KR102001388B1 - 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 1.0~2.5를 포함하는 조성을 가지는 중성자 차폐용 스테인레스 강판를 제조하는 방법으로서, 상기 조성을 가지는 스테인레스 강 주조재를 압연하는 단계를 포함하고, 상기 주조재는 상기 조성을 가지는 용탕을 주조하는 단계; 및 상기 주조된 주조재를 구상화 열처리하는 단계를 포함하는, 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법 및 상기 제조 방법으로 구현된 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판을 제공한다.

Description

중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 및 그 제조방법{Rolled stainless steel plate for neutron shielding and manufacturing method thereof}
본 발명은 스테인레스 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
원자력 발전소의 경우, 사용후 핵연료는 많은 양의 열중성자가 발생되며, 이러한 열중성자가 외부로 방출되는 것을 방지하기 위해서 사용후 핵연료를 수중에서 보관하고 저장하는 실정이다. 그러나, 계속적인 전력 사용으로 사용후 핵연료의 발생량이 지속적으로 증가함에 따라 저장 공간이 포화되면서 저장공간의 확보 문제가 큰 이슈로 대두되고 있다.
따라서 많은 양의 사용후 핵연료를 좁은 공간에 효율적으로 저장할 수 있는 사용후 핵연료 저장용 구조체의 고효율화 및 고밀도화가 불가피한 실정이며, 구조체 소재의 고성능화가 요구되고 있다. 사용후 핵연료 저장 용기로서 사용되는 재료는 우수한 열중성자 흡수능을 구비하고 있는 것이 요구된다. 아울러 저장용 용기가 부식에 의해 손상을 받지 않도록 우수한 부식저항성을 갖는 소재가 적용되어야 한다. 그 외의 선택 기준으로서 중성자에 대한 저항성, 기계적 안정도, 재질의 무게, 감속재의 소모성, 기체발생율, 사용사례 및 문제 발생 이력 등이 포함되어야 한다.
또한, 소재의 제조 측면에서 가공 및 용접/접합이 용이하여 조밀랙 등의 부품 제조가 가능해야 한다. 이러한 목적으로 최근에 열중성자 차폐용 재료로서 내부식성이 우수한 알루미늄 합금 및 스테인레스강에 중성자 흡수능이 우수한 붕소(B)를 복합화하여 고효율의 차폐 성능을 갖는 신소재 기술 개발 연구에 박차를 가하고 있으나, 상기 중성자 차폐소재는 수소발생 등의 문제점이 노출되어 점차 사용이 제한되고 있다.
대개의 경우, 차폐소재는 기지금속인 알루미늄합금이나 스테인레스 강에 보론 또는 보론 화합물(B4C)을 첨가하게 되는데, 일정량 이상이 되면 열간가공성, 냉간가공성, 인성 및 용접성 등이 저하되는 문제점이 있어서 일정량 이상의 첨가가 매우 어렵다.
그 중에서도, 스테인레스강의 경우 오스테나이트상 내의 붕소의 용해도가 거의 없기 때문에 매우 소량의 붕소(2wt% 미만)가 첨가될 수밖에 없으며 높은 차폐성능을 기대하기 어렵다. 붕소의 동위원소에는 B10와 B11이 있으며, 천연붕소에는 중성자 흡수단면적이 큰 B10이 약 20% 함유되어 있다. 붕소의 동위원소 중에서 B11은 중성자를 거의 흡수하지 않으므로 용도에 따라서는 B10을 농축하여 사용하는 게 일반적이다.
붕소의 경우에는 어떤 화합물로 존재하든지에 상관없이 붕소의 함량 자체가 중성자 차폐 효과를 나타낸다. 따라서 중성자 차폐 입장에서는 붕소의 함량이 높을수록 좋다.
