▶ NI(니켈) 합금계의 이론적 특성

출처 :케이금속

 

 

 

CARBON STEELS로 시작한 세계산업은 오랜 세월이 지나, STAINLESS STEELS를 개발함과 동시에 고도 성장을 이루게 되었고, 현재에 이르러 쓰임새 또한 보편화 되었다. 산업의 다양한 요구로 합금소재 개발은 꾸준히 연구의 대상이 되었다. 그 결과 많은 합금이 개발되고, 그 대표적인 합금이 바로 SPECIAL METALS사의 제품들이다. NI과 Cr, Fe 합금은 내열, 내산화성을 높였고, Mo와 W를 첨가하면서 내부식를 한층 강화시켰디. 니켈합금의 용융점은 1500℃이하이다. 그이상 온도의 사용은 냉각기술을 이용하여 일부에서 사용하지만, 근본적인 초고온 내산. 내부식에 장기간 사용할 수 있고 경제성있는 대체합금 개발에 전세계일류금속업체들은 연구에 몰두하고 있다. Ni합금계의 특성 합금계 MAIN ALLY 특 성 Ni-Cu MONEL-400            -405        -K-500 Ni-Cu계는 Ni 및 Cu가 각각의 열역학적 성질로부터 고찰할 때 내산화성과 내환원성을 나타내는 원소이기 때문에 내식성을 나타낸다고 생각된다. 또한 Fe의 존재는 특히 고온 중에서의 내식성피막형성에 유효하다. Ni-Cu-Fe INCONEL 600               -601               -718 Ni-Cr-Fe계는 Cr을 함유함으로써 내산화성이 좋아진다. 그렇지만 고함량 Ni합금임에도 불구하고 고온고압수중에서 응력이 걸리면 입계균열현상이 생긴다. 이와같은 경향은 고함량 Ni austenite계 합금에서 공통적으로 일어나는 현상으로 Ni-Mo계에서도 이와 같은 현상이 나타난다. Ni-Mo HASTELLOY-B Ni-Mo계는 Mo을 다량 함유함으로써 내염산성이 좋아져 내염산합금으로서 알려져있다. 내염산성은 Fe함량에 따라 달라지며 Nb, V등의 첨가는 내식성과 기계가공성에 좋은 영향을 미친다. 그리고 Cu, W 및 미량의 Ti를 첨가함으로써 용접성, 연성등이 향상된다. Ni-Cr-Mo-W HASTELLOY C-276 INCONEL 625 Ni-Cr-Mo-W계는 Cr을 비교적 다량 함유하기 때문에 내산화성이 현저하게 향상된다. 이 합금은 열에 대한 영향이 상당히 예민하여 열처리운동, 시간, 냉각속도 등에 의해 여러 가지 복잡한 석출물을 생성시키기 때문에 입계부식이 발생된다. 이를 방지하기 위해서는 고온상태에서 급냉시키는 것이 좋다. 또한 이 계열의 합금은 염화물에 의한 공식에 대해서도 austenite계 스테인리스스틸보다는 상당히 양호한 내식성을 나타난다. Ni-Cr-Fe-Mo HASTELLOY-X Alloy G-3 Ni-Cr-Fe-Mo계 합금은 Ni-Cr-Mo계 합금보다는 Cr가 많아지고 Mo는 적어지기 때문에 산화성환경에 대해 내식성이 좋아진다. 응력부식균열, 공식 등에 대해서도 내구성이 좋다. Ni-Cr-Fe-Mo-Cu INCOLOY 825 Ni-Cr-Fe-Mo-Cu계 합금은 Cu가 더욱 많이 함유되므로 내황산성이 좋아진다. Ni-Cr-Co-W 텅스텐 코발트합금 Ni-Cr-Co-W계 합금종류는 MAR-M 002 / MAR-M200 / MAR-M247 / MAR-M509 / MAR-M302 / Hs-21 / Rene41 / CMSX-3 / W1-5 / Airesist-13. 고온에서 내 산화성 비교 도표

 

