KR101493574B1 - 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법, 및 그에 이용하는 배치식 진공 열처리로, 및 그에 의해 처리된 원자력 플랜트용 금속관 - Google Patents

원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법, 및 그에 이용하는 배치식 진공 열처리로, 및 그에 의해 처리된 원자력 플랜트용 금속관 Download PDF

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Abstract

원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법에 있어서, 배치식 진공 열처리로에 수용되는 원자력 플랜트용 금속관을, 그 길이 방향으로 복수개 늘어놓아 배치된 금속제 빔 상에 올려 놓고 열처리를 행할 때에, 금속관과 금속제 빔을, 두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 개재하여 접촉시킴으로써, 열처리에 기인하여 금속관 외면에 찰상이 형성되는 것을 억제할 수 있음과 더불어, 금속관 외면에의 착색을 저감할 수 있다. 이 경우, 금속관의 조성이, 질량%로, C:0.15% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.0% 이하, P:0.030% 이하, S:0.030% 이하, Cr:10.0~40.0%, Ni:8.0~80.0%, Ti:0.5% 이하, Cu:0.6% 이하, Al:0.5% 이하 및 N:0.20% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

Description

원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법, 및 그에 이용하는 배치식 진공 열처리로, 및 그에 의해 처리된 원자력 플랜트용 금속관{METHOD OF HEAT-TREATING METAL PIPES FOR NUCLEAR POWER PLANT, BATCH-TYPE VACUUM HEAT-TREATMENT FURNACE USED THEREFOR, AND METAL PIPE FOR NUCLEAR POWER PLANT TREATED USING SAME}
본 발명은, 찰상 및 착색의 발생을 억제할 수 있는 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법, 및 그에 이용하는 배치식 진공 열처리로, 및 그에 의해 처리된 원자력 플랜트용 금속관에 관한 것이다.
또한, 별도로 기재가 없는 한, 본 명세서에 있어서의 용어의 정의는 다음과 같다.
「원자력 플랜트용 금속관」:원자력 플랜트에 채용되는 증기 발생기의 전열관으로서 이용되고, 고온수 환경에서의 내입계부식성이 뛰어난 니켈기 합금으로 이루어지는 금속관을 말한다.
원자력 플랜트용 금속관(이하, 단지 「금속관」이라고도 한다)의 제조는, 일반적으로, 소정 치수의 관으로 가공한 후, 고용화 열처리를 실시하고, 또한 내식성을 향상시키기 위해서 입계에 탄화물을 석출시키는 석출 열처리를 실시하여 마무리된다. 석출 열처리는, 700도 정도로 가열하여 행해지고, 입계에 Cr 탄화물을 석출시킴으로써, 금속관의 내입계부식성을 높이는 것을 목적으로 한다. 또, 석출 열처리는, 고용화 열처리 후에 행해지는 굽힘 교정 및 연마 가공에 의한 잔류 응력을 금속관으로부터 제거하는 것을 목적으로 한다.
석출 열처리에 있어서 금속관 표면(외면 및 내면)이 산화막의 형성에 의해 착색이 발생하면, 제품으로서 사용되었을 때에 부식을 일으킬 우려가 있기 때문에, 일반적으로, 석출 열처리는 진공로에 의해 행해진다. 진공로를 이용한 열처리는, 로 내에 수용된 금속관을 진공 상태에서 가열하여 행하기 때문에, 가열 방식은 복사 가열이 다용된다. 또, 석출 열처리는, 복수의 금속관을 카트나 트레이 등에 올려 놓은 상태에서, 진공로 내에 수용하여 열처리를 실시하는 배치식에 의해 행해진다.
도 1(a) 및 (b)는, 배치식 진공 열처리로가 구비하는 원자력 플랜트용 금속관을 올려 놓는 카트를 나타내는 도면이며, 도 1의 (a)는 정면도, 도 1의 (b)는 측면도이다. 도 1의 (a) 및 (b)에 나타내는 카트(2)는, 차륜을 갖는 대차(21)와, 대차에 고정된 지주(23)와, 2개의 지주(23)의 사이에 걸쳐 놓여진 금속제 빔(22)으로 구성된다. 도 1의 (a) 및 (b)에 나타내는 카트를 이용하여, 배치식 진공 열처리로에 의해 금속관에 석출 열처리를 실시하는 경우는, 복수의 금속관(1)이, 금속제 빔(22)에 올려 놓여진 상태로, 카트를 배치식 진공 열처리로에 수용하고, 금속관을 가열하여 행한다.
