KR20240000854A - Heat-resistant steel with improved high-temperature properties and bolt-nut fastening member used for turbine casing for thermal power comprising the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 0.09 내지 0.15 중량%의 탄소(C); 0 중량% 초과 0.18 중량% 이하의 규소(Si); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 망간(Mn); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 구리(Cu); 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하의 니켈(Ni); 10.0 내지 10.5 중량%의 크롬(Cr); 0.65 내지 0.75 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.15 내지 0.25 중량%의 바나듐(V); 0 중량% 초과 0.04 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0.06 내지 0.12 중량%의 니오븀(Nb); 1.7 내지 1.9 중량%의 텅스텐(W); 3.0 내지 3.5 중량%의 코발트(Co); 0 중량% 초과 0.015 중량% 이하의 인(P); 0 중량% 초과 0.01 중량% 이하의 황(S); 0.003 내지 0.008 중량%의 붕소(B); 0.01 내지 0.035 중량%의 질소(N); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 우수한 고온 특성을 가지는 내열강 및 상기 내열강으로 이루어진 터빈 케이싱용 볼트 너트 체결 부재에 대한 것이다. The present invention provides 0.09 to 0.15% by weight of carbon (C); Silicon (Si) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.18% by weight; Manganese (Mn) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; Copper (Cu) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; Nickel (Ni) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.2% by weight; 10.0 to 10.5% by weight chromium (Cr); 0.65 to 0.75% by weight molybdenum (Mo); 0.15 to 0.25% by weight of vanadium (V); Aluminum (Al) exceeding 0% by weight and not exceeding 0.04% by weight; 0.06 to 0.12 weight percent niobium (Nb); 1.7 to 1.9 weight percent tungsten (W); 3.0 to 3.5% by weight of cobalt (Co); Phosphorus (P) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.015% by weight; Sulfur (S) of more than 0% by weight and less than or equal to 0.01% by weight; 0.003 to 0.008 weight percent boron (B); 0.01 to 0.035 weight percent nitrogen (N); The present invention relates to a heat-resistant steel having excellent high-temperature characteristics, including iron (Fe) residues and other inevitable impurities, and a bolt-nut fastening member for a turbine casing made of the heat-resistant steel.

Description

향상된 고온 특성을 가지는 내열강 및 이를 포함하는 화력발전 터빈 케이싱용 볼트 너트 체결 부재{HEAT-RESISTANT STEEL WITH IMPROVED HIGH-TEMPERATURE PROPERTIES AND BOLT-NUT FASTENING MEMBER USED FOR TURBINE CASING FOR THERMAL POWER COMPRISING THE SAME}Heat-resistant steel with improved high-temperature properties and bolt-nut fastening members for thermal power turbine casings containing the same

본 발명은 신규한 내열강에 대한 것으로서, 보다 상세하게는, 화력발전소 터빈 케이싱의 체결을 위한 볼트 너트 체결 부재의 소재로 최적화된 고온 특성을 가지는 내열강에 대한 것이다.The present invention relates to a novel heat-resistant steel, and more specifically, to a heat-resistant steel with high temperature characteristics optimized as a material for bolt and nut fastening members for fastening thermal power plant turbine casings.

터빈 케이싱은 터빈의 블레이드 회전체의 외부를 덮고 있는 기밀실로서, 증기가 일을 하기 위한 공간을 제공하며, 내부에 격막(Diaphragm) 및 팩킹(Packing)이 조립되어 있다. 터빈 케이싱은 구조상 고압 터빈, 중압 터빈, 저압 터빈으로 구분되며, 분해 및 조립이 용이하도록 수평중심면에 상하 이분할되어 있으며, 이를 체결하기 위해 케이싱 볼트로 결합한다. The turbine casing is an airtight chamber that covers the outside of the turbine's blade rotor, providing space for steam to do work, and has a diaphragm and packing assembled inside. The turbine casing is structurally divided into high-pressure turbines, medium-pressure turbines, and low-pressure turbines. It is divided into upper and lower halves on the horizontal center plane for easy disassembly and assembly, and is joined with casing bolts to fasten them.

터빈 정비 시에는 케이싱을 분해하여 내부에 로터(Rotor), 블레이드(Blade), 격막(Diaphragm), 팩킹(Packing)을 점검 및 정비하는데, 이를 위해 케이싱 볼트의 분해조립이 선행되어야 하며 볼트의 분해조립은 히터를 이용하여 볼트를 가열시켜 열팽창 된 후, 냉각 시 수축력을 이용해 단단히 체결되도록 고안되었다. When servicing a turbine, the casing is disassembled to inspect and maintain the rotor, blades, diaphragm, and packing inside. For this, disassembly and assembly of the casing bolts must be preceded by disassembly and assembly of the bolts. It is designed to heat the bolt using a heater to thermally expand it and then tighten it tightly using contraction force when cooled.

케이싱 볼트는 일반 볼트와 달리 길이가 최대 1,620mm에 달하며, 재질은 12Cr강, Inconel 718 등을 주로 사용하며, 볼트 내부의 중공(Hollow)으로 되어 있어서 도 1과 같이 볼트 가열부를 중공에 직접 삽입시켜 가열시키는 구조이다. Casing bolts, unlike regular bolts, have a length of up to 1,620 mm, and are mainly made of 12Cr steel and Inconel 718. The casing bolts are hollow inside the bolt, so the bolt heating part can be directly inserted into the hollow as shown in Figure 1. It is a heating structure.

이처럼 고온의 환경에서 사용되는 케이싱 볼트와 너트는 장시간 사용 시 열팽창으로 인해 파손 혹은 부품 간의 고착으로 연결되는 손상 메커니즘을 가지고 있다. 특히 발전소 가동 중에 케이싱 볼트의 파손이 발생될 경우 장기간 정지하여 정비공수를 유발하고, 고액의 전기생산 손실을 야기시킬 수 있다. 따라서 우수한 고온 특성을 가지는 소재의 개발이 더욱 필요하다고 할 수 있다. Casing bolts and nuts used in such high-temperature environments have a damage mechanism that leads to damage or adhesion between parts due to thermal expansion when used for a long time. In particular, if casing bolts are damaged during operation of a power plant, it may result in long-term shutdown, resulting in maintenance man-hours and large losses in electricity production. Therefore, it can be said that further development of materials with excellent high-temperature characteristics is needed.

대한민국 공개특허 제10-2019-0044154 호 (공개일: 2019.04.30)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0044154 (Publication date: 2019.04.30) 대한민국 공개특허 제10-2022-0025240호 (공개일: 2022.03.03)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2022-0025240 (Publication date: 2022.03.03)

본 발명은 화력발전 터빈 케이싱용 볼트 및 너트의 소재로 적합한 우수한 고온 특성을 가지는 신규 내열강 및 이를 포함하는 화력발전 터빈 케이싱용 체결 부재로서 볼트 및 너트로 구성된 체결 부재의 제공을 그 목적으로 한다. The purpose of the present invention is to provide a new heat-resistant steel with excellent high-temperature properties suitable as a material for bolts and nuts for thermal power turbine casings, and a fastening member composed of bolts and nuts for thermal power turbine casings containing the same.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 0.09 내지 0.15 중량%의 탄소(C); 0 중량% 초과 0.18 중량% 이하의 규소(Si); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 망간(Mn); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 구리(Cu); 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하의 니켈(Ni); 10.0 내지 10.5 중량%의 크롬(Cr); 0.65 내지 0.75 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.15 내지 0.25 중량%의 바나듐(V); 0 중량% 초과 0.04 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0.06 내지 0.12 중량%의 니오븀(Nb); 1.7 내지 1.9 중량%의 텅스텐(W); 3.0 내지 3.5 중량%의 코발트(Co); 0 중량% 초과 0.015 중량% 이하의 인(P); 0 중량% 초과 0.01 중량% 이하의 황(S); 0.003 내지 0.008 중량%의 붕소(B); 0.01 내지 0.035 중량%의 질소(N); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 우수한 고온 특성을 가지는 내열강을 제안한다.In order to solve the above problem, the present invention includes 0.09 to 0.15% by weight of carbon (C); Silicon (Si) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.18% by weight; Manganese (Mn) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; Copper (Cu) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; Nickel (Ni) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.2% by weight; 10.0 to 10.5% by weight chromium (Cr); 0.65 to 0.75% by weight molybdenum (Mo); 0.15 to 0.25% by weight of vanadium (V); Aluminum (Al) exceeding 0% by weight and not exceeding 0.04% by weight; 0.06 to 0.12 weight percent niobium (Nb); 1.7 to 1.9 weight percent tungsten (W); 3.0 to 3.5% by weight of cobalt (Co); Phosphorus (P) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.015% by weight; Sulfur (S) of more than 0% by weight and less than or equal to 0.01% by weight; 0.003 to 0.008 weight percent boron (B); 0.01 to 0.035 weight percent nitrogen (N); We propose a heat-resistant steel with excellent high-temperature characteristics that contains iron (Fe) residues and other unavoidable impurities.

