원자로용 철강 재료의 개발과 과제

전문가 제언

○ 원자력발전에서 핵분열이 일어나는 원자로는 방사성 물질의 외부누출을 방지하기 위하여 저합금강으로 된 압력용기 내에 격납된다. 한국표준형 원전인 100만kW급 가압경수로(OPR 1000)의 압력용기는 높이 15m, 외경 4.6m, 두께 210㎜, 무게 450톤의 거대한 강구조물로서 원자력발전소의 안전성에 가장 중요한 역할을 한다. Fukushima원전의 사고는 수소폭발에 의해 바로 이 압력용기가 파괴된 데서 비롯된 것이다.

 

○ 압력용기에는 Mn-Mo-Ni계 저합금강인 ASME SA508 단조재와 SA533 압연판재가 주로 이용된다. SA508-Gr.3 규격에 의한 최소 항복강도는 345MPa이고 설계응력은 184MPa이지만 안전성을 위해 실제의 제품특성은 450MPa로서 상당한 여유를 갖는다. 원자로 압력용기는 40~60년의 수명기간 동안 교체가 불가능하므로 우수한 파괴인성, 중성자 조사취화에 대한 내성, 냉각재에 대한 내식성 등이 요구된다. 원전의 대형화에 따라 파괴인성을 추정하는 인자로서보다 신뢰성이 높은 RTNDT(Ref. Nil Ductility ransition Temp.) 검사기준이 적용되고 있다.

 

○ 방사성 물질의 누출을 방지하는 1차 방호벽으로서 연료봉인 우라늄 소결체를 감싸는 연료피복관이 있으며 여기에는 Sn, Fe, Ni, Cr 등을 소량 함유한 Zr합금(Zircaloy)이 이용된다. 이 합금은 고온의 수중에서 내식성이 우수하며 중성자 흡수단면적이 작은 것이 특징이다. 연소도가 높은 차세대 원자로(고속로)에는 Zr합금의 사용이 곤란하여 산화물 입자를 분산시켜 강화한 9Cr 및 15Cr 페라이트강(ODS강)이 개발되고 있으며 ODS강은 핵융합로의 블랭킷용 후보재로서도 유망하다.

 

○ 국내에서는 1978년 고리원전 1호기의 가동을 시초로 현재 9기의 가압경수로(PWR)가 가동 중에 있고 신월성 2호기는 건설 중에 있다. 재료분야에서는 ASME SA533규격과 유사한 압력용기용 Mn-Mo-Ni강이 KS D3539에 규정되어 있다. 또 지르칼로이-4 연료피복관, 복수기 전열관, 열교환기 튜브용 수퍼스테인리스강 등이 국산화되어 있다. 그러나 원전부품의 불량으로 인한 문제가 자주 발생하고 있으므로 원전용 재료의 품질향상과 수입에 의존하는 소재부품의 국산화 개발이 요망된다.

저자

Akihito Kimura

자료유형

학술정보

원문언어

일어

기업산업분류

재료

연도

2013

권(호)

18(12)

잡지명

ふえらむ

과학기술
표준분류

재료

페이지

718~725

분석자

심*동

분석물

• 원자로용 철강 재료의 개발과 과제.pdf [394,099 byte]

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