KR20150019236A - 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물 및 이의 열처리 방법 - Google Patents

내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물 및 이의 열처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중층의흡차음용 강화보드 및 이의 열처리 방법에 관한 것으로서, Cr-Mo 합금강 조성물에 있어서, 상기 합금강 조성물은 전체 조성물 중량에 대하여 알루미늄(Al) 1.0~2.5중량% 등을 포함함으로써, 조성물의 내부를 안정화시키고 조성물 표면에 Al2O3 층을 형성하여 내수소취성을 향상시키기 때문에 수소연료전지 자동차의 수소저장용기 또는 배관 등에 적용되는 것이 바람직하며, 종래 스테인레스강에 비하여 경제성 향상의 효과가 있는 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물 및 이의 열처리 방법에 관한 것이다.

Description

내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물 및 이의 열처리 방법{Excellent hydrogen brittleness resistance Cr-Mo alloy steel composition and method for heat treatment the same}
본 발명은 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물 및 이의 열처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄을 포함함으로써, 수소에 대한 취성이 향상된 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물 및 이의 열처리 방법에 관한 것이다.
수소는 환경문제 및 화석연료의 가격상승이나 고갈을 예상할 때 궁극적인 미래의 대체에너지원 또는 에너지 매체로 부상하고 있다. 이는 화석연료가 대기오염물질 배출의 주범이며, 최근에는 배출되는 이산화탄소의 대기 중 농도증가로 지구온난화의 우려를 가중시키고 있는데 반하여, 수소는 공해물질을 배출시키지 않으며, 환경친화적이고 수소 자동차, 수소 비행기 및 연료전지 등 현재의 에너지 시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용될 수 있다는 장점이 있기 때문이다.
그러나 수소는 상온, 대기압 상태에서 기체로 존재하기 때문에 체적당 에너지밀도가 낮고 운반 및 저장이 불편하다는 단점이 있다. 특히, 수소 자동차 또는 수소연료전지 자동차의 양산을 위해서는 수소를 안전하게 담을 수 있는 가볍고 물성이 우수한 수소저장용기 및 배관의 개발이 필수다.
한편, 일반적인 Cr-Mo 합금강 조성물은 고장력 및 고강도 등의 물성이 필요한 부분에 주로 사용된다. 특히, 상기 합금강 조성물은 기계구조용, 자동차 또는 항공기에 주로 사용된다. 상기 Cr-Mo 합금강 조성물은 일반적으로 830MPa 이상의 높은 항복 강도와 980MPa이상의 높은 인장 강도, 그리고 10% 정도의 연신 특성을 보인다.
그러나 상기 Cr-Mo 합금강 조성물은 고강도 특성과 체심입방격자(BCC)구조의 강에서 쉽게 발생하는 수소취성에 대한 저항성이 취약하다는 단점이 있기 때문에, 수소를 저장하는 수소저장용기나 수소 배관 등 수소연료전지 자동차에 적용하기에는 한계가 있었다.
대한민국 특허공개 제1997-0021348호에는 내수소취성 및 피로특성에 우수한 스프링강에 대하여 언급되어 있다. 그러나 내수소취성의 향상보다는 고응력화 등 스프링강의 물성향상에 중점을 두고 있다.
이에, 본 발명자는 항복강도 및 인장강도 등이 우수하여, 수소 자동차 또는 수소연료전지 자동차 등에 적용이 가능한 내수소취성이 향상된 Cr-Mo 합금강 조성물 및 이의 열처리 방법을 개발하고자 하였다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, Cr-Mo 합금강 조성물은 알루미늄(Al)을 더 포함함으로써, 조성물의 내부를 안정화시키고 조성물 표면에 Al2O3 층을 형성하여 내수소취성을 향상시키기 때문에 수소연료전지 자동차의 수소저장용기 및 배관 등에 적용되는 것을 특징으로 하는 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물 및 이의 열처리 방법을 제공하고자 함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, Cr-Mo 합금강 조성물에 있어서, 상기 합금강 조성물은 전체 조성물 중량에 대하여 알루미늄(Al) 1.0~2.5중량% 등을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물 및 이의 열처리 방법을 제공한다.