또한, 본 발명은 상기 내열강의 제조방법으로서, (a) 0.09 내지 0.15 중량%의 탄소(C); 0 중량% 초과 0.18 중량% 이하의 규소(Si); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 망간(Mn); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 구리(Cu); 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하의 니켈(Ni); 10.0 내지 10.5 중량%의 크롬(Cr); 0.65 내지 0.75 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.15 내지 0.25 중량%의 바나듐(V); 0 중량% 초과 0.04 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0.06 내지 0.12 중량%의 니오븀(Nb); 1.7 내지 1.9 중량%의 텅스텐(W); 3.0 내지 3.5 중량%의 코발트(Co); 0 중량% 초과 0.015 중량% 이하의 인(P); 0 중량% 초과 0.01 중량% 이하의 황(S); 0.003 내지 0.008 중량%의 붕소(B); 0.01 내지 0.035 중량%의 질소(N); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 주조(casting)하여 합금을 제조하는 단계; (b) 상기 합금을 소성 가공하는 단계; (c) 상기 합금을 1100℃로 가열하고 소정의 시간 동안 유지한 후 급냉하는 열처리 단계; 및 (d) 상기 합금을 650℃에서 소정의 시간 동안 유지하는 템퍼링(tempering) 열처리 단계;를 포함하는 내열강의 제조방법을 제안한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing the heat-resistant steel, including (a) 0.09 to 0.15% by weight of carbon (C); Silicon (Si) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.18% by weight; Manganese (Mn) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; Copper (Cu) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; Nickel (Ni) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.2% by weight; 10.0 to 10.5% by weight chromium (Cr); 0.65 to 0.75% by weight molybdenum (Mo); 0.15 to 0.25% by weight of vanadium (V); Aluminum (Al) exceeding 0% by weight and not exceeding 0.04% by weight; 0.06 to 0.12 weight percent niobium (Nb); 1.7 to 1.9 weight percent tungsten (W); 3.0 to 3.5% by weight of cobalt (Co); Phosphorus (P) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.015% by weight; Sulfur (S) of more than 0% by weight and less than or equal to 0.01% by weight; 0.003 to 0.008 weight percent boron (B); 0.01 to 0.035 weight percent nitrogen (N); Manufacturing an alloy by casting molten metal containing iron (Fe) residues and other unavoidable impurities; (b) plastic working the alloy; (c) a heat treatment step of heating the alloy to 1100°C, maintaining it for a predetermined time, and then rapidly cooling it; and (d) a tempering heat treatment step of maintaining the alloy at 650°C for a predetermined time.

그리고, 본 발명은 0.12 내지 0.16 중량%의 탄소(C); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 규소(Si); 0.3 내지 0.7 중량%의 망간(Mn); 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하의 구리(Cu); 0.35 내지 0.65 중량%의 니켈(Ni); 10.0 내지 11.0 중량%의 크롬(Cr); 0.3 내지 0.5 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.14 내지 0.20 중량%의 바나듐(V); 0 중량% 초과 0.04 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0.05 내지 0.11 중량%의 니오븀(Nb); 1.5 내지 1.9 중량%의 텅스텐(W); 0 중량% 초과 0.02 중량% 이하의 인(P); 0 중량% 초과 0.015 중량% 이하의 황(S); 0.04 내지 0.08 중량%의 질소(N); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 우수한 고온 특성을 가지는 내열강을 제안한다.And, the present invention is 0.12 to 0.16% by weight of carbon (C); Silicon (Si) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; 0.3 to 0.7% by weight of manganese (Mn); Copper (Cu) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.5% by weight; 0.35 to 0.65% by weight of nickel (Ni); 10.0 to 11.0 weight percent chromium (Cr); 0.3 to 0.5% by weight molybdenum (Mo); 0.14 to 0.20 weight percent vanadium (V); Aluminum (Al) exceeding 0% by weight and not exceeding 0.04% by weight; 0.05 to 0.11 weight percent niobium (Nb); 1.5 to 1.9 weight percent tungsten (W); Phosphorus (P) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.02% by weight; Sulfur (S) of more than 0% by weight and less than or equal to 0.015% by weight; 0.04 to 0.08 weight percent nitrogen (N); We propose a heat-resistant steel with excellent high-temperature characteristics that contains iron (Fe) residues and other unavoidable impurities.

또한, 본 발명은 상기 내열강의 제조방법으로서, (a) 0.12 내지 0.16 중량%의 탄소(C); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 규소(Si); 0.3 내지 0.7 중량%의 망간(Mn); 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하의 구리(Cu); 0.35 내지 0.65 중량%의 니켈(Ni); 10.0 내지 11.0 중량%의 크롬(Cr); 0.3 내지 0.5 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.14 내지 0.20 중량%의 바나듐(V); 0 중량% 초과 0.04 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0.05 내지 0.11 중량%의 니오븀(Nb); 1.5 내지 1.9 중량%의 텅스텐(W); 0 중량% 초과 0.02 중량% 이하의 인(P); 0 중량% 초과 0.015 중량% 이하의 황(S); 0.04 내지 0.08 중량%의 질소(N); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 주조(casting)하여 합금을 제조하는 단계; (b) 상기 합금을 소성 가공하는 단계; (c) 상기 합금을 1100℃로 가열하고 소정의 시간 동안 유지한 후 급냉하는 열처리 단계; 및 (d) 상기 합금을 650℃에서 소정의 시간 동안 유지하는 템퍼링(tempering) 열처리 단계;를 포함하는 제3항에 기재된 내열강의 제조방법을 제안한다.In addition, the present invention provides a method for manufacturing the heat-resistant steel, including (a) 0.12 to 0.16% by weight of carbon (C); Silicon (Si) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; 0.3 to 0.7% by weight of manganese (Mn); Copper (Cu) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.5% by weight; 0.35 to 0.65% by weight of nickel (Ni); 10.0 to 11.0 weight percent chromium (Cr); 0.3 to 0.5% by weight molybdenum (Mo); 0.14 to 0.20 weight percent vanadium (V); Aluminum (Al) exceeding 0% by weight and not exceeding 0.04% by weight; 0.05 to 0.11 weight percent niobium (Nb); 1.5 to 1.9 weight percent tungsten (W); Phosphorus (P) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.02% by weight; Sulfur (S) of more than 0% by weight and less than or equal to 0.015% by weight; 0.04 to 0.08 weight percent nitrogen (N); Manufacturing an alloy by casting molten metal containing iron (Fe) residues and other unavoidable impurities; (b) plastic working the alloy; (c) a heat treatment step of heating the alloy to 1100°C, maintaining it for a predetermined time, and then rapidly cooling it; and (d) a tempering heat treatment step of maintaining the alloy at 650°C for a predetermined time.

나아가, 본 발명은 전술한 내열강으로 이루어진 터빈 케이싱을 체결하기 위한 체결 부재로서 볼트 및 너트로 구성된 체결 부재를 제안한다. Furthermore, the present invention proposes a fastening member composed of bolts and nuts as a fastening member for fastening the turbine casing made of the above-described heat-resistant steel.

본 발명에 따른 내열강은 화력발전소 터빈 케이싱의 체결을 위한 볼트 너트 체결 부재의 소재로 최적화된 고온 특성을 가져 터빈 케이싱 볼트 및 너트의 국산화를 가능케 하며, 나아가 고온용 부품 소재 및 열처리, 제조 공정 기술을 확립에 기여해 그 적용 영역을 다른 부품에도 확대 및 적용함에 있어서 잠재력을 가진다. The heat-resistant steel according to the present invention has high temperature characteristics optimized as a material for bolt and nut fastening members for fastening turbine casings in thermal power plants, enabling local production of turbine casing bolts and nuts, and further developing high-temperature component materials, heat treatment, and manufacturing process technology. It contributes to the establishment and has the potential to expand and apply its application area to other parts.

도 1은 터빈 케이싱 볼트의 구조 및 분해 공정을 보여주는 개념도이다.
도 2는 본원 실시예 1의 조성 1에 따른 내열강(MTB10AA 대응 소재) 시편의 미세조직을 보여주는 광학현미경 사진이다.
도 3은 본원 실시예 1의 조성 2에 따른 내열강(10705MBU 대응 소재) 시편의 미세조직을 보여주는 광학현미경 사진이다.
도 4는 상용 소재(MTB10AA) 시편의 SEM-EDS Mapping 결과이다.
도 5는 본원 실시예 1의 조성 1에 따른 내열강(MTB10AA 대응 소재) 시편의 SEM-EDS Mapping 결과이다.
도 6은 상용 소재(10705MBU) 시편의 SEM-EDS Mapping 결과이다.
도 7은 본원 실시예 1의 조성 2에 따른 내열강(10705MBU 대응 소재) 시편의 SEM-EDS Mapping 결과이다.
Figure 1 is a conceptual diagram showing the structure and disassembly process of a turbine casing bolt.
Figure 2 is an optical microscope photograph showing the microstructure of a heat-resistant steel (MTB10AA compatible material) specimen according to Composition 1 of Example 1 of the present application.
Figure 3 is an optical microscope photograph showing the microstructure of a heat-resistant steel (10705MBU compatible material) specimen according to Composition 2 of Example 1 herein.
Figure 4 shows the SEM-EDS Mapping results of a commercial material (MTB10AA) specimen.
Figure 5 is the SEM-EDS Mapping result of a heat-resistant steel (MTB10AA compatible material) specimen according to Composition 1 of Example 1 of the present application.
Figure 6 shows the SEM-EDS Mapping results of a commercial material (10705MBU) specimen.
Figure 7 shows the SEM-EDS Mapping results of a heat-resistant steel (10705MBU compatible material) specimen according to Composition 2 of Example 1 of the present application.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate the existence of a described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or numbers. It should be understood that this does not preclude the existence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 화력발전소 터빈 케이싱의 체결용 볼트 및 너트 등 장시간 고온 환경에 노출되는 부품의 소재로 적합한 우수한 내열 특성을 가지는 신규한 내열강에 대한 것이다. The present invention relates to a novel heat-resistant steel with excellent heat-resistant properties suitable as a material for parts exposed to a high temperature environment for a long time, such as bolts and nuts for fastening the turbine casing of a thermal power plant.

