TRISO coated particles with a ZrC barrier layer were fabricated by a fluidized-bed chemical vapor deposition (FBCVD) method for a use in a very high temperature gas-cooled reactor (VHTR). The ZrC layer was deposited by the reaction between $ZrCl_4$ and $CH_4$ gases at $1500^{\circ}C$ in an $Ar+H_2$ mixture gas. The amount of free carbon codeposited with in ZrC was changed by controlling the dilution gas ratio. Near-stoichiometric ZrC phase was also deposited when an impeller was employed to a $ZrCl_4$ vaporizer which effectively inhibited the agglomeration of $ZrCl_4$ powders during the deposition process. A near-stoichiometric ZrC coating layer had smooth surface while ZrC containing the free carbon had rough surface with tumulose structure. Surface roughness of ZrC increased further as the amount of free carbon increased.
The very high temperature gas reactor (VHTR) is one of the next generation nuclear reactors for its safety, long-term stability, and proliferation-resistance. The high operating temperature of over 800$^{\circ}C$ enables various applications with high energy efficiency. Heat is transferred from the primary helium loop to the secondary helium loop through the intermediate heat exchanger (IHX). The IHX material requires creep resistance, oxidation resistance, and corrosion resistance in a helium environment at high operating temperatures. A Ni-based superalloy such as Alloy 617 is considered as a primary candidate material for the intermediate heat exchanger. In this study, the microstructures of Alloy 617 crept in pure helium and air environments at 950$^{\circ}C$ were observed. The rupture time in helium was shorter than that in air under small applied stresses. As the exposure time increased, the thickness of outer oxide layer of the specimens clearly increased but delaminated after a long creep time. The depth of the carbide-depleted zone was rather high in the specimens under high applied stress. The reason was elucidated by the comparison between the ruptured region and grip region of the samples. It is considered that decarburization caused by minor gas impurities in a helium environment caused the reduction in creep rupture time.
Creep life prediction has been commonly used by a time-temperature parameter (TTP) which is correlated to an applied stress and temperature, such as Larson-Miller (LM), Orr-Sherby-Dorn (OSD), Manson-Haferd (MH) and Manson-Succop (MS) parameters. A stress-temperature linear model (STLM) based on Arrhenius, Dorn and Monkman-Grant equations was newly proposed through a mathematical procedure. For this model, the logarithm time to rupture was linearly dependent on both an applied stress and temperature. The model parameters were properly determined by using a technique of maximum likelihood estimation of a statistical method, and this model was applied to the creep data of Alloy 617. From the results, it is found that the STLM results showed better agreement than the Eno’s model and the LM parameter ones. Especially, the STLM revealed a good estimation in predicting the long-term creep life of Alloy 617.
Alloy 617은 초고온가스로(VHTR)의 중간열교환기(IHX)의 유력한 후보 재료 중의 하나이다. $850^{\circ}C$의 고온에서 Alloy 617 용접재의 저사이클 피로 거동을 고찰하기 위하여, 완전 양진 변형률제어 피로시험이 0.6에서 1.5%의 전변형률범위에서 수행되었다. 용접재 시험편은 V-그루브 형상의 가스텅그스텐아크 용접한 용접 패드로부터 가공되었다. 피로수명은 전변형률범위가 증가할수록 감소하였다. 모든 실험조건에서 Alloy 617 용접재 시험편의 반복 응력 반응 거동은 초기 수 사이클에서 반복 변형률 경화현상을 나타내었다. 또한 모든 피로 균열의 발생과 전파는 입내파괴의 파손 모드를 보였다.
수소를 대량으로 생산하기 위한 원자력수소생산시스템에서 공정열교환기는 초고온가스로로부터 생성된 초고온 열을 화학반응공정으로 전달하는 핵심기기이다. 한국원자력연구원에 구축되어 있는 소형가스루프에서 Hastelloy-X 로 제작된 소형 공정열교환기(PHE) 시제품에 대한 성능시험이 수행되고 있다. 그동안 소형 PHE 시제품에 대한 고온구조해석은 용접부의 기계적 물성변화를 고려하지 않은 해석이 주로 수행되었다. 본 연구에서는 계장화 압입시험으로부터 얻은 용접부 기계적 물성치를 이용하여 고온구조해석을 수행하고 그 결과를 분석하였다.
수소를 대량으로 생산하기 위한 원자력수소생산시스템에서 공정열교환기(PHE)는 초고온가스로로 부터 생성된 초고온 열을 화학반응공정으로 전달하는 핵심기기이다. 한국원자력연구원에 구축되어 있는 소형 질소가스루프에서 Hastelloy-X로 제작된 소형 및 중형 PHE 시제품들에 대한 성능시험이 수행되고 있다. 그동안 PHE 시제품에 대한 거시적 고온구조해석은 용접 물성치의 부재로 인해 모재의 물성치만을 사용한 해석이 주로 수행되었으나 본 연구에서는 계장형 압입시험법으로부터 얻은 용접부 기계적 물성치를 이용하여 거시적 고온구조해석을 수행하고 그 결과를 비교, 분석하였다.
