KR100792395B1 - 가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법 - Google Patents

가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전용 가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법에 관한 것으로, 높은 강도를 가지는 인코넬 718(INCONEL 718) 소재를 전조 가공하기 위하여 전조 전에 550~650℃의 온도에서 예열을 행하고, 예열된 상태에서 전조 가공하여 종래의 절삭 가공에 의한 경우보다 강도를 2배 향상시킴으로써 노후화에 따른 고온 열화가 없고, 피로로 인한 파손 발생이 없어 발전용 가스터빈의 텐션 스터드 볼트의 장기적 사용이 가능하고, 이로 인해 발전소의 원가절감과 안정적인 설비 운영이 가능하도록 하는 발전용 가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 인코넬 718 소재를 적정 형상으로 절단하는 단계; 소재를 열처리하는 단계; 소재의 나사부를 가공하는 단계;를 포함하여 제조하는 가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법에 있어서, 상기 나사부를 가공하는 단계는 550~650℃로 소재를 예가열하는 공정과, 예가열된 상태에서 전조기를 이용하여 나사부를 전조 가공하는 공정으로 구성됨을 특징으로 하는 가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법이 제공된다.
가스터빈, 발전, 인코넬, 텐션 스터드 볼트, 전조

Description

가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법{Menufacturing process of inconel tension stud bolt for a gas turbine}
본 발명은 발전용 가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법에 관한 것으로, 높은 강도를 가지는 인코넬 718(INCONEL 718) 소재를 전조 가공하기 위하여 전조 전에 550~650℃의 온도에서 예열을 행하고, 예열된 상태에서 전조 가공하여 종래의 절삭 가공에 의한 경우보다 강도를 2배 향상시킴으로써 노후화에 따른 고온 열화가 없고, 피로로 인한 파손 발생이 없어 발전용 가스터빈의 텐션 스터드 볼트의 장기적 사용이 가능하고, 이로 인해 발전소의 원가절감과 안정적인 설비 운영이 가능하도록 하는 발전용 가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법에 관한 것이다.
[문헌 1] 한국 특허공개 제10-2005-0109421호, 2005.11.21
[문헌 2] 한국 특허공개 제10-2005-0114673호, 2005.12.06
[문헌 3] 한국 특허등록 제0458308호, 2004.11.12
[문헌 4] 한국 특허공개 제10-2007-0023259호, 2007.02.28
[문헌 5] 한국 특허등록 제0427695호, 2004.04.07
가스터빈에 사용되는 텐션 스터드 볼트(tension stud bolt)는 발전용 가스터빈의 상하부 케이싱을 조립할 때 사용되는 볼트로써, 고온과 고압의 사용환경하에서 완벽한 씰링과 열팽창, 열수축의 반복 하중하에서 사용되기 때문에 증기의 누설이 발생하지 않도록 안전설계가 요구된다.
종래의 경우 인코넬 718(INCONEL 718)로 텐션 스터드 볼트를 제조하는 방법은 절삭 가공의 방법으로 제조되었으며, 다음과 같다.
먼저 입계 부식을 방지하기 위한 열처리로서 용체화 처리(Solution Treatment)를 행하는데, 이는 924~1010℃에서 인치(inch)당 30분 유지한 후 노멀라이징한다. 상기의 용체화 처리는 기지(matrix) 형성 원소가 균일하게 분포되도록 하고 입도를 조절하기 위함이다.
그리고 시효 처리를 행한다. 시효 처리는 제2상을 석출시키고 석출물의 부피 분율, 크기, 모양 및 분포 상태를 조정하기 위한 단계로서, 718±14℃에서 8시간 시효한 후 621±14℃까지 공냉시켜 8시간 유지한 후 다시 공냉을 행한다. 그리고 상기의 열처리가 끝나면 전조경을 선반으로 가공한다. 그리고 선반 등으로 나사부를 절삭 가공하여 볼트를 제조하였다.
이와 같이 종래의 볼트 가공은 인코넬 718(INCONEL 718)의 소재가 HRC44~HRC45 정도로 매우 높은 경도값을 가지므로 전조 가공 하기가 매우 어려웠다. 따라서 전조 가공을 행하지 못하고 단지 절삭 가공만으로 볼트를 제조하 였다. 즉 인코넬의 경우 일반 상온에서 전조시 표면 경도가 거의 전조 금형(다이스)과 유사하여 금형의 파손 및 소재의 크랙 발생 등의 문제 때문에 전조법으로 제조하기 불가능하였다.
따라서 종래의 볼트는 인코넬 소재의 경도를 그대로 가지고, 경도를 향상시켜 제조하지는 못하였다.
