Fabrication and Characterization of ODS 316L Stainless Steels

(1)

Journal of Korean Powder Metallurgy Institute Vol. 16, No. 2, 2009

DOI: 10.4150/KPMI.2009.16.2.122

산화물 분산강화형 316L 스테인리스강의 제조와 특성 연구

김민호·류호진

*

·김성수·한창희·장진성·권오종^a 한국원자력연구원

,

^a경북대학교금속신소재공학과

Fabrication and Characterization of ODS 316L Stainless Steels Min Ho Kim, Ho Jin Ryu

*

, Sung Soo Kim, Chang Hee Han,

Jinsung Jang and Oh-jong Kwon^a

Korea Atomic Energy Research Institute, Daejeon, 305-353, Korea

a

Department of Material Science and Metallurgy, Kyungpook National University, Daegu, 702-701, Korea

(Received February 13, 2009; Revised February 27, 2009; Accepted March 20, 2009)

Abstract Austenitic oxide-dispersion-strengthened (ODS) stainless steel was fabricated using a wet mixing process without a mechanical milling in order to reduce contaminations of impurities during their fabrication pro- cess. Solution of yttrium nitrate was dried after a wet mixing with 316L stainless steel powder. Carbon and oxygen contents were effectively reduced by this wet processing. Microstructural analysis showed that coarse yttrium sil- icates of about 150 nm were formed in austenitic ODS steels with a silicon content of about 0.8 wt%. Wet-pro- cessed austenitic ODS steel without silicon showed higher yield strength by the presence of finer oxide of about 20 nm.

Keywords : Oxide dispersion strenthening, High energy ball milling, Stainless steel

1. 서 론

최근선진각국에서는열효율이좋고안전성

,

^신뢰

성

,

^지속성

,

^경제성이 ^향상된 ^제

4

^세대 ^원자로

(Gen- IV, Generation IV reactor)

^의 ^개발에 ^대한 ^연구가

진행되고있으며

, 2030

^년^실용화를^목표로^미래형^원

자력시스템개발을위해공동노력중이다

.

^제

4

^세

대 원자로에는 소듐냉각고속로

(SFR, sodium-cooled fast reactor),

^{초임계압경수로}

(SCWR, supercritical water cooled reactor),

^{가스냉각고속로}

(GFR, gas- cooled fast reactor)

와 납합금냉각고속로

(LFR, lead- alloy-cooled fast reactor)

^등이 ^있다

[1].

^기존의 ^고속

로용 피복관

(cladding)

^재료에는 ^우수한 ^고온 ^크리프

(creep)

강도와뛰어난내식성을 갖는오스테나이트계

스테인리스강과뛰어난열전도성

,

낮은열팽창및 우 수한조사팽윤저항성을갖는페라이트

-

^{마르텐사이트}

계강이있다

.

^그러나^{오스테나이트계}^{스테인리스강은}

내조사성

(irradiation resistance)

^이 ^취약하며

,

^페라이트

-

마르텐사이트계강은

600

^o

C

^이상의^고온에서 ^기계적

특성이저하되는단점이있기에개선연구가진행되고 있다

.

^산화물 ^{분산강화형}

(ODS, oxide dispersion

strengthened)

^합금은 ^페라이트

-

^{마르텐사이트계} ^강

(FMS, ferritic-martensitic steel),

^{오스테나이트계} ^스

테인리스강

(austenitic stainless steel),

니켈계 합금

(Ni-base alloy)

^과 ^더불어^제

4

^세대^원자로용 ^후보재

료로서연구되고있다

.

^산화물^{분산강화형}^합금은^고

온에서 안정한산화물 입자를기지

(matrix)

내부에첨

가하여 균일하게 분산시킴으로써 우수한 기계적특 성과우수한내조사성을갖는다

[2-4].

