KR101058872B1 - High concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance, preparation method thereof and use thereof - Google Patents

High concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance, preparation method thereof and use thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101058872B1
KR101058872B1 KR1020090001117A KR20090001117A KR101058872B1 KR 101058872 B1 KR101058872 B1 KR 101058872B1 KR 1020090001117 A KR1020090001117 A KR 1020090001117A KR 20090001117 A KR20090001117 A KR 20090001117A KR 101058872 B1 KR101058872 B1 KR 101058872B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
zirconium
alloy composition
zirconium alloy
weight percent
molybdenum
Prior art date
Application number
KR1020090001117A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100081744A (en
Inventor
김현길
정용환
박상윤
이명호
최병권
박정용
정양일
Original Assignee
한국원자력연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국원자력연구원 filed Critical 한국원자력연구원
Priority to KR1020090001117A priority Critical patent/KR101058872B1/en
Publication of KR20100081744A publication Critical patent/KR20100081744A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101058872B1 publication Critical patent/KR101058872B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C16/00Alloys based on zirconium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02Making non-ferrous alloys by melting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/186High-melting or refractory metals or alloys based thereon of zirconium or alloys based thereon
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/02Fuel elements
    • G21C3/04Constructional details
    • G21C3/06Casings; Jackets
    • G21C3/07Casings; Jackets characterised by their material, e.g. alloys
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/30Assemblies of a number of fuel elements in the form of a rigid unit
    • G21C3/32Bundles of parallel pin-, rod-, or tube-shaped fuel elements
    • G21C3/34Spacer grids
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C5/00Moderator or core structure; Selection of materials for use as moderator
    • G21C5/02Details
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C2202/00Physical properties
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 우수한 내식성 및 크립저항성을 갖는 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금 조성물, 이의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 철(Fe), 크롬(Cr) 및 구리(Cu)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 원소의 총 함량이 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성되는 우수한 내식성 및 크립 저항성을 갖는 지르코늄 합금 조성물, 이의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 지르코늄 합금 조성물은 지르코늄에 고융점의 몰리브덴을 고농도로 첨가할 경우에는 합금에 용해되지 않고 국부적으로 편석이 형성되어 제조성이 결여되므로 제품의 형상을 확보하기 어려운 문제를 해결하기 위해, 몰리브덴과 니오븀의 비율이 2:1인 금속간화합물(Mo2Nb)로 제조한 후 이를 분쇄하여 나노분말로 첨가함으로써, 미세한 분말이 지르코늄에 쉽게 용해되도록 하여 제조성을 확보할 수 있으며, 이는 종래 사용되어 오던 상용피복관인 지르칼로이-4와 비교하여 월등한 내식성 및 우수한 크립저항성을 나타내는 지르코늄 합금을 제공하므로, 고연소도/장주기 운전 중에 사용되는 지르코늄 합금으로 이루어지는 핵연료피복관, 지지격자, 노심구조물 등에 유용하게 사용할 수 있다. The present invention relates to a high-concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance, a preparation method thereof, and a use thereof, more specifically, 0.55-0.8 wt% molybdenum (Mo); 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); The total content of at least one element selected from the group consisting of iron (Fe), chromium (Cr) and copper (Cu) is 0.1-1.0 wt%; And a zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance, including a zirconium (Zr) balance, a method of preparing the same, and a use thereof. In the zirconium alloy composition according to the present invention, when molybdenum having a high melting point is added to zirconium in a high concentration, segregation is locally formed without dissolving in the alloy and thus lacks manufacturability. It is manufactured from an intermetallic compound (Mo 2 Nb) in which the ratio of molybdenum and niobium is 2: 1, and then pulverized and added to the nanopowder, so that fine powder can be easily dissolved in zirconium to secure manufacturability. It is useful for nuclear fuel coating pipes, support grids, core structures, etc., which is composed of zirconium alloys used in high combustion / long cycle operation, because it provides superior corrosion resistance and excellent creep resistance compared to commercially available zircaloy-4. Can be used.

Description

우수한 내식성 및 크립저항성을 갖는 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금 조성물, 이의 제조방법 및 이의 용도{High molybdenum-contained zirconium alloy composition having excellent corrosion and creep resistance, manufacturing method thereof and use thereof}High concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance, a method for producing the same and its use {High molybdenum-contained zirconium alloy composition having excellent corrosion and creep resistance, manufacturing method

본 발명은 우수한 내식성 및 크립저항성을 갖는 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금 조성물, 이의 제조방법 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a high concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance, a preparation method thereof, and a use thereof.

원자력발전소의 원자로 내 구조물은 고온, 고압의 부식 환경과 중성자 조사로 인하여 열화에 의한 성능저하가 원자로의 안전성과 경제성을 감소시키는 원인이 된다. 특히 원자로 내 핵연료 집합체에 사용되는 핵연료 피복관, 지지격자 등의 지르코늄 합금 부품은 부식반응에 의한 산화막 성장 및 크립 변형으로 인한 건전성 저하를 수반하기 때문에 합금조성이 매우 중요하다. 이에, 상술한 낮은 중성자 흡수 단면적과 우수한 기계적 강도 및 내식성을 갖는 지르코늄 합금은 수 십년 동안 국내의 가압경수로(PWR, Pressurized Water Reactor) 원자로에서 널리 사용되어 왔 다. 종래에 개발된 가압경수로 핵연료 집합체용 지르코늄 합금 중 대표적인 합금은 지르칼로이-4(Zircaloy-4, 주석 1.20-1.70 중량%, 철 0.18-0.24 중량%, 크롬 0.07-1.13 중량%, 산소 900-1500 ppm, 지르코늄 잔부)이다.Due to the high temperature and high pressure corrosion environment and neutron irradiation, the deterioration of performance due to deterioration of nuclear power plant causes the safety and economic efficiency of the reactor. Particularly, zirconium alloy parts such as fuel cladding and support lattice used in nuclear fuel assembly in nuclear reactors are very important because alloy composition is accompanied by deterioration of integrity due to oxide growth and creep deformation due to corrosion reaction. Accordingly, the zirconium alloys having the low neutron absorption cross-sectional area and excellent mechanical strength and corrosion resistance have been widely used in domestic Pressurized Water Reactor (PWR) reactors for decades. Representative alloys of zirconium alloys for pressurized light reactor fuel assemblies developed in the related art are Zircaloy-4 (Zircaloy-4, 1.20-1.70 wt% tin, 0.18-0.24 wt% iron, 0.07-1.13 wt% chromium, 900-1500 ppm oxygen). , Zirconium balance).

그러나 최근 원자로의 경제성 향상의 일환으로 핵연료의 주기비 절감을 위하여 핵연료의 교체주기를 늘려 사용하는 고연소도/장주기 운전이 채택되고 있으며, 늘어난 핵연료의 교체주기만큼 핵연료가 고온, 고압의 냉각수 및 수증기와 반응하는 기간이 연장되어 기존의 지르칼로이-4를 핵연료 피복관 재료로 사용하는 경우, 핵연료의 부식현상이 심화되는 문제가 대두되고 있다.However, as part of improving the economic efficiency of nuclear reactors, high-combustion / long-cycle operation is used to increase the replacement cycle of nuclear fuel in order to reduce the cycle cost of nuclear fuel. When the reaction time is extended and the existing Zircaloy-4 is used as the fuel cladding material, the problem of fuel corrosion is increasing.

따라서 상기 고온 및 고압의 냉각수 및 수증기에 대한 부식 저항성이 우수하여 고연소도/장주기용 핵연료 집합체로 사용가능한 재료의 개발이 매우 절실한 실정이며, 이에 따라 부식 저항성이 향상된 지르코늄 합금을 개발하기 위한 많은 연구들이 수행되고 있다. 지르코늄 합금의 내식성은 첨가원소의 종류 첨가량, 가공조건, 열처리 조건 등에 의해 크게 영향을 받기 때문에, 우수한 내식성을 갖는 최적의 조건을 확립하는 것이 무엇보다 중요하다. Therefore, the development of a material that can be used as a high-combustion / long-cycle fuel assembly with excellent corrosion resistance against the high temperature and high pressure cooling water and water vapor is very urgent. Therefore, many studies to develop a zirconium alloy with improved corrosion resistance are needed. Are being performed. Since the corrosion resistance of the zirconium alloy is greatly influenced by the kind of additive element added, processing conditions, heat treatment conditions, etc., it is most important to establish an optimum condition having excellent corrosion resistance.

지르코늄은 열중성자 흡수단면적이 금속 중에서 가장 작고 고온에서 부식 및 기계적 저항성을 유지하기 때문에 원자로 재료로 사용된다. 일반적으로 지르코늄은 상온에서 안정하고 고온에서는 부식 반응성과 크립 변형이 증가한다. 지르코늄에 소량의 주석, 철, 크롬 등을 첨가한 합금 지르칼로이는 내식성이 강하며, 반대로 지르코늄을 첨가한 다른 합금도 우수한 내식성을 나타낸다. Zirconium is used as a reactor material because its thermal neutron absorption area is the smallest among metals and maintains corrosion and mechanical resistance at high temperatures. In general, zirconium is stable at room temperature and increases corrosion reactivity and creep deformation at high temperatures. Alloy zircaloys having a small amount of tin, iron, chromium, etc. added to zirconium have high corrosion resistance, and other alloys containing zirconium also exhibit excellent corrosion resistance.

