Inconel 617의 재결정 거동 및 분위기에 따른 고온 산화 특성

Abstract

Inconel 617은 수소생산용 초고온 가스 냉각로 (High Temperature Gas Reactor, HTGR)의 열 교환기 (Intermediate Heat eXchanger, IHX)와 Hot Gas Duct등의 고온배관용 재료에 사용이 가능한 후보재료로 알려져 있다. Inconel 617은 Ni 기지상에 Cr, Mo와 W등의 첨가물이 의한 고용 강화된 단일 오스테나이트 결정구조를 가지며, Al과 Ti등의 원소로 인한 석출 경화 효과가 있으며, Cr과 Al등의 원소가 표면에 외부, 내부 산화물의 형태로 존재 하여 내식성이 뛰어나다. 이러한 특성들로 인해 고온에서 높은 강도를 유지할 수 있고, 동시에 크립저항성과 내부식성 및 내산화성이 우수하다. 열교환기 등의 고온 배관용 재료는 950oC 이상의 고온과 약 8 MPa의 압력 하에서 가동된다. 이는 고온에서 장시간 노출이나 반복적인 열적 이력을 겪음으로 인해 미세조직에 영향을 주게 되며, 이러한 영향들은 합금의 고온 기계적 특성에 영향을 미치게 되므로 재료의 내구한도를 결정하는 중요한 인자로 작용하게 된다[4-7]. 재료의 내구한도는 산화피막의 두께, 결함의 유무, 합금의 상변화 등에 따라 달라지므로 열화에 따른 재료의 미세구조 변화, 그리고 그에 따른 재료의 기계적 특성을 평가하는 것은 매우 중요하다. 이러한 Ni기 초내열합금의 경우 고온 열화가 재료에 미치는 영향을 관찰하기 위해 산화거동 및 미세조직에 대한 연구가 보고되고 있다. 본 연구에서는 Inconel 617의 열화에 따른 재료의 미세조직 변화 및 그에 따른 기계적 특성변화를 관찰하기 위해서 산화되기 쉬운 air분위기와 실제 가동되는 조건인 He분위기에서 가동온도보다 높은 1050oC 의 가혹한 조건으로 열화시험을 실시하였다. 열화 한 시편은 표면산화물 분석 및 석출상의 형상을 관찰하였으며 위와 같은 실험을 통하여 미세조직의 변화와 기계적 특성을 평가하였다. 그리고, 냉간 압연 과정을 통하여 재료에 심한 변형을 주고, 어닐링을 통해 새로운 결정립이 성장하는 재결정 과정을 통하여 결정립 크기를 조절하였고, 제어된 결정립 크기에 따른 산화특성 및 기계적 특성을 평가하였다.