KR100580112B1 - Manufacturing method of heatresistant high chromium ferritic?martensite steels - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 제조방법에 있어서, 종래 열처리방법을 나타낸 그림이며, 1 is a view showing a conventional heat treatment method in the manufacturing method of high chromium ferrite / martensite heat-resistant alloy,
도 2는 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 제조방법에 있어서, 본 발명의 열처리방법을 나타낸 그림이며, 2 is a view showing a heat treatment method of the present invention in the production method of a high chromium ferrite / martensite heat-resistant alloy,
도 3은 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금을 제2뜨임처리하였을 때 생성되는 크롬 탄질화물을 나타낸 TEM 사진이며, 3 is a TEM photograph showing chromium carbonitride produced when the high chromium ferrite / martensitic heat-resistant alloy is subjected to second tempering treatment.
도 4는 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 크리프 변형 전후의 마르텐사이트 래스 폭의 변화를 나타낸 TEM 사진이며, 4 is a TEM photograph showing the change in martensite class width before and after creep deformation of high chromium ferrite / martensite heat-resistant alloy;
도 5는 본 발명에서 열처리방법에 따른 600℃에서의 크리프 파단 강도 변화를 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing the creep rupture strength change at 600 ℃ according to the heat treatment method in the present invention.
본 발명은 원자력 발전소, 화력발전소, 석유화학 플랜트의 파이프, 튜브, 터빈 등에 사용되는 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a high chromium ferrite / martensite heat resistant alloy used in pipes, tubes, turbines, etc. of nuclear power plants, thermal power plants, petrochemical plants.
고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금은 우수한 열전도도와 고온 및 열피로 강도, 그리고 저렴한 가격 등으로 인해 화력발전소와 원자력발전소 등의 튜브, 파이프 및 터빈 등에 사용되고 있다.High chromium ferrite / martensitic heat resistant alloys are used in tubes, pipes and turbines in thermal and nuclear power plants due to their excellent thermal conductivity, high temperature and thermal fatigue strength, and low price.
상기 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 재료는 탄소, 규소, 망간, 니켈, 크롬, 몰리브데늄, 텅스텐, 바나듐, 나이오븀, 인, 황, 질소 및 철로 이루어진 것으로, 용도 및 필요한 물리적 성질에 따라 조성 및 조성비를 다양하게 조절할 수 있다. The material of the high chromium ferrite / martensite heat-resistant alloy is made of carbon, silicon, manganese, nickel, chromium, molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, phosphorus, sulfur, nitrogen and iron, depending on the use and required physical properties. Composition and composition ratio can be adjusted in various ways.
고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금은 사용온도가 높아짐에 따라 고온에서의 크리프 파단 강도 향상이 요구되어 지난 수 십년간 이에 대한 많은 기술 개발이 진행되었다. 상기 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 크리프 강도는 미세조직의 안정성과 깊은 관련을 가지고 있어 합금원소를 조절함으로써 크리프 저항성에 유리한 최적의 미세조직을 얻기 위한 기술이 개발되고 있다.High chromium ferrite / martensitic heat-resistant alloys are required to improve the creep rupture strength at high temperatures as the use temperature increases. The creep strength of the high chromium ferrite / martensite heat-resistant alloy has a deep relationship with the stability of the microstructure, and thus, a technique for obtaining an optimal microstructure advantageous for creep resistance by adjusting alloy elements has been developed.