니오븀(Nb)은 은백색의 광택을 지닌 금속이나 육안으로는 산화막 때문에 청색으로 보이며 비중, 경도 등이 구리와 비슷하나, 부식에 강하며 변형이 쉬운 것이 특징이다. 융점이 2468 ℃로 매우 높으며 내열성, 열전도성 및 내석성이 양호한 특성을 갖는다. 지르코늄 합금에 니오븀을 첨가하면 내식성이 향상되지만, 고용한도 이상으로 첨가하면 열처리에 따라 내식성이 크게 변화될 수 있다. Niobium (Nb) is a silver-white gloss metal, but it looks blue because of its oxide film, and its specific gravity and hardness are similar to copper, but it is resistant to corrosion and easy to deform. It has a very high melting point of 2468 ° C. and has good heat resistance, thermal conductivity and stone resistance. If niobium is added to the zirconium alloy, the corrosion resistance is improved, but if it is added above the solid solution limit, the corrosion resistance may be greatly changed by heat treatment.

철(Fe)은 가장 범용적인 산업용 소재로 탄소나 기타의 원소를 함유시키면 강철(steel) 또는 강(鋼)으로 분류되어 사용된다. 지르코늄 합금에 철을 첨가하면 내식성이 향상된다. Iron is the most common industrial material and contains carbon or other elements and is classified as steel or steel. Adding iron to the zirconium alloy improves the corrosion resistance.

크롬(Cr)은 상온에서 매우 안정적이고 공기 및 물에 침해되지 않는다. 염산과 묽은 황산에서는 수소를 발생시키면서 용해되어 크롬(II)염의 용액이 되는데, 공기 속의 산소에 의하여 빠르게 크롬(III)으로 산화된다. 질산, 크롬산, 인산, 염소산, 과염소산, 왕수 등의 산화성 산에 크롬을 담그면 금속 표면에 산화물의 단단한 박막층이 생겨서 부동태가 되어 용해되지 않는다. 이러한 특성으로 인해 크롬 및 크롬합금은 내식성을 갖게 된다. Chromium (Cr) is very stable at room temperature and does not interfere with air and water. Hydrochloric acid and dilute sulfuric acid dissolve while generating hydrogen to form a solution of chromium (II) salt, which is rapidly oxidized to chromium (III) by oxygen in the air. When chromium is immersed in oxidizing acids such as nitric acid, chromic acid, phosphoric acid, chloric acid, perchloric acid, and aqua regia, a solid thin film layer of oxide is formed on the metal surface, which becomes passive and does not dissolve. These properties make chromium and chromium alloys corrosion resistant.

주석(Sn)은 공기 속에서는 잘 변하지 않으므로 철, 철강, 구리 등의 표면 처리에 이용한다. 지르코늄 합금에 주석을 첨가하면 크립저항성을 증가시키는 반면 내식성을 감소시키는 특성을 갖는다.Since tin (Sn) does not change well in air, it is used for surface treatment of iron, steel, copper, and the like. The addition of tin to zirconium alloys has the property of increasing creep resistance while reducing corrosion resistance.

몰리브덴(Mo)은 BCC 결정구조를 가지며 매우 높은 용융점 (2617℃)을 갖는 원소로 지르코늄 합금에 소량 첨가하면 내식성이 향상되는 특성을 갖는다. 그러나 몰리브덴의 용융점이 매우 높기 때문에 지르코늄 합금에 약 0.5 중량% 이상으로 첨가시에는 몰리브덴이 쉽게 용해되지 않고 편석되어 합금의 제조가 불가능하기 때문에 첨가량에 제한을 갖는다.Molybdenum (Mo) is an element having a BCC crystal structure and having a very high melting point (2617 ° C.) and has a property of improving corrosion resistance when a small amount is added to a zirconium alloy. However, since the molten point of molybdenum is very high, when added to the zirconium alloy by more than about 0.5% by weight, molybdenum does not easily dissolve and segregates, thus making it impossible to manufacture the alloy.

미국등록특허 제4,775,508호에서는 니오븀 0.05-0.4 중량%, 주석 0.1-0.4 중량%, 철 0.05-0.2 중량%, 크롬 또는 니켈이 0.25 중량%, 산소 300-700 ppm 및 지르코늄 잔부로 구성된 합금 조성이 개시되어 있으며, 내식성을 향상시키고자 하였다.U.S. Patent No. 4,775,508 discloses an alloy composition consisting of 0.05-0.4 wt% niobium, 0.1-0.4 wt% tin, 0.05-0.2 wt% iron, 0.25 wt% chromium or nickel, 300-700 ppm oxygen and the balance of zirconium. To improve the corrosion resistance.

미국등록특허 제4,810,461호에서는 주석 1.0-2.0 중량%, 철 0.2-0.35 중량%, 크롬 0.05-0.15 중량%, 니켈 0.03-0.16 중량% 및 지르코늄 잔부로 구성된 합금 조성 및 제조공정이 개시되어 있으며, 합금조성에 의한 부식성을 감소시키고자 하였다. U.S. Patent No. 4,810,461 discloses an alloy composition and manufacturing process consisting of 1.0-2.0 wt% tin, 0.2-0.35 wt% iron, 0.05-0.15 wt% chromium, 0.03-0.16 wt% nickel, and zirconium balance. To reduce the corrosiveness of the composition.

미국등록특허 제5,023,048호에서는 주석 함량의 감소에 따른 기계적 특성을 유지시키기 위한 합금으로 니오븀 0.25-0.35 중량%, 주석 0.35-0.65 중량% 및 지르코늄 잔부로 구성된 합금 조성을 개시하였다. U.S. Patent No. 5,023,048 discloses an alloy composition consisting of 0.25-0.35 wt% niobium, 0.35-0.65 wt% tin and the balance of zirconium as an alloy to maintain mechanical properties according to a decrease in tin content.

상술한 바와 같이, 원자력발전소의 핵연료 집합체 재료로 사용되는 지르코늄 합금의 내식성과 기계적 특성을 개선시키기 위한 노력이 지속적으로 진행되어 오고 있으나, 발전소의 경제성 향상을 위하여 핵연료의 장전주기가 길어지고 목표 연소도가 증가되고 있는 고연소도/장주기 운전 추세를 고려할 때, 고연소도/장주기 운전에서 핵연료의 건전성을 확보할 수 있는 우수한 내식성을 갖는 지르코늄 합금이 지속적으로 요구된다.As described above, efforts have been made to improve the corrosion resistance and mechanical properties of zirconium alloys used as nuclear fuel assembly materials in nuclear power plants.However, in order to improve the economic efficiency of the power plant, the fuel cycle length is long and the target combustion degree is increased. Considering the increasing trend of high combustion / long cycle operation, the zirconium alloy having excellent corrosion resistance to secure nuclear fuel health in high combustion / long cycle operation is continuously required.

이에, 본 발명자들은 지르코늄 합금으로 제조되는 핵연료피복관, 지지격자, 구조물 등의 고연소도/장주기 운전 하에서 가장 문제가 되는 부식가속현상 및 크립저항성을 개선하기 위한 연구를 수행하였다. 특히, 니오븀, 주석, 철이 각각 0.2~0.5 중량%로 첨가된 지르코늄 합금은 내식성이 우수하지만 크립저항성이 매우 취약하여 핵연료피복관으로 적용이 매우 어렵다는 문제를 해결하고자 연구하던 중, 몰리브덴이 부식저항성을 감소시키지 않으면서 크립저항성을 향상시킨다는 것을 확인하였다. Accordingly, the present inventors conducted a study to improve the corrosion acceleration phenomenon and creep resistance which are the most problematic under high combustion / long cycle operation of a nuclear fuel coating tube, a support grid, and a structure made of a zirconium alloy. In particular, zirconium alloys containing 0.2 to 0.5% by weight of niobium, tin, and iron are excellent in corrosion resistance but very poor in creep resistance. It was confirmed that creep resistance was improved without making it.

그러나 고융점을 갖는 몰리브덴을 고농도로 첨가하는 경우 지르코늄에 쉽게 용해되지 않으므로 본 발명에서는 이를 해결하기 위하여 몰리브덴과 동일한 BCC 결정구조를 갖는 니오븀을 몰리브덴과 모합금으로 제조한 후에 나노분말 형태로 첨가 하였다. 이와 같은 연구결과로부터, 니오븀 0.2-0.4 중량%; 주석 0.2-0.4 중량%; 철, 크롬, 구리 중 어느 1종 이상의 원소 또는 원소들의 총함량이 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄 잔부를 함유하는 지르코늄 합금 조성물에 몰리브덴을 0.55~0.8 중량% 첨가함으로써 내식성을 유지하면서 크립저항성을 크게 향상시키는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.However, when molybdenum having a high melting point is added at a high concentration, it is not easily dissolved in zirconium. In the present invention, in order to solve this problem, niobium having the same BCC crystal structure as molybdenum was prepared from molybdenum and a mother alloy and then added in a nanopowder form. From these studies, niobium 0.2-0.4 wt%; 0.2-0.4 wt% tin; The total content of any one or more elements of iron, chromium, copper or elements is 0.1-1.0 wt%; And by adding 0.55 to 0.8% by weight of molybdenum to the zirconium alloy composition containing the zirconium balance, it was confirmed that significantly improved creep resistance while maintaining the corrosion resistance and completed the present invention.

본 발명의 목적은 부식저항성 및 크립저항성이 우수한 몰리브덴 함유 지르코늄 합금 조성물을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a molybdenum-containing zirconium alloy composition excellent in corrosion resistance and creep resistance.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 지르코늄 합금 조성물의 제조방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention to provide a method for producing the zirconium alloy composition.

