KR102467393B1 - Austenitic steel sinter, austenitic steel powder and turbine member - Google Patents
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Abstract
Ni기 합금과 동등 이상의 강도를 갖고, 또한 산소의 영향을 받기 어려운 오스테나이트강 소결재, 오스테나이트강 분말 및 터빈 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 질량%로, Ni: 25 내지 50%, Cr: 12 내지 25%, Nb: 3 내지 6%, B: 0.001 내지 0.05%, Ti: 1.6% 이하, W: 6% 이하, Mo: 4.8% 이하, Zr: 0.5% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 오스테나이트강 소결재 및 오스테나이트강 분말을 제공한다.It is an object of the present invention to provide an austenitic steel sintered material, an austenitic steel powder, and a turbine member that have strength equivalent to or higher than that of Ni-based alloys and are less susceptible to the influence of oxygen. In mass%, Ni: 25 to 50%, Cr: 12 to 25%, Nb: 3 to 6%, B: 0.001 to 0.05%, Ti: 1.6% or less, W: 6% or less, Mo: 4.8% or less, An austenitic steel sintered material and an austenitic steel powder containing Zr: 0.5% or less, the remainder being Fe and unavoidable impurities are provided.
Description
본 발명은, 오스테나이트강 소결재, 오스테나이트강 분말 및 터빈 부재에 관한 것이다.The present invention relates to an austenitic steel sintered material, an austenitic steel powder, and a turbine member.
요즘, 석탄 화력 발전 플랜트의 고효율화를 목표로 하여, 증기 온도의 고온화가 진행되고 있다. 현재 운전되고 있는 석탄 화력 발전 플랜트 중, 증기 온도 620℃급이 가장 증기 온도가 높은 증기 터빈(USC: Ultra Super Critical(초초 임계압 발전))으로서 운전되고 있지만, CO2 배출을 억제하기 위해, 금후 더욱 고온화가 진행될 것이라고 생각된다. 지금까지 증기 터빈의 고온 부재로서 9Cr계 및 12Cr계의 내열 페라이트강 등이 사용되어 왔지만, 증기 온도의 고온화에 수반하여, 이것들의 적용이 어려워진다고 생각되고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] In recent years, with the aim of increasing the efficiency of coal-fired power plants, higher steam temperatures are being promoted. Among coal-fired power plants currently in operation, a steam turbine with a steam temperature of 620°C class is operated as a steam turbine (USC: Ultra Super Critical) with the highest steam temperature. It is thought that further high temperature will advance. Although 9Cr-based and 12Cr-based heat-resistant ferrite steels and the like have been used as high-temperature members of steam turbines so far, it is considered that their application becomes difficult with the increase in steam temperature.
고온 부재에 적용하는 합금으로서, 페라이트강보다도 내용 온도가 높은 Ni기 합금이 후보로 될 수 있다. Ni기 합금은, Al이나 Ti을 석출 강화 원소로 하여, 고온에서 안정상으로 되는 γ'상을 생성하여 고온에서 우수한 강도를 나타낸다. 그러나, 터빈 밸브 케이싱이나 터빈 디스크 등에 대해서는, 일반적으로는 주조법으로 제조되지만, 주조법에서는 용해 중의 공기와의 차단이 충분하지 않아, 활성의 원소(Al이나 Ti)가 많으면 이들 원소가 산화되어 버린다.As an alloy applied to high-temperature members, a Ni-based alloy having a service temperature higher than that of ferritic steel can be a candidate. The Ni-based alloy uses Al or Ti as a precipitation strengthening element to form a γ' phase that becomes a stable phase at high temperatures, and exhibits excellent strength at high temperatures. However, turbine valve casings and turbine disks are generally manufactured by a casting method. However, in the casting method, shielding from air during melting is not sufficient, and if there are many active elements (Al or Ti), these elements are oxidized.
Ni기 합금 대신에, 우수한 강도와 주조성을 양립하는 오스테나이트강 및 그것을 사용한 오스테나이트강 주조품을 터빈 부재에 적용하는 기술이 특허문헌 1에 개시되어 있다.
상술한 특허문헌 1은, 대형의 주조품에 있어서의 매크로 결함을 저감시킨 오스테나이트강의 조성을 제안하는 것이지만, 주조품에 사용되는 금형의 제조는, 비교적 수고가 많이 드는 것이다. 특히, 대형이고 복잡한 형상을 갖는 주조품용의 형태로 되면, 프로세스 비용이 증가한다. 따라서, 주조가 아니라, 소결에 의해 부재를 얻을 수 있으면, 터빈 부재의 제조성을 더 높일 수 있다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여, Ni기 합금과 동등 이상의 강도를 갖고, 또한 산소의 영향을 받기 어려운 오스테나이트강 소결재, 오스테나이트강 분말 및 터빈 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an austenitic steel sintered material, an austenitic steel powder, and a turbine member that have strength equal to or higher than that of Ni-based alloys and are less susceptible to the influence of oxygen.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 양태는, 질량%로, Ni: 25 내지 50%, Cr: 12 내지 25%, Nb: 3 내지 6%, B: 0.001 내지 0.05%, Ti: 1.6% 이하, W: 6% 이하, Mo: 4.8% 이하, Zr: 0.5% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 오스테나이트강 소결재이다.The first aspect of the present invention for solving the above problems is, in mass%, Ni: 25 to 50%, Cr: 12 to 25%, Nb: 3 to 6%, B: 0.001 to 0.05%, Ti: 1.6% Hereinafter, W: 6% or less, Mo: 4.8% or less, Zr: 0.5% or less, the balance being an austenitic steel sintered material consisting of Fe and unavoidable impurities.
