니켈 합금 특징과 가격, 종류 등

오늘은 니켈 합금의 특징과 니켈 가격 전망 그리고 니켈 합금의 여러 가지 다양한 종류에 대해서 자세히 정리해 보도록 하겠습니다.

니켈 합금 특징

니켈 합금은 오스테나이트 미세조직을 구성하는 대표적인 합금으로, 오스테나이트 스테인리스강과 같이 FCC 결정구조를 가지며 고온 부식저항성과 내산화성이 매우 우수하고 고온에서 강도, 연성, 용접성이 우수하고 특히 고온에서의 내식성과 높은 강도가 필요한 원자력시스템 기기 부품에 많이 사용됩니다.
 
원자력 산업에서 니켈 합금은 사용 용도에 따라서 열 교환 표면 재료, 고온 내식 및 고강도 부품 재료, 고온 및 초고온 재료 등 크게 세 가지로 분류할 수 있습니다.

앞에서 말한 것처럼 니켈 합금은 초기에 고온 내식성 및 고온 강도가 매우 우수하여 약 40년의 가동기간 동안 부식 등에 큰 문제가 없을 것으로 예상하였지만, 원자력 특유의 환경에서는 예상치 못한 응력 부식 균열 등 다양한 부식 손상이 일어나 는 등 일부 문제점이 발견되어 사용에 제한이 따르기도 합니다.

니켈 가격 전망

2023년 새해 들어서 니켈 가격은 하락세를 달리고 있었으나 반등의 기미를 보이기 시작했습니다.
한국자원정보서비스에 따르면 니켈 가격은 올해 2월 12일을 기점으로 톤당 26,475달러선까지 하락했습니다.
하지만 이후 니켈 가격은 등락을 거듭하다가 2월 23일부터 상승 곡선을 그리고 있습니다.

특히, 2월 31일 니켈 가격은 톤당 29,400달러로 전년 평균대비 14.82% 상승했습니다.
반면. 니켈의 재고량은 급감하고 있는 상황인데 같은 날 런던 금속 거래소 니켈 재고량은 4만 9천 374톤으로 지난해 같은 달과 비교해 볼 때 45% 이상 급감했습니다.
 

니켈 합금 종류

니켈은 구리, 철, 몰리브덴 등과 같은 금속과 쉽게 합금됩니다. 다른 금속에 니켈을 추가하면 그 결과 합금의 특성이 변경되어 부식 또는 산화저항 개선, 고온 성능 증가 또는 열팽창 계수 감소와 같은 특성을 생성하는데 사용할 수 있습니다.

다음에서는 니켈 합금의 일반적인 종류 몇 가지를 정리해 보았습니다.

니켈-철 합금

니켈과 철 합금은 열 팽창율을 응용한 분야에서 활용할 수 있습니다.
니켈-철 합금은 치수 안정성이 높은 수준인데 정밀 측정 장비 또는 온도 조절 막대와 같은 응용분야에서 유용하게
사용됩니다. 니켈의 농도가 훨씬 더 높은 니켈-철 합금은 변압기, 인덕터 또는 메모리 저장 장치와 같은 중요한 응용분야에 사용됩니다.

니켈-구리 합금

니켈-구리 합금은 염수 또는 해수에 의한 부식에 매우 강하므로 해양 응용분야에 적용됩니다. 예를 들면 해양 배관 시스템이나 펌프 샤프트 및 해수 밸브에 응용할 수 있습니다. 이러한 합금의 경우 최소한 니켈은 63%, 구리는 28-34% 정도의 농도 비율을 구성하고 있습니다.

니켈-몰리브덴 합금

니켈-몰리브덴 합금은 염산, 염화수소, 황산 및 인산과 같은 강산 또는 기타 환원제에 대해 높은 내화학성을 제공합니다. 이러한 유형의 합금에 대한 화학적 구성은 몰리브덴 농도가 29%에서 30% 정도이며 니켈의 농도는 66%에서 74% 정도입니다. 니켈-몰리브덴 합금을 응용한 분야로는 펌프 및 밸브, 개스킷, 압력용기, 열교환기 및 배관 제품이 포함됩니다.

니켈-크롬 합금

니켈-크롬 합금은 높은 내식성과 강도 및 높은 전기저항으로 크게 평가됩니다. 예를 들어, NiCr 70/30 합금은 녹는 점이 섭씨 1380도이며,  전기저항이 1.18μΩ-m입니다. 니켈-크롬 합금은 토스터 및 기타 전기저항 히터와 같은 발열체에 사용됩니다.

니켈-크롬-철 합금

니켈-크롬-철 합금은 이러한 원소들을 결합하여 산화 및 고온 부식에 저항하는 합금을 생성합니다. Alloy 800은 석유화학 용광로 크래커 튜브와 같은 용광로 부품에 사용되며 전기 발열체의 덮개 재료로 사용됩니다.
이러한 합금은 일반적으로 고온에서 최적의 크리프 및 파단 특성으로 평가됩니다. 이러한 합금의 구성은 일반적으로 30-35%의 니켈, 19-23%의 크롬 그리고 39.5% 정도의 철의 비율로 구성됩니다. 고농도의 철로 인해 이 합금은 스테인리스강으로 재분류되기도 합니다.
 

니켈-크롬-몰리브덴 합금

니켈-크롬-몰리브덴 합금은 니켈-몰리브덴 합금과 유사하게 염산 및 황산과 같은 환원산과 관련하여 높은 내부식성을 제공합니다. Alloy C-276과 같은 합금은 오염 제어 스택 라이너, 덕트에 사용되며, 스크러버, 열 교환기, 증발기 또는 반응 용기와 같은 화학 처리 구성 요소로 활용됩니다. 이 합금의 비율은 15-17%의 몰리브덴, 14.5-16.5%의 크롬, 4-7%의 철, 3-4.5%의 텅스텐 및 망간과 같은 기타 원소의 농도가 낮은 니켈로 구성됩니다.
 

니켈-크롬-코발트합금

니켈-크롬-코발트 합금은 크롬과 몰리브덴을 첨가하여 합금에 크리프 파단 강도를 추가합니다.
합금 617은 최소 니켈 함량이 44.5%인 20-24% 크롬, 10-15% 코발트 및 8-10% 몰리브덴의 비율을 이루고 있습니다.
이러한 합금의 응용 분야로는 산업용 용광로 구성 요소, 가스 터빈, 질산 생산을 위한 촉매 그리드 지지대 및 화석 연료 생산 시설 등이 해당됩니다.
 

니켈-티타늄 합금

마지막으로, 니켈-티타늄 합금은 형상 기억 특성을 가지기 때문에 형상 유지가 특징입니다.
이 합금은 특히 석조 건물을 보호하는 데 도움이 되는 지진 손상에 대한 충격 흡수 장치를 제공하는 초탄성 특성을 가지고 있습니다.
 

마무리

지금까지 니켈합금의 특징과 니켈 가격 전망 그리고 다양한 여러가지 니켈합금의 종류에 대해서 모두 알아보았습니다.
이 글을 통해서 니켈 합금이란 무엇이며, 미래의 니켈의 가치와 전망 그리고 니켈합금의 종류가 얼마나 다양하며 각각의 특징은 무엇인지 이해할 수 있게 되셨을 것입니다.