산화물분산강화형합금은주로

Fe

계와

Ni

계에대 해개발되고있으며

,

대표적인

Ni

계 산화물분산강화

형 합금은

MA6000, PM1000

등으로

,

강화기구는

*Corresponding Author : [Tel : +82-42-868-8845; E-mail : [email protected]]

(2)

산화물에 의한 분산강화와 γ 상에 의한 석출강화기 구이며 주로 항공기의 터빈 블레이드재료로 사용된 다

. Fe

계산화물분산강화형합금은

MA956, MA957,

PM2000

등이있으며

,

강화기구는산화물에의한 분

산강화이며주로고온구조재로사용된다

[5].

특히

Fe- Cr

계산화물 분산강화형합금은우수한고온기계적 특성과 뛰어난 내조사성을 가지기 때문에 소듐냉각

고속로의 피복관용재료로검토되고있다

[6-7].

그러

나 오스테나이트계 스테인리스강의 경우 산화물분 산강화합금의대상으로연구된결과가거의없다

[8].

일반적으로산화물분산강화형합금은고에너지볼 밀

(high energy ball-mill)

에 의한 기계적합금화

(MA, mechanical alloying)

를거친후

,

고온정수압성형

(HIP, hot isostatic pressing),

열간압연 또는 열간압출에 의하여 제조된다

.

기계적합금화는 미세한 결정립을 얻고 산화물을균일하게분산시킬수있는장점이있 지만

,

고가의 장비와 긴 공정 시간을 필요로 하며

,

공정 중 볼이나분위기 기체에의한 불순물오염을 제어하기 용이하지 않은단점이 있다

.

기계적합금화 공정의 단점을보완하기위한방법으로이트륨 분말 을 포함한 합금의 물분무화

(water atomization)[9],

이트륨 염을 이용한 습식밀링

(wet milling)[10],

chemical socking[11]

그리고 습식혼합

(WM, wet

mixing)[12]

등이 보고되었다

.

그 중 습식혼합 공정

은 산화물을형성할수있는금속염

(metallic salts)

을 용매에용해시킨후

,

고온에서금속염과용존산소가 결합하여 산화물을 제조하는 방법으로서 합금 내의 용존산소 및탄소함량을최소화할 수있고

,

대량 생산하는데유용하게사용될것으로기대된다

.

본연구에서는차세대 고온구조재료로산화물 분 산강화형 합금의 중요성이 전 세계적으로 부각되고 있는 시점에서 기존에 시도되지 않았던 오스테나이 트계산화물분산강화형 스테인리스강을제조하기위 한 초기단계로서 고에너지 볼 밀링공정과 볼 밀링 공정의 단점을 보완할수 있는 습식혼합 공정을 이 용하여산화물분산강화형

316L

스테인리스강을 제 조하여미세조직및 기계적특성을평가하였다

.

2. 실험방법

그림

1

은본연구의실험과정을나타낸것이다

.

본 연구에서는

AISI 316L

스테인리스강 분말

(-325

mesh, 99.95%, Alfa),

산화 이트륨 분말

(20~30 nm, 99.9%, Sigma-Aldrich),

질산염 이트륨

(99.9%, Sigma-

Aldrich)

을 사용하였다

.

볼 밀링 공정은 독일의

Fritsch

사의제조한

500 mL jar 4

개를 장착할 수있 는

‘ Pulverisette 5 ^’

을이용하였다

.

밀링매체는직경

5 mm

의강구를 사용하였고

,

볼과금속분말들의장입 비율은 무게비

15:1

로 하였으며

,

회전속도

200 rpm

에서

12

시간볼밀링을수행하였다

.

볼밀링시분

말의 산화를 방지를위해 아르곤 분위기

(99.99%)

에

서 볼밀링을수행하였으며 이때공정제어제는사용

하지 않았다

.

습식혼합 공정은 이트륨 염

(yttrium

salts)

이 용해된 용액에

316L

스테인리스강 분말을

첨가하고 교반기로 균일하게 습식혼합하였다

.

충분

히 혼합된 슬러리

(slurry)

상태의 혼합물은 오븐에서

약

24

시간동안

80

^o

C

에서 건조시켜합금분말을만 들었다

.

