Inconel 617의 결정립 미세화에 따른 고온산화거동 및 기계적 특성 평가

Abstract

수소생산용 초고온 가스 냉각로 (High Temperature Gas-cooled Reactors, HTGR)의 열 교환기 (Intermediate Heat Exchanger, IHX)와 Hot Gas Duct등의 고온배관용 후보재료로서Inconel 617은 Ni 기지상에 Cr, Mo와 W등의 첨가물이 고용 강화된 단일 오스테나이트 결정구조를 가지며, Al과 Ti등의 원소로 인한 석출 경화 효과가 있으며, Cr과 Al등의 원소가 표면에 외부, 내부 산화물의 형태로 존재하여 내식성이 뛰어나다. 이러한 고온 배관용 재료는 고온 고압의 가혹한 분위기에서 사용됨에 따라 고온에서 장시간 노출이나 반복적인 열적 이력으로 인한 미세조직과 고온기계적 특성에 영향을 받게 된다. 이에 본 연구에서는 Inconel 617의 고온산화거동을 평가하기 위하여 50% 냉간 압연을 통해 미세한 결정립을 가지는 시편을 확보하였고, Al : Al2O3 : NH4Cl = 15g : 83g : 2g 의 혼합분말을 알루미나 도가니에 As-received 시편에 도포한 후에 아르곤 분위기에서 900°C 1시간 동안 실험하여 또 하나의 시편을 확보하였다. 이렇게 확보된 미세한 결정립의 시편과 Al-pack cemented된 시편을 950oC에서 고온열화 시험을 수행하였고, 고온열화에 의해 형성된 산화층의 성분 및 원소의 분포를EPMA를 이용하여 분석하였다. 그리고 고온산화특성을 평가하기 위하여 internal oxide layer(Al2O3)의 깊이와 external oxide layer(Cr2O3) 형성으로 인한 기지의 고갈영역을 분석하였다. 또한 기계적 특성을 평가하기 위하여 경도를 측정하였으며, Al-pack cementation처리한 코팅층의 상분석결과 NiAl과 Ni2Al3상을 확인하였다. 이를 통해 초기 시편과 미세한 결정립을 가지는 시편의 고온산화 특성과 고온기계적 특성과 Al-pack cemented 시편을 비교 평가하였다. Al-pack cementation한 시편의 경우 표면의 경도값과 산화저항이 향상되었다.