An oxide-dispersion-strengthened (ODS) layer was formed on Zircaloy-4 tubes by a laser beam scanning process to increase mechanical strength. Laser beam was used to scan the yttrium oxide ($Y_2O_3$)-coated Zircaloy-4 tube to induce the penetration of $Y_2O_3$ particles into Zircaloy-4. Laser surface treatment resulted in the formation of an ODS layer as well as microstructural phase transformation at the surface of the tube. The mechanical strength of Zircaloy-4 increased with the formation of the ODS layer. The ring-tensile strength of Zircaloy-4 increased from 790 to 870 MPa at room temperature, from 500 to 575 MPa at $380^{\circ}C$, and from 385 to 470 MPa at $500^{\circ}C$. Strengthening became more effective as the test temperature increased. It was noted that brittle fracture occurred at room temperature, which was not observed at elevated temperatures. Resistance to dynamic high-temperature bursting improved. The burst temperature increased from 760 to $830^{\circ}C$ at a heating rate of $5^{\circ}C/s$ and internal pressure of 8.3 MPa. The burst opening was also smaller than those in fresh Zircaloy-4 tubes. This method is expected to enhance the safety of Zr fuel cladding tubes owing to the improvement of their mechanical properties.
The alumina dispersion-strengthened (DS) C15715 Cu alloy fabricated by a powder metallurgy route was annealed at temperatures ranging from $800^{\circ}C\;to\;1000^{\circ}C$ in the air and in vacuum. The effect of the annealing on microstructural stability and room-temperature mechanical properties of the alloy was investigated. The microstructure of the cold rolled OS alloy remained stable until the annealing at $900^{\circ}C$ in the air and in vacuum. No recrystallization of original grains occurred, but the dislocation density decreased and newly formed subgrains were observed. The alloy annealed at $1000^{\circ}C$ in the air experienced recrystallization and grain growth took place, however annealing in vacuum at $1000^{\circ}C$ did not cause the microstructural change. The mechanical property of the alloy was changed slightly with the annealing if the microstructure remained stable. However, the strength of the specimen that was recrystallized decreased drastically.
Kim, Tae Kyu;Noh, Sanghoon;Kang, Suk Hoon;Park, Jin Ju;Jin, Hyun Ju;Lee, Min Ku;Jang, Jinsugn;Rhee, Chang Kyu
Nuclear Engineering and Technology
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제48권2호
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pp.572-594
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2016
As one of the Gen-IV nuclear energy systems, a sodium-cooled fast reactor (SFR) is being developed at the Korea Atomic Energy Research Institute. As a long-term national research project, advanced radiation resistant oxide dispersion strengthened steel (ARROS) is being developed as an in-core fuel cladding tube material for a SFR in the future. In this paper, the current status of ARROS development is reviewed and its future prospective is discussed.
Two kinds of oxide-dispersion-strengthened (ODS) 316L stainless steel were manufactured using a wet mixing process(wet) and a mechanical alloying method (MA). An MA 316L ODS was prepared by a mixing of metal powder and a mechanical alloying process. A wet 316L ODS was manufactured by a wet mixing with 316L stainless steel powder. A solution of yttrium nitrate was dried after being in the wet 316L ODS alloy. The results showed that carbon and oxygen were effectively reduced during the degassing process before the hydroisostatic process (HIP) in both alloys. It appeared that the effect of HIP treatment on increase in impact energy was pronounced in the MA 316L ODS alloy. The MA 316L ODS alloy showed a higher yield strength and a smaller elongation, when compared to the wet 316L ODS alloy. This seemed to be attributed to the enhancement of bonding between oxide and matrix particles from HIP and to the presence of a finer oxide of about 20 nm from the MA process in the MA 316L ODS alloy.
Kim, Dong-Hyun;Hong, Jong-Dae;Kim, Hyochan;Kim, Jaeyong;Kim, Hak-Sung
Nuclear Engineering and Technology
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제54권5호
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pp.1549-1559
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2022
As an accident tolerant fuel (ATF) concept, oxide dispersion strengthened Zircaloy-4 (ODS Zry-4) cladding has been developed to enhance the mechanical properties of cladding using laser processing technology. In this study, a simulation technique was established to investigate the mechanical properties and effects of Y2O3 particles for the ODS Zry-4. A 3D representative volume element (RVE) model was developed considering the parameters of the size, shape, distribution and volume fraction (VF) of the Y2O3 particles. From the 3D RVE model, the Young's modulus, coefficient of thermal expansion (CTE) and creep strain rate of the ODS Zry-4 were effectively calculated. It was observed that the VF of Y2O3 particles had a significant effect on the aforementioned mechanical properties. In addition, the predicted properties of ODS Zry-4 were applied to a simulation model to investigate cladding deformation under a transient condition. The ODS Zry-4 cladding showed better performance, such as a delay in large deformation compared to Zry-4 cladding, which was also found experimentally. Accordingly, it is expected that the simulation approach developed here can be efficiently employed to predict more properties and to provide useful information with which to improve ODS Zry-4.
15Cr-1Mo base oxide dispersion strengthened (ODS) steel which is considered to be as a promising candidate for high- temperature components in nuclear fusion and fission systems because of its excellent high temperature strength, corrosion and radiation resistance was fabricated by using mechanical alloying, hot isostatic pressing and hot rolling. Torsion tests were performed at room temperature, leading to two different shear strain routes in the forward and reverse directions. In this study, microstructure evolution of the ODS steel during simple shearing was investigated. Fine grained microstructure and a cell structure of dislocation with low angle boundaries were characterized with shear strain in the shear deformed region by electron backscattered diffraction (EBSD). Grain refinement with shear strain resulted in an increase in hardness. After the forward-reverse torsion, the hardness value was measured to be higher than that of the forward torsion only with an identical shear strain amount, suggesting that new dislocation cell structures inside the grain were generated, thus resulting in a larger strengthening of the steel.
Alloy 617, Ni-22Cr-12Co-9Mo base oxide dispersion strengthened alloy was fabricated by using mechanical alloying, hot isostatic pressing and hot rolling. Uniaxial tensile tests were performed at room temperature and at $700^{\circ}C$. Compared with the conventional Alloy 617, ODS alloy showed much higher yield strength and tensile strength, but lower elongation. Fracture surfaces of the tensile tested specimens were investigated in order to find out the mechanism of fracture mode at each test temperature. Grain adjustment during tensile deformation was analyzed by electron backscattered diffraction mapping, inverse pole figures and TEM observation.
This study investigates the directional recrystallization behavior of Ni based oxide dispersion strengthened (ODS) alloy according to the zone annealing velocity. The zone annealing temperature is set as $1390^{\circ}C$, while the zone velocities are set as 2.5, 4, 6, and 10 cm/h, respectively. The initial microstructure observation of the as-extruded sample shows equiaxed grains of random orientation, with an average grain size of 530 nm. On the other hand, the zone annealed samples show a large deviation in grain size depending on the zone velocities. In particular, grains with a size of several millimeters are observed at 2.5-cm/h zone velocity. It is also found that the preferred orientation varies with the zone annealing velocity. On the basis of these results, this study discusses the role of zone velocities in the directional recrystallization of Ni base ODS alloy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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