원자력 플랜트용 금속관은, 일반적으로, 직경 15~22㎜, 두께 0.9~1.3㎜, 길이 15,000~27,000㎜이기 때문에 길다. 이 때문에, 카트(2)에는, 재치(載置)에 의해 금속관이 휘고, 열처리 시에 변형하는 것을 방지하기 위해서, 금속관의 길이 방향으로 복수의 금속제 빔(22)이 배치되고, 카트(2)는 복수의 대차(21)를 연결하여 구성된다.
석출 열처리에 있어서, 금속관은, 고온으로 가열되어 관의 축방향으로 열팽창한다. 이 때, 금속관의 재치에 이용되는 카트나 트레이도 열팽창하지만, 금속관과 열팽창율이 다르고, 긴 금속관은 그 변형량이 크기 때문에, 금속관과 카트 또는 트레이의 재치부가 스치고, 금속관 외면에 찰상이 형성된다.
형성된 찰상은, 재치부와 스침으로써, 금속관 외면이 깎인 오목부와, 깎인 금속이 덩어리가 되어 외면에 부착한 볼록부를 형성한다. 찰상의 오목부는, 금속관의 부식의 기점이 되고, 원자력 플랜트에 있어서 중대한 사고를 일으킬 우려가 있다. 이 때문에, 찰상의 오목부는 한도 견본 이하의 깊이 및 길이인 것이 요구되고, 찰상의 깊이 또는 길이가 한도 견본을 넘는 경우는 금속관 외면을 연마하여 오목부를 제거할 필요가 있다. 이 연마를 기계 가공에 의해 행하면, 석출 열처리에 의해 금속관으로부터 제거된 잔류 응력을, 다시 발생시키게 되기 때문에, 연마는 오로지 수작업에 의해 행해진다.
또, 찰상의 볼록부는, 원자력 플랜트의 증기 발생기에 금속관을 고정할 때에, 증기 발생기의 고정구를 손상시키고, 원자력 플랜트에 있어서 중대한 사고를 일으킬 우려가 있다. 이 때문에, 찰상의 볼록부는, 오목부와 마찬가지로 수작업에 의한 연마를 실시하고, 제거할 필요가 있다.
따라서, 금속관의 제조에 있어서, 찰상을 관리하기 위해, 열처리 후에 그 유무를 검사하고, 찰상이 발견된 경우에는, 수작업에 의해 금속관 외면을 연마하여 볼록부를 제거한다. 또한, 찰상의 깊이 또는 길이가 한도 견본을 넘는 경우에는, 연마하여 오목부를 제거하게 되고, 제조 효율이 악화된다.
상기 도 1의 (a) 및 (b)에 나타내는 카트의 금속제 빔(22) 상에, 박판형상이며, 금속제의 서포트 부재를 구속하지 않게 배치하고, 열처리 시에 금속관(1)의 팽창에 따라 서포트 부재가 금속관의 길이 방향으로 이동함으로써, 찰상의 억제를 도모하는 것을 검토했다. 또, 금속관과 서포트 부재의 접촉 면적을 증가시키고, 접촉부의 면압을 저하시킴으로써, 찰상의 발생을 방지하는 것도 검토되었다. 그러나, 이들 대책으로는 충분하다고 할 수 없고, 여전히 석출 열처리에 의해 금속관 외면에 깊이 10㎛ 정도의 찰상이 형성된다.
상기 도 1의 (a) 및 (b)에서 나타내는 카트에 있어서, 금속제 빔 상에 내열포를 배치하고, 금속관과 금속제 빔을, 내열포를 개재하여 접촉시킨 상태에서, 배치식 진공 열처리로에 의한 석출 열처리를 금속관에 실시한 경우, 금속관 외면에 찰상이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 그러나, 이 경우는 금속관과 금속제 빔이 접촉되어 있는 부분에 있어서, 금속관 외면에 산화막이 형성되어 착색하는 경우가 있다. 금속관 외면이 착색하면, 내식성이 저하하여 금속관의 부식을 일으킬 우려가 있다. 이 때문에, 수작업에 의해 금속관 외면을 연마하여 착색(산화막)을 제거할 필요가 있다.
열처리에 기인하는 찰상을 억제하기 위해서 종래부터 여러 가지의 제안이 이루어져 있고, 예를 들면 특허 문헌 1에서는, 내열포를 이용한 열처리 방법이 제안되어 있다. 특허 문헌 1에서는, 불활성 가스 또는 환원성 가스 분위기에 의한 연속식 열처리에 있어서, 열처리를 실시하는 라이닝재를 가열하는 열처리 롤의 외주면에 내열포를 감아서, 라이닝재의 외면에 찰상이 형성되는 것을 억제한다고 하고 있다.
