The oxidation characteristics of Alloy 230 and 617, for the candidate materials for the very high temperature reactor (VHTR) application, and Alloy 214, reference material for aluminum content effect were investigated. High temperature oxidation tests were conducted at 900℃ and 1100℃ in air, helium and vacuum environments and the results were analyzed. All three materials showed parabolic oxidation behaviors at 900℃. However, unstable oxidation behaviors were shown in alloy 230 and 617 at 1100℃, and these materials showed unstable oxide layer as the exposure time increased. The Cr-rich oxides were formed on the surface and the Al-rich discrete internal oxides were formed below the surface oxide layer in alloy 230 and 617. On the other sides, alloy 214 showed stable behaviors and very smooth and continuous Al-oxide layer even in a low oxygen containing helium environment at 1100℃. Depletion of grain boundary carbides was also observed during the oxidation test. Such decarburization would have detrimental effects on the high temperature mechanical properties, especially the creep resistance of superalloys for the VHTR application.
초고온 가스로 고온부의 후보재료인 230, 617합금과, 알루미늄원소의 영향을 평가하기 위하여 비교 재료인 214합금의 고온 산화특성을 연구하였다. 실험은 산소의 농도가 각각 다른 대기, 헬륨, 진공 분위기에서, 또한 초고온 가스로 예상 가동온도인 900℃와 이상현상으로 더욱 온도가 높아질 수 있어 1100℃에서 수행되었다. 900℃에서는 세가지 재료 모두가 안정한 지수함수적인 산화 거동을 보였으나 1100℃에서는 230, 617합금이 시간이 갈수록 불안정한 거동을 보였다. 산화막의 원소 및 구조 분석결과, 표면에는 크롬원소가 주된 산화막이 형성 되었고, 알루미늄이 풍부한 산화물 입자가 산화막 아래 형성되었다. 한편 214합금의 경우에는 1100℃에서도 안정한 거동을 보였다. 미세구조 관찰결과 214합금은 900℃ 초기에는 230, 617합금과 비슷한 두 가지 산화물이 존재하는 구조였으나 1100℃에서는 나머지 두 합금과는 다른, 안정한 알루미늄 산화막이 표면에 형성되었다. 크롬산화물은 1000℃이상의 온도에서는 불안정하다고 알려져 있는데 본 실험에서는 900℃에서도 크롬 산화막을 형성하는 230, 617합금 및 900℃에서 실험한 214 합금의 경우 표면의 산화막이 매끄럽지 않고 연속적이지 못하였으며 617 합금의 경우 내부의 금속이 표면에 노출되기도 하였다. 시간이 갈수록 산화막 및 내부산화물의 침투 깊이는 깊어지지만 산화막은 안정하지 못한 모습을 보였다. 또한 대기 중 실험과 헬륨분위기 실험 결과에서는 산소의 농도가 약 1.4ppm 이상 일 경우 표면에 산화막을 형성 할 수 있었으나, 진공 실험의 경우 산소의 농도가 0.014ppm으로 산화막을 형성하지 못하였다. 한편, 세가지 실험 분위기에서 모두 탄탈화가 일어났다. 탄탈화는 결정립계에 존재하는 탄화물들이 표면에서 내부 쪽으로 서서히 사라지는 현상으로, 1100℃ 대기 중에서 1000시간 실험한 결과, 시편두께의 절반이 탄탈화가 되는 등 심각한 탄탈화가 일어났다. 이러한 탄탈화 현상은 크리프 기구인 결정립계 미끄러짐을 효과적으로 방지하지 못하기 때문에 고온 강도에 영향을 줄 것으로 예상된다.
