KR102416315B1 - Rolled stainless steel plate for neutron shielding and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 관점에 따르면, 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판이 제공된다. 상기 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판은 주조재를 압연하여 제조한 것으로서, 중량%로 C:0.05~0.15, Si: 0.25~0.5, Mn: 1.4~1.8, Cr: 12~20, Ni: 11~15, Mo : 1.0 이상 7.0 미만, B: 1.2~2.4 및 잔부가 Fe이며, 기지에 Mo-B 화합물 석출물 및 Cr-B 화합물 석출물이 분포되어 있다.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판에 있어서, 상기 Mo-B 화합물 입자의 평균 입자 크기는 0.3 내지 0.6㎛ 범위를 가지고, 상기 Cr-B 화합물(Cr-boride) 석출물의 평균 입자 크기는 0.8 내지 1.5㎛ 범위를 가질 수 있다.According to one aspect of the present invention, a stainless steel sheet for neutron shielding is provided. The neutron shielding stainless steel sheet is manufactured by rolling a cast material, and in weight% C: 0.05 to 0.15, Si: 0.25 to 0.5, Mn: 1.4 to 1.8, Cr: 12 to 20, Ni: 11 to 15, Mo: 1.0 or more and less than 7.0, B: 1.2 to 2.4 and the balance is Fe, and Mo-B compound precipitates and Cr-B compound precipitates are distributed in the matrix.
In the stainless rolled steel sheet for neutron shielding, the average particle size of the Mo-B compound particles is in the range of 0.3 to 0.6 μm, and the average particle size of the Cr-B compound (Cr-boride) precipitate is in the range of 0.8 to 1.5 μm can have
Description
본 발명은 스테인레스 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stainless steel sheet and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a stainless steel sheet for neutron shielding and a method for manufacturing the same.
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.In the case of a nuclear power plant, a large amount of thermal neutrons is generated from the spent nuclear fuel, and the spent nuclear fuel is stored and stored underwater in order to prevent the thermal neutrons from being emitted to the outside. However, as the amount of spent nuclear fuel is continuously increased due to the continuous use of electricity, the storage space is saturated, and the problem of securing the storage space is emerging as a big issue.
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.Therefore, high efficiency and high density of the spent nuclear fuel storage structure capable of efficiently storing a large amount of spent nuclear fuel in a narrow space is inevitable, and high performance of the structure material is required. Materials used as spent nuclear fuel storage containers are required to have excellent thermal neutron absorption capacity. In addition, materials with excellent corrosion resistance should be applied so that the storage container is not damaged by corrosion. As other selection criteria, resistance to neutrons, mechanical stability, material weight, moderator consumption, gas generation rate, use cases and history of problems should be included.
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. In addition, it should be possible to manufacture parts such as dense racks because processing and welding/joining are easy in terms of manufacturing the material. For this purpose, recently, as a material for thermal neutron shielding, boron (B), which has excellent neutron absorption ability, is compounded with aluminum alloy and stainless steel, which has excellent corrosion resistance, and is spurring research on the development of new material technology having high efficiency shielding performance. The use of shielding materials is gradually restricted due to problems such as hydrogen generation being exposed.
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. In most cases, as a shielding material, boron or a boron compound (B 4 C) is added to aluminum alloy or stainless steel, which is a base metal, but when it exceeds a certain amount, hot workability, cold workability, toughness and weldability are deteriorated. It is very difficult to add more than a certain amount.
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.Among them, in the case of stainless steel, since there is almost no solubility of boron in the austenite phase, a very small amount of boron (less than 2 wt%) is inevitably added, and it is difficult to expect high shielding performance. B 10 and B 11 are isotopes of boron, and natural boron contains about 20% of B 10 having a large neutron absorption cross-sectional area. Among the isotopes of boron, B 11 hardly absorbs neutrons, so it is common to use concentrated B 10 depending on the purpose.
붕소의 경우에는 어떤 화합물로 존재하든지에 상관없이 붕소의 함량 자체가 중성자 차폐 효과를 나타낸다. 따라서 중성자 차폐 입장에서는 붕소의 함량이 높을수록 좋다. In the case of boron, the content of boron itself exhibits a neutron shielding effect, regardless of what kind of compound is present. Therefore, from the standpoint of neutron shielding, the higher the boron content, the better.
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.In particular, in the case of stainless steel, when manufactured by casting, the brittleness becomes stronger as Cr 2 B intermetallic compound formed by the reaction of chromium (Cr) and boron (B) is precipitated, so that hot workability and tensile properties are remarkably reduced. Therefore, it is mainly manufactured by powder metallurgy in order to add high boron, but this is a very expensive process and there is a problem in that the product price is greatly increased.
