해당 재료규격(ASTM A182-Forging 등)에 Table 2에 보면 주요 성분 원소함량이 있고, Other Elements가 있습니다. 거기에 N, Al, Ti, Zr 등이 있습니다. A182에는 Note에 티타늄과 질소의 비를 >=3.5로 제한하는 문구가 있습니다. 저는 규격에 있는 내용만으로 말씀을 드리는데, 발주처에서 강제로 규정(shall be)하는 문구로, 재료제작사에 꼭 Norice를 해야합니다. 그러면 왜 N과 Al을 비율로 제한을 둘까요? 교과서적으로 AlN의 재료내에서의 역할입니다. N가 다른 합금원소와 결합하여 질화물을 형성하는데, AlN은 강중에 미세하게 석출되었을 경우는 오스테나이트의 결정립이 미세하게되어, 세립강의 제조가 가능합니다. 그런데 다량존재한다면, 고온인성을 해치고, 단조시 오스테나이트 입계에 AlN이 석출하여 입계취성을 일으킵니다. AlN의 석출에 의해 고온크리프강도도 저하될 수 있습니다. 해당 재료규격의 Chemical Composition을 잘 보시고, 발주자에게 이유를 물어보시는 것도 문제없습니다.

고온의 Creep강도를 갖기 위해서는 일반적으로 탄화물로 강도를 확보하지만 그 보다 더 큰 강도와 고온 특성의 확보를 위해서는 질화물의 보충이 필요합니다. 그리고 Al은 탈산효과와 입자 미세화의 관점에서 필요하지만 그 효과는 Ti이나 Nb, V등에 비할바는 아닙니다. 따라서 둘다 필요하기는 한데, Al이 너무 많으면 조직내에 N이 원하는 질화물(VN이나 TiN)이 형성되지 못하고 AlN으로 소모되기 때문으로 해석하는 것이 좀더 타당하겠습니다. 단순히 AlN의 부정적인 효과 때문이라면 그냥 두 원소 혹은 둘중에 하나를 최소화 해버리면 그만입니다. 홍만화 기술사님의 좋은 설명을 해 주셨는데, 조금 더 보충하여 의견 드립니다.

ASTM A182/A182M F91을 추적해보았습니다. 2006년판까지는 N이 0.03-0.07, Al이 0.04(max) 였습니다. N/Al이 Al max.일때 0.03/0.04 = 0.75까지 될 수 있습니다. N/Al > 1.5 를 맞출 수 없습니다. 2007년판에 N이 0.03-0.07, Al이 0.02(max.)로 개정이 되었습니다. 0.03/0.02 = 1.5로 Al이 max.로 있을 때, 1.5라는 숫자가 나옵니다. Al이 0.04에서 0.02로 개정된 이유가 N/Al > 1.5와도 관련이 있어보입니다. 참조하세요.

추적까지 해주시고 감사합니다.

좋은 답변들 위에 API & EPRI (electric power research institute)의 최근 정보를 중심으로 몇자 첨언합니다. 우선 Conventional 9Cr-1Mo (Gr. 9) steel에 vanadium (V), columbium (Cb), nitrogen (N) 등을 추가하여 carbides (by V-C & Cb-C) 와 carbonnitrides (C-N) 등의 화합물을 만들어 matrix 내에 분산 분포하게 하여 Creep-Strength를 향상시키는 것이 1차 목표인데 이때 일부 부작용이 발생하게 됩니다. 일반적으로 탈산재로 주입되는 aluminum 이 nitrogen과 친화력이 높아 C-N의 결합 이전에 Al-N 화합물을 먼저 형성하게 되며 이로인해 free N 의 고갈로 인해 당초의 목적을 달성하기 힘들게 됩니다. 이에 따라 다른 탈산제 (Zr, Ti등)가 Al의 역할을 메꾸어 주며 carbonnitrides 의 초기 목표를 유지하게 됩니다. 또한 N이 너무 높으면 Toughness가 떨어지게 되므로 대개 max. N을 0.04-0.05%로 조절하고 Al을 낮추어 N/Al ratio를 4.0 이상으로 주로 적용하고 있으며 최소한 2.0은 꼭 유지하도록 하고 있습니다. API TR938-B (2008-too old)이 아직 N/Al ratio 값을 제시하지 않고 있는데 2021-2022에 다음 Edition (RP로)이 발간되면 N 과 Al관련한 재료의 요구 조건으로 10P + 5Sb + 4Sn + As = X <15 (each: wt%) and N/Al ratio > 2.0; or N/Al ratio > 4.0이 적용될 것으로 예상됩니다. 한편, 일부 Company Standards는 수년전부터 N/Al ratio > 4.0 을 적용하고 있습니다. 잘 아시다시피 대부분의 High Temperature용 원소재 Standards (e.g., ASTM A182/213/217/234/335/336/369/387/691) 는 입자 미세화는 고려의 대상이 아니며, 아울러 Creep-Rupture Test를 강제로 요구하고 있지 않기 때문에 필요시 관련 API RP/TR standards의 적용과 Project Spec 의 보완으로 Defense Barriers를 확보하는 것이 강력히 요구됩니다. Hope this helps, Thomas Eun API 938 Committee Member thomaseun at yahoo com