316L 모재부와 308L 용접부의 크리프-피로 특성과 용접후열처리가 용접부의 크리프-피로 특성에 미치는 영향

Abstract

오스테나이트계 스테인리스강은 여러 가지 우수한 특성, 우수한 고온 강도, 연성, 내식성 및 용접성, 때문에 발전소의 고온 구조물 재료로 널리 사용되어 왔다. 그러나 실제 사용에 있어서 대형 구조물을 제작하는데 용접이 필수적이고, 손상의 대부분이 용접부에서 발생하므로 용접부에 대한 고온 특성 연구가 필요하다. 또한 이러한 고온 구조물의 경우 사용 환경의 특성상 복합적인 하중을 받아 손상을 입게 되므로 용접부의 크리프-피로 및 피로에 대한 특성 연구가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 고온 구조용 재료로 널리 사용되고 있는 316 스테인리스강에 입계 응력 부식 균열에 대한 저항성을 높이기 위해 탄소 함량을 낮춘 316L 스테인리스강을 모재로, 동종의 308L 스테인리스강을 용접봉으로 사용하여 온도 T=600℃, 총 변형량 Δεt=±0.4%~0.6%, 인장유지시간 th=30min에서 크리프-피로 실험을 수행하여 기존에 수행된 연속 저주기 피로와 인장유지시간 th=10min을 적용한 실험 결과와 비교하였다. 그 결과 모재부보다 용접부의 크리프-피로 수명이 현저히 짧았으며 인장유지시간과 변형량이 증가함에 따라 모재부와 용접부 모두 크리프-피로 수명이 감소하였고 용접부의 경우 입계에서의 cavity에 의한 파손이 주요한 원인으로 작용한 것으로 사료된다. 또한 가장 취약한 특성을 나타내는 용접부에 용접후열처리(PWHT)를 적용하여 T=600℃, 변형량 Δεt=0.5%, 인장유지시간 th=10min에서 크리프-피로 실험을 수행 앞서의 결과와 비교하여 크리프-피로 수명이 연장됨을 확인하였다. 열처리를 전후로 각각의 경우 용접부의 파단은 오스테나이트 모재와 δ-페라이트 사이의 계면을 따라 전파된 것으로 보인다. 또한 열처리를 통해 용접부의 연성이 회복되었으며 δ-페라이트가 감소하였다.