또, 특허 문헌 2는, 코일형상으로 감긴 동제 파이프를 컨베이어에 싣고, 가열로에 통과시켜 행하는 연속식의 열처리 방법에 관한 것이다. 특허 문헌 2에서는, 금속제 밴드에 의해 묶인 복수의 동제 파이프를 컨베이어에 실을 때, 쿠션재로서 내열포를 복수매 적층한 적층체를 내열성의 실이나 접착제에 의해 결착한 것을 이용한다. 이로 인해, 컨베이어에 올릴 때에 동제 파이프의 표면에 찰상이 형성되는 것을 억제함과 더불어, 열처리 시에 금속제 밴드가 동제 파이프에 파고드는 것을 억제할 수 있다고 하고 있다.
특허 문헌 1 및 2에서 제안되어 있는 열처리 방법은, 연속식 열처리로에 관한 것이며, 피열처리재의 표면에의 착색을 방지하기 위해서 이용되는 진공로를 대상으로 하는 것은 아니다. 이 때문에, 열처리에 기인하는 찰상에 대해서는 검토되어 있지만, 열처리에 기인하는 착색에 대해서는 검토되어 있지 않다.
특허 문헌 1:일본국 특허공개2001-335844호 공보 특허 문헌 2:일본국 실용신안공개평5-85840호 공보
상술한 대로, 배치식 진공 열처리로에 의한 원자력 플랜트용 금속관의 석출 열처리에서는, 금속관이 가열에 의해 열팽창하여 올려지는 금속제 빔과 스침으로써, 금속관 외면에 형성되는 찰상이 문제가 된다. 또, 금속관과 금속제 빔을, 내열포를 개재하여 접촉시킨 경우, 찰상을 억제할 수 있지만, 열처리에 의해 금속관 외면이 착색하는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 상황을 감안하여 이루어진 것이며, 열처리에 기인하는 찰상 뿐만 아니라, 착색도 억제할 수 있는 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 문제를 해결하기 위해서, 금속제 빔 상에 내열포를 배치하고, 금속관과 금속제 빔을 내열포를 개재하여 접촉시킨 상태에서, 배치식 진공 열처리로에 의한 석출 열처리를 금속관에 실시한 경우, 금속관 외면이 착색하는 원인에 대해 조사했다. 그 결과, 내열포의 섬유의 사이에 포함되는 극미량의 수분이, 가열하기 전에 행하는 진공 퍼지에 의해 제거되지 않고 내열포에 잔존하고, 가열에 의해 증발하여 가스를 생성하고, 금속관 외면과 반응하여 착색하는 것을 알아냈다. 또한, 금속관 외면에의 착색은, 로 내 온도가 300℃를 넘은 상태에서 내열포로부터 증발한 수분이 로 내로부터 충분히 제거되지 않으면, 발생하기 쉬운 것을 알아냈다.
본 발명자들은 상기의 조사 결과를 바탕으로, 여러 가지의 시험을 행하고, 예의 검토를 거듭한 결과, 금속관과 금속제 빔을, 두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 개재하여 접촉시킴으로써, 열처리에 기인하는 찰상을 억제할 수 있음과 더불어, 착색을 저감할 수 있는 것을 알아냈다.
본 발명은, 상기의 지견에 기초하여 완성한 것이며, 하기 (1) 및 (2)의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법, 하기 (3)의 배치식 진공 열처리로, 및 하기 (4)의 원자력 플랜트용 금속관을 요지로 하고 있다:
(1)배치식 진공 열처리로에 수용되는 원자력 플랜트용 금속관을, 그 길이 방향으로 복수개 늘어놓아 배치된 금속제 빔 상에 올려 놓고 열처리를 행할 때에,
상기 금속관과 상기 금속제 빔을, 두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 개재하여 접촉시키는 것을 특징으로 하는, 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법.
(2)상기 원자력 플랜트용 금속관의 조성이, 질량%로, C:0.15% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.0% 이하, P:0.030% 이하, S:0.030% 이하, Cr:10.0~40.0%, Ni:8.0~80.0%, Ti:0.5% 이하, Cu:0.6% 이하, Al:0.5% 이하 및 N:0.20% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법.
(3)원자력 플랜트용 금속관을, 그 길이 방향으로 복수개 늘어놓아 배치된 금속제 빔 상에 올려 놓은 상태로 수용하고, 열처리를 행하는 배치식 진공 열처리로로서,
상기 금속제 빔 상에 두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 배치하고, 상기 금속관과 상기 금속제 빔을 상기 내열포를 개재하여 접촉시키는 것을 특징으로 하는, 배치식 진공 열처리로.