나아가, 본 발명의 다른 목적은 상기 조성을 갖는 지르코늄 합금의 용도를 제공하는데 있다.Furthermore, another object of the present invention is to provide a use of a zirconium alloy having the above composition.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 철(Fe), 크롬(Cr) 및 구리(Cu)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 원소의 총 함량이 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성되는 우수한 내식성 및 크립 저항성을 갖는 고농 도 몰리브덴(Mo) 함유 지르코늄 합금 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is molybdenum (Mo) 0.55-0.8% by weight; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); The total content of at least one element selected from the group consisting of iron (Fe), chromium (Cr) and copper (Cu) is 0.1-1.0 wt%; And it provides a high concentration molybdenum (Mo) containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance comprising a zirconium (Zr) balance.

또한, 본 발명은 지르코늄에 고융점의 몰리브덴을 고농도로 첨가할 경우에는 합금에 용해되지 않고 국부적으로 편석이 형성되어 제조성이 결여되므로 제품의 형상을 확보하기 어려운 문제를 해결하기 위해, 몰리브덴과 니오븀의 비율이 2:1인 금속간화합물(Mo2Nb)로 제조한 후 이를 분쇄하여 나노분말로 첨가함으로써, 미세한 분말이 지르코늄에 쉽게 용해되도록 하여 제조성을 확보할 수 있는 지르코늄 합금 조성물의 제조방법을 제공한다.In addition, in the present invention, when molybdenum having a high melting point is added to zirconium at a high concentration, molybdenum and niobium are not dissolved in the alloy, and segregation is locally formed, thus lacking in manufacturability. A method of preparing a zirconium alloy composition in which the ratio is 2: 1 and prepared by intermetallic compound (Mo 2 Nb) and then pulverized and added to the nanopowder so that the fine powder can be easily dissolved in zirconium. to provide.

나아가, 본 발명은 상기 조성을 갖는 지르코늄 합금을 사용하는 고연소도/장주기 운전 중에 사용되는 핵연료 피복관, 지지격자, 노심구조물을 제공한다. Furthermore, the present invention provides a nuclear fuel cladding tube, a support grid, and a core structure used during high combustion / long cycle operation using a zirconium alloy having the above composition.

본 발명에 따른 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금 조성물은 종래 사용되어 오던 상용피복관인 지르칼로이-4와 비교하여 월등한 내식성 및 우수한 크립저항성을 나타내는 지르코늄 합금을 제공하므로, 고연소도/장주기 운전 중에 사용되는 지르코늄 합금으로 이루어지는 핵연료피복관, 지지격자, 노심구조물 등에 유용하게 사용할 수 있다. The high-concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition according to the present invention provides a zirconium alloy exhibiting superior corrosion resistance and excellent creep resistance compared to conventional zircaloy-4, which has been used conventionally, and thus, zirconium used during high combustion / long cycle operation It can be usefully used for nuclear fuel cladding, support lattice, and core structure made of alloy.

본 발명은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주 석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 철(Fe), 크롬(Cr) 및 구리(Cu)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 원소의 총 함량이 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성되는 우수한 내식성 및 크립 저항성을 갖는 고농도 몰리브덴(Mo) 함유 지르코늄 합금 조성물을 제공한다.Molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 wt% tin (Sn); The total content of at least one element selected from the group consisting of iron (Fe), chromium (Cr) and copper (Cu) is 0.1-1.0 wt%; And it provides a high concentration molybdenum (Mo) containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance comprising a zirconium (Zr) balance.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명에 따른 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 철(Fe) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성될 수 있다.The zirconium alloy composition according to the present invention is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); Iron (Fe) 0.1-1.0 wt%; And zirconium (Zr) balance.

또한, 본 발명에 따른 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 크롬(Cr) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성될 수 있다.In addition, the zirconium alloy composition according to the present invention is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); 0.1-1.0 wt.% Chromium (Cr); And zirconium (Zr) balance.

나아가, 본 발명에 따른 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 구리(Cu) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성될 수 있다. Furthermore, the zirconium alloy composition according to the present invention is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); 0.1-1.0 weight percent copper (Cu); And zirconium (Zr) balance.

또한, 본 발명에 따른 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 철(Fe) 및 크롬(Cr) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성될 수 있다. In addition, the zirconium alloy composition according to the present invention is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); 0.1-1.0 weight percent of iron (Fe) and chromium (Cr); And zirconium (Zr) balance.

나아가, 본 발명에 따른 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 철(Fe) 및 구리(Cu) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성될 수 있다.Furthermore, the zirconium alloy composition according to the present invention is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); 0.1-1.0 weight percent of iron (Fe) and copper (Cu); And zirconium (Zr) balance.

또한, 본 발명에 따른 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 크롬(Cr) 및 구리(Cu) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성될 수 있다. In addition, the zirconium alloy composition according to the present invention is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); 0.1-1.0 wt% chromium (Cr) and copper (Cu); And zirconium (Zr) balance.

본 발명에 따른 지르코늄 합금 조성물에 있어서, 사용되는 금속 원소는 몰리브덴(Mo); 니오븀(Nb); 주석(Sn); 철(Fe), 크롬(Cr) 및 구리(Cu)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 원소; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함한다. In the zirconium alloy composition according to the present invention, the metal element used is molybdenum (Mo); Niobium (Nb); Tin (Sn); At least one element selected from the group consisting of iron (Fe), chromium (Cr) and copper (Cu); And zirconium (Zr) balance.

본 발명에 따른 지르코늄 합금 조성물에 사용되는 금속 원소는 종류의 과다로 인하여 중성자 조사중에 예기치 못한 지르코늄 석출물 상이 지르코늄 기지 내에 형성되어 지르코늄의 내식성을 저하시키는 것을 방지하기 위해, 금속 원소의 종류는 지르코늄을 제외하고 최대 4 또는 5로 제한된다.The metal element used in the zirconium alloy composition according to the present invention is a type of metal element except zirconium in order to prevent an unexpected zirconium precipitate phase is formed in the zirconium base during the neutron irradiation due to the excess of the kind to reduce the corrosion resistance of zirconium And is limited to a maximum of four or five.

이하, 본 발명에 따른 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금 조성물에 첨가되는 원소의 역할 및 효과를 살펴본다.Hereinafter, the role and effect of the element added to the high concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition according to the present invention.

1) 몰리브덴(Mo)1) Molybdenum (Mo)

본 발명에 따른 상기 지르코늄 합금 조성은 우수한 내식성과 크립 저항성을 확보하기 위해, 지르코늄 기지에서 확산속도가 가장 낮은 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 텅스텐(W) 등을 고려하였으며, 이들 중 중성자 흡수가 가장 낮은 몰리브덴을 포함한다. 상기 몰리브덴은 지르코늄과의 공석온도(eutectoid temperature)가 738 ℃이므로, 용체화 처리 이후 가공에 도입되는 열처리는 700 ℃ 이하로 수행하여 ZrMo2 석출상이 생성되도록 하여 강도 및 크립 저항성을 향상시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 지르코늄 합금 조성물에 있어서, 상기 몰리브덴의 함량이 0.55 중량% 미만이면 크립저항성의 향상이 상용 피복관인 지르칼로이-4에 미치지 못하는 문제가 있고, 0.8 중량%를 초과하는 경우에는 초과량에 대한 크립저항성 향상 효과가 미비하고, 합금 제조시 크랙의 형성으로 제조성이 감소하는 문제가 있다.In order to secure excellent corrosion resistance and creep resistance, the zirconium alloy composition according to the present invention considers molybdenum (Mo), vanadium (V), tungsten (W), etc. having the lowest diffusion rate in the zirconium base, among which neutron absorption Contains the lowest molybdenum. Since the molybdenum has an eutectoid temperature with zirconium of 738 ° C., the heat treatment introduced into the processing after the solution treatment is performed at 700 ° C. or less to generate a ZrMo 2 precipitated phase, thereby improving strength and creep resistance. Therefore, in the zirconium alloy composition according to the present invention, if the content of the molybdenum is less than 0.55% by weight, there is a problem that the improvement of creep resistance does not reach the zircaloy-4, which is a commercial cladding tube, and exceeds 0.8% by weight. There is a problem in that the creep resistance improving effect on the amount is insufficient, and the manufacturability decreases due to the formation of cracks during alloy production.

2) 니오븀(Nb)2) niobium (Nb)

니오븀은 지르코늄 합금의 부식 저항성을 크게 향상시키는 역할을 한다. 그러나 0.2 중량% 미만으로 첨가하면 우수한 내식성의 확보가 어렵고, 0.4 중량%가 초과되도록 첨가하면 특정한 열처리 온도와 시간을 도입하여 석출물의 크기와 조성 을 제어해야만 내식성의 향상을 기대할 수 있다[Y.H. Jeong et al. J. Nucl Mater. vol 317 p.1]. 따라서 니오븀의 함량은 0.2-0.4 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. Niobium serves to greatly improve the corrosion resistance of zirconium alloys. However, if it is added less than 0.2% by weight, it is difficult to secure excellent corrosion resistance. If it is added so that 0.4% by weight is added, it is necessary to control the size and composition of the precipitate by introducing a specific heat treatment temperature and time to improve the corrosion resistance [Y.H. Jeong et al. J. Nucl Mater. vol 317 p. 1]. Therefore, the content of niobium preferably contains 0.2-0.4% by weight.