여기서, 상기 합금강 조성물은 탄소(C) 0.37~0.44중량%, 망가니즈(Mn) 0.55~0.90중량%, 실리콘(Si) 0.15~0.35중량%, 크로뮴(Cr) 0.85~1.25중량%, 및 몰리브데넘(Mo) 0.15~0.30중량% 등인 것이 바람직하다.
또한, 상기 합금강 조성물은 인(P) 0.03중량% 이하, 황(S) 0.03중량% 이하, 구리(Cu) 0.50중량% 이하, 니켈(Ni) 0.25중량% 이하 및 잔부의 철(Fe)인 것이 바람직하다.
또한, 상기 합금강 조성물의 열처리 방법은 상기 합금강 조성물을 용융하는 제1단계; 상기 용융된 조성물을 열간압연(hot rolling)하는 제2단계; 상기 열간압연된 조성물을 노말라이징(mormalizing)하는 제3단계; 상기 노말라이징한 조성물을 상온으로 공냉하는 제4단계; 상기 공냉된 조성물을 노말라이징하는 제5단계; 상기 노말라이징한 조성물을 ?칭(quenching)하는 제6단계; 및 상기 ?칭한 조성물을 템퍼링(tempering)하는 제7단계 등을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 제2단계는 약 1,000~1,100℃에서 약 1.0~2.0mm 두께로 열간압연하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제3단계는 약 1,000~1,200℃에서 약 1시간 30분~2시간 30분 동안 노말라이징하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제5단계는 약 950~1,150℃에서 약 20분~40분 동안 노말라이징하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제7단계는 약 520~620℃에서 약 1시간 30분~2시간 30분 동안 템퍼링하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, Cr-Mo 합금강 조성물에 알루미늄(Al)을 더 포함함으로써, 항복강도 및 인장강도는 일정수준으로 유지하면서, 내수소취성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물의 우수한 내수소취성을 이용하여 수소연료전지 자동차의 수소저장용기 및 배관 등에 적용할 경우, 종래 스테인레스강에 비하여 경제성이 뛰어나다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 표면을 광학현미경으로 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 표면을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 3은 조성물의 온도에 따른 체심입방격자(BCC)와 면심입방격자(FCC)의 몰분율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 및 비교예의 인장시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 비교예의 파단면을 보여주는 사진이다.
도 6은 수소가 주입된 비교예의 파단면을 보여주는 사진이다.
도 7은 실시예의 파단면을 보여주는 사진이다.
도 8은 수소가 주입된 실시예의 파단면을 보여주는 사진이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하, 표 및 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물 및 이의 열처리 방법에 관한 것이며, 일 관점에서, 본 발명은 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 Cr-Mo 합금강 조성물은 대표적으로 크로뮴(Cr)과 몰디브넘(Mo) 등이 포함된 조성물을 말하며, 탄소(C), 망가니즈(Mn), 실리콘(Si), 크로뮴(Cr) 및 몰리브데넘(Mo) 등을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 Cr-Mo 합금강 조성물은 기계적 물성이 우수하여 고압용기, 항공기의 구조재 및 자동차 축 등에 사용되지만, 수소에 노출 또는 수소가 주입되었을 경우, 상기 합금강 조성물의 결합에너지가 저하되어 취성이 급격히 증가하는 단점이 있어서 수소가 존재하는 환경에서 상기 합금강 조성물의 사용이 제한되었다.