(4)상기 (1) 또는 (2)에 기재된 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법을 이용하여 열처리되고, 상기 열처리에 기인하는 찰상 및 착색의 발생이 없는 것을 특징으로 하는, 원자력 플랜트용 금속관.
본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법은, 하기의 현저한 효과를 갖는다.
(1)금속관과 금속제 빔을, 내열포를 개재하여 접촉시킴으로써, 금속관 외면에 찰상이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
(2)두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 이용함으로써, 금속관 외면에의 착색을 저감할 수 있다.
(3)열처리에 기인하는 찰상 및 착색의 발생이 없는 금속관을 얻을 수 있고, 이 경우는 수작업에 의해 금속관 외면을 연마하고, 찰상 및 착색을 제거할 필요가 없고, 금속관의 제조 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 배치식 진공 열처리로는, 금속제 빔 상에 두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 배치함으로써, 용이하게 본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법을 실시할 수 있다.
본 발명의 원자력 플랜트용 금속관은, 본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법을 이용하여 열처리되고, 상기 열처리에 기인하는 찰상 및 착색의 발생이 없으므로, 내식성이 뛰어나다.
도 1의 (a) 및 (b)는, 배치식 진공 열처리로가 구비하는 원자력 플랜트용 금속관을 올려 놓는 카트를 나타내는 도면이며, 도 1의 (a)는 정면도, 도 1의 (b)는 측면도이다.
이하에, 본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법, 및 그에 이용하는 배치식 진공 열처리로, 및 그에 의해 처리된 원자력 플랜트용 금속관에 대해서 설명한다.
［원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법］
본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법은, 배치식 진공 열처리로에 수용되는 원자력 플랜트용 금속관을, 그 길이 방향으로 복수개 늘어놓아 배치된 금속제 빔 상에 올려 놓고 열처리를 행할 때에, 금속관과 금속제 빔을, 두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 개재하여 접촉시키는 것을 특징으로 한다.
금속관과 금속제 빔을 내열포를 개재하여 접촉시킴으로써, 내열포가 완충재로서 기능함으로써, 열처리에 있어서 금속관이 열팽창한 경우에, 금속관에 찰상이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 내열포의 두께를 0.1~1.2㎜로 함으로써, 진공 퍼지 후에 내열포의 섬유간에 잔존하는 수분량이 감소한다. 이로 인해, 열처리로 가열할 때에, 착색이 발생하기 쉬운 로 내 온도 300℃에 도달하기 전인, 100~300℃의 온도역에서 내열포에 잔존하는 수분을 증발시키고, 그 대부분을 제거할 수 있다. 이 때문에, 열처리 시에, 내열포에 잔존하는 수분이 가열에 의해 증발하여 가스를 생성하고, 금속관 외면과 반응하여 착색하는 것을 저감할 수 있다.
내열포의 두께가 1.2㎜를 넘으면, 진공 퍼지 후의 내열포에 잔존하는 수분량이 증가하므로, 열처리로 가열할 때에, 100~300℃의 온도역에서의 증발에 의한 수분의 제거가 불충분해진다. 이 때문에, 로 내 온도가 300℃를 넘은 상태에서, 내열포에 잔존한 수분이 증발하고, 금속관 외면에의 착색이 현저해진다. 한편, 내열포의 두께가 0.1㎜ 미만이면, 내열포가 금속관과의 접촉에 의해 마모되고, 빈번하게 내열포를 교환할 필요가 있다. 따라서, 내열포의 두께는 0.1~1.2㎜로 했다. 바람직한 하한은 0.2㎜이며, 바람직한 상한은 1.0㎜이다. 더 바람직한 상한은 0.6㎜이다.
내열포는, 열처리에 있어서 고온 가열되었을 때에, 금속관의 품질에 영향을 미칠 가능성이 있는 탄소나 유기물을 발생시키지 않는 것을 이용할 필요가 있다. 구체적으로는, 실리카 섬유나 세라믹 섬유의 장섬유를 짜넣은 직포, 또는 이들 장섬유를 사용한 부직포를 이용할 수 있다.
본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법은, 금속제 빔 상에 금속관을 올려 놓을 때에, 올려진 금속관 상에 또 다른 금속관을 올려 놓는 것이 바람직하다. 열팽창율이 동일한 금속관 상에 올려진 금속관은, 열처리의 가열 시에 스침이 발생하지 않기 때문에, 금속관 외면에 찰상이 형성되는 일이 없다.
또, 상술한 대로, 착색은 내열포의 수분이 증발한 가스와 금속관 외면이 반응하여 산화막이 형성됨으로써 발생한다. 이 가스는, 금속제 빔 상에 올려진 금속관의 주변에서 확산되고, 금속관 상에 올려진 금속관까지 널리 퍼지지 않기 때문에, 금속관 상에 올려진 금속관에 착색은 발생하지 않는다. 따라서, 열처리에 기인하는 찰상 및 착색의 발생이 없는 금속관을 얻을 수 있다.