볼 밀링과 습식혼합한 분말을 벌크형태로 만들기위하여

canning

작업을수행하였다

. AISI 304

스테인리스강으로 만든실린더형태의 캔

(can)

속에

약

1 kg

의 합금 분말을 장입한 후 용접하여 밀봉

(sealing)

한 후

500

^o

C

에서 약

20

시간 동안 탈기

(degassing)

하였다

.

이후

1,150

^o

C

에서

103 MPa

압력 으로

4

시간동안고온정수압 성형

(HIP, hot isostatic

pressing)

하였다

.

탈기및

HIP

공정이완료된 원기둥 형태의 시편을

1,150

^o

C

에서

1

시간 동안 유지한 후 압하율

80%

로 열간압연

(hot rolling)

을 수행하여 약

Fig. 1. Fabrication process of the austenitic ODS steels.

(3)

124 김민호·류호진·김성수·한창희·장진성·권오종

4 mm

두께의판재시편을얻었다

.

열간압연된재료

를

1,150

^o

C

에서

1

시간 유지한후 공랭하여 최종 시 편을얻었다

.

가스 분석기

(ELCO, TC136)

와 탄소 분석기

(ELTRA, CS-800)

를 이용하여 합금들의 탈기 전과

후의산소

,

질소와 탄소함량을 비교분석하였고

,

최 종 합금들의조성은 유도결합플라즈마원자방출분광 분석기

(Jobin Yvon, ULTIMA 2C)

를 이용하여 분석 하였다

.

주사전자현미경

(JEOL, JSM-6300)

으로 미세 조직을 관찰하였고

,

박막

(thin foil)

과 탄소 추출법

(carbon extraction replica)

으로시편을 만든후 투과 전자현미경

(TEM, JEOL-2000FX)

을이용하여산화물 크기

,

형상

,

분포를관찰하였다

.

산화물의 화학조성 측정은에너지분산분광기

(EDS, energy dispersive x- ray spectrometer)

를 이용하였다

.

인장시험은 판재에 서 인장시편의길이방향이 압연방향에평행하게 채 취하였고

,

인장시편의 게이지 길이는

15.5 mm,

폭

3 mm

두께

1.4 mm

로 하였다

.

실험은만능시험기

(INSTRON, Model 4505)

를 사용하여

0.5 mm

의 변 형 속도로상온과

700

^o

C

에서수행하였다

.

3. 결과 및 고찰

3.1.성분 분석결과

표

1

과

2

는 볼 밀링

(M1)

과 습식혼합

(W2)

방법으 로 제조된분말의탈기전과후의성분분석결과를 나타낸 것이다

.

습식혼합으로 제조된 합금

(W2)

에서

탈기전과후의산소및질소함량을비교하면크게 감소된 것을 확인 할 수 있다

.

이는 탈기공정 중에 질산염 이트륨

(Y(NO

3

)

3

6H

2

O)

이 산화이트륨

(Y

2

O

3

)

으 로열분해되어산소와질소원소들이기체형태로시

편에서 방출되기때문이다

[13].

탄소함량은 볼밀링

으로 제조된 합금

(M1)

이 습식혼합으로 제조된합금

(W2)

보다 더 많은 함량을 가지고 있었다

.

이는 볼

밀링중 탄소를포함하는밀링매체

(steel ball)

와밀

링용기

(jar)

의충돌시발생하는철계마모입자의혼

입에 의한 오염이발생하기 때문에탄소 함량이증 가하게 된 것으로 사료된다

.

만약 합금 시간

,

밀링 속도와 볼 비율이증가하게 된다면탄소 함량은이

보다더증가하게될것이다

[14].

산화물분산강화형

합금에서고온인장강도와크리프강도에 많은영향 을 미치는 용존산소

(excess oxygen)[15]

함량을비 교하면볼밀링으로제조된합금

(M1)

이습식혼합공 정으로제조된합금

(W2)

보다더많음을보여주고있 다

.

이는볼밀링공정을수행한불활성기체분위기 내의잔류산소의영향인것으로판단된다

.

3.2. 미세조직

그림

2

에서는두 공정으로 제조된 산화물 분산강

화형

316L

스테인리스강의미세조직을 보여주고있

다

.

