KR20210055121A - 중성자 흡수체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Gd와 B를 오스테나이트(austenite)계 스테인리스 스틸(stainless steel)에 첨가하여 열간 가공성이 우수하고 중성자 흡수능이 우수한 중성자 흡수체에 관한 것으로서, Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％, Gd 0.5wt％ 내지 0.9wt％, B 0.7wt％ 내지 0.9wt％ 및 잔부는 Fe을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체를 제공한다.

Description

중성자 흡수체 및 그 제조 방법{Neutron absorber and the manufacturing method thereof}
본 발명은 중성자 흡수체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, Gd와 B를 오스테나이트(austenite)계 스테인리스 스틸(stainless steel)에 첨가하여 열간 가공성이 우수하고 중성자 흡수능이 우수한 중성자 흡수체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
사용 후 핵연료를 보관하기 위한 용기는 우수한 기계적 특성과 중성자 흡수 성능이 요구된다. 현재 상용화되고 있는 제품으로는 304 스테인리스 스틸(stainless steel)에 B을 첨가한 소재가 사용이 되고 있지만 B의 경우 1wt% 이상을 첨가하였을 때 열간가공성 저하의 문제로 제작이 어려우며 분말야금법으로 제작해야 하기 때문에 경제적이지 못하다는 단점이 있다.
그렇기 때문에 B 보다 중성자 흡수능이 우수한 Gd를 B과 같이 첨가하여 소재를 개발하는 것이 하나의 해결책으로 제시 되고 있다. 하지만 Gd의 경우 고온에서 산소와의 결합력이 높기 때문에 일반적인 대기용해로를 이용하여 제품을 생산하였을 때 회수율이 낮은 특성을 보이며, 기지 조직 내 산화물을 이루고 있는 Gd-산화물(Gd-oxide)은 입자 크기(size)가 크며 열간가공 시 취성으로 작용할 수 있다. 그렇기 때문에 진공용해를 이용한 주조 법이 요구된다.
또한, Gd와 B는 모재에 일정량이 첨가될 경우 특정 원소와 결합하여 2차 화합물을 형성하려는 특성이 있기 때문에 열간가공성을 저해하는 요인으로 작용할 수 있으며, 이러한 2차 화합물은 모재인 오스테나이트계 스테인리스 스틸(austenite stainless steel)의 용융점 보다 낮은 온도에서 상 변태 구간을 가지게 된다. 그렇기 때문에 Gd 와 B가 형성하는 2차 상의 열간가공 온도는 일반적으로 적용되는 오스테나이트계 스테인리스 스틸(austenite stainless steel)과는 다른 조건이 필요하다. 따라서 Gd와 B를 포함하는 중성자 흡수체의 제조를 위해서는 오스테나이트계 스테인리스 스틸(austenite stainless steel)과는 다른 열간가공 방법이 요구된다.
대한민국 공개특허 제10-2007-0024535호 대한민국 등록특허 제10-2015-0042203호
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예의 해결하고자 하는 기술적 과제는, Gd와 B를 오스테나이트(austenite)계 스테인리스 스틸(stainless steel)에 첨가하고, 열간가공성을 향상시키도록 열간가공의 조건을 제어하여 제조된 판재 형 중성자 흡수능이 우수한 중성자 흡수체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％, Gd 0.5wt％ 내지 0.9wt％, B 0.7wt％ 내지 0.9wt％ 및 잔부는 Fe을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체를 제공한다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％, Gd 0.5wt％ 내지 0.9wt％, B 0.7wt％ 내지 0.9wt％ 및 잔부는 Fe을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체를 열간압연하여 제작된 중성자 흡수체 판재를 제공한다.
상기 열간압연은 950 ℃ 내지 1,050 ℃의 온도에서 수행된 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 중성자 흡수체 소재 혼합물을 용융시켜 중성자 흡수체 소재 혼합물 용탕을 생성하는 중성자 흡수체 소재 용탕 생성단계; 상기 중성자 흡수체 소재 용탕에 Fe-Gd 모합금을 첨가하여 중성자 흡수체 용탕을 생성하는 중성자 흡수체 용탕 생성 단계; 상기 중성자 흡수체 용탕을 금형 몰드로 출탕하여 중성자 흡수체 주조물을 제작하는 주조단계; 및 상기 중성자 흡수체 주조물을 열처리하는 열처리 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체 제조 방법을 제공한다.