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.The present invention is to solve various problems including the above problems, and to provide a stainless steel rolled sheet having high neutron shielding performance so that a large amount of spent nuclear fuel can be efficiently stored in a narrow space, and a method for manufacturing the same The purpose. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 관점에 따르면, 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판이 제공된다. 상기 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판은 주조재를 압연하여 제조한 것으로서, 중량%로 C:0.05~0.15, Si: 0.25~0.5, Mn: 1.4~1.8, Cr: 12~20, Ni: 11~15, Mo : 1.0 이상 7.0 미만, B: 1.2~2.4 및 잔부가 Fe이며, 기지에 Mo-B 화합물 석출물 및 Cr-B 화합물 석출물이 분포되어 있다. According to one aspect of the present invention, a stainless steel sheet for neutron shielding is provided. The neutron shielding stainless steel sheet is manufactured by rolling a cast material, and in weight %, C: 0.05 to 0.15, Si: 0.25 to 0.5, Mn: 1.4 to 1.8, Cr: 12 to 20, Ni: 11 to 15, Mo: 1.0 or more and less than 7.0, B: 1.2 to 2.4 and the balance is Fe, and Mo-B compound precipitates and Cr-B compound precipitates are distributed in the matrix.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판에 있어서, 상기 Mo-B 화합물 입자의 평균 입자 크기는 0.3 내지 0.6㎛ 범위를 가지고, 상기 Cr-B 화합물(Cr-boride) 석출물의 평균 입자 크기는 0.8 내지 1.5㎛ 범위를 가질 수 있다. In the stainless rolled steel sheet for neutron shielding, the average particle size of the Mo-B compound particles is in the range of 0.3 to 0.6 μm, and the average particle size of the Cr-B compound (Cr-boride) precipitate is in the range of 0.8 to 1.5 μm can have
상기 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판에 있어서, 상기 Mo, B 및 Cr의 조성은 하기 수학식 1 및 수학식 2을 만족할 수 있다. In the stainless rolled steel sheet for neutron shielding, the composition of Mo, B and Cr may satisfy
[수학식 1][Equation 1]
2.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.02.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.0
[수학식 2][Equation 2]
0.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.750.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.75
(단, 상기 [Cr], [Mo], [B]는 각각 Cr, Mo, B의 중량%를 의미함)(However, the [Cr], [Mo], and [B] mean the weight % of Cr, Mo, and B, respectively)
상기 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판에 있어서, 상기 Cr-B 화합물(Cr-boride) 석출물은 Cr2B를 포함할 수 있다. In the stainless rolled steel sheet for neutron shielding, the Cr-B compound (Cr-boride) precipitate may include Cr 2 B.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 중량%로 C:0.05~0.15, Si: 0.25~0.5, Mn: 1.4~1.8, Cr: 12~20, Ni: 11~15, Mo : 1.0 이상 7.0 미만, B: 1.2~2.4 및 잔부가 Fe인 조성을 가지고, 기지에는 Cr-B 화합물 석출물 및 Mo-B 화합물 석출물이 분포되어 있는, 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재가 제공된다. According to another aspect of the present invention, by weight% C: 0.05 to 0.15, Si: 0.25 to 0.5, Mn: 1.4 to 1.8, Cr: 12 to 20, Ni: 11 to 15, Mo: 1.0 or more and less than 7.0, B: A stainless steel casting for neutron shielding is provided, having a composition of 1.2 to 2.4 and the balance being Fe, in which Cr-B compound precipitates and Mo-B compound precipitates are distributed in the matrix.
상기 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재에 있어서, 상기 Mo, B 및 Cr의 조성은 하기 수학식 1 및 수학식 2을 만족할 수 있다. In the cast stainless steel for neutron shielding, the composition of Mo, B, and Cr may satisfy
[수학식 1][Equation 1]
2.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.02.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.0
[수학식 2][Equation 2]
0.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.750.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.75
(단, 상기 [Cr], [Mo], [B]는 각각 Cr, Mo, B의 중량%를 의미함)(However, the [Cr], [Mo], and [B] mean the weight % of Cr, Mo, and B, respectively)
상기 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재에 있어서, 상기 Mo-B 화합물 석출물의 평균 크기는 상기 Cr-B 화합물 석출물의 평균 크기에 비해 더 작을 수 있다. In the stainless steel casting for neutron shielding, the average size of the Mo-B compound precipitates may be smaller than the average size of the Cr-B compound precipitates.
본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 중량%로 C:0.05~0.15, Si: 0.25~0.5, Mn: 1.4~1.8, Cr: 12~20, Ni: 11~15, Mo : 1.0 이상 7.0 미만, B: 1.2~2.4 및 잔부가 Fe인 조성을 가지는 중성자 차폐용 스테인레스 강판을 제조하는 방법이 포함된다. According to another aspect of the present invention, by weight% C: 0.05 to 0.15, Si: 0.25 to 0.5, Mn: 1.4 to 1.8, Cr: 12 to 20, Ni: 11 to 15, Mo: 1.0 or more and less than 7.0, B : A method of manufacturing a neutron shielding stainless steel sheet having a composition of 1.2 to 2.4 and the remainder being Fe.
