철강에서 수소의 중요한 역할: 수소로 인한 균열 방지

수소는 강철에 취성 및 균열을 일으키는 것으로 알려져 있으며, 이를 일반적으로 수소 유발 균열(HIC)이라고 합니다. HIC는 일반적으로 수용액에서 발생하는데, 수소가 강철 매트릭스로 확산되어 강철이 취성화되고 균열이 생길 수 있기 때문입니다.

HIC는 오늘날 많은 산업에서 주요 관심사이기 때문에 주로 논의되고 있습니다. 이는 성형 또는 마감 공정 중 우발적인 요인으로 인해 수소가 강철 매트릭스에 유입되어 발생하는 경우가 많습니다.

HIC는 세 가지 주요 요인에 의해 영향을 받습니다: 재료 성능환경 조건 및 스트레스와 관련이 있습니다.

수소 충전 후 시료 표면의 기포 발생

제2차 세계대전 중 영국 공군 스핏파이어 전투기가 기계적 결함으로 공중에서 추락하여 조종사가 즉사하는 사고가 발생했습니다. 이 사건은 매우 중요한 사건으로 간주되어 당국은 비행기의 모든 부품을 수거하고 특별 조사팀을 구성하여 추락 원인을 규명했습니다.

조사 결과 항공기 추락 사고는 주축의 골절로 인해 발생한 것으로 밝혀졌습니다. 이 골절은 당시 헤어라인 골절로 알려진 여러 개의 작은 균열을 보였습니다.

1940년 중국과학원 금속연구소의 설립자인 리쉰은 졸업 후 셰필드 대학교에서 연구 활동을 시작했습니다. 이 문제를 해결하기 위한 전제 조건은 강철의 수소 함량을 정량적으로 테스트하고 분석할 수 있는 방법을 찾는 것이었습니다.

그 후 리쉰은 강철의 수소 함량을 측정하는 수소 측정기를 발명했습니다. 결국 수소가 항공기 메인 샤프트 파손의 원인이라는 것이 입증되었습니다. 그 결과 리쉰 씨는 수소 유도 균열 분야의 창시자가 되었습니다.

크롬과 니켈이 함유된 고강도 강철은 수소에 매우 취약합니다. 고강도 강철 탄소 함량 는 수소로 인한 균열이 발생하는 경향이 큰 반면 저탄소강은 이러한 현상이 덜 발생합니다.

조밀한 구조의 단조품은 느슨한 구조의 주조품보다 수소로 인한 균열에 더 취약합니다. 수소 원자가 강철에 침투하면 입자 사이의 원자 결합력이 감소하고 강철의 인성이 손상됩니다. 수소 유도 균열로 인한 골절은 다른 취성 골절과 유사하며 고강도 재료는 입계 골절에 더 취약합니다.

저탄소강에서는 입자를 따라 작은 면에 작고 불완전한 딤플이 나타나 "닭 발톱 패턴"으로 알려진 것을 형성할 수 있습니다.

수소 취성 골절

수소 유도 크래킹에는 히스테리시스가 있습니다.

용접 부품에서 수소로 인한 균열이 발생하면 갑작스럽게 인명과 재산에 심각한 위협이 될 수 있습니다. 이 문제는 큰 주의가 필요합니다.

폭발 사고

금속에서 수소를 제거하는 것은 주의가 필요한 중요한 문제입니다. 특정 조건에서 사용되는 특정 강철이나 부품은 탈수소 처리를 거쳐야 합니다. 예를 들어 항공기에 사용되는 아연 도금 부품은 이 과정을 거쳐야 합니다. 탄성 부품과 고강도 강철의 아연 도금에도 수소 제거가 필요합니다.

부품에서 수소를 제거하는 과정에는 가열 처리가 포함됩니다. 수소 제거의 효과는 수소 제거 온도와 유지 시간에 따라 달라집니다. 온도가 높고 시간이 길수록 수소 제거 효과가 높아집니다.

일반적으로 처리할 부품을 진공 오븐에 넣고 200-250°C의 온도에서 2~3시간 동안 처리할 수 있습니다. 오븐과 동일한 수소 제거 효과를 얻기 위해 핫 오일을 사용할 수도 있습니다. 이 방법은 균일한 가열과 더 간단한 장비 요구 사항의 이점을 제공합니다.