix에 있는 탄소를 줄이고 Ti, Nb, Zr과 같은 원소들을 첨가하여 크롬 탄화물을 억제하여 탄소 원자들을 안정화 시키는 것은 불완전하다. 결정립계에 대한 연구들은 low energy coincidence site lattice(CSL) 입계들은 탄화물 석출에 의한 예민화 및 결정립계 에너지를 감소시키고 예민화 부식 저항성을 증가 시킨다. Bi 등은 AISI 304 오스테나이트계 스테인리스강의 low energy CSL 부분내의 탄화물 석출과 크롬의 분산에 대해서 TEM과 EDS를 통해서 연구하였으며, random boundary 내에 유도된 low energy CSL 부분에 의해서 입계부식 저항성이 향상됐다고 보여주었다 [7]. 본 연구의 목적은 이중 루프 전기 화학 전위 역학적 재 활성화 (DL-EPR) 시험을 통한 시효처리 후 AISI 304 스테인레스 스틸의 내식성에 대한 예민화 처리의 효과를 연구하는 데 있었다.