[논문]Alloy 617계 산화물 분산강화(ODS) 합금의 제조와 인장특성

민형기; 강석훈; 김태규; 한창희; 김도향; 장진성

doi:10.4150/kpmi.2011.18.6.482

Abstract ▼ AI-Helper

Alloy 617, Ni-22Cr-12Co-9Mo base oxide dispersion strengthened alloy was fabricated by using mechanical alloying, hot isostatic pressing and hot rolling. Uniaxial tensile tests were performed at room temperature and at $700^{\circ}C$. Compared with the conventional Alloy 617, ODS alloy sh...

Alloy 617, Ni-22Cr-12Co-9Mo base oxide dispersion strengthened alloy was fabricated by using mechanical alloying, hot isostatic pressing and hot rolling. Uniaxial tensile tests were performed at room temperature and at $700^{\circ}C$. Compared with the conventional Alloy 617, ODS alloy showed much higher yield strength and tensile strength, but lower elongation. Fracture surfaces of the tensile tested specimens were investigated in order to find out the mechanism of fracture mode at each test temperature. Grain adjustment during tensile deformation was analyzed by electron backscattered diffraction mapping, inverse pole figures and TEM observation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 차세대 원자로 구조재료로 주목받고 있는 Alloy 617의 고온 기계적 특성을 개선하고자 Alloy 617계 ODS 합금을 제조하고 인장특성을 평가하였다. 시험 결과에 의하면 상용 합금에 비해 ODS 합금의 항복강도가 크게 향상되었음을 알 수 있었다.

가설 설정

(b)의 ODS 합금은 약 1 µm로 측정되었다.

제안 방법

합금의 적용 가능성을 타진하기 위해서는 변형과 파괴에 대한 이해가 필요하며, 파면 조사는 파단의 근본적인 원인을 파악하는데 필수적이다. 따라서 상온 및 700℃에서 인장시험을 수행한 뒤 주사 전자현미경(SEM)을 이용해 파단면을 관찰하였고, 후방산란 전자회절(EBSD) 결정방위 분석과 투과전자 현미경(TEM)을 이용한 파단 시편의 미세조직 관찰을 통해 인장시험 온도에 따른 파단기구(fracture mechanism) 차이를 규명하고자 하였다.
상용 합금과 ODS 합금의 미세조직 관찰과 인장시험 후 발생한 결정립 거동 분석에는 EBSD를 사용하였고, 인장시험 후 파면 관찰에는 주사전자현미경(JEOL, JSM-5200)을 사용하였다. 투과전자현미경의 시료 준비는 두께 60~70 µm 까지 기계적 연마 후 HClO₄(70%, 200 ml) + C₂H₅OH(800 ml) 용액에서 twin jet polisher를 이용해 전해연마(electrolytic polishing)하였다.
제조된 합금 분말은 STS 304 L 캔에 장입 후 500℃에서 1 시간 동안 탈가스(degassing) 처리하였다. 이후 1200℃, 100 MPa 압력으로 4 시간동안 열간등압성형(Hot Isostatic Pressing, HIP) 공정으로 시편을 원기둥 형상으로 제조한 후 1050℃에서 압연비 60%로 압연하여 열연 판재를 제조하였다. 열연 판재 시편은 1150℃에서 1 시간 동안 용체화 열처리 후 수냉하여 최종시편을 얻었다.
인장시험 온도에 따라 발생한 파단기구 차이와 인장시험 후 결정방위 배열과의 연관성을 알아보기 위해 용체화 열처리된 ODS 합금 시편과 상온 및 700℃ 인장시험 시편의 결정방위를 EBSD로 mapping한 결과와 역극점도를 그림 6에 나타내었다.
0 mm로 하였다. 인장시험은 만능시험기(INSTRON, Model 4505)로 상온과 700℃에서 각각 0.002, 0.0001/sec의 변형속도(strain rate)로 수행하였다.
MA 공정은 유성형 볼밀(FRITSCH, Pulverisette 5)을 사용하였고, 강구와 금속 분말의 장입 비율은 무게비로 15:1, 회전속도 120 rpm에서 14 시간동안 작업하였다. 합금화 과정에서 발생할 수 있는 분말의 산화를 방지하기 위해 아르곤 분위기(99.99%)의 글로브 박스(glove box) 안에서 작업하였고, 합금 오염을 방지하고자 목표 조성의 분말을 넣은 후 300 rpm의 회전속도로 14 시간 동안 예비 밀링하여 강구와 용기를 코팅한 후, 본 MA작업을 수행하였다. 제조된 합금 분말은 STS 304 L 캔에 장입 후 500℃에서 1 시간 동안 탈가스(degassing) 처리하였다.