상기 과제를 해결하기 위한 제2 양태는, 질량%로, Ni: 30 내지 45%, Cr: 12 내지 20%, Nb: 3 내지 5%, B: 0.001 내지 0.02%, Ti: 0.3 내지 1.3%, W: 5.5% 이하, Mo: 2% 이하, Zr: 0.3% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 오스테나이트강 소결재이다.The second aspect for solving the above problems is, in mass%, Ni: 30 to 45%, Cr: 12 to 20%, Nb: 3 to 5%, B: 0.001 to 0.02%, Ti: 0.3 to 1.3%, It is an austenitic steel sintered material containing W: 5.5% or less, Mo: 2% or less, Zr: 0.3% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities.
상기 과제를 해결하기 위한 제3 양태는, 질량%로, Ni: 30 내지 40%, Cr: 15 내지 20%, Nb: 3.5 내지 4.5%, B: 0.001 내지 0.02%, Ti: 0.5 내지 1.1% 이하, W: 5.5% 이하, Zr: 0.3% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 오스테나이트강 소결재이다.A third aspect for solving the above problems is, in mass%, Ni: 30 to 40%, Cr: 15 to 20%, Nb: 3.5 to 4.5%, B: 0.001 to 0.02%, Ti: 0.5 to 1.1% or less , W: 5.5% or less, Zr: 0.3% or less, the balance being an austenitic steel sintered material consisting of Fe and unavoidable impurities.
상기 과제를 해결하기 위한 제4 양태는, 오스테나이트강 소결재를 사용한 터빈 부재이다.A fourth aspect for solving the above problems is a turbine member using an austenitic sintered material.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명 제5 양태는, 질량%로, Ni: 25 내지 50%, Cr: 12 내지 25%, Nb: 3 내지 6%, B: 0.001 내지 0.05%, Ti: 1.6% 이하, W: 6% 이하, Mo: 4.8% 이하, Zr: 0.5% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 오스테나이트강 분말이다.The fifth aspect of the present invention for solving the above problems is, in mass%, Ni: 25 to 50%, Cr: 12 to 25%, Nb: 3 to 6%, B: 0.001 to 0.05%, Ti: 1.6% or less , W: 6% or less, Mo: 4.8% or less, Zr: 0.5% or less, the balance being an austenitic steel powder consisting of Fe and unavoidable impurities.
상기 과제를 해결하기 위한 제6 양태는, 질량%로, Ni: 30 내지 45%, Cr: 12 내지 20%, Nb: 3 내지 5%, B: 0.001 내지 0.02%, Ti: 0.3 내지 1.3%, W: 5.5% 이하, Mo: 2% 이하, Zr: 0.3% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 오스테나이트강 분말이다.A sixth aspect for solving the above problems is, in mass%, Ni: 30 to 45%, Cr: 12 to 20%, Nb: 3 to 5%, B: 0.001 to 0.02%, Ti: 0.3 to 1.3%, It is an austenitic steel powder containing W: 5.5% or less, Mo: 2% or less, Zr: 0.3% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities.
상기 과제를 해결하기 위한 제7 양태는, 질량%로, Ni: 30 내지 40%, Cr: 15 내지 20%, Nb: 3.5 내지 4.5%, B: 0.001 내지 0.02%, Ti: 0.5 내지 1.1% 이하, W: 5.5% 이하, Zr: 0.3% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 오스테나이트강 분말이다.A seventh aspect for solving the above problems is, in mass%, Ni: 30 to 40%, Cr: 15 to 20%, Nb: 3.5 to 4.5%, B: 0.001 to 0.02%, Ti: 0.5 to 1.1% or less , W: 5.5% or less, Zr: 0.3% or less, the balance being an austenitic steel powder consisting of Fe and unavoidable impurities.
본 발명의 더 구체적인 구성은, 특허 청구범위에 기재된다.A more specific configuration of the present invention is described in the claims.
본 발명에 따르면, Ni기 합금과 동등 이상의 강도를 갖고, 또한 산소의 영향을 받기 어려운 오스테나이트강 소결재, 오스테나이트강 분말 및 터빈 부재를 제공 할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide an austenitic sintered material, an austenitic steel powder, and a turbine member that have strength equivalent to or higher than that of Ni-based alloys and are less susceptible to the influence of oxygen.
상기한 것 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시 형태의 설명에 의해 명확해진다.Subjects, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
도 1a는 본 발명의 오스테나이트강 분말을 소결한 오스테나이트강 소결재의 조직의 일례의 모식도.