중성자 차폐용 스테인레스 강판을 제조하는 방법은 상기 조성을 가지는 스테인레스 강 주조재를 열간 압연하는 단계를 포함하며, 상기 스테인레스강 주조재는 기지에 Cr-B 화합물 석출물 및 Mo-B 화합물 석출물이 분포되어 있는 것을 특징으로 한다.A method for manufacturing a stainless steel sheet for neutron shielding includes hot rolling a stainless steel cast material having the composition, wherein the stainless steel cast material has Cr-B compound precipitates and Mo-B compound precipitates distributed in a matrix do it with
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.According to the embodiment of the present invention made as described above, a stainless rolled steel sheet for neutron shielding excellent in workability, toughness, weldability, etc. while increasing the boron content so that the price is low and the neutron shielding performance is excellent, and a manufacturing method thereof are implemented can Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 실험예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플의 압연 후 사진 및 샘플 조직을 광학현미경으로 분석한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실험예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재 샘플에 몰리브덴 첨가에 의한 샘플 조직을 주사전자현미경으로 분석한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플의 강도 값 및 연신율을 측정하여 정리한 그래프이다.1 is a photograph of a stainless steel rolled steel sheet sample for neutron shielding according to an experimental example of the present invention after rolling, and a photograph of the sample structure analyzed with an optical microscope.
2 is a photograph of a sample structure obtained by addition of molybdenum to a stainless steel casting sample for neutron shielding according to an experimental example of the present invention analyzed with a scanning electron microscope.
3 is a graph summarized by measuring the strength value and the elongation of the stainless steel sheet sample for neutron shielding according to the experimental example of the present invention.
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.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms. It is provided to fully inform the In addition, in the drawings for convenience of description, the size of the components may be exaggerated or reduced.
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.Stainless steel with boron (B) added, which is used as a material for neutron shielding in the nuclear industry, is used. Powder metallurgy is mainly used for the production of the neutron shielding material. In the case of the powder metallurgy process, a high capacity of boron can be obtained, but economical efficiency is low, and there is a limit to enlargement and mass production of the final product.
이를 해결하기 위해서, 본 발명에서는 분말야금법 대비 상대적으로 가격이 저렴한 주조법을 이용하되, 가공성에 악영향을 주는 Cr2B 금속간화합물이 생성되더라도 몰리브덴(Mo)을 추가로 첨가하여 상기 Cr2B 금속간화합물의 생성을 억제함으로써 가공성을 향상하는 것을 목적으로 한다.To solve this, in the present invention, a casting method, which is relatively inexpensive compared to powder metallurgy, is used, but even if Cr 2 B intermetallic compounds that adversely affect workability are generated, molybdenum (Mo) is additionally added to the Cr 2 B metal It aims at improving processability by suppressing the production|generation of a liver compound.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법은 중량%로 C:0.05~0.15, Si: 0.25~0.5, Mn: 1.4~1.8, Cr: 12~20, Ni: 11~15, Mo : 1.0 이상 7.0 미만, B: 1.2~2.4 및 잔부가 Fe을 가지는 스테인레스 강 주조재를 압연하는 단계를 포함한다. Specifically, the method for manufacturing a stainless steel sheet for neutron shielding according to an embodiment of the present invention is C: 0.05 to 0.15, Si: 0.25 to 0.5, Mn: 1.4 to 1.8, Cr: 12 to 20, Ni: 11 to by weight. 15, Mo: 1.0 or more and less than 7.0, B: 1.2 to 2.4 and the balance includes the step of rolling a stainless steel casting having Fe.
본 발명자는 상기 스테인레스 강 주조재의 주조시 몰리브덴(Mo)을 첨가함으로써, 응고시 미세한 몰리브덴(Mo)과 붕소(B)의 화합물(이하 “Mo-B 화합물”이라함)로 이루어진 석출물(precipitate)의 생성을 통해 열간 압연성 및 인장 특성이 보다 더 향상됨을 발견하였다. The present inventors added molybdenum (Mo) during casting of the stainless steel casting material, thereby forming a precipitate composed of a compound of fine molybdenum (Mo) and boron (B) (hereinafter referred to as “Mo-B compound”) upon solidification. It was found that hot rolling and tensile properties were further improved through production.
즉, 본 발명의 스텐인레스 강 주조재는 응고 과정 중에 기지 내에 크롬(Cr) 및 붕소(B)의 화합물(이하 “Cr-B 화합물”이라 함)로 이루어진 석출출 이외에 미세한 크기를 가지는 Mo-B 화합물이 기지 내에 생성되게 된다. 첨가된 Mo는 B와의 반응을 통해 Mo-B 화합물을 형성하는 대신 열간압연성 및 인장특성을 열화시키는 Cr-B 화합물의 생성을 억제하게 된다. That is, the stainless steel casting of the present invention contains a Mo-B compound having a fine size in addition to the precipitation of a compound of chromium (Cr) and boron (B) (hereinafter referred to as “Cr-B compound”) in the matrix during the solidification process. It will be created in the base. The added Mo inhibits the formation of Cr-B compounds that deteriorate hot rolling properties and tensile properties instead of forming Mo-B compounds through reaction with B.
