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STS 304 강의 기계적 특성에 미치는 고온 열화 시간의 영향
Effect of High Temperature Aging Time on Mechanical Characteristics Degradation of STS 304 Steel 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.50 no.5, 2017년, pp.380 - 385  

정광후 (목포해양대학교 기관시스템공학부) ,  김성종 (목포해양대학교 기관시스템공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Mechanical characteristics of the STS 304 which is heat resistance steel were investigated after artificial aging at $650^{\circ}C$ with 1,000 hours. Tensile test specimens and small test pieces were done artificial aging up to 1,000 hours in the high temperature atmospheric environment. ...

주제어

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제안 방법

  • 고온 열화된 미소 시험편을 산화 알루미나 0.3 µm까지 경면 연마 후, Murakami's regent(3 g K3Fe (CN)6 + 10g NaOH + 100mL H2O)를 이용하여 입계 탄화물만을 선택적으로 에칭하여, 고온 열화에 따른 탄화물 거동을 관찰하였다.
  • 고온열화에따른 Vickers 경도 변화는 압입하중을 1HV, 압입시간은 10 초로 하여 각 시편 당 5 회씩 측정하여,그 평균값을 산출하였다. 고온 열화재의 인장시험은 상온에서 2 mm/min의 변위제어를 통해 실시하였으며, 응력-변형율 곡선을 통해 기계적 물성치를 산출하였다. 항복강도는 0.
  • 인장 시험편 및 미소 시험편은 주문 제작한 전기열처리로(electric furnace)를 이용하여 대기 중 650 °C 에서 100 시간부터 최대 1,000시간까지 실시하였다. 고온열화에따른 Vickers 경도 변화는 압입하중을 1HV, 압입시간은 10 초로 하여 각 시편 당 5 회씩 측정하여,그 평균값을 산출하였다. 고온 열화재의 인장시험은 상온에서 2 mm/min의 변위제어를 통해 실시하였으며, 응력-변형율 곡선을 통해 기계적 물성치를 산출하였다.
  • 관찰 전Murakami’s regent를 사용하여 M23C6 탄화물을 선택적으로 에칭함으써, 열화에 따른 탄화물의 생성 및 분포를 관찰하였다.
  • 따라서, 본 연구에서는 오스테나이트계 304 강을 고온의 650°C의 대기 환경에서 1,000시간까지 열화시킨 후, 고온 열화 환경에서 입계 탄화물 형성에 따른 기계적 물성치 저하특성을 관찰하였다.
  • 3 µm까지 경면 연마 후, Murakami's regent(3 g K3Fe (CN)6 + 10g NaOH + 100mL H2O)를 이용하여 입계 탄화물만을 선택적으로 에칭하여, 고온 열화에 따른 탄화물 거동을 관찰하였다. 또한, EDS 분석을 통해 석출된 탄화물의 성분을 분석하였다.
  • 박판을 일정 크기로 절단 후 기계적 특성 평가 및 조직 관찰을 위한 인장시편 및 미소시편으로 가공하였으며, 인장시편의 치수 및 형상을 그림 1에 나타내었다. 미소시편의 경우 에머리 페이퍼로 #2000까지 경면 연마하였으며, 아세톤 및 에탄올세척 후 완전히 건조시켜 열화를 진행하였다.
  • 본 연구에서 사용된 STS 304(ASTM A204M-304) 강은 포스코(POSCO)에서 제작된 가로, 세로그리고 두께가 1,219 mm × 2,438 mm × 2mm인박판을 사용하였으며, 화학 조성을 표 1에 나타내었다. 박판을 일정 크기로 절단 후 기계적 특성 평가 및 조직 관찰을 위한 인장시편 및 미소시편으로 가공하였으며, 인장시편의 치수 및 형상을 그림 1에 나타내었다. 미소시편의 경우 에머리 페이퍼로 #2000까지 경면 연마하였으며, 아세톤 및 에탄올세척 후 완전히 건조시켜 열화를 진행하였다.
  • 스테인리스강의 인공 열화 실험은 일반적으로 600 - 800 °C 범위에서 시행되며[7,8], 본 연구에서는 650 °C의 열화 온도를 선정하였다.
  • 인장 시험편 및 미소 시험편은 주문 제작한 전기열처리로(electric furnace)를 이용하여 대기 중 650 °C 에서 100 시간부터 최대 1,000시간까지 실시하였다.
  • 2% 오프셋 방법을 통해 계측을 하였으며, 연신율은 인장시험기의 크로스헤드 변위가 아닌 별도의 신율계를 장착하여 계측하였다. 인장시험 이후 파단면은 주사전자현미경으로 열화에 따른 파단양상 변화를 관찰하였다.
  • 고온 열화재의 인장시험은 상온에서 2 mm/min의 변위제어를 통해 실시하였으며, 응력-변형율 곡선을 통해 기계적 물성치를 산출하였다. 항복강도는 0.2% 오프셋 방법을 통해 계측을 하였으며, 연신율은 인장시험기의 크로스헤드 변위가 아닌 별도의 신율계를 장착하여 계측하였다. 인장시험 이후 파단면은 주사전자현미경으로 열화에 따른 파단양상 변화를 관찰하였다.

