니켈 기반 합금의 환경 균열에 대한 모든 것

니켈(Ni) 기반 합금은 부식성이 높은 환경과 스테인리스강과 같은 다른 금속이 내식성이 부족한 경우에 종종 사용됩니다. Ni 기반 합금은 스테인리스강보다 내식성이 더 강한 경향이 있기 때문에 염화물이 존재하는 스테인리스강을 대체하는 경우가 많으며 잔류 응력을 최소화하면서 이러한 합금의 염화물 응력 부식 균열(SCC)을 유발할 수 있습니다.( 이 주제에 대한 자세한 내용은 오스테나이트 스테인리스강의 염화물 응력 부식 균열을 참조하십시오.)

선택한 합금은 실제로 SCC에 내성이 있는 합금 C276인 것 같습니다.

또한 많은 사람들은 Ni 기반 합금이 EAC(Environmental assisted cracking)에도 내성이 있다고 믿습니다. 그러나 불행하게도 이러한 합금이 EAC에 취약할 수 있는 특정 미세 구조 변화와 결합된 일부 특정 환경이 있습니다. (필요한 인장 응력은 적용되거나 잔류할 수 있습니다.)

이 기사에서는 다양한 종류의 Ni 기반 합금이 EAC에 취약한 환경을 강조합니다. 이러한 균열이 항상 흔한 것은 아닙니다. 그러나 이러한 환경이 잠재적으로 존재하는 경우 테스트를 통한 잠재적 균열 평가(예:U-굽힘, C-링 또는 느린 변형률 평가)를 적극 권장합니다. 이 기사에서는 SCC와 수소 취성을 구별하지 않습니다.

Ni 기반 합금의 환경 지원 균열:기본 사항

수성 할로겐화물 시스템의 경우 조건의 조합이 EAC에 대한 Ni 기반 합금의 민감성을 촉진할 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 섭씨 205도 이상의 온도입니다.
• 염소 농도가 높습니다.
• 산성 조건.
• 산화 종의 존재
• 황화수소의 존재(H₂ 에스).
• 높은 인장 응력

Ni 기반 합금에는 내열성과 내식성의 두 가지 주요 분류가 있습니다. 후자의 범주는 세 가지 기본 유형으로 구성됩니다.

• Ni-Mo 합금.
• Ni-Cr-Mo 합금.
• Ni-Cr-Fe-(Mo) 합금.

Ni- 기반 초합금

체류 피로 시험이라고도 하는 느린 변형률 시험이 EAC에 대한 합금의 민감도를 측정할 수 있지만 균열 메커니즘에 대한 충분한 정보를 항상 제공하지는 않습니다.

원칙적으로 기술은 피로 시편의 균열 선단 영역을 검사하는 데 사용할 수 있습니다. 가능한 방법으로는 EDXA(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)와 결합된 투과 전자 현미경, 나노 규모의 2차 이온 질량 분석기(nano-SIMS) 및 원자 탐침 단층 촬영법이 있으며 이 모든 것이 이 문제를 연구하는 데 사용되었습니다.

이러한 연구는 종종 환경 파괴가 서브 마이크론 규모에서 매우 국부적으로 발생하고 있음을 보여주었습니다. 그러나 균열선단 앞부분의 국부적 기계적 성질에 대한 환경적 피해의 영향은 지금까지 연구되지 않았다. 미세 기계 테스트 기술의 사용은 이제 서브 마이크론 규모에서 기계적 거동을 평가하는 데 적용될 수 있습니다. 이러한 테스트를 사용하여 서브미크론 길이 규모에서 사이트별 측정을 수행할 수 있습니다. 이것은 균열 메커니즘을 더 잘 이해하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

Ni-Mo 합금의 환경 보조 균열

가장 일반적인 Ni-Mo 합금은 Alloy B, Alloy B2 및 Alloy B3입니다. 이 합금은 비산화 및 환원 산성 환경에서 우수한 내식성을 가지며 끓는 염화마그네슘(MgCl₂ ) 솔루션.

합금 B2(및 어느 정도 합금 B3)는 섭씨 550도에서 850도 사이로 가열될 때 Ni₄와 같은 정렬된 금속간 상이 고체 상태로 형성되어 연성을 잃습니다. Mo. 이러한 단계는 용접 중 열영향부(HAZ)에서 발생할 수 있습니다. 느린 변형률 연구는 섭씨 570도 또는 일반적인 용접 조건으로 열처리할 때 산성 조건을 감소시킬 때 이러한 합금의 균열에 대한 민감성을 입증했습니다.

균열의 정도는 금속간 물질 상의 형성 및 후속 수소(H₂ ) 취성. 이 연구는 미량의 황산(H₂ SO₄ ) 및 요오드화수소(HI)의 존재하에 입상 균열.

용접부 근처의 음극 및 양극 용액의 화학적 성질은 EAC의 중요한 요소일 수 있습니다. Alloy B3의 구성은 노화 반응을 지연시키고 용접 상태에서 사용할 수 있게 하여 EAC의 가능성을 감소시킬 수 있습니다.

Ni-Cr-Mo 합금의 환경 보조 균열

Ni-Cr-Mo 합금은 환원 조건에서 내식성을 증가시킬 수 있는 몰리브덴(Mo)을 포함하고 산화 조건에서 더 큰 내식성을 제공하는 크롬(Cr)의 존재로 인해 가장 다양한 Ni 기반 합금입니다. .