본 발명자는 석출물의 형태와 입자크기를 효과적으로 제어하기 위해서, 기지에 Mo와 B로 이루어진 석출물을 형성하되, 주조시 첨가되는 상기 몰리브덴(Mo), 붕소(B) 및 크롬(Cr)의 조성은 하기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 정해진 범위를 만족해야 함을 발견하였다.In order to effectively control the shape and particle size of the precipitate, the present inventors form a precipitate made of Mo and B on the matrix, but the composition of molybdenum (Mo), boron (B) and chromium (Cr) added during casting is as follows It was found that the range defined by
[수학식 1][Equation 1]
2.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.02.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.0
[수학식 2][Equation 2]
0.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.750.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.75
(단, 상기 [Cr], [Mo], [B]는 각각 Cr, Mo, B의 중량%를 의미함)(However, the [Cr], [Mo], and [B] mean the weight % of Cr, Mo, and B, respectively)
상기 수학식 1 및 수학식 2에 의하면, 몰리브덴(Mo)의 함량이 가장 중요한데, 몰리브덴(Mo)이 첨가됨에 따라 기지 내에 주조시 Mo-B 화합물(Mo-boride) 석출물이 생성되면서 몰리브덴(Mo)이 첨가되지 않을 경우보다 Cr2B 석출물의 양이 상대적으로 줄어들게 된다. 따라서, 몰리브덴(Mo)의 함량과 붕소(B)의 함량 또는 몰리브덴(Mo)의 함량과 붕소(B) 및 크롬(Cr)의 함량 비가 상대적으로 중요하며, 상기 함량 비는 상기 주조재의 기지 내에 석출되는 석출물의 양을 효과적으로 제어할 수 있는 인자로서 그 기술적 의의가 있다고 할 것이다.According to
예를 들어, 수학식 1에 있어서, [Cr]/([Mo]+[B])의 값이 2.0 미만일 경우, 크롬(Cr)의 함량이 너무 작아 중성자 차폐 성능을 만족시키기 어렵다. 반면에 9.0을 초과할 경우 Cr-B 화합물(Cr-boride) 석출물이 많이 생성된다. 상기 Cr-B 화합물(Cr-boride)는 취성이 강하기 때문에 열간압연시 크랙이 쉽게 발생되기 때문에 가공특성을 만족시키기가 어렵다.For example, in
붕소(B)의 함량에 따라 중성자 차폐 성능을 만족할 수 있는데, 예를 들어, 붕소(B)의 함량이 많아지면, 상대적으로 몰리브덴(Mo)의 함량이 적어지게 되고, 이 경우, 취성이 강한 Cr2B 석출물이 많이 생성될 수 있으므로 이를 적절하게 제어해야 한다. 만약, ([B]/([Mo]+[B])의 값이 0.16 미만일 경우에는 붕소(B)의 함량이 너무 적어지게 되어 중성자 차폐 성능을 만족시킬 수 없다. 반면에 함량 비가 0.75를 초과할 경우에는 몰리브덴(Mo) 원소보다 붕소(B)의 함량이 상대적으로 많이 증가하게 되어 Cr-B 화합물(Cr-boride) 석출물이 생성될 가능성이 높아짐에 따라 열간 압연성 및 강도 값 특성을 만족시키기 어렵다.The neutron shielding performance may be satisfied depending on the content of boron (B). For example, if the content of boron (B) is increased, the content of molybdenum (Mo) is relatively decreased, and in this case, brittle Cr A large amount of 2 B precipitates can be generated, so it must be properly controlled. If the value of ([B]/([Mo]+[B]) is less than 0.16, the content of boron (B) becomes too small to satisfy the neutron shielding performance. On the other hand, the content ratio exceeds 0.75 In this case, the content of boron (B) is relatively higher than that of molybdenum (Mo) element, and as the possibility of Cr-B compound (Cr-boride) precipitates is increased, it is necessary to satisfy the characteristics of hot rolling properties and strength values. difficult.
한편, 상기 수학식 1 및 수학식 2에 의해 주조재의 조성을 조절한다고 하더라도 몰리브덴(Mo)의 함량에 따라 가공성이 달라지기 때문에, 몰리브덴(Mo)의 함량을 엄격히 제어해야한다. 본 발명에서는 주조재에 함유되는 몰리브덴(Mo)의 함량을 1wt% 이상 7wt% 미만으로 한정하였다.On the other hand, even if the composition of the cast material is adjusted according to
몰리브덴(Mo)의 함량이 1wt% 미만일 경우에는 미세한 Mo-B 화합물(Mo-boride) 석출물의 양이 상대적으로 적어 몰리브덴(Mo)을 첨가함에 따른 가공성 향상 효과를 얻을 수 없다. When the content of molybdenum (Mo) is less than 1wt%, the amount of fine Mo-B compound (Mo-boride) precipitates is relatively small, so that the processability improvement effect by adding molybdenum (Mo) cannot be obtained.
반면, 몰리브덴(Mo)의 함량이 7wt% 이상일 경우에는 액상 온도 저하 및 페라이트 상(ferrite phase)으로 인한 열간 압연이 불가능해지는 문제점이 발생하기 때문에, 몰리브덴(Mo)의 함량은 1wt% 이상 7wt% 미만으로 한정해야 하며, 바람직하게는 1wt% 이상 5wt% 이하, 더욱 바람직하게는 1 wt% 이상 3wt% 이하의 범위로 한정하여야 한다.On the other hand, when the content of molybdenum (Mo) is 7wt% or more, the liquidus temperature decreases and hot rolling becomes impossible due to the ferrite phase, so the content of molybdenum (Mo) is 1wt% or more and less than 7wt% should be limited to, preferably 1 wt% or more and 5 wt% or less, more preferably 1 wt% or more and 3 wt% or less.
