Zr-Nb 합금의 상변태와 산화에 미치는 Nb 함량의 영향을 연구하기 위하여, Zr-xNb (x=0.1 ～ 2.0 wt.%) 합금의 미세조직, 부식 그리고 산화막 특성에 대한 연구를 수행하였다. 합금은 기지 내의 Nb 농도변화와 β상 (βNb, βZr) 그리고 석출물의 변화를 알아보기 위하여 β-quenching 후 570과 640℃의 온도에서 1000시간까지 열처리한 시편과 가공공정 중에 중간열처리를 570과 640℃의 온도로 적용한 시편으로 준비하였다. Zr-Nb 2원계 합금에서 β-quenching 후 등온열처리를 수행하여 제조된 합금과 가공공정을 적용하여 제조된 합금의 미세조직은 다르게 관찰되었으나, 동일 조성의 합금에서 동일 온도에서 열처리를 수행하여 평형상이 얻어진 경우에는 합금 내에 형성되는 석출상이 동일한 것으로 나타났다. 0.2 wt.% Nb 첨가 Zr 합금에서는 Nb이 모두 고용되기 때문에 Nb에 의한 석출상은 관찰되지 않았고 Zr sponge에 함유된 불순물인 Fe의 영향으로 Zr3Fe 상이 형성되었는데, 이 상은 고온 안정상이기 때문에 본 연구에서 적용한 570 및 640℃의 온도조건에서 모두 동일하게 관찰되었다. 고용도 이상인 0.8 및 1.5 wt.% Nb 첨가 Zr 합금에서는 Zr(NbFe)2와 두 종 (βNb, βZr)의 β 상이 형성되었는데 Zr(NbFe)2 상은 570 및 640℃의 열처리 온도에는 영향이 없는 것으로 나타났다. 그러나 β상은 열처리 온도에 따라 α+βNb 영역인 570℃에서는 βNb 상이 형성되었고, α+βZr 영역인 640℃에서는 βZr 상이 형성되었는데 Nb 함량이 증가함에 따라 β상의 분률도 증가하였다. β 열처리 후 α+βNb 영역인 570℃에서 등온열처리를 수행하였을 때 초기에 형성되는 상은 βZr 이었고 이 온도에서 50시간의 열처리를 적용해야만 평형상인 βNb 상이 형성되었다. 또한 βNb 상은 열처리 시간이 증가되어도 상의 크기는 크게 증가하지 않았다. 그러나 α+βZr 영역에서 형성되는 βZr 상은 형성초기부터 바로 βZr으로 생성되었고 Nb 첨가량이 증가 하거나 열처리 시간의 증가에 따라 크게 성장하였다. β 상은 기지 내에 과포화된 Nb의 감소에 의해서 생성되었다. Zr-xNb 합금의 부식특성은 기지조직 내에 Nb이 평형상태로 존재하는 최대 고용한도가 되면 내식성이 가장 우수하였고 등온 열처리에 의해 β 상을 형성하면서 기지 내에 과포화된 Nb이 감소되면 내식성이 향상 되었다. 석출상의 형성에 의한 내식성의 변화는 Zr(NbFe)2 석출물 이나 βZr 상이 형성되면 내식성이 감소되고 βNb이 형성되면 내식성이 증가하였다. βZr 상의 분률 증가는 내식성을 감소시키는 원인으로 작용하였다. Zr-Nb 합금의 내식성에 가장 영향을 미치는 요인은 기지에 존재하는 Nb의 과포화 정도였다. 산화막의 특성은 기지 내에 Nb이 최대 고용한도로 존재하면 tetragonal ...