도 1b는 본 발명의 오스테나이트강 분말을 소결한 오스테나이트강 소결재의 조직의 일례의 SEM 관찰 사진.
도 2는 특허문헌 1의 오스테나이트강 주조재의 조직의 일례의 모식도.
도 3은 종래의 Ni기 합금 단조재의 조직의 일례의 모식도.
도 4는 본 발명의 오스테나이트강 분말을 소결한 오스테나이트강 소결재가 적용되는 터빈 밸브 케이싱의 일례를 도시하는 모식도.
도 5는 본 발명의 오스테나이트강 분말을 소결한 오스테나이트강 소결재가 적용되는 터빈 디스크의 일례를 도시하는 모식도.
도 6은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4의 0.2% 내력비(비교예 4 기준)를 도시하는 그래프.
도 7은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4의 크리프 내용 온도비(비교예 3 기준)를 도시하는 그래프.
도 8은 실시예 1, 3 및 비교예 1, 3, 4의 0.2% 내력비 및 크리프 내용 온도비를 도시하는 그래프.Figure 1a is a schematic diagram of an example of the structure of an austenitic steel sintered material obtained by sintering the austenitic steel powder of the present invention.
Figure 1b is a SEM observation photograph of an example of the structure of an austenitic steel sintered material obtained by sintering the austenitic steel powder of the present invention.
2 is a schematic diagram of an example of the structure of an austenitic steel cast material of
3 is a schematic diagram of an example of the structure of a conventional Ni-based alloy forged material.
4 is a schematic view showing an example of a turbine valve casing to which an austenitic steel sintered material obtained by sintering the austenitic steel powder of the present invention is applied.
5 is a schematic view showing an example of a turbine disk to which an austenitic steel sintered material obtained by sintering the austenitic steel powder of the present invention is applied.
Fig. 6 is a graph showing the 0.2% yield strength ratio (based on Comparative Example 4) of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4;
Fig. 7 is a graph showing creep resistance temperature ratios (based on Comparative Example 3) of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4;
Fig. 8 is a graph showing 0.2% yield strength ratio and creep resistance temperature ratio of Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1, 3 and 4;
이하, 도면을 사용하면서, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail, using drawings.
[오스테나이트강 분말 및 오스테나이트강 소결재][Austenitic steel powder and austenitic sintered material]
도 1a는 본 발명의 오스테나이트강 분말을 소결한 오스테나이트강 소결재의 조직의 일례의 모식도이고, 도 1b는 본 발명의 오스테나이트강 분말을 소결한 오스테나이트강 소결재의 조직의 일례의 SEM 관찰 사진이다. 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 오스테나이트강 소결재는, 오스테나이트강 분말 결정(1)과, 인접하는 오스테나이트강 결정의 경계에 존재하는 결정립계(2)와, 결정립계(2) 상에 석출된 라베스상(3)을 갖는다.1A is a schematic diagram of an example of the structure of an austenitic steel sintered material obtained by sintering the austenitic steel powder of the present invention, and FIG. This is an observation picture. As shown in FIGS. 1A and 1B, the austenitic steel sintered material of the present invention includes an austenitic
오스테나이트강 분말 결정(1)의 평균 입경은, 10 내지 300㎛가 바람직하다. 10㎛보다도 작으면, 크리프 강도가 충분하지 않게 될 우려가 있다. 300㎛보다도 크면, 인장 강도 및 피로 강도가 충분하지 않게 될 우려가 있다. 또한, 입계의 총량이 변화됨으로써, 라베스상의 입계 피복률이 변화되고, 강도(크리프 강도, 인장 강도 및 피로 강도 등)가 저하될 우려가 있다. 상기 「입경」은, 전자 현미경 등의 관찰 수단으로 관찰한 경우에 평면상에서 측정할 수 있다. 또한, 「평균 입경」은, 소정의 배율의 관찰 사진에 있어서 표시되는 소정의 개수의 오스테나이트강 분말 결정(1)의 입경을 평균한 값으로 할 수 있다.The average grain size of the austenitic
상기 본 발명의 오스테나이트강 소결재의 조직과의 비교로서, 특허문헌 1의 주조 조직과, 종래의 Ni기 합금(Alloy718)의 조직에 대해서도 설명한다. 도 2는 특허문헌 1의 오스테나이트강 주조재의 조직의 일례의 모식도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 오스테나이트강 주조재는, 오스테나이트강 분말 결정(4)과, 인접하는 오스테나이트강 결정의 경계에 존재하는 결정립계(5)와, 결정립계(5) 상에 석출된 라베스상(6)을 갖는다. 주조 조직은, 결정립계가 적고, 결정의 입경이나 형상이 균질이 아니다. 또한, 주조 조직은 소결재의 조직보다도 마이크로 편석이 커진다. 부재가 커지면 커질수록 마이크로 편석이 커진다고 생각되며, 마이크로 편석에 기인하는 결함의 발생이나 강도의 저하가 발생하기 쉬워질 우려가 있다. 한편, 소결재는, 부재의 크기에 구애되지 않고 균질한 조직이 형성되기 때문에, 마이크로 편석은 발생하기 어려워진다.As a comparison with the structure of the austenitic sintered steel of the present invention, the structure of the cast in
도 3은 종래의 Ni기 합금 단조재(Alloy718)의 조직의 일례의 모식도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, Ni기 합금 단조재는, Ni기 합금 결정(7)과, 인접하는 Ni기 합금 결정의 경계에 존재하는 구 입자 경계(PPB)(8)와, 구 입자 경계(PPB)(8) 상에 석출된 델타상(9)을 갖는다.3 is a schematic diagram of an example of the structure of a conventional Ni-based alloy forged material (Alloy718). As shown in FIG. 3, the Ni-based alloy forged material has a Ni-based alloy crystal 7 and a sphere grain boundary (PPB) 8 existing at the boundary between adjacent Ni-based alloy crystals, and a sphere grain boundary (PPB) ) has a
도 1 내지 도 3을 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 오스테나이트강 소결재의 조직과, 종래의 오스테나이트강 주조재 및 Ni기 합금의 조직은, 명확하게 구별되는 것이다.As can be seen from comparison of Figs. 1 to 3, the structure of the austenitic sintered material of the present invention and the structure of the conventional austenitic steel cast material and Ni-based alloy are clearly distinguished.