이에 따라, Cr-Mo 합금강 조성물에 있어서, 상기 합금강 조성물은 수소취성에 대한 저항성을 향상시키기 위하여, 전체 조성물 중량에 대하여, 알루미늄(Al) 1.0~2.5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 Cr-Mo 합금강 조성물은 상기 탄소(C) 0.37~0.44중량%, 망가니즈(Mn) 0.55~0.90중량%, 실리콘(Si) 0.15~0.35중량%, 크로뮴(Cr) 0.85~1.25중량%, 및 몰리브데넘(Mo) 0.15~0.30중량%인 것이 바람직하다. 또한, 상기 Cr-Mo 합금강 조성물은 인(P) 0.03중량% 이하, 황(S) 0.03중량% 이하, 구리(Cu) 0.50중량% 이하 및 니켈(Ni) 0.25중량% 이하인 것이 바람직하다. 참고로, 도 1은 본 발명의 표면을 광학현미경으로 촬영한 사진이며, 도 2는 본 발명의 표면을 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명의 구성성분 및 함량에 대하여 구체적으로 살펴본다.
1. 본 발명의 구성성분 및 함량
1.1. 알루미늄(Al)
상기 알루미늄(Al)은 합금강 조성물에 가해지는 외력 등에 의해 발생하는 응력을 분산하는 역할을 하며, 오스테나이트의 안정성을 확보하여 합금강 조성물의 내수소취성을 향상시는 역할을 한다. 또한, 상기 알루미늄(Al)이 포함된 합금강 조성물은 그 표면에 Al2O3 층(layer)이 형성되어 합금강 조성물의 외부에서 들어오는 수소의 침투를 감소하기 때문에 결국 합금강 조성물의 내수소취성이 향상된다.
상기 알루미늄(Al)은 전체 조성물 중량에 대하여, 1.0~2.5중량%인 것이 바람직하지만, 1.4중량%인 것이 보다 바람직하다. 이 때, 상기 알루미늄(Al)이 1.0중량% 미만일 경우, 합금강 조성물의 충분한 내수소취성을 획득하기 어려우며, 상기 알루미늄이 2.5중량% 초과일 경우, 합금강 조성물의 양산성 및 물성 등이 저하되고, 특히 5중량% 초과일 경우, 상기 알루미늄(Al)은 페라이트 안정화 원소로 작용하여 고온의 소입온도에서 오스테나이트 단상 이외에 페라이트가 함께 생성되어 복합상이 되는 문제가 있다. 상기 복합상은 ?칭(quenching) 및 템퍼링(tempering) 등 열처리 후 템퍼드 마르텐사이트 단상을 가질 수 없기 때문에, 조성물은 템퍼드 마르텐사이트를 통해 얻을 수 있는 높은 경도 및 강도 특성을 잃을 수 있으며, 상간 계면에 의한 트래핑(trapping) 현상이 발생하여 수소취성에 악영향을 미칠 가능성이 높다.
또한, 상기 알루미늄(Al)의 보다 바람직한 함량이 1.4중량%인 것은 합금강 평형 상태도의 도출 프로그램인 J. Mat. Pro.를 통해 확인하였다.
1.2. 탄소(C)
상기 탄소(C)는 기지강화 원소로서 ?칭(quenching)과 템퍼링(tempering) 후 합금강 조성물의 충분한 인장강도 등을 확보하는 역할을 한다. 상기 탄소는 전체 조성물 중량에 대하여, 0.37~0.44중량%인 것이 바람직하지만, 0.38중량%인 것이 더욱 바람직하다. 이 때, 상기 탄소가 0.37중량% 미만일 경우, 합금강 조성물은 ?칭과 템퍼링 후 충분한 인장강도 등을 확보하기 어려우며, 상기 탄소가 0.44중량% 초과일 경우, 조성물의 내식성과 인성 등이 저하될 수 있으며, 특히 과량의 탄소가 포함된 조성물이 고압용기 등에 적용될 경우 상기 고압용기의 인성이 부족하여 파괴될 위험성이 있다.
