CM247LC 초내열합금 용접 열영향부 액화균열 제어를 위한 야금학 및 공정적 검토
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2021
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Korean
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학술저널
수록면
83-83(1쪽)
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가스터빈 블레이드의 일방향 응고 소재로 검토되고 있는 CM247LC 합금은 MAR-M247 합금을 토대로 C함량을 저감시켜, 주조성 및 고온 기계적 성질을 향상시킨 Ni계 초내열합금이다. 블레이드 제조 시에는 용접공정이 수반되고, 특히 CM247LC와 같은 석출경화형 초내열합금 용접 시에는 다양한 종류의 고온균열(응고, 액화, 연성저하 균열 등)이 복합적으로 발생하는 것으로 알려져 있고, 건전한 용접부 제조를 위해서는 해당 고온균열의 면밀한 제어가 필수적이다. 액화균열은 열영향부의 부분용융영역(partial melted zone)에서 발생하고, 모재 2차상 (secondary phase) 부분 액상화 및 불순물 원소의 입계편석 현상과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 특히 CM247LC 초내열합금의 다층 용접 및 적층 제조부에서도 액화균열 현상은 상당히 문제시되고 있으나, 야금학적 관점에서 액화균열 민감도 평가 및 제어에 대한 기초연구는 상당히 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 CM247LC 초내열합금 블레이드의 용접 건전성을 액화균열 관점에서 면밀히 검토하고, 야금학적 제어 인자를 도출하고자 한다. Varestraint 시험 및 고속열화상 온도 가시화를 통해, CM247LC 합금 용접부의 액화균열 발생 온도범위 (liquation cracking temperature range, LCTR)를 평가하였고, 다양한 열처리 조건을 적용함으로써 LCTR을 최소화할 수 있는 CM247LC 합금 미세조직을 탐색하였다. 해당 결과를 토대로 CM247LC 합금 용접부 액화균열 제어에 대한 야금학적 인자를 도출하였고, 액화 무균열 용접을 위한 공정적 가이드라인도 함께 검토하였다. Spot-Varestraint 시험 결과, CM247LC 주조재의 LCTR은 620 K, 용체화 열처리재 560 K 및 시효 열처리재 66 K 로 각각 평가되었다. CM247LC 합금 용접 열영향부의 액화균열 민감도는 용체화 및 시효 열처리 적용으로 저감 가능하며, 특히 시효 열처리는 주조재의 액화균열 민감도를 약 90% 이상 저감 시키는 것으로 평가되었다. 시효 열처리에 따른 LCTR 축소는 조성적 액화를 일으키는 MC형 탄화물 감소, 저융점 공정 γ/γ’ 조직의 고용 및 γ’ 석출상 형성으로 인한 미세조직 균질화로 인해, 용접 승온 시의 액상화 시작온도가 증가하기 때문인 것으로 확인되었다. 이러한 액화균열 민감도 평가 결과를 바탕으로, 액화 무균열 용접을 위해서는 시효 열처리 적용과 입열량 최소화 (540 J/mm 미만)가 병행되어야 할 것으로 판단되었다. 더불어 입열량 30 J/mm 이하의 레이저 용접 적용 시에는 시효 열처리를 적용하지 않더라도 무균열 용접부 제조가 가능한 것으로 평가되었다.
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