KR20230085591A - 아연도금 강재의 수소취성 저항성을 평가하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

아연도금 강재의 수소취성 저항성을 평가하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 장치 및 방법에 대하여 개시한다. 본 발명에 따른 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 장치는 수소 주입 유닛과 표면조도 측정 유닛을 포함한다. 수소 주입 유닛은 수소주입 용액을 저장하는 저장 용기와, 아연도금 강재를 파지하며 상기 저장 용기에서 상기 아연도금 강재의 위치를 조절하는 지그와, 상기 수소주입 용액에 침지되며 상기 아연도금 강재와 이격되는 상대 전극과, 상기 아연도금 강재와 상기 상대 전극에 파워를 인가하는 파워 서플라이를 포함한다. 표면조도 측정 유닛은 상기 지그로부터 파지 해제되는 아연도금 강재 시편을 지지하는 지지대와, 상기 아연도금 강재의 표면조도를 측정하는 표면조도 측정기를 포함하는 표면조도 측정 유닛을 포함한다.

Description

아연도금 강재의 수소취성 저항성을 평가하기 위한 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR EVALUATING THE HYDROGEN EMBRITTLEMENT RESISTANCE OF GALVANIZED STEEL}
본 발명은 아연도금 강재의 수소취성 저항성을 평가할 수 있는 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 아연도금 강재의 수소취성 저항성 평가방법에 관한 것이다.
아연도금 강재는 강재 모재에 아연이 도금된 강재를 의미한다.
아연도금 강재와 관련하여 최근 연구되고 있는 것은 아연도금 강재의 수소취성 저항성이다. 수소취성이란 강재 내의 수소가 응력 집중 부위로 이동하여 강도를 저하시킴으로써 강재에 파단이 일어나는 현상이다.
수소는 아연도금 강재의 제조 과정, 제품 완성 후 보관 시 등 다양한 상태에서 강재에 유입될 가능성이 있다. 수소취성에 대한 저항성을 평가하기 위해서는 특정 아연도금 강재가 어느 정도까지 수소를 함유할 수 있는지 알 필요가 있다.
수소는 직접적인 관찰이 어렵고 지연파괴에 비교적 장기간이 소요된다. 이 때문에, 가혹한 환경에서의 지연파괴의 현상을 모사하여 수소취성의 특성을 분석하고 빠른 평가 결과를 얻을 수 있는 다양한 방법들이 제안되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 및 2).
그러나, 기존의 장치들은 부식 환경을 모사한 것으로서, 제조 과정이나 보관 중에 유입되는 수소에 의한 수소취성 저항성을 모사하지는 않는다. 따라서 부식환경이 아닌, 제조과정 중 또는 제품 보광 중 유입되는 수소에 의한 강재의 수소취성 저항성을 모사할 수 있는 장치가 필요하다.
공개특허공보 제10―2021―0069471호 (2021.06.11. 공개) 공개특허공보 제10―2021―0076790호 (2021.06.24. 공개)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 강재의 아연도금 전과 아연도금 후 수소 유입량을 비교 분석할 수 있으며, 아연도금 강재의 수소취성 저항성을 평가할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 아연도금 강재의 수소취성 저항성 평가 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 장치는 수소 주입 유닛 및 표면조도 측정 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 수소 주입 유닛은 수소주입 용액을 저장하는 저장 용기와, 아연도금 강재 시편을 파지하며 상기 저장 용기에서 상기 아연도금 강재 시편의 위치를 조절하는 지그와, 상기 수소주입 용액에 침지되며 상기 아연도금 강재 시편과 이격되는 상대 전극과, 상기 아연도금 강재 시편과 상기 상대 전극에 파워를 인가하는 파워 서플라이를 포함한다. 상기 표면조도 측정 유닛은 상기 지그로부터 파지 해제되는 아연도금 강재 시편을 지지하는 지지대와, 상기 아연도금 강재 시편의 표면조도를 측정하는 표면조도 측정기를 포함한다.
