KR102347222B1 - 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법에 있어서, 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비로부터 횡단면과 종단면을 각각 시편으로 채취하는 시편 채취 단계(S110)와; 시편을 적절한 크기로 절단하는 시편 절단 단계(S120)와; 절단 후에 시편의 윤활성분은 세척 용액으로 제거하거나 초음파 세척을 통해 시편표면에 잔존하는 입자를 제거하는 세척 단계(S130)와; 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 시편을 연마하기 위해 고정하는 시편 마운팅 단계(S140)와; 연마지(Sand Paper)를 사용하여, 그라인딩(Grinding)하는 시편 1차 연마 단계(S150)와; alumina 나 diamond suspension을 재료에 맞게 사용해 Polishing하는 2차 연마 단계(S160)와; 결정립계, 상의 종류, 결정방향, 석출상 등의 부식 정도에 따라 다르게 부식되므로 미세조직을 관찰을 위해 부식액(Etchant)으로 관찰할 연마면을 부식시키는 에칭(Etching) 단계(S170)와; 상기 부식액을 acetone, ethanol, 또는 methanol로 세정하고 시편에 부식액이 남지 않도록 건조시키는 건조 단계(S180)와; 상기 시편을 구성하는 오스테나이트 스테인레스 강의 미세조직을 관찰하는 시편 관찰 단계(S190); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법.
Description
본 발명은 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 발전 설비 중에서 예를 들면, 화력 발전소, 화학 플랜트 설비 등은 고온, 고압의 운전 조건에서 장기간 사용되고 있어 경년 열화가 점점 심각한 상태로 진행 중이다.
이러한 설비들은 예기치 않은 파단으로 인해 막대한 인명적, 경제적 및 사회적 손실을 유발하기 때문에, 주기적으로 그 설비에 대한 수명을 평가하여 관리하고 있다.
특히, 위와 같은 설비에 대한 수명을 평가하는 기법으로 예를 들면, 금속 조직 표면 복제법 등이 있으며, 이러한 금속 조직 표면 복제법은 재질의 손상 부분(예를 들면, 탄화물 발생 부분 등)을 플라스틱 필름에 표면 복제하여 현미경을 통해 육안으로 관찰한 후, 그 수명을 평가하는 방식으로, 발전 설비에서 용접성을 높이기 위해 주로 사용되는 저탄소 내열강의 경우 물질 특성의 변화가 적기 때문에, 그 금속 조직의 변화(예를 들면, 탄화물 분포 등)를 관찰하여 금속 조직의 손상 정도를 평가함으로써, 금속 조직의 미세 구조에 대한 미시적인 정보를 이용하여 해당 설비의 수명을 평가할 수 있다.
종래 기술로서, 등록특허 10-1174804호는, 탄화물 종류별로 다수의 금속 조직 영상이 입력되는 영상 입력부와, 상기 다수의 금속 조직 영상을 하나의 금속 조직 영상으로 정합하는 영상화부와, 상기 정합된 하나의 금속 조직 영상에서 상기 탄화물 종류별로 계측하는 영상 계측부와, 상기 탄화물 종류별로 계측된 탄화물 종류별 계측 정보를 이용하여 상기 탄화물 종류별로 분포비, 입자간 거리, 입자 크기 및 입자 형상에 따라 분석하는 정보 분석 블록과, 상기 정보 분석 블록에서의 분석 결과를 이용하여 수명을 평가하는 수명 평가 블록을 포함하는 수명 평가 장치를 개시한다.
본 발명은 화력발전 및 화학플랜트에서 널리 사용되는 오스테나이트 스테인레스 강(특히, Super304H) 제품의 열화 정도에 따른 재료의 건전성을 효율적으로 평가할 수 있는 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 고온, 고압환경에서 사용하는 구조 재료로 장시간 사용에 따라 변화하는 미세조직적 형태 변화를 기반으로 열화 등급을 산정하고, 기준을 확립할 수 있는, 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 오스테나이트 강의 재료 열화 평가법의 경우, 보편화되어 있는 페리이트 강의 열화 평가법과 달리 오스테나이트 강의 미세조직의 변화에 따른 열화 등급이 확립되어 있지 않으므로 고온, 고압에 사용되는 오스테나이트 미세조직 기반 구조 재료의 건전성 평가에 사용하기 위한, 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법은, 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비로부터 횡단면과 종단면을 각각 시편으로 채취하는 시편 채취 단계(S110)와; 상온에서 과열로 인한 미세조직 변화를 피하기 위해 윤활 및 냉각을 실시하면서 시편을 적절한 크기로 절단하는 시편 절단 단계(S120)와; 절단 후에 시편의 윤활성분은 세척 용액으로 제거하거나 초음파 세척을 통해 시편표면에 잔존하는 입자를 제거하는 세척 단계(S130)와; 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 시편을 연마하기 위해 고정하는 시편 마운팅 단계(S140);를 포함한다.
