ASTM A774 TP347: 니오븀 안정화 오스테나이트 스테인리스강 특성 및 용도
개요
ASTM A774 TP347은 니오븀(Nb, 구 콜럼븀 Cb)으로 안정화된 오스테나이트 스테인리스강입니다. TP321(Ti 안정화)과 유사한 용도이나, **고온 장기 크리프 강도와 용접 금속 안정성에서 우위**를 가집니다. Nb는 Ti보다 휘발성이 낮아 용접 시 모재 및 용접부 모두에서 안정화 효과가 유지되며, 800°C 이상 고온 크리프 저항성이 뛰어납니다.
주요 특성
일반 물성
| 특성 | 온도 | 값 | 비고 |
| 밀도 | 23.0 °C | 7.9 - 8.2 g/cm³ | 오스테나이트 스테인리스강 일반값 |
기계적 물성 (상온, 23°C)
| 특성 | 값 | 비고 |
| 탄성 계수 | 195 GPa | 오스테나이트 스테인리스강 일반값 |
| 연신율 (A50) | 40 % | |
| 브리넬 경도 | 202 HB | |
| 로크웰 B 경도 | 92 HRB | |
| 푸아송 비 | 0.3 | 오스테나이트 스테인리스강 일반값 |
| 전단 계수 | 77 GPa | 오스테나이트 스테인리스강 일반값 |
| 인장 강도 | 515 - 690 MPa | |
| 항복 강도 | 205 MPa | |
열적 물성
| 특성 | 온도 | 값 | 비고 |
| 열팽창 계수 | 23.0 °C | 1.7 - 1.9 × 10⁻⁵ 1/K | 오스테나이트 스테인리스강 일반값 |
| 융점 | - | 1230 - 1480 °C | 오스테나이트 스테인리스강 일반값 |
| 비열 용량 | 23.0 °C | 440 J/(kg·K) | 오스테나이트 스테인리스강 일반값 |
| 열전도율 | 23.0 °C | 11 - 21 W/(m·K) | 오스테나이트 스테인리스강 일반값 |
전기적 물성
| 특성 | 온도 | 값 | 비고 |
| 전기 저항률 | 23.0 °C | 8.5 × 10⁻⁷ Ω·m | 오스테나이트 스테인리스강 일반값 |
화학 조성 (중량 %)
| 원소 | 함량 |
| 탄소 (C) | 0.08 % |
| 크로뮴 (Cr) | 17 - 19 % |
| 망간 (Mn) | 2 % |
| 니켈 (Ni) | 9 - 12 % |
| 인 (P) | 0.05 % |
| 실리콘 (Si) | 1 % |
| 황 (S) | 0.03 % |
| 니오븀 (Nb) | 10×C ~ 1.0% (일반 0.6-0.8%) |
TP347 vs TP321 상세 비교
| 비교 항목 | TP347 (Nb 안정화) | TP321 (Ti 안정화) |
| 안정화 탄화물 | NbC (탄화니오븀) | TiC (탄화티타늄) |
| 용접성 | 우수 (Nb 저휘발성) | 보통 (Ti 고휘발성) |
| 필러 메탈 | ER347 (자체) | ER347 권장 (Ti 부족 보완) |
| 고온 크리프 강도 | 우수 (800°C 이상) | 양호 (650°C까지) |
| 고온 산화 저항 | 800°C 이상 우수 | 800°C까지 우수 |
| 광택 연마성 | NbC 입자로 보통 | TiO₂ 입자로 보통 |
| 비용 | 약간 높음 (Nb 고가) | 상대적 저렴 |
니오븀 안정화 메커니즘
Nb + C → NbC (탄화니오븀, TiC보다 고온에서 안정)
Nb 권장량: 탄소 함량의 8-10배 이상 (일반적으로 0.6-1.0%)
NbC는 TiC보다 용해 온도가 높아(~1300°C vs ~1100°C) 고온에서 안정적
적용 분야
- 발전소 보일러 과열기/재열기 튜브 (고온 크리프 저항)
- 정유/석유화학 고온 반응기 및 배관 (800°C 이상)
- 항공기 엔진 배기 시스템 및 후연소기
- 열교환기 튜브시트 및 용접 구조물
- 고온 촉매 지지체 및 반응기 내부 부품
- 용접 제작 대형 압력 용기 (ASME Code Case 적용)
열처리
- 용체화 어닐링: 1010-1120°C 급랭 (수냉)
- 안정화 어닐링 (옵션): 870-900°C 2-4시간 공랭 → NbC 완전 석출로 감작화 완전 방지
용접 가이드
- 필러 메탈: ER347 (Nb 10×C 균형)
- 예열 불필요, 층간온도 150°C 이하 유지
- 용접 후 열처리 일반적으로 불필요 (안정화 어닐링 생략 가능)
- 고온 서비스 시 안정화 어닐링 권장