상기 표면조도 측정 유닛은 상기 지지대 일측에 결합된 회전 베이스와, 상기 회전 베이스에 결합되며, 상기 표면조도 측정기를 지지하는 프레임을 추가로 포함할 수 있다.
상기 표면조도 측정기는 상기 아연도금 강재 시편의 표면에 직접 접촉하는 프로브를 포함할 수 있다.
상기 회전 베이스는 상하 방향으로 이동가능하도록 상기 지지대에 결합될 수 있다. 다른 예로, 상기 표면조도 측정기가 상하방향으로 이동할 수 있다.
상기 지그 및 지지대 중 하나 이상은 전자석을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 방법은 지그에 의해 파지된 아연도금 강재 시편과 상대 전극을 각각 수소주입 용액에 침지시키는 단계; 상기 아연도금 강재 시편과 상기 상대 전극에 파워를 인가하여, 상기 아연도금 강재 시편에 수소를 주입하는 단계; 상기 아연도금 강재 시편을 상기 수소주입 용액으로부터 배출하는 단계; 지지대 상에 아연도금 강재 시편을 안착시킨 후, 상기 아연도금 강재 시편을 상기 지그로부터 파지 해제하는 단계; 및 표면조도 측정기로 상기 아연도금 강재 시편의 표면조도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
측정된 표면조도가 미리 정해진 범위 이내일 경우, 상기 아연도금 강재 시편에 다시 수소를 주입하고, 표면조도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 측정된 표면조도가 미리 정해진 범위 이내일 경우, 상기 지그로 상기 아연도금 강재 시편을 다시 파지하고, 상기 수소주입 용액에 침지하는 단계로부터 표면조도를 측정하는 단계까지를 반복할 수 있다.
상기 표면조도를 측정하는 단계에서 상기 아연도금 강재 시편의 표면에 직접 접촉하는 프로브를 이용한 표면조도 측정기로 상기 아연도금 강재 시편의 표면조도를 측정할 수 있다.
상기 지그와 상기 지지대 중 하나 이상은 전자석을 포함할 수 있다.
상기 파워 서플라이는 작동중 전류값을 측정하고, 측정된 전류값이 미리 정해진 범위를 값을 벗어나면 파워 인가를 중지할 수 있다.
본 발명에 따른 수소취성 저항성 평가 장치 장치는 아연도금 강재 시편에 대하여 인위적인 가공을 수행한 후 수소 주입량을 조정함으로써 수소 주입량에 따른 아연 도금층의 품질 불량 발생 및 수소량의 한계치를 정량적으로 확인 가능하여 수소량에 따른 품질을 확인할 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면, 가혹한 환경이 아닌 도금 환경을 모사하여 데이터를 얻을 수 있으므로 아연도금 강재 제조공정 중 유입되는 수소에 의해 발생되는 품질 불량의 문제점을 해결할 수 있다. 이와 함께, 본 발명에 의한 장치는 강재의 블리스터 등 육안 판별로 인해 인지할 수 있는 품질불량에 미치는 수소 함량에 대한 정량적 평가가 가능하다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1a는 아연 도금 유닛을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1b는 아연 도금 유닛을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 수소 주입 유닛 및 시편 표면조도 평가 유닛을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 시편 표면조도 평가 유닛이 시편의 표면 조도를 평가하고 있는 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 시편 표면조도 평가에 이용될 수 있는 프로브의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 시편 표면조도 평가 결과의 예를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아연도금 강재의 수소취성 저항성 평가 장치 및 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서는 강재 시편에 대하여 아연 도금을 실시한 후 수소 주입 및 시편 표면 조도를 평가하는 것을 가정하여 아연도금 유닛에 대하여도 설명한다. 다만, 이미 아연도금된 시편의 경우에는 아연도금 유닛에 의한 아연도금은 생략될 수 있다.