대상 데이터

합금 분말 제조에 사용된 원료 분말의 사양을 표 1에 나타내었다. MA 공정은 유성형 볼밀(FRITSCH, Pulverisette 5)을 사용하였고, 강구와 금속 분말의 장입 비율은 무게비로 15:1, 회전속도 120 rpm에서 14 시간동안 작업하였다. 합금화 과정에서 발생할 수 있는 분말의 산화를 방지하기 위해 아르곤 분위기(99.
본 연구에서는 MA법을 이용해 Ni-22Cr-12Co-9Mo 조성에 0.6%의 이트리아(Y₂O₃)를 첨가하여 기계적 특성을 향상시킨 Alloy 617계 ODS 합금을 제조하였다. 합금의 적용 가능성을 타진하기 위해서는 변형과 파괴에 대한 이해가 필요하며, 파면 조사는 파단의 근본적인 원인을 파악하는데 필수적이다.
상용 Alloy 617 합금의 조성과 Alloy 617계 ODS 합금의 조성을 비교해 표 2에 나타내었으며 본 연구에서 제조한 ODS 합금의 조성은 상용 합금 조성에 이트리아(Y₂O₃) 산화물 분산재가 첨가된 것을 보여주고 있다.
혼합 용액은 -30℃로 유지하였고, 부하전압은 25 V, 90 mA를 유지하였다. 인장시편은 인장방향과 압연방향이 평행하도록 채취하였고, 게이지 길이 25.0 mm, 폭 4.7 mm, 두께 1.0 mm로 하였다. 인장시험은 만능시험기(INSTRON, Model 4505)로 상온과 700℃에서 각각 0.

성능/효과

1. Alloy 617계 ODS 합금은 상용 합금에 비해 상온 항복강도는 약 2 배, 700℃ 항복강도는 1.8 배 증가하였다. ODS 합금의 항복강도 향상은 결정립 미세화와 Y₂O₃ 첨가에 의해 생성된 복합 산화물인 Y₄Al₂O₉에 의한 분산강화 효과에 의한 것으로 판단된다.
2. 상온 인장시험 결과 가공경화가 발생하였고 23%의 연신율을 나타내었다. 파면 관찰 결과 연성파괴임을 보여주는 미세 딤플이 관찰되었다.
ODS 합금의 상온 항복강도는 660 MPa, 700℃에서 항복강도는 480 MPa로 나타났으며 상용 합금은 상온 항복강도가 320 MPa, 700℃ 항복강도는 260MPa로 나타났다.
EBSD 분석에 의하면 집합조직이 생성되었고, 결정립은 [111], [001] 방향으로 배열되었다. TEM을 이용해 파단 시 편의 미세조직을 관찰한 결과 인장시험 후에는 전위 밀도가 크게 증가하였고 아결정립이 생성되었다.
파면 관찰 결과 입계파단이 관찰되었고, 집합조직은 생성되지 않았다. 미세조직 관찰 결과 상온 인장시험에서 관찰되었던 전위 밀도의 증가나 아결정립의 생성은 관찰되지 않았다. 즉, 상온과 700℃ 인장시험에서는 각기 다른 파단기구가 작용하였으며 인장시험 후 결정립 거동 및 미세조직에서도 큰 차이를 나타내었다.
본 연구에서는 차세대 원자로 구조재료로 주목받고 있는 Alloy 617의 고온 기계적 특성을 개선하고자 Alloy 617계 ODS 합금을 제조하고 인장특성을 평가하였다. 시험 결과에 의하면 상용 합금에 비해 ODS 합금의 항복강도가 크게 향상되었음을 알 수 있었다. MA법으로 제조한 ODS 합금의 상온 및 700℃에서의 인장특성을 평가한 결론은 다음과 같다.
ODS 합금의 상온 항복강도는 660 MPa, 700℃에서 항복강도는 480 MPa로 나타났으며 상용 합금은 상온 항복강도가 320 MPa, 700℃ 항복강도는 260MPa로 나타났다. 즉, 상용 합금 대비 ODS 합금의 항복강도는 상온에서 약 2배, 700℃에서는 약 1.8배 증가하였다.
상온 인장시험 결과 가공경화가 발생하였고 23%의 연신율을 나타내었다. 파면 관찰 결과 연성파괴임을 보여주는 미세 딤플이 관찰되었다. EBSD 분석에 의하면 집합조직이 생성되었고, 결정립은 [111], [001] 방향으로 배열되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	원자로에서 가열된 고온의 냉각재는 무엇을 공급하는가?	제4세대 원자로 가운데 초고온 가스로(Very High Temperature Reactor, VHTR)는 전력과 수소생산에 유리한 원자로이며 충분히 높은 열을 얻기 위하여 원 자로 출구온도가 950o C에 이를 계획이다. 원자로에서 가열된 고온의 냉각재(He 가스)는 중간 열교환기를 통해 발전 및 수소 생산에 필요한 열을 공급하게 되 는데, Alloy 617은 중간 열교환기 등 주요 고온부품 의 유력한 후보재료이다[1]. Alloy 617은 Ni 기지에 Cr, Mo, Co 등이 고용된 고용강화 합금으로서 고온 강도, 크리프강도가 우수한 것으로 알려져 있다[2-5].
	기계적 합금화법은 어떤 과정으로 합금화를 진행하는가?	통상적으로 ODS 합금 은 기계적 합금화법(mechanical alloying, MA)에 의 해 제조되며 MA법은 Benjamin이 Ni계 초내열합금 의 제조에 성공한 이래 발전되어 왔다[11]. MA법은 상온에서 고체 상태로 이루어지는 합금화 공정으로 목표 조성의 혼합 분말에 강구(steel ball)에 의한 충 돌 에너지를 가해 반복적인 압접과 파쇄의 과정을 통 해 합금화가 진행된다. 이와 같은 공정상 특성으로 MA법에 의해 제조된 합금은 결정립 미세화 효과가 크고, 미세한 분산상을 고르게 분포시킬 수 있으며 균일한 미세조직을 얻을 수 있는 장점이 있다[12].
	VHTR에 적용될 계획은 무엇인가?	제4세대 원자로 가운데 초고온 가스로(Very High Temperature Reactor, VHTR)는 전력과 수소생산에 유리한 원자로이며 충분히 높은 열을 얻기 위하여 원 자로 출구온도가 950o C에 이를 계획이다. 원자로에서 가열된 고온의 냉각재(He 가스)는 중간 열교환기를 통해 발전 및 수소 생산에 필요한 열을 공급하게 되 는데, Alloy 617은 중간 열교환기 등 주요 고온부품 의 유력한 후보재료이다[1].

