[논문]9Cr-1Mo 내열강의 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 원심주조 후 단조 조건의 영향

이상명; 김윤규; 최한글; 이정규; 조영관; 박영태; 강창룡

9Cr-1Mo 내열강의 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 원심주조 후 단조 조건의 영향
Effect of Forging Condition on the Microstructure and Mechanical Properties of Centrifugal Casted 9Cr-1Mo Heat-Resisting Steel 원문보기

The effect of forging condition on the microstructure and mechanical properties of 9Cr-1Mo heat-resisting steel was investigated. Microstructure of centrifugal casted 9Cr-1Mo heat resisting steel and forged heat resisting steel are consisted of martensite. With the increase of forging ratio, tensile strength and hardness increased, while elongation and impact value decreased. By increasing of forging starting temperature and finishing temperature, tensile strength and hardness increased, while elongation and impact value decreased. We obtained the optimum forging conditions as follow, forging ratio is 30%, forging starting temperature is $1200^{\circ}C$ and forging finishing temperature is $950^{\circ}C$.

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 보일러의 부품 등에 많이 사용되는 9Cr-lMo 내열강의 원심주조 후 적용하는 단조 공정에서 최적의 단조조건을 확보하기 위하여 시료를 용해하여 원심주조 한 다음 단조 버], 단조 시작온도, 단조 마무리온도 등을 변화시켜 단조작업 하여 단조조건 변화에 따른 미세조직과 기계적 성 질 변화를 조사하였다.

제안 방법

Photo. 1은 단조비 변화에 따른 미세조직 변화를 조사하기 위하여 원심주조한 링 형상의 잉곳을 1200℃ 에서 단조비가 각각 10%, 20%, 30% 및 50%가 되게 단조작업 한 다음 950℃ 에서 완료 한 다음 강제공랭한 시료의 미세조직을 광학현미경으 로 나타낸 것이다. 두 시료가 단조비에 관계없이 모두 동일한 마르텐사이트 조직임을 알 수 있으며, 광 학현미경 조직으로는 단조비에 따른 미세조직의 차이를 알 수가없는 것을 알 수 있다.
9Cr-lMo 내열강의 미세조직 및 기계적 성질에 미치는 단조 조건의 영향을 규명하기 위하여 단조 비, 단조 시작온도 및 단조 마무리온도를 변화시켜 단조작업 한 다음 미세조직 및 기계적 성질을 조사 한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
단조 시작온도의 영향을 조사하기 위한 단조 작 업은 시료를 1150℃, 1200℃ 및 1250℃에서 단조작 업을 시작하여 단조비가 30%가 되게 단조작업 후 950℃에서 종료 한 다음 강제 공랭하였다. 또한 단 조 마무리 온도의 영향을 조사하기 위한 단조 작 업은 1200℃에서 단조작업을 시작하여 단조비가 30%되게 단조 작업 한 다음 각각 900℃, 950℃ 및 1000℃에서 단조작업을 종료하였다.
단조작업 한 시료의 경도 측정은 브리넬 경도기 를 사용하여 7회 이상 측정하여 최대 및 최소 값을 제외한 다음 평균하여 구하였다. 인장시험은 단조작 업 한 시료에서 표점거리가 50mm인 JIS B 7702의 4호 시험편의 규격으로 제작한 다음 상온에서 cross head speed를 2mm/min.
단조 시작온도의 영향을 조사하기 위한 단조 작 업은 시료를 1150℃, 1200℃ 및 1250℃에서 단조작 업을 시작하여 단조비가 30%가 되게 단조작업 후 950℃에서 종료 한 다음 강제 공랭하였다. 또한 단 조 마무리 온도의 영향을 조사하기 위한 단조 작 업은 1200℃에서 단조작업을 시작하여 단조비가 30%되게 단조 작업 한 다음 각각 900℃, 950℃ 및 1000℃에서 단조작업을 종료하였다. 한편, 단조비 의 영향을 조사하기 위한 단조작업은 1200℃에서 단조비가 10%, 20%, 30% 및 50%가 되게 단조작 업 한 다음 모두 950℃에서 종료한 후 강제공랭하였다.
원심 주조 한 시료와 원심주조 후 단조조건을 변 화시켜 단조작업 한 시료의 미세조직은 통상의 연 마과정을 거친 후 5% 질산용액으로 부식시켜 광학 현미 경 과 주사전자현미 경 을 사용하여 조사하였다.
한편, 단조비 의 영향을 조사하기 위한 단조작업은 1200℃에서 단조비가 10%, 20%, 30% 및 50%가 되게 단조작 업 한 다음 모두 950℃에서 종료한 후 강제공랭하였다. 이때 모든 단조작업의 온도 측정은 비접촉식 적외선 온도계(Raytek사, R3i2ML3u)를 사용하여 측정하였다.
로 정하여 시험 하였다. 한편 충격시험 역시 단조 작업한 시료에 대하여 2mmV 노치를 갖는 샤르피 충격 시험편으로 제작하여 상 온에서 시험하였다.