상기 중성자 흡수체 소재 용탕 생성단계의 상기 중성자 흡수체 소재 혼합물은, 전체 중성자 흡수체 중량에 대하여, Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％ 및 B 0.7wt％ 내지 0.9wt％를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중성자 흡수체 소재 용탕 생성단계는, 전체 중성자 흡수체 중량에 대해, Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％ 및 B 0.7wt％ 내지 0.9wt％를 포함하는 중성자 흡수체 소자 혼합물을 진공 용해하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 중성자 흡수체 용탕 생성 단계에서, 첨가되는 상기 Fe-Gd 모합금은, 전체 중성자 흡수체 소재 혼합물에 대하여 Gd 0.5wt％ 및 잔부는 Fe의 조성비를 가지고 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 중성자 흡수체 용탕 생성 단계에서, 상기 Fe-Gd 모합금은 진공 용해되는 것에 의해 Gd-산화물(Gd-oxide)의 생성이 억제되는 것을 특징으로 한다.
상기 중성자 흡수체 용탕 생성 단계는, 1,400 ℃ 내지 1,600 ℃의 상기 중성자 흡수체 소재 용탕에 상기 상기 Fe-Gd 모합금을 첨가한 후 1 내지 3분간 유지하여 상기 중성자 흡수체 용탕을 제조하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 열처리 단계는, 850 ℃ 내지 1,200 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 중성자 흡수체 제조 방법은, 열처리된 상기 중성자 흡수체 주조물을 열간 가공 조건을 제어하여 열간 압연하는 것에 의해 중성자 흡수체 판재를 제작하는 열간 압연 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 열간 압연 단계에서, 상기 열간 가공 조건은, 열간 압연 온도를 950 ℃ 내지 1,050 ℃로 유지하는 조건인 것을 특징으로 한다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예의 중성자 흡수체 및 그 제조방법은, Gd와 B를 포함하여 진공 용해에 의해 생성되는 것에 의해 열간 가공 시 취성으로 작용하는 Gd-산화물의 생성을 억제하여 열간 가공을 용이하게 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예의 중성자 흡수체 및 그 제조 방법은, 중성자 흡수체의 제조 시 Gd와 B를 오스테나이트(austenite)계 스테인리스 스틸(stainless steel)에 첨가하여 진공용해에 의해 중성자 흡수체를 제조하는 것에 의해, B를 함유하면서도 열간 가공성을 향상시켜, 중성자 흡수체 판재를 열간가공으로 용이하게 제조할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예의 중성자 흡수체 및 그 제조 방법은, 중성자 흡수체의 열간가공의 조건을 제어하는 것에 의해 열간가공성을 향상시켜, 중성자 흡수체 판재를 용이하게 제조할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 중성자 흡수체 제조 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 2는 시편 합금들의 쉐플러 다이어 그램.
도 3은 시편 합금들의 DTA 분석 결과 그래프.
도 4는 Gd-Ni 상 다이어그램(Gd-Ni phase diagram).
도 5는 합금 1(alloy1)의 XRD 분석 결과 그래프.
도 6은 합금 2(alloy 2)의 XRD 분석 결과 그래프.
도 7은 합금 3(alloy 3)의 XRD 분석 결과 그래프
도 8은 합금 1-3(alloy 1-3)의 글리블 테스트 결과 그래프.