고온에서의 각종 환경에 내산화성, 내고온성, 내고온 부식성 또는 고온강도를 유지하는 NI합금강. NI를 주성분으로 CR, FE, W, 기타의 합금원소를 함유하는 수가 많다. 주로 그 조직에 따라서 마르텐사이트계, 페라이트계, 오스테나이트계 및 석출경화계의 4가지로 분류된다. 또한, NI합금원소의 총량이 약 50%를 넘는 경우는 일반적으로 초내열 합금, 또는 내열 합금이라 부른다. 따라서 내열합금의 개념은 무수한 강종으로 나누어져 있어 350~650℃ 정도에 사용되는 보일러등 기타 보온기기용, 일반 스테인레스강 강질(STS 304, 430, 410E등)등이 있다. 특히 내열강 INCONEL종은 고온 내열 설비에 우수한 강재특성을 지니고 있으며 주요 사용용도를 보면 열처리로, 초고온전기로, 세라믹소성로, 연구소시험로, 진공로, 공업로, 로머플, 보일러등 내열을 요구하는 설비에 우수한 강재다. 합금명 특성/용도 주 성분 % 비중 (Mg/㎥) 열전도 Ni Cu Cr Fe Si Mo Co 기타 70°F (20℃) 1500°F (815℃) INCONEL ALLOY 601 고온 특성이 특히 우수한 합금으로 산화성, 침탄성, 유황성 분위기에 강하다./열교환기, 열처리 바스켓 및 보조기구, 라디엔트 튜브, 열전대 보호관, 로머플 및 레토르트, 연소계통 캔, 항공기 엔진부품 60.5 23 14 Al 1.4 0.293 (8.11) 78 (11.2) 171 (24.7) INCONEL ALLOY 617 산화 및 침탄 분위기가 반복적으로 가해질 때 특히 우수하며 고온 파괴강도가 아주 높다. 항공기 엔진부품, 터빈씰, 열처리 설비, 질산 제조용 촉매 받침대 52 22 9 12.5 Al 1.2 0.302 (8.36) 94 (13.6) 179 (25.8) INCONEL ALLOY 800 고온 내산화성 및 내침탄성 보유하며 유황성 분위기에 강함. 내부산화, 표면스케일이 잘 생기지 않으며 내식성이 좋음./ 열 교환기, 공정배관, 침탄로 기구 및 레토르트 히터튜브, 핵발전소 스팀 제네레이터 튜브 32.5 21 46 0.287 (7.94) 80 (11.5) 174 (25.1) INCONEL ALLOY 800HT INCOLOY alloy 800,800H와 비슷하나 고온강도를 더욱 향상시킨 것 1150°F(620℃)이상에서 설계강도가 더높다./화학공장 및 발전소 과열기 튜브, 피그테일, 열처리로 튜브, 화학설비 배관 32.5 21 46 C0.08 AL0.7 1.0 0.287 (7.94) 80 (11.5) 174 (25.1) INCONEL ALLOY DS 고온강도, 내 산화성, 내침탄성 우수함. /열처리로 설비 38 18 40 2.2 0.284 (7.86) 83.2 (12.0) - - ■공급형태: 판재, 파이프, 튜브,환봉, 사각봉, 선재, 후렌지, 피팅, 용접봉기타주문사양 제작

 