따라서, 몰리브덴(Mo)의 함량에 따라 상기 수학식 1 및 수학식 2를 만족하는 붕소(B)의 함량은 1.2wt% 내지 2.4wt%이며, 크롬(Cr)의 함량은 12.0wt% 내지 20.0wt%를 만족해야 한다. Accordingly, the content of boron (B) satisfying
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.Hereinafter, experimental examples for understanding the workability of the neutron shielding stainless steel sheet material implemented by the neutron shielding stainless steel sheet manufacturing method of the present invention will be described. However, the following experimental examples are only for helping the understanding of the present invention, and the embodiments of the present invention are not limited to the following experimental examples only.
표 1은 본 발명의 실험예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플로서, 각 원소의 함유량의 최적 조건을 찾기 위한 실험예들의 조성, 압연조건 및 압연 후 표면 크랙 여부에 대해서 각각 정리한 표이다.Table 1 is a sample of a stainless rolled steel sheet for neutron shielding according to an experimental example of the present invention, and is a table summarizing the composition of the experimental examples for finding the optimal condition of the content of each element, the rolling conditions, and whether the surface cracks after rolling, respectively.
본 발명의 실험예들은 Fe 합금 및 순수 금속을 이용하여 하기 표 1에 정리된 조성비로 조합한 후 용해로에서 약 1500℃ 이상으로 가열하여 용탕으로 만든 후 몰드(mold) 내에 장입하여 잉곳(ingot)을 각각 제조하여 샘플들을 제조하였다. In the experimental examples of the present invention, Fe alloy and pure metal were combined in the composition ratios listed in Table 1 below, heated to about 1500° C. or higher in a melting furnace to make molten metal, and then charged into a mold to form an ingot. Each was prepared to prepare samples.
상기 샘플은 상온까지 냉각된 이후, 1150℃의 온도에서 1시간동안 재가열하여 열간압연을 수행하여 판재로 가공하였다. After the sample was cooled to room temperature, it was reheated at a temperature of 1150° C. for 1 hour to perform hot rolling and processed into a plate.
도 1은 본 발명의 비교예들에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플의 압연 후 샘플을 광학현미경으로 분석한 사진이다.1 is a photograph of an optical microscope analysis of a sample after rolling of a stainless steel sheet sample for neutron shielding according to Comparative Examples of the present invention.
도 1을 참조하면, 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2의 샘플은 압연 후 표면 크랙이 없이 양호한 가공성을 보여주었으나, 몰리브덴(Mo)이 7.0wt%로 많이 첨가된 비교예 2 샘플에서 열간 압연 후 파단이 발생하였다. 또, 붕소(B)가 2.43wt%로 가장 많이 첨가된 비교예 3 샘플의 엣지(edge) 및 표면에 다수의 크랙(crack)이 발생되었다.Referring to FIG. 1, the samples of Comparative Examples 1, 1 and 2 showed good workability without surface cracks after rolling, but in the Comparative Example 2 sample in which molybdenum (Mo) was added as much as 7.0 wt% Fracture occurred after hot rolling. In addition, a number of cracks were generated on the edge and the surface of the sample of Comparative Example 3 in which boron (B) was added the most at 2.43 wt%.
도 2는 본 발명의 비교예 및 실시예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재 샘플에 몰리브덴(Mo)의 첨가에 의한 샘플 조직을 주사전자현미경으로 분석한 사진이다.2 is a photograph of a sample structure obtained by addition of molybdenum (Mo) to a stainless steel casting sample for neutron shielding according to a comparative example and an embodiment of the present invention analyzed by a scanning electron microscope.
도 2를 참조하면, 도 2의 (a)는 비교예 3 샘플의 미세조직 사진이며, 도 2의 (b)는 실시예 2 샘플의 미세조직 사진이다. 상기 두 샘플의 미세조직을 비교하면, 비교예 3 샘플의 경우에는 기지에 Cr-B 화합물 입자만이 형성되었음에 비해, 실시예 5 샘플에는 Cr-B 화합물 입자와 함께 상기 Cr-B 화합물에 비해 더 미세한 크기를 가지는 Mo-B 화합물 입자가 같이 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 구체적으로 도 2(b)를 참조하면, Cr-B 화합물 입자의 평균 크기는 0.8 내지 1.5㎛의 범위에 있는 반면, Mo-B 화합물 입자의 평균 크기는 0.3 내지 0.6㎛의 범위로 더 미세한 크기를 가짐을 알 수 있다. 이는 Mo를 첨가한 주조재의 내부에 Cr-B 화합물과 Mo-B 화합물이 석출물로서 존재하며, Mo-B 화합물 입자의 크기가 Cr-B에 비해 더 미세하기 때문으로 판단된다. Referring to FIG. 2, (a) of FIG. 2 is a microstructure photograph of the sample of Comparative Example 3, and FIG. 2 (b) is a photograph of the microstructure of the sample of Example 2. When comparing the microstructures of the two samples, in the case of the comparative example 3 sample, only Cr-B compound particles were formed on the matrix, whereas in the example 5 sample, compared to the Cr-B compound with the Cr-B compound particles, It can be seen that Mo-B compound particles having a finer size are formed together. Specifically, referring to FIG. 2(b), the average size of the Cr-B compound particles is in the range of 0.8 to 1.5 μm, while the average size of the Mo-B compound particles is in the range of 0.3 to 0.6 μm. can be seen to have This is considered to be because the Cr-B compound and Mo-B compound exist as precipitates in the Mo-added cast material, and the size of the Mo-B compound particle is finer than that of Cr-B.