사진에서보는바와같이볼밀링에의해제조된

그림

2(a)

의 기지 조직의 결정립 크기는 약

15

μ

m

이며

,

습식혼합으로제조된그림

2(b)

의기지조직 의 결정립 크기는 약

25

^μ

m

이다

.

볼 밀링 효과에 의해

M1

기지조직의결정립크기가

W2

보다기지조 직의결정립크기가반정도작은것을확인할수있 다

.

즉볼밀링에의해초기분말의결정립크기가미 세화되기 때문에결정립 미세화공정이 없는 습식혼 합 공정에 비하여최종 결정립의 크기가작은 것으 로 판단된다

.

두공정으로 제조된 모든합금에서광 학현미경으로 관찰할수있는조대한 산화물들이결 정 입내와입계에분포되는것을확인할수 있으며

,

모든 시편에서는열처리에 의한쌍정이관찰되었다

.

기계적 밀링공정이 없는습식혼합 공정에 의해제 조된 산화물 분산강화형 합금에서도 결정 입내에서 산화물이관찰되는이유는 열간가공공정에서재결 정이 일어날 때 합금 분말 표면에존재하는 산화물 을 결정입내로 포함시키면서결정립이성장하기때 문이다

.

Table 1. Chemical composition of austenitic ODS powders before degassing

Alloys Process Composition (ppm)

C O N

M1 MM 510 2060 380

W2 WM 190 6570 1130

M1 : mechanical milling, W2 : wet mixing

Table 2. Chemical composition of austenitic ODS alloys after degassing

Alloys Composition (ppm)

C O N Y Ex.O*

M1 577 2370 770 1700 1911

W2 199 1776 465 1100 1371

Ex.O*(Excess oxygen) : total oxygen - oxygen in yttrium oxide

(4)

3.3. 산화물분석

그림

3

과

4

는습식혼합법으로제조한분산강화형 합금을박막으로만든후투과전자현미경으로관찰한 것으로그림

3

과

4

의

(a)

는 기지조직내에존재하는 산화물을 보여주고있다

.

각각

200 nm

와

700 nm

정 도크기의산화물이구형형태로존재하고있음을보 여준다

.

그림

3

과

4

의

(b)

는이산화물에대한제한시 야 회절상

(SADP, selected area electron diffraction pattern)

을 보여주고있으며표

3

에서

EDS

결과의원 소 성분을 나타내었다

.

회절상에서 측정한 면간거리

(

그림

3: 1.619, 1.175, 2.315

Å

,

그림

4: 1.940, 2.575, 2.952

Å

)

와

EDS

결과를 토대로

JCPDS

에서 발행한 분말회절결과

(

그림

3: 1.6322, 1.1516, 2.3892

Å

,

그림

4: 1.932, 2.5026, 2.970

Å

)

와 비교한 결과

산화물은 각각

yttrium silicate(Y

2

Si

2

O

7

)

와

silicon oxide (SiO

2

)

라고판단되어진다

.

참고로

JCPDS

에서얻 은

yttrium silicate

와

silicon oxide

의 결정계 및 격자 상수를표

4

에나타내었다

.

그림

5

는 두 공정으로 제조된산화물 분산강화형 합금을 탄소 추출법

(carbon extraction replica)

으로 시편으로 만든 후 산화물만 투과전자현미경으로 관

Fig. 2. Microstructures of two austenitic ODS steels after heat treatment at 1150

^o

C for 1 hr treated by: (a) M1: mechanical milling and (b) W2: wet mixing.

Fig. 3. A yttrium silicate particle in austenitic ODS steel: (a) TEM micrograph and (b) SADP.

Table 3. Chemical composition of oxide particles in Fig. 3 and 4 analyzed by EDS

Position Element (at.%)

O Si Cr Fe Y

Fig. 3 58.97 18.60 0.81 3.11 18.50

Fig. 4 53.78 39.50 1.39 - 5.33

(5)

126 김민호·류호진·김성수·한창희·장진성·권오종

찰한 것으로표

5

에서보는 바와같이 박막으로관 찰하였을때와비슷한 산화물의조성을보여주고있

으며

,

산화물은

100~500 nm

크기의구형형태로존

재하고 있음을보여준다

.

