Ⅰ. 제목
미래형 원자로용 내열금속 재료의 입자미세화 기술 개발
Ⅱ. 연구개발의 목적
본 연구에서는 강가공법인 ECAP를 통하여 초미세립 입자조직을 갖는 내열금속 재료를 개발하는 것을 최종 연구 목표로 설정하였다. 내열금속 재료인 상용 순수 Mo을 대상재료로 하여 건전한 시편을 제조할 수 있는 ECAP 공정 기술을 개발하고, 초미세립 내열금속 재료의 미세조직 및 집합조직 발달과 입계특성분포에 대해 이해한다. 궁극적으로 본 연구를 통해 개발된 초미세립 내열금속 재료의 기계적 특정과 열적 안정성 평가를 통하여 차세대 원자로용 부품 소재로서의 응용 가능성을 제시하고자 한다.
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구는 크게 ECAP법을 통한 초미세립 내열금속 재료 제조 기술 개발과 입자미세화 된 내열금속 재료의 미세조직 특성 해석 및 기계적 특성 평가로 나뉜다.
1. 초미세립 입자조직 구현을 위한 강가공 기술 개발
● ECAP 금형 설계 및 가공 조건 확립
● 초미세립 조직 구현을 위한 반복 ECAP 가공 조건 설정
2. 초미세립 내열금속 재료의 미세조직 및 기계적 특정 평가
● ECAP 가공에 따른 미세조직 및 집합조직 발달 양상 분석
● 초미세립 내열금속재료의 입계특성분포 분석
● 인장시험 몇 재결정 열처리를 통한 기계적, 열적 특성 평가
Ⅳ. 연구개발결과
1. 초미세립 입자조직을 갖는 벌크 형 상용 순수 Mo을 제조할 수 있는 ECAP 강 가공 기술을 개발하였고, 이를 실제 개발 합금인 TZM에 적용하여 건전한 시편을 제조하는데 성공하였다.
2. TEM, XRD, EBSD와 같은 분석기기를 이용하여 초미세립화 된 상용 순수 Mo의 미세조직 및 입계특정분포 분석을 통해 강가공된 내열금속 재료의 변형 거동에 대해 이해하고, 입자미세화 기구 규명에 대한 기초를 마련하였다.
3. 상온 인장시험을 통해 입자미세화 된 상용 순수 Mo의 기계적 특정을 평가하고, 열처리를 통하여 초미세립 내열금속 재료의 재결정 거동을 실험적으로 분석하였다. 또한, 몬테칼로 시뮬레이션을 통하여 재결정 이후의 입자성장 거동을 예측하여 열적 안정성을 평가하였다.
Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
본 연구 개발 결과는 내열금속 재료를 합금 원소 첨가 없이 순수하게 변형만으로 입자를 초미세화 시킬 수 있다는 점에서 다음과 같이 그 활용이 가능하다. 우선, 상용 순수 Mo 이외에 V, Nb, Ta과 같은 타 내열금속 재료의 입자미세화 방안에 이용될 수 있다. 재료마다 그 물성이 다르기 때문에 초미세립 조직을 제조하기 위한 ECAP 공정 조건에는 차이가 있을 수 있으나 기본적으로 BCC 결정 구조를 갖는 내열금속 재료의 경우 본 연구 결과에서 얻어진 미세조직 및 입계특성분포 특성과 매우 유사할 것이다. 또한, 본 연구 개발 결과는 차세대 미래형 원자로용 각종 부품 소재 개발에 활용될 수 있다. 가공 및 열처리 된 금속 재료의 미세조직 및 집합조직 특성을 정성적, 정량적으로 분석함으로써 변형 거동에 대한 전반적인 이해와 고온에서의 열적 노출 시 비정상 입자성장 여부 등을 판단하는데 쓰일 수 있을 것이다.