특히, 스테인레스의 경우 주조에 의해 제조할 경우 크롬(Cr)과 붕소(B)가 반응하여 형성된 Cr2B 금속간화합물이 석출됨에 따라 취성이 강해져서 열간가공성 및 인장특성이 현저하게 감소한다. 따라서 주로 높은 붕소를 첨가하기 위해서는 분말야금법에 의해 제조되나, 이는 매우 비싼 공정으로 제품 가격이 크게 상승되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 많은 양의 사용후 핵연료를 좁은 공간에 효율적으로 저장할 수 있도록 높은 중성자 차폐성능을 갖는 스테인레스 압연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법을 제공한다. 상기 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법은 중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 1.0~2.5를 포함하는 조성을 가지는 중성자 차폐용 스테인레스 강판을 제조하는 방법으로서, 상기 조성을 가지는 스테인레스 강 주조재를 압연하는 단계를 포함하고, 상기 주조재는 상기 조성을 가지는 용탕을 주조하는 단계; 및 상기 주조된 주조재를 구상화 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법에 있어서, 상기 구상화 열처리 된 주조재는, 기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 복수개로 분포되어 있으며, 상기 석출물은 상기 기지와의 계면 영역의 50% 이상이 곡률을 가지는 구상화된 석출물을 포함하며, 상기 구상화된 석출물의 개수의 평균은 전체 석출물의 70% 이상일 수 있다.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법에 있어서, 상기 구상화 열처리 된 주조재는, 기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물을 포함하며, 상기 종횡비(aspect ratio)의 평균값은 2 이하(0초과)일 수 있다.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법에 있어서, 상기 Cr과 B로 이루어진 석출물은, Cr2B를 포함할 수 있다.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법에 있어서, 상기 구상화 열처리 조건은 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
30349 < (T+273.15)× (20+log[t]) < 33882
(여기서, 상기 T는 섭씨온도(℃)이고, 상기 t는 시간(hour)임)
상기 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법에 있어서, 상기 구상화 열처리 조건의 온도는 1000℃ 내지 1250℃이고, 시간은 4시간 내지 1000시간일 수 있다.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법에 있어서, 상기 구상화 열처리 조건의 온도는 1000℃ 내지 1250℃이고, 시간은 24시간 내지 300시간일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법을 제공한다. 상기 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법은 중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 1.0~2.5를 포함하는 조성을 가지는 중성자 차폐용 스테인레스 강판을 제조하는 방법으로서, 상기 조성을 가지는 용탕을 주조하는 단계; 상기 주조재를 구상화 열처리 하는 단계; 및 상기 주조재를 열간압연하는 단계;를 포함하며, 상기 구상화 열처리는 온도는 1000℃ 내지 1250℃이고, 시간은 24시간 내지 300시간의 조건에서 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판을 제공한다. 상기 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판은 주조재를 압연하여 제조한 스테인레스 압연 강판으로서, 중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 1.0~2.5를 포함하고, 기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 다수 분포되어 있으며, 상기 석출물의 종횡비(aspect ratio)의 평균값은 2 이하(0초과)일 수 있다.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판에 있어서, 상기 주조재는, 중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 1.0~2.5를 포함하고, 기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 다수 분포되어 있으며, 상기 석출물은 상기 기지와의 계면 영역의 50% 이상이 곡률을 가지는 구상화 된 석출물을 포함하며, 상기 구상화된 석출물의 개수의 평균은 전체 석출물의 70% 이상일 수 있다.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판에 있어서, 상기 주조재는, 중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 1.0~2.5를 포함하고, 기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 다수 분포되어 있으며, 상기 석출물의 종횡비(aspect ratio)의 평균값은 2 이하(0초과)일 수 있다.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판에 있어서, 상기 Cr과 B로 이루어진 석출물은, Cr2B를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재를 제공한다. 상기 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재는 중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 1.0~2.5를 포함하고, 기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 다수 분포되어 있으며, 상기 석출물은 상기 기지와의 계면 영역의 50% 이상이 곡률을 가지는 구상화 된 석출물을 포함하며, 상기 구상화된 석출물의 개수의 평균은 전체 석출물의 70% 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재를 제공한다. 상기 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재는 중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 1.0~2.5를 포함하고, 기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 다수 분포되어 있으며, 상기 석출물의 종횡비(aspect ratio)의 평균값은 2 이하(0초과)일 수 있다.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재에 있어서, 상기 Cr과 B로 이루어진 석출물은, Cr2B를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따르면, 가격이 저렴하고, 중성자 차폐성능이 우수하도록 붕소의 함량을 높이면서도 가공성, 인성 및 용접성 등이 우수한 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 및 그 제조 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 비교예들에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플의 압연 후 사진 및 샘플 조직을 광학현미경으로 분석한 사진이다.