또한, 열이나 변형의 영향으로 미세조직이 변질되지 않도록 지속적으로 냉각수로 냉각을 시키면서 마운팅 된 시편을 그라인더, 줄, 선반, 또는 연마지(Sand Paper)를 #200, #400, #800, #1200, #2000, #2400 를 사용하여, 그라인딩(Grinding)하는 시편 1차 연마 단계(S150)와; 그라인딩(Grinding)한 시편을 연마포를 평평하게 씌워 놓은 회전판 위에 alumina 나 diamond suspension을 재료에 맞게 사용해 Polishing하는 2차 연마 단계(S160);를 포함한다.
다음으로, 결정립계, 상의 종류, 결정방향, 석출상 등의 부식 정도에 따라 다르게 부식되므로 미세조직을 관찰을 위해 부식액(Etchant)으로 관찰할 연마면을 부식시키는 에칭(Etching) 단계(S170)와; 상기 부식액을 acetone, ethanol, 또는 methanol로 세정하고 시편에 부식액이 남지 않도록 건조시키는 건조 단계(S180)와; 상기 시편을 구성하는 오스테나이트 스테인레스 강의 미세조직을 관찰하는 시편 관찰 단계(S190);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법은, 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 구성의 일부를, Grinder로 약 15∼20mm의 범위를 0.3∼2.0mm 깊이로 연마하여 탈탄층, 가동층 등의 변질층을 완전히 제거하는 Rough Grinding을 실시하는 러프 그라인딩 단계(S210)와; #100, #220, #400, #600, #800, 또는 #1200 연마지를 이용하여 연마하며, 각 mesh(#)마다 전 단계 연마자국이 없어질 때까지 직각 방향으로 연마하며, 한 공정이 끝날 때 마다 heavy etching을 한 후 알콜로 세척 후 다음 공정을 실시하는 2차 연마지 연마 단계(S220)와; 6㎛, 1㎛까지 alumina 입자나 diamond 입자를 사용하여 polishing하는 3차 Polishing 단계(S230);를 포함한다.
또한, 부식액으로 탈지면에 적셔서 부식시키거나 직접 검사 표면에 흘려서 부식시키는 Etching 단계(S240)와; 부식액을 acetone, ethanol, methanol 등으로 씻어내고 건조기로 열풍을 쬐어 건조시키는 세정 및 건조 단계(S250)와; Replica film의 특성에 맞는 용제(methyl acetate나 acetone)를 검사 표면에 뿌린 후 replica film을 표면에 5~10분 정도 접촉 밀착시켜 복제하고, 줄무늬(striation)가 발생하거나 찢어질 수 있으므로 천천히 동일한 속도로 떼어내는 Replica 채취 단계(S260)와; 완성된 replica를 편평한 판 (slide glass 혹은 plastic 판)에 접착테이프를 사용하여 부착시켜 뒤틀림을 방지하며, 표면처리 없이 직접 광학현미경(OM : optical microscope)으로 관찰하거나 입사광의 반사 효율을 높임으로써 요철의 대비를 향상시키기 위하여 표면증착처리를 한 후 Replica를 관찰하는 관찰 단계(S270);를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따르는 경우, 화력발전 및 화학플랜트에서 널리 사용되는 오스테나이트 스테인레스 강(특히, Super304H) 제품의 열화 정도에 따른 재료의 건전성을 효율적으로 평가할 수 있는 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법이 제공된다.
또한, 본 발명은 고온, 고압환경에서 사용하는 구조 재료로 장시간 사용에 따라 변화하는 미세조직적 형태 변화를 기반으로 열화 등급을 산정하고, 기준을 확립할 수 있는, 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법이 제공된다.
또한, 본 발명은 오스테나이트 강의 재료 열화 평가법의 경우, 보편화되어 있는 페리이트 강의 열화 평가법과 달리 오스테나이트 강의 미세조직의 변화에 따른 열화 등급이 확립되어 있지 않으므로 고온, 고압에 사용되는 오스테나이트 미세조직 기반 구조 재료의 건전성 평가에 사용하기 위한, 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법이 제공된다.