도 9는 기계적 특성 분석 결과 그래프.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 중성자를 차단할 수 있는 소재를 제작하기 위해 사용되는 Gd의 경우 산소와의 반응성이 매우 높기 때문에 용해 중 산소와의 반응성을 최소화 하기 위하여 진공용해로에서 용융을 하며, 응고 중 Gd와 B화합물의 경우 결정립이 증가함에 따라 열간가공성이 낮아지는 어려움이 있기 때문에 금형 몰드를 사용한다. 합금의 목표조성에 맞는 Fe, Cr, Ni, Mo, Mn, Si, B을 진공유도 용해로를 이용하여 주조를 하며, Gd를 제외한 모든 합금을 용해 후 1,400 내지 1,600℃, 바람직하게는, 1,500℃에서 일정한 크기의 Fe-Gd 모합금을 첨가하여 2분간 유지 후 금형 몰드에 출탕 한다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예는, Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％, Gd 0.5wt％ 내지 0.9wt％, B 0.7wt％ 내지 0.9wt％ 및 잔부는 Fe을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 중성자 흡수체 제조 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 1과 같이, 본 발명의 다른 실시예의 중성자 흡수체 제조 방법은, 중성자 흡수체 소재 혼합물을 용융시켜 중성자 흡수체 소재 혼합물 용탕을 생성하는 중성자 흡수체 소재 용탕 생성단계(S10), 상기 중성자 흡수체 소재 용탕에 Fe-Gd 모합금을 첨가하여 중성자 흡수체 용탕을 생성하는 중성자 흡수체 용탕 생성 단계(S20), 상기 중성자 흡수체 용탕을 금형 몰드로 출탕하여 중성자 흡수체 주조물을 제작하는 주조단계(S30) 및 상기 중성자 흡수체 주조물을 열처리하는 열처리 단계(S40) 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 중성자 흡수체 소재 용탕 생성단계(S10)에서 상기 중성자 흡수체 소재 혼합물은, 전체 중성자 흡수체 중량에 대하여 Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％ 및 B 0.7wt％ 내지 0.9wt％를 포함할 수 있다.
상기 중성자 흡수체 소재 용탕 생성단계(S20)는, 전체 중성자 흡수체 중량에 대하여 Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％ 및 B 0.7wt％ 내지 0.9wt％를 포함하는 중성자 흡수체 소자 혼합물을 진공 용해하는 것에 의해 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 중성자 흡수체 용탕 생성 단계(S20)에서, 첨가되는 상기 Fe-Gd 모합금은, 전체 중성자 흡수체 중량에 대하여 Gd 0.5wt％ 및 잔부는 Fe의 조성비를 가지고 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 중성자 흡수체 용탕 생성 단계(S20)에서, 상기 Fe-Gd 모합금은 진공 용해되는 것에 의해 Gd-산화물(Gd-oxide)의 생성이 억제되는 것을 특징으로 한다.
상기 중성자 흡수체 용탕 생성 단계에서, 1,400 ℃ 내지 1,600 ℃, 바람직하게는, 1,500 ℃의 상기 중성자 흡수체 소재 용탕에 상기 상기 Fe-Gd 모합금을 첨가한 후 1 내지 3분, 바람직하게는 2분간 유지하여 상기 중성자 흡수체 용탕을 제조하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 열처리 단계(S40)는, 850 ℃ 내지 1,200 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 중성자 흡수체 제조 방법은, 열처리된 상기 중성자 흡수체 주조물을 열간 가공 조건을 제어하여 열간 압연하는 것에 의해 중성자 흡수체 판재를 제작하는 열간 압연 단계(S50)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열간 압연 단계에서, 상기 열간 가공 조건은, 열간 압연 온도를 950 ℃ 내지 1,050 ℃로 유지하는 조건일 수 있다.
<실험예>
본 발명에 따르는 중성자 흡수체 제조 방법에 의해 제작된 중성자 흡수체 주조물인 시편 합금으로 특성 실험을 수행하였다.
표 1은 실험을 위해 시작된 시편 합금(합금 1 내지 3)의 조성비를 나타내는 표이다.
[표 1] 시편 합금 조성표
Figure pat00001
[표 1]과 같이, 중성자 흡수체를 Cr: 11 내지 13 wt%, Ni: 16 내지 18 wt%, Mo: 2.5 내지 3.5 wt%, Mn: 2.5 내지 3.5 wt%, Si: 0.4 내지 0.6 wt%, B: 0.7 내지 0.9 wt%에 Gd의 조성비를 0.5 wt%, 0.7 wt%, 0.9 wt% 가변하고 잔부는 Fe의 조성비를 가지도록, Gd를 제외한 모든 원소의 함량을 동일하게 하여, 본 발명의 일 실시예의 중성자 흡수체 제조 방법을 적용하여 시편 합금(합금 1 내지 3)을 제조하였다.
