○ 화력발전 설비용 증기터빈은 발전플랜트의 중요기기의 하나로서 고온, 고압의 운전조건에서도 충분한 신뢰성 확보가 필요하다. 최근, 지구온난화 방지를 위한 이산화탄소 감소와 높은 효율화를 목표로 하고 있어 증기조건은 더한층 고온과 고압을 요구하고 있다. 온도조건에 따른 탄소강, 저합금강, 12Cr의 고합금강을 사용하고 있다.
○ 저합금강은 주로 저압로터, 케이싱, 결합볼트에 사용되며 12Cr내열강은 12Cr-Mo-V-W-Nb-B-N강으로서 고압, 중압로터, 증기밸브, 회전날개와 고정날개에 주로 사용되고 있다. 최근 일본에서는 차기 USC터빈용 재료로서는 페라이트계 내열강을 개발하였다. 페라이트계 내열강 고온강도는 오스테나이트계 내열합금보다 낮고, 오스테나이트계 내열합금은 열팽창계수가 크기 때문에 터빈이 가동하고 정지할 때, 높은 열응력과 열 피로를 일으키기 쉽다. 오스테나이트계 내열합금은 대형단조품의 제조가 어렵고, 재료가격이 페라이트계 내열강보다 높은 것이 단점이다.
○ 오스테나이트/마르텐사이트 복합조직강은 강도향상목정으로 개발되어 왔다. 최근, 국내에서는 질소분위기에서 페라이트/마르텐사이트 복합조직강을 개발하여 내식성을 향상시키고 있다. 하지만, 최근 Cr가 Ni금속의 가격상승에 따라 종래의 Fe-Cr과 Fe-Cr-Ni강은 B이나 N원소를 첨가한 내열강으로 전화해 가고 있는 실정이다. 향후, 고온에 있어서도 석출형태를 미세하게 유지하는 Ti, Nb, Ta, Y의 희소금속을 미량 첨가하여 내열내식강으로 사용함으로써 고가의 Cr, Ni첨가원소 사용량을 감소할 수 있을 것으로 사료된다.
○ 미래의 화력발전 증기터빈의 자원절약과 에너지절감에는 2,000℃ 이상의 고융점 Nb, Ta, Mo, W 희소금속이 고강도 내열내식성 향상에 필수적인 원소이다. 한국은 고융점 Nb, Ta, Mo, W 금속자원이 부족하여 브라질, 중국, 호주에서 수입에 의존하고 있다. 국내 POSCO와 현대제철소를 비롯하여 금속정련회사에서도 Nb, Ta, Mo, W 4대 희소금속의 회수연구를 하고 있다. 향후, Ti, Nb, Ta 등의 Cr-free 내식성 금속자원 확보를 위한 제련인력육성이 요구되고 있다.
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