1.3. 망가니즈(Mn)
상기 망가니즈(Mn)는 조성물 내에 고용되어 조성물의 굽힘피로강도(bending fatigue strength)를 향상시키며 펄라이트 생성에 도움을 준다. 또한, 경화능을 향상시키는데 활성적으로 작용한다. 상기 망가니즈(Mn)는 전체 조성물 중량에 대하여, 0.55~0.90중량%인 것이 바람직하지만, 0.64중량%인 것이 더욱 바람직하다. 이 때, 상기 망가니즈(Mn)가 0.55중량% 미만일 경우, 충분한 굽힘피로강도 및 경화능 등을 향상시키기 어려우며, 상기 망가니즈(Mn)가 0.90중량% 초과일 경우, 경화능이 과도하게 증가하여 조성물의 파단 시작점인 과냉조직이 발생될 수 있을 뿐만 아니라, 내수소취성을 억제하는 황화망가니즈(MnS)가 형성될 수 있다.
1.4. 실리콘(Si)
상기 실리콘(Si)은 고용강화 원소로서 합금강 조성물의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 실리콘(Si)은 전체 조성물 중량에 대하여, 0.15~0.35중량%인 것이 바람직하지만, 0.20중량%인 것이 더욱 바람직하다. 이 때, 상기 실리콘(Si)이 0.15중량% 미만일 경우, 충분한 조성물의 강도를 획득하기 어려울 수 있으며, 상기 실리콘(Si)이 0.35중량% 초과일 경우, 합금강 조성물에 대한 탄화물의 용해가 불충분하게 된다. 따라서 오스테나이트화 하기 위해서 더 높은 열이 필요하게 되므로, 높은 온도로 인해 합금강 조성물 표면에 탈탄이 진행되어 합금강 조성물의 강도가 저하될 수 있다.
1.5. 인(P)
상기 인(P)은 합금강 조성물의 강도를 증가시키기 위해 첨가될 수 있는 임의성분이다. 상기 인(P)은 전체 조성물 중량에 대하여, 0.03중량% 이하인 것이 바람직한데, 상기 인(P)이 0.03중량% 초과일 경우, 합금강 조성물의 인성 및 내수소취성 등이 저하될 수 있다.
1.6. 황(S)
상기 황(S)은 합금강 조성물의 내수소취성 등을 증가시키기 위해 첨가될 수 있는 임의성분이다. 상기 황(S)은 전체 조성물 중량에 대하여, 0.03중량% 이하인 것이 바람직한데, 상기 황(S)이 0.03중량% 초과일 경우, 결정립계를 취화시켜 조성물의 인성 및 내수소취성 등이 저하될 수 있다.
1.7. 크로뮴(Cr)
상기 크로뮴(Cr)은 합금강 조성물의 내식성 및 경화능 등을 향상시키는 역할을 한다. 상기 크로뮴(Cr)은 전체 조성물 중량에 대하여, 0.85~1.25중량%인 것이 바람직하지만, 1.05중량%인 것이 더욱 바람직하다. 이 때, 상기 크로뮴(Cr)이 0.85중량% 미만일 경우, 합금강 조성물은 충분한 내식성 및 경화능을 획득하기 어려울 수 있으며, 상기 크로뮴(Cr)이 1.25중량% 초과일 경우, ?칭 시 탄화물이 용이하게 용해되기 어렵기 때문에, 합금강 조성물의 강도 및 경도 등을 저감시킬 수 있다.
1.8. 몰리브데넘(Mo)
상기 몰리브데넘(Mo)은 합금강 조성물의 경화능을 향상시키며 결정립계의 강도를 높여 내수소취성을 향상시키고, 부식 용해 시 발생하는 몰리브덴산염 이온(molybdate ion)을 흡착할 수 있기 때문에, 조성물의 내식성을 높이는 역할을 한다. 상기 몰리브데넘(Mo)은 전체 조성물 중량에 대하여, 0.15~0.30중량%인 것이 바람직하지만, 0.26중량%인 것이 더욱 바람직하다. 이 때, 상기 몰리브데넘(Mo)이 0.15중량% 미만일 경우, 합금강 조성물의 경화능, 내수소취성 및 내식성 등이 저하될 수 있으며, 상기 몰리브데넘(Mo)이 0.30중량% 초과일 경우, 상기 역할의 성능이 포화되어 경제성이 저감될 수 있다.
