Mo이 첨가된 Zr합금의 미세조직과 부식특성 연구

초록

원자로용 핵연료 피복관 및 압력관 재료로 사용되는 Zr합금은 고온, 고압, 중성자 조사의 가혹한 조건에서 사용되고 있는데, 최근 고 연소도 및 장주기 운전으로 가동조건이 변화되므로 재료의 안정성 확보를 위해 기계적 특성과 내식성이 우수한 합금이 요구된다. 이러한 요구조건을 만족시키기 위한 특성 향상을 위해 본 연구에서는 Zr-1Nb-1Sn-0.1Fe(wt%)에 각각 0, 0.2, 0.5wt% Mo을 첨가한 합금을 제조하였다. 플라즈마 아크 용해한 시편을 단조, -열처리, 열간 압연, -어닐링, 냉간 압연 후 재결정 열처리한 시편을 TEM으로 미세 조직을 분석 하였고 부식 특성 평가는 Autoclave내에서 220ppm LiOH(360oC/2650psi)조건으로 시행되었다. Zr-1Nb-1Sn-0.1FE합금의 경우 (Zr,Nb)2Fe, -Zr석출물이 Mo첨가 합금에서는 Mo이 포함된 -Nb조성의 ZrNbMoFe석출물이 생성되었고, Mo증가에 따라 석출물의 크기, 분율, 밀도가 증가하였다. Mo첨가시 600 oC/8h열처리 합금의 내부식성은 약간 감소하였으며 600 oC/16h에서는 큰 차이가 없었고, 650 oC/32h에서는 부식성이 크게 악화되었다. 산화막내 tetra-ZrO2이 다량 존재할 때 내부식성이 향상시키는데, X-Ray법으로 tetra-ZrO2함량을 분석한 결과 Mo첨가시 tetra-ZrO2가 감소되었고, SEM을 통해서는 금속/산화막의 계면이 더 불규칙해진 것을 관찰하였다. Mo첨가시 tetra-ZrO2을 안정화할 수 있는 산화막 내의 압축 응력이 감소되었는데 이것은 정렬해 있는 석출물들이 우선적으로 산화하여 산화막을 불균일하게 성장시키고, 그 중 성장 속도가 느린 산화막 부위의 압축 응력이 감소하여 전체 산화막의 압축 응력을 감소시켰기 때문이다.