3) 주석(Sn) 3) Tin (Sn)

주석은 지르코늄 합금에서 α-상 안정화 원소로 알려져 있으며, 고용강화에 의해 기계적 강도를 향상시키는 작용을 한다. 상기 주석은 내식성 감소에 큰 영향을 주지 않는 0.2-0.4 중량% 로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 0.2 중량% 미만인 경우에는 내식성 증가 효과가 미약한 문제가 있고, 0.4 중량%를 초과하는 경우에는 내식성을 감소시키는 문제가 있다. Tin is known as an α-phase stabilizing element in zirconium alloys, and serves to improve mechanical strength by solid solution strengthening. The tin is preferably added at 0.2-0.4% by weight, which does not significantly affect the corrosion resistance. If less than 0.2% by weight, there is a problem that the effect of increasing the corrosion resistance is weak, and when it exceeds 0.4% by weight, there is a problem of reducing the corrosion resistance.

4) 철(Fe), 크롬(Cr) 및 구리(Cu)4) Iron (Fe), Chromium (Cr) and Copper (Cu)

철은 지르코늄 합금의 내식성을 향상시키기 위해 첨가되는 원소로 0.3 중량% 이상 첨가되면 내식성이 향상되는 것으로 보고되어 있다[A. Seibold er al.; Proceedings, International KTGENS Topical Meeting on Nuclear Fuel, TOPFUEL 95, Wurzburg, Germany, 12-15 March 1995, vol 2, p.117]. 크롬은 철과 마찬가지로 합금의 내식성을 증가시키는 주요원소로 0.2 중량% 이상 첨가되어야 내식성이 향상되는 것으로 알려져 있다[F. Garzarolli et al. ASTM-STP 1245 (1994) p.709]. 또한 구리는 미량을 첨가하면 지르코늄 합금의 내식성을 향상시키는 원소이다. 철, 크롬 및 구리는 지르코늄 합금에 고용량이 매우 낮기 때문에 0.1 중량%만 첨가하여 도 석출상을 형성하고 석출상의 크기도 조대해지기 때문에 크립저항성의 향상에는 큰 역할을 하지 못한다. 따라서 본 발명에서는 이를 방지하기 위하여 확산을 크게 억제하는 몰리브덴을 첨가함으로써 크립저항성을 부가시킬 수 있다. 이러한 몰리브덴(Mo)의 첨가에 의한 크립저항성의 증가 효과를 감소시키지 않는다는 관점에서, 상기 철(Fe), 크롬(Cr), 구리(Cu) 또는 이들의 혼합은 총 첨가량이 0.1-1.0 중량%인 것이 바람직하다. Iron is an element added to improve the corrosion resistance of zirconium alloys, and it is reported that corrosion resistance is improved when 0.3 wt% or more is added [A. Seibold er al .; Proceedings, International KTGENS Topical Meeting on Nuclear Fuel, TOPFUEL 95, Wurzburg, Germany, 12-15 March 1995, vol 2, p. 117]. Chromium, like iron, is a major element that increases the corrosion resistance of alloys. Garzarolli et al. ASTM-STP 1245 (1994) p. 709]. Moreover, copper is an element which improves the corrosion resistance of a zirconium alloy when adding a trace amount. Iron, chromium, and copper do not play a significant role in improving creep resistance because the zirconium alloy has a very low solid solution and thus forms precipitated phases by adding only 0.1% by weight and coarsens the precipitated phases. Therefore, in the present invention, creep resistance can be added by adding molybdenum which greatly suppresses diffusion in order to prevent this. In view of not reducing the effect of increasing creep resistance by the addition of molybdenum (Mo), the iron (Fe), chromium (Cr), copper (Cu) or a mixture thereof has a total added amount of 0.1-1.0 wt% It is preferable.

또한, 본 발명은 지르코늄 합금 조성 원소의 혼합물을 용해하여 주괴를 제조하는 단계(단계 1);In addition, the present invention comprises the steps of dissolving a mixture of the zirconium alloy composition elements to produce an ingot (step 1);

상기 단계 1에서 제조된 주괴를 β상 영역에서 단조시키는 β-단조 단계(단계 2);A forging step (step 2) of forging the ingot prepared in step 1 in the beta phase region;

상기 단계 2에서 단조된 주괴를 β상 영역에서 용체화 열처리 후 급냉시키는 β-소입 단계(단계 3); A quenching step (step 3) of quenching the ingot forged in the step 2 after the solution heat treatment in the β phase region;

상기 단계 3에서 β-소입된 주괴를 열간 압출하는 열간 가공 단계(단계 4);A hot working step of hot extruding the β-sintered ingot in step 3 (step 4);

상기 단계 4에서 열간 압출된 압출체를 최초 열처리를 수행하는 단계(단계 5);Performing an initial heat treatment on the extruded hot extruded body in step 4 (step 5);

상기 단계 5에서 열처리된 압출체를 냉간가공 및 중간 열처리시키는 단계(단계 6); 및Cold working and intermediate heat treatment of the extruded body heat-treated in step 5 (step 6); And

상기 단계 6에서 제조된 중간 제품을 냉간 가공한 후, 최종 열처리를 수행하는 단계(단계 7);를 포함하여 이루어지는 고농도 몰리브덴을 함유하는 지르코늄 합 금 조성물의 제조방법을 제공한다.After cold working the intermediate product prepared in step 6, and performing a final heat treatment (step 7); provides a method for producing a zirconium alloy composition containing a high concentration molybdenum comprising.

이하, 본 발명의 제조방법을 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the present invention will be described in detail step by step.

단계 1: 주괴 제조Step 1: Ingot Manufacturing

먼저, 단계 1은 상기 지르코늄 합금 조성 원소의 혼합물을 용해하여 만든 주괴를 제조하는 단계이다.First, step 1 is a step of preparing an ingot made by melting the mixture of the zirconium alloy composition elements.

상기 주괴는 진공 아크용해(Vacuum arc remelting, VAR)방법에 의해 제조되는 것이 바람직하며, 구체적으로는 챔버 내에 진공 상태를 1 × 10-5 torr로 유지한 후, 고순도(99.99%)의 아르곤(Ar) 가스를 0.1 - 0.3 torr로 주입하고, 500 ~ 1000 A의 전류를 가하여 용해시킨 후, 냉각시켜 버튼 등의 형태로 주괴를 제조한다.The ingot is preferably manufactured by a vacuum arc remelting (VAR) method, specifically, after maintaining a vacuum state of 1 × 10 -5 torr in the chamber, high purity (99.99%) of argon (Ar) ) The gas is injected at 0.1-0.3 torr, dissolved by applying a current of 500 to 1000 A, and then cooled to prepare an ingot in the form of a button or the like.

상기 합금 조성 원소의 혼합물의 용해 단계에 있어서, 고융점의 몰리브덴 원소는 먼저 몰리브덴과 니오븀의 비율이 2:1인 금속간화합물(Mo2Nb)의 형태로 제조한 후, 이를 나노분말(100 nm 이하)로 분쇄한 다음 첨가하여 다른 조성 원소들과 혼합하여 용해시키는 것이 바람직하다. 이는 지르코늄에 2617 ℃의 고융점의 몰리브덴을 0.55 중량% 이상의 고농도로 직접 첨가할 경우에는 합금에 용해되지 않고 국부적으로 편석이 형성되어 제조성이 결여됨으로써 제품의 형상을 확보하기 어려운 문제를 해결하기 위함이다.In the dissolving step of the mixture of the alloying elements, the molybdenum element having a high melting point is first prepared in the form of an intermetallic compound (Mo 2 Nb) in which the ratio of molybdenum and niobium is 2: 1, and then nanopowder (100 nm). It is preferable to grind | pulverize to below), and then add and mix and dissolve it with other composition elements. When molybdenum with high melting point of 2617 ℃ is added directly to zirconium at high concentration of 0.55 wt% or more, it is not dissolved in the alloy and segregation is formed locally, which is difficult to secure the shape of the product due to lack of manufacturability. to be.

이때, 불순물이 편석되거나 합금 조성이 주괴 내에 불균일하게 분포되는 것 을 최소화하기 위하여 합금 조성 원소 혼합물을 3 - 5회 반복하여 용해시키는 것이 바람직하다. 냉각과정에서는 시편 표면에서 산화현상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 아르곤 등의 비활성 기체를 주입하여 냉각하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to dissolve the alloy composition element mixture three to five times in order to minimize the segregation of impurities or uneven distribution of the alloy composition in the ingot. In the cooling process, in order to prevent the occurrence of oxidation on the surface of the specimen, it is preferable to cool by injecting an inert gas such as argon.

단계 2: β-단조Step 2: β-forging

다음으로, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 주괴를 β상 영역에서 단조시키는 단계이다. Next, step 2 is a step of forging the ingot prepared in step 1 in the β-phase region.

이 단계에서는 상기 제조된 주괴 내의 주조조직을 파괴하기 위하여 1000 ℃ 이상인 β상 영역에서 단조함으로써 성취될 수 있으며, 바람직하게는 상기 단조는 1000 - 1200 ℃에서 수행될 수 있다. 만일 상기 단조온도가 1000 ℃ 미만이면, 주괴조직이 쉽게 파괴되지 않는 문제가 있고, 1200 ℃를 초과하면 열처리비용이 높아지는 문제가 있다.In this step, it can be achieved by forging in the β-phase region of 1000 ℃ or more in order to break the cast structure in the produced ingot, preferably the forging can be carried out at 1000-1200 ℃. If the forging temperature is less than 1000 ℃, there is a problem that the ingot structure is not easily destroyed, if the temperature exceeds 1200 ℃ there is a problem that the heat treatment cost increases.

단계 3: β-소입Step 3: β-Annealing

다음으로, 단계 3은 상기 단계 2에서 단조된 주괴를 β상 영역에서 용체화 열처리를 수행한 후 급냉시키는 단계이다.Next, step 3 is a step of quenching the ingot forged in the step 2 after the solution heat treatment in the β-phase region.

