Kim, H.G.;Choi, B.K.;Kim, K.T.;Kim, S.D.;Park, C.H.;Jeong, Y.H.
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.18
no.5
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pp.288-296
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2005
The corrosion behaviors of Zr-based alloys were very sensitive to their microstructures which were determined by manufacturing process. The specimens of Zr-based alloy named as HANA-4 for nuclear fuel cladding were investigated in order to get the optimized manufacturing process such as the intermediate annealing temperature and cold working steps after the ${\beta}$ quenching. From the microstructural analysis, cold worked microstructure of the samples was changed to the recrystallized microstructure by performed process. The corrosion behaviors of HANA-4 alloy were affected by the different manufacturing process. The ${\beta}$-Zr phase was formed in the matrix and the Nb concentration in the ${\beta}$-Zr phase was increased as progressing the manufacturing process. So, it was found that the corrosion rate of HANA-4 alloy was affected by the Nb concentration in the matrix.
Park, Sang Yoon;Choi, Byoung Kwon;Lee, Myung Ho;Kim, Jun Hwan;Jeong, Yong Hwan
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.18
no.3
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pp.164-171
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2005
Iodine-Induced Stress Corrosion Cracking (ISCC) properties of Zircaloy-4 and HANA4 developed in KAERI for the high burn-up nuclear fuel cladding were evaluated. To confirm the effect of final heat treatment on ISCC resistance of Zr-alloy, stress relieved and recrystallized specimens were prepared and tested. With the pre-cracked specimen at internal surface, ISCC crack propagation rates and threshold stress intensity factor ($K_{ISCC}$) based on the fracture mechanics were measured by internal pressurization test at $350^{\circ}C$ in iodine environment. $K_{ISCC}$ of Zircaloy-4 and HANA4 cladding were $3.3MPa{\cdot}m^{1/2}$ and $4.4MPa{\cdot}m^{1/2}$, respectively. Pitting corrosion at the crack surface was observed and it seemed that TG crack propagation was derived from the pitting.
The effect of Cu addition on the corrosion characteristics of Zr alloys that developed for nuclear fuel cladding in KAERI (Korea Atomic Energy Research Institute) was evaluated. The alloys having different element of Nb, Sn, Fe, Cr and Cu were manufactured and the corrosion tests of the alloys were performed in static autoclave at $360^{\circ}C$, distilled water condition. The alloys were also examined for their microstructures using the optical microscope and the TEM equipped with EDS and the oxide property was characterized by using X-ray diffraction. From the result of corrosion test more than 450 days, the corrosion rate of the Zr-based alloys was changed with alloying element such as Nb, Sn, Fe, Cr and especially affected by Cu addition. The corrosion resistance was increased with increasing the Cu content and the tetragonal $ZrO_2$ layer was more stabilized on the Cu-containing alloys.
An, Chang Mo;Choi, Jeong Hun;Han, Seul Ki;Park, Chul Ho;Kahng, Jong Won;Lee, Young Jun;Lee, Jong Hyeon
Resources Recycling
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v.26
no.5
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pp.97-104
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2017
Nuclear fuel cladding tubes are manufactured through pilgering and the annealing process. In order to remove the oxidized layer and impurities on the surface of the tube, a pickling process is required. Zirconium (Zr) is dissolved in a HF and $HNO_3$ acid mixture during the process and the pickling waste acid, including the dissolved Zr, is completely discarded after neutralization. This study observes the effects of the residual impurities (Ba) in the pickling solution regenerated from the $BaF_2$ precipitation process on the waste pickling solution. In addition, the concentration of Ba and Zr for the actual nuclear fuel cladding tube process was optimized. The regenerated pickling solution was tested through a pilot plant pickling process device that simulates the commercial pickling process of nuclear fuel cladding tubes, and the pickling efficiency was analyzed through AFM analysis of the roughness of the cladding tube surface.