본 발명에 따라서, 효율적인 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법을 사용함으로써, 화력발전소 고온설비의 수명평가를 통해 정비 및 교체 비용 절감을 할 수 있다.
도 1은 금속 미세구조 평가를 위한 표면 복제법 흐름도.
도 2A는 미세구조로 쌍정을 포함한 오스테나이트 A 등급 미세구조.
도 2B는 경계에서 개별적인 미세한 탄화물이 석출되는 B 등급 미세구조.
도 2C는 쌍정 내부에 미세 탄화물들이 생성되는 C 등급 미세구조.
도 2D는 결정립내에 미세 탄화물들이 석출되는 D 등급 미세구조.
도 2E는 결정립계의 석출된 탄화물들이 성장 및 연결되어 결정립계 및 쌍정 경계를 타고 밴드 형태의 E 등급 미세구조.
도 2F는 밴드 형태의 입계 탄화물은 두께가 두꺼워 지는 형태의 최종 등급 미세구조.
도 3은 화력발전소 고온설비 수명평가 방법에 의한 관찰 결과 사진.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법 흐름도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법 흐름도.
도 2A는 미세구조로 쌍정을 포함한 오스테나이트 A 등급 미세구조.
도 2B는 경계에서 개별적인 미세한 탄화물이 석출되는 B 등급 미세구조.
도 2C는 쌍정 내부에 미세 탄화물들이 생성되는 C 등급 미세구조.
도 2D는 결정립내에 미세 탄화물들이 석출되는 D 등급 미세구조.
도 2E는 결정립계의 석출된 탄화물들이 성장 및 연결되어 결정립계 및 쌍정 경계를 타고 밴드 형태의 E 등급 미세구조.
도 2F는 밴드 형태의 입계 탄화물은 두께가 두꺼워 지는 형태의 최종 등급 미세구조.
도 3은 화력발전소 고온설비 수명평가 방법에 의한 관찰 결과 사진.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법 흐름도.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법 흐름도.
이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 금속 미세구조 평가를 위한 표면 복제법 흐름도, 도 2A는 미세구조로 쌍정을 포함한 오스테나이트 A 등급 미세구조, 도 2B는 경계에서 개별적인 미세한 탄화물이 석출되는 B 등급 미세구조, 도 2C는 쌍정 내부에 미세 탄화물들이 생성되는 C 등급 미세구조, 도 2D는 결정립내에 미세 탄화물들이 석출되는 D 등급 미세구조, 도 2E는 결정립계의 석출된 탄화물들이 성장 및 연결되어 결정립계 및 쌍정 경계를 타고 밴드 형태의 E 등급 미세구조이고, 도 2F는 밴드 형태의 입계 탄화물은 두께가 두꺼워 지는 형태의 최종 등급 미세구조이다.
오스테나이트 스테인레스 강인 Super304H의 경우 고온, 고압 환경에 노출되어 있는 화력발전소 과열기, 재열기 설비 재료로 사용되고 있다. 화력발전소는 설립 후 30년 이상 정상 운전을 실시하므로 고온, 고압에서 장시간 사용함에 있어서 재료의 건전성 평가는 필수적이다.
건전성 평가를 위해선 우선적으로 시료를 채취할 필요가 있으며, 시료를 채취한 경우 실험실에서Metallographic 실험을 통한 미세조직 관찰을 통해 건전성 평가를 실시하며, 불가피하게 현장에서 실시하게 될 경우에는 표면복제법을 통해서 평가를 실시한다.
2.1 Metallographic 실험
금속시편을 채취하여 관찰면을 균일하게 연마하고 광학현미경 SEM 등을 통해 미세조직을 관찰함으로써 그 곳에 나타나는 상, 결정립의 형상 및 크기, 석출상의 분포 상태 등에 따라 시료의 건전성 평가를 실시한다. 실험실에서 금속조직학 시편준비를 위한 표준절차는 ASTM E3의 Standard Practice for Preparation of Metallographic Specimen의 규격에 따르며 시료의 절단, 세척공정, 시편의 Mounting, Grinding and Polishing 과정을 거쳐 마지막으로 미세조직 관찰을 위한 Etching을 실시한다.
