11%CrMoVNb 강의 크리프 성질에 미치는 템퍼링 열처리의 영향

Abstract

템퍼링 열처리가 크리프 성질에 미치는 영향을 조사하기 위하여 크리프 연성을 보이는 11%CrMoVNb 강을 이용하여 600℃와 650℃에서 일정하중하의 대기중에서 크리프 실험을 하였다. 템퍼링 처리를 다르게 하여 Rc20, Rc25와 Rc30의 세 가지 경도를 갖는 시편을 만들었고, 경도 변화에 따른 크리프 파단 강도와 미세 조직의 관계를 규명하기 위하여 주사전자현미경(SEM)으로 크리프 파단면을, 투과전자현미경(TEM)으로 크리프 실험 전후의 미세구조를 관찰하였다. 크리프 시험 결과, 650℃에서는 경도가 감소함에 따라 응력지수(n)와 파단시간지수(χ)는 증가하였다. 즉, 경도가 감소할수록 크리프의 응력 의존성이 커졌다. 단시간측에서는 경도에 따른 파단 강도의 차이가 뚜렷하였지만, 장시간측에서는 초기 경도에 따른 파단 강도의 차이는 줄어들었다. 그러나, 600℃에서는 $10^3h$까지의 실험 결과, 경도에 따른 n, χ의 차이가 거의 없었다. 650℃에서는 경도가 높을수록 경도가 낮은 재료보다 크리프 시간에 따른 아결정립의 성장속도가 빠르기 때문에 경도의 급격한 저하가 발생하였다. 따라서, 장시간으로 갈수록 초기 경도가 크리프 파단 강도에 미치는 영향은 감소하게 된다. 그러나, 600℃에서는 크리프 시간에 따른 미세구조의 변화가 크지 않기 때문에 초기 경도의 효과가 $10^3h$까지는 그대로 유지되었다. 템퍼링 후의 석출물의 질량은 경도가 낮을수록 작았지만, 크리프 시간에 따라 600, $10^3h$ 모두 증가하는 경향을 보였다. 단시간측에서의 석출물은 주로 NbC, $M_{23}C_6$였으나, 3,000h 시간 이상에는 $M_6C$ type의 탄화물들이 석출되었다. 크리프 변형 속도와 파단시간은 상온 인장 강도로 Normalized 한 응력의 함수로 나타낼 경우, 경도에 상관없이 일반화시킬 수 있었다. 또한 Larson-Miller parameter도 같은 방법으로 일반화 시킬 수 있다. 파단시간 평가 결과, Necking과 microcrack damage를 고려한 모델은 Rc20과 Rc25의 실험 결과와 비교적 잘 일치하였으나, Rc30의 경우, overestimate하는 경향이 있었다. Sham과 Needleman의 모델은 모든 경우에 underestimate하는 경향이 있었다.