주조 후 주조물의 하단부를 샘플링하여 DTA 를 측정하였으며, 850 ℃, 1,000 ℃ 및 1,150 ℃에서 열처리 후 XRD 측정 및 글리블 테스트를 하여 고온에서 상병화와 기계적 특성 변화를 관찰하였고, 열간압연을 통해 열간 가공 조건을 확인하였다.
도 2는 시편 합금들의 쉐플러 다이어 그램이다.
현재 ASTM에 등재되어 있는 304B 합금보다 안정된 오스테나이트 상(Autenite phase)을 유지할 수 있는 합금 조성으로 선행연구 결과에 따라 Gd는 합금 내 Fe, Ni과 금속간 화합물 형태로 결합하기 때문에 Gd의 첨가량이 증가 함에 따라 페라이트(Ferrite)가 생성될 수 있으며, 이는 열간 압연 시 크랙(Crack)의 생성 요인으로 작용할 수 있다.
도 3은 시편 합금들의 DTA 분석 결과 그래프이고, 도 4는 Gd-Ni 상 다이어그램(Gd-Ni phase diagram)이다.
주조 후 합금의 온도에 따른 상 변화를 관찰하기 위해 1,200℃까지 3℃/min의 가열 속도로 합금 1(Alloy 1), 합금 2(Alloy2), 합금 3(Alloy 3)의 열간 특성변화를 측정하였으며, 900℃~1,000℃구간에서 상 변화로 인한 변태점이 관찰 되었다. Gd가 0.5wt% 첨가된 합금 1(Alloy 1)의 경우 변태점이 약 980℃에서 관찰이 되었으며, Gd가 0.7wt% 첨가된 합금 2(Alloy 2)의 경우 약 980℃ 와 그보다 낮은 약 910℃에서 변태점이 관찰이 되었다. 그리고 Gd가 0.9wt% 첨가된 합금 3(Alloy 3)의 경우 910℃에서 변태점이 관찰 되었다. 도 3의 결과와 도 4의 자료를 토대로 합금 1(Alloy 1)의 경우 Gd는 Ni과 금속간 화합물을 형성하여 GdNi2 상(phase)이 관측되며, Gd의 함량이 증가함에 따라서 합금 2(Alloy 2)의 경우 GdNi2 상(phase)과 GdNi 상과 GdNi2 상의 공정점이 관찰 되었고, 합금 3(Alloy 3)의 경우에는 GdNi 상과 GdNi2 상의 공정점이 관측이 되는 것을 알 수 있다. 또한 B의 경우 (Fe,Cr)2B가 생성되며 생성온도는 1,200℃ 이상에서 생성이 되기 때문에 DTA 결과에는 나타나지 않았다.
상 변태가 일어나는 구간인 910℃℃에서 일부 액상(liquid)이 형성되는 것을 알 수 있으며, 이로 인하여 열간가공 시 제품의 결합력이 낮아짐에 따라 크랙(crack)이 발생할 가능성이 증가하기 때문에, 열간가공 시 제품의 온도를 980℃ 이상의 온도에서 유지한 후 열간가공을 수행하는 것이 바람직하다.
도 5는 합금 1(alloy1)의 XRD 분석 결과 그래프이고, 도 6은 합금 2(alloy 2)의 XRD 분석 결과 그래프이며, 도 7은 합금 3(alloy 3)의 XRD 분석 결과 그래프이다.
