지르코늄합금의 시효경화특성에 미치는 합금원소의 영향

초록

현재 CANDU원자로의 압력관재료로 사용되고 있는 냉간가공된 Zr-2.,5wt.%Nb합금은 중성자 흡수단면적이 작고 중수에 대한 내산화성과 내부식성 그리고 강도가 우우산 특성을 가지고 있다. 그러나 압력관은 최대 11.1MPa의 중수에 의한 내압과 585K의 온도환경에 노출됨으로 인해 열과 방사능조사(neutron irradiation)에 의한 크림(creep) 및 성장(growth) 등이 방생되어 압력관의 수명과 안전성에 영향을 주는 인자로 작용하게 된다. 크맆 및 성장으로 인한 압력관의 치수증가와 그에 따른 축방향연신의 결과로 인한 sagginggus상이 발생하게 되며 이 때 발생되는 DHC(Delayed Hydride Cracking)라는 치명적인 결함이 문제점으로 지적되고 있다. 압력관의 치수안정도는 집합조직과 전위밀도 그리고 결정의 형상에 따라 영향 받는다. 이와같은 인자들을 제어함으로써 압력관의 치수안정도를 향상시킬 수 있는 반면, 전위밀도 감소와 알파결정의 등축정화는 압력관의 인장강도도 감소를 수반하게 된다. 보다 효과적으로 치수안정도를 향상시키기 위해 기존의 압력관용 합금계와 제조방밥을 수정, 보완시킨 새로운 합금계의 설게와 제조공정들의 적용이 시도되고 있다. 본 연구에서 그러한 연구 중의 하나로써 새로운 합금조성을 가진 Zr합금의 시효경화특성, 특히 강력한 석출경화원소인 Mo이 시효특성에 미치는 영향에 대해 고찰해보고자 하였다. 실험합금의 제조로는 EBR(Electron Beam Remelting)을 이용하여 합금을 용해하여 원기둥형태로 주조한 후 980℃의 β영역에서 단조를 실시한 다음, 1030℃의 Ar분위기에서 30분 유지 후 수냉하였다. 수냉된 시편은 열간압연시 산화를 방지하기 위해 SUS판으로 Cladding을 하여 850℃에서 20분간 유지 후 여러 패스에 걸쳐 열간압연을 행하였으며 다시 25%의 냉간압연을 실시한 다음, 일부는 400℃/24시간의 SRA처리를 그리고 나머지는 시효처리를 실시하였다. 시효처리른 100℃의 Ar분위기에서 30분 유지 후 수냉하는 용체화처리를 실시한 후, 10-4torr의 진공분위기에서 행하였으며 300℃, 400℃, 500℃, 600℃에서 각각 1시간 유지 후 노냉하여 최종시편을 제조하였다. 제조된 시편은 각 시효온도에 따른 경도변화를 측정하고 그에 따른 인장강도을 측정하였으며 광학현미경과 TEM을 이용하여 미세조직을 관찰하였다