[한국특허]
망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강 및 그 제조방법 high toughness rotor steel for greatest purity turbin of containing manganese having improved resistance properties against temper embrittlement and method of making the same
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본 발명은 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 화학조성이 중량 %로 탄소(C) 0.22내지 0.30%, 망간(Mn) 0.05내지 0.20%, 니켈(Ni) 3.5내지 4.00%, 규소(Si) 0.03% 이하, 인(P) 0.004% 이하, 황(S) 0.002% 이하, 크롬(Cr) 1.60내지 2.00%, 몰리브덴(Mo) 0.35내지 0.50%, 바나디움(V) 0.07내지 0.15%, 알루미늄(Al) 0.005% 이하, 비소(As) 0.006% 이하, 주석(Sn) 0.
본 발명은 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히, 화학조성이 중량 %로 탄소(C) 0.22내지 0.30%, 망간(Mn) 0.05내지 0.20%, 니켈(Ni) 3.5내지 4.00%, 규소(Si) 0.03% 이하, 인(P) 0.004% 이하, 황(S) 0.002% 이하, 크롬(Cr) 1.60내지 2.00%, 몰리브덴(Mo) 0.35내지 0.50%, 바나디움(V) 0.07내지 0.15%, 알루미늄(Al) 0.005% 이하, 비소(As) 0.006% 이하, 주석(Sn) 0.005% 이하, 안티몬(Sb) 0.002% 이하이고, 가스성분의 함유량은 수소(H) 1.5ppm 이하, 산소(O) 35ppm 이하, 질소(N) 80ppm 이하이며, 잔부는 철(Fe) 및 제강정련에 의해 제거할 수 없는 불순원소로 구성된 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명은 종래에 사용되고 있는 ASTM A470 Class 7에 규정된 증기 터빈용 저압 로터축용 소재인 3.5% 니켈-크롬-몰리브덴-바나디움(3.5%NiCrMoV) 강에서 발생하는 문제점인 뜨임취성에 대한 저항성이 향상되었고, 이로인해 350℃ 이상의 온도에서도 본 발명강을 사용할 수 있음으로써, 기존의 발전소 열효율을 개선할 수 있으며, 소재의 수명 연장에 따라 정기 검사 기간 연장에 따른 경비절감 효과가 있을 뿐만 아니라, 특히 차세대 발전소인 초임계압 발전소에서도 재질의 변경없이 저압 터빈 로터로 사용이 가능하며, 가스터빈 압축 로터축 소재로 활용이 가능한 효과가 있다.
화학조성이 중량 %로 탄소(C) 0.22내지 0.30%, 망간(Mn) 0.05내지 0.20%, 니켈(Ni) 3.5내지 4.00%, 규소(Si) 0.03% 이하, 인(P) 0.004% 이하, 황(S) 0.002% 이하, 크롬(Cr) 1.60내지 2.00%, 몰리브덴(Mo) 0.35내지 0.50%, 바나디움(V) 0.07내지 0.15%, 알루미늄(Al) 0.005% 이하, 비소(As) 0.006% 이하, 주석(Sn) 0.005% 이하, 안티몬(Sb) 0.002% 이하이고, 가스성분의 함유량은 수소(H) 1.5ppm 이하, 산소(O) 35ppm 이하, 질소(N) 80ppm 이하이며, 잔부는 철(Fe) 및 제강정련에 의해 제거할 수 없는 불순원소로 구성된 것을 특징으로 하는 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강.용해한 후 불순물을 제거하고, 용강을 진공상태에서 조괴용 주형에 부어서 응고시키는 제강 및 조괴공정(S1000)과; 상기 제강 및 조괴공정(S1000) 이후, 제품의 균질성과 내부 결함이 없는 로터를 제조하기 위해 강괴를 가열하여 조압연 이후 주조결함이 집중되는 밑부분과 상부를 소정의 양만큼 절단하고 소정크기로 단조하는 단조공정(S2000)과; 상기 단조공정(S2000) 이후, 고온강도, 충격인성 및 뜨임취성에 대한 저항성이 우수한 성질을 얻기 위해 미세조직을 균질하게 조절하고, 고속 회전 로터의 요구특성을 만족시키기 위해 수행하는 열처리공정(S3000)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강의 제조방법.