본 발명에 따른 향상된 고온 특성을 가지는 내열강은, 0.09 내지 0.15 중량%의 탄소(C); 0 중량% 초과 0.18 중량% 이하의 규소(Si); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 망간(Mn); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 구리(Cu); 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하의 니켈(Ni); 10.0 내지 10.5 중량%의 크롬(Cr); 0.65 내지 0.75 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.15 내지 0.25 중량%의 바나듐(V); 0 중량% 초과 0.04 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0.06 내지 0.12 중량%의 니오븀(Nb); 1.7 내지 1.9 중량%의 텅스텐(W); 3.0 내지 3.5 중량%의 코발트(Co); 0 중량% 초과 0.015 중량% 이하의 인(P); 0 중량% 초과 0.01 중량% 이하의 황(S); 0.003 내지 0.008 중량%의 붕소(B); 0.01 내지 0.035 중량%의 질소(N); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다. The heat-resistant steel with improved high-temperature properties according to the present invention contains 0.09 to 0.15% by weight of carbon (C); Silicon (Si) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.18% by weight; Manganese (Mn) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; Copper (Cu) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; Nickel (Ni) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.2% by weight; 10.0 to 10.5% by weight chromium (Cr); 0.65 to 0.75% by weight molybdenum (Mo); 0.15 to 0.25% by weight of vanadium (V); Aluminum (Al) exceeding 0% by weight and not exceeding 0.04% by weight; 0.06 to 0.12 weight percent niobium (Nb); 1.7 to 1.9 weight percent tungsten (W); 3.0 to 3.5% by weight of cobalt (Co); Phosphorus (P) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.015% by weight; Sulfur (S) of more than 0% by weight and less than or equal to 0.01% by weight; 0.003 to 0.008 weight percent boron (B); 0.01 to 0.035 weight percent nitrogen (N); It is characterized by containing iron (Fe) residues and other inevitable impurities.

또한, 본 발명에 따른 향상된 고온 특성을 가지는 또 다른 내열강은, 0.12 내지 0.16 중량%의 탄소(C); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 규소(Si); 0.3 내지 0.7 중량%의 망간(Mn); 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하의 구리(Cu); 0.35 내지 0.65 중량%의 니켈(Ni); 10.0 내지 11.0 중량%의 크롬(Cr); 0.3 내지 0.5 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.14 내지 0.20 중량%의 바나듐(V); 0 중량% 초과 0.04 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0.05 내지 0.11 중량%의 니오븀(Nb); 1.5 내지 1.9 중량%의 텅스텐(W); 0 중량% 초과 0.02 중량% 이하의 인(P); 0 중량% 초과 0.015 중량% 이하의 황(S); 0.04 내지 0.08 중량%의 질소(N); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, another heat-resistant steel having improved high-temperature properties according to the present invention includes 0.12 to 0.16% by weight of carbon (C); Silicon (Si) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; 0.3 to 0.7% by weight of manganese (Mn); Copper (Cu) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.5% by weight; 0.35 to 0.65% by weight of nickel (Ni); 10.0 to 11.0 weight percent chromium (Cr); 0.3 to 0.5% by weight molybdenum (Mo); 0.14 to 0.20 weight percent vanadium (V); Aluminum (Al) exceeding 0% by weight and not exceeding 0.04% by weight; 0.05 to 0.11 weight percent niobium (Nb); 1.5 to 1.9 weight percent tungsten (W); Phosphorus (P) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.02% by weight; Sulfur (S) of more than 0% by weight and less than or equal to 0.015% by weight; 0.04 to 0.08 weight percent nitrogen (N); It is characterized by containing iron (Fe) residues and other inevitable impurities.

한편, 본 발명에 따른 우수한 고온 특성을 가지는 내열강에 있어서 상기와 같이 합금 원소 및 해당 함량(%는 중량%를 의미함)을 한정한 이유는 아래와 같다.Meanwhile, in the heat-resistant steel with excellent high-temperature characteristics according to the present invention, the reason for limiting the alloy elements and their contents (% means weight%) as described above is as follows.

① 탄소 (C)① Carbon (C)

강의 조직 및 강도에 영향을 주는 원소이다. Creep 특성에 관해서는 V, Nb 등의 첨가량에 따라 Creep 파단 강도에 가장 적합한 C 함유량, N 함유량이 변화한다. C는 마르텐사이트 변태를 촉진시키고 합금중의 Fe, Cr, Mo, V, Nb, W 등과 결합하여 탄화물을 형성하고 고온강도를 높이며, 탄화물이 적으면 (Fe, Cr)₂(Mo,W)형의 금속간 화합물인 라베스(Laves)상의 응집, 조대화가 촉진되어 고온 Creep 강도가 저하된다. 이와 같은 관점에서 0.08~0.16% 범위가 적합하다. It is an element that affects the structure and strength of steel. Regarding creep characteristics, the C content and N content most suitable for creep rupture strength change depending on the amount of V, Nb, etc. added. C promotes martensite transformation and combines with Fe, Cr, Mo, V, Nb, and W in the alloy to form carbides and increase high-temperature strength. If the carbides are small, it forms (Fe, Cr)₂(Mo, W). Cohesion and coarsening of the Laves phase, an intermetallic compound, are promoted and high temperature creep strength is reduced. From this perspective, the range of 0.08 to 0.16% is appropriate.

② 크롬 (Cr) ② Chrome (Cr)

내식성 및 내산화성을 향상시키는 원소이다. 강재의 사용 온도 상승과 함께 그 첨가량을 증가시킬 필요가 있다. Cr은 Re과 함께 650℃에서 장시간 Creep 강도의 저하를 제어하는 주요 원소이며, Cr의 첨가량을 엄격히 제한함으로써 고온에서 Creep 강도를 장시간에 걸쳐서 유지하는 것이 가능하다. It is an element that improves corrosion resistance and oxidation resistance. It is necessary to increase the amount added along with the increase in the use temperature of steel. Cr, along with Re, is a major element that controls the decline in creep strength over a long period of time at 650°C, and by strictly limiting the amount of Cr added, it is possible to maintain creep strength at high temperatures over a long period of time.

일반적으로 8~12% Cr의 페라이트계 내열강은 600℃ 고응력·단시간(1000~2000hr)에서 δ-ferrite가 발생하지 않는 범위 내에서 고Cr측이 유리하다고 하였으나 Cr이 9.8%를 넘으면 마르텐사이트 조직이 연화되고 고온 Creep 강도가 저하한다. Re을 첨가할 경우 고온 Creep 강도 저하의 억제 효과가 있으므로 8.5~10.2%로 하는 것이 양호하다. In general, for 8-12% Cr ferritic heat-resistant steel, it is said that high Cr side is advantageous as long as δ-ferrite does not occur at 600℃ high stress and short time (1000-2000 hr), but if Cr exceeds 9.8%, martensite structure is formed. This softens and the high temperature creep strength decreases. When adding Re, it has the effect of suppressing the decrease in high-temperature creep strength, so it is good to set it at 8.5 to 10.2%.

가속 Creep 억제 파라미터가 0 이하로 되어야 기지중에 석출되는 라베스상의 조대화를 제어할 수 있고, Creep 변형이 불연속적으로 가속되기 시작하는 5만 시간 이상으로 할 수 있다. The acceleration creep suppression parameter must be set to 0 or less to control the coarsening of the Laves phase precipitated in the matrix, and can be set to more than 50,000 hours, when creep deformation begins to accelerate discontinuously.

·가속 Creep 억제 파라미터 계산식 ·Acceleration creep suppression parameter calculation formula

3[%Cr] + [%Mo] + [%W] - 15[%Re] - 31.53[%Cr] + [%Mo] + [%W] - 15[%Re] - 31.5

이러한 Re의 첨가는 소재의 고온 특성 개선에 효과가 뛰어나지만 매우 고가이므로 본 연구에서는 Micro Alloy의 투입량을 조절하여 소재의 고온 특성 개선을 이루고자 하며 Cr은 10~11% 범위로 한정한다. The addition of Re is effective in improving the high-temperature properties of the material, but is very expensive. Therefore, this study aims to improve the high-temperature properties of the material by controlling the amount of Micro Alloy added, and Cr is limited to the range of 10-11%.

③ 몰리브덴 (Mo) ③ Molybdenum (Mo)

고용 강화와 석출 강화에 의해 고온 강도를 증대시킨다. Mo는 탄화물의 응집 조대화를 억제하고, 합금 중에 고용하여 기지를 고용강화시키며, 기지에 라베스상으로 미세분산 석출하여 고온강도, 및 고온 Creep 강도를 향상시킨다. 과잉으로 첨가하면 δ-ferrite를 생성하기 쉽게 되고, 라베스상의 응집 조대화를 촉진시키므로 0.1~1.5%로 한정하며, 보다 바람직하게는 0.3~0.75%이다. High-temperature strength is increased through solid solution strengthening and precipitation strengthening. Mo suppresses the cohesion and coarsening of carbides, strengthens the matrix through solid solution in the alloy, and improves high-temperature strength and high-temperature creep strength by precipitating in fine dispersion in the matrix in the form of Laves. If added in excess, it is easy to generate δ-ferrite and promotes coarsening of Laves phase agglomeration, so it is limited to 0.1 to 1.5%, more preferably 0.3 to 0.75%.

④ 텅스템 (W) ④ Tongue stem (W)

탄화물의 응집 조대화를 억제하고, 합금중에 고용하여 기지를 고용강화시키고, 기지에 라스베스상으로서 미세 분산석출하여 고온강도 및 Creep 강도를 향상시킨다. 5%를 초과하면 δ-ferrite를 생성하기 쉽게 되고, 라베스상의 응집 조대화를 촉진시키므로 1.2~4%로 한정하며, 보다 바람직하게는 1.5~1.9%이다. It suppresses the cohesion and coarsening of carbides, strengthens the matrix through solid solution in the alloy, and improves high-temperature strength and creep strength by finely dispersing and precipitating it as a lasbes phase in the matrix. If it exceeds 5%, it becomes easy to generate δ-ferrite and promotes coarsening of Laves phase agglomeration, so it is limited to 1.2 to 4%, and more preferably 1.5 to 1.9%.

