Abstract
It is important for the fabrication of nuclear cladding to optimize the microstructure, because the properties of Zr-based nuclear claddings such as mechanical properties, oxidation-resistance and corrosion- resistance vary widely with its microstructure. The microstructure in Zr-based alloy is strongly dependent on the solubility of alloying element. However, it is very difficult to measure the solubility due to the low solution limit of alloying elements in Zr-based alloy. In this study, Thermoelectric Power(TEP) measurements are used to determine the solubility of Nb in Zr-0.8Sn alloy, which is confirmed by optical microscopy and transmission electron microscopy. The solutioning of Nb obtained by a homogenization treatment and water-quench leads to a decrease of TEP The saturation of TEP appears with the increase of homogenization temperature, which means the saturation of the Nb content in the matrix. From these results, the solubility ($C_{Nb}$) of Nb in Zr-0.8Sn with temperature could be expressed as fellow equation : $4.69097{\times}10^{16}{\times}e^{-25300\times\;I/T}$(ppm.at.%)
미세조직에 따라 기계적 성질 및 내산화성.내부식성 등의 제반 성질이 크게 변하는 Zr계 핵연료 피복관은 미세조직의 최적화가 중요하다. 이러한 미세조직은 합금원소의 고용도에 크게 의존하지만, Zr은 대부분의 용질합금원소의 고용도가 매우 작아서 측정이 곤란하였다. 본 연구에서는 핵연료 피복관 재료의 주요한 기본조성 재료인 Zr-0.8Sn 합금에 대한 Nb의 고용도를 TEP 측정방법을 이용하여 연구하였으며, 광학현미경과 전자현미경으로 미세조직을 관찰하여 이를 확인하였다. 균질화 처리온도가 증가함에 따라 고용된 Nb 함량이 증가하여 Zr-0.8Sn 합금의 TEP는 감소하는 경향을 보였다. 처리온도가 더욱 증가하면 TEP의 포화가 발생하였는데 이는 TEP에 영향을 미치는 고용된 합금원소의 함량 변화가 없기 때문이다. 따라서, TEP의 포화영역이 나타나기 시작하는 균질화 처리온도가 첨가된 Nb이 Zr-0.8Sn 합금에 모두 고용되는 시점이며, 이를 토대로 온도에 따른 Zr-0.8Sn 합금에서의 Nb 고용도 ($C_{Nb}$ )를 $4.69097{\times}10^{16}{\times}e^{-25300\times\;I/T}$(ppm.at.%)로 나타낼 수 있었다.