도 2는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재 샘플의 구상화 열처리 온도에 의한 샘플 조직을 주사전자현미경으로 분석한 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플의 경도를 측정하여 정리한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
원자력 산업의 중성자차폐용 소재로 사용되는 붕소(B)가 첨가된 스테인레스 강을 사용한다. 상기 중성자차폐용 소재의 생산에는 분말야금법(powder metallurgy)이 주로 이용되고 있다. 상기 분말야금법 공정의 경우, 고용량의 붕소를 얻을 수 있으나, 경제성이 낮고, 최종 제품의 대형화 및 대량생산에는 한계가 있다.
이를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 분말야금법 대비 상대적으로 가격이 저렴한 주조법을 이용하되, 가공성에 악영향을 주는 Cr2B 금속간화합물이 생성되더라도 주조공정 후 구상화 열처리 공정을 도입함으로써 가공성을 향상하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법은 중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 1.0~2.5를 포함하는 조성을 가지는 스테인레스 강 주조재를 압연하는 단계를 포함한다. 이때 상기 주조재는 상기 조성을 가지는 용탕을 주조하는 단계 및 상기 주조된 주조재를 구상화 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명자는 주조 후 구상화 열처리를 통해 제조된 주조재의 기지에 다수로 분포하는 Cr과 B로 이루어진 석출물을 구상화시킴으로서 추후 상기 주조재를 압연한 스테인레스 강판의 인성이 크게 향상됨을 발견하였다.
이후 본 명세서 및 특허청구범위에 있어서,“구상화된 석출물”이란 주조 후 구상화 열처리에 의해 각진 형태의 석출물 형상이 곡률을 가지는 형상으로 변화된 석출물을 의미한다. 이를 정량적으로 표현하면, 기지 내에 분포된 석출물이 기지와 이루는 계면의 전체 면적 중 50% 이상이 곡률을 가지고 있는 석출물로 정의 내릴 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 구상화 열처리된 주조재는 기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 복수개로 분포되어 있으며, 상기 구상화된 석출물의 개수의 평균은 전체 석출물의 70% 이상 일 수 있으며, 바람직하게는 80% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상일 수 있다.
이때 상기 구상화된 석출물의 개수의 평균은 분석대상 샘플의 3 군데 이상을 랜덤(random)으로 선택한 일부 영역에서의 미세 조직 관찰 결과로부터 도출된 값을 평균한 결과를 의미한다. 평균값을 도출하기 위한 미세 조직 관찰은 통상적인 광학현미경 또는 전자현미경을 통해 수행 될 수 있으며, 하나의 영역에서 미세 조직 관찰을 위해 선택되는 배율은 평균값을 계산하기 위한 전체 석출물의 개수가 100개 이상이 되도록 선택될 수 있다.
또 다른 측면에서 본 발명의 실시예에 따라 구상화 열처리된 주조재는 기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 복수개로 분포되어 있으며, 상기 석출물의 장축(또는 길이방향)과 단축(또는 폭방향)에 대한 비율인 종횡비(aspect ratio)의 평균값이 2 이하(0 초과)일 수 있다.
이때 종횡비(aspect ratio)의 평균값은 분석대상 샘플의 3 군데 이상을 랜덤(random)으로 선택한 일부 영역에서의 미세 조직 관찰 결과로부터 도출된 값을 평균한 결과를 의미한다. 평균값을 도출하기 위한 미세 조직 관찰은 통상적인 광학현미경 또는 전자현미경을 통해 수행 될 수 있으며, 하나의 영역에서 미세 조직 관찰을 위해 선택되는 배율은 평균값을 계산하기 위한 전체 석출물의 개수가 100개 이상이 되도록 선택될 수 있다.
상기 구상화 열처리 된 주조재의 석출물은 예를 들어, Cr2B 금속간화합물일 수 있다.
또한, 본 발명자는 구상화 열처리를 수행한 후 압연공정을 마친 스테인레스 강판의 미세조직을 분석한 결과, 주조재의 석출물과 마찬가지로, 기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물을 포함하며, 상기 종횡비의 평균값은 2 이하(0초과)인 것을 확인하였다. 이는 주조재의 기지에 포함된 석출물의 종횡비의 평균값이 유사한 수준으로 유지되는 것을 알 수 있고, 구상화 열처리를 통해 주조재의 석출물의 입자가 미세화 되면, 가공성 향상에도 효과적임을 의미한다.
특히, 본 발명자는 다양한 실험예들을 통해서 구상화 열처리 공정의 유/무에 따른 효과를 확인하였으며, 상기 석출물의 종횡비의 평균값은 구상화 열처리 조건, 즉, 하기 섭씨온도(℃)와 시간(hour)의 로그함수의 곱으로 표현되는 수학식 1을 조절함으로써 석출물의 형태와 크기를 효과적으로 제어할 수 있음을 발견하였다.
[수학식 1]
30349 < (T+273.15)×(20+log[t]) < 33882
(여기서, 상기 T는 섭씨온도(℃)이고, 상기 t는 시간(hour)임.)
상기 수학식 1의 구상화 열처리 공정의 온도변수 및 시간변수는 Cr2B 석출물의 곡률을 효과적으로 제어할 수 있는 인자로서 그 기술적 의의가 있다고 할 것이다.
예를 들어, 상기 구상화 열처리 조건의 온도 T는 1000℃ 내지 1250℃이고, 시간 t는 4시간 내지 1000시간, 바람직하게는 24시간 내지 300시간 일 수 있다.
여기에서, 상기 온도가 1000℃ 미만일 경우, 시간을 증가시킨다 하더라도 석출물의 형상 변화가 없으며, 구상화 열처리 이후의 압연공정에서 크랙도 많이 발생한다. 반면에, 1250℃를 초과할 경우, 액상으로의 변태가 일어나며, 이로 인해 열간 압연성이 크게 떨어진다.
또는, 상기 시간이 4시간 미만일 경우, 온도를 증가시킨다 하더라도 석출물의 형상 변화가 없으며, 구상화 열처리 이후의 압연공정에서 크랙도 많이 발생한다. 반면에, 1000시간을 초과할 경우, 열처리시 유지온도를 줄일 수 있으나 경제적인 측면에서 효율성이 크게 떨어지게 된다.
시간 t의 경우 더욱 바람직하게 24시간 내지 300시간의 범위를 가질 수 있다. 구상화 열처리 후 석출물의 종횡비가 2 이하가 되게 하기 위해서는 24시간 이상이 필요하게 되며, 열처리를 300시간 이내에서 수행함으로써 경제성측면에서 더욱 유리해 질수 있다.
이하에서는, 본 발명의 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법에 의해 구현된 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 소재의 가공성을 파악하기 위한 실험예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 실시예들이 아래의 실험예들만으로 한정되는 것은 아니다.
표 1은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플로서, 붕소의 함유량에 따라 적절한 구상화 열처리 조건을 찾기 위한 실험예들의 조성, 압연조건 및 압연 후 표면 크랙 여부에 대해서 각각 정리한 표이다.
본 발명의 비교예 및 실험예들은 Fe-B, Fe-Mn, Fe-Ni, Fe-Cr 합금을 하기 표 1에 정리된 조성비로 조합한 후 용해로에서 약 1500℃ 이상으로 가열하여 용탕으로 만든 후 몰드(mold) 내에 장입하여 잉곳(ingot)을 각각 제조하였다. 이후에 구상화 열처리를 하지 않은 샘플들(비교예 1 내지 3)과, 소정의 온도에서 192시간 동안 구상화 열처리를 수행한 샘플들(비교예 4 내지 6, 실시예 1 내지 6)을 제조하였다.
상기 구상화 열처리는 샘플의 산화를 방지하기 위하여, 진공 또는 환원성 분위기(수소 또는 질소 분위기)에서 수행하였다.
구상화 열처리된 시편은 상온까지 냉각된 이후, 1150℃의 온도에서 1시간동안 재가열하여 열간압연을 수행하여 판재로 가공하였다.
구체적으로 비교예 1 내지 비교예 3은 구상화 열처리 공정을 수행하지 않고, 열간압연 가공하였으며, 비교예 4 내지 비교예 6은 900℃에서 구상화 열처리한 후 냉각시켰다가 열간압연하였다. 실시예 1 내지 실시예 3은 1100℃에서 구상화 열처리한 후 냉각시켰다가 열간압연하였으며, 실시예 4 내지 실시예 6은 1200℃에서 구상화 열처리한 후 냉각시켰다가 열간압연하였다.
Figure 112017094225745-pat00001
도 1은 비교예 1 내지 비교예 3의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 사진이다. 비교예 1의 붕소(B)의 함량이 0.19wt%로 가장 낮았으며, 비교예 2의 붕소(B)의 함량이 0.78wt%, 비교예 3의 붕소(B)의 함량이 1.76wt%로 가장 높았다. 이 때, 붕소(B)의 함량이 증가함에 따라 열간압연시 샘플의 엣지(edge) 및 표면에 다수의 크랙(crack)이 발생되었다.
