| 학회 | 한국재료학회 |
| 학술대회 | 2004년 가을 (11/05 ~ 11/05, 인하대학교) |
| 권호 | 10권 2호 |
| 발표분야 | 금속 |
| 제목 | 발전설비 강 용접부의 재질열화에 따른 HAZ 조직의 크리프 특성평가 |
| 초록 | 1. 서론 고온·고압하에서 작동되는 발전설비 용접부의 고온 크리프는 보일러 및 헤더재료의 주요한 열화기구로 알려져 있어, 용접부에 대한 크리프 특성 평가는 발전설비의 건전성 및 안전성 확보에 매우 중요한 요건이다. 한편, 용접부의 HAZ는 용접공정 중에 발생하는 용접열에 의해 변태된 다양한 조직으로 구성되며, 특히, CGHAZ와 ICHAZ는 각각 Type III 및 Type IV의 균열 발생위치로 알려져 있다. 따라서, 이러한 영역에 대한 크리프 특성의 평가는 매우 중요함에도 불구하고, 표준 시험편 제작의 한계로 인해, 현재까지의 용접부에 대한 평가는 대부분 모재 및 용착금속에 국한하여 이루어져 왔다. 본 연구에서는 국부영역의 물성 평가에 그 유용성이 확인된 소형펀치 시험을 이용하여, 용접부의 각 HAZ조직에 대한 크리프 특성을 평가하였다. 또한, 인공열화열처리를 통해 얻어진 모의 열화시험편을 대상으로 크리프 시험을 수행함으로써 열화시간에 따른 크리프 특성을 조사하고, 경도 및 SEM 파면분석을 통해 그 유용성을 확인하고자 한다. 2. 시험편 및 실험 방법 용접부의 크리프 특성 평가를 위해 사용된 재료는 초임계압 발전설비용 보일러 헤더재료로 널리 사용되는 X20CrMoV121강의 신재와 660℃/100hrs∼4000hrs 열화재이다. 크리프 시험을 위한 대상조직은 모재, 용착금속 및 각 HAZ조직이다. 각 조직의 소형펀치 크리프(SP-Creep) 시험을 위한 시험편의 치수는 10x10mm이고 두께는 0.5mm이다. 크리프 시험온도는 600℃이고, 하중은 35∼50kg으로 하였다. 시험중 발생하는 산화에 의한 시험결과의 오차를 방지하기 위해 불활분위기(Ar 가스)하에서 시험이 수행되며, 시험편 중앙의 변형은 최소 1μm까지 정밀 계측함으로써, 시간에 따른 변형거동을 조사한다. 또한, 크리프 시험에 앞서, Micro Vicker's 경도계를 이용하여 하중 500g으로 각 조직의 경도를 측정함으로써 인공열화열처리에 따른 조직의 경도변화를 조사한다. 3. 실험결과 신재의 경도 결과는 모재가 약 240Hv의 값을 보였고, 용착금속과 CGHAZ가 약 300∼330Hv정도의 높은 값을 보인 반면, FGHAZ와 ICHAZ 부근에서는 모재보다 낮은 연화층이 관찰되었다. 그러나 열화시간이 증가함에 따라 용착금속과 CGHAZ의 경도는 낮아지고 모재 및 ICHAZ의 경도는 높아져 각 조직이 비슷한 값을 보였다. 신재의 SP-Creep 결과를 보면, 용착금속이 가장 낮은 크리프 속도록 보여 내 크리프 특성이 가장 우수하였으나, 기존의 결과와는 달리 type III 및 type IV의 균열발생위치인 CGHAZ나 ICHAZ보다, 경도의 구배가 큰 FGHAZ가 가장 높은 크리프 속도를 보여, FGHAZ조직의 내 크리프 특성이 가장 낮음을 알 수 있었다. 열화시간에 따른 거동을 살펴보면 모재 및 용착금속은 시간에 따라 내크리프 특성이 저하하는 특성을 보인 반면, 신재에서 가장 낮은 크리프 특성을 보인 FGHAZ는 오히려 증가하는 경향을 보였다. SEM 파면 결과를 보면 1000hrs의 경우, 탄화물들이 더 커졌으며 파면 전반에 걸쳐 고루 분포한 반면, 4000hrs의 경우는 한쪽에 집중하는 거동을 확인할 수 있었다. 이러한 탄화물의 조대화 및 집중에 의해 크리프 특성이 변화되었으리라 예상할 수 있다. 결국, 이러한 용접부 각 조직별 크리프 특성을 정량적으로 평가하는 것은 기존 단축인장 크리프로는 얻을 수 없는 결과로, 용접부에 대한 SP-Creep 시험의 우수성을 확인할 수 있었다. Acknowledgements: 본 연구는 한국과학재단 목적기초연구(R05-2001-000-01131-0)지원에 의해 수행된 결과의 일부이며, 이에 감사 드립니다. |
| 저자 | 백승세, 권일현, 김회현, 이동환, 양성모, 유효선 |
| 소속 | 전북대 |
| 키워드 | Weldment; HAZ; Small punch; Creep; X20CrMoV121 |