Zr-Nb 합금의 상변태와 산화에 미치는 Nb 함량의 영향을 연구하기 위하여, Zr-xNb (x=0.1 ～ 2.0 wt.%) 합금의 미세조직, 부식 그리고 산화막 특성에 대한 연구를 수행하였다. 합금은 기지 내의 Nb 농도변화와 β상 (βNb, βZr) 그리고 석출물의 변화를 알아보기 위하여 β-quenching 후 570과 640℃의 온도에서 1000시간까지 열처리한 시편과 가공공정 중에 중간열처리를 570과 640℃의 온도로 적용한 시편으로 준비하였다. Zr-Nb 2원계 합금에서 β-quenching 후 등온열처리를 수행하여 제조된 합금과 가공공정을 적용하여 제조된 합금의 미세조직은 다르게 관찰되었으나, 동일 조성의 합금에서 동일 온도에서 열처리를 수행하여 평형상이 얻어진 경우에는 합금 내에 형성되는 석출상이 동일한 것으로 나타났다. 0.2 wt.% Nb 첨가 Zr 합금에서는 Nb이 모두 고용되기 때문에 Nb에 의한 석출상은 관찰되지 않았고 Zr sponge에 함유된 불순물인 Fe의 영향으로 Zr3Fe 상이 형성되었는데, 이 상은 고온 안정상이기 때문에 본 연구에서 적용한 570 및 640℃의 온도조건에서 모두 동일하게 관찰되었다. 고용도 이상인 0.8 및 1.5 wt.% Nb 첨가 Zr 합금에서는 Zr(NbFe)2와 두 종 (βNb, βZr)의 β 상이 형성되었는데 Zr(NbFe)2 상은 570 및 640℃의 열처리 온도에는 영향이 없는 것으로 나타났다. 그러나 β상은 열처리 온도에 따라 α+βNb 영역인 570℃에서는 βNb 상이 형성되었고, α+βZr 영역인 640℃에서는 βZr 상이 형성되었는데 Nb 함량이 증가함에 따라 β상의 분률도 증가하였다. β 열처리 후 α+βNb 영역인 570℃에서 등온열처리를 수행하였을 때 초기에 형성되는 상은 βZr 이었고 이 온도에서 50시간의 열처리를 적용해야만 평형상인 βNb 상이 형성되었다. 또한 βNb 상은 열처리 시간이 증가되어도 상의 크기는 크게 증가하지 않았다. 그러나 α+βZr 영역에서 형성되는 βZr 상은 형성초기부터 바로 βZr으로 생성되었고 Nb 첨가량이 증가 하거나 열처리 시간의 증가에 따라 크게 성장하였다. β 상은 기지 내에 과포화된 Nb의 감소에 의해서 생성되었다. Zr-xNb 합금의 부식특성은 기지조직 내에 Nb이 평형상태로 존재하는 최대 고용한도가 되면 내식성이 가장 우수하였고 등온 열처리에 의해 β 상을 형성하면서 기지 내에 과포화된 Nb이 감소되면 내식성이 향상 되었다. 석출상의 형성에 의한 내식성의 변화는 Zr(NbFe)2 석출물 이나 βZr 상이 형성되면 내식성이 감소되고 βNb이 형성되면 내식성이 증가하였다. βZr 상의 분률 증가는 내식성을 감소시키는 원인으로 작용하였다. Zr-Nb 합금의 내식성에 가장 영향을 미치는 요인은 기지에 존재하는 Nb의 과포화 정도였다. 산화막의 특성은 기지 내에 Nb이 최대 고용한도로 존재하면 tetragonal ZrO2 상을 안정화 시켰으나, 과포화된 Nb의 함량이 증가되면 tetragonal ZrO2 상을 monoclinic ZrO2 상으로 변태를 촉진시켰다. 금속산화막 계면에서 tetragonal ZrO2 상이 안정화되고 계면에서 멀어지면 tetragonal ZrO2 상은 monoclinic ZrO2 상으로 변태되었는데, Nb 농도가 기지 내의 최대 고용량 보다 증가되면 변태량은 증가되었다. 우수한 내식성을 유지하는 주상정의 산화막은 기지 내에 Nb이 최대 고용한도로 존재할 때 가장 안정화 되었다. 