2.1.1 시편의 채취
시편은 검사 목적에 따라 재료의 적절한 부분에서 채취하여야 한다. 시편의 실험의 목적에 따라 재료를 대표할 수 있어야 하며, 원재료의 단조, 압연 등의 공정 절차를 고려해서 횡단면과 종단면을 각각 채취해야 하며, 표면의 산화 및 탈탄의 반응을 일으키기 쉬운 재료의 경우 표면부분은 표준조직을 나타내지 않으므로 어떤 부분에서 시편을 채취할 것인지를 잘 판단해야 한다.
2.1.2 시편의 절단
재료의 원재료로부터 금속조직용 시편을 절단할 때는, 금속의 손상을 최소화하기 위한 세심한 주의가 필요하다. 시편의 크기는 보통 Mounting mold의 크기게 맞게 절단하며, 절단은 장비에 의한 자동인 경우나 수동으로 하는 양쪽의 경우 모두 상온에서 실시하여야 하며, 절단 중 발생하는 열로 인한 재료의 과열이 있을 수 있으므로 적절한 Cutting wheel, 윤활유 및 냉각조건 선정을 통한 과열로 인한 미세조직 변화를 피해야 한다.
2.1.3 세척공정
시편 준비 동안에 세척은 필수적이다, 절단 후에 시편의 윤활성분은 적절한 용액으로 제거해야 한다. 이 때 초음파 세척을 통해 시편표면에 잔존하는 입자를 제거하는 방법도 매우 효과적이다.
2.1.4 Mounting
시편을 연마하기 위해선 mounting 작업이 필요하다. 이는 시편이 작거나, 부서지기 쉽거나, 특이한 형상, 혹은 시편의 모서리와 같은 취급하기 어려운 부분이 연구의 대상이 될 때 장점을 가진다. 시편은 기계적으로 hot mounting이나, 플라스틱 mold에서 cold mounting으로 만들어지며, 시편의 조건에 맞는 mounting을 실시한다.
2.1.5 Grinding
시편의 미세조직 관찰을 위해선 grinding and polishing 과정이 요구된다. 시편을 평활하게 하기 위하여 그라인더, 줄, 선반 등을 이용해서 연마한다. 이 때 주의할 점은 열이나 변형의 영향으로 미세조직이 변질되지 않도록 지속적으로 냉각수로 냉각을 시키면서 연마 하도록 한다. 이후 연마지(Sand Paper)를 #200, #400, #800, #1200, #2000, #2400 등으로 연마를 실시한다. 이때 시편에 무리한 힘이 가해지지 않도록 한다. 연마지를 사용 할 때 무리한 힘이 가해지면 국부적인 연마현상이 발생하며, 이로 인해 시편의 평활하게 연마되지 않는다. 입도가 큰 연마지에서 작은 연마지로 교체 할 때 연마할 때 생긴 Scratch와 직각 방향으로 연마하여 이전 단계의 흠이 완전히 없어질 때까지 연마를 실시한다.
2.1.6 Polishing
Grinding 이후 polishing을 실시하는데 이때 연마포를 평평하게 씌워 놓은 회전판 위에 alumina 나 diamond suspension을 재료에 맞게 사용해서 연마를 실시한다. 이때 suspension은 최종 1μm까지 사용한다.
2.1.7 Etching
시편을 평활하게 만든 후 부식을 시키지 않으면 연마면에서는 특수한 경우를 제외하고는 아무런 미세조직도 볼 수 없다. 따라서 재료에 맞는 부식액(Etchant)로 관찰할 연마면을 부식시키면 결정립계, 상의 종류, 결정방향, 석출상 등의 부식 정도에 따라 다르게 부식되므로 미세조직을 관찰 할 수 있게 된다. 보통 부식액은 금속의 종류, 미세조직 관찰의 목적 등에 따라 다르며 동일 금속에서도 상황에 따라 여러가지 부식액이 있으므로 적당한 부식액을 선택하여 사용하여야 한다.
2.1.8 건조
부식액을 acetone, ethanol, methanol 등으로 씻어내고 건조시킨다. 이때 시험편에 부식액이 남지 않도록 건조시켜야 하며, 시험편 속으로 스며든 부식액까지 확실하게 건조시키지 않으면 이후 추가적으로 부식이 더 진행될 수 있기 때문에 건조 할 때 이점을 항상 주의해야한다.