도 1a는 아연 도금 유닛을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 1b는 아연 도금 유닛을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 아연 도금 유닛은 도금액(102)을 저장하는 도금 용기(101), 시편(10)을 파지하는 지그(110), 아연을 포함하는 상대 전극(120), 상대 전극에 연결되는 연결 전극(121) 및 파워 서플라이(160)를 포함한다.
지그(110)는 시편(10)을 파지한 상태에서 상하좌우로 이동할 수 있다. 지그(110)는 내부 스프링 형식으로 되어 있어, 한쪽은 고정이고 한쪽은 스프링 운동을 실시하여 강재 시편을 견고히 부착할 수 있다. 이때 스프링 측은 아연도금 용액에 침지되지 않으므로 손상이 없게 된다.
파워 서플라이(160)의 일 단자는 시편(10)에 전기적으로 연결된다. 지그(110)가 구리(Cu)와 같은 금속 재질인 경우 파워 서플라이(160)의 일 단자는 지그(110)를 통해 시편(10)에 전기적으로 연결된다. 파워 서플라이(160)의 타 단자는 연결 전극(121)을 통해 상대 전극(120)에 전기적으로 연결된다. 파워 서플라이에서는 예를 들어, 0.1∼1.0V, 0.3∼0.35A 조건으로 파워를 인가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 아연 도금 유닛에는 도금액(102)의 승온을 위한 히팅 코일(140)과, 도금액(102)의 온도를 감지하는 온도 센서(145)가 추가로 포함될 수 있다. 예를 들어, 60∼70℃에서 아연도금 효율이 우수하다면, 히팅 코일(140)에 전류를 공급하여 도금액(102)의 온도를 높이며, 온도 센서(145)에 의해 감지된 온도가 60∼70℃가 되면 더 이상 승온되지 않도록 히팅 코일(140)에 공급되는 전류를 조절할 수 있다.
도금액(102)은 이하의 표 1의 조성이 예시될 수 있다:
[표 1]
Figure pat00001
※ SDS : Sodium Dodecyl Sulfate
도 1a에 도시된 아연도금 유닛에 의하면, 강재 시편의 전체 길이의 약 1/3, 약 1/2, 약 2/3와 같이 강재 시편의 길이방향으로 일부분에 대하여 아연도금이 실시될 수 있다. 아연도금 시간은 공정 조건에 따라 수 분 내지 수십 분 정도가 될 수 있다.
도 2는 수소 주입 유닛 및 시편 표면조도 평가 유닛을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 2에 도시된 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 장치는 수소 주입 유닛 및 표면조도 측정 유닛을 포함한다.
수소 주입 유닛에는 저장 용기(201), 시편(210)을 파지하는 지그(250), 상대 전극(220) 및 파워 서플라이(260)가 포함된다. 또한, 수소 주입 유닛에는 히팅 코일(240) 및 온도 센서(245)가 추가로 포함될 수 있다.
표면조도 측정 유닛에는 지지대(230)와 표면조도 측정기(400)가 포함된다.
본 발명에서는 수소취성 저항성 평가를 위해 아연도금 강재 시편의 표면조도를 측정하여 이상 유무를 판단한다. 아연도금 강재 시편 표면에 특이한 결함이 존재하지 않는다면 아연도금 강재 시편 표면의 여러 부위에서 표면조도를 측정하더라도 거의 일정한 표면조도값이 측정될 것이다. 그러나, 블리스터와 같은 표면 결함이 존재하는 부위에서는 다른 부위들과는 상이한 표면조도값을 나타낸다.
수소 주입 이외에 다른 변수가 없다면, 수소 주입 이전의 초기 표면조도 측정값과 수소 주입 이후의 표면조도 측정값을 비교함으로써 수소 주입에 따른 표면조도의 변화 여부를 평가할 수 있다.
수소 주입 이전의 초기 표면조도 측정값과 수소 주입 이후의 표면조도 측정값이 거의 동일하다면 수소에 기인한 표면결함이 발생하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이때의 아연도금층의 수소 함량을 측정하여 허용 범위 내의 수소 함량으로 할 수 있다.