기지조직 내에 과포화 Nb의 존재는 등축정 산화막의 성장을 유발하며 산화막 내의 βZr 상은 주상정의 산화막을 등축정으로 변태시켰다. 기지조직의 방향성과 산화특성의 상호관계를 연구하기 위하여, basal (0002) 면과 prism (112̅0) 면을 갖는 단결정 Zr에 대한 산화특성을 연구하였다. 결정면의 충진율이 다른 basal (0002) 면과 prism (112̅0)의 단결정 Zr의 산화속도는 basal 면보다 prism 면에서 빠르게 진행되었다. Basal 면에서 산화막의 우선성장 면은 (200)의 monoclinic ZrO2였으나 prism 면에서는 (200) 뿐만 아니라 (002) monoclinic ZrO2도 발달하였다. 우성성장 면이 단순한 basal (0002)면에서 형성된 산화막은 주상정의 분률이 높고 barrier 층도 넓게 유지되었다. 산화막의 대부분을 이루고 있는 monoclinic ZrO2 결정구조에서 우선성장 하는 면의 특성이 합금원소를 첨가하지 않은 단결정 Zr의 산화에 있어서 중요한 인자로 작용한다. 내식성에 유리한 주상정은 monoclinic ZrO2의 (200)면이 우선방위로 형성될 때 안정화된다. 즉, 단결정 Zr에서는 tetragonal ZrO2 상이 형성되지 않기 때문에 monoclinic ZrO2 성장방향이 산화특성에 가장 크게 영향을 미쳤다.
Zr-Nb 합금의 상변태와 산화에 미치는 Nb 함량의 영향을 연구하기 위하여, Zr-xNb (x=0.1 ～ 2.0 wt.%) 합금의 미세조직, 부식 그리고 산화막 특성에 대한 연구를 수행하였다. 합금은 기지 내의 Nb 농도변화와 β상 (βNb, βZr) 그리고 석출물의 변화를 알아보기 위하여 β-quenching 후 570과 640℃의 온도에서 1000시간까지 열처리한 시편과 가공공정 중에 중간열처리를 570과 640℃의 온도로 적용한 시편으로 준비하였다. Zr-Nb 2원계 합금에서 β-quenching 후 등온열처리를 수행하여 제조된 합금과 가공공정을 적용하여 제조된 합금의 미세조직은 다르게 관찰되었으나, 동일 조성의 합금에서 동일 온도에서 열처리를 수행하여 평형상이 얻어진 경우에는 합금 내에 형성되는 석출상이 동일한 것으로 나타났다. 0.2 wt.% Nb 첨가 Zr 합금에서는 Nb이 모두 고용되기 때문에 Nb에 의한 석출상은 관찰되지 않았고 Zr sponge에 함유된 불순물인 Fe의 영향으로 Zr3Fe 상이 형성되었는데, 이 상은 고온 안정상이기 때문에 본 연구에서 적용한 570 및 640℃의 온도조건에서 모두 동일하게 관찰되었다. 고용도 이상인 0.8 및 1.5 wt.% Nb 첨가 Zr 합금에서는 Zr(NbFe)2와 두 종 (βNb, βZr)의 β 상이 형성되었는데 Zr(NbFe)2 상은 570 및 640℃의 열처리 온도에는 영향이 없는 것으로 나타났다. 그러나 β상은 열처리 온도에 따라 α+βNb 영역인 570℃에서는 βNb 상이 형성되었고, α+βZr 영역인 640℃에서는 βZr 상이 형성되었는데 Nb 함량이 증가함에 따라 β상의 분률도 증가하였다. β 열처리 후 α+βNb 영역인 570℃에서 등온열처리를 수행하였을 때 초기에 형성되는 상은 βZr 이었고 이 온도에서 50시간의 열처리를 적용해야만 평형상인 βNb 상이 형성되었다. 또한 βNb 상은 열처리 시간이 증가되어도 상의 크기는 크게 증가하지 않았다. 