합금의 개발은 크게 두 가지 재료, 즉 크롬 함량이 9%인 재료와 12%인 재료에 대해 이루어져 왔다. 또한 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 강화기구는 안정한 석출물의 형성에 의한 석출 경화와 기지내에 합금원소를 고용시켜 얻 는 고용강화가 있다. 안정한 탄질화물의 석출을 얻기 위해 석출경화 원소인 바나듐과 나이오븀의 적정 첨가량에 대한 연구가 많이 진행되었다. 그리고 고용강화 원소로는 초기에 몰리브데늄을 많이 첨가하였으나, 수년전부터는 몰리브데늄 대신에 텅스텐을 첨가하는 방향으로 연구가 많이 진행 되었다. 그 외에 코발트와 구리, 보론을 첨가한 재료들이 개발되었다. 최근에는 희토류 원소인 탄탈륨, 레늄, 네오디뮴 등을 첨가한 재료들이 개발되었다. 현재 실험실적으로는 600℃, 105 시간에서의 크리프 파단 강도가 180MPa인 합금이 개발되고 있다. The development of alloys has been largely done for two materials: one with 9% chromium and one with 12% chromium. In addition, the reinforcing mechanism of high chromium ferrite / martensitic heat-resistant alloy has the precipitation hardening by the formation of stable precipitates and the solid solution strengthening obtained by employing alloy elements in the matrix. In order to obtain stable precipitation of carbonitrides, many studies have been conducted on the appropriate amounts of precipitation hardening elements vanadium and niobium. In addition, although molybdenum was initially added a lot as a solid solution strengthening element, many years ago, a lot of researches were carried out to add tungsten instead of molybdenum. In addition, materials have been developed that add cobalt, copper and boron. Recently, materials with the addition of rare earth elements tantalum, rhenium and neodymium have been developed. At present, an alloy with a creep rupture strength of 180 MPa at 600 ° C. and 10 5 hours has been developed.
한편, 이러한 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금은 먼저 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 재료를 용해하여 잉곳을 제조하고, 상기 잉곳을 열간가공하여 일정한 형태의 합금을 제조한 후 상기 합금을 열처리하여 내열합금을 제조한다.On the other hand, the high chromium ferrite / martensite heat-resistant alloy is first prepared by dissolving the material of the high chromium ferrite / martensite heat-resistant alloy, ingot, hot-processing the ingot to produce a certain type of alloy and then heat-treating the alloy A heat resistant alloy is prepared.
열처리는 고크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 재료특성을 결정하는 주요 변수로서 미세조직을 안정화시켜주는 역할을 담당하며, 불림 (Normalizing)과 뜨임 (Tempering) 처리로 이루어진다 (도 1 참조).Heat treatment plays a role of stabilizing the microstructure as a key parameter for determining the material properties of the high chromium ferrite / martensite heat-resistant alloy, it consists of normalizing and tempering (see Fig. 1).
상기 불림처리는 열간가공된 재료 내에 존재하는 대부분의 석출물들을 고온에서 분해하여 미량합금 원소들이 기지 내에 고용상태로 존재하게 한 후에, 이것을 공기 중에 냉각시켜 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변태할 때 미량합금 원소들이 과고용 상태로 존재하게 한다. 불림처리는 일반적으로 1050℃에서 수행한다.The soaking process decomposes most of the precipitates present in the hot worked material at high temperature so that the trace alloy elements are in solid solution in the matrix, and then cools them in air to convert them from austenite to martensite. Causes them to be overemployed. The soaking treatment is generally carried out at 1050 ° C.
상기 불림처리 후에 수행하는 뜨임처리는 불림처리에서 과고용된 미량합금 원소들로부터 다량의 석출물들을 생성시키면서 전위가 회복되도록 만들어 최적의 크리프 특성과 충격특성을 갖게 한다. 생성된 석출물의 안정성은 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 고온 크리프 파단 강도를 결정하는 가장 중요한 인자로 알려져 있다. 충격특성과 고온강도를 조화시켜 최적의 재료조건을 만들기 위하여 뜨임처리 온도는 전위회복과 석출물의 생성 정도를 고려하여 Ac1 온도 이하에서 결정한다. 구체적으로 종래의 상기 뜨임처리는 700∼780℃에서 수행한다.Tempering performed after the soaking treatment causes the potential to be recovered while generating a large amount of precipitates from the microalloy elements over-solubilized in the soaking treatment so as to have optimum creep characteristics and impact characteristics. The stability of the resulting precipitate is known to be the most important factor in determining the high temperature creep rupture strength of high chromium ferrite / martensite heat resistant alloys. The tempering temperature is determined below the temperature of A c1 in consideration of the potential recovery and the formation of precipitates in order to achieve the optimum material condition by harmonizing impact characteristics and high temperature strength. Specifically, the conventional tempering treatment is performed at 700 to 780 ° C.
