니켈합금중 특수원속의 합금효과 3)니켈크롬합금(Nickel Chromium Alloys)  

                                             2012-02-13 21:58:28, 조회 : 468, 추천 : 30

***아래 내용은 ASM International에서 발행한 책 "Material Selections for

Corrosion Control"의 일부분 한글 번역입니다. 본 번역은 전문 기술자가

아니라서 번역에 일부 오류가 있을 수 있으니 양지바랍니다***

3)니켈 크롬 합금(Nickel-Chromium Alloys)

니켈 크롬합금은 60%-80%니켈, 13%-25%크롬,그리고 나머지는 아이언을

함유하고있는 합금시리즈이다. 이 합금은 UNS Alloy N06600 혹은 미국

인코인터내셔날사의 Inconel 600(Minimum 72% Ni, 14%-17%Cr, 6%-10%Fe)로

표기된다. 압도적인 니켈함량 때문에 Iron-Chrome-Nickel 을 기반으로하는

스텐레스 스틸과 구분하여 특별히 니켈크롬합금으로 분류한다.

이합금은 크롬원소의 함량때문에 극심한 산화환경에서 순수니켈보다도

우수하다. 높은 니켈함량 때문에 강한 알카리용액과 인발압연(리듀싱조건)에서

잘 견디어 낸다. 그리고 그들은 Annealed Alloy N06600에서 높은 인장강도

655MPa(95,000psi), 높은 항복점 310MPa(45,000psi)를 갖고 있다. 이합금은

높은 온도에서 산화나 탄화가 잘되지 않으며 섭씨700도-900도(1,290F-1650F)와

같은 높은 온도에서도 부식되지 않고 높은 온도에서 좋은 성능을 유지 하는

것으로 알려져 있다. 섭씨1,100도(2,010F)까지의 분위기 가스나 할로겐에서도

스케일링이나 흠이나지 않으므로 열처리 케이스로 많이 사용된다. 니켈은

질소화합물을 형성하지 않으므로 Alloy N06600 용기는 섭씨500도(930F)의

암모니아 환경의 질화로에 사용되어지고 있다. 이합금은 Oxidizing Salt환경에서도

니켈이나 모넬보다도 우수하므로 Chromates, Dichromates,Permanganates,

Nitrites, Nitrates,  Persulfates, Thiosulfates의 핸들링과 20%의 질산핸들링에

사용되어 진다.그러나 이것은 강한 산화작용 때문에 철염화물이나 구리염화물에는

사용되어 질 수 없다.

이합금은 Incoloy Alloy(nickel-iron-chrome)와 같이 나트륨황화물에서는

부식이된다. 니켈, 니켈구리합금과 같이 니켈크롬합금은 황이함유된 가스에

민감하게 부식된다. 니켈크롬합금은 펄프 제지 산업에서 알카리 유황화합물

핸들링에서는 순수니켈이나 니켈구리합금보다는 우수하다고 알려져 있다.

이 니켈크롬합금은 가성소다, 암모니아, 수산화암모니움, 나트륨황화물,

염화마그네슘(고농도용액), 하로겐가스 예를들면 섭씨510도(950F),그리고

섭씨540도(1,000F)까지의 염화수소, 불화수소, 불소, 그리고 섭씨430도(800F)까지의

스팀, 섭씨200도 -300도(390F-570F) 온도의 압을가진 고순도물 등의 생산

공정이나 핸들링하는데 성공적으로 사용되어지고 있다. 니켈크롬합금 장치는

우라늄산화나 수산화불소 용액 반응장치에 사용되어지고 있다.

니켈크롬합금(Inconels)은 여러온도조건에서 고가의유기지방산의 반응에 잘 견딘다.

그리고Stearic, Oleic, Linoleic, Abietic Acid를 생산하는 지방분해타워의 제작에

Alloy 600(Inconel 600)이 사용된다.

니켈크롬합금은 지정된 범위내의 니켈과 크롬의 비율을 다르게하거나 약간의

다른 원소를 첨가하여 강도, 내부식성, 내열성을 강화하기도 한다. 니켈크롬합금의

첨가원소의 예는 아래와 같다. Alloy N06601(Inconel 601)은 소량의 알루미늄을

첨가함으로서 내산성과 고온부식성을 증가시킨다. 고온에서의 기계적인 물성치를

높힘으로 인해 산업용로나 열처리관련 바구니,머플러, 그리고 석유화학공정에

사용되는 장비나 가스터빈부품으로 사용되어지고 있다.

Alloy N06617(Inconel 617)는 알미늄, 크롬, 코발트, 몰리브데늄을 첨가하여

고온에서나 상당히 높은온도 섭씨100도(210F)에서의 N06601보다 나은 예외적인

금속안정성, 강도, 내산성의 조합을 갖는다. 이합금은 넓은 범위의 수성부식

환경에서 잘 견딘다. 이합금은 가스터빈에서 연소캔, 배기라인, 석유화학공정,

열처리장비,질산생산라인에 사용되어지고 있다.

