고전적 핵 생성/ 성장 모델을 이용한 Inconel 690의 석출 거동 예측

Abstract

인코넬 690 합금은 이전의 인코넬 600 합금보다 Cr 함량이 많아 응력 부식 균열 저항성이 향상된 합금으로 그 사용이 증가되고 있다. 합금의 미세구조는 오스테나이트 기지에 입계 탄화물(M23C6)로 구성되어 있으며 수십 년간의 사용 중에 마모, 부식, 수소 취성 등의 열화가 일어나지 않도록 해야 한다. 열화의 주요 요인은 초기 탄화물의 크기, 분포 및 Cr 농도 분포 등이다. 본 연구에서는 고전적 핵 생성 성장 및 조대화 모델에 기반을 두고 열처리 온도와 시간에 따른 탄화물의 형성 거동을 모사하였으며, 확산 모델을 이용하여 Cr의 농도 분포를 모사하였다. 열역학적 데이터는 상용 software인 Thermo-calc를 통해 얻었다. 온도와 시간에 따른 탄화물의 크기 및 분포 변화를 보며 이에 따른 Cr 농도 분포를 보며 최적의 열처리 조건을 제시하였다. 모사 결과는 문헌의 실험 데이터와 비교하여 모델의 타당성을 검토하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 핵 생성 속도가 빠를수록, 석출 완료 시간도 짧아짐을 확인하였고, 온도가 낮아질수록, TP time에서의 탄화물 크기는 작아짐을 확인하였다. 그리고 시뮬레이션 결과에 기초하여 750℃에서 석출이 완료되는 시간인 9hr이 최적의 열처리 조건임을 확인하였다.