나노기술 및 정책 정보

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큐슈(九州)대학 대학원 공학연구원 기계공학부문 연구그룹이 철강 재료를 강하고 유연하게 하는 수소의 일면을 밝혀냄. 연구진은 수소 침입에 따라 발생하는 재료 물성 변화의 일부를 이용하여 철강의 강도와 연성 쌍방의 대폭적인 향상을 도모하는 연구를 진행했으며, 합금 성분을 최적화한 Fe-Cr-Ni강(현재 수소 에너지 기기의 주요 구성 물질과 유사)에 고온·고압 수소 가스를 노출시켜 고농도의 수소를 첨가한 후 인장 시험을 실시하여 인장 강도×성장 지표 30%, 파단 응력 50%를 향상시키는 데 성공함. 철강 재료에 수소가 침투할 시 강도와 연성이 저하되는 현상은 ‘수소 취화(hydrogen embrittlement)’라 불리며 백년 이전부터 알려져 왔음. 미래의 보급이 기대되는 수소 에너지 기기에서는 많은 구조 부품들이 고압 수소 가스 환경에서 사용되기 때문에 수소에 노출된 상태에서도 뛰어난 역학 성능을 발휘할 수 있는 강재의 개발은 수소 사회 실현을 위해 해결해야 할 과제임. 연구진은 수소 취성 재료 중에 숨어있는 미세한 격자 결함의 특성과 결정 구조의 안정성 등에 수소가 다양한 영향을 미치고, 그 부정적인 측면이 우선적으로 출현함으로써 발생하는 것을 확인함. 또한, 발현 요인은 수소가 ①전위(轉位)라 불리는 격자 결함의 이동에 대한 장애물의 역할을 하고, ②쌍정변형(雙晶變形)을 촉진하여 결정 방위 차가 큰 내부 계면을 잇달아 생산하는 데 있으며, 이러한 효과들의 중첩에 의해 재료의 변형 저항과 가공 경화성능이 넓은 왜곡 범위에 걸쳐 유지된다는 것을 규명함. 본 연구 성과는 ‘철강 재료는 수소에 의해 취화된다’는 기존의 고정 관념을 근본적으로 뒤집는 것으로 향후 내수소 구조용 재료 개발에 새로운 영향을 미칠 것으로 보임.

본 연구 성과는 ‘Acta Materialia’ (“Hydrogen, as an alloying element, enables a greater strength-ductility balance in an Fe-Cr-Ni-based, stable austenitic stainless steel”) 지에 게재됨.