그 외에 최근에 코발트 첨가 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금에서 500∼620℃의 온도에서 1차 뜨임을 하고, 690∼740℃에서 2차 뜨임하는 방법이 있으나, 이 경우 저온 뜨임의 목적은 불림처리 후에 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변태하지 못하고 남아 있는 잔류 오스테나이트를 분해하기 위한 것이며, 2차 뜨임처리는 통상의 뜨림처리 목적인 석출물의 생성 및 전위 회복이다.In addition, there is a method of firstly tempering at a temperature of 500 to 620 ° C. and second tempering at 690 to 740 ° C. in a cobalt-added high chromium ferrite / martensite heat-resistant alloy, but in this case, the purpose of low temperature tempering is It is intended to decompose the remaining austenite remaining after transformation from austenite to martensite, and the secondary tempering is the formation and dislocation recovery of precipitates for the normal tempering purpose.
상술한 바와 같이, 통상의 열처리 조건에 의해 제조된 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금은 고온에서 사용시 마르텐사이트 래스의 성장에 의한 조직의 연화 때문에 고온 크리프 수명이 단축되며, 이러한 한계로 인해 사용온도를 제한 받고 있다. 그렇기 때문에 600℃ 이상의 고온에서 장시간 사용하여도 크리프 강도를 유지할 수 있는 내열합금의 개발이 필요하다.As described above, high chromium ferrite / martensitic heat-resistant alloys prepared under normal heat treatment conditions shorten high temperature creep life due to softening of the tissue due to growth of martensite lath when used at high temperatures, and due to these limitations, It is restricted. Therefore, it is necessary to develop a heat-resistant alloy that can maintain creep strength even when used for a long time at a high temperature of 600 ° C or higher.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래 열처리방법에 비해 유사한 충격특성을 유지하면서 우수한 크리프 파단 강도를 갖는 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 열처리방법을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a heat treatment method of a high chromium ferrite / martensitic heat resistant alloy having excellent creep rupture strength while maintaining similar impact characteristics as compared to the conventional heat treatment method.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 용해, 열간가공 및 열처리의 단계로 이루어진 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 제조방법에 있어서, 상기 열처리가 1030∼1100℃에서 불림처리하는 단계 (단계 1), 620∼720℃에서 제1뜨임처리하는 단계 (단계 2) 및 730∼780℃에서 제2뜨임처리하는 단계 (단계 3)로 이루어진 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is a method for producing a high chromium ferrite / martensite heat-resistant alloy consisting of the steps of dissolution, hot processing and heat treatment, the step of heat treatment at 1030 ~ 1100 ℃ (step 1 ), A method of producing a high chromium ferrite / martensite heat-resistant alloy consisting of a first tempering treatment (step 2) at 620 ~ 720 ℃ and a second tempering treatment (step 3) at 730 ~ 780 ℃.