⑤ 바나듐 (V) ⑤ Vanadium (V)

V는 미세 탄화물 및 탄질화물을 형성하고, 고온 Creep 강도를 향상시키나, 탄화물이 과다하면 고온강도를 저하시키므로 0.1~0.25%로 한정하며, 보다 바람직하게는 0.14~0.25%이다. V forms fine carbides and carbonitrides and improves high-temperature creep strength, but if the carbide is excessive, it reduces high-temperature strength, so it is limited to 0.1 to 0.25%, and more preferably 0.14 to 0.25%.

⑥ 니오븀 (Nb) ⑥ Niobium (Nb)

Nb은 미세 탄화물 및 탄질화물을 형성하고, 고온 Creep 강도를 향상시키며, 결정입자의 미세화를 촉진하여 저온인성을 향상시키는 원소이다. 지금까지의 실험결과에 의하면 Creep 파단강도는 Nb 0.05%이 최적이다. 이 Nb 값은 고용한도를 넘고 있지만 고용할 수 없던 Nb는 NbC가 되고, 풀림시의 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하는데 효과가 있다. 본 발명에서 Nb 함량은 0.05~0.12%로 한정한다. Nb is an element that forms fine carbides and carbonitrides, improves high-temperature creep strength, and improves low-temperature toughness by promoting refinement of crystal grains. According to the experimental results so far, the creep rupture strength of 0.05% Nb is optimal. This Nb value exceeds the solubility limit, but the Nb that could not be dissolved becomes NbC, which is effective in suppressing the coarsening of austenite grains during annealing. In the present invention, the Nb content is limited to 0.05-0.12%.

⑦ 코발트 (Co) ⑦ Cobalt (Co)

Co는 δ-ferrite의 생성을 억제하고, 고온강도 및 고온 Creep 강도를 향상시킨다. δ-ferrite의 생성을 방지하기 위해서 1.5% 이상의 함유가 필요하며, 6% 이상을 초과하면 연성 및 고온 Creep 강도를 저하시키고, 비용도 상승되므로 2.5%~4.5%로 한정하며, 보다 바람직하게는 3.0~3.5%이다. Co suppresses the formation of δ-ferrite and improves high-temperature strength and high-temperature creep strength. To prevent the formation of δ-ferrite, the content is required to be 1.5% or more. If it exceeds 6%, ductility and high-temperature creep strength are reduced and costs are increased, so it is limited to 2.5% to 4.5%, and more preferably 3.0%. It is ~3.5%.

⑧ 구리 (Cu) ⑧ Copper (Cu)

Cu는 Mn, Ni와 마찬가지로 오스테나이트 안정화 원소이기 때문에 인성향상에 기여하고 δ페라이트 상 및 탄화물의 석출을 억제한다. 또한 Ac1 점을 저하시키는 작용이 있고, 담금질성 개선의 효과를 가진다. 이 밖에 용접열 영향부의 연화층의 생성을 억제한다. 0.1% 미만에서는 상기 효과가 충분하지 않고, 1% 이상 초과하면 고온 Creep 강도 저하와 열간가공성을 저하시키므로 0.8% 이하, 보다 바람직하게는 0.5% 이하로 첨가할 수 있다. Cu, like Mn and Ni, is an austenite stabilizing element, so it contributes to improving toughness and suppresses precipitation of δ ferrite phase and carbides. It also has the effect of lowering the Ac1 point and improving hardenability. In addition, the formation of a softened layer in the weld heat-affected zone is suppressed. If it is less than 0.1%, the above effect is not sufficient, and if it exceeds 1%, the high temperature creep strength and hot workability are reduced, so it can be added in an amount of 0.8% or less, more preferably 0.5% or less.

⑨ 붕소 (B) ⑨ Boron (B)

0.005% 정도의 첨가에 의해 강철의 담금질성이 향상된다. 또한 조직이 치밀하게 되어 강도와 인성의 향상에 효과가 있다고 알려져 있다. 이는 오스테나이트 입자, 마르텐사이트, 마르텐사이트 내의 석출 탄화물, 설출질화물 및 석출 라베스상의 응집 조대화를 고온 장시간에 걸쳐서 억제하는 효과가 있다. 또한 W, Nb 등의 합금원소와 복합 첨가하므로서 고온 Creep 강도를 향상시킨다. 한편 0.015%를 초과하면 석출 BN상이 형성되고, 고온 Creep 연성, 인성이 저하된다. 사용범위는 0.003~0.008%가 적합하다. The hardenability of steel is improved by adding about 0.005%. It is also known to be effective in improving strength and toughness as the structure becomes denser. This has the effect of suppressing the coarsening of austenite particles, martensite, precipitated carbides in martensite, sulfur nitrides, and precipitated Laves phases at high temperatures and over a long period of time. In addition, high-temperature creep strength is improved by complex addition with alloy elements such as W and Nb. On the other hand, if it exceeds 0.015%, a precipitated BN phase is formed, and high temperature creep ductility and toughness deteriorate. The appropriate usage range is 0.003~0.008%.

⑩ 질소 (N) ⑩ Nitrogen (N)

N은 Nb, V 등과 결합하여 질화물을 형성하고, 고온강도 및 고온 Creep 강도를 향상시키며, 적정량은 0.010~0.08%가 바람직하다. N combines with Nb, V, etc. to form nitride and improves high-temperature strength and high-temperature creep strength, and the appropriate amount is preferably 0.010 to 0.08%.

⑪ 니켈 (Ni) ⑪ Nickel (Ni)

Ni는 Mn과 마찬가지로 오스테나이트 안정화 원소이고, 0.8%를 초과하면 탄화물, 라베스상의 응집 조대화를 조장하여 고온 Creep 강도를 저하시킨다. 사용범위는 0.8% 이하로 한정한다. Ni, like Mn, is an austenite stabilizing element, and when it exceeds 0.8%, it promotes the cohesion and coarsening of carbides and Laves phases, reducing high-temperature creep strength. The scope of use is limited to 0.8% or less.

⑫ 규소 (Si) ⑫ Silicon (Si)

Si는 항상 탈산제로 이용되지만 너무 많으면 강에서 편석이 증대되며 템퍼링 취성에 대한 감수성이 매우 높고 절삭 인성을 상실한다. 고온에서 장시간의 시효에 의해 인성의 저하를 초래한다. 강의 취성 억제를 위하여 소위 고청정화를 고려하면, 이들 원소는 가능한 한 적은 쪽이 좋을 것으로 되어 있다. 그러나 Si에는 수증기 산화를 억제하는 효과가 있어 Boiler 소재에는 어느 정도의 함유량을 확보하는 것이 좋다고 알려져 있다. 상업적으로는 0.25% 이하로 제한하지만 보다 바람직하게는 0.18%로 제한한다. Si is always used as a deoxidizer, but if there is too much of it, segregation increases in the steel, it is highly susceptible to temper embrittlement, and cutting toughness is lost. Aging at high temperatures for a long time causes a decrease in toughness. Considering so-called high purification to suppress brittleness of steel, it is better to have as few of these elements as possible. However, it is known that Si has the effect of suppressing water vapor oxidation, so it is good to secure a certain amount of Si in boiler materials. Commercially, it is limited to 0.25% or less, but more preferably, it is limited to 0.18%.

⑬ 망간 (Mn) ⑬ Manganese (Mn)

용해과정 중 탈산 및 탈황제로 사용된다. Mn이 S와 결합되어 인성을 감소시키고, 동시에 고온에서 장시간의 시효에 의해 인성의 저하를 가속시키며, 고온 Creep 강도를 감소시키는 비금속성 함유물을 형성시킨다. 본 발명에서 Mn 함량은 0.7% 이하로 한정한다. It is used as a deoxidizing and desulfurizing agent during the dissolution process. Mn combines with S to reduce toughness, and at the same time, accelerates the decline in toughness due to long-term aging at high temperatures and forms non-metallic inclusions that reduce high-temperature creep strength. In the present invention, the Mn content is limited to 0.7% or less.

⑭ 인 (P) ⑭ Phosphorus (P)

P는 템퍼링 취성에 대한 감수성을 증대시키는 원소이며, 고온에서 장시간의 시효에 의한 인성의 저하를 가속시킨다. 이를 개선하기 위하여 가능한 함유량을 적게 하는 것이 좋다. 정련기술을 감안하여 0.02% 이하로 제한한다. P is an element that increases susceptibility to tempering embrittlement and accelerates the decline in toughness due to long-term aging at high temperatures. To improve this, it is best to reduce the content as much as possible. Considering refining technology, it is limited to 0.02% or less.

⑮ 황 (S) ⑮ Hwang (S)

S는 Mn, Fe, Nb, V 등과 함께 인성을 저하시키는 황화물을 형성하기 때문에 가능한 한 적은 것이 좋다. 정련기술의 한계를 고려하여 0.015% 이하로 제한한다. Since S forms sulfide that reduces toughness together with Mn, Fe, Nb, V, etc., it is better to keep S as small as possible. Considering the limitations of refining technology, it is limited to 0.015% or less.

앞서 상세히 설명한 본 발명에 따른 내열강은 화력발전소 터빈 케이싱의 체결을 위한 볼트 너트 체결 부재의 소재로 최적화된 기계적 물성 및 고온 특성을 가져 터빈 케이싱 볼트 및 너트의 국산화를 가능케 하며, 나아가 고온용 부품 소재 및 열처리, 제조 공정 기술을 확립에 기여해 그 적용 영역을 다른 부품에도 확대 및 적용함에 있어서 잠재력을 가진다. The heat-resistant steel according to the present invention described in detail above has optimized mechanical properties and high-temperature characteristics as a material for bolt and nut fastening members for fastening thermal power plant turbine casings, enabling local production of turbine casing bolts and nuts, and furthermore, high-temperature component materials and It contributes to the establishment of heat treatment and manufacturing process technology and has the potential to expand and apply its application area to other parts.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 제시된 실시예는 본 발명의 구체적인 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 목적으로 제공되는 것이 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments. The presented examples are only specific examples of the present invention and are not provided for the purpose of limiting the scope of the present invention.

