일반기술

W함유 차세대 이상 스테인리스강의 개발 및 성과

급증하는 에너지 소비에 따른 전력 및 석유화학산업의 대규모 설비확장과 도시 쓰레기의 증가에 따른 쓰레기 소각로 등의 건설 등에 따라, 이들 설비의 극심한 부식환경에서 견딜 수 있는 초내식성 스테인리스강의 수요가 날로 증가하고 있으며, 이들 초내식성 강 중 특히 이상(α+γ) 스테인리스강은 우수한 가공성 및 인성을 가지는 오스테나이트(γ)와 우수한 내식성 및 강도를 제공하는 페라이트(α)상이 약 50:50 정도로 구성되어 있어, 강도가 기존의 오스테나이트 스테인리스강에 비해 2배 정도 높고 국부부식 및 응력부식에 대한 저항성이 우수하여 최근 매우 각광받고 있는 내식재료이다. 현재 상용화 되어있는 이상 스테인리스강은 초내식성 이상 스테인리스강(2507)은 25Cr, 7Ni, 2-4Mo, 0.2-0.3N을 기본 조성으로 하고 있다. 이중 특히 Mo은 이 합금계의 국부부식 및 응력부식에 대한 저항성을 향상 시키는 원소로 첨가되고 있으나, 600 - 1000 ℃의 고온에서 노출시 시그마(σ)상을 형성시켜 재료를 취화시키는 단점을 가지고 있다. 이러한 취약한 상의 형성을 막기 위하여, 이상 스테인리스강의 제조 시에는 급속냉각 방식을 택하고 있으나, 이러한 급속냉각의 효과가 내부까지 미치지 못하는 대형 주조품, 단조품, 봉재등의 생산이 곤란하다. 따라서, 최근에는 이러한 Mo를 일부 다른 원소(특히, W)로 대체하고자 하는 연구가 몇몇 국가에서 진행되고 있다. 이번에 한국과학기술원의 부식 및 표면처리 실험실에서는 고 크롬 이상 스테인리스강에서 Mo를 일부 W으로 대체하여 시그마상의 형성으로 인한 내취화성을 대폭 향상시키고 국부부식 저항성을 높인 새로운 조성의 이상 스테인리스강을 개발하였다. W 함유 이상 스테인리스강의 우수한 부식 특성 및 내취화성 이번에 개발된 강은 Fe를 기지로 하여 25Cr, 7Ni, 3W, 1.5Mo, 0.25N의 조성을 갖는 이상 스테인리스강으로서 850 ℃의 고온에서의 시그마상의 형성속도가 기존의 Mo함유 스테인리스강에 비해 현저히 낮았다. 또한, 80 ℃, 4M NaCl 용액에서 핏팅전위값이 758 mV(SCE)로서 기존의 2507에 비해 200 mV이상 높아 매우 높은 국부부식 저항성을 나타내었다. 한편, 35 %, 비등 MgCl2 용액(127 ℃)에서도 응력부식이 일어나지 않음으로써, 매우 높은 응력부식 저항성을 보여 주었다. 한편 850 ℃에서의 시효처리시의 시그마상의 형성속도에 있어서도, 2507 강에서는 시그마상의 형성으로 인한 기계적 성질의 감소현상이 매우 빠르게 일어나는 반면에, 2507W강의 경우 시그마상의 형성속도가 상대적으로 매우 느리므로, 기계적 성질의 퇴화도 느리게 일어나는 것으로 나타났다. W 함유 스테인리스강의 우수한 용접성 W이 첨가된 2507 W 합금의 경우 오스테나이트 분율의 증가, 그에 따른 입내 석출상 감소, 페라이트 결정립 미세화 효과에 의해 용접 모사 후의 용접열영향부에서 2507 강에 비해 높은 충격 인성치를 나타내었다. 앞으로의 전망 따라서, 이번에 개발된 초내식성 고강도의 이상 스테인리스강은 고온에서의 취화를 현상을 현저히 낮추어, 대형 주조물이나 봉재등의 생산이 가능하고, 또한 국부부식 저항성도 기존의 이상 스테인리스강에 비해 뛰어나며, 용접성도 상대적으로 우수한 것으로 나타나 현재 국내의 전력 및 석유화학산업의 구조용 재료로 사용되고 있는 오스테나이트 강을 대체하고 또한, 앞으로 건설될 도시 쓰레기 소각로 탈황설비 등의 구조 재료로 널리 사용될 수 있을 것으로 사료된다.