한국소성가공학회 1999년도 제3회 압연심포지엄 논문집 압연기술의 미래개척 (Exploitation of Future Rolling Technologies)
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pp.390-398
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1999
The thermomechanical control process(in hot rolling strip mill) was employed to produce 2.25Cr-1Mo steel, which is to be construction material for the steam generator for power plant. Although the Conventional processes has been the primary means of producing the 2.25Cr-1Mo steel, an alternative method was used to meet the specification of ASTM heat treatment for A387-22-Classl using autotempering after coiling in hot rolling strip mill. The microstructures, tensile properties at various temperatures, and creep-rupture properties have been investigated to compare the properties with those of materials produced by the conventional process and to certify the application of the thermomechanical control process to an actual process of manufacturing 2.25-Cr-1Mo steel, this in turn, will reduce the cost of the process. About 14 to 34% glanular bainite (remainder proetectoid ferrite) formed in a coil, and this variety of volume fraction stems from the different cooling rates, which varies with position of the coil after coiling. Tensile testing from room temperature to 700$^{\circ}C$ indicated that strength increases with test temperature showing peaks at around 600$^{\circ}C$. Creep-rupture properties have been being investigated at the temperature of 500$^{\circ}C$ with 27.5, 32kg/$\textrm{mm}^2$ loads and have showed no rupture for over 1000 hours.
Artificial aging was performed to simulate the microstructural degradation in 2.25CrMo steel arising from long time exposure at $540^{\circ}C$. The carbide morphologies were classified as acicular, pipe and globular type, and the number of carbides per unit area was measured for each type of carbides. The fine acicular carbides were found to diminish drastically in the initial stage of aging. An attempt was made to evaluate the microstructural degradation in artificially aging heat treated 2.25CrMo steel by the magnetic property measurements such as saturation magnetization, coercivity and remanence. The saturation magnetization showed no distinct trend with aging time. However, the coercivity and remanence were observed to decrease rapidly in initial 920 hours of aging time and then decrease slowly afterwards.
This paper describes the high temperature creep characteristics for virgin material of 9Cr1MoVNb steel using small punch creep(SP-Creep) test technique which is developing recently. In addition, the several results of SP-Creep test are compared with that of 2.25Cr- 1Mo steel which is widely used as boiler materials and that of conventional uniaxial creep test. The obtained SP-Creep curves show the creep behaviors of three regimes like that obtained from conventional uniaxial creep test, and SP-Creep properties are definitely depended on applied load and test temperature. The correlation of SP-Creep rate and creep rupture life with applied load has been determined like the correlation between creep rate/rupture life and stress in uniaxial creep test, and also is satisfied with Power law. The creep rupture times of newly 9Cr1MoVNb steel are higher than those of 2.25Cr1Mo steel at the same creep temperature and applied loading condition, and the decrease extent of creep rupture life with loads is very lower compared with 2.25Cr1Mo steel.
고온-고압의 장시간 사용으로 나타나게 되는 재료열화현상을 이해하고 구조건전성 모니터링을 위한 기초연구로 사용하고자 대표적인 로터용 내열강인 2.25CrMo 강과 9CrMo 강 그리고 12CrW 강을 연구하였다. 재료열화를 모니터링하기 위해 2.25CrMo 강은 등온열화 시험을 9CrMo 강은 크리프-피로 시험을 그리고 12CrW 강은 크리프 시험을 각 단계별로 수행하였다. 이들 각 손상재에 대한 초음파전파특성, 비저항측정 그리고 보자력측정을 통하여 미세조직 의존성을 고찰하였고 이들 파라미터는 특정 미세조직의 변화에 상당히 민감하게 작용하였다.
Microstructure and mechanical properties of five Cr-Mo steels for nuclear industry applications have been investigated. Transmission electron microscopy, energy dispersive spectrometer, differential scanning calorimeter, hardness, tensile, and impact test were used to evaluate the Cr and W effect on the microstructure and mechanical properties. Microstructures of Cr-Mo steels after tempering are classified into three types : bainitic 2.25Cr-lMo steel, martensitic Mod.9Cr-lMo, HT9M, and HT9W steels, and dual phase HT9 steel. The majority of the precipitates were found to be M$_{23}$C$_{6}$ carbides. As minor phases, fine needle-like V(C,N), spherical NbC, fine needle-like Cr-rich Cr$_2$N, and Cr-rich M$_{7}$C$_3$were also found. Addition of 2wt.% W in Cr-Mo steels retarded the formation of subgrain and dissolution of Cr$_2$N precipitates. Hardness and ultimate tensile strength increased with increasing Cr content. Though Cr content of HT9W steel was lower than that of HT9 steel, the hardness of HT9W was higher due to the higher W content. W added HT9W steel had the highest ultimate tensile strength above $600^{\circ}C$. But impact toughness of W added steel (HT9W) and high Cr steel (HT9) was low.w.w.