1.9. 구리(Cu)
상기 구리(Cu)는 합금강 조성물의 내식성 등을 향상시키는 역할을 한다. 이 때, 상기 구리(Cu)는 전체 조성물 중량에 대하여, 0.50중량% 이하인 것이 바람직하지만, 0.49중량%인 것이 더욱 바람직하다. 이 때, 상기 구리(Cu)가 0.50중량% 초과일 경우, 내식성의 효과가 포화되어 경제성이 저감될 뿐만 아니라, 열간압연에 의하여 합금강 조성물에 취화를 발생시킬 가능성이 높아진다.
1.10. 니켈(Ni)
상기 니켈(Ni)은 합금강 조성물의 내식성 및 항장력(tensile strength)을 향상시킬 수 있으며, ?칭 및 템퍼링 후 합금강 조성물의 인성을 높이는 역할을 위해 첨가될 수 있는 임의성분이다. 상기 니켈(Ni)은 전체 조성물 중량에 대하여, 0.25중량% 이하인 것이 바람직하다. 이 때, 상기 니켈(Ni)이 0.25중량% 초과일 경우, 경화능이 지나치게 높아져 과냉조직이 생성되어 조성물의 물성이 저하될 수 있다.
2. 용도
본 발명에 따른 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물은 수소환경에 노출되고, 우수한 물성이 요구되는 곳에 적용되는 것이 바람직하기 때문에, 수소를 저장하는 용기나 수소와 접하는 부분이 있는 배관 등에 적용되는 것이 보다 바람직하다. 특히, 수소 비행기, 수소 자동차 또는 수소연료전지 자동차의 수소저장용기 등에 적용되거나 수소를 이동시키는 배관 등에 적용되는 것이 가장 바람직하다.
3. 열처리 방법
이하, 또 다른 관점에서 본 발명은 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물의 열처리 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 상기 열처리 방법은 본 발명에 따른 Cr-Mo 합금강 조성물을 용융하는 제1단계; 상기 용융된 조성물을 열간압연(hot rolling)하는 제2단계; 상기 열간압연된 조성물을 노말라이징(mormalizing)하는 제3단계; 상기 노말라이징한 조성물을 상온으로 공냉하는 제4단계; 상기 공냉된 조성물을 노말라이징하는 제5단계; 상기 노말라이징한 조성물을 ?칭(quenching)하는 제6단계; 및 상기 ?칭한 조성물을 템퍼링(tempering)하는 제7단계 등을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제2단계는 약 1,000~1,100℃에서 약 1.0~2.0mm 두께로 열간압연하는 것이 바람직하지만, 약 1.5mm 두께로 열간압연하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 제3단계는 약 1,000~1,200℃에서 약 1시간 30분~2시간 30분 동안 노말라이징하는 것이 바람직하지만, 약 1,100℃에서 약 2시간 동안 노말라이징하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 제5단계는 약 950~1,150℃에서 약 20분~40분 동안 노말라이징하는 것이 바람직하지만, 약 1,050℃에서 약 30분 동안 노말라이징하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 7단계는 약 520~620℃에서 약 1시간 30분~2시간 30분 동안 템퍼링하는 것이 바람직하지만, 약 570℃에서 약 2시간 동안 템퍼링하는 것이 더욱 바람직하다.
