스테인리스 강재인 STS444에 있어서 용접조건에 따른 수소취성 거동을 고찰하고자 수소침투실험과 기계적 인장시험을 실시하였다. 즉, $0.5MH_2SO_4+0.001M \;As_2O_3$ 수용액 중에서 $1,400 kg/cm^2$의 하중을 부가하는 동시에 전기화학 부식시험 장치로 $30mA/cm^2$전류를 60분간 인가하여 수소를 침투시킨 후 기계적 인장시험을 통해서 STS444용접부의 수소취성 특성에 관해서 고찰하였다. STS444에 있어서 용접조건이 수소취성에 미치는 특성을 연구한 결과, 용접 전 기름이나 물의 흡착에 의해 인장강도나 연신율은 낮아진다. 또한 기름이나 물이 흡착함으로써 수소취성에 의한 인장응력 및 연신율의 감소율은 더 크게 나타나고, 용접 전 물의 흡착이 기름의 흡착보다 수소취성에 민감하다.
Ferritic stainless steels for the SOFC interconnect applications are required to possess not only a good oxidation resistance, but also a high electrical conductivity of the oxide scale that forms during exposure at the SOFC operating environment. In order to understand the effects of alloying elements on the oxidation behavior of ferritic stainless steels and on the electrical properties of oxide scales, two kinds of commercial ferritic stainless steels, STS 430 and STS 444, were investigated by performing isothermal oxidations at $800^{\circ}C$ in a wet air containing 3% $H_{2}O$. The results showed that STS 444 was superior to STS 430 in both of the oxidation resistance and the area specific resistance. Although STS 444 contained a less amount of Mn for the $(Mn,Cr)_{3}O_{4}$ spinel formation than STS 430, the minor alloying elements of Al and Mo in STS 444, which were accumulated in the base metal region adjacent the scale, were suggested to reduce the scale growth rate and to enhance the scale adherence to the base metal.
In order to examine the effect of humidity on hydrogen embrittlement of STS 444 weld zone for boiler with dry and wet welding conditions, this paper was carried out the accelerated hydrogen osmosis test and the electrochemical Tafel polarization test. In 0.5M $H_2SO_4$ + 0.01M $As_20_3$ solution, this test is added to load of $1400kg/cm^2$ together with hydrogen osmosis by current of $50 {mA/cm^2}$ for 60 min.. The electrochemical Tafel polarization test was carried out in 0.5M $H_2SO_4$ + 0.01M $As_20_3$ solution. Therefore, the effect of humidity on hydrogen embrittlement of STS 444 was considered. The main results are as following: On the basis of hydrogen embrittlement mechanism, that is, integrated electrochemical polarization characteristics with the established mechanism of hydrogen embrittlement, the reduction rate of corrosion current density of weld zone in the wet weld condition is larger than in the dry condition. We can nondestructively predict the degree of hydrogen embrittlement of STS 444 weld zone for boiler through the reduction rate of electrochemical corrosion current density.
The oxidation resistance and electrical conductivity of various commercial ferritic stainless steels including STS444 were tested in an air atmosphere at $700^{\circ}C$. Crofer22 developed specially for SOFC interconnect was also examined for the aim of comparing with the test results of STS444. Although STS444 exhibited higher oxidation resistance than Corfer22, the electrical conductivity of the scale formed on Crofer22 was higher, indicating that the resistivity of scale formed on Crofer22 is much lower than that of STS444. To gain a better understanding of the relation between oxidation behavior and electrical conductivity, the oxide scales formed on STS444 and Crofer22 were analyzed in terms of the structure, composition, and phase. Consequently, the influence of alloying elements on electrical conductivity of Fe-Cr alloys was discussed.
코발트 보호막 코팅이 적용된 페라이트계 스테인리스 스틸인 STS 430과 STS 444 소재에 대해 고체산화물 연료전지용 금속연결재로서의 고온 산화 특성에 대해 살펴보았다. 코발트 코팅층은 $800^{\circ}C$ 고온 산화 후 코발트 산화물 및 $Co_2CrO_4$, $CoCr_2O_4$, $CoCrFeO_4$ 등과 같은 코발트가 함유된 스피넬 상을 형성하였다. 또한 페라이트계 스테인리스 스틸과 코발트 코팅의 계면에서 크롬과 철이 함유된 치밀한 산화층을 형성하여 금속연결재 표면의 스케일 성장속도를 감소시키고 금속연결재 내에 함유된 크롬의 외부 확산을 효과적으로 억제하였다. 한편 STS 430은 고온 산화 후 표면에 형성된 스케일 하부에 $SiO_2$와 같은 내부 산화물이 형성된 반면 STS 444는 표면 스케일 이외에 다른 내부 산화물은 확인되지 않았으며 고온에서의 면저항 측정 결과, 코발트가 코팅된 STS 444의 전기 전도성이 STS 430 보다 우수한 것으로 나타났다.