2.2 표면복제법
현장에서 플랜트설비로부터 금속조직을 관찰하기 위한 시험편 채취가 어려우므로 이러한 제약 조건을 해결하기 위해 일차적으로는 이동이 가능한 소형포터블 연마기와 이동식 현미경을 사용하여 설비 표면에서 직접 조직을 관찰한다. 그러나 이 방법은 해석능력이 떨어지고, 경우에 따라서는 설비구조상 조직의 직접관찰이 불가능한 경우가 발생하기도 하며, 이와 같은 이유 때문에 금속조직을 플라스틱과 같은 다른 물질에 전사시켜 복제 시킨 후 그 물체를 실험실로 가져와 그 복제된 물체에 전사되어 나타난 조직을 관찰, 분석함으로써 설비의 상태를 판단하는 표면복제법(Surface replication technique)이 일반적으로 많이 사용되고 있다.
표면복제법의 기본 원리는 Fig. 1과 같이 어떤 물질을 조직 관찰 대상체의 표면에 피복시켜 미세조직을 피복시킨 물질로 전사시킨 후, 그 막을 떼어내어 금속현미경이나 전자현미경으로 관찰하는 것이다. 이 때 떼어낸 막을 replica라고 하며, 이 경우에 있어서 replica의 요철은 관찰 대상 표면의 요철과 반대가 되는데 이러한 방법을 1단계 replica법이라고 한다. 한편 시험편 표면의 요철이 심한 경우와 같이 막을 손상 없이 떼어내기 힘든 경우에는, 먼저 손상 없이 비교적 쉽게 떼어낼 수 있도록 플라스틱으로 두꺼운 replica를 만든 후, 이로부터 1단계 replica법과 같은 방법으로 얇은 replica를 다시 만들어 이를 관찰하게 된다. 관찰 대상이 되는 두 번째 replica는 시험편 표면의 요철과 일치하며, 이러한 방법을 2단계 replica법이라고 한다.
Replica의 채취 및 관찰 요령에 대해서는 1974년에 제정된 국제규격 ISO 3057(Non-Destructive Testing-Metallographic Replica Techniques of Surface Examination)이 있으며, 미국의 경우에는 1987년에 ASTM ES 12의 긴급 규격이 제정되어 1990년에 ASTM E1351(Standard Practice for Production and Evaluation of Field Metallographic Replicas)로 정식 규격화 되어 있다.
2.2.1 Replica film
일반적으로 금속조직 검사용으로 쓰이는 replica film은 acetylcellulose film으로서 0.034 mm와 0.08 mm의 두 종류가 있다. 시험면의 요철이 심하고 온도가 높아 replica film이 찢기거나 연화되기 쉬운 경우에 0.08㎜ film을 쓴다. Acetylcellulose film의 비중은 1.3, 흡수율은 24시간 침적시 5%, 최고 사용온도는 100℃, 연소성은 완연성을 나타내며, 용제로는 시약 1급 규격 이상의 methyl acetate나 acetone을 사용한다.
2.2.2 Replica 채취 요령
가) Rough Grinding
Grinder로 약 15∼20mm의 범위를 0.3∼2.0mm 깊이로 연마하여 탈탄층, 가동층 등의 변질층을 완전히 제거한다. 이 경우 기름 등에 의한 오염층도 충분히 제거하여야 한다. 이후 #100, #220, #400, #600, #800, #1200 등 연마지를 이용하여 연마한다. 각 mesh(#)마다 전 단계 연마자국이 없어질 때까지 직각 방향으로 연마하며, 한 공정이 끝날 때 마다 heavy etching을 한 후 알콜로 세척 후 다음 공정을 실시한다.
나) Polishing
6㎛, 1㎛까지 alumina 입자나 diamond 입자를 사용하여 polishing하며, Polishing후 연마재를 충분히 제거하며. polishing 속도가 너무 빠르면 pit를 유발시킬 수 있으므로 주의해야 한다.
다) Etching
Etching은 Replica 채취시 가장 중요한 작업 중 하나이며, Etching 정도에 따라 미세조직 관찰 여부가 결정되므로 주의를 해야 한다. 적당한 부식액을 선택하여 탈지면에 적셔서 부식시키거나 직접 검사 표면에 흘려서 부식시킨다. 이 때 주위의 온도나 부식액의 온도, 검사부위의 온도에 따라 부식시간을 적절히 변화시켜 일정한 부식상태가 되도록 한다. Etching은 재질의 열화도, 진단부위, 온도 등에 매우 민감하므로 일정한 시간으로 규정되어 있는 것은 아니며, 설비 재질 및 환경에 따라 Etching의 정도를 육안으로 판별을 해야한다.