내열, 내부식강은 내열강에 MO,W를 첨가하여 내열온도는 내열강에 비해 다소 떨어지지만 내부식쪽을 향상시킨 NI합금강이다. 스테인레스의 예를 들자면 304에 MO를 3%첨가하여 316내부식강으로 널리 사용하고 있다. NI 합금으로는 인코넬625, 825, 718등등이 있고, 하스텔로이 X, HA 230등 나열하기 버거울 정도로 많다. 주요 사용처로는 열교환기, 반도체설비부품, 공해 방지설비, 해양설비, 밸로우즈, 고온노즐.....   합금명 특성/용도 주성분 % 비중 (Mg/㎥) 열전도도 Ni Cu Cr Fe Si Mo Co 기타 70°F (20℃) 1500°F (815℃) INCONEL ALLOY 600 니켈 및 크롬이 다량 함유되어 내산화 및 내환화성이 뛰어남, 특히 고온 내수성, 가스분위기가 요구될 때 사용/로머풀, 열처리설비, 전자부품, 반도체부품, 화학 및 식품관련설비, 핵 발전소 스팀제너레이터 튜브 76 15.5 8 0.306 (8.47) 103 (14.9) 193 (27.8) INCONEL ALLOY 625 초저온에서 980℃까지 고인장력 및 인성을 보유하며 내산화성이 우수하고 피로강도가 뛰어나며 내식성이 좋다./화학 및 공해 방지설비, 핵반응기, 해양설비, 항공기 부품 61 21.5 9 Nb+Ta 3.6 0.305 (8.44) 68 (9.8) 151 (21.8) INCONEL alloy 718 253℃에서 705℃까지 탁월한 강도를 유지한다. 시효경화성을 보유하며 완전시효 경화상태에서도 용접이가능하다, 980℃까지 내산화성이 탁월하고 700℃에서도 높은 크리프강도를 가진다. 제트엔진, 펌프몸체, 및 부품 , 열간 압출 다이스, 고온탄성스프링 52.5 19 18.5 3 Nb+Ta 5.1 0.29 (8.19) 79 (11.4) 167 (24.1) INCONEL alloy X-750 내식성 및 내산화성이 우수한 시효 경화성 합금으로 탁월한 원상복귀능력 보유한 합금이다. 700℃에서도 높은 인장력과 원상복귀능력보유 하여 스프링이나 볼트에 사용함. 터빈발전기, 판스프링. 압력관, 가스터빈부품. 73 15.5 7 Ti2.5 Al0.7 Nb+Ta 1.0 0.299 (8.28) 83 (12.0) 159 (22.9) ■공급형태: 판재, 박판, 파이프, 튜브,환봉, 사각봉, 선재, 후렌지, 피팅, 용접봉기타주문사양 제작

 

 

내부식 니켈합금은 내열보다는 내부식에 중점을 두고 개발된 금속으로, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 텅스텐, 철등의 주요원소로 합금된 금속이다. 대표적인 금속으로는 스텐레스계에서는 316이고, 니켈합금계로는 하스텔로이-C, B가 있다. 주요 사용처로는 화학플랜트화학반응장치, 반도체불소가스접촉부, 열교환기, 부식배관자재, 염소가스 및 부식성 가스 접촉부, 판형열교환기등.. 순수니켈은 가성소다설비, 전기전자부품에 주로 사용하고, 모넬은 해수관련플랜트, 선박부품 및 볼트, 너트, 샤프트에 주로 사용된다.   합금명 특성/용도 주성분 % 비중 (Mg/㎥) 열전도도 Ni Cu Cr Fe Si Mo Co 기타 70°F (20℃) 1500°F (815℃) NICKEL200 계열 기계적 성질 및 내식성이 우수한 가공된 순수니켈,NICKEL 201은 저탄소(0.02% max)니켈로써 600°F(315℃)이상에서 사용한다./ 식품기계, 화공약품드럼가성소다설비, 항공기 및 미사일 부품, 로켓 모터 케이스, 자기관련기기.전자부품 99 C 0.08 0.321 (8.89) 487 (70.2) 440 (63.5) MONEL ALLOY 400 광범위한 부식조건에서 뛰어난 내식성을 갖는 합금으로 높은 인장력과 우수한 용접성 보유/밸브, 펌프, 축, 해양설비, 화스너, 전기전자부품, 화학 및 석유화학 관련설비, 발전소 급수예열설비, 열교환기 66.5 31.5 0.318 (8.80) 151 (21.8) 323 (46.6) MONEL ALLOY K-500 시효 경화성을 보유하여 인장력 및 경도를 상승시킨 MONEL alloy 400의 변형/펌프축, 닥터 블레이드 및 스크랩터, 유정 시추용 칼라 및 기기, 전자부품, 스프링, 밸브스템,볼트너트 66.5 29.5 Al2.7 Ti0.6 0.305 (8.44) 121 (17.4) 272 (39.2) INCOLOY ALLOY 825 광범위한 조건에서 뛰어난 내식성을 가지며 곰보형 및 입계형 부식에 강하다./피클링 탱크 및 후크, 핵연료 재처리 설비, 화공품용 트레일러, 화학설비, 석유생산설비, 불산제조설비, 공해방지설비, 핵폐기물 처리설비 42 2.2 21.5 30 3 0.294 (8.14) 76.8 (11.1) 164 (23.6) INCOLOY ALLOY C-276 환원성 및 산화성 분위기에서 내식성이 뛰어나고. 용접 부위에서도 내식성이 유지된다./ 최악의 부식조건에서 많이 사용된다. 화학설비, 공해방지설비, 펄프생산설비 57 15.5 5.5 16 W 3.8 0.321 (8.89) 68 (9.8) 166 (23.7) INCONEL ALLOY G-3 여러 조건에서 탁월한 내식성을 갖는다. 곰보형 부식, 입계부식등에 강하다./ 인산 및 황산설비, 폐기가스세정기 및 기타 공해방지 설비, 농축기, 열교환기, 저장탱크 라이나 44 2 22.2 19.5 7 0.294 (8.14) 69 (10.0) 156 (22.5) INCONEL ALLOY 20 alloy 20Cb-3와 동등하다. 염소이온, 황산, 인산, 질산 등을 함유한 화학물질에 잘 견딘다. 곰보형 부식, 입계형 부식등에 강하다. 저장탱크, 배관, 열교환기, 펌프, 발브, 기타 공정처리 설비 35 3.5 20 37 2.5 0.291 (8.05) 85 (12.3) - - ■공급형태: 판재, 박판, 파이프, 튜브,환봉, 사각봉, 선재, 후렌지, 피팅, 용접봉기타주문사양 제작