이때 석출물 입자 크기의 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 수행될 수 있으며, 하나의 영역에서 미세 조직 관찰을 위해 선택되는 배율은 평균값을 계산하기 위한 전체 석출물의 개수가 100개 이상이 되도록 선택될 수 있다.In this case, the average value of the precipitate particle size means the result of averaging the values derived from the microstructure observation results in some regions randomly selected at least three places of the sample to be analyzed. The microstructure observation for deriving an average value can be performed through a conventional optical microscope or an electron microscope, and the magnification selected for microstructure observation in one area is the total number of precipitates for calculating the average value is 100 or more can be selected to be
이와 같이 실시예 2 샘플의 경우에는, 기지 내에 미세한 몰리브덴(Mo) 석출물이 생성됨으로써 Cr2B 석출물의 생성을 상대적으로 억제하여 열간 가공성이 크게 향상되어 크랙 발생과 같은 종래의 문제점이 현저하게 향상되었음을 알 수 있다. 즉, 몰리브덴(Mo)을 첨가함에 따라 Cr2B 석출물의 생성을 억제함으로써 미세조직이 더욱 미세화 된 것을 확인할 수 있었다. As such, in the case of the sample of Example 2, the generation of fine molybdenum (Mo) precipitates in the matrix was relatively suppressed to suppress the generation of Cr 2 B precipitates, so that hot workability was greatly improved, and conventional problems such as cracking were significantly improved. Able to know. That is, it was confirmed that the microstructure was further refined by suppressing the generation of Cr 2 B precipitates by adding molybdenum (Mo).
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판 샘플의 강도 값 및 연신율 값을 측정하여 정리한 그래프이다.3 is a graph summarized by measuring the strength value and the elongation value of the stainless rolled steel sheet sample for neutron shielding according to the experimental example of the present invention.
도 3의 (a)는 본 발명의 실험예에 따른 인장강도(TS) 값과 항복강도(YS) 값을 측정하여 그래프로 정리한 결과이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 실험예에 따른 연신율(Elongation) 값을 측정하여 그래프로 정리한 결과이다. 여기에서, 열간 압연 후 파단이 발생한 비교예 2 샘플의 경우에는 강도 값 및 연신율 값을 측정하지 못하였다.Figure 3 (a) is the result of measuring the tensile strength (TS) value and the yield strength (YS) value according to the experimental example of the present invention and summarized in a graph, Figure 3 (b) is the experimental example of the present invention It is the result of measuring the elongation value according to the result and summarizing it in a graph. Here, in the case of the comparative example 2 sample in which fracture occurred after hot rolling, strength values and elongation values could not be measured.
먼저, 도 3의 (a)를 참조하면, 비교예 1 샘플 및 실시예 1 샘플의 경우, 항복강도 값은 거의 유사했으며, 인장강도 값은 비교예 1 샘플이 다소 높았다. 반면에 붕소(B)의 함량이 상대적으로 높은 비교예 3 및 실시예 2의 경우, 비교예 1 샘플 및 실시예 1 샘플보다 상대적으로 항복강도 값이 더 높았으며, 몰리브덴(Mo)의 첨가 여부에 따라서 인장강도 값에서 큰 차이를 보였다.First, referring to (a) of FIG. 3 , in the case of the Comparative Example 1 sample and the Example 1 sample, the yield strength values were almost similar, and the tensile strength values were somewhat higher in the Comparative Example 1 sample. On the other hand, in the case of Comparative Examples 3 and 2 having a relatively high content of boron (B), the yield strength value was relatively higher than that of the Comparative Example 1 sample and the Example 1 sample, and whether molybdenum (Mo) was added or not. Therefore, there was a large difference in the tensile strength values.
도 3의 (b)를 참조하면, 붕소(B)의 함량이 적은 비교예 1 샘플 및 실시예 1 샘플의 연신율이 매우 높은 것을 확인할 수 있었으며, 붕소(B)의 함량이 상대적으로 많은 비교예 3 샘플 및 실시예 2 샘플의 경우 연신율이 낮은 것을 확인할 수 있었다. 이는 취성이 강한 Cr2B 석출물이 다량 생성되었기 때문으로 판단된다. Referring to (b) of Figure 3, it was confirmed that the elongation of the sample of Comparative Example 1 and Example 1 with a small content of boron (B) was very high, and Comparative Example 3 with a relatively large content of boron (B) In the case of the sample and the Example 2 sample, it was confirmed that the elongation was low. This is considered to be because a large amount of brittle Cr 2 B precipitates were generated.