<실시예 1><Example 1>

1. 본 발명에 따른 내열강 시편 제작1. Production of heat-resistant steel specimens according to the present invention

시험 소재를 제작하고 분석하여 국산화 소재 제조 조건을 확립하였으며 상용 소재(MTB10AA 및 10705MBU)에 대응하는 본 발명에 따른 내열강의 조성은 아래 표 1 및 표 2에 기재된 바와 같다. Test materials were manufactured and analyzed to establish the manufacturing conditions for domestic materials, and the composition of heat-resistant steel according to the present invention corresponding to commercial materials (MTB10AA and 10705MBU) is shown in Tables 1 and 2 below.

[표 1] 내열강 조성 1 (MTB10AA 대응소재)[Table 1] Heat-resistant steel composition 1 (MTB10AA corresponding material)

[표 2] 내열강 조성 2 (10705MBU 대응소재)[Table 2] Heat-resistant steel composition 2 (10705MBU corresponding material)

소재 열처리 조건은 두 종류의 소재가 동일하며 다음과 같은 열처리 조건을 따른다. The material heat treatment conditions are the same for both types of materials and follow the following heat treatment conditions.

- Quenching : 1,100℃ 이상으로 가열 (유지시간 : 0.5Hr/25㎜) 후 Oil을 이용한 급냉 - Quenching: Heating above 1,100℃ (maintenance time: 0.5Hr/25mm) and then rapid cooling using oil.

- Tempering : 650℃ 이상으로 가열 (유지시간 : 1Hr/25㎜) 후 상온까지 공냉 - Tempering: Heating above 650℃ (maintenance time: 1Hr/25㎜) and then air cooling to room temperature

이러한 최종 제작 조건은 MPP의 최신화를 통하여 수정되었으며 무진정밀(주)의 승인에 따라 소재 양산이 진행되었다. MTB10AA 대응소재는 8ton VIM을 이용하고, 10705MBU 대응소재는 60ton EAF로 용해 공정을 진행하였다. These final production conditions were modified through the latest update of MPP, and mass production of materials proceeded with the approval of Mujin Precision Co., Ltd. For the MTB10AA corresponding material, 8ton VIM was used, and for the 10705MBU corresponding material, the melting process was performed with 60ton EAF.

MTB10AA 대응소재는 Casting 후 고청정화를 위하여 ESR을 이용한 Re-melting을 진행하며 10705MBU 대응소재는 VOD에서 정련 후 Casting을 진행한다. 그리고 소재를 길이에 맞게 절단하고 2,200ton Press를 이용하여 정해진 단조비로 단조를 진행하여 슬래브 형태로 만든다. The MTB10AA compatible material undergoes re-melting using ESR for high purification after casting, and the 10705MBU compatible material undergoes casting after refining in VOD. Then, the material is cut to length and forged at a set forging ratio using a 2,200 ton press to form a slab.

그 이후 표면 연마를 통해 단조 슬래브의 표면 스케일을 제거하고 환봉의 형태로 만들기 위하여 압연을 실시한다. 압연된 환봉을 열처리하고 후처리 및 검사를 통해 출하 준비가 완료된다. Afterwards, the surface scale of the forged slab is removed through surface polishing and rolling is performed to shape it into a round bar. The rolled round bars are heat treated and ready for shipment through post-processing and inspection.

2. 소재 특성 분석2. Material property analysis

MTB10AA 및 10705MBU 대응 소재의 특성을 분석하기 위하여 시편을 제작하였다. MTB10AA 대응 소재는 145φ이고, 10705MBU 대응 소재는 155φ 직경의 환봉을 절단하였다. 두 종류의 소재 모두 환봉의 직경이 50㎜보다 크므로 반지름의 1/2 지점에서 시편을 채취하여 표면과 심부에서 발생되는 물성치 편차를 줄일 수 있도록 하였다.Specimens were produced to analyze the characteristics of MTB10AA and 10705MBU corresponding materials. The material corresponding to MTB10AA is 145ϕ, and the material corresponding to 10705MBU is cut into a round bar with a diameter of 155ϕ. Since the diameter of the round bar for both types of materials is larger than 50 mm, specimens were collected at 1/2 the radius to reduce the variation in physical properties occurring on the surface and deep.

화학 성분 및 기계적 특성 분석은 한국화학융합시험연구원에 의뢰하여 성적서로 결과를 수령하였으며 미세조직은 광학현미경, 주사전자현미경, XRD를 이용하여 분석하였다. 그리고 열팽창계수 및 열전도도와 같은 열화학적 특성은 한국기술교육대학교를 통하여 분석하였다. The analysis of chemical composition and mechanical properties was requested from the Korea Testing and Research Institute, and the results were received in the form of a report, and the microstructure was analyzed using an optical microscope, scanning electron microscope, and XRD. And thermochemical properties such as thermal expansion coefficient and thermal conductivity were analyzed through Korea University of Technology and Education.

① 화학 성분 및 기계적 특성 분석① Analysis of chemical composition and mechanical properties

MTB10AA 및 10705MBU 대응 소재의 화학성분과 기계적 물성치 분석 결과를 아래 표 3 및 표 4에 나타내었다. The chemical composition and mechanical property analysis results of the MTB10AA and 10705MBU corresponding materials are shown in Tables 3 and 4 below.

MTB10AA 대응 소재의 Si 성분 범위를 0.15에서 0.18로 확대하였으며, 시험 소재 대비 Micro Alloy 투입량을 높여 안정적인 기계적 물성치가 확보되도록 하였다. 시험 소재로 제작되었던 125φ 보다 20㎜ 더 커진 145φ의 소재를 분석하였음에도 인장강도가 968N/㎟으로 Spec.인 950N/㎟와 비교하여 매우 양호한 것으로 확인되었다. The Si component range of the MTB10AA compatible material was expanded from 0.15 to 0.18, and the amount of Micro Alloy input was increased compared to the test material to ensure stable mechanical properties. Even though the 145ϕ material, which was 20 mm larger than the 125ϕ produced as the test material, was analyzed, it was confirmed that the tensile strength was 968N/mm2, which was very good compared to the specification of 950N/mm2.

성분 분석 결과 모든 성분 범위에서 Spec.을 만족하며, 기계적 특성 결과 또한 기준을 만족하므로 MTB10AA 국산화 소재에 대한 건전성은 양호하며, 제조 공정도 최적화된 것으로 판단된다. 질량효과를 고려하면 소재의 직경이 작아지면 기계적 특성이 향상될 것으로 예상된다. As a result of the component analysis, it satisfies the specifications in all component ranges, and the mechanical properties also meet the standards, so it is judged that the soundness of the MTB10AA domestically produced material is good, and the manufacturing process is also optimized. Considering the mass effect, it is expected that mechanical properties will improve as the diameter of the material decreases.

[표 3] MTB10AA 대응 소재 성분 및 기계적 특성 분석 결과[Table 3] MTB10AA corresponding material composition and mechanical property analysis results

10705MBU 대응 소재는 시험 소재 분석 결과가 양호하였기 때문에 제조 조건의 변경없이 소재를 양산하였다. 다만 시험 소재의 경우 진공로를 이용하여 용해하였으나 양산 소재는 대형 전기로를 통해 용해가 되었기 때문에 소재 청정도의 변화에 의한 기계적 물성 저하가 있는지 확인하고자 하였다.Because the test material analysis results for the 10705MBU compatible material were good, the material was mass-produced without changing the manufacturing conditions. However, since the test material was melted using a vacuum furnace, but the mass-produced material was melted using a large electric furnace, we wanted to check whether there was a decrease in mechanical properties due to changes in material cleanliness.

화학성분 분석 결과 소재의 성분 Spec.을 모두 만족하였다. 탈산제인 Si의 함량이 Spec. 상한치에 근접하지 않고 안정적인 함량으로 확인되었으며, 불순물인 P와 S 또한 매우 양호한 결과를 보여주었다. 전기로에서 용해 후 진공분위기인 VOD(Vacuum Oxygen Decarburization)에서 정련 공정을 거치므로 탈산제의 함량이 양호한 수준을 유지할 수 있는 것으로 판단된다. As a result of chemical composition analysis, all of the material's component specifications were satisfied. The content of Si, a deoxidizing agent, is within Spec. The content was confirmed to be stable and not close to the upper limit, and the impurities P and S also showed very good results. It is judged that the content of deoxidizer can be maintained at a good level because it is melted in an electric furnace and then goes through a refining process in a vacuum atmosphere (VOD (Vacuum Oxygen Decarburization)).

기계적 특성 결과도 Spec.을 모두 만족하며 시험 소재 대비 양산 소재의 기계적특성 하락은 확인되지 않는다. 따라서 10705MBU 대응 소재에 대한 화학성분 및 제작 조건은 양호한 것으로 확인되었다. The mechanical property results also satisfy all specifications, and no decrease in mechanical properties of the mass-produced material compared to the test material was confirmed. Therefore, the chemical composition and manufacturing conditions for the 10705MBU corresponding material were confirmed to be good.