Alloy N06625(Inconel 625)은 크롬과 몰리브데늄, 니비움을 첨가하여 열처리 없이

고인장강도를 갖게하거나 특히 균열,흠집부식에 견디게 하는 성능을 갖게한다.

가장 강력한 포믹 애시드를 포함하여 모든 무기산화, 산화력이 없는 소금, 모든

온도와 농도에서의 유기산, 그리고 상온에서의 염소이온, 해수,염산에 의한

부식에 잘 견딘다. 이 합금은 화학공정, 항공우주산업, 선박엔지니어링, 공해

방지시설, 핵원자로 등에 사용된다.

Alloy N07718(Inconel 718)는 섭씨700도(1300F)에서 우수한 파열지연 강도를

가진 석출경화합금중 하나이다. 주로 가스터빈, 로켓모터, 우주선, 원자로, 펌프

그리고 공구강으로 사용되고 있다.

Alloy N07750(Inconel X-750)는 알미늄과 티타늄 함유에의해 석출경화가

가능한 합금으로 Alloy 718(Inconel 718)합금의 용도에 견출수 있는

고온에서의 강도유지와 내부식성 합금이다. Alloy 751(Inconel 751)는

Alloy N07750와 비슷하나 석출경화를 위해 알미늄함량이 높은 합금으로 내부연소

엔진 배기발브용으로 설계 개발되었다. 이합금은 높은 가동온도에서 높은

강도를 제공하고, 내마모를 위한 높은 온도 높은 경도를 유지하고 산화납,

유황, 브롬이나 염소를 함유한 뜨거운 배기 가스에서 내부식성을 유지해준다.

Alloy N07754(Inconel MA754)는 산소 분사로서 기계적으로 합금화된 니켈크롬

합금으로 예외적인 고온에서 강도유지와 내부식성 뿐만아니라 내파열 합금으로

가스터빈베인과 다른 극한가동 용도로 유용하게 사용할 수 있다.

Alloy N06690(Inconel 690)는 크롬30% 니켈60% 나머지 철로 형성된 합금으로

질산이나 불산의 핸들링에 사용되는 합금소재로 티타늄이나 스테레스의 피클링

탱크에 사용된다. 이 합금은 원자력발전소의 중압수반응로에 스팀 발전기들을

위해 개발되었다. 소량 정유후 남은 잔류석유원유는 산업용로나 보일러의 연료로

사용되어진다. 이 원유들은 적은량의 나트륨과 유황을 함유하고 있고 원유의

소소에따라 다른 비율의 바나디움을 갖고 있다. 섭씨650도(1,200F)에서 이런

중유의 연소중 얻어진 나트륨, 유황, 바나디움은 낮은 용해성과 높은 부식혼합물을

형성한다.이때에는 40%-60% 크롬과 나머지 니켈함량의 니켈크롬합금만이

이환경에서 견딜 수 있다.

대부분의 니켈크롬합금은 판재, 스트립, 롯드, 바 등등으로 시중에 이용가능하다.

이들의 용접, 기계가공, 조립특징은 순수니켈과 니켈구리합금과 거의 비슷하다.

다른 하나의 내부식 니켈크롬합금은 N07xxx Alloys(Nimonic Alloys of Inco

International)로 70-80%니켈이고 나머지는 크롬이다. Alloy N07075(Nimonic 75)은

18-21%크롬, 0.2-0.6%티타늄,Max 5%철, 그리고 나머지는 니켈이다. 이합금중

15-22%의 니켈이 코발트나 몰리브덴늄으로 대체되고 15-20%크롬을 함유한

합금으로 최근 추가개발된 제품이 Alloy N07090(Nimonic 90), Alloy N07105

(Nimonic 105), Alloy N07115(Nimonic 115), Alloy N07263(Nimonic 263)이다.

이러한 구성은 코스트가 비싸므로 고온에서 아주 타이트한 허용공차를 요구하는

곳에 사용되어지고 있다. Alloy N07090, N07105, N07115(Nimonic 90,105,115)는

칼날이나 디스크, 축계에 사용되어지고 있다. 그리고 Alloy N07075, N07086

(Nimonic 75,86)는 연소실이나, 불꽃튜브와 가스터빈의 후처리버너와 같은

판재조립부품으로 사용되어진다. 다른 용도로는 열처리장비, 튜비지지대,

핵발전기의 볼트, 내부연소에진배기발브, 다이캐스팅 인서트나 코어에

사용되어진다. Alloy N07075(Nimonic 75)는 드레곤 워자로의 고온반응

열교환기에서 헬리움 이송을 위해 사용되어진다.

10%크롬을 함유한 니켈크롬합금은 2%의 티타늄을 첨가함으로서 매우 높은

내부식성을 나타낸다. 이유는 크롬 스케일을 증가시키기 때문인데 이것은

섭씨950도(1740F)와 23MPa(3,336psi)압력에서 스팀리포밍가스와 고온

반응기헬리움에서 시험되어 밝혀졌다.

