Ni, Mn이 Fe-Cr-C계 합금의 cavitation erosion 저항성에 미치는 영향

Abstract

Cavitation erosion은 원전기기 부품 중 배관(T형 연결부위, bends, elbows), 펌프(임펠러, 디스차지볼, 케이싱), turbine blade, valve, feed water line 등에 극심한 손상을 준다. 특히 압력이 급격히 변화하는 환경에서 사용되는 역류방지용 스윙체크밸브 및 유량조절용 글로브밸브는 주로 유체의 흐름이나 단면적이 변화될 때 생기는 압력차로 인해 발생된 cavity가 금속 표 면에서 파열되면서 cavitation erosion에 의한 감육 손상이 발생한다. 이러한 손상을 방지하기 위해 Co계 Stellite합금을 육성 용접하여 사용하고 있으나 불안정한 수급과 고가의 합금 용접에 의한 경제성 문제가 존재하며, Stellite 합금의 마모와 부식으로 떨어져 나온 Co는 원자력 발전소 1차계통의 방사선장을 형성하는 주요 요인으로 알려지면서 Co를 함유하지 않은 재질로 대체하기 위해 Fe계 합금을 개발하려는 연구가 진행되고 있다. 이러한 Cavitation erosion 저항성을 향상시키기 위해 변형유기마르텐사이 트 상변태를 이용한 연구가 진행되어왔다. 변형유기마르텐사이트 상변태는 cavitation에 의한 충격에너지를 흡수함으로써 저항성을 향상시켜준다. 하지 만 4원계 합금인 Fe-Cr-C-Ni, Fe-Cr-C-Mn 합금에서 변형유기마르텐사이트 상 변태가 비슷하게 일어나지만 cavitation 마모 저항성은 차이를 보인다. 따라서 본 연구에서는 변형유기 마르텐사이트 상변태가 일어나는 Fe-Cr-C 오스테나이트계 합금에서 Ni, Mn을 첨가했을 때, cavitation erosion 저항성 에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다.|The effects of nickel and manganese concentrations on the cavitation erosion behavior of austenitic Fe-Cr-C alloys 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 chromium. The increase of resistance was considered to be due to the decrease in absorption of impact energy by low strain from fracture. Additionally, the increase of carbon concentration was decreased with cavitation erosion resistance by carbide and low CSE. It was found that shear band, which was easily generated by Fe-Cr-C-Ni alloys, was more effective than strain-induced martensitic transformation. Generation of shear band in Fe-Cr-C-Ni alloys decreased with cavitation erosion resistance.; The effects of nickel and manganese concentrations on the cavitation erosion behavior of austenitic Fe-Cr-C alloys 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 chromium. The increase of resistance was considered to be due to the decrease in absorption of impact energy by low strain from fracture. Additionally, the increase of carbon concentration was decreased with cavitation erosion resistance by carbide and low CSE. It was found that shear band, which was easily generated by Fe-Cr-C-Ni alloys, was more effective than strain-induced martensitic transformation. Generation of shear band in Fe-Cr-C-Ni alloys decreased with cavitation erosion resistance.