이결과에서

0.8 wt%

의

Si

이 첨가된

316L

산화물분산강화형 스테인리스강의

산화물은주로

Y-Si-O

형태의 복합산화물을형성하며

소수의

Si

과

O

가 결합된산화물이존재하고 있음을 알 수있다

.

이와관련하여

Uchida[16]

는

Fe-9Cr-Si- Y

2

O

3 합금분말에서산화물을관찰한결과에서

Y-Si- Fig. 4. A silicon oxide particle in austenitic ODS steel: (a) TEM micrograph and (b) SADP.

Fig. 5. TEM micrographs of oxide particles in (a) M1: mechanical milling and (b) W2: wet mixing.

Table 4. Crystal system and lattice parameters of oxide particles on (JCPDS #74-1994) and (JCPDS #86-0680)

Name System Lattice parameter (nm)

a b c β

Yttrium silicate Monoclinic 0.750 0.806 0.502 112

^o

Silicon oxide Monoclinic 0.5007 0.860 0.8216 91.512

^o

Table 5. Chemical composition of oxide particles in austenitic ODS steels in Fig. 5 analyzed by EDS

Position Element (at.%)

O Si Y

S1 51.16 23.69 25.15

S2 66.34 15.12 19.53

S3 62.51 19.06 18.42

S4 62.91 16.46 20.63

S5 69.69 28.56 2.76

S6 60.07 20.72 19.21

(6)

O

형태의복합산화물이형성된다고보고하였다

.

그림

6

은 두 공정으로 제조된 산화물 분산강화형 합금의 기지조직내존재하는산화물의크기분포를

나타낸것으로두 공정모두

50~200 nm

크기의산

화물이 가장많은 분포도를 나타내고 있다

. 50~150

nm

크기의미세산화물은볼밀링으로 제조된산화물 분산강화형 합금의경우약

70%

이고

,

습식혼합으로 제조된 합금은약

47%

로 볼 밀링으로 제조된 합금 에서더 미세한분포를나타내고있음을보여준다

.

3.4. 인장 특성

그림

7

은산화물분산강화형

316L

스테인리스강의 상온

(25

^o

C)

과

700

^o

C

에서 인장 시험하였을 때 얻은 결과를 나타낸것이다

.

상온과

700

^o

C

에서의항복강 도는기계적합금화로제조된합금

(M1)

이 습식혼합으 로 제조된 합금

(W2)

보다 조금 높은 값을 나타내고

있다

.

이것은기계적합금화로 제조된 합금이습식혼 합으로 제조된합금에 비하여기지조직의결정립크 기 및산화물크기가 좀더미세하기때문에증가한 것으로판단된다

.

반면연신율은 습식혼합으로 제조 된 합금

(W2)

이 기계적합금화로 제조된 합금

(M1)

보 다 약

2

배증가한 것을알수 있다

.

이것은합금제 조 시 볼 밀링에 의한 불순물의 오염을 최소화하였 기때문에증가한것으로판단된다

.

그림

8

은상온과

700

^o

C

에서인장시험한산화물분산강화합금

(M1)

의 파면을 비교한것으로서온도에 따른파면의특별한 차이점을 발견할수없었다

.

본 연구에서 제조된산 화물 분산강화형

316L

스테인리스강의 기계적 특성

을

316L

스테인리스강의기계적특성과비교하기위

하여 상용

316L Stainless steel

분말을이용하여동 일한공정으로제조한 시편의미세조직과기계적특 성을평가한결과결정립 크기는약

25

^μ

m

였으며

, Fig. 6. Size distribution of oxide particles in the matrix of austenitic ODS steels: (a) M1: mechanical milling and (b) W2: wet mixing.