이 단계는 주괴 내의 합금 조성을 균질화하고 미세한 석출물을 얻기 위하여 상기 주괴를 β상 영역에서 용체화 열처리 및 냉각시킨다. 이때 시편의 산화현상을 방지하기 위하여 스테인리스 강판으로 시편을 봉입한 후, 바람직하게는 1000 - 1200 ℃, 더 바람직하게는 1050 - 1100 ℃에서 열처리한다. 이때 열처리 시간은 10 - 30분 정도가 바람직하며, 10 - 20분이 더욱 바람직하다. 열처리 후에는 물을 이용하여 β상 영역에서 400 ℃ 이하의 온도, 바람직하게는 300 - 400 ℃까지 냉각하는 것이 바람직하다. 급냉시켜 제조된 주괴의 조직은 마르텐사이트(martensite) 조직 또는 위드만슈테텐(widmanstatten) 조직이 형성된다.This step homogenizes the alloy composition in the ingot and cools and heats the ingot in the β phase region in order to obtain fine precipitates. At this time, the specimen is sealed with a stainless steel sheet in order to prevent oxidation of the specimen, and preferably, heat treatment at 1000-1200 ° C, more preferably 1050-1100 ° C. At this time, the heat treatment time is preferably about 10-30 minutes, more preferably 10-20 minutes. After the heat treatment, water is preferably cooled to a temperature of 400 ° C. or lower, preferably 300 to 400 ° C. in the β-phase region. The tissue of the ingot prepared by quenching is formed of martensite tissue or widmanstatten tissue.

단계 4: 열간 가공Step 4: Hot Machining

다음으로, 단계 4는 상기 단계 3에서 β-소입된 주괴를 열간 압출하는 단계이다.Next, step 4 is a step of hot extrusion of the β-sintered ingot in step 3.

상기 단계 3에서 β-소입된 주괴는 중공 빌레트로 가공한 후 열간 압출(hot extrusion)하여 중간제품으로서 냉간가공에 적합한 압출체(extruded shell)로 제조될 수 있다. 상기 단계에서, 압출 시간은 20 - 40분이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30분으로 수행하는 것이 바람직하다. 압출 온도는 630 - 670 ℃인 것이 바람직하다. 상기 온도를 벗어나는 경우에는 다음 단계의 가공에 적합한 압출체를 얻기 어렵다. The β-sintered ingot in step 3 may be manufactured into an extruded shell suitable for cold working as an intermediate product after hot extrusion after processing into a hollow billet. In this step, the extrusion time is preferably 20-40 minutes, more preferably 30 minutes. It is preferable that extrusion temperature is 630-670 degreeC. If it is out of this temperature, it is difficult to obtain an extruded body suitable for the processing of the next step.

단계 5: 최초 열처리Step 5: Initial Heat Treatment

다음으로, 단계 5는 상기 단계 4에서 압출된 중간체품(압출체)을 최초 열처리를 수행하는 단계이다.Next, step 5 is a step of performing an initial heat treatment of the intermediate product (extruded body) extruded in step 4.

상기 열처리 온도는 600 ℃ 이하로 설정한다. 구체적으로는 상기 압출된 중간제품을 570 - 590 ℃에서 2 - 4시간 동안 열처리를 수행하는 것이 바람직하다. 상기 최초 열처리 온도가 570 ℃ 미만이면 가공성에 문제가 있고, 590 ℃를 초과하면 조대한 석출상의 형성으로 내식성이 저하되는 문제가 있다. The heat treatment temperature is set to 600 ° C or less. Specifically, the extruded intermediate product is preferably subjected to heat treatment at 570-590 ° C. for 2-4 hours. If the initial heat treatment temperature is less than 570 ° C., there is a problem in workability. If the initial heat treatment temperature is higher than 590 ° C., there is a problem that corrosion resistance is lowered due to the formation of coarse precipitated phase.

단계 6: 냉간 가공 및 중간 열처리Step 6: cold working and intermediate heat treatment

다음으로, 단계 6은 상기 단계 5에서 열처리된 중간제품에 대하여 냉간가공 및 중간 열처리를 수행하는 단계이다.Next, step 6 is to perform a cold working and an intermediate heat treatment for the intermediate product heat-treated in step 5.

상기 단계 6의 냉간가공 및 중간 열처리는 필요하다면 1회 이상 수회 반복 수행될 수 있다. 즉, 상기 단계 5에서 열처리된 중간제품을 1 - 5회 냉간가공을 수행하고, 상기 냉간가공 사이에 1 - 4회의 중간 열처리를 수행할 수 있다. 이때 상기 중간 열처리는 570 - 590 ℃에서 3 - 5시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 상기 열처리 온도가 570 ℃ 미만이면 가공성에 문제가 있고, 590 ℃를 초과하면 조대한 석출상의 형성으로 내식성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 상기 냉간가공 수행시 냉간가공량은 20 - 85%가 바람직하다. 구체적으로는 1차 냉간가공량은 20 - 80%, 2차 냉간가공량은 30 - 85%, 3차 냉간가공량은 35 - 85%가 되도록 하는 것이 더욱 바람직하다. 만일 상기 냉간가공량이 20% 미만이면, 원하는 두께의 제품을 얻을수 없는 문제가 있고, 85%를 초과하면 가공성에 문제가 있다. The cold working and the intermediate heat treatment of step 6 may be repeated one or more times if necessary. That is, the intermediate product heat-treated in step 5 may be cold worked 1 to 5 times, and the intermediate heat treatment may be performed 1 to 4 times between the cold processes. At this time, the intermediate heat treatment is preferably performed for 3 to 5 hours at 570-590 ℃. If the heat treatment temperature is less than 570 ° C., there is a problem in workability, and if it exceeds 590 ° C., there is a problem that corrosion resistance is lowered due to the formation of coarse precipitated phase. In addition, the cold working amount when performing the cold working is preferably 20 to 85%. Specifically, the primary cold working amount is more preferably 20 to 80%, the secondary cold working amount is 30 to 85%, and the third cold working amount is 35 to 85%. If the cold working amount is less than 20%, there is a problem that a product of a desired thickness cannot be obtained, and if it exceeds 85%, there is a problem in workability.

단계 7: 최종 열처리Step 7: Final Heat Treatment

다음으로 단계 7은 냉간 및 중간 열처리된 중간제품을 최종 열처리하는 단계이다. 상기 중간제품의 냉간가공을 통한 크립 저항성을 증가시키기 위하여 수행한 다. 이때 상기 최종 열처리는 진공에서 이루어지는 것이 바람직하며, 500 - 520 ℃에서 2 - 10시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 상기 온도가 500 ℃ 미만이면 크립 저항성이 감소되는 문제가 있고, 520 ℃를 초과하면 기계적 강도가 저하되는 문제가 있다. 또한 상기의 열처리 시간이 2시간 미만이면 가공조직이 남아있는 문제가 있고, 10시간을 초과하면 석출상이 조대해져 내식성이 저하되는 문제가 있다. Next, step 7 is a final heat treatment of the cold and intermediate heat-treated intermediate product. It is carried out to increase the creep resistance through cold working of the intermediate product. At this time, the final heat treatment is preferably made in a vacuum, it is preferably carried out at 500-520 ℃ for 2-10 hours. If the temperature is less than 500 ° C., there is a problem that creep resistance is reduced, and if it is more than 520 ° C., there is a problem that the mechanical strength is lowered. In addition, when the heat treatment time is less than 2 hours, there is a problem that the processed structure remains, and when more than 10 hours, the precipitated phase becomes coarse and corrosion resistance is deteriorated.

나아가, 본 발명은 상기 지르코늄 합금 조성을 갖는 고연소도/장주기 운전 중에 사용되는 핵연료 피복관을 제공한다.The present invention further provides a nuclear fuel cladding tube for use during high combustion / long cycle operation with the zirconium alloy composition.

또한, 본 발명은 상기 지르코늄 합금 조성을 갖는 고연소도/장주기 운전 중에 사용되는 지지격자를 제공한다.The present invention also provides a support grid for use during high combustion / long cycle operation with the zirconium alloy composition.

나아가, 본 발명은 상기 지르코늄 합금 조성을 갖는 고연소도/장주기 운전 중에 사용되는 노심구조물을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a core structure for use during high combustion / long cycle operation with the zirconium alloy composition.

본 발명에 따른 조성의 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금은 종래 사용되고 있는 상용피복관인 지르칼로이-4(Zircaloy-4)와 대비하여 월등한 부식저항성을 나타낼 뿐만 아니라, 몰리브덴을 함유함으로써, 우수한 크립저항성을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 몰리브덴의 함유 유무 또는 함유하는 경우에도 함량의 정도에 따라, 크립저항성에서 현저한 차이가 있음을 알 수 있다(실험예 1 및 실험예 2 참조 ).The high-concentration molybdenum-containing zirconium alloy of the composition according to the present invention exhibits superior corrosion resistance as well as superior corrosion resistance as compared to conventional commercially used coating tube, Zircaloy-4, and exhibits excellent creep resistance by containing molybdenum. Able to know. In addition, it can be seen that there is a significant difference in creep resistance, depending on the degree of content even in the presence or absence of molybdenum (see Experimental Example 1 and Experimental Example 2).

따라서, 본 발명의 따른 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금 조성을 갖는 지르코늄 함금은 고연소도/장주기 운전 중에 사용되는 핵연료 피복관, 지지격자, 노심구조물 등에 유용하게 사용할 수 있다.Therefore, the zirconium alloy having a high concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition according to the present invention can be usefully used for nuclear fuel cladding, support lattice, core structure, etc. used during high combustion / long cycle operation.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited by the following examples.