도 5 내지 도 7은 합금 1, 2, 3(alloy 1,2,3)을 주호 후(As-cast) 상태와 850℃, 1,000℃, 1,150℃에서 열처리 후 수냉한 시편 합금의 XRD 결과이다. 합금 1(Alloy 1)의 경우 오스테나이트 상(Austenite phase)과 Fe1.1Cr0.9B0.9 상이 관찰되었으며, 합금 2(Alloy 2)의 경우 Gd의 함량이 증가함에 따라 Gd는 오스테나이트(austenite) 안정화 원소인 Ni과 금속간 화합물을 형성하여 페라이트 상(Ferrite phase)이 주조 후(As-cast) 상태에서와 850℃의 열처리 후 결과에서 소량 검출되었으며, 1,000℃이상의 온도에서는 페라이트 상(Ferrite phase)은 관측되지 않았다. 그리고 합금 1(Alloy 1)과 동일하게 Fe1.1Cr0.9B0.9 상이 오스테나이트 상(austenite phase)과 같이 관찰이 되었으며, 1,000℃에는 열처리 중 발생한 Fe2O3 상이 관찰되었다. 합금 3(Alloy 3)은 합금 2(Alloy 2)와 같은 경향을 나타내었다. 주조 후(As-cast) 시편과 850℃ 열처리 시편의 경우 합금 2(Alloy 2)와 합금 3(Alloy 3)에서 페라이트(Ferrite phase)가 관찰 되었는데 이는 열간가공 시 페라이트 상(Ferrite phase)이 입계 편석으로 작용하여 열간 가공성 저하를 나타낼 수 있다.
Gd은 오스테나이트 안정화 원소인 Ni과 금속간 화합물을 형성하며, Gd의 함량이 증가함에 따라 Gd-Ni금속간 화합물의 양은 증가하게 되며 응고 시 Gd-Ni 금속간화합물 주변에 기지조직에서 Ni 결핍으로 인한 페라이트 상이 생성이 된다. 그러나 열처리 온도가 증가함에 따라 1,000 ℃에서 상 안정화로 인해 Ni가 기지조직 내에 고르게 고용되어 사라지는 것을 관찰 할 수 있었기 때문에 열처리 조건은 이러한 페라이트상이 생성이 되지 않는 950 ℃ 이상이 바람직하다.
도 8은 합금 1-3(alloy 1-3)의 글리블 테스트 결과 그래프이다.
열간가공성 평가를 위해 합금 1, 2, 3(Alloy 1,2,3)을 각각 850℃, 1,000℃, 1,150℃에서 열간 압축 실험을 하였다. D10×H15의 크기인 시편 합금을 승온 속도 10℃/sec로 가열 후 600sec 동안 유지하였으며 변형률(Strain rate)은 20%/sec로 열간 압연을 가정하여 70%까지 진행을 하였다.
실험 결과 Gd의 함량 변화는 진응력(true stress)의 변화에 영향을 미치지는 못하였으나 온도가 증가함에 따라서 진응력(true stress) 값은 850℃에서는 400MPa에서 1,000℃로 하였을 경우 약 360MPa로 감소하였고, 1,150℃에서는 약 200MPa에서 진응력(true strain)이 0.2에서 감소하는 경향을 관찰하였다.
글리블 테스트 결과 850℃에서 가장 높은 응력이 발생하였으며, 1,000℃에서는 그보다 낮은 응력이 발생한 것을 알 수 있다. 높은 응력은 기지 조직의 높은 결합력을 의미하며, 열간가공 시 더 높은 에너지를 필요로 한다. 그러나 높은 에너지를 제품에 가했을 경우 허용 범위 이상의 에너지는 크랙의 생성 요인으로 작용 할 수 있기 때문에, 850℃의 경우보다 응력이 낮은 1,000℃ 근처의 온도에서 열간가공을 수행하는 것이 바람직하다. 1150℃의 경우 변형이 진행되면서 응력의 기울기가 낮아지는 현상을 관찰 할 수 있는데 이는 변형 중 조직 내의 이차상이 일부 액상으로 변하여 결합력이 낮아지는 것으로 열간가공 시 이러한 현상은 엘리게이터 크랙을 발생하는 요인으로 작용한다.
도 9는 기계적 특성 분석 결과 그래프이다.
도 9는 시편 합금(합금 1, 2, 3)들에 대하여, 1,000℃에서 열처리를 하였을 때 합금 1(Alloy 1), 합금 2(Alloy 2), 합금 3(Alloy 3)의 인장강도와 항복강도, 연신률 그리고 충격특성 결과이다.
도 9의 기계적 특성 분석 결과 값은 다음의 [표 2]와 같다.