본 발명에서 사용되는 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 조성은 탄소, 규소, 망간, 니켈, 크롬, 몰리브데늄, 텅스텐, 바나듐, 나이오븀, 인, 황, 질소 및 철을 함유하는 것으로, 구체적으로 탄소 0.08∼0.2 중량%, 규소 0.1 중량%이하, 망간 0.2∼0.8 중량%, 니켈 1.0 중량%이하, 크롬 8.0∼13.0 중량%, 몰리브데늄 0.03∼2.5 중량%, 텅스텐 0∼3 중량%, 바나듐 0.1∼0.3 중량%, 나이오븀 0.1∼0.25 중량%, 인 0.01 중량%이하, 황 0.01 중량%이하, 질소 0.04∼0.10 중량% 및 철 잔부와 불가피적 불순물로 이루어진 것을 사용한다. 특히 질소는 미세한 크롬 탄화물을 형성하여 크리프 강도를 유지하는데 주요한 역할을 담당하는 원소이므로 적절한 질소함량을 유지하는 것이 매우 중요하다. The composition of the high chromium ferrite / martensitic heat resistant alloy used in the present invention contains carbon, silicon, manganese, nickel, chromium, molybdenum, tungsten, vanadium, niobium, phosphorus, sulfur, nitrogen, and iron. Carbon 0.08 to 0.2% by weight, silicon 0.1% or less, manganese 0.2 to 0.8% by weight, nickel 1.0% or less, chromium 8.0 to 13.0% by weight, molybdenum 0.03 to 2.5% by weight, tungsten 0 to 3% by weight, 0.1 to 0.3% by weight of vanadium, 0.1 to 0.25% by weight of niobium, 0.01% by weight or less of phosphorus, 0.01% by weight or less of sulfur, 0.04 to 0.10% by weight of nitrogen, and iron residues and unavoidable impurities are used. In particular, nitrogen is an element that plays a major role in maintaining creep strength by forming fine chromium carbides, so maintaining an appropriate nitrogen content is very important.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서 열처리는 3 단계로 이루어진다(도 2 참조).Heat treatment in the present invention consists of three steps (see Figure 2).
단계 1은 불림처리 (Normalizing) 하는 것으로, 1030∼1100℃에서 수행한다. 상기 불림처리로 인해 내열 합금 제조시 석출된 대부분의 석출물들이 분해되어 미량합금 원소들은 기지 내에 고용상태로 존재하게 된다.
상기 불림처리 온도가 낮은 경우는 석출물의 완전한 분해가 일어나지 않아 합금원소들이 기지내에 완전히 고용상태로 존재하지 못하게 되며 이후의 뜨임 공정에서 미세한 석출물이 형성되지 못하고 조대하고 불균일한 석출물이 형성되어 기계적 특성을 악화시킨다. 또한 상기보다 온도가 높은 경우는 오스테나이트 결정립이 조대하게 성장하여 인성이 감소한다.When the soaking temperature is low, the complete decomposition of the precipitate does not occur so that the alloying elements do not exist completely in the solid state in the matrix. In the subsequent tempering process, fine precipitates are not formed and coarse and uneven precipitates are formed to provide mechanical properties. Worsen. In addition, when the temperature is higher than the above, the austenite grains grow coarse and the toughness decreases.
상기 불림처리 후 공냉을 통하여 냉각시킨다. 이러한 공냉으로 인해 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변태할 때 상기 불림처리시 고용상태로 기지내에 존재하는 미량합금이 과고용 상태로 존재하게 된다.After the soaking, cooling is performed by air cooling. Due to such air cooling, when the transformation from austenite to martensite is carried out, the microalloy present in the base in the solid state during the soaking treatment is present in the over employment state.
상기 단계 1의 불림처리 후 뜨임처리 (Tempering)를 수행하는데, 이는 다량의 석출물들을 생성시키면서 전위가 회복되도록 만들어 최적의 크리프 특성과 충격특성을 향상시키는 단계이다.Tempering is performed after the soaking treatment of
본 발명에서는 단계 2의 제1뜨임처리 (1st Tempering) 및 단계 3의 제2뜨임처리 (2nd Tempering)로 나뉘어 수행한다.In the present invention, the process is divided into a first tempering process of step 2 and a second tempering process of step 3.
단계 2는 제1뜨임처리로서, 구체적으로 620∼720℃에서 수행한다. 통상의 뜨임 온도보다 낮은 620∼720℃에서 뜨임 처리함으로서 보다 미세하고 안정한 크롬 탄질화물을 형성시킬 수 있다. 이보다 낮은 온도에서는 상기의 안정한 석출물의 생성이 충분히 일어나지 않거나 너무 긴 처리시간이 필요하며, 이 보다 높은 온도에서는 조대한 석출물이 형성되거나 크롬 탄질화물이 소멸되어 크롬 탄질화물의 분산효과가 낮아진다.Step 2 is a first tempering treatment, specifically, at 620 to 720 ° C. By tempering at 620 to 720 ° C. lower than the normal tempering temperature, finer and more stable chromium carbonitride can be formed. At lower temperatures, the formation of such stable precipitates does not occur sufficiently or takes too long treatment time. At higher temperatures, coarse precipitates are formed or chromium carbonitrides disappear to lower the dispersion effect of chromium carbonitrides.