본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법에서는, 원자력 플랜트용 금속관을 가열할 때에, 100에서 300℃까지의 온도 범위를 30분 이상 걸쳐 가열하는 것이 바람직하다. 100에서 300℃까지의 온도 범위를 30분 이상 걸쳐 가열함으로써, 금속관을 착색시키지 않고, 내열포에 잔존하는 수분을 제거할 수 있으므로, 금속관 외면에의 착색을 더 저감할 수 있다.
원자력 플랜트용 금속관을 가열할 때는, 긴 금속관이 국소적으로 가열되는 것을 막기 위해서, 일반적으로, 로 내를 소정의 균열 온도로 유지함으로써 균열(均熱)한 후, 열처리 온도로 가열함으로써, 길이가 긴 금속관을 균일하게 가열한다. 따라서, 본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법에서는, 균열 온도를 100~300℃로 함으로써, 금속관을 100에서 300℃까지의 온도 범위로 30분 이상 체재시켜 가열하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 금속관을 균일하게 가열할 수 있음과 더불어, 금속관의 착색을 저감할 수 있기 때문이다.
［원자력 플랜트용 금속관의 조성］
본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법에서는, 금속관의 조성이, 질량%로, C:0.15% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.0% 이하, P:0.030% 이하, S:0.030% 이하, Cr:10.0~40.0%, Ni:8.0~80.0%, Ti:0.5% 이하, Cu:0.6% 이하, Al:0.5% 이하 및 N:0.20% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 합금을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 불순물이란, 금속관을 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등으로부터 혼입하는 성분으로서, 본 발명에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.
C:0.15% 이하
C는, 0.15%를 초과하여 함유시키면, 내응력 부식 균열성이 열화할 우려가 있다. 따라서, C를 함유시키는 경우에는, 그 함유량을 0.15% 이하로 하는 것이 바람직하고, 더 바람직한 것은, 0.06% 이하이다. 또한, C는, 합금의 입계 강도를 높이는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻기 위해서는, C의 함유량은 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Si:1.00% 이하
Si는 제련시의 탈산재로서 사용되고, 합금 중에 불순물로서 잔존한다. 이 때, 1.00% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그 함유량이 0.50%를 초과하면 합금의 청정도가 저하하는 일이 있기 때문에, Si 함유량은 0.50% 이하로 제한하는 것이 더 바람직하다.
Mn:2.0% 이하
Mn은, 불순물 원소인 S를 MnS로서 고정하고, 열간 가공성을 개선함과 더불어, 탈산제로서 유효한 원소이다. 그 함유량이 2.0%를 초과하면 합금의 청정성을 저하시키므로, 2.0% 이하로 하는 것이 바람직하다. 더 바람직한 것은 1.0% 이하이다. 또, Mn에 의한 열간 가공성의 개선 효과를 얻고 싶은 경우는 0.1% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
P:0.030% 이하
P는 합금 중에 불순물로서 존재하는 원소이며, 그 함유량이 0.030%를 초과하면 내식성에 악영향을 미치는 일이 있다. 따라서, P 함유량은 0.030% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
S:0.030% 이하
S는 합금 중에 불순물로서 존재하는 원소이며, 그 함유량이 0.030%를 초과하면 내식성에 악영향을 미치는 일이 있다. 따라서, S 함유량은 0.030% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Cr:10.0~40.0%　
Cr은, 합금의 내식성을 유지하는데 필요한 원소이며, 10.0% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, 40.0%를 넘으면 상대적으로 Ni 함유량이 적어지고, 합금의 내식성이나 열간 가공성이 저하할 우려가 있다. 따라서, Cr의 함유량은 10.0~40.0%가 바람직하다. 특히, Cr을 14.0~17.0% 함유하는 경우에는, 염화물을 포함하는 환경에서의 내식성이 뛰어나고, Cr을 27.0~31.0% 함유하는 경우에는, 또한, 고온에 있어서의 순수나 알칼리 환경에서의 내식성에도 뛰어나다.
Ni:8.0~80.0%
Ni는, 합금의 내식성을 확보하기 위해서 필요한 원소이며, 8.0% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, Ni는 고가이기 때문에, 용도에 따라 필요 최소한 함유시키면 되고, 80.0% 이하로 하는 것이 바람직하다.
