KR900003224B1 - 니켈기 초내열 합금 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

니켈기 초내열 합금
첨부된 도면은 본 발명합금과 GB2103243A 발명 합금과의 크립파단 수명비교 그래프.
본 발명은 1000℃이상의 초고온에서 가동되는 발전설비, 화학공업장치에서 사용할 수 있는 단조가 가능하며 우수한 내식성과 크립파단 강도를 갖는 니켈기(Ni-Cr-W) 초내열 합금에 관한 것이다.
각종 고온장치는 열효율을 향상시키기 위하여 사용온도를 1000℃이상으로 상승시키고 있다. 따라서 이에 견디는 고온재료가 필요하게 되었고 이 재료는 고온강도 및 내식성이 우수하여야 극심한 작동조건하에서 견디어 낸다.
현재까지 개발된 초내열 합금으로 석출강화형 합금이 가장 우수하나 이들은 가공이 불가능하여 단조 및 성형이 가능한 새로운 합금계들이 대두되었다. 이와같이하여 개발된 합금들은 Ni-Cr-W계 초내열 합금들로서 일본국특허공보(No. 33212/1979)에는 무게이(이하생략)로 23% Cr-18% W-Ni 합금과 영국특허(출원일자 1982. 6.28. GB 2103243A)의 Ni-Cr-W 합금등이 있다. 이들은 0.1% 이하의 C, 21-26%의 Cr, 16-21% W. 1% 이하의 Ti, 1% 이하의 Nb, 0.1% 이하의 B, 0.5% 이하의 Zr, 1.0% 이하의 Hf, 1.5% 이하의 Al, 6% 이하의 Co, 3% 이하의 Mo 및 6% 이하의 Fe와 나머지 Ni로 구성되어 있다.
이러한 공지의 합금들은 W 및 Cr의 함량이 너무 높고, 유도방사능을 일으킬 염려가 있는 Co를 포함하고 있으며, 고온에서 내산화성에 해로운 영향을 미치는 Mo을 함유하고 있고, 비강도(무게에 대한 강도의 비)가 작으며 제조원가가 비싸고 열간압출등과 같이 특별한 가공법으로만 성형이 가능하다는 단점을 가지고 있다.
이러한 문제점들을 개량하기 위하여 본 발명자들은 니켈기 단조합금 16.5Cr-21.5W-1.5Al-0.9Ti-Ni을 개발하여 대한민국특허 제16420호를 얻은 바 있다.
본 발명은 대한민국특허 제16420호의 관련기술을 더욱 개량발전시킨 것으로 1.5% 이하의 Ta을 첨가하고 C의 함량을 0.02-0.3%로 조정함으로써 대한민국특허 제16420호 보다 1000℃, 4kg/㎟ 응력하에서의 크립파단 수명을 1.4배 향상시킬 수 있다. 또한 자유 단조로 충분히 봉재 및 판재의 형태로도 가공이 가능하며 내산화성과 염산, 질산용액 및 브로모트리플루오로메탄 가스하에서도 뛰어난 내식성을 갖고 있음을 표 3에서와 같이 알 수 있다.
본 발명에서의 합금첨가원소 범위는 Ni을 바탕으로 하여 Cr이 12%-20%, W이 18%-25%, Ti은 0.2%-1.5%, Al은 1%-3%, B은 0.1%이하, C은 0.3%이하, Zr은 0.2%이하이고, Ta은 1.5% 이하로 제한하였다.
이와같이 제한한 이유는 Cr과 W이 기지인 니켈이 고용되어 강화효과를 충분히 가져오게 하고 Al과 Ti을 적정 첨가함으로써 γ'석출상을 만들어 가공성을 해치지 않는 범위까지 골고루 분산시켜 석출강화를 도모하였다.
또한 Ta의 첨가는 기지조직과 석출물인 γ'에 골고루 분산 고용되어 크립타단수명의 향상을 가져왔다. 본 발명합금에 있어서, 18%-25%의 W범위에서 Cr함량이 20%이상이 되면 크립타단수명이 저하하는 것으로 밝혀졌고 석출된γ'(gamma prime)상에 의하여 W의 고용도가 적어져 기지조직에 α-W이 석출되어 강화효과를 가져왔다.
C은 탄화물을 형성하여 고온강도를 높여주며 1000℃에서는 M6C형 탄화물을 안정상으로 존재하였고 C량이 많아지면 과다한 탄화물이 석출되어 단조성을 저하시킨다.
또한 B과 Zr은 입계강화와 탄화물의 안정을 주목적으로 첨가하며 첨가량이 많아지면 입계에 편석이 생겨 가공성의 저하를 가져오기 때문에 각각 0.1%와 0.2% 이하의 범위내에서 첨가하는 것이 바람직하다.
[실시예]
본 발명합금을 제조하는데 사용한 원료금속은 고순도 Ni, 전해 Cr, 분말, Al, Ti, Zr, Ta 금속과 Ni-15% B의 모합금 및 흑연이다.
용해는 진공고주파로에서 5kg의 알루미나 도가니를 사용하였으며 장입순서는 먼저 Ni과 W 및 C를 장입하고 녹인 후 용탕이 형성되었을 때 Ta과 나머지 Ni을 넣었다.
그후 Cr, Al, Ti, Zr, B순서로 장입하였으며 이때의 진공도는 10-3Torr를 유지하였다. 용탕은 진공중에서 주철몰드에 주입하여 잉고트를 제작하였다.
제작한 잉고트는 1250℃의 온도에서 자유단조를 1000lb 용량의 공기식햄머를 사용하였으며 마무리온도는 900℃ 로하였다. 최종 20mm
Figure kpo00001
의 봉재로 만든 본 발명합금의 시료들은 1300℃에서 1시간 용체화처리하여 크립파단시험을 하였다. 이와같이 하여 제작한 시료의 화학조성은 아래의 표1과 같으며 기존 단조합금과의 1000℃크립파단시험 결과는 표 2에 나타나 있으며, 첨부된 도면은 본 발명합금과 영국특허 제2103243A호에 의한 합금과의 크립파단수명을 비교하여 보인 그래프이다.
또한 각종 분위기하에서의 내식성을 표 3에 나타나 있다.
[표 1] 시료의 화학조성 비교
Figure kpo00002
[표 2] 크립파단시험(1000℃, 응력 4kg/㎟)
Figure kpo00003
[표 3] 각종 분위기하에서의 내식성 비교
Figure kpo00004
주 1) 대기중에 1000℃, 100시간 산화
2) 시험편의 침지조건: 염산수용액, 75℃, 24시간: 황산 340℃, 24시간: 질산용액, 110℃, 24시간 침지후 부식정도를 비교.
3) 시험편의 침지조건: 포화상태의 브로모트리플루오로메탄(CF3Br) 가스속에 25℃, 90일 침지후 부식정도를 비교.

Claims (1)

  1. 중량비로 Cr 12-20%, W18-25%, Ti 02-1.5%, Al 1-3%, C 0.02-0.3%, B 0.1% 이하, Zr 0.2%이하, Ta 0.2-1.5%, 나머지는 Ni로 구성됨을 특징으로 하는 니켈기 초내열 합금기.
KR1019860010134A 1986-11-28 1986-11-28 니켈기 초내열 합금 KR900003224B1 (ko)

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