이와 다르게, 수소 주입 이전의 초기 표면조도 측정값과 수소 주입 이후의 표면조도 측정값의 차이가 발생한다면 수소에 기인한 표면결함이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이때의 아연 도금층의 수소 함량을 측정하여 허용 범위를 초과하는 수소 함량으로 할 수 있다.
따라서, 수소 주입 이전의 초기 표면조도 측정값과 수소 주입 이후의 표면조도 측정값을 비교함으로써 수소에 기인한 표면결함의 발생 여부와 강종, 아연도금층 두께 등에 따른 허용 가능한 수소 함량값을 얻을 수 있다.
먼저 수소 주입 유닛에 대하여 설명하면 다음과 같다. 또한, 수소 주입 유닛은 도 1에 도시된 아연 도금 유닛과 유사한 구조를 가질 수 있으며, 도 2의 수소 주입 유닛의 상대 전극(220), 연결 전극(221), 파워 서플라이(260) 등 각 요소를 설명함에 있어서, 도 1b의 상대 전극(120), 연결 전극(121), 파워 서플라이(160) 등의 배치 및 연결 형태를 참조할 수 있다.
한편, 도 1b 도시된 아연 도금 유닛에서는 강재 시편(10)이 종방향으로 세워진 형태로 지그(110)에 고정되어 있으나, 도 2에 도시된 예에서는 아연도금 강재 시편(210)이 횡방향으로 눕혀진 형태로 지그(250)에 고정되어 있다. 이러한 도 2에 도시된 예에서는 아연도금이 이루어지지 않은 표면 부위에 대하여도 수소 주입을 하는데, 이는 강재 시편의 아연도금 유무에 따른 수소의 영향까지 살펴보기 위함이며, 경우에 따라서는 도 1b에 도시된 형태로 지그에 고정하여 수소 주입을 진행할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 수소 주입 유닛에는 저장 용기(201), 시편(210)을 파지하는 지그(250), 상대 전극(220) 및 파워 서플라이(260)가 포함된다. 또한, 수소 주입 유닛에는 히팅 코일(240) 및 온도 센서(245)가 추가로 포함될 수 있다. 수소 주입시 히팅 코일(240)에 의해 예를 들어 약 60℃ 정도로 수소 주입 용액의 온도가 유지될 수 있다.
저장 용기(201)에는 수소 주입 용액이 저장된다. 수소 주입 용액은 수산화나트륨(NaOH) 용액, 수산화칼륨(KOH) 용액, 황산(H2SO4) 용액과 같이, 전류 인가시 수소 이온의 발생이 가능한 용액일 수 있다. 표 2에 수소주입 용액 조성의 예를 나타내었다:
[표 2]
Figure pat00002
상대 전극(220)은 백금(Pt)을 포함할 수 있다. 상대 전극(220)에는 연결 전극(221)이 결합되어 있을 수 있다.
지그(250)는 시편(210)을 파지하며, 상하 방향으로 구동될 수 있다. 지그(250)에는 전자석이 포함되어, 전자석 구동 방식으로 시편(210)을 파지 또는 파지 해제할 수 있다.
파워 서플라이(260)는 일단자가 아연도금 강재 시편(210)에 전기적으로 연결된다. 파워 서플라이(260)는 아연도금 강재 시편(210)에 직접 연결될 수 있으며, 지그(250)가 도전성인 경우 지그(250)를 통해 아연도금 강재 시편(210)에 전기적으로 연결될 수 있다. 파워 서플라이(260)의 타단자는 연결 전극(221)에 결합되어, 결과적으로는 상대 전극(220)에 전기적으로 연결된다.
