Alumina-forming multiplex stainless steels were developed with a nominal composition range of Fe-(18–30)Ni-(16–24)Cr-(5–7)Al. Preliminary performance assessments including alloy design and high temperature steam oxidation were carried out for the screening of alloy compositions. A systematic evaluation between thermodynamic simulation (Thermo-Calc) and experimental results was performed along with 1200 ℃ steam thermogravimetric (TG) oxidation test. In addition, PWR autoclave corrosion behavior was analyzed for normal operation compatibility and hardness and tensile properties were assessed referring to ASTM standards. For the fabrication of cladding tube prototype, thermo-mechanical process was further engineered from the ingot melting to post heat-treatments conditions. As a result, austenite-ferrite duplex microstructure with nickel aluminide phase was obtained and forming chromia in normal operation and alumina at accident-line high temperature steam conditions, while providing high strength and excellent cold-fabricability.
경수로 핵연료 피복관 적용을 위한 철 기반 (18–30)니켈-(16–24)크롬-(5–7)알루미늄 조성을 가진 알루미나-생성 멀티플렉스 스테인리스강을 개발하였다. 합금 설계부터 고온 수증기 산화를 포함하는 필수성능평가 결과를 바탕으로, 사고저항성 핵연료 합금의 1차 조성을 선정하였다. 이때, 열역학 시뮬레이션 결과와 실험분석 결과를 비교하고, 1200도 수증기 열전검류계(TG) 산화시험을 수행하였으며, 생성된 산화막 분석을 포함한 고온 산화 거동을 분석하였다. 또한, 핵연료 피복관으로써 적용을 경수로 운전환경 산화시험, 미국재료시험협회 표준을 참고하여 경도 및 인장 시험을 수행하고 그 결과를 분석하였다. 이후 선정된 Fe-19니켈-16크롬-6.1알루미늄 합금의 피복관 시제품 제작을 위한 미세구조 분석 및 인성 향상을 위해 적합한 주물의 용해공정부터 열간가공 및 후열처리 조건을 선정하여 미세구조를 제어하였다. 그 결과 오스테나이트와 페라이트 이중상 조직에 그리고 니켈 알루미나이드상을 포함하는 높은 강도를 가지고 정상 운전조건에서 크로미아를 형성하고, 사고 시 고온 수증기 환경에서 알루미나를 형성하며, 높은 강도와 냉간 가공성이 우수한 합금을 개발하였다.