라) 건조
부식액을 acetone, ethanol, methanol 등으로 씻어내고 건조기로 열풍을 쬐어 건조시킨다. 검사 부위뿐만 아니라 주위의 부식액도 충분히 씻어내어 나중에 부식액 때문에 생길지도 모를 손상을 방지해 주어야 한다.
착시켜 복제한다. 이 때 replica film과 검사 표면 사이에 공기가 들어가지 않도록 주의해야 하며, 용제를 많이 사용하면 replica film이 너무 연화되어 기포 발생이 우려되고 용제를 적게 사용하면 replica film이 적절하게 연화되지 않아 검사표면과의 밀착성이 나빠져서 정확한 금속조직을 복제할 수 없으므로 주의해야 한다. Replica film이 굳어지는 시간은 대략 5~10분 정도이지만 주위의 조건에 따라 달라지므로 이는 경험에 기초하여 판단해야 한다. 또한 replica film을 떼어낼 때도 줄무늬(striation)가 발생하거나 찢어질 수 있으므로 천천히 동일한 속도로 주의하여 떼어낸다
바) Replica 관찰
완성된 replica를 편평한 판 (slide glass 혹은 plastic 판)에 접착테이프를 사용하여 부착시켜 뒤틀림을 방지하며. 표면처리 없이 직접 광학현미경(OM : optical microscope)으로 관찰하기도 하고, 입사광의 반사 효율을 높임으로써 요철의 대비를 향상시키기 위하여 표면증착처리를 하기도 한다.
2.3 현장에서의 Replica 채취를 위한 장비 및 준비물 예
(1) Polisher (Portable)
(2) Microscope (Portable)
(3) Angle grinder (연마석 포함)
(4) Flapper grinder (Paper 포함)
(5) Diamond paste (6㎛, 1㎛)
(6) Polishing cloth (6㎛용, 1㎛용)
(7) Polishing lubricant
(8) Sand paepr (P50, P120, P220, P400, P800, P1200)
(9) Replica film (0.034㎜, 0.08㎜)
(10) 시약(alcohol, acetone 등), Etchant (nital 등) 및 washing bottle
(11) 핀셋, 가위, 칼
(12) Site 수첩, 필기도구, 견출지, 청테이프
(13) 비닐 bag, 두꺼운 책
(14) 탈지면
(15) 작업등
(16) 현장 작업에 필요한 개인용 안전장비
(작업복, 안전모, 안전화, 방진 마스크, 귀마개, 장갑 등)
3. 미세조직 관찰 및 건전성 평가
그림 2과 표 1은 오스테나이트계 Super304H강의 등급별 미세조직 사진과 설명을 나타내었다. 장시간 사용에 따른 미세조직 열화 등급은 A-F까지 구분하였고, 결정립의 변화, 탄화물의 생성 및 분포에 따라 구분하였다.
도 2A 는 A 등급으로 제작 공정 당시 형성된 미세구조로 쌍정을 포함한 오스테나이트 미세구조를 나타내고 있다.
도 2B 는 B 등급으로 결정립과 결정립 사이 경계에서 개별적인 미세한 탄화물이 석출되는 미세구조를 나타내고 있다. 결정립계 뿐 아니라 쌍정과 결정립이 만나는 영역에서도 탄화물이 석출되는 미세구조를 나타내고 있다.
도 2C 는 C 등급으로 결정립계 뿐 아니라 쌍정 내부에 미세 탄화물들이 생성되는 미세구조를 나타내고 있다.
도 2D 는 D 등급을 개별적으로 생성된 탄화물들이 연결되어 부분적인 밴드 형태로 형성되고, 결정립내에 미세 탄화물들이 석출되는 미세구조를 나타내고 있다.
도 2E 는 E 등급의 결정립계의 석출된 탄화물들이 성장 및 연결되어 결정립계 및 쌍정 경계를 타고 밴드 형태를 이루고 있으며, 입내 탄화물의 석출이 D 등급에 비해 조대화된 미세구조를 나타내고 있다.
도 2F 는 결정립내 쌍정은 장시간 열로 인해 회복되고, 결정립은 구상화 되며, 입내 석출물이 조대화, 구상화된다. 밴드 형태의 입계 탄화물은 두께가 두꺼워 지는 형태의 미세구조를 나타내고 있다.