예를 들어, 파워 서플라이(260)의 음극은 아연도금 강재 시편(210)의 지그(250)에 연결하고, 양극은 백금 재질의 상대 전극(220)과 결합된 연결 전극(221)에 연결시킨 후, 파워 서플라이(260)에서 전류값(mA) 및 파워 인가 방식을 선택하여, 수소 주입 시험을 진행할 수 있다. 파워 인가에 의해, 수소주입 용액에 용해된 수소가 아연도금 강재 시편(210)에 주입된다. 수소 주입은 약 24∼48시간동안 진행될 수 있다.
다음으로, 표면조도 평가 유닛에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 시편 표면조도 평가 유닛이 시편의 표면 조도를 평가하고 있는 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 4는 시편 표면조도 평가에 이용될 수 있는 프로브의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
전술한 바와 같이, 표면조도 측정 유닛에는 지지대(230)와 표면조도 측정기(400)가 포함된다.
지지대(230)는 지그(250)로부터 파지 해제되는 아연도금 강재 시편(210)을 지지한다. 지지대(230)는 수평 방향으로 이동 가능하게 배치된다. 지지대(230)는 전자석을 포함하여, 전자석 방식으로 아연도금 강재 시편(210)을 지지대(230) 상에 고정할 수 있다.
표면조도 측정기(400)는 아연도금 강재 시편의 표면조도를 측정한다. 표면조도 측정기(400)는 아연도금 강재 시편의 표면에 직접 접촉하는 프로브를 포함할 수 있다. 프로브는 예를 들어 도 4에 도시된 예와 같이 프로브 본체(410)와 5개의 침(420)을 포함하는 5포인트 프로브와 같은 접촉식 프로브가 이용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 공지된 다양한 표면조도 측정기가 이용될 수 있다.
표면조도 측정 유닛은 지지대 일측에 결합된 회전 베이스(232)와, 회전 베이스에 결합되며 표면조도 측정기를 지지하는 프레임(235)을 추가로 포함할 수 있다.
한편, 회전 베이스(232)는 상하 방향으로 이동가능하도록 상기 지지대에 결합될 수 있다. 다른 예로, 표면조도 측정기 자체가 상하방향으로 이동하면서 표면조도 측정 및 측정 해제를 반복할 수 있다.
표면조도 측정기(400)에서 측정한 표면조도와 관련된 신호는 유선 또는 무선으로 표면조도 분석기(270)에 전달될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 표면조도 측정기(400)에서 측정한 값을 회전 베이스(232) 쪽으로 연장되는 신호선을 통해 전달하여, 회전 베이스(232)에 마련되는 신호선의 단자와 표면조도 분석기(270)가 연결된 예를 나타내고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 방법은 수소 주입 단계, 모드 전환 단계 및 표면조도 측정 단계를 포함한다.
우선 수소 주입 단계에서는 지그(250)에 의해 파지된 아연도금 강재 시편(210)과 상대 전극(220)을 각각 수소주입 용액에 침지시킨다. 이후, 아연도금 강재 시편(210)과 상대 전극(220)에 파워 서플라이(260)로 파워를 인가하여 수소 주입 용액의 화학 반응에 의해 생성되는 수소를 아연도금 강재 시편(210)에 주입한다. 이후, 수소 주입이 종료된 후 지그(250)를 상부 방향으로 이동시켜 아연도금 강재 시편(210)을 수소주입 용액으로부터 배출한다.
다음으로, 모드 전환 단계에서는 표면조도 측정 단계로의 진입을 위해, 아연도금 강재 시편(210)이 지그(250)에서 지지대(230)로 옮겨지는 과정을 포함한다. 구체적으로는, 지지대(230) 상에 아연도금 강재 시편(210)을 안착시킨 후, 아연도금 강재 시편(210)을 지그(250)로부터 파지 해제한다. 아연도금 강재 시편(210)이 지지대(230) 상에 안착된 후에는 시편의 자성을 제거하는 과정을 추가로 수행할 수 있다. 지그(250) 및 지지대(230) 중 하나 이상은 전자석을 포함하여, 전자석 구동에 의해 아연도금 강재 시편(210)의 탈부착을 조절할 수 있다.