Ferritic stainless steels have a good heat resistance and economic advantage. They are used for applications such as automotive exhaust systems where resistance to general corrosion is superior to carbon steels. However, there are not enough research for ferritic stainless steels on weldability mainly used as automotive exhaust manifolds. In this study, mechanical and microstructure properties of as-welded STS 429L and STS 444 ferrite stainless steels were confirmed by tensile, bending, hardness test, optical microscopy and scanning electron microscopy. Tensile strength of the STS 444 is higher than the STS 429L when it is a raw material. In contrast to this fact, STS 429L indicated higher tensile strength after butt welded. In addition, the hardness have a increasing tendency as getting down on the bead.
스테인리스 강재 STS444에 있어서 용접조건에 따른 수소취성의 전기화학적 분극특성을 고찰하고자 수소침투 실험과 전기화학적 분극실험을 실시하였다. 즉, $0.5M\; H_2SO_4+0.001M\;As_2O_3$ 수용액 중에서 $1,400kg/cm^2$의 하중을 부가하는 동시에 전기화학적 분극시험 장치로 $30mA/cm^2$전류를 60분간 인가하여 수소를 침투시켰으며 같은 수용액에서 양극분극실험을 하였다. STS444에 있어서 용접조건이 수소취성에 미치는 특성을 연구함에 있어 전보에서는 용접 전 기름이나 물의 흡착 영향으로 인장강도나 연신율이 낮아지는 현상을 규명하였지만, 본보에서는 기존의 보고된 수소취성의 발생 기구를 기초로 하여 전기화학적 부식거동을 접목하여 수소취성의 발생기구를 제안함으로써 부식전류밀도를 알면 수소취성의 민감 정도를 비파괴적으로 예측할 수 있을 것으로 판단된다.
스테인리스 강재 STS 444에 있어서 용접조건에 따른 수소취성의 민감도와 인가 전류밀도에 따른 수소취성의 영향을 고찰하고자 $0.5M\;H_2SO_4+0.001M\;As_2O_3$ 수용액에서 전기화학적 부식시험장치로 전류밀도를 5, 10, 15, 20 $mA/cm^2$로 인가하여 U 벤드 시험편의 수소취성에 관해 연구하였다. 이때 파괴되는 시간을 조사하여 수소취성을 고찰하였으며, 금속조직 현미경 사진을 비교하여 금속조직적인 연관 특성을 고찰하였다. STS 444 강재에 있어서 용접조건 즉 보호가스양의 변화에 따라서 수소취성에 대한 큰 영향을 받고 있으며, 전류밀도에 따라서도 많은 영향을 받고 있다. 특히 인가전류밀도가 높아짐에 따라 수소균열이 급격히 빨라지고 있음을 알 수 있다.
STS444 with or without $La_{0.9}Sr_{0.1}MnO_3$ (LSM)-coating was contacted to $La_{0.6}Sr_{0.4}Co_{0.2}Fe_{0.8}O_3$ (LSCF) cathode on various electrolyte materials and the polarization resistance $(R_p)$ was measured by impedance spectroscopy. By making a symmetric half-cell and contacting only one side of the cathode with the interconnect, the effect of chromium (Cr) poisoning was separated from the aging effects. When the LSCF cathode was contacted with LSM-coated STS (stainless steel), $R_p$ of LSCF was lower than that contacted with the uncoated STS. Impedance patterns measured for the working electrode (W.E.), the counter electrode (C.E.) at $600^{\circ}C$ in air were analyzed. Normalized data of net Cr effect showed that $Ce_{0.9}Gd_{0.1}O_2$ (GDC) electrolyte is more tolerant to the chromium poisoning than $La_{0.9}Sr_{0.1}Ga_{0.8}Mg_{0.2}$ (LSGM) or 8 mol% $Y_2O_3-doped$$ZrO_2$ (YSZ) electrolytes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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