4. 적용 및 응용분야
- 화력발전 보일러 및 화학플랜트 압력용기
| Grade | Description |
| A | 쌍정을 포함한 오스테나이트 미세구조 |
| B | 오스테나이트 결정립계 개별 미세 탄화물 석출 |
| C | 다수의 결정립계 탄화물 및 쌍정 경계 탄화물 석출 |
| D | 결정립계 탄화물의 밴드화 및 결정립내 탄화물 석출 |
| E | 결정립 구상화 및 결정립계 탄화물 밴드 두께 증가, 결정립내 탄화물 조대화 |
| F | 쌍정의 회복 및 결정립내 탄화물 구상화 |
본 발명은 수명 진단을 위한 건전성 평가 단계를 더 포함하여 구성되고 건전성 평가 단계는 오스테나이트계 강의 등급별 미세조직 열화 등급을 결정립의 변화, 탄화물의 생성 및 분포에 따라 A~F의 6등급으로 구분한다. 등급은, 제작 공정 당시 형성된 미세구조로 쌍정을 포함한 오스테나이트 미세구조를 보이는 나타내는, A 등급(도 2A), 결정립과 결정립 사이 경계에서 개별적인 미세한 탄화물이 석출되는 미세구조를 나타내고 있다. 결정립계 뿐 아니라 쌍정과 결정립이 만나는 영역에서도 탄화물이 석출되는 미세구조를 나타내는 B 등급(도 2B )을 포함한다.
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본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.
아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.
S110 : 시편 채취 단계
S120 : 시편 절단 단계
S130 : 세척 단계
S140 : 시편 마운팅 단계
S150 : 시편 1차 연마 단계
S160 : 2차 연마 단계
S170 : 에칭(Etching) 단계
S180 : 건조 단계
S190 : 시편 관찰 단계
S120 : 시편 절단 단계
S130 : 세척 단계
S140 : 시편 마운팅 단계
S150 : 시편 1차 연마 단계
S160 : 2차 연마 단계
S170 : 에칭(Etching) 단계
S180 : 건조 단계
S190 : 시편 관찰 단계
Claims (7)
- 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법에 있어서,
오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비로부터 횡단면과 종단면을 각각 시편으로 채취하는 시편 채취 단계(S110)와;
상온에서 과열로 인한 미세조직 변화를 피하기 위해 윤활 및 냉각을 실시하면서 시편을 적절한 크기로 절단하는 시편 절단 단계(S120)와;
절단 후에 시편의 윤활성분은 세척 용액으로 제거하거나 초음파 세척을 통해 시편표면에 잔존하는 입자를 제거하는 세척 단계(S130)와;
오스테나이트 스테인레스 강 재질의 시편을 연마하기 위해 고정하는 시편 마운팅 단계(S140)와;
열이나 변형의 영향으로 미세조직이 변질되지 않도록 지속적으로 냉각수로 냉각을 시키면서 마운팅 된 시편을 그라인더, 줄, 선반, 또는 연마지(Sand Paper) #200, #400, #800, #1200, #2000, #2400 중 하나를 사용하여, 그라인딩(Grinding)하는 시편 1차 연마 단계(S150)와;
그라인딩(Grinding)한 시편을 연마포를 평평하게 씌워 놓은 회전판 위에 alumina 나 diamond suspension을 사용해 Polishing하는 2차 연마 단계(S160)와;
미세조직을 관찰을 위해 부식액(Etchant)으로 관찰할 연마면을 부식시키는 에칭(Etching) 단계(S170)와;
상기 부식액을 acetone, ethanol, 또는 methanol로 세정하고 시편에 부식액이 남지 않도록 건조시키는 건조 단계(S180)와;
상기 시편을 구성하는 오스테나이트 스테인레스 강의 미세조직을 관찰하는 시편 관찰 단계(S190);
를 포함하여 구성되되,
상기 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비는, 화력발전 보일러 및 화학플랜트 압력용기 이고,
수명 진단을 위한 건전성 평가 단계;를 더 포함하여 구성되고,
상기 건전성 평가 단계는,
오스테나이트계 강의 등급별 미세조직 열화 등급을 결정립의 변화, 탄화물의 생성 및 분포에 따라 A~F의 6등급으로 구분하고,
상기 등급은,
제작 공정 당시 형성된 미세구조로 쌍정을 포함한 오스테나이트 미세구조를 보이는 나타내는, A 등급,
결정립과 결정립 사이 경계에서 개별적인 미세한 탄화물이 석출되는 미세구조를 나타내고, 결정립계 뿐 아니라 쌍정과 결정립이 만나는 영역에서도 탄화물이 석출되는 미세구조를 나타내는 B 등급,
결정립계 뿐 아니라 쌍정 내부에 미세 탄화물들이 생성되는 미세구조를 보이는 C 등급과,
개별적으로 생성된 탄화물들이 연결되어 부분적인 밴드 형태로 형성되고, 결정립내에 미세 탄화물들이 석출되는 미세구조를 보이는 D 등급과,
결정립계의 석출된 탄화물들이 성장 및 연결되어 결정립계 및 쌍정 경계를 타고 밴드 형태를 이루고 있으며, 입내 탄화물의 석출이 D 등급에 비해 조대화된 미세구조를 보이는 E 등급과,
결정립내 쌍정이 열로 인해 회복되고, 결정립내 탄화물이 구상화된 미세구조를 보이는 F 등급을 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법.