 

 

내부식에 대표적인 합금이 바로 헤인즈사가 개발한 하이텔로이 -C, B,등이다 모든 악조건에서의 내부식을 향상시킨 금속으로, 세계적으로 널리 불리워지고 있다. 하이텔로이 -C,B는 다량의 MO를 첨가하여 월등한 내부식니켈합금이다. 하이텔로이 -X,G는 내열 내부식소재로도 사용된다   Alloys UNS no. Density (g/㎤) Chemical Compostion Ni Co Cr W Fe C Si Mo Mn P S AI Cu Other HAYNES 25 R30605 9.23 9.0 -11.0 BAL 20 14.0 -16.0 3.0 0.05 -015 1.0 ㅡ 2.0 0.03 0.03 ㅡ ㅡ ㅡ HAYNES 188 R30188 9.98 20.0 -24.0 BAL 21.0 -23.0 12 3.0 0.05 -0.15 0.20 -050 ㅡ 1.25 0.02 0.015 ㅡ ㅡ B 0.015 HAYNES 230 N06230 8.83 BAL 5.0 22 13.0 -15.0 3.0 0.05 -0.15 0.25 -075 1.0 -3.0 0.3 -1.0 ㅡ ㅡ 0.2 -0.5 ㅡ 0.065 HAYNES R-41 N07041 8.25 BAL 10.0 -12.0 19 ㅡ 5.0 0.05 -0.12 0.50 9.0 -10.5 0.1 ㅡ 0.015 1.4 -1.6 ㅡ TI 3.0-3.3I HASTELLOY B-2 N10665 9.22 BAL 1.0 1.0 ㅡ 2.0 0.01 0.01 28 1.0 ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ HASTELLOY B-3 N10675 9.22 BAL 3.0 1.5 3.0 ㅡ ㅡ ㅡ 28.5 3.0 ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ HASTELLOY C-22 N06022 9.69 BAL 2.5 22 3.0 ㅡ 0101 ㅡ 13 ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ HASTELLOY C-276 N10276 8.89 BAL 2.5 15 4.1 5.5 0.01 ㅡ 16 1.0 ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ HASTELLOY C-4 N06455 8.64 BAL 2.0 16 ㅡ 3.0 0.01 ㅡ 15.5 1.0 ㅡ ㅡ ㅡ ㅡ Ti 0.7 HASTELLOY G N06007 8.30 BAL 2.5 22 1 19.5 ㅡ 1.0 6.5 1.5 ㅡ ㅡ ㅡ 2.0 cb+ta 2.0 HASTELLOY G-3 N06985 8.30 BAL 5 22 1.5 18- 20 0.015 1.0 6.8 1 ㅡ ㅡ ㅡ 1.5 -2.0 ㅡ HASTELLOY G-30 N06030 8.22 BAL 5 29 2.5 15 ㅡ 1.0 5.0 2 ㅡ ㅡ ㅡ 1.7 ㅡ HASTELLOY X N06002 8.22 BAL 1.5 22 0.6 18.5 0.1 1.0 9.0 1 ㅡ ㅡ 0.5 ㅡ Ti 0.15 ■공급형태: 판재, 박판, 파이프, 튜브,환봉, 사각봉, 선재, 후렌지, 피팅, 용접봉기타주문사양 제작