상기 온도에서 생성된 미세 석출물은 크리프 변형이 일어날 때에 전위의 이동과 마르텐사이트 래스의 성장을 효과적으로 억제함으로써 크리프 파단 강도를 향상시킨다.The fine precipitate produced at this temperature improves creep rupture strength by effectively suppressing dislocation shift and growth of martensite lath when creep deformation occurs.
이후 단계 3은 제2뜨임처리로서, 구체적으로 730∼780℃에서 수행한다. 상기 온도보다 낮은 온도에서 제2뜨임 처리를 하면 적절한 전위 회복이 일어나지 못하여 낮은 충격인성을 갖게 되고, 상기 온도보다 높은 온도에 뜨임 처리하면 과도한 뜨임(tempering)으로 인해 마르텐사이트 조직이 아결정을 형성하는 등 강도가 급격히 감소하게 된다. 따라서 상기 온도에서 제2차 뜨임처리를 함으로써 적절한 강도와 인성을 얻을 수 있게 된다.After step 3 is a second tempering treatment, specifically carried out at 730 ~ 780 ℃. When the second tempering treatment is performed at a temperature lower than the above temperature, proper dislocation recovery does not occur, resulting in low impact toughness, and when tempering at a temperature higher than the temperature, martensite tissues form acrystal due to excessive tempering. The back strength is drastically reduced. Therefore, by performing the second tempering treatment at the above temperature, appropriate strength and toughness can be obtained.
상기 단계에서 열처리한 후 얻어진 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금에는 기존의 열처리 방법을 적용하였을 때에 생성되는 조대한 M23C6 탄화물이 존재하고 있으나, 도 3에서 나타난 바와 같이 수십 나노미터의 크롬 탄질화물이 미세하 게 분포되어 마르텐사이트의 래스 조직을 매우 안정하게 만들어 줌을 알 수 있다.In the high chromium ferrite / martensitic heat-resistant alloy obtained after the heat treatment in the above step, there are coarse M 23 C 6 carbides produced when the conventional heat treatment method is applied, but as shown in FIG. It can be seen that the cargo is finely distributed, making the martensite lath structure very stable.
또한, 첨부된 도 4에서 보는 바와 같이, 크롬 탄질화물이 기지 내에 석출한 고 크롬 페라이트/마르텐사이트강과 크롬 탄질화물이 석출하고 있지 않은 재료의 크리프 파단 후 마르텐사이트 조직을 보면, 크롬 탄질화물이 석출하고 있는 재료(도 4의 위 3개)에서는 크리프 시편의 헤드(응력 없음)와 게이지(응력 작용) 모든 부분에서 마르텐사이트 래스 폭의 성장이 현저하게 억제되고 있음을 볼 수 있다. 즉 크리프 변형에 따른 연화가 크롬 탄질화물의 형성에 의해 지연되어 크리프 파단 강도를 향상시킴을 확인할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 4, when the martensite structure is observed after creep rupture of a material in which high chromium ferrite / martensitic steel in which chromium carbonitride is deposited in the base and chromium carbonitride is not precipitated, chromium carbonitride is deposited It can be seen that the material (the top three in FIG. 4) significantly inhibited the growth of the martensitic lath width in all parts of the head (no stress) and gauge (stress action) of the creep specimen. That is, it can be seen that softening due to creep deformation is delayed by the formation of chromium carbonitride, thereby improving creep rupture strength.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by the following examples.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are merely to illustrate the present invention is not limited to the contents of the present invention.