도 3은 조성물의 온도에 따른 체심입방격자(BCC)와 면심입방격자(FCC)의 몰분율을 나타낸 그래프이다. 이 때, 조성물은 약 1,100℃ 및 1,000℃의 노말라이징으로 체심입방격자(BCC)에서 면심입방격자(FCC)인 오스테나이트로 전환되고, 상기 제6단계의 ?칭으로 상기 오스테나인트는 오스테나이트에 탄소가 과포화된 상태인 마르텐사이트가 된다. 그러나 마르텐사이트는 경도와 강도 등이 매우 높아 오히려 조성물의 취성이 상당히 높기 때문에 이후, 적당한 온도로 가열하는 상기 제7단계의 템퍼링으로 마르텐사이트의 일부를 세멘타이트로 전환하여 조성물의 지나친 경도와 강도 등을 해소하고 연성과 인성 등을 향상시키는 것이 바람직하다.
[실시예]
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
본 발명에 따른 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물의 물성을 확인하기 위하여, 하기 표 1과 같은 구성성분 및 함량을 포함하는 실시예 및 비교예를 본 발명에 따라 제조 후, 인장시험 결과를 하기 도 4의 그래프로 정리하였다.
구분 단위 Al C Mn Si Cr Mo Cu Fe 전체
실시예 중량% 1.4 0.38 0.64 0.20 1.05 0.26 0.49 잔부 100
비교예 중량% - 0.38 0.64 0.20 1.05 0.26 0.49 잔부 100
상기 표 1은 실시예 및 비교예의 구성성분 및 함량을 나타낸 표이다. 실시예 및 비교예의 다른 점은 알루미늄(Al)의 유무이다. 즉, 실시예는 알루미늄(Al)이 포함되어 있어 내수소취성이 우수한 반면, 비교예는 알루미늄(Al)이 포함되지 않아 내수소취성이 열등하다.
상기 실시예 및 비교예에 사용된 Cr-Mo 합금강 조성물은 SCM이라고도 하며, 상기 SCM은 크로뮴(Cr)과 몰디브데넘(Mo) 등의 구성성분 및 함량에 따라 SCM415, SCM418, SCM420, SCM421, SCM430, SCM432 및 SCM440 등으로 구분된다. 상기 실시예 및 비교예는 SCM440을 사용하였으며, 다른 종류의 SCM을 사용해도 무방하다.
도 4는 실시예 및 비교예의 인장시험 결과를 나타낸 그래프이다. 즉, 실시예 및 비교예의 공칭응력(engineering stress)에 대한 공칭변형률(engineering strain)을 비교하여 나타낸 그래프이다. 상기 도면의 SCM440은 알루미늄(Al)이 없는 비교예를 뜻하며, SCM440+1.4Al은 SCM440에 알루미늄(Al) 1.4중량%를 더 포함하는 실시예를 뜻한다. 또한, H(0)는 수소가 주입된 것을 뜻하고, H(X)는 수소가 주입되지 않은 것을 뜻한다.
보다 구체적으로, 상기 실시예 및 비교예의 인장시험은 압연방향에 평행하게 ASTM E 8M-04 표준보다 작은 크기로(sub-size)로 수소 주입용 실시예 및 비교예를 제조 및 가공 후, 3% NaCl + 0.3% NH4SCN 용액에서 50A/m2 의 전류밀도로 48시간 동안 실시예 및 비교예에 전기 화학적 수소 주입하였다. 수소 주입을 마친 실시예 및 비교예는 1mm/min의 일정한 변형속도로 저변형률시험(slow strain rate test)을 하여 항복강도, 인장강도 및 연신율을 측정하였다. 상기 저변형률시험(slow strain rate test)은 수소 주입을 하지 않은 실시예 및 비교예도 동일하게 실험하여 그 결과를 비교하였다.
상기 도면에서 수소가 주입된 비교예인 SCM440+H(O)는 수소가 주입되지 않은 비교예인 SCM440+H(X)보다 쉽게 파단된다는 것을 공칭변형률이 작다는 것으로부터 알 수 있었다. 즉, 비교예에 주입된 수소로 인해 비교예의 수소취성이 크다는 것을 알 수 있었다.
