초록 ▼

본 보고서는 SFR의 금속핵연료와 피복관의 상호반응(FCCI)을 방지하기 위해 피복관 내면에 적용 가능한 배리어 공정 개발과 최적화 과정, 그리고 사고 상황에서도 견딜 수 있는 혁신 배리어 기술 개발에 대하여 기술하였다. 미터급 피복관 도금장치를 이용하여 위치별 두께 차이가 13μm 이내로 균일하고 내부에 결함이 없는 크롬 코팅층을 미터급 피복관 내면에 성공적으로 도금하였다. 또한 희토류 합금 (50Ce-50Nd)과의 확산 쌍 시험을 통해 피복관 내면에 형성된 코팅층이 FCCI를 방지하는 barrier역할을 성공적으로 수행한다는 것

본 보고서는 SFR의 금속핵연료와 피복관의 상호반응(FCCI)을 방지하기 위해 피복관 내면에 적용 가능한 배리어 공정 개발과 최적화 과정, 그리고 사고 상황에서도 견딜 수 있는 혁신 배리어 기술 개발에 대하여 기술하였다. 미터급 피복관 도금장치를 이용하여 위치별 두께 차이가 13μm 이내로 균일하고 내부에 결함이 없는 크롬 코팅층을 미터급 피복관 내면에 성공적으로 도금하였다. 또한 희토류 합금 (50Ce-50Nd)과의 확산 쌍 시험을 통해 피복관 내면에 형성된 코팅층이 FCCI를 방지하는 barrier역할을 성공적으로 수행한다는 것을 증명하였다. 전해도금 인자 (유량, 온도, 전류밀도 및 파형, 후처리)에 따른 Cr 도금층의 특성을 규명하고 핵연료-피복관 상호작용(FCCI) 방지를 위한 최적 배리어 요소기술을 개발하였다. 또한 후 열처리 과정을 통해 원자로 내 높은 온도에서 미세구조의 변화를 확인하였다. Cr/Cr₂N 복합 코팅 층의 성능을 증명하기 위해 높은 온도에서의 확산 쌍상호반응 시험을 수행하였고 복합 코팅 층은 원자로의 과도상태에서도 배리어의 성능이 뛰어나다는 것을 증명하였다. 미터급 내면코팅 피복관의 비파괴 조직 검사, 열적 특성, 기계적 특성, 화학적 특성을 전반적으로 평가하여 코팅하지 않은 HT9 피복관 대비 전반적으로 뛰어나다는 것을 증명하였다. 공정 인자별 라이너 피복관의 제조영향 평가를 위해 피복관과 라이너 소재에 따른 냉간 가공량 및 필거 롤의 영향을 연구하였다. 라이너 피복관 소재인 Zircaloy-4와 결정학적 구조가 동일한 Titanium Grade 2의 냉간 가공 시 소성변형 거동이 유사함을 확인하였다. 필거 가공 시 회전각의 감소 및 이송수의 증가에 따라 압하율이 증가하였다. 공정별 중간품의 평가를 위해 필거 공정 및 횟수에 따른 특성을 평가 하였다. Titanium Grade 2 소재의 경우 Zircaloy-4 소재보다 가공이 용이하였다. 열처리와 반복 필거 공정을 이용하여 경도 특성 조절로 두께 100 um인 Ti 라이너 피복관을 제작할 수 있었다. 9Cr-2W-NbVB계 피복관과 Zircaloy-4 라이너 피복관을 이용하여 두께 50 ㎛급 라이너 피복관이 결합된 제조 공정을 확보하고 시제품(길이 1 m)을 제작하였다.

(출처 : 서지정보양식 173p)

Abstract ▼

This report describes the process development and optimization process of the barrier coating applicable to the inside of cladding and the development of innovative coating technology that can prevent interfacial reaction (FCCI) of metal nuclear fuel and cladding in SFR. Using the circulation system

This report describes the process development and optimization process of the barrier coating applicable to the inside of cladding and the development of innovative coating technology that can prevent interfacial reaction (FCCI) of metal nuclear fuel and cladding in SFR. Using the circulation system of the electro-plating the inner surface of the cladding was successfully coated by a chromium coating layer with uniform thickness within 13 μm and no defect inside. The diffusion couple test with a rare earth alloy (50Ce-50Nd) was set as a barrier property evaluation methodology, and a coating layer formed on the inner surface of the cladding proved to successfully perform a barrier function to prevent FCCI. Also, it was found that the thickness of the plating layer and the average crack length decrease as the off time is lower when the pulse current is applied. In order to develop a coating layer that can withstand high temperatures in the event of a reactor accident, a Cr/Cr₂N multi-coating layer was selected and developed. Cr and Cr/Cr₂N barrier coatings were applied to the inner-surface of cladding and their barrier properties were proved by diffusion couple tests using surrogate fuel materials. We also studied effects of cold working and pilger roll on cladding tube and liner materials for evaluation on manufacturing liner cladding by process parameters. Evaluate the characteristics of the prototype according to the pilger process and number of times. In the case of material Titanium Grade 2, plastic deformation processing was easier than Zircaloy-4. A titanium liner tube with a thickness of 100 μm could be fabricated by controlling the hardness characteristics by using heat treatment and repeated pilger process. Using the 9Cr-2W-NbVB series tube and zircaloy-4 tube, the manufacturing process with the cladding liner layer (thickness: 50 ㎛) was secured and the prototype was manufactured (length: 1 m).

(출처 : BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET 174p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 11
• 목차 ... 13
• 표목차 ... 15
• 그림목차 ... 17
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 23
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 25
• 1. 연구개발의 개요 ... 25
• 2. 연구개발의 필요성 ... 25
• 제2절 연구개발 목표 및 내용 ... 28
• 1. 최종목표 ... 28
• 2. 연차별 목표 및 내용 ... 28
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 33
• 제3장 연구수행내용 및 성과 ... 37
• 제1절 내면코팅 피복관 핵심기술 개발 ... 39
• 1. 코팅피복관 예비시제품 제조 ... 39
• 2. 내면코팅 피복관 요소기술 개발 ... 46
• 3. 내면코팅 피복관 제조성 평가 ... 59
• 4. 내면코팅 피복관 예비품 제조 및 특성평가 ... 75
• 제2절 ATR 조사시험용 배리어 피복관 제조 ... 85
• 1. ATR 조사시험 도금공정 개발 ... 85
• 제3절 라이너 피복관 핵심기술 개발 ... 92
• 1. 라이너 피복관 제조공정 개발 ... 92
• 2. 라이너 피복관 요소기술 개발 ... 98
• 3. 라이너 피복관 제조성 평가 ... 109
• 4. 라이너 피복관 예비품 제조 및 특성평가 ... 118
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 130
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 139
• 제1절 연구개발결과의 활용방안 ... 141
• 제2절 기대성과 ... 142
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 143
• 제7장 연구개발성과의 보안등급 ... 147
• 제8장 연구장비의 구축 및 활용 결과 ... 151
• 제9장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행 실적 ... 155
• 제10장 참고문헌 ... 159
• 부 록 ... 163
• [부록 1] 피복관 내면 전해도금 공정 ... 165
• [부록 2] 라이너 피복관 예비품 제조 공정 ... 172
• 서지정보양식 ... 173
• BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET ... 174
• 끝페이지 ... 178