KR20160042018A - 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법 - Google Patents

크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법 Download PDF

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Abstract

크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 외주에 접하도록 내열 피복 부재로 상기 내열 금속재료 부재를 덮어서 고정하고, 상기 내열 피복 부재로 덮은 상기 내열 금속재료 부재를 1000℃이상의 온도로 가열함으로써, 외주로의 방향으로 열팽창하는 내열 금속재료 부재에 대해서 압축력이 작용해서 내열 금속재료 부재의 외주로의 방향의 열팽창을 제어함과 아울러, 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법을 효율 좋게 행하는 것이 가능해진다.

Description

크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법{RESTORATION HEAT-TREATMENT METHOD FOR CREEP-DAMAGED HEAT-RESISTANT METAL MEMBER}
본 발명은 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법에 관한 것이다.
종래, 화력·원자력 발전 플랜트나 화학 플랜트 등에서 사용된 고온부재(예를 들면 보일러나 터빈의 고온 내압 용접부 및 고온 배관, 헤더, 관대 등의 모재 등)에 있어서, 크리프 손상에 의해 열화된 부위를 재생하는 방법으로서, 예를 들면 상기 고온부재를 클램프에 의해 고정하고, 클램프간의 크리프 열화부에 있어서의 클램프 고정 부분으로의 방향에 대한 열팽창을 구속한 상태에서 크리프 열화부를 가열해서 재생 열처리를 행하는 방법(일본 특허공개 2003-253337호 공보) 등이 개발되어 있다.
그러나, 상술한 바와 같은 방법에서는 크리프 열화부를 가열했을 때에 생기는 크리프 열화부에 있어서의 상기 부재의 외주로의 방향의 열팽창을 구속할 수는 없다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재를 가열했을 때에 생기는 상기 부재의 외주로의 방향의 열팽창을 구속해서 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리를 효율적으로 행하는 것이 가능한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법은 후술하는 구성을 구비한다. 보다 구체적으로는,
본 발명은,
(1) 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법으로서, 상기 내열 금속재료 부재의 외주에 접하도록 내열 피복 부재로 상기 내열 금속재료 부재를 덮어서 고정하고, 상기 내열 피복 부재로 덮은 상기 내열 금속재료 부재를 1000℃이상의 온도로 가열하는 것을 포함하는 방법;
(2) 상기 내열 피복 부재로 덮은 상기 내열 금속재료 부재를 1000℃이상의 온도로 가열한 후, 냉각하고, 다시 A1 변태점이상의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 방법;
등이다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면, 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재를 가열했을 때에 생기는 상기 부재의 외주로의 방향의 열팽창을 구속해서 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리를 효율적으로 행하는 것이 가능한 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태로서 설명하는 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법의 개략을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태로서 설명하는 도 1의 개략도의 단면을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 첨부 도면을 참조해서 상세하게 설명한다. 또, 본 발명의 목적, 특징, 이점, 및 그 아이디어는 본 명세서의 기재에 의해 당업자에는 명확하며, 본 명세서의 기재로부터 당업자라면 용이하게 본 발명을 재현할 수 있다. 이하에 기재된 발명의 실시형태 및 도면 등은 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타내는 것이며, 예시 또는 설명을 위해서 나타내어지고 있는 것으로서, 본 발명을 이들에 한정하는 것은 아니다. 본 명세서에서 개시되어 있다 본 발명의 의도 및 범위내에서 본 명세서의 기재에 의거하여 여러가지 수식을 할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명확하다.