It was attempted to evaluate the degree of degradation of thermally aged 2.25-1Mo steek by ultrasonic monlinear parameter(UNP) measurement and X-ray diffraction analysis of extracted carbide. Artificial aging was performed to simulate the microstructural degradation in 2.25Cr-1Mo steel arising from long time exposure at $540{\circ}C$. Microstructural analysis (number of carbides per unit area) and measurements of mechanical properties(Vickers hardness, DBTT) and degradation evaluation parameters(UNP and intensity ration of X-ray diffraction peak of electrolytically extracted carbide) were performed. Both of UNP and intensity ratio of X-ray diffraction peak for M6C carbide to that of M23C6 carbide(IR) increased abruptly in the initial 1000 hour of aging and then changed little. UNP and IR were proposed as potential parameters to evaluate the degree of aging degradation of 2.25Cr-1Mo steel.
Artificial aging was performed to simulate the microstructural degradation in 2.25CrMo steel arising from long time exposure at $540^{\circ}C$. It was found that the carbides became coarser and spheroidized as aging time increased. An attempt was made to evaluate the microstructural degradation in artificially aging heat treated 2.25CrMo steel by the ultrasonic attenuation and velocity measurements. Ultrasonic velocity was found essentially insensitive to the microstructural changes resulting from aging heat treatment. However, the ultrasonic attenuation was observed to increase with increasing aging time. Also, it was noticed that the change of ultrasonic attenuation with aging time was more sensitive at high frequency regions.
In this study, the effects of KCl(s) and K2SO4(s) on the oxidation characteristics of 2.25Cr-1Mo steel were investigated for 500 h in 10O2 + 10CO2 (vol%) gas environmen at 650 ℃. Oxidation kinetics were characterized by weight gain, oxide layer thickness, and fitted models for the experiment data were proposed. The fitted models presented considerable agreement with the experimental data. The oxide layer was analyzed using the scanning electron microscope, optical microscope, and energy dispersive X-ray spectroscopy. The oxidation kinetics of 2.25Cr-1Mo steel with KCl and K2SO4 coatings showed significantly different oxidation kinetics. KCl accelerated the oxidation rate very much and had linear oxidation behavior. In contrast, K2SO4 had no significant effect, which had parabolic kinetics. The oxide layer was commonly composed of Fe2O3, Fe3O4, and FeCr2O4 spinel. KCl strongly accelerated the oxidation rates of 2.25Cr-1Mo steel in the high-temperature oxidation environment. Conversely, K2SO4 had little effect on the oxidation rates.
최근 급속한 플랜트 설비의 발전과 더불어 각종 기계 구조물들의 운전조건이 가혹해지고 사용시간이 길어짐에 따라 신뢰성에 대한 문제가 제기되고 있다. 특히, SNG 설비에 사용되는 재료는 설계조건에 따라 1.25Cr-0.5Mo 또는 2.25Cr-1Mo강과 같은 내열강들이 주로 사용된다. 본 연구에서는 Lab-scale용 합성천연가스 반응기를 제작하여 생산공정 반응기 재질인 1.25Cr-0.5Mo강을 이용하여 실제 SNG 공정중 1차반응기와 동일한 운전 조건에서 부식 특성에 대하여 실험적 연구를 진행하였다. 1.25Cr-0.5Mo강을 운전 시간에 따라 각각 배출조성 조건과 주입조성 조건에 노출시켜 부식에 대한 실험을 수행하였으며 실험 결과 내구성에 가장 영향을 미치는 요소는 수소로 인한 수소취성과 산화 부식임을 알 수 있었으며, 배출조성보다 주입조성에서 더 빠른 부식이 발생함을 확인하였다. 그러나 배출조성 조건에서는 산화부식과 더불어 수소취성에 의한 부식이 동시에 발생하여 장시간 운전 후 부식정도가 갑자기 증가하고 부식강도가 급격히 강해지는 것을 나타났다. 또한 주입조성에서는 산화물들이 시편에 흡착되어 두꺼운 산화층을 형성시켰으며 이로 인하여 재료의 내산화성이 크게 저하되는 것으로 확인되었다.
전기비저항법을 이용하여 2.25Cr-1Mo 강의 경년열화도를 평가하고자 하였다. 2.25Cr-1Mo 강이 $540^{\circ}C$에서 장시간 노출되었을 때 일어나는 미세조직 변화를 모사하기 위해 인공 열화를 실시하였으며 열화에 따른 미세조직 인자 (고용원소의 함량), 기계적 성질 (연성-취성 천이온도 ), 전기비저항을 측정하여 이들간의 상호관계를 구하고자 하였다. 열화재에서는 기지내의 고용 원소 (Mo 와 Cr)의 고갈이 나타났다. 연성-취성 천이온도는 열화 초반부에 급격히 증가 후 포화되는 경향을 보인 반면 전기비저항은 열화 초반부에 급격히 감소 후 포화되는 경향을 보였다. 즉, 열화 시간에 따른 연성-취성 천이온도의 변화 경향과 전기비저항의 변화는 서로 반대적으로 변화하는 관계를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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