초전도선재용 SUS310S 기판의 강도열화 평가 및 제어

Abstract

초전도선재는 극저온에서 전기저항이 완전히 없어지는 신소재로, 임계온도가 77K 이상인 고온초전도선재가 개발되면서 다양한 분야로의 활용이 기대되고 있다. 고온초전도선재의 개발에 있어 가장 큰 문제는 선재의 가격에 있다. 이에 기판을 고비용 Ni기반 합금이 아닌 스테인리스강으로 대체하고자 하는 연구가 진행되고 있다. 하지만, 스테인리스강으로 기판을 대체할 경우, 초전도선재 제조공정을 이후의 선재 강도가 저하되는 현상이 Ni기반 합금 기판의 선재에 비해 두드러지게 나타난다. 이에 이러한 현상에 대한 평가를 통해 원인분석을 진행하고 강도열화 현상을 개선하고자 시도하였다. 선재의 물성은 기판에 의해 주로 결정이 되므로, 기판에 초점을 맞추어 연구를 진행하였다. 기판의 강도열화 현상을 제어하기 위해서는 원인분석이 선행되어야 한다. 따라서 공정 이전의 기판에 대하여 나노압입시험을 활용한 미세조직 별 압입시험을 수행하였으며, 공정 이후의 기판 내 입자들의 인장물성, 경도와 비교분석하였다. 그 결과, 기판 내 존재하는 트윈 조직이 초전도선재 제조공정 이전의 기판을 경화시켰으나, 고온 환경에서 재결정, 회복에 의해 풀리며 강도열화 현상이 나타났음을 파악하였다. 원인분석 결과를 바탕으로, 기판의 강도열화 현상의 주요 요인이 되는 재결정, 회복 현상을 제어할 수 있는 방안을 제안하였다. 기존의 기판은 높은 냉간압연의 비율로 제조되어 입계 내부에 매우 큰 소성가공 조직이 발달하였으며, 높은 입계저장에너지를 가진다. 이에 열간압연을 적용하여 입계 내부의 저장 에너지를 줄여 공정 후 기판의 회복, 재결정 정도를 줄일 수 있는 기판 제조방식을 제안하였으며, 실험 및 분석을 통해 이를 검증하였다. 그 결과 열간압연을 적용하여 제조한 기판의 경우, 열화 후 기판 재결정 정도가 낮아짐을 확인하였다. 또한 열간압연을 900도에서 적용한 경우, 열화 후의 기판 재결정 정도가 낮을 뿐만 아니라 재결정이 일어나지 않은 입자들에 의해 경화현상이 존재함을 확인하였다. 이를 통해 기판 제조 시, 열간압연에 의한 강도열화 현상의 제어 가능성을 확인하였다. 다만, 본 연구에서는 실제 초전도선재 제조공정을 거쳐 기판을 열화시킬 수 없으므로 제조공정을 거친 기판과 유사한 인장물성을 가지고 미세조직이 유사하게 발달하는 열처리 환경을 파악하여 적용하였다. 이는 초전도선재 제조공정 이후 선재의 열화정도를 평가할 수 있는 평가 방식으로 활용될 수 있을 것으로 보인다. 본 연구는 연속압입시험을 이용하여 초전도선재 제조공정 이후 스테인리스강 기판의 강도열화 현상의 원인분석을 수행하였다. 그 결과를 활용하여 강도열화 현상을 개선하기 위한 방법을 제안하였고, 제안한 방안에 대한 검증을 수행하였다. 이는 연속압입시험을 활용하여 미세조직 별 물성평가를 통해 정량적인 원인분석을 시도하였고, 분석결과를 활용하여 기판의 강도열화 현상을 제어할 수 있는 새로운 기판 제조방법을 제안하였다는 데에 의의가 있다.