High-strength Fe-Ni-Cr-Al alloys, developed as accident-tolerant fuel cladding materials, exhibited superior properties in anticipated accident conditions and good corrosion resistance in the water chemistry of light water reactors. The alloys showed a high tensile strength of approximately 1 GPa owing to the duplex structure with NiAl precipitates and were successfully manufactured. However, it is a limitation for practical application that the ferrite phase of Fe-base alloys is susceptible to being embrittled at the operating temperature of about 360 °C. In addition, literature on the phase stability of NiAl-rich precipitates at about 360 °C was hardly found. Thus, it is difficult to estimate the thermal aging behavior of the high-strength Fe-Ni-Cr-Al alloys during normal operation. In this thesis, the phase stability of NiAl-rich precipitates was studied at the temperature range of 375 °C to 475 °C. After then, the thermal aging behavior of the entire alloy system was investigated. At the end of this thesis, the improved aging behavior with different microstructures of the alloys was proposed.
사고저항성 핵연료 피복관 재료로서 개발된 고강도 Fe-Ni-Cr-Al 합금은 사고시에도 현재 피복관 대비 매우 우수한 성능을 보일 뿐만 아니라, 가동 원전의 수화학 환경에서도 우수한 부식 특성을 보인다. 또한, 오스테나이트와 페라이트상이 공존하는 듀플렉스 구조 및 NiAl 석출상으로 인해 약 1 GPa의 고강도를 보이며 오스테나이트 상으로 인해 피복관 제조에 충분한 연신율을 가져 약 4 m 길이의 0.3 mm 두께의 피복관 제조에 성공하였다. 하지만, Fe-기반 합금의 특성상, 약 360 °C의 운전 온도에서 페라이트상의 취화 거동이 피복관으로서 실제적인 적용에서 가장 큰 걸림돌이며, 합금 내 NiAl 석출상의 약 360 °C의 온도 부근에서의 상 안정성을 본 연구가 극히 드물어 실제 적인 고강도 Fe-Ni-Cr-Al 합금의 열 시효특성을 예측하기 매우 까다롭다. 따라서, 본 학위논문에서는 먼저 375 °C에서 475 °C까지의 낮은 온도 영역에서 합금 내 NiAl 석출상의 열 시효 거동을 투과 전자현미경과 나노인덴터를 이용하여 살펴본 뒤, 전체 합금에서 열 시효 특성에 대해 고찰할 예정이다. 마지막에는 열 시효 특성을 완화하기 위한 방법을 제안하고자 한다.
