초록 ▼

AISI 316 스테인리스강의 입계 serration 현상이 고온 크리프-피로 특성에 미치는 영향에 관한 연구를 수행하였다.­
AISI 316 스테인리스강에서 입계 serration 현상이 발생하면 입계 에너지가 감소하게 되고 이러한 입계 에너지 감소로 인하여 탄화물 모양이 삼각형에 판상모양으로 바뀌는 것을 관찰하였다.­
입계 serration이 발생하여 탄화물 모양이 판상모양을 갖는 시편의 크리프-피로 특성은 삼각형 모양의 탄화물을 갖는 시편의 크리프-피로 특성보다 2배 이상 증가함을 확인하였다. 이는 판상모양의 탄

AISI 316 스테인리스강의 입계 serration 현상이 고온 크리프-피로 특성에 미치는 영향에 관한 연구를 수행하였다.­
AISI 316 스테인리스강에서 입계 serration 현상이 발생하면 입계 에너지가 감소하게 되고 이러한 입계 에너지 감소로 인하여 탄화물 모양이 삼각형에 판상모양으로 바뀌는 것을 관찰하였다.­
입계 serration이 발생하여 탄화물 모양이 판상모양을 갖는 시편의 크리프-피로 특성은 삼각형 모양의 탄화물을 갖는 시편의 크리프-피로 특성보다 2배 이상 증가함을 확인하였다. 이는 판상모양의 탄화물이 삼각형 모양의 탄화물에 비하여 크리프-피로 실험 도중 cavity 저항성이 향상되기 때문이다. 따라서 탄화물의 모양을 변화시키는 입계 serration 현상이 고온 크리프-피로 특성을 향상시키는 기구임을 확인하였다.­
AISI 316 스테인리스강에 발생하는 입계 serration 현상을 AISI 304 스테인리스강에 적용하고자 새로운 열처리 방법을 고안 하였고, 그 결과 AISI 304 스테인리스강에서도 입계 serration 발생을 통하여 고온 크리프-피로 특성을 향상시킬 수 있었다.­
입계 serration 현상이 고온 크리프-피로 특성을 향상시키므로 향후 고온 소재로 사용될 합금 개발에 있어서는 입계 serration 현상을 적용할 수 있는 열처리 방법 고안 방향으로 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.

Abstract ▼

Austenitic stainless steels are of interest as structural materials for elevated temperature applications in power generation and chemical industries. For these applications, components of a structure are subjected to complex stress-loading cycles at high temperature. Thus, understanding of the dama

Austenitic stainless steels are of interest as structural materials for elevated temperature applications in power generation and chemical industries. For these applications, components of a structure are subjected to complex stress-loading cycles at high temperature. Thus, understanding of the damaging process of high temperature creep-fatigue failure is of great importance to the optimum design of the components for improvement of reliability. It has been well established that grain boundary cavitation is the most serious damage mechanism of austenitic stainless steels under creep-fatigue interaction conditions. The carbides at the grain boundaries provide preferential sites for cavity nucleation owing to stress concentration during the fatigue cycle. Hence, these carbide characteristics, such as distribution, density and their morphologies etc., should be considered as important factors to determine creep-fatigue property. Moreover, earlier investigations have shown that carbide precipitation behavior and cavity formation are very sensitive to grain boundary characteristics.
In this study, systematic investigations of grain boundary carbide precipitation behavior and subsequent cavity formation with the consideration of grain boundary characteristics have been made, using AISI 304 and 316 stainless steels. Furthermore, on the basis of the relationship between the carbide character and cavity formation, the modification of carbide characteristics through the special heat treatment has been proposed and investigated to improve creep-fatigue resistance.
In 316 steel, microstructural observation reveals that the initially flat grain boundaries become serrated without the influence of carbide pinning points during aging treatment. Crystallographic features of the serrated grain boundaries were obtained through transmission electron microscope (TEM). Additionally, atomistic approach was applied to calculate the coincidence points on the serrated grain boundary across the two neighboring grains. Both investigations inform that by serration at the incipient stage of $M_{23}C_{6}$ precipitation, the interfacial free energy of the grain. boundary can be lowered even though the grain boundary area is increased. It is also suggested that the occurrence of grain boundary serration is originated from the minimization of total free energy at a given temperature in the view of thermodynamics.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...13
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...15
• 제 1 절 오스테나이트계 스테인리스강의 크리프-피로 특성...15
• 제 2 절 입계 cavitation 손상기구...20
• 1. cavity 생성 기구...20
• 2. cavity 성장 기구...21
• 3. Hong-Nam′s model...22
• 4. 수정된 수명 예측식...24
• 제 3 절 cavity 생성에 미치는 입계 탄화물의 영향...25
• 제 4 절 입계 serration 발생기구...26
• 제 5 절 탄화물과 기계적 성질과의 관계...29
• 제 3 장 연구개발 수행 내용...34
• 제 1 절 실험 방법...34
• 1. 시편 준비 및 열처리...34
• 2. 크리프-피로 실험...34
• 3. SEM 관찰...35
• 4. EBSD 관찰...35
• 5. TEM 관찰...35
• 6. HRTEM 관찰...36
• 제 4 장 연구개발 수행 결과...39
• 제 1 절 입계 탄화물 석출 거동과 입계 serration현상...39
• 1. 입계 특성을 고려한 입계 탄화물 밀도...39
• 2. Random 입계에서의 입계 탄화물 석출 거동...39
• 제 2 절 입계 serration 발생 기구...40
• 1. 입계 serration 현상에 미치는 조성의 효과...40
• 2. serrated된 입계에 대한 결정학적 고찰...40
• 제 3 절 입계 serration 현상이 탄화물 특성에 미치는 영향...55
• 1. 열처리에 따른 입계 serration 현상과 입계 탄화물 석출거동...55
• 2. 입계 serration현상이 탄화물 특성에 미치는 영향...55
• 3. serrated된 입계에서 석출하는 planar 탄화물의 crystallography...56
• 4. 입계 serration과 입계 cavitation저항성 관계 고찰...70
• 5. 입계 serration 발생 조건에 대한 제안...71
• 제 4 절 316 스테인리스강의 creep-fatigue 수명 향상...71
• 1. 입계 serration 발생을 위한 열처리 조건...71
• 2. 인장성질...72
• 3. 크리프-피로 특성 비교...72
• 제 5 절 304스테인리스강의 creep-fatigue 수명 향상...81
• 1. 입계 serration 발생을 위한 열처리 조건...81
• 2. 인장 성질...85
• 3. 크리프-피로 특성 비교...85
• 제 6 절 결론...93
• 제 5 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...95
• 제 6 장 연구개발결과의 활용계획...96
• 제 7 장 연구개발 과정에서 수집한 해외과학기술정보...97
• 제 8 장 참고문헌...98