대상 데이터

시료는 전해철, Fe-Cr 등과 같은 합금철을 사용하여 고주파 용해로에서 용해작업 한 다음 원심주 조 하여 링 형상의 잉곳을 만든 후 단조작업을 실시하여 시료로 사용하였다. 이때 사용된 시료의 최종

성능/효과

1. 원심주조 후 단조작업 한 시료는 단조비, 단조 시작온도 및 단조 마무리온도에 관계없이 마르텐사 이트 조직으로 되어 있다.
2. 단조비가 증가할수록 마르텐사이트의 경도가 높아지는데 기인되어 인장강도와 경도는 증가하는데 반하여 연신율과 충격값은 감소하였다.
3. 단조 시작온도 및 단조 마무리온도가 증가 할 수록 마르텐사이트 조직의 경도가 높아지는데 기인 되어 인장강도와 경도는 증가하고, 연신율과 충격값은 감소하였다.
4. 본 연구를 통하여 얻은 최적의 단조조건은 단 조비 30%, 단조 시작온도 1200℃, 단조 마무리온도는 950℃이었다.
6은 경도와 충격인성에 미치는 단조 마무리 온도의 영향을 조사하여 나타낸 것이다. 단조 마무 리온도가 증가할수록 경도는 증가하고, 충격인성은 낮아지고 있음을 알 수 있다.
3은 단조 시작온도에 따른 미세조직 변화를 조사하기 위하여 시료를 용해한 다음 원심주조 후 여러 온도에서 단조비가 30%가 되게 단조작업 한 다음 950℃에서 종료 하였을 때의 미세조직을 광학 현미경으로 나타낸 것이다. 단조 시작 온도에 관계없이 세 시료 모두 동일한 마르텐사이트 조직 임을 알 수 있고, 단조 시작온도가 높아질수록 마르 텐사이트의 크기가 미세화되는 경향을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
3시료의 미세조직을 주사전자현미경으로 나타낸 것이다. 단조 시작온도가 높아질 수록 마르텐사이의 라스 크기가 작아질 뿐만 아니라 방향성이 없이 무질서하게 존재하고 있는 것을 알 수 있다.
1은 단조비 변화에 따른 미세조직 변화를 조사하기 위하여 원심주조한 링 형상의 잉곳을 1200℃ 에서 단조비가 각각 10%, 20%, 30% 및 50%가 되게 단조작업 한 다음 950℃ 에서 완료 한 다음 강제공랭한 시료의 미세조직을 광학현미경으 로 나타낸 것이다. 두 시료가 단조비에 관계없이 모두 동일한 마르텐사이트 조직임을 알 수 있으며, 광 학현미경 조직으로는 단조비에 따른 미세조직의 차이를 알 수가없는 것을 알 수 있다. 따라서 Photo.

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