Higher harmonic ultrasound response of modified 9-12Cr Ferritic-Martensitic (FM) steel, long term isothermally aged and crept up to 25,000 hours near the operating temperature of Ultra-Super Critical (USC) Thermal Power Plants (TPP), was studied. Metallurgical analysis, including quantitative measurements of dislocation density and second phase distribution, revealed that the lath conversion to subgrain, Laves phase development and coarsening of pre-existing second phase MX and $M_{23}C_{6}$, and increased ultrasound attenuation are dominant effects on $beta$ parameter evolution with thermal aging. The possibility of a higher harmonic ultrasound technique to monitor the creep damage is quite obvious, since a substantial increase of roughly 2~300% was observed of the $beta$ parameter measurement results on long term crept material in this study. The major features of $beta$ parameter variation observed of crept material was (1) roughly linear correlation with Larson Miller Parameter (LMP), (2) large offset at low LMP and (3) gradual approach of two measurement group, material degradated with and without creep stress, at high LMP. Theoretical approximation for the contribution to $beta$ parameter and measurement results of ultrasound attenuation successfully verified that the increased ultrasound attenuation is one of the major contributors to $beta$ parameter variation of the material in question, in addition to the previously well studied dislocation density and second phase distribution.
초초임계압 화력 발전소의 주증기 온도에서 최장 25,000시간 장기 등온열화 및 크리프 손상된 9-12Cr FM 내열강에서의 미세조직 변화가 고조파 초음파 응답에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 전위밀도 및 이차상의 분포에 대한 정량적 측정을 포함하는 미세조직 분석 결과; 등온열화 및 크리프 두 경우 모두에 대하여 마르텐사이트 lath가 subgrain으로 변화, 전위밀도의 감소, 열화 전 이미 존재하던 이차 상 $M_{23}C_{6}$, MX의 조대화, 그리고 Laves 상과 같은 새로운 이차 상의 생성이 관찰되었다. 이들에 대한 정량적 측정결과, 미세조직의 변화는 모두, 단순 감소 또는 증가의 양상을 보였다. 반면, 고조파 초음파는 열화 온도에 따라 1,000~10,000 시간 사이에서 최저 값을 가지며 이후 증가를 계속하는 형태의 양상이 관찰되었다. 즉, 각각의 미세조직 변화는 서로 다른 방식으로 고조파 초음파의 증감에 기여하는 것으로 분석되었다; 전위밀도 감소 및 이차상의 조대화는 감소의 요인, Laves 상의 생성은 증가요인으로 분석됨. 크리프 손상된 재료에서는 열화 전 또는 등온열화에 비하여 200~300% 가량 증가한 고조파 초음파가 측정되었다. 또한 라슨-밀러 파라메터가 증가함에 따라 15~30% 가량 감소하는 경향이 관찰되었다. 미세조직 분석 결과 초음파 감쇠 증가요인으로 작용할 수 있는 결정립계 변화 및 subgrain 변화가 관찰되었으며; 고조파 초음파 측정에 대한 초음파 감쇠의 영향의 근사적 이론 및 측정 결과는 크리프 손상된 재료에서 관찰된 고조파 발생의 극적인 증가가 초음파 감쇠의 영향에 크게 의존함을 뒷받침한다. 즉, 9-12Cr FM 내열강의 크리프 손상에 의한 고조파 증가는 기지의 비선형 탄성에 기인하는 것이라 보기 어려운 것으로 분석되었다. 그럼에도 불구하고 고조파 초음파는, 최근 재료열화 모니터링 기술 분야의 새로운 도전으로 여겨지고 있는, 크리프 손상의 조기 검출에 가능성이 매우 높다. 그 이유는, 내열강에서 크리프 강도 저하가 결정립에서 이차상의 조대화 및 Laves 상의 성장에 크게 의존하며; 고조파 초음파 측정결과는 Laves 상의 발생 및 조대화, 결정립에서 이차상의 조대화에 따라 뚜렷히 증가하는 양상 을 보이기 때문이다.
