페라이트계 내열강에서 MX탄질화물의 석출과 재고용현상

전문가 제언

○ 석탄화력발전소의 발전효율은 증기터빈의 증기온도와 압력이 높을수록 높아진다. 증기온도 566℃, 압력 24.1MPa를 초과하는 발전을 초초임계압(USC, Ultra Supercritical) 발전이라 부르며 일본과 유럽을 중심으로 실용화되고 있다. 최근에는 CO2 저감에 대한 필요성에서 증기온도 650℃를 목표로 페라이트계 내열강의 개발이 세계적으로 추진되고 있다.

○ 발전용 내열강에서는 통상 사용온도의 10만 시간 크리프파단강도의 목표치를 100MPa로 설정하고 있다. 페라이트계 내열강은 가격이 저렴하고 열팽창계수가 낮아 열응력에 대한 저항성이 우수하므로 화력발전 고온화에 핵심적인 역할을 한다. 이와 같은 페라이트계 내열강은 Cr 함량에 따라 2.25Cr강, 9%Cr강, 12Cr강의 3 종류로 분류되며 초초임계압 발전에는 템퍼드마르텐사이트 조직을 갖는 9~12%Cr강이 적용된다.

○ 합금설계에서는 고강도화에 따라 Mo를 낮추고 W를 높이며 Co, V, Nb, B 등을 첨가한다. 예를 들어 9%Cr강에는 9Cr-1Mo강(ASME T9, JIS STBA26)이 있고 여기에 V, Nb를 첨가한 9Cr-1MoVNb강이 개발되어 593℃의 USC 발전이 가능하게 되었다. 또 고온에서의 내산화성을 위하여 12Cr-WCoNiVNb강도 650℃급 재료로 개발 중에 있다.

○ 고Cr강에서는 수천~수만 시간 경과 후에 크리프파단강도가 급격히 저하하는 현상이 나타난다. 특히 최근에 개발된 9~12%Cr강은 M23C6와 MX형 탄질화물이 분산된 석출강화형 합금에서는 크리프변형 시에 열역학적으로 안정한 조대한 M6X형 탄질화물, Z상, 라베스상 등의 석출에 따라 M23C6와 MX의 재고용이 일어나 크리프강도가 급격히 저하한다.

○ 크리프강도의 향상에는 MX형 탄질화물이나 금속간화합물을 석출시킨 9%Cr강, 전위밀도가 낮은 페라이트 모상을 활용한 석출강화형 15Cr강 등이 제안되고 있다. 또 터빈로터용에는 650℃급 페라이트계 내열강이 개발되어 실험실적으로는 재료설계 방안이 확립되어 있다. 발전용 고Cr강은 국내의 대학과 연구기관에서도 적극적으로 연구되고 있어 그 성과가 기대된다.

저자

Manabu Tamura

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2009

권(호)

14(6)

잡지명

ふぇらむ

과학기술
표준분류

재료

페이지

347~352

분석자

심*동

분석물

• 페라이트계 내열강에서 MX 탄질화물의 석출과 재고용현상.pdf [377,011 byte]

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