그러나 α+βZr 영역에서 형성되는 βZr 상은 형성초기부터 바로 βZr으로 생성되었고 Nb 첨가량이 증가 하거나 열처리 시간의 증가에 따라 크게 성장하였다. β 상은 기지 내에 과포화된 Nb의 감소에 의해서 생성되었다. Zr-xNb 합금의 부식특성은 기지조직 내에 Nb이 평형상태로 존재하는 최대 고용한도가 되면 내식성이 가장 우수하였고 등온 열처리에 의해 β 상을 형성하면서 기지 내에 과포화된 Nb이 감소되면 내식성이 향상 되었다. 석출상의 형성에 의한 내식성의 변화는 Zr(NbFe)2 석출물 이나 βZr 상이 형성되면 내식성이 감소되고 βNb이 형성되면 내식성이 증가하였다. βZr 상의 분률 증가는 내식성을 감소시키는 원인으로 작용하였다. Zr-Nb 합금의 내식성에 가장 영향을 미치는 요인은 기지에 존재하는 Nb의 과포화 정도였다. 산화막의 특성은 기지 내에 Nb이 최대 고용한도로 존재하면 tetragonal ZrO2 상을 안정화 시켰으나, 과포화된 Nb의 함량이 증가되면 tetragonal ZrO2 상을 monoclinic ZrO2 상으로 변태를 촉진시켰다. 금속산화막 계면에서 tetragonal ZrO2 상이 안정화되고 계면에서 멀어지면 tetragonal ZrO2 상은 monoclinic ZrO2 상으로 변태되었는데, Nb 농도가 기지 내의 최대 고용량 보다 증가되면 변태량은 증가되었다. 우수한 내식성을 유지하는 주상정의 산화막은 기지 내에 Nb이 최대 고용한도로 존재할 때 가장 안정화 되었다. 기지조직 내에 과포화 Nb의 존재는 등축정 산화막의 성장을 유발하며 산화막 내의 βZr 상은 주상정의 산화막을 등축정으로 변태시켰다. 기지조직의 방향성과 산화특성의 상호관계를 연구하기 위하여, basal (0002) 면과 prism (112̅0) 면을 갖는 단결정 Zr에 대한 산화특성을 연구하였다. 결정면의 충진율이 다른 basal (0002) 면과 prism (112̅0)의 단결정 Zr의 산화속도는 basal 면보다 prism 면에서 빠르게 진행되었다. Basal 면에서 산화막의 우선성장 면은 (200)의 monoclinic ZrO2였으나 prism 면에서는 (200) 뿐만 아니라 (002) monoclinic ZrO2도 발달하였다. 우성성장 면이 단순한 basal (0002)면에서 형성된 산화막은 주상정의 분률이 높고 barrier 층도 넓게 유지되었다. 산화막의 대부분을 이루고 있는 monoclinic ZrO2 결정구조에서 우선성장 하는 면의 특성이 합금원소를 첨가하지 않은 단결정 Zr의 산화에 있어서 중요한 인자로 작용한다. 내식성에 유리한 주상정은 monoclinic ZrO2의 (200)면이 우선방위로 형성될 때 안정화된다. 즉, 단결정 Zr에서는 tetragonal ZrO2 상이 형성되지 않기 때문에 monoclinic ZrO2 성장방향이 산화특성에 가장 크게 영향을 미쳤다.
Phase stability, oxidation behavior and the oxide characteristics of Zr-xNb alloys (x=0.1～2.0 wt.%) were studied to investigate the effect of the Nb content on the phase transformation and corrosion behavior of the Zr-Nb binary alloys. The samples were manufactured by two different processes to give...