참고문헌 (14)

W. G. Kim, S. N. Yin and Y. W. Kim: J. Kor. Inst. Met. and Mater., 47 (2009) 613 (Korean).
T. Hirano, M. Okada, H. Araki, T. Noda, H. Yoshida and R. Watanabe: Metall. Trans., 12A. (1981) 451.
S. H. Cho, I. J. Cho, G. S. Yoon and S. W. Park: Met. Mater. Int., 13 (2007) 303.

상세보기
T. H. Bassford and J. C. Hosier: Nucl. Technol., 66 (1984) 35.

상세보기
INCONEL alloy 617, SMC-029, Special Metals Corporation. 2005 (Mar 05).
E. Orown: Trans Inst. Eng. Shipbuild Scotl., 89 (1946) 165.
F. J. Humphreys and J. W. Martin: Phil. Mag., 16 (1967) 927.

상세보기
A. H. Clauer and B. A. Wilcox: Met. Sci. J., 1 (1967) 86.
I. S. Kim, T. Okuda, C. Y. Kang, J. H. Sung, P. J. Maziasz, R. L. Klueh and K. Miyahara: Met. Mater. Int., 6 (2000) 513.

상세보기
I. S. Kim, J. D. Hunn, N. Hashimoto, D. L. Larson, P. J. Maziasz, K. Miyahara and E. H. Lee: J. of Nucl. Mater., 280 (2000) 264.

상세보기
C. Suryanarayana: Progress in Materials Science, 46 (2001) 6.
I. H. Kim: Ph. D. Thesis, Mechanical Property, Phase Transformation and High Temperature Oxidation Characteristics of ODS Ni-base Alloy with Nano Sized Grains Fabricated by Mechanical Alloying Method, Korea University, Seoul (2006) 31-33 (Korean).
J. H. Kim, T. S. Byun and D. T. Hoelzer: J. of Nucl. Mater., 407 (2010) 143.

상세보기
F. J. Humphreys and M. Hatherly: Recrystallization and related annealing phenomena, 2nd edition, Elsevier, Amsterdam (2004) 78-79.

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

Alloy 617계 산화물 분산강화(ODS) 합금의 제조와 인장특성
Fabrication and Tensile Properties of Alloy 617 base ODS Alloy 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

Alloy 617계 산화물 분산강화(ODS) 합금의 제조와 인장특성 Fabrication and Tensile Properties of Alloy 617 base ODS Alloy 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

참고문헌 (14)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김도향 (45)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

Alloy 617계 산화물 분산강화(ODS) 합금의 제조와 인장특성
Fabrication and Tensile Properties of Alloy 617 base ODS Alloy 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper