The heat resistant alloys with high Al and Ti were developed to achieve balanced creep and corrosion resistance at high temperature. Model alloys with nominal composition range of Fe–(30~35)Ni–(16~18)Cr–4.5Al–(1~4)Ti–1Nb (in wt.%) were prepared and studied in cast and wrought conditions. The creep rupture life was evaluated in air at 750 oC and high temperature corrosion tests were conducted in the supercritical-CO2 (S-CO2) and steam environments. The as-cast model alloys consisted of interdendritic phases in the austenite matrix, which partially dissolved after the solution annealing treatment. Nevertheless, coarse B2-NiAl phase was remained and its fraction and size increased with Ti content. The creep rupture life increased with Ti content in the as-cast condition. The solution annealing treatment improved the creep rupture life, however no clear effect of Ti content on the creep rupture life was observed. Several creep voids and cracks appeared along the coarse B2-NiAl phases especially for the higher Ti (3 – 4 wt.%) containing alloys, which affected the creep rupture life. The high temperature corrosion test showed that the model alloys in as-cast condition were not completely protective due to inhomogeneity in the as-cast microstructure. Meanwhile, the wrought model alloy with 3 wt.% Ti also exhibited coarse B2-NiAl phases in the austenite matrix. The creep rupture life of the wrought model alloy was comparable to that of cast alloy in solution annealed condition, in which creep voids also appeared along the coarse B2-NiAl phases. The coarse B2-NiAl phases seems to be more stabilized with the presence of Zr, thus further reduction in Zr content is required for their dissolution during heat treatments. The wrought model alloy showed the formation of inner Al2O3 layer with some occurrence of Fe-oxide nodules after exposure to S-CO2 environment at 650 oC and 20 MPa. However, external Cr2O3 layer was developed with internal Al-oxide layer after the steam corrosion test at 750 oC. It was found that the pre-oxidation treatment resulted in improved corrosion resistance in both aggressive S-CO2 and steam environments with the formation of α-Al2O3 layer. Overall, the heat resistant alloys with high Al and Ti content showed comparable creep and better high temperature corrosion resistance than commercial heat resistance alloys.
고온에서 우수한 크리프 및 부식저항성을 확보할 목적으로 고-알루미늄 및 타이타늄을 함유한 내열강을 개발하였다. Fe–(30~35)Ni–(16~18)Cr–4.5Al–(1~4)Ti–1Nb (in wt.%) 의 조성을 가지는 모델합금을 제작하고 주조 및 단조상태의 특성을 연구하였다. 크리프 시험은 750 oC 공기환경에서 수행되었고, 고온부식 시험은 초임계 이산화탄소 및 증기조건에서 수행되었다. 주조상태의 모델합금은 오스테나이트 기저에 수지상간 상 (interdendrite phase)이 분포하는 조직을 가지며, 이러한 수지상간 상은 용체화풀림 열처리후 부분적으로 분해되었다. 하지만 조대화된 B2-NiAl 상이 잔존하며, 타이타늄 함량에 따라 분율과 크기가 증가하였다. 주조상태의 경우 크리프 파단수명은 타이타늄 함량에 따라 증가하였다. 용체화풀림 열처리는 크리프 수명을 증가시켰으나 타이타늄 함량의 영향은 명확하지 않았다. 특히 고 타이타늄을 함유한 (3 – 4 wt.%) 합금에서 조대화된 B2-NiAl 상을 따라 크리프 공극과 균열이 나타났으며, 이들이 크리프 수명에 영향을 끼친 것으로 보였다. 고온부식 시험의 결과 주조상태에서는 미세조직의 불균일성으로 인해 보호피막이 충분히 형성되지 못하였다. 한편, 단조상태의 모델합금의 경우도 오스테나이트 기저에 조대한 B2-NiAl 상이 분포하였다. 단조재의 경우도 조대화된 B2-NiAl 상을 따라 공극이 나타났으며 크리프 파단 수명은 용체화풀림 열처리된 주조재와 동등한 수준이었다. 합금에 존재하는 지르코늄에 의해 조대한 B2-NiAl 상이 더욱 안정해지는 것으로 보여, 용체화열처리로 B2-NiAl 상을 제거하기 위해서는 지르코늄 함량을 더욱 낮출 필요가 있다. 단조재의 경우, 650 oC 20 MPa 조건의 초임계 이산화탄소 환경에 노출된 후 내부 알루미나층과 구상의 철산화물이 형성되었다. 하지만, 750 oC 수증기조건에서는 외부 크로미아층과 내부 알루미늄 산화층이 형성되었다. 전산화처리 (pre-oxidation treatment)를 수행하는 경우 알파-알루미나를 형성하여 두 부식조건 모두에서 향상된 부식저항성을 보였다. 전체적으로 개발된 알루미늄 및 타이타늄 내열강은 상용 소재들과 동등한 크리프 저항성을 보이면서 우수한 고온 부식저항성을 나타내었다.
