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핵심기술
가스터빈 블레이드용 일방향응고 니켈계 초내열합금 설계기술 및 모합금 제조기술

최종목표
F-class 발전용 가스터빈 블레이드 적용을 위한 일방향응고용 니켈계초내열합금 개발
- 일방향응고 초내열합금 합금 설계 (상용 F-class G/T 1단 블레이드 소재인 GTD-111 합금에 비해 크립 특성과 내산화성이 모두 우수한 합금 개발)
- 고청정 니켈계 초내열합금 모합금 진공유도용해 기술 개발 (5kg급)
- (Micro-, Macro-) 조직제어 기술을 통한 일방향응고 최적화 기술개발

핵심기술
가스터빈 블레이드용 일방향응고 니켈계 초내열합금 설계기술 및 모합금 제조기술

최종목표
F-class 발전용 가스터빈 블레이드 적용을 위한 일방향응고용 니켈계초내열합금 개발
- 일방향응고 초내열합금 합금 설계 (상용 F-class G/T 1단 블레이드 소재인 GTD-111 합금에 비해 크립 특성과 내산화성이 모두 우수한 합금 개발)
- 고청정 니켈계 초내열합금 모합금 진공유도용해 기술 개발 (5kg급)
- (Micro-, Macro-) 조직제어 기술을 통한 일방향응고 최적화 기술개발
- 설계 합금의 고온 특성평가를 통한 신뢰성 및 성능 검증

개발내용 및 결과
o 터빈 블레이드용 다결정/일방향응고 니켈계 초내열합금 설계 프로그램 개발
- 일방향응고 초내열합금 고온 특성 DB 구축
- Neural network 프로그램 코딩, 데이터모델링 최적화 및 합금설계
- CALPHAD활용 상태도 해석 및 응고편석 거동 예측
- 후보합금 선정 및 특성 검증
o 용탕 반응제어와 빈공유도용해 공정제어에 의한 니켈계 초내열합금의 고청정 진공유도용해 기술 개발 (5kg급)
- 첨가원소의 용융온도, 기지 내 확산계수, 증기압, crucible과의 반응성을 고려한 원소재 장입방법 최적화 및 합금원소 조성제어 신뢰성 향상(합금구성 성분 오차 ±10% 이내) 기술
- 다성분계 고청정 모합금 제조를 위한 유도용해 crucible과 용탕의 반응성 제어 기술
- 반응물질 분석을 통한 불순물 유입경로 파악 및 모합금 청정도 향상기술 (미량원소 제어 및 최적화)
- 첨가원소 손실 최소화를 위한 용해 온도, 시간, 진공도 등 진공유도용해 최적 공정조건 개발
o (Micro-,Macro-) 조직제어 기술을 통한 일방향응고 공정 최적화 기술 개발
- 일방향응고 공정의 다단위 모델링기술 (CAFE 모델)을 활용한 일방향 응고 grain structure modeling 기술
- CAFE 모델을 활용한 결정립 예측결과의 실험적 검증
- 결함제어, 용질원소 편석을 최소화 할 수 있는 개발합금의 일방향응고 최적 공정조건 확보

개발내용 및 결과
- 미세조직, 응고거동, 용질원소 편석 거동에 미치는 첨가원소의 영향 규명
o 설계합금의 고온 특성평가를 통한 신뢰성 및 성능 검증
- 개발합금의 최적 균질화열처리 및 시효 열처리 공정 개발
- 열물리적 특성평가 (액상선, 고상선, γ' solvus, 열처리 window 등)
- 개발합금 및 동급 상용 합금의 상온 및 고온 인장특성 평가
- 고온 장시간 노출 실험을 통한 설계 합금의 상안정성 평가
- 설계합금 및 동급 상용합금의 고온산화/고온부식 저항성 평가
- 설계 합금의 코팅 적용성 및 코팅층의 열화거동 평가
- 실험실급 소형 터빈블레이드 일방향응고 시제품 제조

기술개발 배경
o 국내에는 약 120여기의 가스터빈이 전력생산을 위해 사용되고 있지만, 가장 핵심부품인 1단 터빈 블레이드에 사용되는 원소재는 개발이 전무한 실정임.
o 일방향응고 초내열합금 설계, 설계된 합금의 고청정 모합금 제조기술 개발, 그리고 공정 측면에서는 일방향응고시 미세조직 및 거시적 공정의 연계 제어기술 개발을 통해 동급 소재 대비 임계 성능 향상을 구현하여 궁극적으로 전량 수입에 의존하고 있는 발전용 가스터빈 핵심 소재 및 부품의 근본적인 무역 역조를 해소시키고자 하는 것이 본 과제의 개발동기라 할 수 있음.

핵심개발 기술의 의의
o F급 가스터빈 1단 버켓용 일방향응고 초내열합금 국산화 개발
o 초내열합금의 고청정 모합금 제조를 위한 진공유도용해 기술 개발
o 크립 특성, 고온 산화특성이 GE 사의 동급 합금인 DS GTD-111 합금에 비해 우수하면서도 제조 가격은 상대적으로 저렴한 일방향응고용 합금개발
o 국내 가스터빈 산업의 소재/부품 분야에서 가장 핵심기술인 1단 블레이드용 일방향응고 합금 개발로 국내 고유의 가스터빈 개발에 일조

적용 분야
o 발전용 가스터빈의 터빈 블레이드 및 베인용 소재