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- 저자 : 안삼열 (검색결과 2 건)
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Co계 Stellite 합금 대체용 Fe계, Ni계 Hardfacing 합금의 Cavitation Erosion 거동에 관한 연구
Co계 Stellite 합금은 우수한 내마모성을 가져 원자력발전소 1차계통의 밸브에 hardfacing용으로 사용되어 왔다. 그러나 Stellite의 마모와 부식 및 보수시 발생한 Co가 1차계통의 방사선장을 증가시키는 원인으로 밝혀짐에 따라 Co를 함유하지 않는 대체재료를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 개발된 합금중에서는 Fe계 NOREM 02A와 Ni계 Deloro 50가 고하중에서 우수한 galling 저항성과 sliding 마모저항성을 보여 Stellite의 대체합금으로 유력시되고 있으나 이들 재료의 사용시에 주된 손상원인중의 하나인 cavitation erosion에 관한 연구는 아직 보고된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 대표적인 Stellite 합금인 Stellite-6와 NOREM 02A 및 Deloro 50에 대하여 cavitation erosion 거동을 조사하고 그 손상기구를 분석하였으며, 산화피막과 표면조도가 이들 재료의 cavitation erosion에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. Vibratory type cavitation erosion 시험기를 이용하여 상온․수중에서 30시간까지 시험한 후의 무게손실량은 Stellite-6가 12.3㎎/㎠로 가장 적었고 NOREM 02A가 27.8㎎/㎠, Deloro 50가 61.1㎎/㎠의 순으로 나타났다. Stellite-6의 경우 debris의 X-선 회절분석 결과 cavitation erosion 시에 matrix의 주된 강화기구인 fcc에서 hcp로 strain-induced 상변태가 일어난 것을 확인할 수 있었다. 그러나 Stellite-6와 유사하게 austenite에서 martensite로의 strain-induced 상변태를 강화기구로 하는 NOREM 02A의 경우에는 debris에서 strain-induced 상변태가 관찰되지 않았으며 이에 따라 Stellite-6에 비해 낮은 cavitation erosion 저항성을 보인 것으로 생각된다. 한편 matrix와 제 2 상의 경도를 측정한 결과 Deloro 50는 다른 두 재료에 비해 matrix와 제 2 상간의 경도차이가 상당히 큰 것으로 나타났는데 이러한 큰 경도차이는 두상간의 경계가 cavitation erosion의 충격에 매우 취약함을 나타내는 것으로 Deloro 50의 낮은 cavitation erosion 저항성은 이에 기인한 것으로 생각된다. 300℃․수중에서 생성된 산화피막은 Stellite 6의 cavitation erosion에 별다른 영향을 주지 않았으나 NOREM 02A는 치밀한 산화피막이 형성되어 cavitation erosion 손실을 지연시킨 효과를 보였다. 그러나 Deloro 50의 경우에는 porous한 산화피막이 형성되어 오히려 cavitation erosion 손실을 증가시키는 것으로 나타났다. 이러한 산화피막은 cavitation erosion에 의해 곧바로 제거되어 재료의 장시간 cavitation erosion 거동에는 큰 영향을 미치지 못한 것으로 생각된다. 초기표면조도에 따른 cavitation erosion 손실량은 NOREM 02A와 Deloro 50의 경우 시험초기에 손실량이 많아 그 차이를 관찰할 수 없었으나 Stellite 6의 경우에는 Ra=0.6㎛인 경우가 손실량이 많았고 Ra=0.02㎛가 가장 적게 나타나 초기표면조도가 거칠수록 손실량이 증가하는 것으로 나타났다. 이는 미세한 표면조도의 경우 주로 matrix와 제 2 상간의 경계에서 발생하는 미세 crack에 의해 cavitation erosion 손실이 발생하는 반면, 거친 표면조도에서는 matrix와 제 2 상의 경계 이외에도 표면의 scratch가 응력을 집중시키는 역할을 하여 matrix 자체에서 발생한 crack도 cavitation erosion 손실에 기여했기 때문으로 생각된다.
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