- 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법에 있어서,
오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 구성의 일부를, Grinder로 15∼20mm의 범위를 0.3∼2.0mm 깊이로 연마하여 변질층을 완전히 제거하는 Rough Grinding을 실시하는 러프 그라인딩 단계(S210)와;
#100, #220, #400, #600, #800, 또는 #1200 연마지를 이용하여 연마하며, 각 mesh(#)마다 전 단계 연마자국이 없어질 때까지 직각 방향으로 연마하며, 한 공정이 끝날 때 마다 heavy etching을 한 후 알콜로 세척 후 다음 공정을 실시하는 2차 연마지 연마 단계(S220)와;
alumina 입자나 diamond 입자를 사용하여 polishing하는 3차 Polishing 단계(S230)와;
부식액으로 탈지면에 적셔서 부식시키거나 직접 검사 표면에 흘려서 부식시키는 Etching 단계(S240)와;
부식액을 acetone, ethanol, methanol 중 하나로 씻어내고 건조기로 열풍을 쬐어 건조시키는 세정 및 건조 단계(S250)와;
용제(methyl acetate나 acetone)를 검사 표면에 뿌린 후 replica film을 표면에 5~10분 접촉 밀착시켜 복제하고, 동일한 속도로 떼어내는 Replica 채취 단계(S260)와;
완성된 replica를 편평한 판에 접착테이프를 사용하여 부착시켜 뒤틀림을 방지하며, 표면처리 없이 직접 광학현미경(OM : optical microscope)으로 관찰하거나 입사광의 반사 효율을 높임으로써 요철의 대비를 향상시키기 위하여 표면증착처리를 한 후 Replica를 관찰하는 관찰 단계(S270);
를 포함하여 구성되되,
상기 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비는, 화력발전 보일러 및 화학플랜트 압력용기 이고,
수명 진단을 위한 건전성 평가 단계;를 더 포함하여 구성되고,
상기 건전성 평가 단계는,
오스테나이트계 강의 등급별 미세조직 열화 등급을 결정립의 변화, 탄화물의 생성 및 분포에 따라 A~F의 6등급으로 구분하고,
상기 등급은,
제작 공정 당시 형성된 미세구조로 쌍정을 포함한 오스테나이트 미세구조를 보이는 나타내는, A 등급,
결정립과 결정립 사이 경계에서 개별적인 미세한 탄화물이 석출되는 미세구조를 나타내고, 결정립계 뿐 아니라 쌍정과 결정립이 만나는 영역에서도 탄화물이 석출되는 미세구조를 나타내는 B 등급,
결정립계 뿐 아니라 쌍정 내부에 미세 탄화물들이 생성되는 미세구조를 보이는 C 등급과,
개별적으로 생성된 탄화물들이 연결되어 부분적인 밴드 형태로 형성되고, 결정립내에 미세 탄화물들이 석출되는 미세구조를 보이는 D 등급과,
결정립계의 석출된 탄화물들이 성장 및 연결되어 결정립계 및 쌍정 경계를 타고 밴드 형태를 이루고 있으며, 입내 탄화물의 석출이 D 등급에 비해 조대화된 미세구조를 보이는 E 등급과,
결정립내 쌍정이 열로 인해 회복되고, 결정립내 탄화물이 구상화된 미세구조를 보이는 F 등급을 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트 스테인레스 강 재질의 화력발전소 고온설비 수명평가 방법.
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