도 1의 (e) 및 (f)에 도시된 비교예 3의 표면 중 P영역의 미세조직을 살펴보면, 도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 미세조직 대비 상대적으로 많은 Cr2B 석출물이 형성되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 붕소(B)의 함량이 높아질수록 상기 Cr2B 석출물은 더 많이 생성되며, 상기 Cr2B 석출물은 취성이 강하기 때문에, 열간압연시 크랙이 쉽게 발생하는 것으로 판단된다.
도 2는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재 샘플의 구상화 열처리 온도에 의한 샘플 조직을 주사전자현미경으로 분석한 사진이다.
도 2의 (a) 내지 (c)는 각각 비교예 4 내지 6의 결과이며, 도 2의 (d) 내지 (f)는 실시예 4 내지 6의 결과를 나타낸 것이다. 이를 참조하면, 비교예 4 내지 비교예 6의 경우는 모두 900℃의 온도에서 192시간동안 구상화 열처리를 수행한 것으로서, 앞서 설명한 도 1의 비교예 1 내지 비교예 3의 구상화 열처리를 수행하지 않은 샘플들과 비교해보면, Cr2B 석출물의 형상 변화가 거의 없었다. 또, 압연 후 표면 크랙의 발생 경향도 비교예 1 내지 비교예 3의 샘플과 유사했다.
그러나 1200℃에서 구상화 열처리를 수행한 실시예 4 내지 실시예 6의 경우, 기지 내에 형성된 Cr2B 석출물의 형상에 곡률이 상당히 생기면서 구상화가 되는 것을 확인할 수 있었다. 즉 도 2(d) 내지 (f)를 참조하면, 거의 모든 석출물(즉, 전체 석출물의 70% 이상)이 앞서 정의한 “구상화된 석출물”로 분류될 수 있음을 확인 할 수 있다. 이러한 실시예 4 내지 실시예 6은 모두 압연 후에도 샘플의 표면에 크랙(crack)이 거의 발생하지 않았다.
도시하지는 않았으나, 1100℃에서 구상화 열처리한 실시예 1 내지 실시예 3의 경우도 역시 실시예 4 내지 실시예 6의 샘플과 유사한 미세 조직을 나타내었다.
이로부터 주조 후 구상화 열처리를 통해 Cr2B 석출물을 일정 수준으로 구상화처리 한 이후에 열간압연을 수행한 경우에는 보론(B)의 함량이 높더라도 열간 가공성이 크게 향상되어 크랙 발생과 같은 종래의 문제점이 현저하게 향상되었음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플의 경도를 측정하여 정리한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 6 샘플들은 Cr2B 석출물의 구상화에 따라 비교예 1 내지 비교예 6 샘플들 대비 경도의 감소가 일어나나, 열간가공성은 향상되었다.
표 2는 본 발명의 실시예 4 내지 6의 조성을 가지는 주조재들에 대해서, 구상화 열처리 공정시간에 따른 Cr2B 석출물의 종횡비를 각각 정량화하여 평균한 값(average)을 측정하여 정리한 표이다. 여기서 “주조 후(As casting)”는 구상화 열처리를 수행하지 않은 것을 의미하며, 따라서 실시예 4 내지 6의 “주조 후(As casting)”은 각각 비교예 1 내지 3에 해당한다.
Figure 112017094225745-pat00002
표 2에 의하면, 구상화 열처리 공정시간이 증가함에 따라 각 실시예 샘플들의 Cr2B 석출물의 종횡비 평균값은 감소하였다. 그 중에서도 충분한 구상화가 이루어진 샘플은 24시간 이상 열처리 한 경우로서, 종횡비 평균값이 2이하인 Cr2B 석출물 조직을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
상기 구상화 열처리 공정에 따른 구상화율 즉, 주조재의 기지에 포함된 Cr2B 석출물의 종횡비 평균값이 주조재의 압연가공 후에도 유지되는 것을 확인하기 위하여, 압연한 샘플 내에서 구상화 열처리 공정의 유/무에 따라 Cr2B 석출물의 종횡비를 측정하였다.
표 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플들에 대해서, 구상화 열처리 공정의 수행 여부에 따른 Cr2B 석출물의 종횡비를 각각 정량화하여 평균한 값(average)을 정리한 표이다. 표 1에 나타낸 바와 같이 실시예 4 내지 6의 경우 구상화 열처리는 192시간 수행되었다.