Ti:0.5% 이하
Ti는, 그 함유량이 0.5%를 초과하면, 합금의 청정성을 열화시킬 우려가 있으므로, 그 함유량은 0.5% 이하로 하는 것이 바람직하고, 더 바람직한 것은 0.4% 이하이다. 다만, 합금의 가공성 향상 및 용접시에 있어서의 입성장(粒成長)의 억제의 관점으로부터는, 0.1% 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
Cu:0.6% 이하
Cu는 합금 중에 불순물로서 존재하는 원소이며, 그 함유량이 0.6%를 넘으면 합금의 내식성이 저하하는 일이 있다. 따라서, Cu 함유량은 0.6% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Al:0.5% 이하
Al은 제강시의 탈산재로서 사용되고, 합금 중에 불순물로서 잔존한다. 잔존한 Al은, 합금 중에서 산화물계 개재물이 되고, 합금의 청정도를 열화시키고, 합금의 내식성 및 기계적 성질에 악영향을 미칠 우려가 있다. 따라서, Al 함유량은 0.5% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
N:0.20% 이하
N은, 첨가하지 않아도 되지만, 본 발명이 대상으로 하는 합금 중에는, 통상, 0.01% 정도의 N이 불순물로서 함유되어 있다. 그러나, N을 적극적으로 첨가하면, 내식성을 열화시키지 않고, 강도를 높일 수 있다. 다만, 0.20%를 초과하여 함유시키면 내식성이 저하하므로, 함유시키는 경우의 상한은 0.20%로 하는 것이 바람직하다.
상기 조성으로 이루어지는 원자력 플랜트용 금속관 중에서도, 특히, C:0.15%이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.0% 이하, P:0.030% 이하, S:0.030% 이하, Cr:10.0~40.0%, Fe:15.0% 이하, Ti:0.5% 이하, Cu:0.6% 이하 및 Al:0.5% 이하를 함유하고, 잔부가 Ni 및 불순물로 이루어지는 조성의 Ni기 합금관이, 내식성에 의해 뛰어나기 때문에 바람직하다.
상기 조성으로 이루어지고, 금속관에 이용하는 것이 바람직한 Ni기 합금은, 대표적인 것으로서 이하의 2종류를 들 수 있다.
(a)C:0.15% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.0% 이하, P:0.030% 이하, S:0.030% 이하, Cr:14.0~17.0%, Fe:6.0~10.0%, Ti:0.5% 이하, Cu:0.6% 이하 및 Al:0.5% 이하를 함유하고, 잔부가 Ni 및 불순물로 이루어지는 Ni기 합금.
(b)C:0.06% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:2.0% 이하, P:0.030% 이하, S:0.030% 이하, Cr:27.0~31.0%,　Fe:7.0~11.0%, Ti:0.5% 이하, Cu:0.6% 이하 및 Al:0.5% 이하를 함유하고, 잔부가 Ni 및 불순물로 이루어지는 Ni기 합금.
상기 (a)의 합금은, Cr을 14.0~17.0% 포함하고, Ni를 75%정도 포함하기 때문에 염화물을 포함하는 환경에서의 내식성이 뛰어난 합금이다. 이 합금에 있어서는, Ni 함유량과 Cr 함유량의 밸런스의 관점으로부터 Fe의 함유량은 6.0~10.0%로 하는 것이 바람직하다.
상기 (b)의 합금은, Cr을 27.0~31.0% 포함하고, Ni를 60% 정도 포함하기 때문에, 염화물을 포함하는 환경 외, 고온에 있어서의 순수나 알칼리 환경에서의 내식성에도 뛰어난 합금이다. 이 합금에 있어서도 Ni 함유량과 Cr 함유량의 밸런스의 관점으로부터 Fe의 함유량은 7.0~11.0%로 하는 것이 바람직하다.
［배치식 진공 열처리로］
본 발명의 배치식 진공 열처리로는, 원자력 플랜트용 금속관을, 그 길이 방향으로 복수개 늘어놓아 배치된 금속제 빔 상에 올려 놓은 상태로 수용하고, 열처리를 행하는 배치식 진공 열처리로로서, 금속제 빔 상에 두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 배치하고, 금속관과 금속제 빔을 내열포를 개재하여 접촉시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배치식 진공 열처리로는, 금속관을, 그 길이 방향으로 복수개 늘어놓아 배치된 금속제 빔 상에 올려 놓은 상태로 수용하기 때문에, 예를 들면 상기 도 1에 나타내는 카트를 채용하고, 그 금속제 빔 상에 두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 배치함으로써 구성할 수 있다. 금속제 빔 상에 두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 배치함으로써, 올려진 금속관이 항상 내열포를 개재하여 금속제 빔과 접촉함으로써, 본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법을 용이하게 실시할 수 있다.
