Super 304H, 347H 스테인리스강 용접 열영향부에서의 시효 중 석출거동에 미치는 안정화 열처리의 영향

Abstract

347H 스테인리스강은 고온특성 및 내부식성이 우수하여 화력발전소 재열기용 튜브 재료로 널리 사용되고 있는 합금이다. 하지만 가동 중 용접열영향부에서 발생하는 결정립 조대화, 탄화물 석출, 입계편석과 같은 미세조직적 변화로 인해 크리프 특성이 취약해지면서 균열이 발생하는 문제가 있다. 따라서 본 연구에서는 시효처리를 통하여 미세조직 및 석출물 거동변화를 살펴보고, 안정화열처리를 통해 용접 열영향부의 크리프 수명성을 개선하고자 하였다. 아울러 최근 대체제로 논의되고 있는 Super304H를 347H와 함께 비교분석하였다. 347H 스테인리스 강 용접열영향부 크리프 특성 열화의 주원인은 가동 중 입계에 생성되는 판상형 M23C6 탄화물로 판단되었다. 따라서 안정화 열처리를 통해 용접열영향부에서의 M23C6 탄화물의 생성 억제 및 입내 강화효과를 주는 Nb(C,N) 탄화물 석출을 유도하였다. 각 석출물 별 고용온도를 고려하여, 안정화 열처리 온도를 결정하였으며, 안정화 열처리 유무에 따른 시효처리를 실시하여 석출물 및 미세조직 변화를 분석하였다. CGHAZ 재현 및 가동환경 조건인 700℃에서의 시효처리를 위하여 Gleeble thermo mechanical simulator 및 muffle furnace를 각각 사용하였다. 시효처리 시간이 늘어남에 따라 입내 Nb(C,N) 및 입계 M23C6 석출물이 모두 증가하였으며, 200시간 경과 후에는 크리프 수명을 크게 저하시키는 것으로 알려진 시그마 상이 생성되는 것을 확인하였다. 안정화 열처리 및 시효처리를 수행한 경우, 모든 시편의 결정립 내에서는 미세한 Nb(C,N) 탄화물 석출이 증가하였으며, M23C6 입계 석출이 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 또한 균열의 원인으로 판단되는 M23C6 형상이 판상에서 입상(granular)으로 변화하였으며, 시그마 상의 생성시기가 지연되었다. Super304H CGHAZ에서 고온 강도 상승에 크게 기여하는 것으로 알려진 미세한 Cu-rich phase의 크기는 안정화 열처리에 영향을 받지 않아, 전위 및 입계 pinning 효과는 유지될 것으로 사료되었다.