니켈 합금의 종류와 그들의 특징

1.1 Nickel 합금의 종류 1.1 고용체 강화형 합금 NICKEL γ상을 Cr, Mo, W 등으로 강화하는 것으로, 일반적으로 Cr을 많이 함유시켜 내산화성이 뛰어나고 용접성도 좋다. HASTELLOY- X, INCONEL 600, INCONEL 625 등이 여기에 해당된다. 1) Hastelloy B-2 (Ni-28% Mo-2% Fe) 각종 산중에서 가장 부식성이 강한 염산에 대하여 내식성이 있고, 가공성과 용접성을 겸비한 합금이다. 그러나 이 합금은 용접 열영향부의 입계 부근에 탄화물의 석출에 의한 Mo결핍층을 생성하여 입계 부식 (knife line attack)을 일으킨다. 이 합금은 Fe량을 낮추고 (2.0% 이하) C량 및 Si량도 낮춤으로써 ( C 0.025% 이하, Si0.10%이하) 용접한 그대로 사용할 수 있는 개량 합금이다. 또 純度가 높아진 결과 耐전면부식성, 성형성이 향상하고 용접시의 고온 응고균열 감수성이 낮은 특징이 있다. 황산, 인산, 초산, 개미산 등의 환원성 산에 견디며 특히 염산에 대하여 강하다. 또한 비산화성의 鹽염이나 할로겐화합물에 대해서도 내식성이 좋고 耐공식성, 내응력부식 균열성 (耐SCC성)도 우수하다. 따라서 고온•고압의 酸산이나 할로겐화합물의 촉매를 쓰고 있는 부식성이 강한 화학공장에 사용되고 있다. 또 이 합금은 비자성, 고강도, 작은 열팽창률, 고온에서의 낮은 증기압 등의 특징이 있으므로 전자기기용부품으로서도 사용되고 있다. 다만 사용할 때의 주의점의 Cr의 함유하지 않아서 산화성 환경에서는 내식성이 없는 것이며 산화제가 소량 혼입해도 내식성에 영향을 받는다. 2) Hastelloy C-276 (Ni-16% Mo-15.5 Cr-5.5% Fe-4%W) Hastelloy C는 Cr을 첨가함으로써 환원성 뿐 아니라 산화성 환경에 대해서도 우수한 내식성을 갖고 있어 부식성이 강한 화학공장에 많이 쓰여져 왔다. 그러나 이 합금도 용접 열영향부에서의 입계 부식을 일으키는 결점이 있다. 이 결점이 개선한 것이 Hastelloy C-276이며 현재 Hastelloy C는 주조재로만 쓰이고 있다. Hastelloy C-276은 염화물 중에서의 SCC에 강하고 공식, 입계 부식의 염려가 없는 것이 특징이며 거의 모든 장치의 중요기기에 쓰이고 있다. 이 합금은 부식환경이 변할 때 또는 2종류의 다른 환경에 노출될 때에 유리하다. 예컨대 해수를 쓰는 고농도 황산 Cooler나 고농도 황산을 쓰는 염소 가스의 건조장치 등과 같이 해수와 兩用양용 또는 염소 가스와의 복합 환경에서는 이 합금이 가장 좋은 재료이다. 이밖에 특수한 용도로서 냉간 가공과 저온 시효를 함으로써 HRC 40-50까지 경화 시켜서 내식성과 내마모성의 쌍방이 요구되는 部材부재, 예컨대 부식성이 강한 Engineering plastic의 사출성형기용 Cylinder, Screw나 해산물 가공용의 칼날 등에 사용되고 있다. 3) Hastelloy C-4 앞의 Hastelloy C-276은 용접 열영향부의 예민화는 일어나지 않으나 650-1090℃의 온도범위에서 장시간 시효를 받으면 입계에 금속간 화합물이 석출하여 내식성 및 기계적성질이 악화한다. 