대상 데이터

  • 본 연구에서 사용된 STS 304(ASTM A204M-304) 강은 포스코(POSCO)에서 제작된 가로, 세로그리고 두께가 1,219 mm × 2,438 mm × 2mm인박판을 사용하였으며, 화학 조성을 표 1에 나타내었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
오스테나이트계 스테인리스 강은 어느 분야에 사용되는가? 오스테나이트계 스테인리스 강은 우수한 기계적물성치 및 내식성 때문에, 다양한 발전 설비 및 화학플랜트 등의 고온부품 및 배관 재료로써 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되는 재료이다[1]. 그 중 STS 304 강(18Cr-8Ni-Fe)은 가장 보편적인 스테인리스강이며, 오스테나이트 300계열의 강종들은 STS 304를 개선한 것으로 고온 내식성 및 크리프 손상에대한 우수한 특성을 나타낸다[1,2].
오스테나이트계 스테인리스 강의 장점은 무엇인가? 오스테나이트계 스테인리스 강은 우수한 기계적물성치 및 내식성 때문에, 다양한 발전 설비 및 화학플랜트 등의 고온부품 및 배관 재료로써 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되는 재료이다[1]. 그 중 STS 304 강(18Cr-8Ni-Fe)은 가장 보편적인 스테인리스강이며, 오스테나이트 300계열의 강종들은 STS 304를 개선한 것으로 고온 내식성 및 크리프 손상에대한 우수한 특성을 나타낸다[1,2].
오스테나이트계 스테인리스 강 중 보편적인 종류는? 오스테나이트계 스테인리스 강은 우수한 기계적물성치 및 내식성 때문에, 다양한 발전 설비 및 화학플랜트 등의 고온부품 및 배관 재료로써 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되는 재료이다[1]. 그 중 STS 304 강(18Cr-8Ni-Fe)은 가장 보편적인 스테인리스강이며, 오스테나이트 300계열의 강종들은 STS 304를 개선한 것으로 고온 내식성 및 크리프 손상에대한 우수한 특성을 나타낸다[1,2]. 그러나, 장기간고온 환경에 노출됨에 따라 경년열화(aging degradation)현상에 의한 재료의 초기 미세조직 및 기계적 성질 저하는 불가피하다.
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참고문헌 (14)

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  12. H. Tanaka, M. Murata, F. Abe and H. Irie, Microstructural evolution and change in hardness in type 304H stainless steel during long-term creep, Mater. Sci. and Eng., A 319 (2001) 788-791. 

  13. X. Xiao, G. Liu, B. Hu, J. Wang, and W. Ma, Coarsening behavior for $M_{23}C_6$ carbide in 12% Cr-reduced activation ferrite/martensite steel: experimental study combined with DICTRA simulation, J. Mater. Sci., 48 (2013) 5410-5419. 

  14. W. Wang, Z. Wang, W. Li, J. Tian, W. Zhong and J. Lin, Evolution of $M_{23}C_6$ phase in HR3C steel aged at $650^{\circ}C$ ." Mater. High Temp., 33 (2016) 276-282. 

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