변화하는 결정체: EBSD가 녹색 강철의 비밀을 풀어내다

친환경 철강 제조는 단순한 기술 발전 그 이상입니다. 환경 복원, 경제적 회복력, 지속 가능한 산업 전환을 주도하는 동력입니다. 수소 기반 제강 기술 도입은 기후 중립 생산 달성의 핵심입니다.

전자후방산란회절(EBSD)은 수소 기반 철광석 환원 과정 중 미세구조 변화를 고해상도로 분석함으로써 그린 스틸 공정 최적화 및 규모 확대에 핵심적인 역할을 수행합니다.

브루커의 eWARP 검출기는 직접 전자 검출(Direct Electron Detection)과 첨단 CMOS 아키텍처를 활용하여 철광석 시료의 고해상도 결정학적 분석을 위한 감도를 획기적으로 향상시키고 데이터 획득 속도를 가속화함으로써 EBSD 기술의 혁신을 대표합니다.

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수소 환원 과정에서의 미세구조 변화

EBSD 위상 지도(그림 1a)는 700ºC에서 100% H₂ 분위기 하에 1분간 환원 처리한 헤마타이트 펠릿 시료 내부의 헤마타이트(적색)와 마그네타이트(청색) 분포를 보여줍니다. 이 지도는 약 3백만 픽셀을 포함하며, 약 105x70 마이크론의 영역을 커버하며, 단 10분 만에 50nm 간격으로 획득되었습니다.

해당 결정 방향 지도(그림 1b)는 환원 과정이 시료 전체에 걸쳐 동적이고 이질적임을 보여줍니다. 일부 헤마타이트 입자는 환원되지 않은 상태로 남아 있는 반면, 다른 입자들은 변환 초기 단계(좌상단)에 있으며, 일부는 이미 완전히 마그네타이트로 전환된 상태(우하단)입니다.

특히 이 지도는 환원 역학의 흥미로운 측면을 부각시킵니다: 좌측 중앙에 위치한 헤마타이트 입자는 두 개의 뚜렷하게 정의되고 경쟁하는 환원 전선이 존재함을 통해, 두 개의 별개의 시작점에서 환원이 진행 중인 것으로 보입니다.

Figure 1a: Phase map showing the distribution of Hematite (red) and Magnetite (blue) inside a Hematite pellet sample after 1 minute of reduction in 100% H2 atmosphere at 700 ºC.

Figure 1b: Corresponding Crystal Orientation (COM) Map.

Figure 1c: Pattern Quality Map (PQM) showing the fine-grained structure of Magnetite particles and single crystalline nature of Hematite particles.

그림 2a에서 보듯이 동일한 대기 조건에 20분간 추가 노출 시 감소가 지속되며, 자철석(파란색)이 페라이트(녹색)로 전환됩니다. 페라이트는 이 지속 가능한 강철 생산 방법의 열화학 경로에서 목표 최종 상태를 나타냅니다.

Figure 2a: Phase map showing the distribution of Magnetite (blue) and Ferrite (green) inside a Hematite pellet sample after 20 minutes of reduction in 100% H2 atmosphere at 700 ºC.

Figure 2b: Crystal Orientation Map (COM) of an area containing Magnetite and Ferrite from the sample following reduction for 20 minutes in 100% H₂atmosphere at 700 ºC.

Figure 2c: Pattern Quality Map (PQM) depicting the very fine-grained and porous nature of Magnetite and Ferrite phases, resulting from Hematite particles being reduced for 20 minutes in 100% H₂atmosphere at 700 ºC. The map was acquired with a spatial resolution of 35 nm.