금속제 빔 상에의 내열포의 배치는, 올려지는 금속관과 금속제 빔이 내열포를 개재하여 접촉하는 한 여러 가지의 방식을 채용할 수 있다. 예를 들면, 금속제 빔의 상면(금속관이 올려지는 면)의 전면을 내열포로 덮음으로써 배치할 수 있다. 또, 내열포를 통형상으로 하고, 그 중에 금속제 빔을 삽입함으로써, 금속제 빔 상에 내열포를 배치할 수도 있다. 통형상의 내열포에 금속제 빔을 삽입한 경우, 내열포를 금속제 빔 상에 고정할 수 있고, 금속관을 올려 놓을 때에 내열포가 날아가는 것을 방지할 수 있으므로 바람직하다.
［원자력 플랜트용 금속관］
본 발명의 원자력 플랜트용 금속관은, 상술의 본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법을 이용하여 열처리되고, 상기 열처리에 기인하는 찰상 및 착색의 발생이 없는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법을 이용하여, 열처리에 기인하는 찰상을 억제함과 더불어, 착색을 저감함으로써, 상기 열처리에 기인하는 찰상 및 착색의 발생이 없는 금속관을 얻을 수 있다. 이 금속관은 내식성이 뛰어나고, 증기 발생기의 전열관에 적합하다.
(실시예)
본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법 및 그에 이용하는 배치식 진공 열처리로에 의해, 석출 열처리를 실시하여 금속관을 얻는 시험을 행하고, 본 발명의 효과를 검증했다.
［시험 방법］
상기 도 1의 (a) 및 (b)에 나타내는 카트에 있어서, 금속제 빔의 표면에 내열포를 배치함으로써, 관과 금속제 빔을 내열포를 개재하여 접촉시켜 올려 놓고, 카트를 배치식 진공 열처리로에 수용한 후, 진공 퍼지된 로 내를 가열하여 관에 열처리를 실시하고, 금속관을 얻었다. 그 조건은 하기와 같다.
관:외경 19.05㎜, 두께 1.09㎜, 길이 20,000㎜,
재질　ASME　SB-163　UNS　N06690의 Ni기 합금
(대표 조성:30질량% Cr-60질량% Ni-10질량% Fe)
본 발명예 1에서는, 내열포로서 규산 알루미늄(Al2O5Si)을 주성분으로 하는 세라믹 섬유로 이루어지는 직포이며, 두께 0.35㎜의 것을 이용했다. 본 발명예 2, 본 발명예 3 및 비교예 1은, 실리카(SiO2) 섬유로 이루어지는 직포를 이용하고, 본 발명예 2에서는 두께 0.6㎜, 본 발명예 3에서는 두께 1.2㎜ 및 비교예 1에서는 두께 1.5㎜의 것을 이용했다. 비교예 2에서는, 내열포를 이용하지 않고, 관과 금속제 빔의 사이에 SUS304제의 서포트 부재를 개재하여 접촉시켜 올려 놓았다.
석출 열처리는, 상온으로부터 열처리 온도 700℃까지를 12시간 걸쳐 가열 후, 열처리 온도를 10시간 유지하고, 그 후, 상온까지 10시간 걸쳐 냉각함으로써 행했다. 상온으로부터 열처리 온도까지 가열할 때에, 100℃에서 300℃까지를 1시간 걸쳐 가열했다.
［평가 지표］
본 발명예 및 비교예 모두, 얻어진 금속관을 육안으로 관찰하고, 찰상 및 착색의 유무를 확인했다. 또한, 착색에 대해서는, 그 유무와 함께 착색한 범위를 평가했다.
표 1의 「착색의 평가」란의 기호의 의미는 다음과 같다:
○:금속관 외면에 착색이 확인되지 않은 것을 나타낸다.
△:금속관 외면에 착색이 확인되고, 그 범위가 금속관의 반주 이하인 것을 나타낸다.
×:금속관 외면에 착색이 확인되고, 착색의 범위가 반주를 넘고 있는 것을 나타낸다.
본 발명예 1 및 비교예 2에 대해서는, 얻어진 금속관의 종단면에 있어서 미크로 관찰을 행하고, 금속관의 품질을 조사했다. 표 1에, 이용한 내열포의 두께(㎜), 얻어진 금속관에 있어서의 찰상의 유무 및 착색의 평가를 나타낸다.