한편, 비교예 1 샘플 및 실시예 1 샘플만 비교하거나, 또는, 비교예 3 샘플 및 실시예 2 샘플만 비교할 경우, 몰리브덴(Mo)의 첨가 유/무에 따라 가공성에 대해서 확실하게 차이가 발생한 것을 확인할 수 있었다. 비교예 1 샘플 및 실시예 1에서는 붕소(B) 원소의 영향에 의해 그 차이가 두드러지지 않았으나, 비교예 3 샘플 및 실시예 2 샘플의 경우, 붕소(B)의 함량이 높아지더라도 몰리브덴(Mo)의 첨가에 따라서 연신율이 약 2배 이상 높아지는 것을 확인할 수 있었다. On the other hand, when comparing only the Comparative Example 1 sample and the Example 1 sample, or only the Comparative Example 3 sample and the Example 2 sample, there was a clear difference in processability depending on the presence/absence of molybdenum (Mo) added. could check In Comparative Example 1 sample and Example 1, the difference was not noticeable due to the effect of boron (B) element, but in the case of Comparative Example 3 sample and Example 2 sample, even if the content of boron (B) increased, molybdenum (Mo) It was confirmed that the elongation increased by about 2 times or more according to the addition of
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본 발명의 실시예에 따라 제조된 스테인레스 압연 강판은 통상의 주조용 합금으로 주조된 주조재더라도 후속하는 가공단계에서 우수한 가공성을 나타내므로 몰리브덴(Mo)을 첨가함에 따라 중성자 차폐성능이 우수하도록 고함량의 붕소를 함유하면서도 안정적으로 가공재를 구현할 수 있다. The stainless rolled steel sheet manufactured according to the embodiment of the present invention exhibits excellent workability in the subsequent processing step even if it is a cast material cast with a conventional casting alloy. It is possible to stably implement a workpiece while containing boron.
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. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are merely exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
Claims (7)
중량%로 C:0.05~0.15, Si: 0.25~0.5, Mn: 1.4~1.8, Cr: 12~20, Ni: 11~15, Mo : 1.0 이상 7.0 미만, B: 1.2~2.4 및 잔부가 Fe이며,
기지에 Mo-B 화합물 석출물 및 Cr-B 화합물 석출물이 분포되어 있으며,
상기 Mo-B 화합물 석출물 입자의 평균 크기는 0.3 내지 0.6㎛ 범위를 가지고,
상기 Cr-B 화합물(Cr-boride) 석출물 입자의 평균 크기는 0.8 내지 1.5㎛ 범위를 가지며,
상기 석출물 입자의 평균 크기는 분석대상 샘플의 3군데 이상을 랜덤(random)으로 선택한 일부 영역에서의 미세 조직 관찰 결과로부터 도출된 입자의 크기 값을 평균한 결과로서, 상기 평균한 결과를 도출하기 위한 미세 조직 관찰을 위해 선택되는 배율은 평균값을 계산하기 위한 전체 석출물의 개수가 100개 이상이 되도록 선택되고,
상기 Mo, B 및 Cr의 조성은 하기 수학식 1 및 수학식 2을 만족하는,
중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판.
[수학식 1]
2.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.0
[수학식 2]
0.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.75
(단, 상기 [Cr], [Mo], [B]는 각각 Cr, Mo, B의 중량%를 의미함)As a stainless steel rolled steel sheet manufactured by rolling a cast material,
By weight%, C: 0.05 to 0.15, Si: 0.25 to 0.5, Mn: 1.4 to 1.8, Cr: 12 to 20, Ni: 11 to 15, Mo: 1.0 to less than 7.0, B: 1.2 to 2.4 and the balance is Fe ,
Mo-B compound precipitates and Cr-B compound precipitates are distributed in the matrix,
The average size of the Mo-B compound precipitate particles has a range of 0.3 to 0.6㎛,
The average size of the Cr-B compound (Cr-boride) precipitate particles has a range of 0.8 to 1.5㎛,
The average size of the precipitate particles is a result of averaging the particle size values derived from the microstructure observation results in some areas randomly selected at least three places of the sample to be analyzed, and for deriving the averaged result The magnification selected for microstructure observation is selected so that the total number of precipitates for calculating the average value is 100 or more,
The composition of Mo, B and Cr satisfies the following Equations 1 and 2,
Stainless rolled steel sheet for neutron shielding.
[Equation 1]
2.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.0
[Equation 2]
0.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.75
(However, the [Cr], [Mo], and [B] mean the weight % of Cr, Mo, and B, respectively)
상기 Cr-B 화합물(Cr-boride) 석출물은 Cr2B를 포함하는,
중성자 차폐용 스테인레스 압연 강판.The method of claim 1,
The Cr-B compound (Cr-boride) precipitate includes Cr 2 B,
Stainless rolled steel sheet for neutron shielding.