Alloy 617 is the one of the leading candidate materials for intermediate heat exchangers(IHX) of a very high temperature reactor(VHTR) system. Some of the components are joined by many welding techniques and therefore the welded joints are inevitable in the construction of systems. In the present paper, the low cycle fatigue(LCF) behaviors of Alloy 617 base metal(BM) and the gas tungsten arc welded (GTAWed) weld joints(WJ) are investigated experimentally under strain controlled LCF tests. Fully axial total-strain controlled tests have been conducted at room temperature with total strain ranges of 0.6, 0.9, 1.2 and 1.5%. The weld joints have shown a lower fatigue lives compared with base metals at all the testing conditions. The weld joints have shown a higher cyclic stress response behavior than base metal. Both BM and WJ exhibited cyclic strain hardening behavior, depending on the total strain range. In addition, the strain-life parameters for BM and WJ were determined, based on Coffin-Manson equations.
$900^{\circ}C$이상 초고온 He-gas 분위기 또는 용융불화염 (molten salts, FLINAK) 환경에서 사용될 VHTR(Very High Temperature Reactor)의 IHX(Intermediate heat exchanger)용 열수송 구조재료로 가장 가능성이 높은 합금인 Inconel 617 및 Hastelloy X 상에 습식화학적, 물리적기상합성법(Vacuum arc-plasma과 RF magnetron sputtering) 및 pack cementation에 의한 표면개질 및 마이크로 초내열(refractory ceramics) 코팅층(TiN, TiCN, TiAlN, $Al_2O_3$, $TiO_2$)을 형성시켰다. 고온 장기사용 시 문제가 될 수 있는 고온에서의 조직변화, 미세구조와 상(phase)형성, 고온 부식 및 그에 따른 마모(wear resistance) 손상 등 이들 소재의 내열, 내식 및 내마모 물성을 개선하는 연구를 수행하였다. TiAlN 박막의 경우 공기분위기에서 N이 분해되나 치밀한 산화물($TiO_2/Al_2O_3$ layer)을 형성하여 내식성 있는 보호피막을 형성함으로 기판과의 열팽창 계수로 인한 박리가 발생하지 않아 보호피막으로 적합하였다. Pack cementation법에 의한 aluminiding(Al-Ni합금)도 He 및 공기분위기에서 고온물성의 저하를 가져오는 $Cr_2O_3$의 생성을 충분히 억제하고 있었으며 He 및 air 분위기에서 사용이 가능한 박막으로 여겨진다. 내열 및 내식성에 대한 실험을 종합한 결과, 공기분위기에서 사용할 수 없는 박막은 He-gas 및 FLINAK(LiF-NaF-KF) 용융염 분위기에서도 사용할 수 없었으며, He-gas, FLINAK 및 air 분위기에서 모두 사용이 가능한 박막으로는 Inconel 617에서는 $(TiO_2-)Al_2O_3$, TiAlN 및 Al-Ni이었고 Hastelloy에서는 Al-Ni 및 $Al_2O_3$가 가장 적당하였다.
Kim, Dong-Jin;Lee, Han Hee;Kwon, Hyuk Chul;Kim, Hong Pyo;Hwang, Seong Sik
Corrosion Science and Technology
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제6권2호
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pp.37-43
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2007
Iodine sulfur (IS) process is one of the promising processes for a hydrogen production by using a high temperature heat generated by a very high temperature gas cooled reactor(VHTR) in the nuclear power industries. Even though the IS process is very efficient for a hydrogen production and it is not accompanied by a carbon dioxide evolution, the highly corrosive environment of the process limits its application in the industry. Corrosion tests of selected materials were performed in sulfuric acid to select appropriate materials compatible with the IS process. The materials used in this work were Fe-Cr alloys, Fe-Ni-Cr alloys, Fe-Si alloys, Ni base alloys, Ta, Ti, Zr, SiC, Fe-Si, etc. The test environments were 50 wt% sulfuric acid at $120^{\circ}C$ and 98 wt% at $320^{\circ}C$. Corrosion rates were measured by using a weight change after an immersion. The surface morphologies and cross sectional areas of the corroded materials were examined by using SEM equipped with EDS. Corrosion behaviors of the materials were discussed in terms of the chemical composition of the materials, a weight loss, the corrosion morphology, the precipitates in the microstructure and the surface layer composition.
This paper describes the spherical ammonium diuranate gel particles which are the intermediated material of the $UO_2$ microsphere for an VHTR(very high temperature reactor) nuclear fuel. The characteristics of the intermediate-ADU gel particles prepared by AWD(ageing, washing, and drying) and FB(fluidized-bed) apparatus were examined and compared in a sol-gel fabrication process. The electrical conductivity of washing filtrate from the FB treating and the surface area of dried-ADU gel particles were higher than those of AWD treating. Also, an internal pore volume in dried-ADU gel particles showed a more decrease in AWD treatment than FB treatment because of decomposition of PVA affected by the washing time. However, the internal microstructures of ADU gel particles were similar regardless of the process variation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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