수소취성(hydrogen embrittlement)

1 수소취성 개요
 1) 정의
   - 전처리나 도금처리의 과정에서 피도금물이 수소를 흡입/저장하여 무르게되는 현상.
 2) 특징

   - 철강중에 흡수된 수소에 의하여 강재의 연성과 인성이 저하하고 소성변형 없이도 파괴되는 현상이 발생.

   - 수소흡수에 의한 파괴를 지연파괴라고도 부르며, 이는 주로 결정입계나 응력 집중부위 또는 인장응력이 걸리는 부위에서 주로 일어난다.
   - 비커스경도 400이상 열처리한 고탄소강 또는 저합금강(Cr강, Mo강, Ni-Cr-Mo강)이나 마르텐사이트형 스테인레스강(13크롬 스테인레스)등은 수소취성을 일으키키 쉽다.
     * H2O + e- -> H + OH+(neutral & alkali solution)
     * H+ + e- -> H(acid solution)

2 수소취성의 발생
 1) 발생 메커니즘
   - 수소원자(H)에 기인함.
     * 수소원자는 원자반경이 1옹스트롱 이하로 매우 작아서 금속 격자(2~3옹스트롱) 내부로 침투가 용이하다.
   - 수소취성의 발생원인으로 흡착에너지설(격자결함의 수소흡착에 기인), 격자결함내의 수소압력설, 격자원자와 수소원자의 상호작용설 등이 제안되고 있으나 아직 일반적으로 인정되는 정설은 없다.
   - 수소원자가 수소분자로 전환을 방해하는 이온(P, As, Sb, S, Se, Te)들이 용액속에 존재할때 더 많은 수소가 금속내부로 침투하여 재료의 취약부위를 확대시킨다.
   - 수소취성은 부식, 용접, 산세, 전기도금 등과 관련되어 자주 나타나며 재료에서는 스테인리스강이나 고장력강에서 현저하게 나타난다.(최근 철강의 고강도화와 구조부품의 고응력 설계의 추세에 따라 수소취성에 대한 문제점이 재인식되고 있음)
   - 취화를 일으키는 영향인자로 확산성 수소가 주요하다. 확산의 요인이 되는 시간, 온도, 응력상태, 스트레인 등에 따른 확산성 수소의 거동에 관한 연구가 필요하다.
 2) 수소취성의 발생공정
   - 탈지(cleaning, degreasing)
   - 산처리(acidic pickling)
   - 전해탈지(electrolytic degreasing)
   - 전기도금(electrolytic plating)
3) 수소취성의 제거
   - ISO의 국제규격에서는 수소취성을 제거하기 위해 베이킹(baking)을 권고한다.

     * 1050MPa 이상의 철강부품은 190~220℃에서 8~24시간의 열처리 규정

     * 표면경화부품은 130~150℃에서 2시간의 열처리 규정
     * 1200MPa 이상의 철강부품에 대해 ASTM에서는 190℃, JIS에서는 190~230℃의 베이킹처리를 규정하고 있다.

   - 소수취성 발생 자체를 막기위해 용접시 저수소계(cf. 6016 용접봉)을 사용하며, 용접봉을 항시 건조시킨뒤 사용한다.