기지에는 Cr-B 화합물 석출물 및 Mo-B 화합물 석출물이 분포되어 있으며,
상기 Mo-B 화합물 석출물 입자의 평균 크기는 상기 Cr-B 화합물 석출물 입자의 평균 크기에 비해 더 작고,
상기 석출물 입자의 평균 크기는 분석대상 샘플의 3군데 이상을 랜덤(random)으로 선택한 일부 영역에서의 미세 조직 관찰 결과로부터 도출된 입자의 크기 값을 평균한 결과로서, 상기 평균한 결과를 도출하기 위한 미세 조직 관찰을 위해 선택되는 배율은 평균값을 계산하기 위한 전체 석출물의 개수가 100개 이상이 되도록 선택되고,
상기 Mo, B 및 Cr의 조성은 하기 수학식 1 및 수학식 2을 만족하는,
중성자 차폐용 스테인레스 강 주조재.
[수학식 1]
2.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.0
[수학식 2]
0.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.75
(단, 상기 [Cr], [Mo], [B]는 각각 Cr, Mo, B의 중량%를 의미함)C: 0.05 to 0.15, Si: 0.25 to 0.5, Mn: 1.4 to 1.8, Cr: 12 to 20, Ni: 11 to 15, Mo: 1.0 to less than 7.0, B: 1.2 to 2.4 and the balance is Fe have a composition,
Cr-B compound precipitates and Mo-B compound precipitates are distributed in the matrix,
The average size of the Mo-B compound precipitate particles is smaller than the average size of the Cr-B compound precipitate particles,
The average size of the precipitate particles is a result of averaging the particle size values derived from the microstructure observation results in some areas randomly selected at least three places of the sample to be analyzed, and for deriving the averaged result The magnification selected for microstructure observation is selected so that the total number of precipitates for calculating the average value is 100 or more,
The composition of Mo, B and Cr satisfies the following Equations 1 and 2,
Cast stainless steel for neutron shielding.
[Equation 1]
2.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.0
[Equation 2]
0.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.75
(However, the [Cr], [Mo], and [B] mean the weight % of Cr, Mo, and B, respectively)
상기 조성을 가지는 스테인레스 강 주조재를 열간 압연하는 단계를 포함하고,
상기 스테인레스강 주조재는 기지에 Cr-B 화합물 석출물 및 Mo-B 화합물 석출물이 분포되어 있으며,
상기 Mo-B 화합물 석출물 입자의 평균 크기는 0.3 내지 0.6㎛ 범위를 가지고,
상기 Cr-B 화합물(Cr-boride) 석출물 입자의 평균 크기는 0.8 내지 1.5㎛ 범위를 가지며,
상기 석출물 입자의 평균 크기는 분석대상 샘플의 3군데 이상을 랜덤(random)으로 선택한 일부 영역에서의 미세 조직 관찰 결과로부터 도출된 입자의 크기 값을 평균한 결과로서, 상기 평균한 결과를 도출하기 위한 미세 조직 관찰을 위해 선택되는 배율은 평균값을 계산하기 위한 전체 석출물의 개수가 100개 이상이 되도록 선택되고,
상기 Mo, B 및 Cr의 조성은 하기 수학식 1 및 수학식 2을 만족하는,
중성자 차폐용 스테인레스 강판 제조 방법.
[수학식 1]
2.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.0
[수학식 2]
0.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.75
(단, 상기 [Cr], [Mo], [B]는 각각 Cr, Mo, B의 중량%를 의미함)C: 0.05 to 0.15, Si: 0.25 to 0.5, Mn: 1.4 to 1.8, Cr: 12 to 20, Ni: 11 to 15, Mo: 1.0 to less than 7.0, B: 1.2 to 2.4 and the balance is Fe As a method of manufacturing a stainless steel sheet for neutron shielding having a composition,
Comprising the step of hot rolling a stainless steel cast material having the composition,
The stainless steel casting material has Cr-B compound precipitates and Mo-B compound precipitates distributed in the matrix,
The average size of the Mo-B compound precipitate particles has a range of 0.3 to 0.6㎛,
The average size of the Cr-B compound (Cr-boride) precipitate particles has a range of 0.8 to 1.5㎛,
The average size of the precipitate particles is a result of averaging the particle size values derived from the microstructure observation results in some areas randomly selected at least three places of the sample to be analyzed, and for deriving the averaged result The magnification selected for microstructure observation is selected so that the total number of precipitates for calculating the average value is 100 or more,
The composition of Mo, B and Cr satisfies the following Equations 1 and 2,
Method for manufacturing stainless steel plate for neutron shielding.
[Equation 1]
2.0 ≤[Cr]/([Mo]+[B])≤9.0
[Equation 2]
0.16≤[B]/([Mo]+[B])≤0.75
(However, the [Cr], [Mo], and [B] mean the weight % of Cr, Mo, and B, respectively)
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| KR1020170155962A KR102416315B1 (en) | 2017-11-21 | 2017-11-21 | Rolled stainless steel plate for neutron shielding and manufacturing method thereof |
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|---|---|---|---|---|
| JP2002038218A (en) * | 2000-07-25 | 2002-02-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Method for producing boron-containing austenitic stainless steel plate |
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