김래언
포항공과대학교 박사과정
역 그라디언트 구조를 통한 미세구조 차폐와
우수한 고강도-수소 취성 저항성 획득 전략
대한금속재료학회
지도교수: 김형섭 교수님
2026.04.29
1 장
Profile
김래언 (Rae Eon Kim)
Present: POSTECH, GIFT Ph.D candidate, 지도교수: 김형섭 교수님
M.S: POSTECH, GIFT
B.S: POSTECH, Mechanical Engineering
▪Research field
Additive manufacturing
Formability
Heterostructure
Hydrogen Embrittlement
Alloy design
1 장
Background
Diffusion
Accumulation
Crack
[1] H. Zhao et al. Nature 602 (2022) 437-441
■ 수소취성
1 장
Background
■ 수소취성 저항성과 기계적 물성 간 Trade-off
Strengthening mechanism
Solid Solution hardening
Grain boundary hadening
Precipitation hardening
Dislocation hardening
[1] https://www.rpip.tohoku.ac.jp/seeds/profile/510/lang:en/
1 장
Background
[1] H. Zhao et al. Nature 602 (2022) 437-441
■ Reverse-gradient 구조를 통한 수소취성 쉴딩 전략
표면: 완전 재결정 미세구조 영역 (수소취성 강함), 내부: 고강도 미세구조 (수소취성 약함)
Surface 부
Center 부
1 장
연구 목적
Reverse gradient
Gradient
●As-rolled: 냉연(reduction: 80%)
●As-annealed: 완전 재결정, 1073 K for 1h
●Gradient: As-annealed 샘플에 UNSM 처리
●Reverse gradient: as-rolled 샘플에 양면 220 W 레이저 처리
■ 연구 목적
우수한 기계적 물성
높은 수소취성 저항성
동시 획득
Reserse-gradient 구조
외부: 수소취성 강하지만 저강도 미세조직
내부: 수소취성 약하지만 고강도 미세조직
기계적 물성-
수소취성 저항성 간의
Trade-off
[문제 인식]
[제안 기술]
[목표 물성]
■ 분석 재료
*소재: equiatomic CoCrFeMnNi HEA
1 장
연구 목적
■ 분석 방법
전기차징
SSRT (1x10-4)
Surface 부 수소 투과 시험
1 장
초기 미세조직
[1] R.E. Kim, Corr. Sci. 264 (2026) 113760
■ 초기 미세조직
Gradient
Reverse-gradient
As-rolled
As-annealed
1 장
기계적 물성
■ 수소 취성 평가
|
Samples |
Conditions |
YS (MPa) |
UTS (MPa) |
εfract (%) |
HEI (%) |
|
As-rolled |
Uncharged |
1191.8 |
1244.6 |
16.4 |
64.5 |
|
Charged |
1190.3 |
1256.7 |
5.8 |
||
|
As-annealed |
Uncharged |
313.1 |
637.9 |
57.2 |
9.5 |
|
Charged |
301.5 |
624.7 |
51.7 |
||
|
Gradient |
Uncharged |
561.5 |
704.6 |
49.2 |
40.5 |
|
Charged |
535.3 |
662.1 |
29.2 |
||
|
Reverse- gradient |
Uncharged |
758.1 |
847.5 |
28.8 |
22.8 |
|
Charged |
772.5 |
843.2 |
22.2 |
*HEI: hydrogen embrittlement index; (εfract, H- εfract, 0 )/ εfract, 0
[1] R.E. Kim, Corr. Sci. 264 (2026) 113760
1 장
수소 취성 평가 후 샘플
■ Fractography
Reverse-gradient
As-annealed
Gradient
[1] R.E. Kim, Corr. Sci. 264 (2026) 113760
1 장
수소 취성 평가 후 샘플
■ 수소 취성 평가 후 미세조직
Gradient
Reverse-
gradient
[1] R.E. Kim, Corr. Sci. 264 (2026) 113760
1 장
수소 함량 분석
■ 우수한 기계적 물성/수소 취성 동시 획득-분석 (1) 수소 함량
•As-rolled:37.6 ppmw
•As-annealed: 26.9 ppmw
•Reverse-gradient: 33.1 ppmw
•Gradient: 45.9 ppmw
수소 총 함량
100 °C/hr
200 °C/hr
300 °C/hr
Activation energies:
as-rolled (20.0 KJ/mol)
as-annealed (19.9 KJ/mol)
gradient (20.9 KJ/mol)
reverse-gradient (20.4 KJ/mol)
[1] R.E. Kim, Corr. Sci. 264 (2026) 113760
H Trapping site:
Grain boundaries
Dislocations
1 장
초기 미세조직
■ 수소 취성-분석 (2) 수소 ingress
The hydrogen diffusivities
|
|
Time-lag |
Breakthrough-time |
|
Gradient |
4.43 × 10−15 m2/s |
1.78 × 10−15 m2/s |
|
Reverse gradient |
5.08 × 10−16 m2/s |
2.05 × 10−16 m2/s |
[1] R.E. Kim, Corr. Sci. 264 (2026) 113760
1 장
초기 미세조직
■ 우수한 기계적 물성/수소 취성 동시 획득-분석 (3) *HDI hardening
HDI hardening
[1] R.E. Kim, Corr. Sci. 264 (2026) 113760
*Hetero-deformation induced
Hard
Soft
1 장
연구 요약
[1] R.E. Kim, Corr. Sci. 264 (2026) 113760
1. 강도 합금일수록 수소 취성에 취약해지는 강도- 수소저항성 간의 Trade-off 관계 존재
2. 역그라디언트 구조를 통한 연한 미세조직-표면 / 강한 미세조직-내부 배치함
•강도-연성 시너지: 조직 간 물성 차이로 기계적 성능이 극대화 시킴.
•수소 차폐 효과: 표면의 재결정 조직이 수소 침투를 지연시키고 내부 확산을 억제함.
3. 고강도와 수소 취성 저항성을 동시에 확보할 수 있음
김래언
포항공과대학교 박사과정
감사합니다 !
대한금속재료학회
지도교수: 김형섭 교수님
2026.04.29