<실시예 1> 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 제조Example 1 Preparation of High Chromium Ferrite / Martensitic Heat-resistant Alloy
실시예에 사용하는 시험재로서, 하기 표 1에 나타내는 조성을 갖는 합금을 준비하였다. 이들 합금은 진공유도 용해로에서 30 ㎏ 잉곳으로 제조하였다. 상기 잉곳을 1100℃에서 열간가공하여 최종 두께를 15㎜로 하였다.As a test material used for the Example, the alloy which has a composition shown in following Table 1 was prepared. These alloys were made in 30 kg ingots in a vacuum induction melting furnace. The ingot was hot worked at 1100 ° C. to a final thickness of 15 mm.
이후 열처리를 수행하였다. 구체적으로 상기 합금을 1050℃에서 1 시간동안 불림(Normalizing)처리한 후 공냉시켰다.After the heat treatment was performed. Specifically, the alloy was quenched (Normalizing) at 1050 ° C. for 1 hour and then air cooled.
이 후 두단계로 이루어진 뜨임처리를 수행하였다. 구체적으로 상기 불림처 리된 합금을 700℃에서 2 시간동안 제1뜨임 (1st Tempering)처리한 후 공냉시키고, 다시 750℃에서 1 시간동안 제2뜨임 (2nd Tempering)처리하여 공냉시켜 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금을 제조하였다.Thereafter, a two-step tempering treatment was performed. Specifically, the quenched alloy was first cooled by air after 1 st tempering at 700 ° C. for 2 hours, and then cooled by air after 2nd tempering at 750 ° C. for 1 hour to obtain high chromium ferrite / marten. A site heat resistant alloy was prepared.
<비교예 1> 종래 열처리방법에 의한 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 제조Comparative Example 1 Preparation of High Chromium Ferrite / Martensitic Heat-resistant Alloy by Conventional Heat Treatment Method
상기 실시예 1에서 제1뜨임 및 제2뜨임처리가 아닌 단일 뜨임처리로 수행한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 조성의 합금을 제조하였다. 이때, 뜨임처리조건은 750℃에서 2 시간이었다.An alloy of the same composition as in Example 1 was prepared except that the sample was subjected to a single tempering treatment rather than the first tempering and the second tempering treatment. At this time, tempering conditions were 2 hours at 750 degreeC.
<실험예 1> 인장 및 충격 실험Experimental Example 1 Tensile and Impact Experiments
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금의 상온 및 고온 인장 특성과 충격특성을 알아보기 위하여 실험을 수행하였다.Experiments were carried out to determine the room temperature and high temperature tensile and impact properties of the high chromium ferrite / martensitic heat resistant alloys prepared in Example 1 and Comparative Example 1.
인장시험은 Instron 4505를 이용하여 수행하였다. 이때, 인장시편은 전체 길이 100mm, 게이지 길이 28.5mm, 폭 6.25mm인 판상으로 가공하였다. 고온 인장 시험 온도는 600± 3℃로 제어하였으며, 인장시험은 3회 수행한 후 평균하였다.Tensile testing was performed using an Instron 4505. At this time, the tensile specimen was processed into a plate shape of 100mm in total length, 28.5mm in gauge length, 6.25mm in width. The high temperature tensile test temperature was controlled to 600 ± 3 ℃, the tensile test was performed three times and averaged.
충격시험은 SATEC사의 충격시험기를 이용하여 상온에서 수행하였다. 이때, 충격 시편은 길이 55mm, 폭 10mm, 높이 10mm였으며, 중앙에 V-노치를 만들었다. 충격시험도 3회 수행하여 평균하였다.Impact test was performed at room temperature using the impact tester of SATEC. At this time, the impact specimens were 55 mm long, 10 mm wide, and 10 mm high, with a V-notch in the center. The impact test was also performed three times and averaged.
결과는 하기 표 2에 나타내었다.The results are shown in Table 2 below.
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에서 제조된 내열합금은 비교예 1의 내열합금에 비해 상온 및 고온(600℃)에서 항복강도와 인장강도 모두 증가되었다. 그러고 고온에서의 연신율은 변화가 없고, 상온에서의 연신율만 약간 감소함을 알 수 있다.As shown in Table 2, the heat-resistant alloy prepared in Example 1 of the present invention increased both the yield strength and the tensile strength at room temperature and high temperature (600 ℃) compared to the heat resistant alloy of Comparative Example 1. The elongation at high temperature does not change, and it can be seen that only the elongation at room temperature decreases slightly.