[표 4] 10705MBU 대응 소재 성분 및 기계적 특성 분석 결과[Table 4] Result of analysis of material composition and mechanical properties for 10705MBU

② 미세조직 특성 분석 ② Analysis of microstructure characteristics

MTB10AA 및 10705MBU 대응 소재에 대한 청정도 분석을 실시하였다. MTB10AA 와 10705MBU 소재의 청정도 검사는 JIS G 0555 'Microscopic testing Method for the non-metallic inclusions in steel'을 따르도록 MHPS Spec.에 명시되어 있으며 동일 방법으로 국산화 소재를 검사하였다. 비금속 개재물 A는 황화물, B는 알루민산염, C는 규산염으로 구분되며 미세조직 내에서 해당 비금속 개재물의 분율을 구하는 것으로 검사가 진행된다. Cleanliness analysis was conducted on MTB10AA and 10705MBU corresponding materials. The cleanliness test of MTB10AA and 10705MBU materials is specified in the MHPS Spec. to follow JIS G 0555 'Microscopic testing Method for the non-metallic inclusions in steel', and domestically produced materials were tested using the same method. Non-metallic inclusions A is classified as sulfide, B is aluminate, and C is silicate, and the test is conducted by determining the fraction of the corresponding non-metallic inclusion within the microstructure.

청정도 분석 결과 MTB10AA 및 10705MBU 대응소재 모두 소재의 청정도 Spec.을 만족하였다. MTB10AA 대응 소재의 경우 고청정화를 위한 Re-Melting 공정을 거치므로 10705MBU 대응 소재보다 기준도 엄격하고 양호한 청정도를 보여주고 있다. 국산화 개발된 두 종류의 소재 모두 Spec. 대비 13% 이내의 청정도를 가지고 있으므로 공정 중 청정도 관리에 문제가 없는 것으로 확인된다. As a result of the cleanliness analysis, both MTB10AA and 10705MBU corresponding materials satisfied the material cleanliness specifications. In the case of MTB10AA compatible material, it goes through a re-melting process for high purification, so the standards are more stringent than 10705MBU compatible material and shows better cleanliness. Both types of domestically developed materials are Spec. Since it has a cleanliness level of less than 13%, it is confirmed that there are no problems with cleanliness management during the process.

δ-ferrite 조직의 경우 내열강의 인성 및 Creep 연성을 감소시키므로 1% 미만으로 관리되어야 하며 MTB10AA 및 10705MBU 대응 소재 모두에서 δ-ferrite는 확인되지 않았다. In the case of δ-ferrite structure, it reduces the toughness and creep ductility of heat-resistant steel, so it must be managed to less than 1%. δ-ferrite was not confirmed in both MTB10AA and 10705MBU corresponding materials.

[표 5] MTB10AA 대응 소재 청정도 분석 결과[Table 5] Cleanliness analysis results of MTB10AA compatible materials

[표 6] 10705MBU 대응 소재 청정도 분석 결과[Table 6] Results of cleanliness analysis of materials corresponding to 10705MBU

MTB10AA 및 10705MBU 대응 소재를 미세연마 후 Vilella's Reagent로 Etching 하여 광학현미경을 통해 미세조직을 관찰하였다. 미세조직 관찰을 위한 샘플링 조건은 수입 소재 시편 조건과 동일하게 진행하였다. The MTB10AA and 10705MBU corresponding materials were micro-polished and etched with Vilella's Reagent, and the microstructure was observed through an optical microscope. Sampling conditions for microstructure observation were the same as those for imported material specimens.

도 2에 MTB10AA 대응 소재의 미세조직을 배율별로 나열하였다. 기지조직은 Tempered Martensite이며 조직의 크기와 분포가 균일한 것으로 보아 건전한 조직으로 판단된다. 결정입도는 ASTM E112 기준으로 No. 6로 분석되었다. 수입 소재와 비교하여 Grain Size가 한 단계 미세하며 일반적으로 내열강의 결정입도는 ASTM No. 4~8이므로 매우 양호하다. 수입 소재와 비교하여 미세조직적 특이점은 확인되지 않는다. In Figure 2, the microstructure of the MTB10AA corresponding material is listed by magnification. The base tissue is Tempered Martensite, and it is judged to be a healthy tissue as its size and distribution are uniform. The grain size is No. based on ASTM E112. It was analyzed as 6. Compared to imported materials, the grain size is one level finer, and generally the grain size of heat-resistant steel is ASTM No. It is 4 to 8, so it is very good. Compared to imported materials, no microstructural peculiarities are identified.

도 3은 10705MBU 대응 소재의 미세조직 이미지이며 기지조직은 마찬가지로 Tempered Martensite이다. 조직의 크기와 분포가 균일하게 나타나는 양호한 조직으로 확인된다. 결정입도는 ASTM E112 기준으로 No. 7로 분석되었으며 수입소재와 비교하여 Grain Size가 한 단계 크다. 10705MBU 수입 소재와 비교하여 미세조직적 특이점은 없는 것으로 확인된다. Figure 3 is a microstructure image of the material corresponding to 10705MBU, and the base structure is also Tempered Martensite. It is confirmed to be a good tissue with uniform size and distribution. The grain size is No. based on ASTM E112. It was analyzed as 7, and the grain size is one level larger than that of imported materials. It is confirmed that there are no microstructural peculiarities compared to the 10705MBU imported material.

주사전자현미경의 EDS를 이용하여 미세조직 관찰 시편을 Mapping 하여 주요 화학 성분의 분포를 확인하였으며 그 분석 결과는 도 4 내지 도 7에 나타내었다. 결정입계 부분의 편석이나 탄화물이 형성되면 해당 부위에 특정 성분이 모여있기 때문에 Mapping 이미지에 진한 점이나 선 형태로 나타나게 된다. 이러한 결함은 주로 용해 후 불안정한 응고 과정이나 열처리 불량에 의해 발생한다. The distribution of major chemical components was confirmed by mapping the microstructure observation specimen using EDS of a scanning electron microscope, and the analysis results are shown in Figures 4 to 7. When segregation or carbide is formed at the grain boundary, it appears as a dark dot or line in the mapping image because specific components are gathered in that area. These defects are mainly caused by unstable solidification process after dissolution or poor heat treatment.

수입 소재와 국산화 소재 분석 결과 편석이나 탄화물, 성분 결핍 부분이 없이 주요 원소들이 고르게 분포되어 있는 것으로 분석되었다. 국산화 소재의 화학 원소 분포가 수입 소재와 비교하여 매우 양호하였으며 조직적 특이점은 확인되지 않았다. As a result of analysis of imported and domestically produced materials, it was found that major elements were evenly distributed without segregation, carbides, or component deficiencies. The distribution of chemical elements in domestically produced materials was very good compared to imported materials, and no structural peculiarities were identified.

수입 소재와 국산화 소재에서 시편을 채취하고 미세연마까지 진행한 후 XRD를 이용하여 결정구조 및 조직 분율 분석을 수행하였다. Specimens were collected from imported and domestically produced materials, and after fine polishing, crystal structure and tissue fraction analysis was performed using XRD.

MTB10AA 소재와 10705MBU 소재에 대한 XRD Peak를 나타낸 그래프에 따르면 수입 원소재와 국산화 소재의 동일한 2θ 위치에서 Peak가 확인되므로 두 소재의 결정구조가 동일한 것을 알 수 있었다. 두 소재의 결정 구조가 같지 않을 경우에는 Peak의 위치가 다르게 나타나며 열처리 및 가공에 의해 응력이 존재하면 Peak Shift가 나타난다. According to the graph showing the XRD peak for the MTB10AA material and the 10705MBU material, the peak was confirmed at the same 2θ position for the imported raw material and the domestically produced material, showing that the crystal structures of the two materials were the same. If the crystal structures of the two materials are not the same, the positions of the peaks appear differently, and if stress exists due to heat treatment and processing, a peak shift appears.

MTB10AA 원소재는 Tempered Martensite 조직 분율이 99.77%이고, 국산화 소재는 99.79%로 분석되었다. 10705MBU 원소재는 Tempered Martensite 조직 분율이 99.93%이고 국산화 소재는 99.33%로 분석되었다. 원소재와 국산화 소재가 매우 유사한 조직 분율을 가지고 있으며 이러한 결과가 동일한 XRD Peak로 나타났던 것으로 판단된다. The MTB10AA raw material was analyzed to have a tempered martensite fraction of 99.77%, and the domestically produced material was analyzed to be 99.79%. The 10705MBU raw material was analyzed to have a tempered martensite fraction of 99.93%, and the domestically produced material was analyzed to be 99.33%. It is believed that the raw material and the domestically produced material have very similar tissue fractions, and these results appear to be the same XRD peak.

③ 열특성 분석③ Thermal characteristics analysis

고온에서 사용되는 소재의 경우 온도 상승에 따른 팽창이 발생되며 터빈 케이싱 볼트 제작 시 동일한 도면으로 가공되므로 대체 소재의 열특성이 기존 소재와 차이가 크면 열팽창에 대한 문제가 발생될 수 있다. 따라서 수입 원소재와 국산화 소재의 열특성을 분석하고 비교하였다.In the case of materials used at high temperatures, expansion occurs as the temperature rises, and since turbine casing bolts are processed to the same drawing when manufacturing, problems with thermal expansion may occur if the thermal characteristics of the substitute material differ greatly from the existing material. Therefore, the thermal characteristics of imported raw materials and domestically produced materials were analyzed and compared.

아래 표 7은 수입 소재와 국산화 소재의 열팽창계수를 비교한 데이터이다. MTB10AA 소재의 경우 국산화 소재와 수입 소재의 차이가 0.08% 정도로 두 소재의 열팽창계수의 차이가 거의 없다고 볼 수 있다. 10705MBU 소재는 국산화 소재와 수입 소재의 열팽창계수 차이가 0.5% 정도이며 두 소재의 열팽창계수 차이도 매우 양호한 것으로 판단된다. 두 소재의 열팽창계수 차이는 1m의 소재를 500℃로 가열되었을 때 MTB10AA 국산화 소재는 수입 소재 대비 0.005㎜ 차이가 발생되고 10705MBU 국산화 소재는 수입 소재와 비교하여 0.03㎜ 차이가 발생되는 수준으로 터빈 케이싱 볼트의 가공 공차를 고려하면 그 영향은 매우 미미한 수준이다.Table 7 below shows data comparing the thermal expansion coefficients of imported and domestically produced materials. In the case of MTB10AA material, the difference between the domestically produced material and the imported material is about 0.08%, which means that there is almost no difference in thermal expansion coefficient between the two materials. The difference in thermal expansion coefficient of the 10705MBU material between domestically produced and imported materials is approximately 0.5%, and the difference in thermal expansion coefficient between the two materials is also considered to be very good. The difference in thermal expansion coefficient between the two materials is such that when 1m of material is heated to 500℃, the MTB10AA domestic material has a difference of 0.005 mm compared to the imported material, and the 10705MBU domestic material has a difference of 0.03 mm compared to the imported material. Turbine casing bolts Considering the processing tolerance, the effect is very minimal.