Figure 112012068194612-pct00001
［시험 결과］
표 1에 나타내는 결과로부터, 비교예 2에서는, 내열포를 이용하지 않고 관과 금속제 빔의 사이에 서포트 부재를 개재하여 접촉시켜 올려 놓고, 얻어진 금속관 외면에는 서포트 부재와의 접촉에 의한 찰상이 발생했다. 비교예 1, 본 발명예 1, 본 발명예 2 및 본 발명예 3에서는, 내열포를 개재하여 관과 금속제 빔을 접촉시켜 올려 놓고, 얻어진 금속관 외면에 찰상은 확인되지 않았다. 따라서, 내열포를 개재하여 관과 금속제 빔을 접촉시킴으로써, 금속관 외면에 발생하는 찰상을 억제할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
두께 1.5㎜의 내열포를 이용한 비교예 1에서는, 금속제 빔과 금속관의 접촉부에 있어서, 금속관의 반주를 넘어 착색이 확인되었다. 또, 두께 0.6㎜의 내열포를 이용한 본 발명예 2 및 두께 1.2㎜의 내열포를 이용한 본 발명예 3에서는, 금속제 빔과 금속관의 접촉부에 있어서, 금속관의 약 4분의 1주에 걸쳐 착색이 확인되고, 두께 0.35㎜의 내열포를 이용한 본 발명예 1에서는, 금속관 외면에 착색은 확인되지 않았다. 이로부터, 내열포를 얇게 함으로써 금속관 외면에의 착색을 저감할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
내열포를 이용한 본 발명예 1 및, 내열포를 이용하지 않고, 서포트 부재를 개재하여 관과 접촉시킨 비교예 2에서는, 얻어진 금속관의 내열포 또는 서포트 부재와의 접촉부에 대해서, 미크로 관찰을 행했다. 그 결과, 본 발명예 1 및 비교예 2가 동등한 품질인 것, 즉, 내열포를 개재하여 금속관과 금속제 빔을 접촉시켜도, 얻어지는 금속관의 접촉면에서 금속관의 성질이 열화되어 있지 않은 것을 확인할 수 있었다.
이들로부터, 본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법 및 그에 이용하는 배치식 진공 열처리로에 의해, 금속관 외면에 발생하는 찰상 뿐만 아니라, 착색도 억제할 수 있는 것이 밝혀졌다. 또, 본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법에 의해, 열처리에 기인하는 찰상 및 착색의 발생이 없는 금속관을 얻을 수 있는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법은, 하기의 현저한 효과를 갖는다.
(1)금속관과 금속제 빔을, 내열포를 개재하여 접촉시킴으로써, 금속관 외면에 찰상이 형성되는 것을 억제할 수 있다.
(2)두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 이용함으로써, 금속관 외면에의 착색을 저감할 수 있다.
(3)열처리에 기인하는 찰상 및 착색의 발생이 없는 금속관을 얻을 수 있고, 이 경우는 수작업에 의해 금속관 외면을 연마하고, 찰상 및 착색을 제거할 필요가 없고, 금속관의 제조 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 배치식 진공 열처리로는, 금속제 빔 상에 두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 배치함으로써, 용이하게 본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법을 실시할 수 있다.
본 발명의 원자력 플랜트용 금속관은, 본 발명의 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법을 이용하여 열처리되고, 상기 열처리에 기인하는 찰상 및 착색의 발생이 없으므로, 내식성이 뛰어나다.
따라서, 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법, 및 그에 이용하는 배치식 진공 열처리로에 의하면, 원자력 플랜트에 있어서의 증기 발생기의 전열관에 적합한 금속관을 얻을 수 있으므로, 원자력 플랜트용 금속관의 제조에 유용하다.
1:원자력 플랜트용 금속관
2:카트
21:대차
22:금속제 빔
23:지주

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 배치식 진공 열처리로에 수용되는 원자력 플랜트용 금속관을, 그 길이 방향으로 복수개 늘어놓아 배치된 금속제 빔 상에 올려 놓고 열처리를 행할 때에,
    상기 금속관과 상기 금속제 빔을, 실리카 섬유 또는 세라믹 섬유의 장섬유를 짜넣은 직포, 또는 이들 장섬유를 사용한 부직포로 이루어지고, 두께 0.1~1.2㎜의 내열포를 개재하여 접촉시키는 것과 더불어, 100~300℃까지의 온도 범위에서 30분 이상 들여 가열하고,
    상기 원자력 플랜트용 금속관의 조성이, 질량%로, C:0.15% 이하, Si:1.00% 이하, Mn:0.1~2.0%, P:0.030% 이하, S:0.030% 이하, Cr:10.0~40.0%, Ni:8.0~80.0%, Ti:0.1~0.5%, Cu:0.6% 이하, Al:0.5% 이하 및 N:0.20% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 기재된 원자력 플랜트용 금속관의 열처리 방법을 이용하여 열처리되고, 상기 열처리에 기인하는 찰상 및 착색의 발생이 없는 것을 특징으로 하는, 원자력 플랜트용 금속관.
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