한편, 상온에서의 충격특성은 큰 차이를 보이지 않고 있다.On the other hand, the impact characteristics at room temperature do not show a big difference.
상기한 결과에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의해 제조된 내열합금은 상온 및 고온에서 인장특성이 우수함을 알 수 있는데, 이는 상기 조건의 제1뜨임 및 제2뜨임처리에 의한 효과임을 알 수 있다.As shown in the above results, it can be seen that the heat-resistant alloy prepared by the present invention has excellent tensile properties at room temperature and high temperature, which is an effect by the first tempering and the second tempering treatment under the above conditions.
<실험예 2> 크리프 파단 강도의 측정Experimental Example 2 Measurement of Creep Breaking Strength
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열 합금의 크리프 파단 강도를 측정하기 위하여 하기 실험을 수행하였다.The following experiment was performed to measure the creep rupture strength of the high chromium ferrite / martensite heat resistant alloys prepared in Example 1 and Comparative Example 1.
크리프 시편은 전체 길이가 90mm, 게이지 길이가 30mm, 직경이 6mm인 봉상으로 가공하였다. 크리프 파단강도의 측정은 Power Engineering사의 크리프 시험기를 이용하여 일정하중방식으로 시험하였다. 온도는 600+3℃로 제어하였으며, 변형에 따른 변위는 LVDT (Linear Variable Differential Transformer)를 이용하여 측정하였다. Creep specimens were processed into rods having a total length of 90 mm, a gauge length of 30 mm, and a diameter of 6 mm. Creep rupture strength was measured by a constant load method using a creep tester manufactured by Power Engineering. The temperature was controlled to 600 + 3 ℃, the displacement was measured by the LVDT (Linear Variable Differential Transformer).
결과는 도 5에 나타내었다.The results are shown in FIG.
도 5에서 보는 바와 같이, 실시예 1(2-step tempering)에 의해 제조된 내열합금의 크리프 파단강도가 비교예 1(1-step tempering)에 의해 제조된 내열합금의 크리프 파단강도에 비해 약 30 % 이상의 증가를 나타내고 있다. 이는 상기 조건의 제1뜨임 및 제2뜨임처리에 의한 효과임을 알 수 있다.As shown in Figure 5, the creep of the heat-resistant alloy prepared by Example 1 (2-step tempering) Creep strength of heat-resistant alloy prepared by Comparative Example 1 (1-step tempering) It shows an increase of about 30% or more compared with the breaking strength. This can be seen that the effect of the first tempering and the second tempering treatment of the above conditions.
상술한 바와 같이, 본 발명은 뜨임 (Tempering) 처리시 특정 조건하에서 두 단계에 걸쳐 수행함으로써, 수십 나노미터의 크롬 탄질화물을 미세하게 분포시켜 마르텐사이트의 래스 조직을 매우 안정하게 만들어주기 때문에 우수한 충격특성을 유지하면서 우수한 크리프 파단 강도를 갖는 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금을 제조할 수 있었다.As described above, the present invention is performed in two steps under specific conditions during tempering treatment, thereby finely distributing tens of nanometers of chromium carbonitride, thereby making the martensite lath structure very stable and thus excellent impact. It was possible to produce high chromium ferrite / martensitic heat resistant alloys having good creep rupture strength while maintaining the properties.
이러한 고 크롬 페라이트/마르텐사이트 내열합금은 600℃ 정도의 고온에서 높은 크리프 파단 강도와 충격특성을 요구하는 원자력 발전소의 핵연료 피복관, 전 열관, 파이프 그리고 화력발전소의 보일러의 파이프, 튜브, 터빈 등에 유용하게 사용할 수 있다.This high chromium ferrite / martensitic heat-resistant alloy is useful for nuclear cladding, heat pipes, pipes, and boiler pipes, tubes, and turbines in nuclear power plants that require high creep rupture strength and impact characteristics at high temperatures of about 600 ° C. Can be used.
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