Fig. 7. Tensile properties of austenitic ODS steels: (a) at room temperature (25

^o

C) and (b) at 700

^o

C. (M1: mechanical mill-

ing, W2: wet mixing)

(7)

128 김민호·류호진·김성수·한창희·장진성·권오종

상온 항복강도는

210 MPa,

연신율은

83%, 700

^o

C

항복강도는

125 MPa,

연신율은

72%

로 측정되었다

.

상온과 고온항복강도를비교하여보면습식혼합된 산화물분산강화합금은

316L

합금과항복강도차이 가 거의 없는 것을 알 수 있다

.

두 합금이 유사한 결정립 크기를가지고있는것을고려할때 습식혼

합된 합금 내에 분산된 산화물

(

평균 크기

218 nm)

이조대하기때문에강도의차이가나타나지않는 것 으로 판단된다

.

그러나 볼 밀링된 산화물 분산강화 합금은 상온에서 약

90 MPa, 700

^o

C

에서 약

25 MPa

의 항복강도증가를 나타내었다

.

이는결정립 크기 가

15

^μ

m

로 미세하고볼 밀링된합금 내에존재하

는 산화물의 크기

(

평균 크기

155 nm)

가 보다 미세

하기때문인것으로판단된다

.

3.5. 산화물미세화

산화물분산강화형

316L

스테인리스강에서산화물

의조대화 원인으로

Si

함량과열처리

,

고온정수압성 형 온도등의공정 변수가있으며

,

이를위해

Si

함 량 조절과공정변수의 최적화연구가필요하다

.

본 연구에서는 산화물 미세화를 위한 하나의방안으로 써

316

스테인리스강과 유사조성인

Fe(bal.), Cr(17 wt%), Ni(14 wt%), Mo(2 wt%)

에

Y

2

O

3

(0.3 wt%)

를

첨가하여기계적합금화 공정으로

Si

가

0.01 wt%

이

하의성분을가진합금

(

이하

MW3

합금

)

을제조한뒤 질산염 이트륨을 첨가하여 습식혼합 방법으로 제조 한 후 투과전자현미경으로 산화물을 관찰하였다

.

그림

9

는 탄소 추출법

(carbon extraction replica)

시 편을 만든 후 산화물을 투과전자현미경으로 관찰한

것으로 상용

316L

분말을 사용하여 제조한 산화물

분산강화형

316L

스테인리스강보다미세한산화물이

분포되어 있으며

,

산화물의 조성은 주로

Y-Cr-O

로

이루어진것을알수있었다

.

그림

10

은

316

스테인 리스강과 유사 조성으로 제조된 산화물 분산강화형

Fig. 9. Oxide particles in an austenitic ODS steel without silicon; (a) TEM micrograph and (b) EDX result of S1 in (a).

Fig. 8. Fractographies of michanically milled austenitic ODS steels tensile tesed; (a) at room temperature (25

^o

C) and (b) at

700

^o

C.

(8)

합금

(MW3)

의산화물 분포도를보여주고있으며

,

산

화물의 크기는

10~30 nm

범위가

85%

를 차지하고

있음을알 수있다

.

따라서

Si

이 함유되어있지 않 은 스테인리스강 합금의 경우습식 공정으로도

100 nm

이하의미세한산화물을 분포시킬수 있음을 확

인하였다

.

상용

316L

을 사용하여 산화물 분산강화

합금을 제조할경우조대한 산화물이형성되는원인

은

Y-Si-O

복합 산화물이 고온에서 쉽게 성장하기

때문인것으로판단된다

.

그림

11

은

316

스테인리스강과유사 조성으로 제

조된 산화물분산강화형합금

(MW3)

과 기존산화물 분산강화형합금의

700

^o

C

에서의인장시험결과를 비

교한것이다

. 316

스테인리스강과유사조성으로 제

조된 산화물 분산강화형 합금

(MW3)

의 항복강도가

상용

316L

분말을사용하여 제조된산화물분산강화

형 합금보다

50~75 MPa

정도 증가한 것을 확인할

수 있다

. MW3

합금은평균 크기

22 nm

의 미세한

산화물 분포를 가지고 있기 때문에

155~218 nm

의

평균 산화물 크기를 가지고 있는 상용

316L

합금

분말로 제조된 산화물 분산강화 합금보다 높은 강 도를나타내게 된다

.

