IN 625 주조합금의 GTAW/SMAW 공정에 따른 용접부 고온 열화시 미세조직 및 기계적 특성 변화 상관관계 고찰

국문 초록 (Abstract)

극초임계압(Hyper Super Critical, HSC) 스팀터빈용 대형 주조품 상용화를 위한 후보 소재중 하나로 IN 625에 대한 연구가 진행되고 있다. 특히 운전온도(약 700oC)에서 장기간 열노출에 의한 열화 저항성이 요구되므로, 본 연구에서는 고온 열화에 따른 미세조직 및 기계적 특성 분석을 통해 상관관계를 고찰하고자 하였다. Inconel 625 합금은 고용강화형 이지만 운전온도에서 장시간 열노출시 강화상 γ”이 석출될 수 있고, 이후 γ”→δ 상 변태가 발생하여 강화효과가 저하될 우려가 있으므로 열화에 따른 열적 안정성에 대해 면밀히 분석하고자 하였다. 용접재의 초기상태 분석은 미세조직, 경도 traverse 측정을 통해 진행하였고, 열적 안성정에 대해서는 상온/고온(650-750oC) 조건에서 인장 특성, 고온 크리프 특성, 그리고 열노출에 따른 용접부 미세조직 변화에 대해 분석하였다. 먼저 초기조직의 경우 모재는 Nb 편석에 의한 것으로 추정되는 Laves phase및 (Ti,Nb)C type MC 탄화물이 관찰되었으며, 용접부는 일반적인 수지상 조직이 관찰됨을 확인하였다. 경도 traverse 측정 결과 모재의 경우 SMAW가 다소 높았으며, 두 공정의 용접부는 유사하게 나타났다. 온도별 인장특성 평가 결과, 항복강도와 인장강도는 SMAW 용접재가 근소하게 높은 값이 나타남을 확인하였다. 파단부 분석 결과, 균열은 MC 탄화물, Laves phase에서 빈번히 관찰되었다. 크리프(700-750oC/125-160MPa) 특성의 경우 인장 특성과 달리 GTAW 용접재의 파단 수명이 현저히 긴 것이 확인되었다. 파단부 분석 결과, SMAW 용접재는 Weld metal(WM) 내부의 Laves phase에서, GTAW는 Fusion line(FL)에서 파단 되었는데, 이는 SMAW-WM의 열적 안정성이 낮기 때문에 나타나는 결과로 판단된다. 한편, 보다 크리프 수명이 우수한 GTAW 용접재의 열노출 시간에 따른 미세조직 분석 결과, 장시간 노출시 크리프 파단된 SMAW-WM에서와 같이 WM 내부에서의 Laves phase 형성이 확인되었다. 상기의 결과로부터, IN 625의 용접공정 SMAW, GTAW에 따른 용접부 특성 및 열적 안정성에 대해 고찰하고자 한다.