High temperature oxidation of strong steels containing high aluminum concentrations

Abstract

강한 산소 친화력을 가진 원소들을 함유하고 있는 철강재의 표면은 고온 소둔 처리과정에서 산화에 의하여 열화되기 쉬운 특성을 가지고 있다. 본 연구에서는 다량의 알루미늄과 망간을 첨가하여 경량화를 목적으로 개발된 강재에 대해 연속 소둔 조건에서의 산화거동에 대해 조사하였다. 이 두 성분은 소둔 과정에서의 산화로부터 강재의 표면을 보호하기 위하여 사용되는 수소-질소 분위기에서의 희박한 산소와 경쟁적으로 반응한다. 알루미늄 함량의 증가에 따른 거시적인 산화 거동은 크게 변화하지 않으나, 산화물을 구성하는 원소의 비율은 성분과 이슬점에 따라서 변화한다. 본 연구에서 사용된 조건에서는 망간이 풍부한 산화물이 항상 우세하게 생성되며 Al의 내부산화가 동반되나, 이슬점이 -30℃이하에서는 알루미늄 산화물이 망간 산화물을 대체하는 것으로 확인되었으며 이 경우 표면의 얇은 알루미나 층은 알루미늄의 내부산화를 억제하는 것으로 판단된다. 고해상도 전자현미경 및 XPS와 GDOES 등의 다양한 해석 기법을 통해 얻은 결과는 열역학적 상태도를 통해 해석되었고 또한 유한차분모델을 작성하여 내부 및 외부 산화 거동을 해석하였다.