Figure 112017094225745-pat00003
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 사진이다. 구체적으로 도 4의 (a) 및 (b)는 비교예 1 및 실시예 4의 열간압연 공정 후 샘플 표면의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 것이며, 도 4의 (c) 및 (d)는 비교예 2 및 실시예 5의 열간압연 공정 후 샘플 표면의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 것이고, 도 4의 (e) 및 (f)는 비교예 3 및 실시예 6의 열간압연 공정 후 샘플 표면의 미세조직을 광학현미경으로 분석한 것이다.
도 4를 참조하면, 구상화 열처리 공정을 수행한 경우가 구상화 열처리 공정을 수행하지 않은 경우보다 Cr2B 석출물의 형태가 더 구상화 처리된 것을 확인할 수 있으며, Cr2B 석출물의 크기가 보다 조대화 된 것을 확인할 수 있었다.
표 2 및 표 3에 의하면, 구상화 열처리를 수행한 경우에는 주조재의 기지에 포함된 Cr2B 석출물의 종횡비에 대한 비율의 평균값이 열간압연 이후에도 2 이하로 유지되는 것으로 확인된다.
본 발명의 실시예에 따라 제조된 스테인레스 압연 강판은 통상의 주조용 합금으로 주조된 주조재더라도 후속하는 가공단계에서 우수한 가공성을 나타내므로 중성자 차폐성능이 우수하도록 고함량의 붕소를 함유하면서도 안정적으로 가공재를 구현할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 0.19~2.5를 포함하는 조성을 가지는 중성자 차폐용 스테인레스 강판을 제조하는 방법으로서,
    상기 조성을 가지는 스테인레스 강 주조재를 압연하는 단계를 포함하고,
    상기 주조재는 상기 조성을 가지는 용탕을 주조하는 단계; 및
    상기 주조된 주조재를 구상화 열처리하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 구상화 열처리 된 주조재는,
    기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 복수개로 분포되어 있으며,
    상기 석출물은 상기 기지와의 계면 영역의 50% 이상이 곡률을 가지는 구상화 된 석출물을 포함하며,
    상기 구상화된 석출물의 개수의 평균은 전체 석출물의 70% 이상이고,
    상기 구상화 열처리 조건의 온도는 1000℃ 내지 1250℃이고, 시간은 24시간 내지 300시간이며,
    상기 구상화 열처리의 조건은 하기 수학식 1을 만족하는,
    중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법.
    [수학식 1]
    30349 < (T+273.15)×(20+log[t]) < 33882
    (여기서, 상기 T는 섭씨온도(℃)이고, 상기 t는 시간(hour)임)
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구상화 열처리 된 주조재는,
    기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물을 포함하며,
    상기 석출물의 종횡비(aspect ratio)의 평균값은 2 이하(0초과)인,
    중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 Cr과 B로 이루어진 석출물은, Cr2B를 포함하는,
    중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 주조재를 압연하여 제조한 스테인레스 압연 강판으로서,
    중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 0.19~2.5를 포함하고,
    기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 다수 분포되어 있으며,
    상기 석출물의 종횡비(aspect ratio)의 평균값은 2 이하(0초과)이고,
    상기 주조재는,
    중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 0.19~2.5를 포함하고,
    기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 다수 분포되어 있으며,
    상기 석출물은 상기 기지와의 계면 영역의 50% 이상이 곡률을 가지는 구상화 된 석출물을 포함하며,
    상기 구상화된 석출물의 개수의 평균은 전체 석출물의 70% 이상인,
    중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 Cr과 B로 이루어진 석출물은, Cr2B를 포함하는
    중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판.
  13. 중량%로 Cr: 17~20, Ni: 11~15, C: 0.05~0.1 및 B: 0.19~2.5를 포함하고,
    기지에 Cr과 B로 이루어진 석출물이 다수 분포되어 있으며,
    상기 석출물은 상기 기지와의 계면 영역의 50% 이상이 곡률을 가지는 구상화 된 석출물을 포함하며,
    상기 구상화된 석출물의 개수의 평균은 전체 석출물의 70% 이상이고,
    상기 석출물의 종횡비(aspect ratio)의 평균값은 2 이하(0초과)인,
    중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 Cr과 B로 이루어진 석출물은, Cr2B를 포함하는,
    중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재.
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