니켈크롬합금들은 인코넬이나 니모닉75,105,115와 같이 니켈이 다량 함유되어

가격이 매우높다. 그러므로 이 합금은 아주고온이거나 고강도의 내부식성을

요구하는 용도에 주로 사용되고 있다. 이러한 고강도 내부식, 내열성이 엄격하디

않은 화학공정이나 다른 용도에서는 값이 싼 다른 니켈합금보다 아이언함양이

많은 니켈크롬아이언합금을 사용한다. 비교적 니켈크롬이 함량이 50%이상에

있지만 아이언 함량을 45-46%까지 올려서 사용한다. 그리고 다른 원소들도

특수한 특성을 위해 첨가된다. 이들 합금에는 섭씨900도(1650F)에서 산화와

탄화가 이루어지지 않는다. 이들 합금은 Alloy N08xxx(Incoloy)와 Alloy

N09xxx(Nimonic or Incoloy 901)가 있으며 이둘은 모두 미국 Inco International사

에서 개발되었다.

Alloy N08800(Incoloy 800)은 30-35%Ni, 19-23%Cr, 0.15-0.60%Al, 0.15-0.60Ti,

39.5%Fe함량을 갖고있다. 이것은 고온용 특수 합금으로 크리프강도와 연성의

이상적인 조합을 요구하는 판,스트립, 튜브, 봉재로 이용가능하다. 이것은

정유공장과 화학공장, 수산화카본의 열분해, 암모니아 합성을 위한 나프사와

천연가스 리폼밍, 그밖에 열강도를 요구하는 용도에 사용되어지고 있다. 이것은

고온에서 오랫동안 사용해도 오스텐닉 구조를 계속 유지한다. 그러나 0.5%이상의

유황이 있는 연료에서는 고온에서 사용되어질 수 없다. 이합금은 니켈크롬합금

원소중 값이 비싸고 희귀한 이들 금속원들을  줄이기 위해 고안되어졌다.

고온에서의 열강도를 충조하기 위해 카본, 알미늄, 티타늄함량을 조절하고

열처리를 병행함으로서 Alloy N08810(Incoloy 800H), 크리프럽처강도가

뛰어난 Alloy N08811(Incoly 800HT)를 개발하였다. 이전에는 Alloy N08802,

N08807(Incoloy 802, 807)로서 높은 카본함양과 적은량의 코발트 텅스텐을

첨가함으로서 디스퍼선 경화로 이합금이 사용되었다.

Alloy N08825(Incoloy 825)는 일반적인 내부식성을 높이기 위해 니켈함량을

38-46%를 증가시켰고 염소이온에 견디기 위해몰리브덴을 2.5-3.5%

증가시켰고, 탄소석출과 내부알갱이 부식을 줄이기 위해 티타늄을

0.6-1.2%증가시켰다. 이합금은 특히 황산, 인산 염산에 잘 견디므로 

묽은 황산과 염산을 담는 피클링 탱크의 고강도 훅에 사용되어졌다.이것은

316스텐레스보다 고농도의 황산나트륨에 훨씬 잘견디며 끓는 온도까지의

모든농도의 인산에도 잘 견딘다. 그래서 이합금은 화학공정, 공하방지시설,

천연가스와 원유 시추파이프, 핵연료재처리, 황산과 인산제조공장에서

많이 사용된다.

Alloy N09901(Nimonic 901)은 역시 Inco International사에서 터빈디스크와

샤프트를 위해 개발되었다. 화학성분은 40-45%Ni, 11-14%Cr, 5.0-6.5%Mo,

2.8-3.1%Ti, 36%Fe이다. 소량의 몰리브데늄과 티타늄이 실질적인 니켈,

크롬함량을 대체함으로서 다른 인콜로이, 니모닉 합금과의 차별화 되었다.

티타늄과 알미늄의 첨가는 석출경화를 가능하게했고, 몰리브데늄은 고용화

경화를 가능하게 만들었다. 이합금은 섭씨600도(1110F)에서 포징특성의

고강도를 결합함으로서크리프발생을 늦추고 높은항복력을 개선하였다.

섭씨595도(1,100F)에서의 럽처(Rupture)강도는 600MPa(87,000psi)로

보고되고 있다. 이합금은 계속적인 품질향상으로 고강도, 크리프향상,

구조적인 안정성을 제공하고 있다.

Alloy N09911, N09916(Nimonic PE11, PE16)는 이합금에서 연성과 가공성

용접성드을 개선하여 개발된 제품이다. 별도의 니켈크롬합금과 니켈크롬

아이언합금이 개발되어 전기저항부품을 위해 제조되었다. 이것은 Inco

International사의 Alloy Nichrome or Brightray로 특화되었다. 이합금은

붉고 뜨거운 온도에서 내산화,내파괴, 주조성, 연성, 기계적인 강도가

우수하다.

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