표면조도 측정 단계에서는 표면조도 측정기(400)로 아연도금 강재 시편(210)의 표면조도를 측정한다. 구체적으로는, 지지대(230) 끝단에 배치된 회전 베이스(232)를 회전시켜 프레임(235)에 지지되는 표면조도 측정기(400)를 아연도금 강재 시편(210) 상에 위치시킴으로써 아연도금 강재 시편(210)의 표면 조도를 측정한다. 아연도금 강재 시편(210)의 표면 조도 측정은 전술한 바와 같이, 5 포인트 프로브와 같은 접촉식 프로브를 이용할 수 있다. 표면조도 측정기(400)에 의해 측정된 표면조도와 관계된 신호는 표면조도 분석기(270)로 전송되어 아연도금 강재 시편(210)의 표면조도 및 블리스터 발생 여부 등이 실시간으로 분석될 수 있다.
측정된 표면조도가 미리 정해진 범위 이내일 경우, 아연도금 강재 시편(210)에 다시 수소를 주입하고, 표면조도를 측정할 수 있다. 구체적으로, 측정된 표면조도가 미리 정해진 범위 이내일 경우, 지그(250)로 아연도금 강재 시편(210)을 다시 파지하고, 수소주입 용액에 침지하는 단계로부터 표면조도를 측정하는 단계까지를 반복할 수 있다. 다른 예로, 처음에 적용된 전류값보다 높은 전류값으로 수소주입 조건을 적용한 후 표면조도를 측정할 수 있다.
표면조도를 측정하는 단계에서 아연도금 강재 시편의 표면에 직접 접촉하는 프로브를 이용한 표면조도 측정기(400)를 이용하여 아연도금 강재 시편의 표면조도를 측정할 수 있다.
한편, 파워 서플라이(260)는 작동중 전류값을 측정하고, 측정된 전류값이 미리 정해진 범위를 값을 벗어나면 파워 인가를 중지할 수 있다. 예를 들어, 파워 서플라이(260)에서 40 mA로 전류값이 설정되어 있고, 허용 변화폭이 ±10%라고 하면, 파워 서플라이(260)에서 측정되는 전류값이 36 mA 미만이거나, 44 mA를 초과하는 경우, 파워 인가를 중지하고 알람을 발생시킬 수 있다. 이는 시편 표면에 블리스터와 같은 수소 주입에 기인한 결함의 가능성이 있다는 것을 알려주는 것이다. 파워 인가 중지 후에는 표면조도 측정 단계가 수행될 수 있다.
도 5는 시편 표면조도 평가 결과의 예를 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, B 지점의 30∼50mm 부위에서의 표면 조도값이 다른 부위의 표면 조도값과 현저히 차이가 나는 것을 볼 수 있다. 이를 통해, B 지점의 30∼50mm 부위에서 블리스터가 발생하였다고 예측할 수 있고, 결과적으로 아연도금 강재 시편에 적용된 수소 함량에서는 수소취성 저항성이 좋지 못하며, 수소취성 저항성을 확보하기 위해서는 수소 함량을 이보다 낮게 가져가야 한다는 것을 알 수 있다.
표 3은 특정 강종에 대한 수소 주입 및 표면조도 측정 평가를 수행한 결과를 나타낸 것이다.
[표 3]
Figure pat00003
시편 1 내지 7은 1.5GPa급의 마르텐사이트 조직을 기반으로는 강재 시편을 준비하여, 20 x 100 x 1.5mm 의 샘플에 아연도금을 절반(1/2) 한 후 수소를 주입한 후 표면조도 측정을 통해 아연도금층에 블리스터 발생 여부를 관찰한 결과이다.