이 장시간 시효성을 개선한 것이 Hastelloy C-4이며 장시간 시효 후도 높은 연성 및 우수한 내식성을 나타내어 고온안정성이 우수하다. Hastelloy C-4장시간의 시효에 의해서도 열영향을 받지 않는 특징이 있어서 厚板후판의 용접, Clad材의 응력제거소둔 및 장치의 고온운전 등을 필요한 때에는 특히 유효하므로 Hastelloy C-276보다 응용범위가 더 넓은 내식합금이며 내식성도 거의 동등하다. 4) Hastelloy C-22 이 합금은 Hastelloy합금 중 가장 새로운 합금이며 油井管유정관에 요구되는 고강도, 고내식성 (H2S, CO2를 품은 고온고압, 高鹽고염 농도 환경)을 목적으로 개발되었다. 이 합금은 Cr함량을 높여 산화성환경, 환원성이나 중성염류, 알카리 등을 포함하는 모든 환경에 대하여 내식성을 좋게 한 합금이다. 또 Mo은 적으나 Cr이 많아서 부동태피막이 강화되어 耐국부 부식성도 좋다. 또 Mo함량이 적어서 고온의 조직 안정성이 좋아져 시효에 의한 내식성의 저하에 대해서도 큰 저항성을 보이는 등 우수한 특성을 가지므로 앞으로의 이용이 기대되고 있다. 5) Hastelloy G-3 이 합금은 Hastelloy C-276보다 고Cr(약 22%)이어서 산화성이 부식환경에 강하나 Mo함량이 낮아서 환원성 환경에서의 내식성이나 耐국부 부식성은 떨어진다. 그러나 2%Cu를 함유시켜 황산이나 인산에 대한 내식성을 향상시켜 화학공장, 공해방지장치, 배연탈황장치 등에 이용되고 있다. 이 합금의 내식성은 Hastelloy G와 동등하나 G에 비하여 Mo, W량을 증가하고 C, Nb량을 낮추므로써 용접부의 건전성, 성형성 및 내국부 부식성이 향상하고 있다. 이 합금은 다른 Hastelloy합금에 비하여 값이 싸므로 앞으로의 사용량이 증가할 것으로 기대된다. 6) 기타의 Ni 내식합금 Inconel 600은 염화물 SCC감수성이 매우 낮고 가공성•기계적 성질이 좋으므로 원자력용 배관이나 용기 및 기기에서 많이 사용되고 있다. 또 이 합금은 Incoloy 800과 같이 내열성도 우수하므로 내열성과 내식성이 함께 요구되는 석유화학장치, 약품 및 식품공업에 쓰이고 있다. 그러나 이들 합금은 고온의 鹽水염수 중에서 공식을 일으키는 등 耐국부부식성이 떨어진다. 그러나 Inconel 625는 고 Cr이어서 내산화성이 좋고 Mo함량이 높아서 耐SCC性, 耐국부 부식성이 우수하고 기계적 강도도 크므로 최근에는 원자력플랜트의 廢液폐액 농축장치용 재료 또는 油井管유정관으로 쓰이는 등 용도가 넓어져가고 있다. Incoloy 825는 고급 스테인리스강과 Ni基합금의 접점이 되는 합금이며 展伸性전신성이 좋아서 이음매 없는 관으로 많이 제조되어 공해 방지, 油井유정, 인산제조 등에 사용되고 있다. 1.2 석출 강화형 합금 Al, Ti을 함유 γ상 (Ni3Al)등을 석출하여 강화하는 것으로 Co, Mo을 첨가하여 Al, Ti의 고용한을 넓혀 고용체 강화를 시도한 것이다. INCONEL X-750 등이며 용접성이 떨어진다. 1.2 Nickel 합금의 특성 1.2.1 장점  - 육상, 해상의 일반적인 환경에 매우 강하다.  - 중성, 알카리성, 비산화성의 염용액 (Nonoxidizing Acid Salt Solution)에는 쉽게 부식되지 않는다.  - Dry Gas에 대한 내식성이 높다.  - 특히 알카리성에 강하다, 고온의 Caustic Service에 많이 사용된다. 1.2.2 단점  - 대부분의 산(Acid)에 대하여 내식성이 약하다.  - 특히 산화성 산의 염이나, 용존산소가 있을 경우 심하게 부식이 발생한다.  - 230℃ 이상의 황화물 환경 (Sulfidizing Environment)에 대한 내식성이 약하다.