도 1은 본 발명의 일실시형태로서 설명하는 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법의 개략을 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 일실시형태로서 설명하는 도 1의 개략도의 단면을 나타내는 도면이다. 또, 본 실시형태에 있어서는 내열 금속재료 부재(10)로서 내열 금속재료를 이용하여 제조되고, 사용에 의해 크리프 손상이 생긴 고온 배관을 예로 들어서 설명하지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 내열 금속재료 부재(10)는 내열 금속재료를 이용하여 제조되고, 사용에 의해 크리프 손상이 생긴 터빈 등의 다른 고온용 부재 등이어도 상관없다.
도 1 및 도 2에 나타내듯이, 본 발명에 따른 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재(10)의 재생 열처리 방법은 우선, 내열 금속재료를 이용하여 제조되고, 사용에 의해 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재(그 용접부(20)를 포함한다. 이하 동일)(10)의 외주에 접하도록 내열 피복 부재(30)로 내열 금속재료 부재(10)를 덮어서 내열 피복 부재(30)를 고정한다. 계속해서, 내열 피복 부재(30)로 덮은 내열 금속재료 부재(10)를 히터(40)에 의해 1000℃이상의 온도에서 소정 시간 가열한다.
이상과 같이, 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재(10)를 내열 피복 부재(30)로 덮어서 고정하고, 1000℃이상의 온도로 가열함으로써, 외주로의 방향으로 열팽창하는 내열 금속재료 부재(10)에 대하여 압축력이 작용해서 내열 금속재료 부재(10)의 외주로의 방향의 열팽창을 억제함과 아울러, 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리를 효율 좋게 행하는 것이 가능해진다. 보다 구체적으로는 내열 금속재료 부재(10)의 외주로의 방향의 열팽창력을 이용해서 크리프 보이드나 균열을 효율 좋게 보수하고, 또한 내열 금속재료 부재(10)의 조직이 신재(新材)의 상태(예를 들면 오스테나이트 조직)로 되돌아와서 내열 금속재료 부재(10)의 수명을 연장시키는 것이 가능해진다.
본 발명에 따른 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법은 내열 피복 부재(30)로 내열 금속재료 부재(10)를 덮어서 고정하기 전에 내열 피복 부재(30)를 덮는 부분에 대하여 에칭 처리, 또는 숏피닝을 실시해서 에칭 처리를 행하는 것으로 해도 좋다. 이들 처리에 의해, 내열 금속재료 부재(10)의 표층에 대하여 소성변형에 의한 가공경화를 행하거나, 내열 금속재료 부재(10)의 표면에 압축 잔류 응력을 부여하거나, 내열 금속재료 부재(10)의 표면의 산화막을 제거하거나 하는 것이 가능해진다.
또한 본 발명에 따른 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법은 내열 피복 부재(30)로 덮은 내열 금속재료 부재(10)를 히터(40)에 의해 1000℃이상의 온도로 가열한 후, 잔류 응력을 제거(저감)하기 위해서 스트레스 릴리프나 텐션 어닐 등의 처리를 행해도 좋다. 보다 구체적으로는, 내열 피복 부재(30)로 덮은 내열 금속재료 부재(10)를 히터(40)에 의해 1000℃이상의 온도로 가열한 후에, 일단 상온까지 냉각하고, 다시 A1 변태점이상의 온도(바람직하게는, 1000℃+10∼100℃)에서 소정 시간(예를 들면 수시간∼24시간 정도) 가열하는 것으로 해도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법은 내열 금속재료 부재(10)의 크리프 열화부를 내열 피복 부재(30)로 덮어서 히터(40)에 의해 가열했을 때에 생기는 내열 금속재료 부재(10)의 길이 방향에 대해서 외향(내열 금속재료 부재(10)의 단부 방향)으로의 열팽창을 구속하기 위해서 히터(40)에 의해 가열하고 있는 부분을 끼우도록 해서 히터(40)로 가열하지 않는 부분의 내열 금속재료 부재(10)를, 예를 들면 2개의 클램프 등에 의해 고정해도 좋다. 이에 따라 크리프 보이드·균열 등을 보다 효율적으로 보수하는 것이 가능해진다.
또, 내열 금속재료 부재(10)의 전체에 대하여 히터(40)에 의해 가열하는 부분이 작은 경우에는 히터(40)에 의해 가열되어 있지 않은 부분에 의해 히터(40)로 가열하고 있는 부분에 있어서의 내열 금속재료 부재(10)의 길이 방향에 대하여 외향으로의 열팽창이 구속되므로 히터(40)로 가열하지 않는 부분의 내열 금속재료 부재(10)를 클램프 등에 의해 고정할 필요는 없다.