그러나강도 증가에영향을 미 칠 수 있는 인자로는 결정립크기

,

산화물의양 및 크기 분포를 들 수 있기 때문에 각 인자들의 기여 도를 파악하기 위해서는 결정립 크기 및 산화물의 양에 대한 정량적인 평가가 필요하다

.

결정립 크기

및 산화물의 양은

Si

이 함유되지 않은

316L

유사

조성합금을제조하기 위해 도입된기계적합금화 공 정에 의해 변화될 수 있다

.

따라서향후에는

Si

함

량이 조절된

316L

계 합금 분말을 기계적 합금화법

이 아닌 분무법에 의해 제조한 후 습식 공정을 적 용하여

Si

함량에따른 산화물의크기 분포를비교 평가할 필요성이있다

.

4. 결 론

본연구에서는차세대고온구조재료로산화물분 산강화형스테인리스강의중요성이전세계적으로부 각되고 있는시점에서기존에시도되지않았던 오스 테나이트계산화물 분산강화형스테인리스강의제조 를 통상적인 기계적합금화법이 아닌 습식혼합 공정 으로 시도하여 독창적 기술개발의 가능성을 타진하 고자하였다

.

오스테나이트계산화물분산강화형

316L

스테인리스강의제조공정과 미세조직및기계적특 성을평가한결론은다음과같다

.

1.

습식혼합 공정으로 제조된 산화물 분산강화형

316L

스테인리스강은볼밀링으로제조된산화물분

산강화형

316L

스테인리스강보다낮은 탄소와 산소

함량을가졌다

.

습식혼합 공정은볼밀링 동안유발 되는불순물 유입을최소화하였기때문에 원료분말 의 탄소함량을 그대로유지할 수 있었으며 볼 밀링 분위기 기체에의한산화를 억제하여낮은산소함량 을 가질수있었다

.

2.

제조공정에따른산화물분산강화형합금의미 세조직과기계적특성을비교한 결과

25

^μ

m

의평균 입도를 가진습식혼합산화물분산강화형 합금이

15 Fig. 11. Tensile properties of three austenitic ODS steels at

700

^o

C. (M1: mechanical milling, W2: wet mixing, MW3 : mechanical alloying and wet mixing).

Fig. 10. Size distribution of oxide particles in the matrix of

an austenitic ODS steel without silicon.

(9)

130 김민호·류호진·김성수·한창희·장진성·권오종

μ

m

의평균입도를가진 기계적합금화산화물 분산강

화형 합금보다큰입도를나타내었으며두합금의고 온 강도는 유사한 반면 연신율은 습식혼합 공정 산 화물분산강화형합금이더우수하였다

.

3. 0.8 wt%

의

Si

을 함유한상용

316L

스테인리스 강 분말을사용하여제조된 산화물분산강화형합금

은

Y-Si-O

형태의 복합산화물을 형성하였으며

,

그 크

기는

100 nm

이상의구형 형태로 존재하고 있었기

때문에 산화물이 전위이동 방해효과가 적어서 기존

316L

스테인리스강과유사한 고온항복강도를 나타

내어오스테나이트계산화물분산강화형합금에서

Si

함량조절의중요성을알수 있었다

.

4. Si

을 배제한

316

스테인리스강유사조성분말을

이용하여제조된산화물분산강화합금의경우

20 nm

크기의미세한산화물을얻을수있었으며

,

기존산화 물분산강화형

316L

스테인리스강보다높은강도값 을나타내었다

.

오스테나이트계산화물분산강화형합 금에서

Si

함량을조절할경우미세한산화물의형성 이 가능하며

,

미세산화물의 전위이동방해 효과로 인하여 우수한고온기계적특성을 얻을수 있었다

.

감사의 글

이논문은

2008

년도교육과학기술부의재원으로한

국과학재단의 지원을받아수행된연구이며

(

과제번호

2008-2003699)

이에감사드립니다