이하에, 본 발명의 오스테나이트강 소결재의 조성에 대하여 설명한다. 이하의 조성 설명에 있어서, 「%」는, 특별히 설명이 없으면 「질량%」를 의미하는 것으로 한다.Below, the composition of the austenitic steel sintered material of this invention is demonstrated. In the composition description below, "%" shall mean "mass %" unless otherwise specified.
Ni(니켈): 25 내지 50%Ni (nickel): 25 to 50%
Ni은 오스테나이트상 안정화 원소로서 첨가된다. 또한, 후술하는 Nb과 금속간 화합물(δ상, Ni3Nb)을 생성하고, 입자 내에 석출함으로써, 입자 내 강화에 기여한다. 상 안정의 관점에서, Ni은 25 내지 50%(25% 이상 50% 이하)가 바람직하고, 30 내지 45%가 보다 바람직하고, 30 내지 40%가 더욱 바람직하다.Ni is added as an austenite phase stabilizing element. In addition, Nb and an intermetallic compound (δ phase, Ni 3 Nb), which will be described later, are generated and precipitated in the particles, thereby contributing to strengthening of the particles. From the viewpoint of phase stability, Ni is preferably 25 to 50% (25% or more and 50% or less), more preferably 30 to 45%, and still more preferably 30 to 40%.
Cr(크롬): 12 내지 25%Cr (chromium): 12 to 25%
Cr은 내산화성 및 내수증기 산화성을 향상시키는 원소이다. 증기 터빈의 운전 온도를 고려하여, 12% 이상 첨가함으로써 충분한 내산화성을 얻을 수 있다. 또한, 25%보다 많이 첨가하면, σ상 등의 금속간 화합물이 석출되어, 고온 연성이나 인성의 저하를 초래한다. 이것들의 밸런스를 고려하면, Cr양은 12 내지 25%가 바람직하고, 12 내지 20%가 보다 바람직하고, 15 내지 20%가 더욱 바람직하다.Cr is an element that improves oxidation resistance and steam oxidation resistance. Sufficient oxidation resistance can be obtained by adding 12% or more in consideration of the operating temperature of the steam turbine. Moreover, when more than 25% is added, intermetallic compounds, such as a (sigma) phase, precipitate, and a fall of high-temperature ductility and toughness is caused. Considering the balance of these, the amount of Cr is preferably 12 to 25%, more preferably 12 to 20%, still more preferably 15 to 20%.
Nb(니오븀): 3 내지 6%Nb (niobium): 3-6%
Nb은, 라베스상(Fe2Nb) 및 δ상(Ni3Nb)의 안정화를 위해 첨가된다. 라베스상(6)은, 도 2에 도시한 바와 같이 주로 입계(2)에 석출되어, 입계 강화에 기여한다. δ상은 주로 입자 내에 석출되어, 강화에 기여한다. 3% 이상 첨가함으로써, 충분한 고온 크리프 강도를 얻을 수 있다. 6%보다 많이 첨가하면, δ상 등의 유해상이 석출되기 쉬워질 가능성이 있다. 더 충분한 강도를 얻기 위해서는, Nb양은 3 내지 6%가 바람직하고, 3 내지 5%가 보다 바람직하고, 3.5 내지 4.5%가 더욱 바람직하다.Nb is added for stabilization of Laves phase (Fe 2 Nb) and δ phase (Ni 3 Nb). As shown in Fig. 2, the Laves phase 6 is mainly precipitated at the
B(붕소): 0.001 내지 0.05%B (boron): 0.001 to 0.05%
B는 입계에 있어서의 라베스상의 석출에 기여한다. B가 첨가되지 않는 경우, 입계의 라베스상이 석출되기 어려워져, 크리프 강도나 크리프 연성이 저하된다. 0.001% 이상의 첨가로 입계 석출의 효과가 얻어진다. 한편, 첨가량이 너무 많으면, 국소적으로 융점이 내려가, 예를 들어 용접성의 저하가 염려된다. 이것을 고려하면, B양은 0.001 내지 0.05%가 바람직하고, 0.001 내지 0.02%가 보다 바람직하다.B contributes to the precipitation of the Laves phase in the grain boundary. When B is not added, it becomes difficult to precipitate the Laves phase at the grain boundary, and creep strength and creep ductility decrease. The effect of grain boundary precipitation is obtained by adding 0.001% or more. On the other hand, if the addition amount is too large, the melting point is lowered locally, and there is concern about, for example, decrease in weldability. Considering this, the amount of B is preferably 0.001 to 0.05%, and more preferably 0.001 to 0.02%.