 

 

전자부품소재로서는 순수니켈과 니켈, 철, 코발트, 합금이 주로 반도체 부품으로 사용된다. 대표적인 소재로는 인바36.42.52등이 있고, 코바도 널리 사용된다. 이외에도 무수히 많다. INVAR(인바)은 상온에서 선팽창 계수가 상당히 작다. (보통 철의 10분의 1정도) Ni 36%, 나머지는 Fe인 Fe-Ni합금이다. 표준척이나 측량척, 바이메탈, 시계추, 기타 계측기의 재료로 사용된다. 여기에 Co 5%를 첨가한 초 불변강 (인바 32-5)도 있다. KOVAR(코바)는 Ceramic과 Glass의 열팽창특성과 적합한 소재로서 다양한 반도체 부품 및 전자 제품의 Sealing 및 접합 소재로 적용되고 있다.   합금명 특성/용도 주성분 % 비중 (Mg/㎥) 열전도도 Ni Cu Cr Fe Si Mo Co 기타 70°F (20℃) 1500°F (815℃) ALLOY-36 (인바) (INVAR) 상온에서 열팽창계수가 매우 낮은 합금이다./ 표준길이, 측정기구, 정밀부품, 추 및 온도조절봉 36 64 0.298 (8.25) 69.3 (10.0) - - ALLOY-42 열팽창계수가 낮은 합금/ IC용 프레임, 온도조절용 바이메탈, 유리-금속간의 씰링 42 58 0.297 (8.22) 72.8 (10.5) - - ALLOY-K (코바) (KOVAR) 열팽창계수가 보론 실리케이트 유리 및 알루미나와 매칭이 되는 합금이다. /유리-금속간 씰링용으로 고에너지 방출관(발브), 트랜지스터 리드, IC 리드프레임, 사진 섬광 밸브 29.5 0.21 53 17 0.295 (8.16) 116 (16.7) - - ■공급형태: 판재, 박판, 파이프, 튜브,환봉, 사각봉, 선재, 후렌지, 피팅, 용접봉기타주문사양 제작     저항선과 발열체는 같은 뜻을 가지고 있지만, 쓰임새에 따라 구분된다. 일반적으로 저항선은 고유저항이 낮은 합금이 쓰이고 있다. 예로써, 순수NI, NI+CU합금이 대표적이다. 발열체는 고유 저항이 큰 NI+CR+FE합금을 사용한다. 예로써, 니크롬선, 철크롬이 대표적인 합금이다 주요 사용처 : 세라믹저항기, 전기장판, 정밀저항기, 통신기기저항기, 각종히타, 전기로들.. 이외에도 많은 전기 저항, 발열체가 있다.   합금명 특성/용도 주성분 % 비중 (Mg/㎥) 열전도도 Ni Cu Cr Fe Si Mo Co 기타 70°F (20℃) 1500°F (815℃) 니켈크롬선2종 NCHW-2 전기저항발열체로 널리쓰이는 합금은 니크롬 1,2종이있다. 사용온도는 1100℃까지 사용된다. 이외에 철크롬도 흔하게 사용한다. 저항기,난방용히터, 전기로발열체.. 60 16 23 1 0.302 (8.35) - - - - 니켈크롬선1종 NCHW-1 78   20   1.5       0.300 (8.31)     콘스탄탄 Ferry CNW-1 정밀저항기. 통신기용 저항기 44     ㅡ (8.89) ㅡ   ㅡ ■공급형태: 박판, STRIP(리본), 선재(dia0.05-5.5mm),기타주문사양 제작

출처: http://epartsmall.com/bbs_detail.php?bbs_num=2703&id=&tb=board_machine&pg=14