상기와 같은 제조 방법의 단점에 의하여 종래의 텐션 스터드 볼트는 내구 수명이 짧아서, 짧은 주기마다 교체를 행하여 안전성을 확보하였다. 따라서 발전용 가스터빈의 경우 한번 교체시 50조를 동시에 교체하여야 하고, 개당 가격이 300만원 정도로 그 비용이 크다. 이와 같이 고가의 부품으로 인해 보수정비시 보수 수행능력을 지연시키는 요인이 되어 발전 원가 상승이 있게 된다.
인코넬의 경우 고가의 소재이고, 터빈의 중요부에 장착되기 때문에 제품의 수명 연장 및 기계적 성질을 높이기 위하여 전조 가공법이 절실히 요구된다. 즉, 전조 가공을 행하여 볼트를 제조하게 되면 인코넬 원소재의 경도보다 2배 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명은 고강도 인코넬 소재를 전조 가공법으로 볼트를 제조할 수 있는 방법을 제공함에 목적이 있는 것으로, 전조 가공전에 소재를 550~650℃의 온도로 예열하고, 예열된 상태에서 전조 가공을 행함으로써 종래의 문제점을 해소하는 등의 본 발명의 목적을 달성하게 된다.
본 발명에 의하면, 고강도의 인코넬 소재를 전조 가공으로 볼트를 제조함으로써, 고강도 볼트 제조가 가능하여 노후화에 따른 고온열화가 없고, 피로로 인한 파손 발생이 없어 발전 터빈용 텐션 스터드 볼트의 장기적 사용이 가능하고, 이로 인해 발전소의 원가절감과 안정적인 설비 운영이 가능하게 된다.
본 발명은 발전용 가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법에 관한 것으로, 인코넬 718(INCONEL 718)을 전조 가공하여 제조된다. 특히, 나사부를 전조 가공하기 전에 550~650℃의 온도로 예열함에 특징이 있다.
제1단계는 용체화 처리(Solution Treatment)된 인코넬 718 소재를 제조하고자 하는 나사의 크기에 맞게 절단하는 단계이다. 용체화 처리는 입계 부식을 방지하기 위한 열처리방법으로서 일반적인 것이다.
제2단계는 나사의 경도 조절을 위하여 진공 열처리하는 단계로서, 에이징을 위함이다. 진공 열처리는 ASTMB637-718의 규정에 의해 행하고, 950~990℃에서의 고온 용체화 처리와, Quenching 및 템퍼링(tempering)을 행한다.
제3단계는 선반을 이용하여 전조경을 가공하는 단계이다.
제4단계는 550~650℃로 예가열하는 단계이다. 예가열 온도는 인코넬의 기계적 성질의 변태점인 약 700℃를 넘기지 않는 범위에서 결정된다. 예가열을 행하면 소재 표면의 경도가 약 HRC10 정도 낮아짐으로써 전조 가공에 적합한 상태가 된다. 따라서 이후 단계에서 고강도의 인코넬을 전조 가공할 수 있게 되고, 매우 양호하게 된다.
예가열 전의 경도는 HRC44~HRC45이고, 예가열 후 경도는 HRC35~HRC36로 낮아진다. 따라서 전조 가공은 예가열 되어 경도가 낮아진 상태에서 행하게 되어 고강도의 인코넬 718 소재를 전조 가공법으로 볼트를 제조할 수 있게 된다.
그리고 소재가 예가열되는 부분은 나사산이 형성되는 깊이까지만 하면 되는 것으로, 열처리로 또는 고주파유도가열기 등이 사용하고, 원래의 경도로 복원되는 시간은 약 1시간 정도이므로 원래의 경도로 복원되기 전에 전조 가공을 행한다.
제5단계는 예가열된 소재를 전조기를 이용하여 나사산을 전조 가공하는 단계이다. 전조 가공하는 단계는 인코넬 소재가 예가열되어 경도가 HRC35~HRC36로 낮아진 상태에서 행하게 되므로 전조를 행하는 나사금형(다이스)의 파손 없이 원활한 작업을 할 수 있게 된다.
이와 같이 전조 가공을 통해 볼트를 제조하게 되면, 원 소재 나사산의 경도가 HRC44~HRC45임에 비하여, 본 발명에 의한 전조 가공으로 제조된 볼트의 경우는 나사산의 경도가 HRC85~HRC90 정도로 높아지게 된다.
제5단계는 방전 가공기를 이용하여 소켓 가공을 행하는 단계이고, 이는 AISI 1318.3의 규정에 따라 행한다.
제6단계는 나사의 최종 정밀 검사와, 최종 비파괴 검사를 행하는 단계이다.
이와 같이 본 발명은 고강도 인코넬을 전조 가공으로 볼트를 제조할 수 있는 예가열 단계를 가지게 됨으로써, 인코넬 소재의 원래의 경도만을 가지는 절삭 가공 에의한 경우보다, 2배의 높은 경도를 가진 볼트를 제조할 수 있게 된다.

Claims (1)

  1. 인코넬 718 소재를 적정 형상으로 절단하는 단계; 소재를 열처리하는 단계; 소재의 나사부를 가공하는 단계;를 포함하여 제조하는 가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법에 있어서, 상기 나사부를 가공하는 단계는 550~650℃로 소재를 예가열하는 공정과, 예가열된 상태에서 전조기를 이용하여 나사부를 전조 가공하는 공정으로 구성됨을 특징으로 하는 가스터빈의 인코넬 텐션 스터드 볼트 제조방법.
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