제 2항에 있어서, 상기 제광 및 조괴공정(S1000)은, 염기성 전기를 이용하여 용해하는 과정인 염기성 전기로 공정(S1100)과; 상기 염기성 전기로 공정(S1100) 이후, 용해한 후 용강 위로 떠오른 불순물을 제거시켜 주는 2차정련로 공정(S1200)과; 상기 2차정련로 공정(S1200) 이후, 용강을 조괴용 주형에 부어서 진공상태에서 응고시켜 주는 진공 강괴 주입공정(S1300)을 포함하는 것을 특징으로 하는 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강의 제조방법.제 3항에 있어서, 상기 염기성 전기로 공정(S1100)은, 제강, 정련공정에서 제거하기 불가능한 불순원소가 적은 고품질의 고철을 엄선하여 초기유입을 억제시켜 주는 고철 선별공정(S1110)과; 상기 고철 선별공정(S1110) 이후, 강염기성 분위기의 슬랙을 제조하여 0.002%까지 인의 함량을 제어하고, 규소 함량을 0.02% 이하로 산화처리하는 용해공정(S1120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강의 제조방법.제 3항에 있어서, 상기 2차정련로 공정(S1200)은, 규소 및 인을 목표함량 이하로 제어하고, 환원기에 탄소의 함량을 적정량으로 용이하게 첨가되도록 망간을 첨가하여 1차 탈산처리를 하는 산화정련공정(S1210)과; 상기 산화정련공정(S1210) 이후, 강 염기성 분위기 슬랙을 제조하고, 진공 분위기에서 탈가스 처리하여 황의 요구치인 0.002% 이하가 되도록 하는 환원정련공정(S1220)을 포함하는 것을 특징으로 하는 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강의 제조방법.제 3항에 있어서, 상기 진공 강괴 주입공정(S1300)은, 진공 분위기 상태에서 용강을 주입하므로 청정도가 높고, 성분편석 및 기계적 성질에 유해한 결함을 최대한으로 감소시킬 수 있도록 해주는 진공유적법(VSD)으로 강괴를 제조하는 것을 특징으로 하는 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강의 제조방법.제 2항에 있어서, 상기 열처리공정(S3000)은, 이중불림공정(S3110) 및 제 1 뜨임처리공정(S3120)을 수행하는 예비열처리공정(S3100)과; 담금질공정(S3210) 및 제 2 뜨임처리공정(S3220)을 수행하는 품질열처리공정(S3200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강의 제조방법.제 7항에 있어서, 상기 이중불림공정(S3110)은, 880∼950℃의 온도 범위에서 일정 시간 유지한 후 공기중에서 냉각하는 1차 불림처리공정(S3111)과; 상기 1차 불림처리공정(S3111) 이후, 1차 불림온도 보다 낮은 온도로 다시 가열 유지 후 공냉시키는 2차 불림처리공정(S3112)을 포함하는 것을 특징으로 하는 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강의 제조방법.제 7항에 있어서, 상기 제 1 뜨임처리공정(S3120)은, 600∼650℃의 일정 온도에서 유지 후 냉각시키는 것을 특징으로 하는 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강의 제조방법.제 7항에 있어서, 상기 담금질공정(S3210)은, 소재의 요구되는 인성과 강도를 얻기 위하여 수직로에서 특정 온도로 일정시간 물분사 냉각을 시키는 것을 특징으로 하는 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강의 제조방법.제 7항에 있어서, 상기 제 2 뜨임처리공정(S3220)은, 580∼630℃의 온도범위에서 적정시간 유지한 후 공기중에서 냉각시키는 것을 특징으로 하는 망간 함유 뜨임취성 저항성이 우수한 고인성의 초청정 터빈용 로터강의 제조방법.
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