<실시예 1> 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금의 제조 1Example 1 Preparation of High Molybdenum-Containing Zirconium Alloy 1

단계 1: 주괴 제조Step 1: Ingot Manufacturing

몰리브덴(Mo) 0.55 중량%, 니오븀(Nb) 0.3 중량%, 주석(Sn) 0.3 중량%, 철(Fe) 0.2 중량% 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하는 조성물에 대해 진공 아크 용해(VAR) 방법을 이용하여 주괴를 제조하였다. 사용된 지르코늄은 ASTM B349에 명기된 원자력급 스펀지(sponge) 지르코늄이 사용되었고 합금원소는 99.99% 이상의 고순도 제품이 사용되었다. 이때, 고융점/고농도를 갖는 몰리브덴 원소의 첨가는 몰리브덴과 니오븀이 2:1인 금속간화합물(Mo2Nb)의 형태로 제조한 후, 나노분말(100 nm 이하)로 분쇄한 다음 나머지 조성 원소들에 첨가하였다.Vacuum arc dissolution (VAR) method for compositions comprising 0.55% molybdenum (Mo), 0.3% niobium (Nb), 0.3% tin (Sn), 0.2% iron (Fe), and zirconium (Zr) balance. Ingot was prepared using the method. The zirconium used was a nuclear grade sponge zirconium as specified in ASTM B349, and the alloy element was a high purity product of 99.99% or more. At this time, the addition of the molybdenum element having a high melting point / high concentration is prepared in the form of molybdenum and niobium 2: 1 intermetallic compound (Mo 2 Nb), and then pulverized into a nano powder (100 nm or less) and then the remaining composition elements To the field.

불순물이 편석되거나 합금조성이 불균일하게 분포하는 것을 방지하기 위하여 4회 반복 용해를 실시하였으며, 용해시 산화되는 것을 방지하기 위하여 챔버 내에 진공을 1×10-5 토르(torr)까지 충분히 유지한 다음 고순도(99.99%)의 아르곤 가스를 주입한 상태에서 인가전류 500 A로 가하여, 냉각수 압력 1 kgf/cm2, 직경 60 mm의 수냉 구리 도가니에서 상기 주괴를 제조하였다.In order to prevent impurities from segregation or uneven distribution of alloy composition, four times of dissolution were performed. In order to prevent oxidation during dissolution, vacuum was sufficiently maintained in the chamber to 1 × 10 -5 torr and then high purity The ingot was prepared in a water-cooled copper crucible having a cooling water pressure of 1 kgf / cm 2 and a diameter of 60 mm by applying an applied current of 500 A while injecting (99.99%) of argon gas.

단계 2: β-단조 Step 2: β-forging

상기 제조된 주괴 내의 주조조직을 파괴하기 위하여 1100 ℃의 β상 영역에서 단조를 수행하였다.Forging was performed in the β phase region at 1100 ° C. in order to break the cast structure in the prepared ingot.

단계 3: β-소입Step 3: β-Annealing

상기 제조된 주괴 내의 주조조직을 파괴하기 위하여 1050 ℃의 β상 영역에서 15분 동안 용체화 열처리를 수행하였다. 열처리가 완료된 후 상기 주괴를 실온의 물이 가득찬 수조에 떨어뜨리는 방법으로 급냉시켜 마르텐사이트(martensite) 조직 또는 위드만슈테텐(widmanstatten) 조직을 형성시켰다. The solution heat treatment was performed for 15 minutes in the β-phase region of 1050 ℃ to break the cast structure in the prepared ingot. After the heat treatment was completed, the ingot was quenched by dropping it into a water-filled water bath at room temperature to form martensite tissue or widmanstatten tissue.

단계 4: 열간 가공 Step 4: Hot Machining

상기 β-소입된 재료를 중공 빌레트로 가공한 후 630~670 ℃에서 15분 동안 예열 후 열간 압출하여 냉간가공에 적합한 중간제품을 제조하였다.The β-sintered material was processed into a hollow billet and then preheated at 630 to 670 ° C. for 15 minutes, followed by hot extrusion to prepare an intermediate product suitable for cold working.

단계 5: 최초 열처리 Step 5: Initial Heat Treatment

상기 열간 압출된 재료는 580(±10) ℃에서 3시간 동안 최초 열처리를 수행하였다. The hot extruded material was subjected to initial heat treatment at 580 (± 10) ° C for 3 hours.

단계 6: 냉간 가공 및 중간 열처리Step 6: cold working and intermediate heat treatment

최초 열처리한 상기 중간제품을 냉간 가공하고, 580(±10) ℃에서 3시간 동안 중간 열처리를 수행하였다.The first intermediate product was cold worked, and the intermediate heat treatment was performed for 3 hours at 580 (± 10) ° C.

단계 7: 최종 열처리Step 7: Final Heat Treatment

중간 열처리한 상기 중간제품을 냉간가공하고, 진공 상태의 510(±10) ℃에서 3시간 동안 최종열처리를 수행하여 본 발명에 따른 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금을 제조하였다. The intermediate product after the intermediate heat treatment was cold worked, and the final heat treatment for 3 hours at 510 (± 10) ℃ in a vacuum state to prepare a high concentration molybdenum-containing zirconium alloy according to the present invention.

<실시예 2-6> 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금의 제조 2-6Example 2-6 Preparation of High Molybdenum-Containing Zirconium Alloys 2-6

지르코늄 합금 조성물을 구성하는 화학적 조성을 제외하고,는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 상기 우수한 내식성을 갖는 지르코늄 합금을 제조하였다. 상기 지르코늄 합금 조성물을 구성하는 화학적 조성은 하기 표 1에 나타내었다.Except for the chemical composition constituting the zirconium alloy composition, was carried out in the same manner as in Example 1 to prepare a zirconium alloy having the excellent corrosion resistance. The chemical composition constituting the zirconium alloy composition is shown in Table 1 below.

<비교예 1-4> 지르코늄 합금의 제조 1-4 Comparative Example 1-4 Preparation of Zirconium Alloy 1-4

비교예 1-3의 합금은 지르코늄 합금 조성물을 구성하는 화학적 조성을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하여 지르코늄 합금을 제조하였다. 비교예 4의 합금은 상용 지르칼로이-4(Zircaloy-4) 합금의 조성과 제조공정을 따라 제조하였다. 상기 지르코늄 합금 조성물을 구성하는 화학적 조성은 하기 표 1에 나타내었다. 비교예 2의 합금은 용해단계에서 몰리브덴을 니오븀과 금속간화합물로 첨가하지 않고 제조하려고 했지만, 용해 이후의 제조단계에서 크랙이 많이 발생하여 부식 및 크립 성능을 평가하기 위한 시편제조가 불가능하였다.The alloy of Comparative Example 1-3 was carried out in the same manner as in Example 1 except for the chemical composition constituting the zirconium alloy composition to prepare a zirconium alloy. The alloy of Comparative Example 4 was prepared according to the composition and manufacturing process of a commercial Zircaloy-4 alloy. The chemical composition constituting the zirconium alloy composition is shown in Table 1 below. The alloy of Comparative Example 2 was attempted to be prepared without adding molybdenum as the niobium and intermetallic compound in the dissolving step, but many cracks occurred in the manufacturing step after dissolution, and thus it was impossible to prepare a specimen for evaluating corrosion and creep performance.


구분

division
화학적 조성Chemical composition
몰리브덴
(중량%)
molybdenum
(weight%)
니오븀
(중량%)
Niobium
(weight%)
주석
(중량%)
Remark
(weight%)

(중량%)
iron
(weight%)
크롬
(중량%)
chrome
(weight%)
구리
(중량%)
Copper
(weight%)
지르코늄
(중량%)
zirconium
(weight%)
실시예 1Example 1 0.550.55 0.30.3 0.30.3 0.30.3 -- -- 잔부Remainder 실시예 2Example 2 0.80.8 0.30.3 0.30.3 0.30.3 -- -- 잔부Remainder 실시예 3Example 3 0.550.55 0.30.3 0.30.3 -- 0.20.2 -- 잔부Remainder 실시예 4Example 4 0.80.8 0.30.3 0.30.3 -- 0.20.2 -- 잔부Remainder 실시예 5Example 5 0.550.55 0.30.3 0.30.3 -- 0.10.1 0.10.1 잔부Remainder 실시예 6Example 6 0.550.55 0.30.3 0.30.3 0.20.2 0.20.2 0.20.2 잔부Remainder 비교예 1Comparative Example 1 -- 0.30.3 0.30.3 0.30.3 -- -- 잔부Remainder 비교예 2Comparative Example 2 0.450.45 0.30.3 0.30.3 0.30.3 -- -- 잔부Remainder 비교예 3Comparative Example 3 -- 0.30.3 0.30.3 0.20.2 0.20.2 0.10.1 잔부Remainder 비교예 4Comparative Example 4 -- -- 1.51.5 0.20.2 0.10.1 -- 잔부Remainder

<실험예 1> 내식성 실험 Experimental Example 1 Corrosion Resistance Experiment

본 발명에 따른 조성의 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금의 내식성을 알아보기 위해, 하기와 같은 부식 실험을 수행하였다. In order to determine the corrosion resistance of the high concentration molybdenum-containing zirconium alloy of the composition according to the present invention, the following corrosion experiment was performed.