Ti(티타늄): 0 내지 1.6%Ti (titanium): 0 to 1.6%
Ti은, γ"상이나 δ상 등의, 입자 내 석출 강화에 기여하는 원소이다. 적절하게 첨가함으로써, 초기에 있어서의 크리프 변형을 대폭으로 낮출 수 있다. 그러나, 과잉으로 너무 첨가하면, 제조 중의 산화의 영향을 받아, 기계적 특성에 악영향을 끼친다. 이것을 고려하면, Ti은 1.6% 이하가 바람직하고, 0.3 내지 1.3%가 보다 바람직하고, 0.5 내지 1.1%가 더욱 바람직하다.Ti is an element that contributes to strengthening precipitation within particles, such as the γ" phase and the δ phase. By adding it appropriately, creep strain in the initial stage can be greatly reduced. However, if it is added excessively, it is oxidized during production. Taking this into account, Ti is preferably 1.6% or less, more preferably 0.3 to 1.3%, and still more preferably 0.5 to 1.1%.
W(텅스텐): 0 내지 6%W (tungsten): 0 to 6%
W은 고용 강화 외에, 라베스상의 안정화에 기여한다. W의 첨가에 의해, 입계에 석출되는 라베스상의 석출량이 증량되어, 장시간에 있어서의 크리프 특성에 있어서, 파단 강도나 연성의 향상에 기여할 수 있다. 6%를 초과하면, δ상 등의 유해상이 석출되기 쉬워질 가능성이 있다. 이것을 고려하면, W은 6% 이하가 바람직하고, 5.3 내지 6% 이하가 보다 바람직하고, 5.5 내지 5.5%가 더욱 바람직하다.In addition to employment enhancement, W contributes to the stabilization of the Laves phase. Addition of W increases the amount of Laves phase precipitated at grain boundaries, contributing to improvement in breaking strength and ductility in creep characteristics for a long time. When it exceeds 6%, there is a possibility that harmful phases such as δ phases tend to precipitate. Considering this, W is preferably 6% or less, more preferably 5.3 to 6% or less, still more preferably 5.5 to 5.5%.
Mo(몰리브덴): 0 내지 4.8%Mo (molybdenum): 0 to 4.8%
Mo은 고용 강화 외에, 라베스상의 안정화에 기여한다. Mo의 첨가에 의해, 입계에 석출되는 라베스상의 석출량이 증량되어, 장시간에 있어서의 크리프 특성에 있어서, 파단 강도나 연성에 기여할 수 있다. 이것을 고려하면, Mo은 0 내지 4.8%가 바람직하고, 0 내지 2% 이하가 보다 바람직하다.Mo contributes to the stabilization of the Laves phase in addition to the employment enhancement. Addition of Mo increases the amount of Laves phase precipitated at grain boundaries, contributing to breaking strength and ductility in creep characteristics for a long time. Considering this, Mo is preferably 0 to 4.8%, and more preferably 0 to 2% or less.
Zr(지르코늄): 0 내지 0.5%Zr (zirconium): 0 to 0.5%
Zr의 첨가는 B와 마찬가지로, 입계의 라베스상의 석출에 기여하는 것 외에, γ"상(Ni3Nb)의 석출에 기여한다. 단시간 혹은 저온(750℃ 미만, 바람직하게는 700℃ 이하)에서는 특히 효과적이다. 그러나, γ"상은 준안정상이기 때문에, 장시간 고온(특히 750℃ 이상)으로 유지함으로써 δ상으로 변화되어 버린다. 따라서, 첨가하지 않아도 된다. 첨가량이 너무 많으면, δ상의 안정성이 향상되어, γ"상이 δ상으로 빠르게 변화되어 버린다. 또한, 용접성이 악화된다. 이것을 고려하면, Zr은 0 내지 0.5%가 바람직하고, 0 내지 0.3% 이하가 보다 바람직하다.The addition of Zr contributes to the precipitation of the Laves phase at the grain boundary, as well as the precipitation of the γ" phase (Ni 3 Nb) as in B. In a short time or low temperature (less than 750°C, preferably 700°C or less) It is particularly effective. However, since the γ" phase is a metastable phase, it changes to the δ phase by maintaining it at a high temperature (particularly 750°C or higher) for a long time. Therefore, it is not necessary to add it. If the addition amount is too large, the stability of the δ phase is improved, and the γ" phase is quickly changed to the δ phase. In addition, weldability deteriorates. Considering this, Zr is preferably 0 to 0.5%, and 0 to 0.3% or less. more preferable
본 발명의 오스테나이트강 소결재는, 상술한 바와 같이, Nb 및 Ti을 주된 강화 원소로서 포함하고, Al을 강화 원소로서 포함하지 않는다. 이 때문에, 산소에 의한 산화 등의 영향을 받기 어려워, 강도(크리프 강도, 인장 강도, 피로 강도 등)를 향상시킬 수 있다.As described above, the austenitic sintered material of the present invention contains Nb and Ti as main reinforcing elements and does not contain Al as a reinforcing element. For this reason, it is less affected by oxidation by oxygen, etc., and strength (creep strength, tensile strength, fatigue strength, etc.) can be improved.