[표 7] MTB10AA 및 10705MBU 소재 열팽창계수 (25℃ ~ 550℃) 분석 결과[Table 7] Analysis results of thermal expansion coefficient (25℃ ~ 550℃) of MTB10AA and 10705MBU materials

고온의 환경에서 열전도율이 낮으면 열을 외부로 방출하는 능력이 저하되며 시스템의 냉각효율을 떨어뜨리게 된다. 따라서 대체 소재는 기준 소재와 유사한 열전도율을 갖도록 설계되어야 한다. 아래 표 8은 수입 소재와 국산화 소재의 열전도율을 비교한 데이터이며 측정 결과는 소재 종류에 따라 시편 3개씩 열전도율 측정 후 평균을 내었다. If thermal conductivity is low in a high temperature environment, the ability to dissipate heat to the outside decreases and the cooling efficiency of the system decreases. Therefore, alternative materials should be designed to have similar thermal conductivity to the reference material. Table 8 below shows data comparing the thermal conductivity of imported and domestically produced materials, and the measurement results were averaged after measuring the thermal conductivity of three specimens according to the type of material.

550℃ 기준 MTB10AA 수입 소재와 국산화 소재의 열전도율 차이는 0.8% 정도이며 10705MBU 수입 소재와 국산화 소재의 열전도율 차이는 0.07%의 차이를 보니고 있다. 같은 종류의 소재를 3번씩 측정한 데이터에서 발생되는 표준편차를 고려하면 수입 소재와 국산화 소재의 열전도율 차이가 거의 없다는 것을 확인할 수 있다. At 550℃, the difference in thermal conductivity between the imported and domestically produced materials of MTB10AA is about 0.8%, and the difference in thermal conductivity between the imported and domestically produced materials of 10705MBU is 0.07%. Considering the standard deviation generated from data measuring the same type of material three times, it can be seen that there is almost no difference in thermal conductivity between imported and domestically produced materials.

[표 8] MTB10AA 및 10705MBU 소재 열전도율 분석 결과[Table 8] Thermal conductivity analysis results of MTB10AA and 10705MBU materials

비열은 물질 1g을 1℃ 높이는데 필요한 열량으로 재료 고유의 특성이다. 질량이 같은 두 물질에 같은 열량을 가할 때 비열이 큰 소재일수록 온도 변화가 적은 특성이 있다. 아래 표 9는 수입 소재와 국산화 소재의 비열 특성을 측정한 결과이며 재질에 구분에 따라 수입 소재와 국산화 소재의 비열이 비슷한 것을 확인할 수 있다. 즉, 분석된 모든 열특성 결과를 비교하면 수입 소재와 국산화 소재는 고온에서 유사한 열 특성을 가지며 대체가 가능함을 보여주고 있다.Specific heat is the amount of heat required to raise 1g of a substance by 1℃ and is an inherent property of the material. When the same amount of heat is applied to two substances of the same mass, the material with a higher specific heat has the characteristic of having a smaller temperature change. Table 9 below shows the results of measuring the specific heat characteristics of imported and domestically produced materials, and it can be seen that the specific heat characteristics of imported and domestically produced materials are similar depending on the material type. In other words, comparing all analyzed thermal property results shows that imported materials and domestically produced materials have similar thermal properties at high temperatures and can be replaced.

[표 9] MTB10AA 및 10705MBU 소재 비열 분석 결과[Table 9] Specific heat analysis results for MTB10AA and 10705MBU materials

3. 신뢰성 시험3. Reliability test

① Creep 시험 ① Creep test

수입 소재 및 국산화 소재의 Creep 특성을 분석하기 위하여 Creep 시험을 실시하였다. 10705MBU 소재는 525℃와 550℃에서 시험을 진행하였고 10705MBU 보다 높은 온도에서 사용이 가능한 MTB10AA 소재는 550℃와 650℃에서 시험을 진행하였다. A creep test was conducted to analyze the creep characteristics of imported and domestically produced materials. The 10705MBU material was tested at 525℃ and 550℃, and the MTB10AA material, which can be used at higher temperatures than 10705MBU, was tested at 550℃ and 650℃.

MTB10AA 수입 소재 및 국산화 소재의 Creep 시험 결과를 아래 표 10에 나타내었다. 수입 소재와 국산화 소재 모두 550℃에서 355N/㎟의 응력을 가하였을 때에는 1,530시간이 지나도 파단이 발생하지 않았다. 1% 이하의 변형률을 보이므로 아직 Creep 한도에는 도달하지 않은 것으로 보인다. 650℃에서 220N/㎟의 응력을 가하였을 때에는 수입 소재는 457시간이 지나 파단되었으며 국산화 소재는 수입 소재 보다 더 긴 시간인 578시간에 파단되었다. The creep test results of MTB10AA imported and domestically produced materials are shown in Table 10 below. When a stress of 355N/㎟ was applied at 550℃ for both imported and domestic materials, no fracture occurred even after 1,530 hours. Since the strain rate is less than 1%, it appears that the creep limit has not yet been reached. When a stress of 220N/㎟ was applied at 650℃, the imported material fractured after 457 hours, and the domestically produced material fractured after 578 hours, which was longer than the imported material.

[표 10] MTB10AA 소재 Creep 시험 결과[Table 10] MTB10AA material creep test results

10705MBU 수입 소재 및 국산화 소재의 Creep 시험 결과를 아래 표 11에 나타내었다.Creep test results for 10705MBU imported and domestically produced materials are shown in Table 11 below.

수입 및 국산화 소재 모두 525℃의 415N/㎟ 응력 조건과 550℃의 355N/㎟ 응력 조건에서 810시간을 시험하였을 때에도 파단은 발생하지 않았으며 변형률도 1% 이하로 확인되었다. For both imported and domestically produced materials, no fracture occurred even when tested for 810 hours under a stress condition of 415N/㎟ at 525℃ and a stress condition of 355N/㎟ at 550℃, and the strain rate was confirmed to be less than 1%.

MTB10AA와 10705MBU 수입 및 국산화 소재 모두 현장 실사용 온도인 550℃에서 양호한 Creep 특성을 보여주었으며 MTB10AA 소재는 더 높은 온도인 650℃ 조건에서는 국산화 소재가 수입 소재 대비 더 나은 내구성을 보여주었다. Both imported and domestically produced materials, MTB10AA and 10705MBU, showed good creep characteristics at 550℃, the temperature for actual use in the field, and the domestically produced material showed better durability than the imported material at a higher temperature of 650℃.

[표 11] 10705MBU 소재 Creep 시험 결과[Table 11] Creep test results for 10705MBU material

<실시예 2><Example 2>

1. 시제품 제작1. Prototype production

실증을 위해 선정된 볼트는 크기에 따라 다음과 같이 3종으로 구분되며 터빈 케이싱 볼트를 제작하기 위하여 그림 57과 같이 치수에 맞게 소재를 절단하였다.The bolts selected for demonstration are divided into three types according to size as follows. To manufacture turbine casing bolts, the material was cut to fit the dimensions as shown in Figure 57.

○ Bolt No. R/L 8, 10 (Outer Casing Bolt) : Size 4·3/4″× 1575 - 10705MBU○ Bolt No. R/L 8, 10 (Outer Casing Bolt): Size 4·3/4″× 1575 - 10705MBU

○ Bolt No. R/L 32, 33 (Inner Casing Bolt) : Size 3·1/2″× 795 - 10705MBU○ Bolt No. R/L 32, 33 (Inner Casing Bolt): Size 3·1/2″× 795 - 10705MBU

○ Bolt No. R/L 42 (Inner Casing Bolt) : Size 5·1/4″× 1095 - MTB10AA○ Bolt No. R/L 42 (Inner Casing Bolt): Size 5·1/4″×1095 - MTB10AA

치수에 맞게 절단된 소재는 도면에 맞게 프로그램된 CNC를 통하여 가공을 진행하여 볼트 제작을 완료하였다. 제작된 볼트는 치수 및 외관 검사를 실시하였으며 검사 결과 양품으로 확인되었다.The material cut to size was processed using a CNC programmed according to the drawing to complete the production of the bolt. The manufactured bolts were inspected for dimensions and appearance, and as a result of the inspection, they were confirmed to be good products.

2. 현장 실증 시험2. Field verification test

제작된 10개의 터빈 케이싱 볼트는 2021년 5월 10일 당진화력 10호기 HP 터빈에 조립되었으며 2021년 6월 10일 OH 준공으로 가동을 시작하였다. 과제가 종료되는 2022년 5월 27일까지 1년간 터빈 운전 Trend 분석을 통한 진동·온도 등의 이상유무 및 현장 점검으로 신뢰성을 검증하였다.The 10 turbine casing bolts manufactured were assembled into the HP turbine of Dangjin Thermal Power Plant Unit 10 on May 10, 2021, and operation began with the completion of OH on June 10, 2021. Reliability was verified through on-site inspection and abnormalities such as vibration and temperature through turbine operation trend analysis for one year until May 27, 2022, when the project ends.