상기 실시예 1-6 및 비교예 1-4의 지르코늄 합금을 길이 25×15×1 mm의 시편으로 제작한 후, 물(H2O):질산(HNO3):불산(HF)의 부피비가 50:40:10인 용액에 담그어 표면의 불순물과 표면에 미세하게 존재하는 결함을 제거하였다. 상기 표면처리된 시편은 오토클래이브에 장입직전에 표면적과 초기무게를 측정하였다. 이후 360 ℃ 냉각수에서 270일 동안 부식시킨 후, 시편의 무게 증가를 측정함으로써, 부식정도를 표면적 대비 무게증가량을 계산하여 정량적으로 평가하였다. 상기 부식 실험결과는 하기 표 2 및 도 1에 나타내었다. After preparing the zirconium alloys of Examples 1-6 and Comparative Examples 1-4 into specimens of 25 × 15 × 1 mm in length, the volume ratio of water (H 2 O): nitric acid (HNO 3 ): hydrofluoric acid (HF) was Dipping in a solution of 50:40:10 removes impurities on the surface and microscopic defects on the surface. The surface treated specimens were measured for surface area and initial weight just prior to loading into the autoclave. After corrosion for 270 days in 360 ℃ cooling water, by measuring the weight increase of the specimen, the degree of corrosion was quantitatively evaluated by calculating the weight increase relative to the surface area. The corrosion test results are shown in Table 2 and FIG. 1.

표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 지르코늄 합금 조성으로 이루어진 실시예 1-6은 냉각수 환경에서의 무게 증가량이 33-38 mg/dm2로서, 비교예 1-3의 34~39 mg/dm2과는 유사하나, 비교예 4(85 mg/dm2)와 대비하면 무게 증가량이 절반에 해당되므로 내식성이 비교예 4의 상용 지르칼로이(Zircaloy-4)보다 매우 우수한 것을 알 수 있다.As shown in Table 2, Example 1-6 consisting of a zirconium alloy composition according to the present invention is 33-38 mg / dm 2 weight increase in the cooling water environment, 34 ~ 39 mg / dm of Comparative Examples 1-3 2 is similar to that of Comparative Example 4 (85 mg / dm 2 ), and thus, the weight increase amount is about half, and thus the corrosion resistance is much better than that of Commercial Zircaloy-4 of Comparative Example 4.

<실험예 2> 크립저항성 실험Experimental Example 2 Creep Resistance Experiment

본 발명에 따른 조성의 고농도 몰리브덴 함유 지르코늄 합금의 크립 저항성을 알아보기 위해, 하기와 같은 크립 실험을 수행하였다. In order to determine the creep resistance of the high concentration molybdenum-containing zirconium alloy of the composition according to the present invention, the following creep experiment was performed.

크립 시험은 상기 실시예 1-6 및 비교예 1-4의 지르코늄 합금을 크립특성 평가 시편으로 제작한 후, 380 ℃, 120 MPa의 일정하중 조건에서 10일 동안 시험 후 변형량을 측정하였다. 상기 크립 실험결과는 하기 표 2 및 도 1에 나타내었다. In the creep test, the zirconium alloys of Examples 1-6 and Comparative Examples 1-4 were prepared as creep characteristics evaluation specimens, and then the deformation amount was measured for 10 days under constant load conditions of 380 ° C. and 120 MPa. The creep test results are shown in Table 2 and FIG. 1.

표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 지르코늄 합금 조성으로 이루어진 실시예 1-6은 380 ℃, 120 MPa 응력조건에서 10일 평가한 결과, 크립 변형량이 0.95% 내지 1.13% 범위로 측정되었다. 반면, 비교예 1-4의 합금의 크립변형량은 비교예 4의 상용 피복관이 1.21%로 가장 작은 크립 변형량을 나타내었을 뿐, 최대 1.56%까지 크립 변형량을 나타내었다. 특히 비교예 2의 합금은 몰리브덴의 함량을 0.45%로 실시예 1 및 실시예 2와 미차가 있게 한 것을 제외하고는 다른 조성이 실시예 1 및 2와 동일하게 조절하였음에도 불구하고, 크립저항성에 있어서, 상당한 차이가 있음을 알 수 있다. As shown in Table 2, Example 1-6 consisting of a zirconium alloy composition according to the present invention was evaluated for 10 days at 380 ℃, 120 MPa stress conditions, the creep deformation was measured in the range of 0.95% to 1.13%. On the other hand, the creep deformation amount of the alloy of Comparative Example 1-4 showed the smallest creep deformation amount of 1.21% in the commercial cladding tube of Comparative Example 4, and showed a creep deformation amount of up to 1.56%. In particular, the alloy of Comparative Example 2 had a content of molybdenum of 0.45%, except that the composition was adjusted in the same manner as in Examples 1 and 2 except that the difference was different from that of Examples 1 and 2, It can be seen that there is a significant difference.


구분

division
무게증가량(mg/dm2)Weight increase (mg / dm 2 ) 크립변형량(%)Creep Strain (%)
360 ℃, 냉각수(270일)360 ° C, cooling water (270 days) 380 ℃, 120 MPa(10일)380 ° C, 120 MPa (10 days) 실시예 1Example 1 33.7633.76 1.131.13 실시예 2Example 2 35.9735.97 0.980.98 실시예 3Example 3 37.1837.18 1.101.10 실시예 4Example 4 34.2334.23 0.950.95 실시예 5Example 5 35.8335.83 1.061.06 실시예 6Example 6 34.1734.17 1.011.01 비교예 1Comparative Example 1 33.1233.12 1.561.56 비교예 2Comparative Example 2 34.8934.89 1.261.26 비교예 3Comparative Example 3 35.1535.15 1.391.39 비교예 4Comparative Example 4 85.0285.02 1.211.21

또한, 도 1은 본 발명에 따른 실시예 1-6과 비교예 1-4에 대한 상기 실험예 1 및 2의 결과를 도시한 것으로, 저농도의 니오븀, 주석에 철, 크롬 및 구리 합금의 부식저항성(■)은 우수하지만 크립저항성(●)이 감소하고(비교예 1-4), 이에 몰리브덴을 첨가하면 우수한 부식저항성은 유지하면서 비교예 4의 상용피복관을 포함한 비교예 1-4와 대비하여 우수한 크립저항성을 확보하였음을 확인할 수 있다. 이때 상용피복관 보다 우수한 크립저항성을 확보하기 위해서는 몰리브덴의 첨가량을 0.55% 이상 첨가하는 것이 바람직함을 알 수 있다.In addition, Figure 1 shows the results of Experimental Examples 1 and 2 for Examples 1-6 and Comparative Examples 1-4 according to the present invention, corrosion resistance of iron, chromium and copper alloys in niobium, tin of low concentration (■) is excellent, but creep resistance (●) is reduced (Comparative Example 1-4), and when molybdenum is added, it is superior to Comparative Example 1-4 including commercial coating pipe of Comparative Example 4 while maintaining excellent corrosion resistance. It can be confirmed that the creep resistance is secured. In this case, it can be seen that it is preferable to add 0.55% or more of molybdenum in order to secure better creep resistance than commercial coating pipes.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1-6 및 비교예 1-4의 지르코늄 합금에 대한 실험예 1의 부식저항성(■) 및 실험예 2의 크립저항성(●) 측정 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the corrosion resistance (■) of the Experimental Example 1 and the creep resistance (●) of the Experimental Example 2 for the zirconium alloys of Examples 1-6 and Comparative Examples 1-4 according to the present invention.

Claims (11)

몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 철(Fe), 크롬(Cr) 및 구리(Cu)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상의 원소의 총 함량이 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하는 지르코늄 합금 조성 원소의 혼합물을 용해시킨 후 냉각시켜 주괴를 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 주괴를 1000-1200℃의 β상 영역에서 단조시키는 β-단조 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 단조된 주괴를 1000-1200 ℃의 β상 영역에서 용체화 열처리 후 300-400 ℃까지 급냉시키는 β-소입 단계(단계 3); 상기 단계 3에서 β-소입된 주괴를 630-670 ℃에서 열간 압출하는 열간 가공 단계(단계 4); 상기 단계 4에서 열간 압출된 압출체를 570-590 ℃에서 최초 열처리를 수행하는 단계(단계 5); 상기 단계 5에서 열처리된 압출체를 20-85%로 냉간가공 및 570-590 ℃에서 중간 열처리시키는 단계(단계 6); 및 상기 단계 6에서 제조된 중간 제품을 냉간 가공한 후, 500-520 ℃에서 최종 열처리를 수행하는 단계(단계 7);를 포함하고, 상기 단계 1의 지르코늄 합금 조성 원소의 혼합물의 용해는 몰리브덴과 니오븀의 비율이 2:1인 금속간 화합물(Mo2Nb)의 형태로 제조한 후, 이를 100 ㎚ 이하의 나노분말로 분쇄한 다음 나머지 조성 원소들과 혼합하여 용해시키는 것을 특징으로 하는 지르코늄 합금 조성물의 제조방법.Molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); The total content of at least one element selected from the group consisting of iron (Fe), chromium (Cr) and copper (Cu) is 0.1-1.0 wt%; And dissolving and cooling the mixture of the zirconium alloy composition elements including the zirconium (Zr) balance to produce an ingot (step 1); A forging step (step 2) of forging the ingot prepared in step 1 in a beta phase region of 1000-1200 ° C .; A quenching step (step 3) of rapidly cooling the ingot forged in the step 2 to 300-400 ° C. after the solution heat treatment in the β-phase region of 1000-1200 ° C .; A hot working step of hot extruding the β-sintered ingot in step 3 at 630-670 ° C. (step 4); Performing an initial heat treatment of the extruded hot extruded body in step 4 at 570-590 ° C. (step 5); Cold-processing the extruded body heat-treated at step 5 to 20-85% and intermediate heat treatment at 570-590 ° C. (step 6); And cold working the intermediate product prepared in step 6, and then performing a final heat treatment at 500-520 ° C. (step 7), wherein the dissolution of the mixture of the zirconium alloy composition elements of step 1 comprises molybdenum and A zirconium alloy composition, which is prepared in the form of an intermetallic compound (Mo 2 Nb) having a niobium ratio of 2: 1, and then pulverized into a nanopowder of 100 nm or less and then mixed with the remaining composition elements to dissolve. Manufacturing method. 제1항에 있어서, 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 철(Fe) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성되는 우수한 내식성 및 크립 저항성을 갖는 지르코늄 합금 조성물의 제조방법.According to claim 1, wherein the zirconium alloy composition is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); Iron (Fe) 0.1-1.0 wt%; And a method of producing a zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance comprising a zirconium (Zr) balance. 제1항에 있어서, 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 크롬(Cr) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성되는 우수한 내식성 및 크립 저항성을 갖는 지르코늄 합금 조성물의 제조방법.According to claim 1, wherein the zirconium alloy composition is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); 0.1-1.0 wt.% Chromium (Cr); And a method of producing a zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance comprising a zirconium (Zr) balance. 제1항에 있어서, 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 구리(Cu) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성되는 우수한 내식성 및 크립 저항성을 갖는 지르코늄 합금 조성물의 제조방법.According to claim 1, wherein the zirconium alloy composition is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); 0.1-1.0 weight percent copper (Cu); And a method of producing a zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance comprising a zirconium (Zr) balance. 제1항에 있어서, 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 철(Fe) 및 크롬(Cr) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성되는 우수한 내식성 및 크립 저항성을 갖는 지르코늄 합금 조성물의 제조방법.According to claim 1, wherein the zirconium alloy composition is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); 0.1-1.0 weight percent of iron (Fe) and chromium (Cr); And a method of producing a zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance comprising a zirconium (Zr) balance. 제1항에 있어서, 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 철(Fe) 및 구리(Cu) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성되는 우수한 내식성 및 크립 저항성을 갖는 지르코늄 합금 조성물의 제조방법.According to claim 1, wherein the zirconium alloy composition is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); 0.1-1.0 weight percent of iron (Fe) and copper (Cu); And a method of producing a zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance comprising a zirconium (Zr) balance. 제1항에 있어서, 상기 지르코늄 합금 조성물은 몰리브덴(Mo) 0.55-0.8 중량%; 니오븀(Nb) 0.2-0.4 중량%; 주석(Sn) 0.2-0.4 중량%; 크롬(Cr) 및 구리(Cu) 0.1-1.0 중량%; 및 지르코늄(Zr) 잔부를 포함하여 구성되는 우수한 내식성 및 크립 저항성을 갖는 지르코늄 합금 조성물의 제조방법.According to claim 1, wherein the zirconium alloy composition is molybdenum (Mo) 0.55-0.8 wt%; 0.2-0.4 weight percent niobium (Nb); 0.2-0.4 weight percent tin (Sn); 0.1-1.0 wt% chromium (Cr) and copper (Cu); And a method of producing a zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance comprising a zirconium (Zr) balance. 삭제delete 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 지르코늄 합금 조성을 갖는 고연소도/장주기 운전 중에 사용되는 핵연료 피복관.A fuel cladding tube used during a high combustion / long cycle operation having a zirconium alloy composition produced by the method of any one of claims 1 to 7. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 지르코늄 합금 조성을 갖는 고연소도/장주기 운전 중에 사용되는 지지격자.A support grid used during a high combustion / long cycle operation having a zirconium alloy composition prepared by the method of any one of claims 1 to 7. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 지르코늄 합금 조성을 갖는 고연소도/장주기 운전 중에 사용되는 노심구조물.A core structure used during a high combustion / long cycle operation having a zirconium alloy composition prepared by the method of any one of claims 1 to 7.
KR1020090001117A 2009-01-07 2009-01-07 High concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance, preparation method thereof and use thereof KR101058872B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090001117A KR101058872B1 (en) 2009-01-07 2009-01-07 High concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance, preparation method thereof and use thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090001117A KR101058872B1 (en) 2009-01-07 2009-01-07 High concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance, preparation method thereof and use thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100081744A KR20100081744A (en) 2010-07-15
KR101058872B1 true KR101058872B1 (en) 2011-08-23

Family

ID=42642105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090001117A KR101058872B1 (en) 2009-01-07 2009-01-07 High concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance, preparation method thereof and use thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101058872B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101378066B1 (en) 2012-02-28 2014-03-28 한국수력원자력 주식회사 Zirconium alloys for nuclear fuel cladding, having a superior corrosion resistance by reducing the amount of alloying elements, and the preparation method of zirconium alloys nuclear fuel claddings using thereof
US11662143B2 (en) 2015-10-08 2023-05-30 Nyc Designed Inspirations Llc Cosmetic makeup sponge/blender container

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101604103B1 (en) 2015-04-14 2016-03-25 한전원자력연료 주식회사 The composition and fabrication method of corrosion resistance zirconium alloys for nuclear fuel rod and components
CN112458338B (en) * 2020-04-13 2021-09-14 国核宝钛锆业股份公司 Zirconium alloy, preparation method of zirconium alloy and zirconium alloy section
CN113564419A (en) * 2021-07-28 2021-10-29 燕山大学 Zirconium alloy and preparation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100461017B1 (en) 2001-11-02 2004-12-09 한국수력원자력 주식회사 Method for preparing niobium-containing zirconium alloys for nuclear fuel cladding tubes having the excellent corrosion resistance

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100461017B1 (en) 2001-11-02 2004-12-09 한국수력원자력 주식회사 Method for preparing niobium-containing zirconium alloys for nuclear fuel cladding tubes having the excellent corrosion resistance

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101378066B1 (en) 2012-02-28 2014-03-28 한국수력원자력 주식회사 Zirconium alloys for nuclear fuel cladding, having a superior corrosion resistance by reducing the amount of alloying elements, and the preparation method of zirconium alloys nuclear fuel claddings using thereof
US11662143B2 (en) 2015-10-08 2023-05-30 Nyc Designed Inspirations Llc Cosmetic makeup sponge/blender container

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100081744A (en) 2010-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100831578B1 (en) Zirconium alloy compositions having excellent corrosion resistance for nuclear applications and preparation method thereof
KR20080074568A (en) High fe contained zirconium alloy compositions having excellent corrosion resistance and preparation method thereof
US9099205B2 (en) Zirconium alloys for a nuclear fuel cladding having a superior oxidation resistance in a reactor accident condition, zirconium alloy nuclear fuel claddings prepared by using thereof and methods of preparing the same
KR100945021B1 (en) Zirconium alloys for nuclear fuel claddings forming the protective oxide, zirconium alloy nuclear fuel claddings prepared by using thereof and method of preparing the same
KR100999387B1 (en) Zirconium alloy compositions having excellent corrosion resistance by the control of various metal-oxide and precipitate and preparation method thereof
KR101058872B1 (en) High concentration molybdenum-containing zirconium alloy composition having excellent corrosion resistance and creep resistance, preparation method thereof and use thereof
KR101378066B1 (en) Zirconium alloys for nuclear fuel cladding, having a superior corrosion resistance by reducing the amount of alloying elements, and the preparation method of zirconium alloys nuclear fuel claddings using thereof
KR100960894B1 (en) Zirconium alloys compositions having excellent resistance against hydrogen embrittlement and preparation method thereof
EP3241920B1 (en) Method for manufacturing nuclear fuel zirconium part by using multi-stage hot-rolling
JP5982474B2 (en) Zirconium-based alloy manufacturing method
KR101265261B1 (en) Zirconium alloy manufacturing method having excellent corrosion resistance and high strength
CN101805842B (en) Zirconium-tin-niobium corrosion-resistant zirconium-based alloy for nuclear fuel cladding
JP2006265725A (en) Zirconium alloy improved in corrosion resistance and production method of zirconium alloy improved in corrosion resistance
KR20080065749A (en) Zirconium alloys having excellent resistance property in both water and steam reaction
US9111650B2 (en) Zirconium alloys for a nuclear fuel cladding having a superior oxidation resistance in a severe reactor operation condition and methods of preparing a zirconium alloy nuclear cladding by using thereof
KR20140118949A (en) Zirconium alloys for nuclear fuel cladding, having a superior oxidation resistance in a severe reactor operation conditions, and the preparation method of zirconium alloys nuclear fuel claddings using thereof
KR20130098622A (en) Zirconium alloys for nuclear fuel claddings, having a superior oxidation resistance in the high temperature pressurized water and steam, and the preparation method of zirconium alloys nuclear fuel claddings using thereof
KR100835830B1 (en) Preparation method for zirconium alloys for nuclear fuel cladding tubes having excellent corrosion resistance by the control of beta;-nb distribution
KR100916652B1 (en) High Fe contained zirconium alloy compositions having excellent corrosion resistance and preparation method thereof
KR100916642B1 (en) High Fe contained zirconium alloy compositions having excellent corrosion resistance and preparation method thereof
KR101088111B1 (en) Zirconium alloy compositions having excellent corrosion resistance and creep resistance
CN115896620B (en) Corrosion-resistant FeCrAl cladding and preparation method thereof
CN102140595A (en) Zirconium alloy for canning nuclear fuel
KR20140120290A (en) Zirconium alloys for nuclear fuel claddings having a superior oxidation resistance in the reactor accident conditions, zirconium alloy nuclear fuel claddings prepared by using thereof and method of preparing the same
KR102049430B1 (en) Nuclear fuel cladding tube and manufacturing method of the same

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140630

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160607

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170629

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180702

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190626

Year of fee payment: 9