Fe계 경면처리 합금의 Cavitation Erosion 저항성에 미치는 Mn과 B의 영향

Abstract

원자력발전소 1차계통내 밸브는 90～343℃의 고온과 5～30ksi의 높은 접촉응력이 가해지는 극심한 마모환경과 cavitation erosion 및 부식저항성이 요구되는 환경에서 사용되고 있으며 특히 압력이 급격히 변화하는 환경에서 사용되는 역류방지용 스윙체크밸브 및 유량조절용 글로브밸브는 주로 유체의 흐름이나 단면적이 변화될 때 생기는 압력차로 인해 발생된 cavity가 금속표면에서 파열되면서 충격손실을 가하는 cavitation erosion에 의한 부품손상이 발생한다. 따라서, 원전밸브용 경면처리 재료의 선택은 기존 원전 밸브의 손상원인인 마찰마모와 cavitation erosion에 대한 저항성이 중요한 기준이 될 수 있다. 대부분의 원전 밸브는 디스크와 시트 접촉면을 우수한 내마모, 내부식 재료인 Co계 Stellite 합금으로 경면처리하여 사용되고 있다. 하지만, Stellite 합금의 마모와 부식으로 떨어져 나온 Co는 원자력 발전소 1차계통의 방사선장을 형성하는 주요 요인으로 알려지면서 Co를 함유하는 1차계통내 재질을 Co를 함유하지 않은 Co-free 재질로 대체하기 위해 Fe계 경면처리 합금을 개발하려는 연구가 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 Stellite와 동등하거나 그 이상의 우수한 내마모성과 cavitation erosion 저항성을 갖기 위해 기존의 Fe계 경면처리 금속의 cavitation erosion 저항성 향상을 위해 고가의 원소 첨가 없이 선행 연구보다 더 우수한 cavitation erosion 저항성을 부여하는 합금 조성을 개발하는데 있다. 즉, 원전작업자의 방사선 피폭을 줄이면서 부품의 유지 보수기간 연장과 경비를 절감하는 경면 처리용 합금을 개발하는데 있으며, 이를 위하여 4원계(Fe-Cr-Si-C) 합금에 Mn과 B을 첨가하여 cavitation erosion 저항성에 미치는 영향을 분석하였다.; The effects of Mn and B on the cavitation erosion behavior of austenitic Fe-Cr-C-Si-xMn-yB (x=0, 10wt.% y=0, 0.3wt.%) hardfacing alloy were investigated by using the vibratory cavitation erosion tester following ASTM G32-03. It was found that the cavitation erosion resistance increased with addition of B. The increase of resistance was considered to be due to the grain size refinement and so the enhancement of strain-induced α′ martensitc transformation. It was also found that εmartensite, which was easily formed by addition of Mn, was more effective than α′martensite in increasing cavitation erosion resistance. When adding both of Mn and B, the cavitation erosion resistance increased further. It was considered to the due to the strain-induced ε martensite formation which was enhanced by grain size refinement.