시편 1 내지 6은 블리스터가 발생하지 않아, 임계 수소농도보다 낮은 수소 함량을 갖는 것으로 판단될 수 있다. 그러나, 시편 7의 경우 100mA 로 인가시 블리스터가 발생하였다. 이때의 수소량은 0.2165ppm 이었는데, 이는 임계 수소농도 이상인 것으로 판단할 수 있다. 따라서 실험에 사용된 강종의 블리스터가 유발되는 수소 농도는 0.1854∼0.2165 ppm 임을 알 수 있다.
보다 세부적인 조건으로 수소 주입함으로써 보다 정확한 임계수소 농도를 도출할 수도 있으나, 상기 데이터로부터 본 강종의 블리스터에 대한 허용 가능한 임계수소 농도는 0.1853 ppm 으로 정의할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 아연도금 강재 제조공정 중 수소가 유입되어 발생할 수 있는 임계수소 농도를 평가할 수 있다. 특히, 아연도금 강재 시편의 표면 조도를 측정함으로써 블리스터가 발생하는 정확한 임계수소 농도를 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10 : 강재 시편
101 : 도금 용기
102 : 도금액
110 : 지그
120 : 상대 전극
121 : 연결 전극
140 : 히팅 코일
145 : 온도 센서
160 : 파워 서플라이
201 : 저장 용기
210 : 아연도금 강재 시편
220 : 상대 전극
230 : 지지대
240 : 히팅 코일
245 : 온도 센서
250 : 지그
260 : 파워 서플라이
270 : 표면조도 분석기
400 : 표면조도 측정기
410 : 프로브 본체
420 : 침

Claims (10)

  1. 수소주입 용액을 저장하는 저장 용기와, 아연도금 강재 시편을 파지하며 상기 저장 용기에서 상기 아연도금 강재 시편의 위치를 조절하는 지그와, 상기 수소주입 용액에 침지되며 상기 아연도금 강재 시편과 이격되는 상대 전극과, 상기 아연도금 강재 시편과 상기 상대 전극에 파워를 인가하는 파워 서플라이를 포함하는 수소 주입 유닛; 및
    상기 지그로부터 파지 해제되는 아연도금 강재 시편을 지지하는 지지대와, 상기 아연도금 강재 시편의 표면조도를 측정하는 표면조도 측정기를 포함하는 표면조도 측정 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면조도 측정 유닛은
    상기 지지대 일측에 결합된 회전 베이스와,
    상기 회전 베이스에 결합되며, 상기 표면조도 측정기를 지지하는 프레임을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 표면조도 측정기는 상기 아연도금 강재 시편의 표면에 직접 접촉하는 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회전 베이스가 상하 방향으로 이동가능하도록 상기 지지대에 결합되거나, 상기 표면조도 측정기가 상하방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지그 및 상기 지지대 중 하나 이상은 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 장치.
  6. 지그에 의해 파지된 아연도금 강재 시편과 상대 전극을 각각 수소주입 용액에 침지시키는 단계;
    상기 아연도금 강재 시편과 상기 상대 전극에 파워를 인가하여, 상기 아연도금 강재 시편에 수소를 주입하는 단계;
    상기 아연도금 강재 시편을 상기 수소주입 용액으로부터 배출하는 단계;
    지지대 상에 아연도금 강재 시편을 안착시킨 후, 상기 아연도금 강재 시편을 상기 지그로부터 파지 해제하는 단계; 및
    표면조도 측정기로 상기 아연도금 강재 시편의 표면조도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    측정된 표면조도가 미리 정해진 범위 이내일 경우, 상기 아연도금 강재 시편에 다시 수소를 주입하고, 표면조도를 측정하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 표면조도를 측정하는 단계에서, 상기 아연도금 강재 시편의 표면에 직접 접촉하는 프로브를 이용한 표면조도 측정기로 상기 아연도금 강재의 표면조도를 측정하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 지그와 상기 지지대 중 하나 이상은 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 파워 서플라이는 작동중 전류값을 측정하고, 측정된 전류값이 미리 정해진 범위를 벗어나면 파워 인가를 중지하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강재 수소취성 저항성 평가 방법.
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