또한, 소결재는 단조 조직이고, 열처리 등에서 결정 입경을 제어함으로써, 제품의 요구 강도에 맞추어 강도 특성을 용이하게 제어할 수 있다.In addition, the sintered material has a forged structure, and the strength characteristics can be easily controlled according to the required strength of the product by controlling the grain size in heat treatment or the like.
또한, 소결재의 형은 주조재의 주형보다도 제조가 용이하기 때문에, 복잡한 제품 형상이라도 수율 높게 제조할 수 있다.In addition, since the mold of the sintered material is easier to manufacture than the mold of the cast material, even a complex product shape can be manufactured with high yield.
[오스테나이트강 소결재의 제조 방법][Method of manufacturing austenitic sintered material]
이어서, 본 발명의 오스테나이트강 소결재의 제조 방법을 설명한다. 본 발명의 오스테나이트강 소결재는, 예를 들어 이하의 공정에 의해 제조할 수 있다.Next, the manufacturing method of the austenitic steel sintered material of this invention is demonstrated. The austenitic sintered material of the present invention can be manufactured, for example, by the following process.
(1) 상술한 조성을 갖는 원료 분말 또는 원료 합금을 가스 아토마이즈법이나 물 아토마이즈법을 사용하여 평균 입경 250㎛ 이하의 합금 분말(오스테나이트강 분말)로 한다.(1) The raw material powder or raw material alloy having the above-mentioned composition is made into an alloy powder (austenitic steel powder) having an average particle diameter of 250 µm or less by gas atomization or water atomization.
(2) 상기 (1)에서 얻어진 합금 분말을, 열간 등방압 가압법(HIP)에 의해 소결한다. 소결 조건은, 예를 들어 소결 온도: 1100 내지 1300℃, 등방압: 50㎫ 이상으로 한다.(2) The alloy powder obtained in (1) above is sintered by hot isostatic pressing (HIP). The sintering conditions are, for example, sintering temperature: 1100 to 1300°C and isostatic pressure: 50 MPa or more.
소결은, HIP 대신에, 이방 압력 하에서의 핫 프레스나, 금속 분말 사출 성형법(MIM)을 사용해도 된다. 또한, 소결 후에 용체화 열처리(열 처리 온도: 1100 내지 1300℃), 시효 열처리(열 처리 온도: 1000℃ 이하)를 실시해도 된다.For sintering, instead of HIP, hot pressing under anisotropic pressure or metal powder injection molding (MIM) may be used. Further, after sintering, solution heat treatment (heat treatment temperature: 1100 to 1300°C) and aging heat treatment (heat treatment temperature: 1000°C or less) may be performed.
[오스테나이트강 소결재를 사용한 터빈 부재][Turbine member using austenitic sintered material]
도 4는 본 발명의 오스테나이트강 소결재가 적용되는 터빈 밸브 케이싱의 일례를 도시하는 모식도이고, 도 5는 본 발명의 오스테나이트강 소결재가 적용되는 터빈 디스크의 일례를 도시하는 모식도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 오스테나이트강 소결재는, 우수한 강도를 갖기 때문에, 터빈 밸브 케이싱(10)이나 터빈 디스크(11)에 적합하다.4 is a schematic diagram showing an example of a turbine valve casing to which the austenitic steel sinter of the present invention is applied, and FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a turbine disk to which the austenitic steel sinter of the present invention is applied. As shown in FIG. 4, since the austenitic sintered material of the present invention has excellent strength, it is suitable for a
실시예Example
이하, 실시예에 기초하여, 본 발명에 대하여 더 상세하게 설명한다.Hereinafter, based on examples, the present invention will be described in more detail.
