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SO2 가스 환경 하에서 1.25Cr-0.5Mo 강의 부식 및 강도 저하 특성
Corrosion and Strength Degradation Characteristics of 1.25Cr-0.5Mo Steel under SO2 Gas Environment 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.51 no.3, 2018년, pp.149 - 156  

정광후 (목포해양대학교 기관시스템공학부) ,  김성종 (목포해양대학교 기관시스템공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The corrosion and strength degradation characteristics of 1.25Cr-0.5Mo steels were studied under $650^{\circ}C$ in $76%N_2+6%O_2+16%CO_2+2%SO_2$ gas condition up to 500 hrs. Corroded specimens were characterized by weight gain, scanning electron microscope(SEM), energy dispersi...

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제안 방법

  • 650℃의 76%N2+6%O2+16%CO2+2%SO2 환경에서 1.25Cr-0.5Mo강의 부식 및 강도저하 특성을 평가하기 위해 500시간까지 실험을 실시하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
  • 강판을 일정 크기로 절단 후 기계적 특성 평가를 위한 6 mm 폭과 25 mm 표점거리의 평행부를 가진 인장시편과 표면 부식 특성 평가를 위한 10 mm × 10 mm 크기의 미소시험편을 가공하였다.
  • 따라서 본 연구에서는 650℃의 76%N2+6%O2+16%CO2+2%SO2 가스환경 하에서 1.25Cr-0.5Mo강에 대한 고온부식 실험을 실시하였으며, 시간에 따른 부식과 기계적 강도저하 특성을 평가하였다.
  • 인장시험은 부식된 인장시험편에 대하여 상온에서 2 mm/min의 변위제어를 통해 실시하였으며, 응력-변형율 곡선을 통해 기계적 물성치를 산출하였다. 본 실험에서 사용된 1.25Cr-0.5Mo강의 경우 항복점이 명확하게 나타나지 않았기 때문에, 0.2% 오프셋 방법을 통해 항복강도를 계측하였다. 인장 시험 이후 파단면은 주사전자현미경으로 열화에 따른 파단양상 변화를 관찰하였다.
  • 실험온도에 도달 후 1기압의 76%N2+6%O2+16%CO2+2%SO2 가스를 분당 50 CC로 흘려주며 최대 500시간까지 실시하였다. 부식특성은 무게 증가량, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM), 에너지 분산형 분광 분석기 (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS), 그리고 X선 회절기(X-ray diffraction, XRD)를 통해 실시 하였다. 인장시험은 부식된 인장시험편에 대하여 상온에서 2 mm/min의 변위제어를 통해 실시하였으며, 응력-변형율 곡선을 통해 기계적 물성치를 산출하였다.
  • 부식시험은 가공된 미소시험편과 인장시험편을 전기열처리로에 장입한 후, 650℃까지 승온하였다. 실험온도에 도달 후 1기압의 76%N2+6%O2+16%CO2+2%SO2 가스를 분당 50 CC로 흘려주며 최대 500시간까지 실시하였다. 부식특성은 무게 증가량, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM), 에너지 분산형 분광 분석기 (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS), 그리고 X선 회절기(X-ray diffraction, XRD)를 통해 실시 하였다.
  • 2% 오프셋 방법을 통해 항복강도를 계측하였다. 인장 시험 이후 파단면은 주사전자현미경으로 열화에 따른 파단양상 변화를 관찰하였다.
  • 부식특성은 무게 증가량, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM), 에너지 분산형 분광 분석기 (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy, EDS), 그리고 X선 회절기(X-ray diffraction, XRD)를 통해 실시 하였다. 인장시험은 부식된 인장시험편에 대하여 상온에서 2 mm/min의 변위제어를 통해 실시하였으며, 응력-변형율 곡선을 통해 기계적 물성치를 산출하였다. 본 실험에서 사용된 1.

대상 데이터

  • 본 연구에서 사용된 1.25Cr-0.5Mo(ASTM A387-gr.11) 강의 화학 조성 (wt. %)은 0.13 C, 0.56 Si, 0.55 Mn, 0.13 Ni, 1.34 Cr, 0.6 Mo, 그리고 나머지는 Fe이다. 강판을 일정 크기로 절단 후 기계적 특성 평가를 위한 6 mm 폭과 25 mm 표점거리의 평행부를 가진 인장시편과 표면 부식 특성 평가를 위한 10 mm × 10 mm 크기의 미소시험편을 가공하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Cr-Mo강의 특징은? Cr-Mo강은 높은 강도, 우수한 내식성으로 인해 격납 용기, 히터 튜브, 증기발생용 튜브, 그리고 과열기 튜브와 같은 발전설비의 구성요소로 널리 사용되고 있다[1]. 이와 같이 발전설비용 주요 구성요 소들은 350 ~ 600 o C의 온도범위에서 사용된다[2].
대기 및 연소가스에 포함된 SO2는 합금에 어떤 영향을 미치는가? 석탄을 주 연료로 사용하는 화력발전설비의 증기발생용 튜브 및과열기 튜브는 강한 부식성의 SO2가 포함된 연소 가스에 지속적으로 노출된다. 대기 및 연소가스에 포함된 SO2 는 합금의 산화 및 고온부식을 가속화 시킨다[3]. 특히, Cr 함량이 적은 저 Cr-Mo강은 고온의 SO2 가스 환경에서 부식공격에 매우 취약하다.
650oC의 76%N2+6%O2+16%CO2+2%SO2 환경에서 1.25Cr-0.5Mo강의 부식 및 강도저하 특성은 어떻게 나타나는가? 표면에 형성된 접착력과 내구성이 불량한 Fe-산화층으로 인하여 재료의 단면적이 감소되어 재료의 강도가 저하하는 경향을 나타냈다. 초기(100시간 이내) 재료의 강도저하는 열화온도에 따른 연화에 주로 영향을 받았다. 이후 열화시간 경과에 따라 Fe-산화층 형성에 기인한 단면적 감소로 강도저하 현상이 관찰되었다. 파단면은 전반적으로 파단부 가장자리에 미소 균열이 존재하는 형상을 나타냈으며, 열화시간 경과에 따른 파단양상의 변화는 뚜렷하게 나타나지 않았다.
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참고문헌 (23)

  1. Handbook, M. (1990). Properties and selection: Irons steels and high performance alloys, Vol. 1; ASM International. Handbook Committee. 

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  3. S. K. Das, A. Joarder, A. Mitra, Magnetic Barkhausen emissions and microstructural degradation study in 1.25 Cr-0.50 Mo steel during high temperature exposure. NDT & E Int., 37(3) (2004) 243-248. 

  4. S. H. Bak, M. J. Kim, J. H. Lee, S. J. Bong, S. K. Kim, D. B. Lee, High-temperature Oxidation Kinetics and Scales Formed on Fe-2.3% Cr-1.6% W Alloy. J. Korean Ceram. Soc., 48(1) (2011) 57-62. 

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

  23. N. Otsuka, Fracture behavior of steam-grown oxide scales formed on 2-12% Cr steels. Materials at High Temperatures, 22(1-2) (2005) 131-138. 

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