세계 최고 정밀도 0.01% 수준의 탄소 정량 분석 장치 개발

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-19

- 자동차용 고강도 박강판 개발을 촉진 - 독립 행정법인 신에너지・산업기술 종합 개발 기구(이하, NEDO)와 신 구조재료 기술 연구 조합(ISMA) 및 ISMA의 조합원인 JFE 스틸(주)은 이번에 철강 재료에 포함되는 탄소의 함유량을 세계 최고 정밀도 0.01% 수준까지 정량적으로 분석할 수 있는 장치 ′FE-EPMA′(주 1)를 개발하였다. 기존 ′FE-EPMA′ 장치로 개량하여 분석 정밀도를 10배 높이는 것에 성공하였다. 본 분석 장치를 활용하는 것으로 자동차용 고강도 박강판(하이텐(Hi-Ten)) 개발의 신속화를 도모함과 동시에 새로운 분석 정밀도 향상을 목표로 할 것이라고 한다. 철강 재료의 강도는 일반적으로는 탄소 농도를 높이는 것으로 증가하는 한편, 탄소 농도를 높이면 성장 특성이 저하되어 프레스 성형 시 가공성이 떨어진다. 이로 인해 강도와 가공성을 양립시키기 위해서는 철강 재료 중에서 탄소 농도가 높은 조직과 탄소 농도가 낮은 조직이 미세하게 분산한 복합 조직으로 할 필요가 있다. 그리고 기존보다 고강도이면서 고가공성의 강판을 개발하기 위해서는 각각의 미세 조직의 탄소 농도와 그 분포 상황을 기존보다 엄밀하게 제어하는 것이 중요하다. 철강 재료에 포함되는 탄소 농도를 정량 분석하기 위해서는 전자선 마이크로 애널라이저(analyzer)(EPMA)를 사용한 전자선 분석이 일반적이다. 그러나 전자선에는 탄소를 흡입하는 성질이 있기 때문에 분석의 진행과 함께 분석 장치 내나 시료 표면의 탄소가 시료 표면에 서서히 퇴적되어 탄소 농도가 증대하고 분석 면적이 좁아지면서 탄소 농도가 낮은 조직인 만큼 분석 정밀도가 큰 폭으로 떨어진다는 과제가 있었다. 이것을 해결하기 위하여 ′혁신적 신 구조재료 등 연구 개발′프로젝트에 있어서의 ′혁신 강판의 개발′ 테마 중에서 NEDO와 신 구조재료 기술 연구 조합(ISMA) 및 ISMA의 조합원인 JFE 스틸(주)은 철강 재료에 포함되는 탄소의 함유량을 많은 정밀도로 정량적으로 분석할 수 있는 장치 ′FE-EPMA′의 개발에 임해 왔다. 본 개발 장치로는 탄소 전용의 검출기를 3대 조립하여 고감도화를 도모함과 동시에 탄소의 퇴적을 억제하는 기능을 복수 구비시켰다. 이것에 의해 기존에는 탄소 함유량 0.1% 수준까지였던 정량 분석 정밀도를 세계 최고 정밀도의 0.01% 수준까지 10배 높이는 것에 성공하였다. 본 장치를 활용하는 것으로 자동차용 고강도 박강판(하이텐)을 제조할 때 각 프로세스에 있어서의 탄소 분포를 기존 대비 10배의 정밀도로 분석할 수 있다. 이것에 의해 소입(燒入) 등 열처리 조건의 확립이나 샘플재 제조 시 복합 조직의 구조 정밀도 향상에 높은 효과를 발휘하는 것으로 자동차용 고강도 강판의 개발의 신속화를 기대할 수 있다. 본 개발 장치는 기존 분석 장치인 ′FE-EPMA′를 개량한 것이라고 한다. 주된 개량점은 첫 번째 고감도화를 도모하기 위하여 탄소 전용의 검출기를 3대 탑재하였고 두 번째는 탄소의 퇴적을 억제하기 위하여 클리너나 가열 장치를 탑재함으로써 기존 탄소 함유량 0.1% 수준이였던 정량 분석 정밀도를 세계 최고 정밀도의 0.01% 수준까지 10배 높이는 일에 성공하였다. 향후 개발한 장치를 활용하여 혁신적인 자동차용 고강도 박강판을 개발하는 것이 본 프로젝트의 최종 목표이면서, 새로운 고정밀도(0.003% 이하)의 분석 방법의 확립 및 강 내에 용해한 상태로 포함되는 탄소의 분석 방법 확립을 목표로 할 예정이라고 한다. (주 1) FE-EPMA(Field Emission Electron Probe Micro Analyzer) 휘도를 높게 할 수 있는 전자총을 탑재한 전자선 마이크로 애널라이저 (주 2) SEM/EDS (Scanning Electron Microscope/ Energy Dispersive X-ray Spectrometer) 주사형 전자현미경과 에너지 분산형 X선 검출기(전자선 조사로 발생하는 X선에 의한 원소 분석기) (주 3) TEM/EDS (Transmission Electron Microscope/ Energy Dispersive X-ray Spectrometer) 투과형 전자현미경과 에너지 분산형 X선 검출기 <그림 1> (좌) 이번에 개발한 FE-EPMA 장치의 외관 / (우) 이번에 개발한 FE-EPMA 장치의 성능 <그림 2> 강의 탄소 분포 측정결과의 비교((좌) 기존 FE-EPMA / (우) 이번에 개발한 장치) NEDOCarbon-20150114-1.jpg NEDOCarbon-20150114-2.jpg http://www.nedo.go.jp/news/press/AA5_100344.html