[오스테나이트강 소결재의 제작 및 평가][Production and Evaluation of Austenitic Steel Sintered Materials]
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 소결재를 제작하여, 평가를 행하였다. 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 조성을, 후술하는 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타내는 조성을 갖는 마스터 잉곳 또는 원료를 준비하여, 가스 아토마이즈법에 의해 입경 250㎛ 이하의 합금 분말을 제작했다. 얻어진 합금 분말을, HIP(소결 온도: 1160℃, 등방압: 100㎫)에 의해 소결하여, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 소결재를 제작했다. 비교예 1은 Cr양이 본 발명의 범위 외이고, 비교예 2는 Ni양이 본 발명의 범위 외의 조성을 갖고 있다.Sintered materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 were produced and evaluated. The compositions of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 are shown in Table 1 described later. A master ingot or raw material having the composition shown in Table 1 was prepared, and an alloy powder having a particle size of 250 µm or less was produced by a gas atomization method. The obtained alloy powder was sintered by HIP (sintering temperature: 1160°C, isostatic pressure: 100 MPa) to produce sintered materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2. In Comparative Example 1, the amount of Cr was outside the range of the present invention, and in Comparative Example 2, the amount of Ni was outside the range of the present invention.
비교예 3으로서 Ni기 합금인 Alloy(INCONEL)718(단조재)과, 비교예 4로서 Ni기 합금인 Alloy(INCONEL)625(주조재)도 준비하여, 평가를 행하였다. 비교예 3 및 비교예 4의 조성도 표 1에 병기한다. 「INCONEL」은, 한틴튼 얼로이즈 코포레이션의 등록 상표이다.Alloy (INCONEL) 718 (forged material), which is a Ni-based alloy, as Comparative Example 3, and Alloy (INCONEL) 625 (cast material), which is a Ni-based alloy, as Comparative Example 4, were also prepared and evaluated. Compositions of Comparative Examples 3 and 4 are also listed in Table 1. "INCONEL" is a registered trademark of Hantinton Alloys Corporation.
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4에 대하여, 0.2% 내력 및 크리프 내용 온도를 평가했다. 0.2% 내력은 JIS G 0567에 기초하고, 크리프 시험은 JIS Z 22761에 기초하여 시험을 행하였다.About Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4, 0.2% proof stress and creep resistance temperature were evaluated. The 0.2% yield strength was tested based on JIS G 0567, and the creep test was conducted based on JIS Z 22761.
도 6은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4의 0.2% 내력비(비교예 4 기준)를 도시하는 그래프이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 실시예 1 및 3의 어느 소결재도, 비교예 1, 2 및 4보다도 높은 값을 나타내고, 종래의 비교예 3(Alloy718)과 동등 이상의 0.2% 내력비를 나타냈다.6 is a graph showing the 0.2% yield strength ratio (based on Comparative Example 4) of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4. As shown in Fig. 6, both the sintered materials of Examples 1 and 3 showed values higher than those of Comparative Examples 1, 2 and 4, and showed a yield strength ratio of 0.2% equal to or higher than that of the conventional Comparative Example 3 (Alloy718).
도 7은 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 4의 크리프 내용 온도비(비교예 3 기준)를 도시하는 그래프이다. 도 7에 도시한 바와 같이, 실시예 1 내지 2의 어느 소결재도, 비교예 1 내지 3보다도 높은 값을 나타내고, 종래의 비교예 4(Alloy625)와 동등 이상의 0.2% 내력비를 나타냈다.7 is a graph showing creep resistance temperature ratios (based on Comparative Example 3) of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4. As shown in Fig. 7, any sintered material of Examples 1 to 2 also showed a higher value than Comparative Examples 1 to 3, and showed a yield strength ratio of 0.2% equal to or higher than that of the conventional Comparative Example 4 (Alloy625).
도 6 및 도 7로부터, 실시예 2는, 0.2% 내력비는 비교예 2 내지 4보다도 약간 낮지만, 크리프 내용 온도는 비교예 2 내지 4보다도 크게 되어 있고, 0.2% 내력비 및 크리프 내용 온도의 양쪽을 종합하여 판단하면, 비교예보다도 우수하다고 할 수 있다.6 and 7, Example 2 has a 0.2% yield strength ratio slightly lower than Comparative Examples 2 to 4, but a creep resistance temperature higher than Comparative Examples 2 to 4, and a 0.2% yield strength ratio and creep resistance temperature When judging both together, it can be said to be superior to the comparative example.
또한, 도 6 및 도 7로부터, 실시예 3은, 크리프 내용 온도는 비교예 4보다도 약간 낮지만, 0.2% 내력비는 비교예 4보다도 훨씬 크게 되어 있고, 0.2% 내력비 및 크리프 내용 온도의 양쪽을 종합하여 판단하면, 비교예보다도 우수하다고 할 수 있다.6 and 7, although the creep resistance temperature of Example 3 is slightly lower than that of Comparative Example 4, the 0.2% yield strength ratio is much larger than that of Comparative Example 4, and both the 0.2% yield strength ratio and the creep resistance temperature are shown in FIG. 6 and FIG. 7 . When judged collectively, it can be said to be superior to the comparative example.