반면, 수소가 주입된 실시예인 SCM440+1.4Al+H(O)는 수소가 주입되지 않은 실시예인 SCM440+1.4Al+H(X)보다 오히려 더 파단되지 않는다는 것을 공칭변형률이 크다는 것으로부터 알 수 있었다. 즉, 실시예에 주입된 수소는 실시예의 내수소취성이 우수하기 때문에 실시예의 수소취성에 영향을 미치지 못한다는 것을 알 수 있었다.
알루미늄(Al)이 포함된 실시예는 비교예보다 공칭응력이 약간 감소하였지만 주입된 수소에 대한 수소취성이 거의 없다는 것을 알 수 있었다. 이것은 실시예의 내수소취성이 비교예보다 향상되었다는 것을 뜻한다.
또한, 도 5는 비교예의 파단면을 보여주는 사진이며, 도 6은 수소가 주입된 비교예의 파단면을 보여주는 사진이다. 상기 도 5 및 도 6의 파단면은 취성파괴(brittle fracture)에 의한 벽개(cleavage) 형상을 보인다.
한편, 도 7은 실시예의 파단면을 보여주는 사진이며, 도 8은 수소가 주입된 실시예의 파단면을 보여주는 사진이다. 상기 도 7 및 도 8의 파단면은 취성파괴가 아닌 연성파괴(ductile fracture)인 딤플(dimple) 형상을 보인다.
따라서, 상기 알루미늄이 포함된 실시예는 수소에 대한 영향이 거의 없고, 취성파괴가 아닌 연성파괴 현상을 보였기 때문에, 본 발명에 따른 실시예는 알루미늄이 포함되지 않은 비교예보다 내수소취성이 향상되었다는 것을 확인할 수 있었다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

Claims (8)

  1. Cr-Mo 합금강 조성물에 있어서,
    상기 합금강 조성물은 전체 조성물 중량에 대하여 알루미늄(Al) 1.0~2.5중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합금강 조성물은 탄소(C) 0.37~0.44중량%, 망가니즈(Mn) 0.55~0.90중량%, 실리콘(Si) 0.15~0.35중량%, 크로뮴(Cr) 0.85~1.25중량%, 및 몰리브데넘(Mo) 0.15~0.30중량%인 것을 특징으로 하는 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 합금강 조성물은 인(P) 0.03중량% 이하, 황(S) 0.03중량% 이하, 구리(Cu) 0.50중량% 이하, 니켈(Ni) 0.25중량% 이하 및 잔부의 철(Fe)인 것을 특징으로 하는 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 합금강 조성물을 용융하는 제1단계;
    상기 용융된 조성물을 열간압연(hot rolling)하는 제2단계;
    상기 열간압연된 조성물을 노말라이징(mormalizing)하는 제3단계;
    상기 노말라이징한 조성물을 상온으로 공냉하는 제4단계;
    상기 공냉된 조성물을 노말라이징하는 제5단계;
    상기 노말라이징한 조성물을 ?칭(quenching)하는 제6단계; 및
    상기 ?칭한 조성물을 템퍼링(tempering)하는 제7단계를 포함하는 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물의 열처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2단계는 1,000~1,100℃에서 1.0~2.0mm 두께로 열간압연하는 것을 특징으로 하는 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물의 열처리 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제3단계는 1,000~1,200℃에서 1시간 30분~2시간 30분 동안 노말라이징하는 것을 특징으로 하는 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물의 열처리 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제5단계는 950~1,150℃에서 20분~40분 동안 노말라이징하는 것을 특징으로 하는 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물의 열처리 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제7단계는 520~620℃에서 1시간 30분~2시간 30분 동안 템퍼링하는 것을 특징으로 하는 내수소취성이 우수한 Cr-Mo 합금강 조성물의 열처리 방법.
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