Hastelloy C는 이 그룹의 첫 번째 합금이었고 Alloys C276, C4, C22, C-2000, 625, 5923hMo 및 686을 포함한 많은 합금 개발의 기초였습니다. 이러한 합금이 섭씨 600도 이상의 온도에서 노화되면, 사면체 폐쇄 충전상의 침전이 발생할 수 있으며, 이는 연성을 낮출 수 있습니다. 각 합금이 이러한 단계를 거쳐 변형되는 데 걸리는 시간은 다양합니다. 예를 들어, 합금 C4는 합금 C276보다 이러한 미세 구조 변화에 대한 저항이 더 높습니다. EAC 감수성은 냉간 가공 후 저온 처리로 증가할 수도 있습니다. 따라서 이러한 합금은 H₂를 포함하는 환경에서 EAC에 취약할 수 있습니다. S.

또한 Alloy C276 및 625는 물의 임계점 근처에서 다양한 수용액에 노출될 때 입계 균열을 겪을 수 있다고 보고되었습니다. Alloy C4, -22 및 625에 대한 핵폐기물을 시뮬레이션하기 위해 산성 염수에서 균열 성장 확장 테스트는 시간과 관련이 있는 것으로 보입니다. 이러한 공격적이고 중요한 환경에서는 장기 테스트가 포함되어야 합니다.

습열 불화수소(HF)의 경우 온도와 HF 농도에 따라 이러한 합금은 EAC에 취약할 수 있습니다. 텅스텐을 함유한 합금이 가장 큰 영향을 받는 것으로 보입니다.

이러한 합금의 높은 수준의 Mo는 Mo 및 Cr이 합금화되지 않은 고온 부식성 환경에서 유해한 것으로 보입니다. 이러한 메커니즘은 Alloy C276에서 입계 균열을 촉진할 수 있습니다. 그러나 감수성은 테스트 조건의 함수일 수도 있습니다.

Alloy C22는 염화물과 중탄산염(HCO₃)이 포함된 환경에서 EAC에 취약합니다. ) 또는 고온 및 양극 전위에서 탄산염. HCO에 의한 용해로 인한 Cr의 손실₃ ^- 보호 산화막에서 감수성의 원인이 될 수 있습니다.

Ni-Cr-Fe-(Mo) 합금의 환경 보조 균열

Ni-Cr-Fe-(Mo) 합금에는 Alloy 600, 690, 825 및 800이 포함됩니다. 이들은 1차 경수로 환경과 같은 다양한 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

특히, 합금 600 및 690은 온도, 인장 응력 수준, H₂의 존재에 따라 크게 균열되기 쉬운 순수한 물 및 부식성에서 EAC를 겪는 것으로 밝혀졌습니다. 가스, 용액 pH 및 전기화학적 전위. 균열에 영향을 미치는 야금학적 요인에는 미량 원소 또는 불순물 원소의 존재, 냉간 가공 범위 및 탄화물 형성 및 위치에 대한 열처리가 포함됩니다. Cr 함량이 더 높은 Alloy 690은 이러한 환경에서 Alloy 600보다 균열에 대한 저항성이 더 큽니다. 하지만 여전히 깨질 수 있습니다.

입계에서 산소의 내부 확산은 Cr의 입계 산화를 초래할 수 있으며, 입계 산화 취성은 후속 균열의 전구체인 것으로 제안되었습니다. Alloy 800은 또한 이러한 조건에서 EAC에 취약합니다. 그러나 메커니즘은 다릅니다. 섭씨 300도 및 pH 10보다 큰 경우 철(Fe) 및 크롬 탈합금이 발생하여 필름 유도 절단 메커니즘이 발생할 수 있습니다. 납(Pb) 또는 황산염 음이온의 존재는 이러한 환경에서 Alloy 800의 분해를 향상시킬 수 있습니다.

Alloy 825는 오스테나이트계 스테인리스강보다 Cl-SCC에 더 강합니다. 그러나 여전히 취약합니다. 합금 800과 825는 섭씨 400도에서 800도 사이로 가열될 때 민감해지며, 이는 결정립계에 석출되는 Cr 탄화물입니다. 황화물 스케일이 금속 표면에 형성되는 공정 조건과 같은 경우 이러한 합금은 폴리티온산 응력 부식 균열에 취약합니다. (이 주제에 대한 자세한 내용은 오스테나이트 스테인리스강의 폴리티온산 응력 부식 균열을 참조하십시오.)

Ni 기반 합금의 균열 형태

Ni 기반 합금의 EAC 균열 형태는 온도, 공정 불순물의 존재, 공정 화학 및 미세 구조 변화와 같은 환경 조건에 따라 분지형 2차 균열과 함께 입계(입자를 통해), 입계(입계를 따라) 또는 혼합 모드일 수 있습니다. 그러나 응력 완화 균열과 같은 다른 메커니즘이 입계 모드로 전파되기 때문에 이러한 균열이 존재한다고 자동으로 EAC가 파손 메커니즘인 것은 아닙니다. (이 주제에 대한 자세한 내용은 잊혀진 현상인 스트레스 완화 균열을 참조하십시오.)

공정 조건의 철저한 평가와 EAC에 대한 가능한 테스트를 포함한 자세한 고장 분석은 정확한 고장 모드를 적절하게 식별하는 데 필요할 수 있습니다.