도 8은 실시예 3 및 비교예 1, 3, 4의 0.2% 내력비 및 크리프 내용 온도비를 도시하는 그래프이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 실시예 1 및 3은, 0.2% 내력비 및 크리프 내용 온도비 모두 비교예 1보다도 큰 값을 나타내고 있다. 또한, 0.2% 내력비에 관하여, 실시예 1 및 3은, 비교예 4(Alloy625)보다 크고, 비교예 3(Alloy718)과 동등한 레벨을 달성하고 있다. 또한, 크리프 내용 온도비에 관하여, 실시예 1 및 3은 비교예 3(Alloy718)보다도 크다. 특히, 실시예 1에 관해서는, 비교예 4(Alloy625)와 동등한 레벨을 달성하고 있다.Fig. 8 is a graph showing the 0.2% yield strength ratio and creep resistance temperature ratio of Example 3 and Comparative Examples 1, 3, and 4; As shown in FIG. 8 , Examples 1 and 3 show larger values than Comparative Example 1 for both the 0.2% yield strength ratio and the creep resistance temperature ratio. In terms of the 0.2% yield strength ratio, Examples 1 and 3 are larger than Comparative Example 4 (Alloy625) and achieve a level equivalent to Comparative Example 3 (Alloy718). Further, with regard to the creep resistance temperature ratio, Examples 1 and 3 are larger than Comparative Example 3 (Alloy718). In particular, with regard to Example 1, a level equivalent to that of Comparative Example 4 (Alloy625) has been achieved.
일반적으로 0.2% 내력과 크리프 내용 온도는 트레이드오프의 관계, 즉, 0.2% 내력이 높아지면 크리프 내용 온도는 낮아지고, 크리프 내용 온도가 높아지면 0.2% 내력은 낮아진다는 거동을 나타낸다. 실시예 1 및 실시예 3은, 모두, 비교예 3 및 비교예 4를 연결하는 직선보다도 우측 상방에 위치하는 점에서, 0.2% 내력비 및 크리프 내용 온도의 양쪽을 종합하여 판단하면, 비교예 3 및 비교예 4보다도 우수하다고 할 수 있다.In general, 0.2% yield strength and creep resistance temperature show a trade-off relationship, that is, when the 0.2% yield strength increases, the creep resistance temperature decreases, and when the creep resistance temperature increases, the 0.2% yield strength decreases. Since both Example 1 and Example 3 are located on the upper right side of the straight line connecting Comparative Example 3 and Comparative Example 4, when judging both the 0.2% yield strength ratio and the creep resistance temperature together, Comparative Example 3 And it can be said to be superior to Comparative Example 4.
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, Ni기 합금과 동등 이상의 강도를 갖고, 또한 산소의 영향을 받기 어려운 오스테나이트강 소결재 및 터빈 부재를 제공할 수 있는 것이 나타났다.As described above, according to the present invention, it has been shown that an austenitic sintered steel material and a turbine member having strength equivalent to or higher than that of Ni-based alloys and less susceptible to the influence of oxygen can be provided.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상기한 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대하여, 다른 구성의 추가·삭제·치환을 하는 것이 가능하다.In addition, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modified examples are included. For example, the above embodiments have been described in detail to easily understand the present invention, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. In addition, it is possible to add/delete/replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
1, 4: 오스테나이트강 분말 결정
2, 5: 결정립계
3, 6: 라베스상
7: Ni기 합금 결정
8: 구 입자 경계(PPB)
9: 델타상
10: 터빈 밸브 케이싱
11: 터빈 디스크1, 4: austenitic steel powder crystal
2, 5: grain boundary
3, 6: Laves statue
7: Ni-based alloy crystal
8: sphere grain boundary (PPB)
9: delta phase
10: turbine valve casing
11: Turbine disk
Claims (12)
상기 오스테나이트강 소결재의 분말 결정의 평균 입경이 10 내지 300㎛인, 오스테나이트강 소결재.In mass%, Ni: 25 to 50%, Cr: 12 to 25%, Nb: 3 to 6%, B: 0.001 to 0.05%, Ti: 1.6% or less, W: 6% or less, Mo: 4.8% or less, Zr: 0.5% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities, As an austenitic steel sintered material,
The average particle diameter of the powder crystals of the austenitic steel sintered material is 10 to 300㎛, the austenitic steel sintered material.
상기 오스테나이트강 소결재의 분말 결정의 평균 입경이 10 내지 300㎛인, 오스테나이트강 소결재.In terms of mass%, Ni: 30 to 45%, Cr: 12 to 20%, Nb: 3 to 5%, B: 0.001 to 0.02%, Ti: 0.3 to 1.3%, W: 5.5% or less, Mo: 2% or less , Zr: 0.3% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities, an austenitic steel sintered material,
The average particle diameter of the powder crystals of the austenitic steel sintered material is 10 to 300㎛, the austenitic steel sintered material.
상기 오스테나이트강 소결재의 분말 결정의 평균 입경이 10 내지 300㎛인, 오스테나이트강 소결재.In mass %, Ni: 30 to 40%, Cr: 15 to 20%, Nb: 3.5 to 4.5%, B: 0.001 to 0.02%, Ti: 0.5 to 1.1% or less, W: 5.5% or less, Zr: 0.3% An austenitic sintered material comprising the following, the remainder being Fe and unavoidable impurities,
The average particle diameter of the powder crystals of the austenitic steel sintered material is 10 to 300㎛, the austenitic steel sintered material.
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