Phase stability, oxidation behavior and the oxide characteristics of Zr-xNb alloys (x=0.1～2.0 wt.%) were studied to investigate the effect of the Nb content on the phase transformation and corrosion behavior of the Zr-Nb binary alloys. The samples were manufactured by two different processes to give the Nb-concentration in the matrix and the precipitates characteristics of the β phase (βNb, βZr). One group of the samples was annealed at 570 and 640℃ for 1000 hours after β-quenching and the other one was annealed at 570 and 640℃ during the manufacturing process. Microstructure of the alloys was changed by the manufacturing process conditions. However, in the case that the alloys reached the equilibrium state by annealing at the same temperature, the precipitate in the alloys was identified to have the same characteristics. The Nb-containing phase was not observed in the Zr-0.2 wt.% Nb alloy because the Nb content was lower than the solubility. However, the Zr3Fe precipitate was observed in this alloy even though Fe was not added. The formation of Zr3Fe resulted from the Fe in the zirconium sponge and was not affected by the annealing temperature of 570 and 640℃. In the Zr-0.8 and the 1.5 wt.% Nb alloys where the Nb content was higher than the solubility, Zr(NbFe)2 and the β phase (βNb, βZr) were observed. The Zr(NbFe)2 phase was not affected by the annealing temperature but the formation of the β phase was controlled by the annealing temperature. The βNb phase was formed by annealing at 570℃ in the α+βNb region whereas the βZr phase at 640℃ in the α+βZr region and the volume fraction of the β phase increased with an increasing Nb content. When the alloys was annealed at 570℃ in the α+βNb region after β-quenching, the βZr phase was formed in the early stage of the annealing and then transformed to the equilibrium βNb phase after 50 hours of annealing time. The size of the βNb phase was not drastically increased with an increasing annealing time. In the case of the annealing at the α+βZr region, the βZr phase was formed at the early stage of the annealing and its size increased with the annealing time. The formation of β phase resulted form the reduction of the Nb concentration in the matrix when the Nb content was higher than the solubility. The corrosion resistance of the Zr-xNb alloys was excellent when Nb content reached the maximum soluble limit in the matrix and it was improved by reducing the supersaturated Nb content in the matrix by annealing. From the view point of the precipitate characteristics, the corrosion resistance was decreased when Zr(NbFe)2 and the βZr phase were formed in the alloy, but it was increased when the βNb phase was formed. The corrosion rate was mainly affected by the supersaturated Nb content in the matrix. From the analysis of the oxide characteristics, it was found that the tetragonal ZrO2 phase was stabilized when the Nb content in the matrix remained at the maximun soluble limit but it was transformed to the monoclinic ZrO2 phase by increasing the supersaturated Nb content in the matrix. The tetragonal ZrO2 phase was more easily stabilized at the metaloxide interface and transformed to the monoclinic ZrO2 phase at the outer surface region of the oxide. The transformed fraction was increased when the Nb concentration was higher than the maximum soluble limit. The columnar oxide structure, which is known to increase corrosion resistance, was more stabile when the Nb concentration in the matrix was the maximum soluble limit. It could be suggested that the supersaturated Nb induced the growing of the equiaxed oxide structure and the βZr phase in the oxide promoted the transformation from the columnar structure to the equiaxed one. The oxidation characteristics of the (0002) basal plane and the (112̅0) prismatic plane of the Zr single crystal were studied to investigate the relationship of the matrix orientation and the oxidation characteristics. The oxidation rate of the (112̅0) prismatic plane was faster than that of the (0002) basal plane. The oxide grown at the basal plane had the preferred (200) plane of the monoclinic ZrO2, while the oxide at the prismatic plane grew at both the (200) and (002) planes of the monoclinic ZrO2. In addition, the oxide layer, which was formed from the basal plane of the matrix and had only one preferred growth plane, exhibited a higher fraction columnar oxide structure and a relatively wide range for the protective barrier layer. The columnar structure was stabilized when the oxide grew at the preferred (200) plane of the monoclinic ZrO2. It could be suggested that the characteristics of the preferred plane monoclinic ZrO2 plays a important role in controlling the oxidation characteristics of the Zr single crystal.