Zirconium based alloys have been extensively used as a cladding material for fuel rods in nuclear reactors, due to their low thermal neutron absorption cross-section, excellent corrosion resistance and good mechanical properties at high temperatures. However, a cladding material for fuel rods in nuclear reactors was contact water during long time at high-temperature, so it is necessary to improve the wear and corrosion resistance of the fuel cladding, At ambient environment, there are few data or paper on the characteristic of corrosion in chloride solution and acidic solution. The specimens used in this work are pure Zr and Zircaloy-4. Zircaloy-4 is a specific zirconium-based alloy containing, on a weight percent basis, 1.4% Sn, 0.2% Fe, 0.1% Cr. Pitting corrosion resistance of two alloys by ASTM G48 is higher than that of electrochemical method. Passive film formed on Zircaloy-4 is mainly composed of $ZrO_2$, metallic Sn, and iron species regardless of formation environments. Also, passive film formed on Zr alloys shows n-type semiconductic property on the base of Mott-Schottky plot.
Zr-xNb alloys (x = 0.2, 0.8, 1.5 wt.%) were prepared to study the characteristics of the phase transformation in Zr-Nb system. The samples were heat treated at ${\beta}$-temperature ($1020^{\circ}C$) for 20 min and then cooled with different cooling rate. The microstructures of the specimens having the same compositions were changed with cooling rate and Nb content. The Widmanst$\ddot{a}$tten structure was observed on the furnace-cooled sample. The relationship between ${\alpha}$-Widmanst$\ddot{a}$tten and ${\beta}$-phase was the {0001}${\alpha}$//{110}${\beta}$, <11$\bar{2}$0>//<111>. The ${\beta}$-phase in Widmanst$\ddot{a}$tten structure of Zr-Nb alloys containing Nb more than solubility limit was identified as ${\beta}_{Zr}$ phase which was a stable phase at high temperature. In the water quenched samples, two kinds of martensite structures were observed depending on the Nb-concentration. The lath martensite was formed in Zr-0.2, 0.8 wt.% Nb alloys and the plate martensite having twins was formed in Zr-1.5 wt.% Nb alloy.
Within the frame of the EMPIrE test, four monolithic mini-plates were irradiated in the ATR reactor. In two of them, the monolithic U(Mo) foil had been PVD-coated with Zr before the plate manufacturing. Extensive microstructural characterizations were performed on a fresh archive mini-plate, using Optical Microscopy (OM), Scanning Electron Microscopy (SEM) combined with Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), Electron Backscattered Diffraction (EBSD) and Focused Ion Beam (FIB)/Transmission Electron Microscopy (TEM) with nano EDS. A particular attention was paid to the examination of the U(Mo) foil, the PVD coating, the cladding/Zr and Zr/U(Mo) interfaces. The Zr coating has a thickness around 15 ㎛. It has a columnar microstructure and appears dense. The cohesion of the cladding/Zr and Zr/U(Mo) interfaces seems to be satisfactory. An almost continuous layer with a thickness of the order of 100-300 nm is present at the cladding/Zr interface and corresponds to an oxidized part of the Zr coating. At the Zr/U(Mo) interface, a thin discontinuous layer is observed. It could correspond to locally oxidized U(Mo). This work provides a basis for interpreting the results of characterizations on EMPIrE irradiated plates.
Kim, Sung Eun;Lee, Young-Ho;Kim, Dae Ho;Kim, Hyun-Gil
Tribology and Lubricants
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v.38
no.4
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pp.136-142
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2022
This paper investigates the enhanced wear performance of a CrAl coated accident tolerant fuel (ATF) cladding. In the wake of the Fukushima accident, extensive research on ATF with respect to improving the oxidation resistance of cladding materials is ongoing. Since coated Zr claddings can be applied without major changes to the criteria for reactor core design, many researchers are studying coatings for claddings. To improve the quality of the CrAl coating layer, optimization of the manufacturing process is imperative. This study employs arc ion plating to obtain improved CrAl coated claddings using CrAl binary alloy targets through an improved coating method. Surface roughness and adhesion are improved, and droplets are reduced. Furthermore, the coated layer has a dense and fine microstructure. In scratch tests, all the tested CrAl coated claddings exhibit a superior resistance compared to the Zr cladding. In a fretting wear test, the wear volume of the CrAl coated claddings is smaller compared to the Zr cladding. Furthermore, the coated cladding manufactured through the improved process exhibits better wear resistance than other CrAl coated claddings. Based on these results, we suggest that fine microstructure is attributed to a mechanically and microstructurally robust CrAl coating layer, which enhances wear resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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