[표 2] 기계적 특성 분석 결과 표
Figure pat00002
Gd의 함량이 증가함에 따라 합금 2(Alloy 2)의 인장강도와 항복강도는 696MPa, 602MPa로 가장 높은 값이 측정이 되었으며, 연신률은 감소하는 경향을 보였다. 그리고 Gd의 함량이 가장 높은 합금 3(Alloy 3)의 경우 인장강도와 항복강도는 큰 폭으로 감소하여 각각 602MPa, 299MPa로 측정이 되었다. 충격특성의 경우 합금 1(Alloy 1)과 합금 2(Alloy 2)의 경우 충격에너지가 17.3 J과 18.6 J 로 나타났으며 합금 3(Alloy 3)의 경우 12 J로 가장 낮은 값이 측정 되었다.
따라서 이상의 실험 결과를 비추어 볼 때 열간 압연은 950 ℃ 내지 1,050℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％, Gd 0.5wt％ 내지 0.9wt％, B 0.7wt％ 내지 0.9wt％ 및 잔부는 Fe을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체.
  2. Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％, Gd 0.5wt％ 내지 0.9wt％, B 0.7wt％ 내지 0.9wt％ 및 잔부는 Fe을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체를 열간압연하여 제작된 중성자 흡수체 판재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열간압연은 950 ℃ 내지 1,050 ℃의 온도에서 수행된 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체 판재.
  4. 중성자 흡수체 소재 혼합물을 용융시켜 중성자 흡수체 소재 혼합물 용탕을 생성하는 중성자 흡수체 소재 용탕 생성단계;
    상기 중성자 흡수체 소재 용탕에 Fe-Gd 모합금을 첨가하여 중성자 흡수체 용탕을 생성하는 중성자 흡수체 용탕 생성 단계;
    상기 중성자 흡수체 용탕을 금형 몰드로 출탕하여 중성자 흡수체 주조물을 제작하는 주조단계; 및
    상기 중성자 흡수체 주조물을 열처리하는 열처리 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 중성자 흡수체 소재 용탕 생성단계의 상기 중성자 흡수체 소재 혼합물은,
    전체 중성자 흡수체 중량에 대하여, Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％ 및 B 0.7wt％ 내지 0.9wt％를 포함하는 특징으로 하는 중성자 흡수체 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 중성자 흡수체 소재 용탕 생성단계는,
    전체 중성자 흡수체 중량에 대해, Cr 11wt％ 내지 13wt％, Ni 16wt％ 내지 18wt％, Mo 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Mn 2.5wt％ 내지 3.5wt％, Si 0.4wt％ 내지 0.6wt％ 및 B 0.7wt％ 내지 0.9wt％를 포함하는 중성자 흡수체 소자 혼합물을 진공 용해하는 단계인 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 중성자 흡수체 용탕 생성 단계에서,
    첨가되는 상기 Fe-Gd 모합금은, 전체 중성자 흡수체 소재 혼합물에 대하여 Gd 0.5wt％ 및 잔부는 Fe의 조성비를 가지고 혼합되는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 중성자 흡수체 용탕 생성 단계에서,
    상기 Fe-Gd 모합금은 진공 용해되는 것에 의해 Gd-산화물(Gd-oxide)의 생성이 억제되는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체 제조 방법.
  9. 제4항에 있어서, 상기 중성자 흡수체 용탕 생성 단계는,
    1,400 ℃ 내지 1,600 ℃의 상기 중성자 흡수체 소재 용탕에 상기 상기 Fe-Gd 모합금을 첨가한 후 1 내지 3분간 유지하여 상기 중성자 흡수체 용탕을 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체 제조 방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 열처리 단계는,
    850 ℃ 내지 1,200 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체 제조 방법.
  11. 제4항에 있어서, 상기 중성자 흡수체 제조 방법은,
    열처리된 상기 중성자 흡수체 주조물을 열간 가공 조건을 제어하여 열간 압연하는 것에 의해 중성자 흡수체 판재를 제작하는 열간 압연 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 열간 압연 단계에서 상기 열간 가공 조건은,
    열간 압연 온도를 950 ℃ 내지 1,050 ℃로 유지하는 조건인 것을 특징으로 하는 중성자 흡수체 제조 방법.
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