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질소첨가강의 이용 현황과 전망

전문가 제언: ○ Fe의 질소용해도는 Sievert의 법칙에 따라 질소분압의 평방근에 비례하며 순철의 경우에는 온도 1600℃, 질소분압 1atm에서 0.045wt%의 질소가 용해되나 질소와 친화력이 큰 Cr, Ti, V 등의 합금원소가 공존하는 경우에는 질소의 용해도가 증가한다. 철강 중에 고용된 질소는 청열취성(blue brittleness)을 일으키는 유해원소로 취급되어 특별한 목적이 없는 한 제강공정의 2차 정련단계에서 진공처리에 의하여 제거하는 것이 일반적이다.

○ 그러나 질소는 오스테나이트를 안정화시키며 고용강화 효과와 함께 결정립 미세화에 유효하여 연성이나 인성의 저하 없이 강도를 증대시키는 역할을 한다. 따라서 독일을 위시한 유럽에서는 일찍부터 질소를 합금원소로 이용하는 고질소강에 관한 연구를 적극적으로 추진하여 오스테나이트계 스테인리스강 대용 고Cr강, 내마모 Mn-Cr강 등 질소첨가의 특징을 활용한 여러 가지 강종을 개발하여 실용화하고 있다.

○ 일본의 경우에는 90년대 말경부터 Ni 가격의 앙등에 따른 대책의 일환으로 Ni 절약형 고질소 스테인리스강의 개발에 주력하고 있다. 주요 개발 성과로서는 질소를 1wt% 이상까지 첨가할 수 있는 가압식 ESR용해법을 비롯하여 내식성과 강도가 304재질과 동등한 고질소 Cr(23%)강, 질소첨가 저합금고장력강, 1wt%N 함유 고 내식스테인리스강, 고질소 스테인리스강의 용접기술 등을 들 수 있다.

○ 국내의 경우에는 질소를 합금원소가 아니라 개재물로서 이용하는 연구사례가 보고되고 있다. 그 예로 KIST에서는 Ti 탈산강에서 생성되는 질화물(TiN)을 침상페라이트의 입내 핵생성 자리로 이용하여 고인성 IGF(intergranular ferrite)강을 제조하는 기술을, POSCO에서는 TiN에 의한 γ립의 성장억제를 이용하여 HAZ(용접열 영향부)의 인성을 개선하는 기술개발 사례를 보고하고 있다. 질소는 고가의 합금원소(특히 Ni)를 대체할 수 있는 원소이며 철강재료의 경도, 강도, 내식성 등의 향상에 유효한 만큼 국내에서도 질소첨가 신강종의 개발연구가 필요하다.

저자: Tetsuya Shimizu
자료유형: 학술정보