The fretting wear test was carried at room temperature air and water to compare the wear properties of steam generator tube materials (Inconel 600 and 690) against ferritic stainless steels (405 and 409 stainless steel) and to understand the wear mechanisms at each test conditions. In room temperature air, the wear rate of tube materials increased with increasing normal loads and sliding amplitude. The results of SEM observation indicated that there are different mechanisms of wear particle removal and layer formation. The differences are related to the degree of adhesion force between wear particle and matrix due to the differences in chromium content in the tube materials. In room temperature water, the result indicated that the fretting wear rate and wear coefficient K in the work-rate model of Inconel 600MA were higher than those of Inconel 690TT with increasing normal loads and sliding amplitudes. From the results of SEM observation, there was little evidence of particle agglomeration on the worn surfaces, while wear particles were released in the form of thin plates, which were generated from deformation substructures formed by severe plastic deformation during fretting wear. Therefore, the wear rates of SG tube materials in the room temperature water are closely related with plastic deformation behavior on contact surfaces. In subsurface layer, wear particle size seems to be determined by cell-structure thickness and closely related to the difference of stacking fault energy of tube materials through chromium contents. Inconel 690 showed lower wear rate because it had lower stacking fault energy than Inconel 600 and well-developed smaller cells and in turn may easily accommodate large strains. Also, Inconel 600 and 690 have the critical thickness of plastic deformation layer. This means that wear rate in room temperature water is controlled by competition relationship between the removal of wear debris on the contact surface and crack nucleation and propagation under plastic deformation zone.
국내 증기발생기 전열관 재료로 사용되고 있는 인코넬 600 및 690의 마모특성 및 기구를 파악하기 위하여 상온 공기 및 물분위기에서 405 및 409 스테인레스강을 지지구조물로 사용하여 실험을 수행하였다. 실험조건은 10~40N의 수직하중, 15~500μm 의 진동진폭, 30Hz의 주파수이며 일정한 사이클하에서 수행되었다. 공기분위기의 경우, 마모속도는 접촉면에서 형성되는 마모입자가 기지금속의 표면과의 상대적인 흡착능력에 따른 마모입자층 형성에 따라 결정되었다. 특히, 인코넬 690의 표면에서 형성되는 마멸입자는 기지내의 높은 크롬함량으로 인해 보다 많은 양의 크롬산화물을 포함하고 있었다. 또한 이러한 산화물은 기지금속과 보다 높은 흡착경향을 보이며 상대적으로 낮은 마찰계수를 가지게 되어 인코넬 690의 마모량이 인코넬 600에 비해 낮게 나타났다. 그러나 물분위기의 경우, 이러한 마모입자층의 형성은 두 전열관 재료에서 거의 나타나지 않았으며 이에 따라 마모 입자의 방출기구는 표면에서의 변형 및 파괴가 우세한 기구로 나타났다. 특히, 두 전열관 재료 모두 특정한 두께의 소성변형층을 형성하였으며 이러한 소성변형층의 특성에 따라 마모속도가 결정되었다. 마모실험후 깊이방향으로의 경도값을 측정한 결과, 마모실험전 두 재료가 매우 비슷한 경도값을 보임에도 불구하고 인코넬 690의 경도값이 매우 급격히 증가하는 경향을 보였다. 이것의 주된 원인은 부식특성 향상과 관련된 인코넬 690의 높은 크롬？량에 따른 적층결함에너지(Stacking Fault Energy, SFE)의 감소이며, 이것이 결국 가공경화의 차이를 보이게 되었다. 그리고, 이러한 가공경화의 차이는 물분위기에서의 마모기구에도 영향을 미쳐 보다 많은 변형을 수용할수 있는 인코넬 690에서 상대적으로 낮은 마모량을 보였다. 따라서 물분위기에서 두 전열관 재료의 마모는 마모과정 중 형성된 특정 두께의 소성변형층에서 마모입자의 방출과 표면아래로 이러한 층의 확장이 상호 균형을 이루며 진행되었다.