2022년 5월 27일을 기준으로 당진 10호기 HP 터빈 운전에 대한 이상 사항은 확인되지 않았으며 과제 종료 이후에도 운전 Trend는 지속적으로 모니터링이 진행될 것이다. 이후 2023년 상반기 10호기 OH 기간 중 볼트를 분해하고 검사하여 2년의 현장 실착 중 특이사항이 없는지 정밀하게 점검할 예정이다. As of May 27, 2022, no abnormalities have been identified regarding the operation of the Dangjin Unit 10 HP turbine, and operation trends will continue to be monitored even after the end of the project. Afterwards, during the OH period of Unit 10 in the first half of 2023, the bolts will be disassembled and inspected to closely check whether there are any unusual issues during the two-year field installation.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Above, embodiments of the present invention have been described with reference to the attached drawings, but those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical idea or essential features. You will understand that it exists. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not restrictive.

Claims (5)

0.09 내지 0.15 중량%의 탄소(C);
0 중량% 초과 0.18 중량% 이하의 규소(Si);
0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 망간(Mn);
0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 구리(Cu);
0 중량% 초과 0.2 중량% 이하의 니켈(Ni);
10.0 내지 10.5 중량%의 크롬(Cr);
0.65 내지 0.75 중량%의 몰리브덴(Mo);
0.15 내지 0.25 중량%의 바나듐(V);
0 중량% 초과 0.04 중량% 이하의 알루미늄(Al);
0.06 내지 0.12 중량%의 니오븀(Nb);
1.7 내지 1.9 중량%의 텅스텐(W);
3.0 내지 3.5 중량%의 코발트(Co);
0 중량% 초과 0.015 중량% 이하의 인(P);
0 중량% 초과 0.01 중량% 이하의 황(S);
0.003 내지 0.008 중량%의 붕소(B);
0.01 내지 0.035 중량%의 질소(N);
철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 내열강.
0.09 to 0.15% by weight carbon (C);
Silicon (Si) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.18% by weight;
Manganese (Mn) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight;
Copper (Cu) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight;
Nickel (Ni) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.2% by weight;
10.0 to 10.5% by weight chromium (Cr);
0.65 to 0.75% by weight molybdenum (Mo);
0.15 to 0.25% by weight of vanadium (V);
Aluminum (Al) exceeding 0% by weight and not exceeding 0.04% by weight;
0.06 to 0.12 weight percent niobium (Nb);
1.7 to 1.9 weight percent tungsten (W);
3.0 to 3.5% by weight of cobalt (Co);
Phosphorus (P) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.015% by weight;
Sulfur (S) of more than 0% by weight and less than or equal to 0.01% by weight;
0.003 to 0.008 weight percent boron (B);
0.01 to 0.035 weight percent nitrogen (N);
Heat-resistant steel containing iron (Fe) residues and other inevitable impurities.
(a) 0.09 내지 0.15 중량%의 탄소(C); 0 중량% 초과 0.18 중량% 이하의 규소(Si); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 망간(Mn); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 구리(Cu); 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하의 니켈(Ni); 10.0 내지 10.5 중량%의 크롬(Cr); 0.65 내지 0.75 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.15 내지 0.25 중량%의 바나듐(V); 0 중량% 초과 0.04 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0.06 내지 0.12 중량%의 니오븀(Nb); 1.7 내지 1.9 중량%의 텅스텐(W); 3.0 내지 3.5 중량%의 코발트(Co); 0 중량% 초과 0.015 중량% 이하의 인(P); 0 중량% 초과 0.01 중량% 이하의 황(S); 0.003 내지 0.008 중량%의 붕소(B); 0.01 내지 0.035 중량%의 질소(N); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 주조(casting)하여 합금을 제조하는 단계;
(b) 상기 합금을 소성 가공하는 단계;
(c) 상기 합금을 1100℃로 가열하고 소정의 시간 동안 유지한 후 급냉하는 열처리 단계; 및
(d) 상기 합금을 650℃에서 소정의 시간 동안 유지하는 템퍼링(tempering) 열처리 단계;를 포함하는 제1항에 기재된 내열강의 제조방법.
(a) 0.09 to 0.15% by weight of carbon (C); Silicon (Si) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.18% by weight; Manganese (Mn) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; Copper (Cu) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; Nickel (Ni) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.2% by weight; 10.0 to 10.5% by weight chromium (Cr); 0.65 to 0.75% by weight molybdenum (Mo); 0.15 to 0.25% by weight of vanadium (V); Aluminum (Al) exceeding 0% by weight and not exceeding 0.04% by weight; 0.06 to 0.12 weight percent niobium (Nb); 1.7 to 1.9 weight percent tungsten (W); 3.0 to 3.5% by weight of cobalt (Co); Phosphorus (P) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.015% by weight; Sulfur (S) of more than 0% by weight and less than or equal to 0.01% by weight; 0.003 to 0.008 weight percent boron (B); 0.01 to 0.035 weight percent nitrogen (N); Manufacturing an alloy by casting molten metal containing iron (Fe) residues and other unavoidable impurities;
(b) plastic working the alloy;
(c) a heat treatment step of heating the alloy to 1100°C, maintaining it for a predetermined time, and then rapidly cooling it; and
(d) a tempering heat treatment step of maintaining the alloy at 650° C. for a predetermined time.
0.12 내지 0.16 중량%의 탄소(C);
0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 규소(Si);
0.3 내지 0.7 중량%의 망간(Mn);
0 중량% 초과 0.5 중량% 이하의 구리(Cu);
0.35 내지 0.65 중량%의 니켈(Ni);
10.0 내지 11.0 중량%의 크롬(Cr);
0.3 내지 0.5 중량%의 몰리브덴(Mo);
0.14 내지 0.20 중량%의 바나듐(V);
0 중량% 초과 0.04 중량% 이하의 알루미늄(Al);
0.05 내지 0.11 중량%의 니오븀(Nb);
1.5 내지 1.9 중량%의 텅스텐(W);
0 중량% 초과 0.02 중량% 이하의 인(P);
0 중량% 초과 0.015 중량% 이하의 황(S);
0.04 내지 0.08 중량%의 질소(N);
철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 내열강.
0.12 to 0.16 weight percent carbon (C);
Silicon (Si) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight;
0.3 to 0.7% by weight of manganese (Mn);
Copper (Cu) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.5% by weight;
0.35 to 0.65% by weight of nickel (Ni);
10.0 to 11.0 weight percent chromium (Cr);
0.3 to 0.5% by weight molybdenum (Mo);
0.14 to 0.20 weight percent vanadium (V);
Aluminum (Al) exceeding 0% by weight and not exceeding 0.04% by weight;
0.05 to 0.11 weight percent niobium (Nb);
1.5 to 1.9 weight percent tungsten (W);
Phosphorus (P) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.02% by weight;
Sulfur (S) of more than 0% by weight and less than or equal to 0.015% by weight;
0.04 to 0.08 weight percent nitrogen (N);
Heat-resistant steel containing iron (Fe) residues and other inevitable impurities.
(a) 0.12 내지 0.16 중량%의 탄소(C); 0 중량% 초과 0.15 중량% 이하의 규소(Si); 0.3 내지 0.7 중량%의 망간(Mn); 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하의 구리(Cu); 0.35 내지 0.65 중량%의 니켈(Ni); 10.0 내지 11.0 중량%의 크롬(Cr); 0.3 내지 0.5 중량%의 몰리브덴(Mo); 0.14 내지 0.20 중량%의 바나듐(V); 0 중량% 초과 0.04 중량% 이하의 알루미늄(Al); 0.05 내지 0.11 중량%의 니오븀(Nb); 1.5 내지 1.9 중량%의 텅스텐(W); 0 중량% 초과 0.02 중량% 이하의 인(P); 0 중량% 초과 0.015 중량% 이하의 황(S); 0.04 내지 0.08 중량%의 질소(N); 철(Fe) 잔부 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용탕을 주조(casting)하여 합금을 제조하는 단계;
(b) 상기 합금을 소성 가공하는 단계;
(c) 상기 합금을 1100℃로 가열하고 소정의 시간 동안 유지한 후 급냉하는 열처리 단계; 및
(d) 상기 합금을 650℃에서 소정의 시간 동안 유지하는 템퍼링(tempering) 열처리 단계;를 포함하는 제3항에 기재된 내열강의 제조방법.
(a) 0.12 to 0.16 weight percent carbon (C); Silicon (Si) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.15% by weight; 0.3 to 0.7% by weight of manganese (Mn); Copper (Cu) in an amount greater than 0% by weight and less than or equal to 0.5% by weight; 0.35 to 0.65% by weight of nickel (Ni); 10.0 to 11.0 weight percent chromium (Cr); 0.3 to 0.5% by weight molybdenum (Mo); 0.14 to 0.20 weight percent vanadium (V); Aluminum (Al) exceeding 0% by weight and not exceeding 0.04% by weight; 0.05 to 0.11 weight percent niobium (Nb); 1.5 to 1.9 weight percent tungsten (W); Phosphorus (P) greater than 0% by weight and less than or equal to 0.02% by weight; Sulfur (S) of more than 0% by weight and less than or equal to 0.015% by weight; 0.04 to 0.08 weight percent nitrogen (N); Manufacturing an alloy by casting molten metal containing iron (Fe) residues and other unavoidable impurities;
(b) plastic working the alloy;
(c) a heat treatment step of heating the alloy to 1100°C, maintaining it for a predetermined time, and then rapidly cooling it; and
(d) a tempering heat treatment step of maintaining the alloy at 650° C. for a predetermined time.
제1항 또는 제3항에 기재된 내열강으로 이루어진 터빈 케이싱용 볼트 너트 체결 부재.A bolt and nut fastening member for a turbine casing made of the heat-resistant steel according to claim 1 or 3.
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