초록 ▼

최종목표
상용 소재(SA508 Gr.3 Cl.1) 대비, 강도 40%, 취성천이온도 50℃ 향상, 천이온도변화량(TTS) 55℃ 이내 (@중성자 조사량=1x10²⁰ n/㎠)의 우수한 고강도 원자로 압력용기강 (SA508 Gr.4N급) 원전 상용화를 위한 재료 원천기술 확보
개발내용 및 결과
● 1 ton 규모 대형모델합금(1차, 2차) 제작/재료 조직적 건전성 평가 및 baseline 특성(인장, 충격, 낙중, KJC, J-R, 피로) 평가
- YS=540MPa, T41J = -132℃, T

최종목표
상용 소재(SA508 Gr.3 Cl.1) 대비, 강도 40%, 취성천이온도 50℃ 향상, 천이온도변화량(TTS) 55℃ 이내 (@중성자 조사량=1x10²⁰ n/㎠)의 우수한 고강도 원자로 압력용기강 (SA508 Gr.4N급) 원전 상용화를 위한 재료 원천기술 확보
개발내용 및 결과
● 1 ton 규모 대형모델합금(1차, 2차) 제작/재료 조직적 건전성 평가 및 baseline 특성(인장, 충격, 낙중, KJC, J-R, 피로) 평가
- YS=540MPa, T41J = -132℃, T0= -146℃, RTNDT= -105℃ : 상용소재보다 월등한 기계적 특성 확보
- 원자로용기 두께를 고려한 냉각속도에 따른 상분율 변화 정량 분석 및 특성평가: 연속냉각상변태도 구축 및 압력용기 두께방향 특성분포 예측
- 상용 용접공정(GTAW)을 적용한 실규모 용접부 제작 및 용접부 특성 검증 수행
● 열취화 가속시험(450℃/2000hr)을 통해 취화에 미치는 합금원소 효과 고찰/장기가동시 열취화 안정성 검증(350℃, 1 yr)
- 주요합금원소(Ni, Cr, Mn), 미량원소(C, P, B, Ti, Nb, W) 효과 정량 평가 및 취화기구 해석
- 60년이상 장기가동 모사열처리를 통해 열취화 저항성 확인
● 연구용 원자로를 이용한 SA508 Gr.4N 모델합금의 중성자조사취화 특성 검증
- 고선량 중성자 조사재(최대 1.5x10²⁰ n/㎠) 확보 및 조사취화 특성평가: 상용소재보다 우수한 조사취화 거동 확인.
- 우수한 초기 인성으로 고선량 조사후에도 상용소재의 비조사재보다 우수한 천이특성을 나타냄.(T41J=-63℃ @1.3x10²⁰n/㎠)
기술개발 배경
상용원전의 대형화에 따라, 내압용기의 두께증가에 대응한 제작성 향상과 경량화를 위해 고강도 소재의 적용과 장기가동에 대비하여 우수한 초기 파괴인성의 확보가 필요함.
핵심개발 기술의 의의
원자력발전소의 대형화 및 장수명화를 위한 최적의 압력용기용 소재로 활용이 기대됨. 설계기준 강도의 향상으로 내압용기의 두께를 줄이고 경량화 가능. 원천기술개발로 경쟁국에 대한 충분한 기술우위 확보가 가능하여, 원전수출에도 유리하게 작용
적용 분야
차세대 상용원전의 출력증강을 위한 대형화/고출력화를 위한 최적의 압력용기소재(원자로, 증기발생기, 주배관). SAMART 등 소형 모듈화(SMR) 원자로의 압력용기 소재로 매우 유망함.

Abstract ▼

SA508 Gr.4N Ni-Cr-Mo low alloy steel has an improved strength and fracture toughness, compared to commercial low alloy steels such as SA508 Gr.3 Mn-Mo-Ni low alloy steel. In this study, the microstructural observation and baseline test were carried out using SA508 Gr.4N model alloy of 1 ton scale. T

SA508 Gr.4N Ni-Cr-Mo low alloy steel has an improved strength and fracture toughness, compared to commercial low alloy steels such as SA508 Gr.3 Mn-Mo-Ni low alloy steel. In this study, the microstructural observation and baseline test were carried out using SA508 Gr.4N model alloy of 1 ton scale. Thermal embrittlement and neutron irradiation embrittlement behaviors of SA508 Gr.4N model alloy were also evaluated. The yield strength of 540MPa, Charpy transition temperature, T_41J of –132^oC, Reference temperature, T₀ of –146^oC, and RT_NDT of –105^oC were obtained from large scale SA508 Gr.4N model alloy, which are much better properties than those from SA508 Gr.3 low alloy steel. Effect of alloy elements on thermal embrittlement was carefully evaluated and embrittlement mechanism was characterized using small scale model alloys with various alloy composition. Neutron irradiation behavior at high fluence level up to 1.5x10²⁰ n/cm² corresponding over 80 years operation of RPV were investigated using irradiated samples from research reactor ‘HANARO’. The irradation embrittlement behavior of SA508 Gr.4N model alloy was similar to that of commercial RPV steel. However, after neutron irradiation up to 1.3x10²⁰ n/cm², SA508 Gr.4N model alloy shows lower transition temperature(T_41J = -63^oC) than unirradiated commercial RPV steel because it has a superior initial toughness.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 5
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 9
• 목차 ... 15
• 제 1 장 서론 ... 17
• 제 1 절 과제의 개요 ... 17
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 21
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 21
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 21
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 23
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 23
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 25
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 25
• 1. 연구개발 추진 일정 및 실적 ... 25
• 2. 기술개발 결과 ... 28
• 가. 고강도 원자로압력용기강 모델합금 모재 및 용접부 특성 평가 ... 28
• 나. 고강도 원자로압력용기강의 열적안정성 평가 ... 66
• 다. 고강도 압력용기강의 중성자 조사취화 저항성 평가 ... 103
• 라. 고강도 SA508 Gr.4N 압력용기강 최적 합금설계 ... 117
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 122
• 1. 기술개발 추진방법·전략 ... 122
• 2. 기술개발팀 편성도 ... 122
• 3. 기술개발 추진체계 ... 123
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 124
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 125
• 끝페이지 ... 129