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문제 정의
- 개발하였다. DOE의 부분요인배치법(fractional factorial design)을 활용하여 다양한 화학 조성을 갖는 Ni-Cr-Co-Mo계 합금에 대해 950 oC까지 고온 안정상에대한 열역학 계산 결과와 고온 기계적 특성에 대한 예측값을비교 분석하였고, 이를 기반으로 향후 VHTR IHX용 구조재에 대한 합금 제조 및 조성 최적화 실험에 활용하고자 한다.
- 본 연구에서는 VHTR IHX용 구조재로서 950 oC의 초고온 헬륨 환경에서 장기 수명을 보증할 수 있는 새로운 니켈계 초합금의 체계적인 개발을 위하여 실험 계획법과 열역학계산법을 활용한 합금 설계 방법론을 개발하였다. Ni- Cr-Co-Mo계 합금에 W, Ta 및 C의 함량을 달리한 32종의 1차 설계 합금을 1/2 부분 요인 배치 실험 계획법으로설계하였고, 각 원소의 함량에 따른 950 oC에서의 TCP 상의 조성비에 대해 주효과 및 상호작용 분석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 VHTR IHX용 구조재로서 950 oC의 초고온 헬륨 환경에서 장수명 특성을 가지는 신합금을 개발하기위하여, Ni-Cr-Co-Mo계 합금을 기반으로 설계하였다. Ni-Cr-Co-Mo계 합금에서 고용 강화 특성을 개선하기 위하여 Ta과 W을 추가하였고, 고온 기계적 특성을 추가적으로 개선할 수 있다고 알려진 Y' 석출상은 대략 800 oC 이상의 온도에서는 열역학적으로 안정하지 않은 상이므로, 3) y' 상을 석출시키는 것으로 알려진 Al과 Tie 본 연구의 합금설계 범위에 포함하지 않았다.
- 본 연구에서는 초고온가스로용 구조재로서 장기 수명을보증할 수 있는 새로운 니켈계 초합금의 체계적인 개발을위하여 실험 계획법과 열역학 계산법을 활용한 합금 설계방법론을 개발하였다. DOE의 부분요인배치법(fractional factorial design)을 활용하여 다양한 화학 조성을 갖는 Ni-Cr-Co-Mo계 합금에 대해 950 oC까지 고온 안정상에대한 열역학 계산 결과와 고온 기계적 특성에 대한 예측값을비교 분석하였고, 이를 기반으로 향후 VHTR IHX용 구조재에 대한 합금 제조 및 조성 최적화 실험에 활용하고자 한다.
- 이상의 실험 계획법에 근거한 TCP 상의 조성비에 대한열역학적 계산결과와 항복강도 및 인장강도에 대한 계산결과를 종합하여, 향후 VHTR IHX용 구조재에 대한 합금 제조 및 평가 실험에 활용하고자 합금 조성의 최적화 방안을도출하였다. MINITAB의 반응 최적화 모듈을 이용하여 Table 2에 제시한 16종의 2차 설계 합금에 대해 950 oC에서 TCP 상의 조성비, 25 oC와 950 oC에서 항복강도 및인장강도의 목표 사양을 특정하여 수행하였다.
- 이상의 해석 결과를 종합하면 초고온에서 구조재의 장기수명 특성 개선을 위해서 TCP 상의 형성을 억제하려면 Cr, Co, Mo, W 및 Ta 함량을 낮추는 방향으로 합금 설계가이루어져야 하지만, 실제 이들 원소들의 고용 강화 효과에의한 고온 기계적 특성의 개선도 이루어져야 하므로, 이에대한 분석을 수행하였다. 32종의 1차 설계 합금에서 TCP 상의 조성비에 주요하게 영향을 주는 Cr, Co, Mo, W 및 Ta에 대해서, Table 2에 나열한 바와 같이 16종의 2차 합금을 1/2 부분 요인 배치로 설계하였고, JMATPRO 프로그램을 사용하여 25 oC와 950 oC에서의 항복강도 및 인장강도를 계산하였다.
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