Inconel 740 합금에서 텅스텐의 첨가가 열적 특성과 고온 기계적 특성에 미치는 영향

Abstract

발전용 전열관 재료에 대해, 현재 환경적, 효율적 측면에서 점차 재료의 고유적 한계를 갖는 철계 합금을 대신해 더 높은 온도에서 사용할 수 있는 니켈계 초내열합금에 대해 연구가 진행 중이다. 차세대 전열관 재료인 니켈계 초내열합금 Inconel 740에 대해 열적 특성과 고온 기계적 특성을 조사하였고, 내열화 원소인 텅스텐을 첨가하여 이들 특성에 대하여 미치는 영향을 고찰하였다. 열전도도 실험을 통하여 기존 합금에 첨가한 원소가 열전도도에 미치는 영향을 조사하였다. 열전도도는 보일러의 효율적 측면에서 중요한 특성이며, 순수한 금속에 합금원소를 첨가하면 열전도도가 급격히 감소하는 경향이 있다. 또한 Inconel 7xx series 합금의 주된 강화 메카니즘은 γmatrix에 γ＇precipitates 를 석출시키는 석출경화이기 때문에 그 기계적 특성이 사용 온도에 따라 중요하게 된다. 따라서 Advanced-Ultrasupercritical (A-USC, 초초임계압) condition (750℃, 100MPa) 에 대해 고온 인장실험을 수행하였다. 열전도도, 열팽창계수, 고온 항복응력, Young's modulus는 열피로에 중요한 영향을 미치는 특성이기 때문에 Busseum의 방법을 이용하여 이들 합금의 열피로 저항성을 평가하였다. 텅스텐의 첨가가 열전도도의 감소를 유발하기는 하지만, 그 영향은 매우 적다. 이는 복잡한 조성을 갖는 Inconel 740합금이 이미 첨가된 다른 합금 원소에 의해 열전도도가 충분히 감소한 상태이며, 따라서 모재 합금에 대한 텅스텐의 첨가가 열전도도에 영향이 거의 없다고 할 수 있다. 또한 텅스텐의 첨가가 기계적 강도(항복강도, 인장강도)의 증진을 가져와 결과적으로 열피로 거동에 좋은 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.