부재(10)의 내열 금속재료로서는, 예를 들면 0.3Mo강, 0.5Mo강, 0.5Cr-0.5Mo강, 1Cr-0.2Mo강, 1Cr-0.5Mo강, 1.25Cr-0.5Mo강, 2.25Cr-1Mo강, 5Cr-0.5Mo강, 7Cr-0.5Mo강, 9Cr-1Mo강, 0.3Cr-Mo-V강, 0.5Cr-Mo-V강, 9Cr-Mo-V강, 12Cr-Mo-V강, 1Cr-1.25Mo-0.25V강, 9Cr-1Mo-W강, SUS304, SUS304L, SUS316, SUS316L, SUS316TI, SUS317, SUS321, SUS347H, SUS310S, Super304, SUS904L, NCF600, NCF601, NCF800, NCF800H 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니고, 화력·원자력 발전 유닛 외의 고온 플랜트에서 채용되고 있는 부재의 공지재료를 적용할 수 있다.
내열 피복 부재(30)는 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재(10)의 외주에 접하도록 내열 금속재료 부재(10)를 덮을 수 있고, 상기 가열 온도로 가열했을 때에 생기는 내열 금속재료 부재(10)의 외주로의 방향의 열팽창을 억제해서 내열 금속재료 부재(10)의 형상을 거의 유지할 수 있는 내열 재료로 이루어지는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 상기 가열온도이상의 온도에 있어서 내열 금속재료 부재(10)보다 열팽창율이 낮은 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또, 내열 피복 부재(30)가 내열 금속 부재(10)에 비해서 열팽창율이 같은 정도이며 내열 금속재료 부재(10)와는 다른 내열 재료, 또는 내열 금속재료 부재(10)보다 열팽창율이 높은 내열 재료로 구성되어 있는 경우에는, 상기 가열 온도로 가열했을 때에 생기는 내열 피복 부재(30)의 열팽창을 억제하기 위해서, 상기 가열온도이상의 온도에 있어서의 열팽창율이 내열 금속재료 부재(10)에 비해서 낮은 내열 재료부재에 의해 내열 피복 부재(30)의 외주를 고정하고, 내열 피복 부재(30)의 형상을 유지해도 좋다.
내열 피복 부재(30)의 내열 재료로서는, 예를 들면 알루미나, 지르코니아, 질화알루미늄, 탄화규소, 질화규소, 코디어라이트, 사이알론, 지르콘, 뮬라이트 등의 세라믹스, Alloy903, Alloy909, HRA929 등의 합금 등을 들 수 있다.
내열 피복 부재(30)는, 예를 들면 끈, 플레이트, 클램프 등의 형상을 하고 있고, 이들의 고정은, 예를 들면 끈형상이나 플레이트형상의 내열 피복 부재(30)를 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재(10)의 외주에 권취함으로써 행해도 좋고, 클램프형상의 내열 피복 부재(30)를 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재(10)의 외주에 부착함으로써 행해도 좋고, 플레이트 등의 형상을 한 내열 피복 부재(30)를 클램프나 나사 등의 고정구에 의해 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 외주에 부착함으로써 행해도 좋다. 또, 본 실시형태에 있어서는 내열 피복 부재(30)는 2개의 대략 반원호 단면형상을 갖는 금구로 이루어지고, 이들 금구의 플랜지에 부착되는 나사부재(35)에 의해 상기 금구의 내면이 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재(10)의 외주에 접하도록 해서 내열 피복 부재(30)가 내열 금속재료 부재(10)의 표면에 고정되어 있다. 상기 나사부재(35)는, 예를 들면 내열 피복 부재(30)와 같은 재료로 제조되어 있다.
내열 피복 부재(30)로 덮은 내열 금속재료 부재(10)의 가열온도는 1000℃이상의 온도이면 특별히 제한되는 것은 아니지만, 부재(10)의 내열 금속재료 중 A3 변태점이 가장 높은 성분의 A3 변태점이상의 온도(바람직하게는, 1000℃+10∼100℃)에서 소정 시간(예를 들면 수시간∼24시간 정도) 가열하는 것이 바람직하다. 또, 본 실시형태에 있어서는 가열 장치로서 내열 피복 부재(30)로 덮은 내열 금속재료 부재(10)의 외주로부터 가열 가능한 고주파 가열 히터(40)를 사용하는 것으로 하고 있지만, 내열 피복 부재(30)로 덮은 부분에 있어서의 내열 금속재료 부재(10)를 가열할 수 있는 것이면 특별히 제한되는 것은 아니다.
10: 내열 금속재료 부재
20: 용접부
30: 내열 피복 부재
35: 나사부재
40: 고주파 가열 히터

Claims (2)

  1. 크리프 손상이 생긴 내열 금속재료 부재의 재생 열처리 방법으로서,
    상기 내열 금속재료 부재의 외주에 접하도록 내열 피복 부재로 상기 내열 금속재료 부재를 덮어서 고정하고,
    상기 내열 피복 부재로 덮은 상기 내열 금속재료 부재를 1000℃이상의 온도로 가열하는 것을 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내열 피복 부재로 덮은 상기 내열 금속재료 부재를 1000℃이상의 온도로 가열한 후, 냉각하고, 다시 A1 변태점이상의 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 방법.
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