초록 ▼

□ 연구개요
최근 발전시스템의 고효율화가 필요해짐에 따라 가동온도가 상승하고 있으며, 그에 따라 핵심부품의 고온 내구성능을 만족시키기 위하여 초내열합금의 적용이 증가하고 있음. 특히, 가스터빈 1단 블레이드의 경우 1,500℃ 이상의 고온 화염에 직접적으로 노출되기에 구조적으로 내구성이 뛰어난 Single Crystal 초내열합금이 적용되고 있으나, Single Crystal 초내열합금에 대한 국내기술 수준은 초기 개발단계이며, 특히 Single Crystal 초내열합금에 대한 내구성능 및 열화에 대한 평가기술이 미비한 실정임

□ 연구개요
최근 발전시스템의 고효율화가 필요해짐에 따라 가동온도가 상승하고 있으며, 그에 따라 핵심부품의 고온 내구성능을 만족시키기 위하여 초내열합금의 적용이 증가하고 있음. 특히, 가스터빈 1단 블레이드의 경우 1,500℃ 이상의 고온 화염에 직접적으로 노출되기에 구조적으로 내구성이 뛰어난 Single Crystal 초내열합금이 적용되고 있으나, Single Crystal 초내열합금에 대한 국내기술 수준은 초기 개발단계이며, 특히 Single Crystal 초내열합금에 대한 내구성능 및 열화에 대한 평가기술이 미비한 실정임. 가스터빈 블레이드의 경우 초고온 가동환경에 노출될 뿐만 아니라 원심력에 의한 기계적 하중도 받으며, 이로 인하여 기계적 피로 및 크리프, 열화 등과 같은 손상에 의하여 내부 결함이 발생할 수 있음. 이러한 결함에 의하여 파손될 경우 큰 안전사고를 유발하기 때문에, 가스터빈 설계시 가동환경을 고려한 내구성능 평가가 필수적으로 선행되어야 하며 이러한 평가 기술을 바탕으로한 내구성능 예측기술 개발이 필요함.

□ 연구 목표대비 연구결과
○ 연구목표: 초고온 가스터빈 블레이드의 주소재로 사용되는 Single Crystal 초내열 합금에 대하여 가동환경에 따라 작용하는 여러 파손인자가 미치는 영향을 평가하고 이를 통해 복합적인 손상을 받을 때의 내구성능을 예측할 수 있는 기술을 개발하고자 함.
- 1차년도: Single Crystal 초내열합금의 초고온 환경하 열화 손상 평가기술 개발 가스터빈 1단 블레이드에 적용되는 Single Crystal 초내열합금은 장기간 가동시 초고온에 노출되며, 이러한 초고온 환경에 의한 열화에 의하여 물성저하가 발생될 우려가 있음. 따라서 등온열화가 초내열합금의 기계적 특성에 미치는 영향에 대한 평가를 수행하였으며, 이로부터 등온열화 온도 및 시간에 따른 Single Crystal 초내열합금의 경도변화와 미세조직을 분석하였음.
- 2차년도: Single Crystal 초내열합금의 하중 형태별 피로수명 예측기술 개발 가스터빈 블레이드는 기동 및 정지시에 저주기적 피로를 받으며, 블레이드의 형상에 따라 받는 하중형태가 달라짐. 일반적으로 블레이드 냉각 홀 주변에서는 가열시 압축상태가 되는 역상 열-기계 피로를 받으며, 블레이드 외각 부분은 가열시 인장을 받는 동상 열-기계 피로를 받음. 본 연구에서는 Single Crystal 초내열합금에 대하여 온도별 인장시험을 수행하였으며, 가동온도를 고려하여 저주기 피로 시험을 수행함. 이로부터 가동온도 조건에서의 피로 수명 선도를 확보함.

□ 연구개발결과의 중요성
- 본 연구의 연구결과로 Single Crystal 초내열합금 소재의 열화에 따른 기계적 물성 평가가 가능함. 또한 Single Crystal 초내열합금 소재에 대한 저주기 피로시험에 대한 Database를 확보함으로써 가스터빈 설계시의 기초자료로 활용될 것으로 기대됨.
- 현재 국내 기술력 부족으로 제작사의 유지·보수 기준에 따라 가스터빈 블레이드를 유지·보수하고 있으며, 이로 인해 매년 막대한 비용이 해외로 지출되고 있음. 이에 본 연구결과를 활용하여 Single Crystal 소재의 핵심부품 평가 기술의 국산화가 가능할 것이며, 기술 사용료 절감, 보수용 부품의 국내개발 및 수출 등의 경제적·산업적 성과가 클 것으로 기대됨.
- Single Crystal 소재 수명예측기술을 항공·우주산업에 확대 적용함으로써 국내의 항공·우주산업분야에 대한 성장을 기대할 수 있음.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구 개요 ... 4
• 1.2 연구 목표 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 8
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 9
• 끝페이지 ... 9