Phase stability, oxidation behavior and the oxide characteristics of Zr-xNb alloys (x=0.1～2.0 wt.%) were studied to investigate the effect of the Nb content on the phase transformation and corrosion behavior of the Zr-Nb binary alloys. The samples were manufactured by two different processes to give the Nb-concentration in the matrix and the precipitates characteristics of the β phase (βNb, βZr). One group of the samples was annealed at 570 and 640℃ for 1000 hours after β-quenching and the other one was annealed at 570 and 640℃ during the manufacturing process. Microstructure of the alloys was changed by the manufacturing process conditions. However, in the case that the alloys reached the equilibrium state by annealing at the same temperature, the precipitate in the alloys was identified to have the same characteristics. The Nb-containing phase was not observed in the Zr-0.2 wt.% Nb alloy because the Nb content was lower than the solubility. However, the Zr3Fe precipitate was observed in this alloy even though Fe was not added. The formation of Zr3Fe resulted from the Fe in the zirconium sponge and was not affected by the annealing temperature of 570 and 640℃. In the Zr-0.8 and the 1.5 wt.% Nb alloys where the Nb content was higher than the solubility, Zr(NbFe)2 and the β phase (βNb, βZr) were observed. The Zr(NbFe)2 phase was not affected by the annealing temperature but the formation of the β phase was controlled by the annealing temperature. The βNb phase was formed by annealing at 570℃ in the α+βNb region whereas the βZr phase at 640℃ in the α+βZr region and the volume fraction of the β phase increased with an increasing Nb content. When the alloys was annealed at 570℃ in the α+βNb region after β-quenching, the βZr phase was formed in the early stage of the annealing and then transformed to the equilibrium βNb phase after 50 hours of annealing time. The size of the βNb phase was not drastically increased with an increasing annealing time. In the case of the annealing at the α+βZr region, the βZr phase was formed at the early stage of the annealing and its size increased with the annealing time. The formation of β phase resulted form the reduction of the Nb concentration in the matrix when the Nb content was higher than the solubility. The corrosion resistance of the Zr-xNb alloys was excellent when Nb content reached the maximum soluble limit in the matrix and it was improved by reducing the supersaturated Nb content in the matrix by annealing. From the view point of the precipitate characteristics, the corrosion resistance was decreased when Zr(NbFe)2 and the βZr phase were formed in the alloy, but it was increased when the βNb phase was formed. The corrosion rate was mainly affected by the supersaturated Nb content in the matrix. From the analysis of the oxide characteristics, it was found that the tetragonal ZrO2 phase was stabilized when the Nb content in the matrix remained at the maximun soluble limit but it was transformed to the monoclinic ZrO2 phase by increasing the supersaturated Nb content in the matrix. The tetragonal ZrO2 phase was more easily stabilized at the metaloxide interface and transformed to the monoclinic ZrO2 phase at the outer surface region of the oxide. The transformed fraction was increased when the Nb concentration was higher than the maximum soluble limit. The columnar oxide structure, which is known to increase corrosion resistance, was more stabile when the Nb concentration in the matrix was the maximum soluble limit. It could be suggested that the supersaturated Nb induced the growing of the equiaxed oxide structure and the βZr phase in the oxide promoted the transformation from the columnar structure to the equiaxed one. The oxidation characteristics of the (0002) basal plane and the (112̅0) prismatic plane of the Zr single crystal were studied to investigate the relationship of the matrix orientation and the oxidation characteristics. The oxidation rate of the (112̅0) prismatic plane was faster than that of the (0002) basal plane. The oxide grown at the basal plane had the preferred (200) plane of the monoclinic ZrO2, while the oxide at the prismatic plane grew at both the (200) and (002) planes of the monoclinic ZrO2. In addition, the oxide layer, which was formed from the basal plane of the matrix and had only one preferred growth plane, exhibited a higher fraction columnar oxide structure and a relatively wide range for the protective barrier layer. The columnar structure was stabilized when the oxide grew at the preferred (200) plane of the monoclinic ZrO2. It could be suggested that the characteristics of the preferred plane monoclinic ZrO2 plays a important role in controlling the oxidation characteristics of the Zr single crystal.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.