지르코늄 튜브 (지르코늄 관 · 파이프)

순지르코늄과 Zr702 · Zr705 · 지르칼로이 · Zr-Nb 합금 관

ASTM B353 · B653 냉간 가공 · 진공 열처리

순지르코늄(UNS R60001)과 Zr702(R60702), Zr705(R60705), 지르칼로이-2(R60802), 지르칼로이-4(R60804), Zr-2.5Nb(R60901, R60904), Zr-1Nb 등 지르코늄 합금 튜브는 ASTM B353, ASTM B653(비원자력용) 규격을 따릅니다.

가공 요령

봉과 관은 상온에서 롤로 눌러 얇게 펴는 가공(냉간 압연) · 돌아가는 금형으로 두드려 지름을 줄이는 가공(회전 스웨이징) · 판을 돌리면서 눌러 둥근 모양을 만드는 가공(스피닝) · 구멍(다이)으로 뽑아 가늘게 늘리는 가공(인발) 등 상온에서 하는 가공(냉간 가공)으로 만듭니다. 깨지지 않고 늘어나는 성질(소성)이 좋고 모양을 바꾸는 데 드는 힘(변형 저항)이 중간 정도로, 냉간 가공 특성은 저탄소강에 가깝습니다.
윤활이 잘 안 되고 달라붙는 성질이 있어 인발 소재는 피막 처리나 산화 처리를 합니다. 좋은 표면 품질을 위해 관은 인발 대신 냉간 가공으로 만듭니다.
열처리는 진공도 1×10^-2 ~ 1×10^-3 Pa 의 진공로에서 합니다. 보호 코팅과 전체 산화막이 있어야만 대기 중에서 빠르게 가열해 재질을 부드럽게 하는 열처리(풀림)할 수 있습니다.
지르코늄-주석 합금의 가공 도중 가열해 다시 부드럽게 하는 처리(중간 풀림) 온도는 약 700°C 입니다. 결정 조직이 새로 만들어지는 현상(재결정)은 500°C 에서 시작되고 600°C 에서 조직이 거칠어집니다.
완성 관의 가공 때 생긴 내부 힘을 없애는 열처리(응력 제거 풀림)은 450 ~ 500°C, 결정 조직을 새로 만드는 열처리(재결정 풀림)은 530 ~ 600°C 입니다.

가공 공정 Processing Technology

지르코늄 · 지르코늄 합금 튜브 가공 공정

번호	공정	공정 설명
1	잉곳 주조 검사	성분 재검사, 외관 검사
2	β 단조	로에서 1030~1050°C 가열, 60~90분 유지 후 수냉
3	드릴링, 보링, 구리 피복
4	압출	상용주파 유도로에서 750~780°C 가열, 30~35분 유지 후 3150톤 압출기로 압출
5	관 빌렛 손질
6	냉간 압연 + 중간 풀림	3~4회 압연 후 700°C 중간 풀림, 1시간 유지, 진공도 10^-2~10^-3 Pa
7	정밀 압연	3~4회 압연 후 정밀 압연. 전체 가공률 70% 이상, Q 값 3~5
8	마무리 풀림	재결정 풀림 545±5°C 2시간, 응력 제거 풀림 460±5°C 3시간
9	교정	롤러 교정기
10	내면 산세	흐르는 산 사용
11	외면 연마	연마 벨트 사용
12	치수 검사
13	물성 검사
14	포장

규격 용어

ASTM = 미국재료시험협회(ASTM International)가 정한 재료 규격입니다. 성분 · 강도 · 치수 공차 등을 정해 두며, 성적서(밀시트)에 이 번호가 적힙니다.
UNS = 금속마다 붙인 통합 번호입니다 (Unified Numbering System). 예: R05200 = 순탄탈럼
ASTM B351 · B352 · B353 = 원자력용 지르코늄 · 지르코늄 합금 규격 (봉 · 판 · 관)
ASTM B551 = 비원자력용 지르코늄 · 지르코늄 합금 판 · 스트립 규격
R60001 순지르코늄(원자력용), R60702 Zr702 공업용 순지르코늄, R60705 Zr705, R60802 지르칼로이-2, R60804 지르칼로이-4, R60901 · R60904 Zr-2.5Nb

합금 이름 읽는 법 — 맨 앞 원소 기호가 주성분, 뒤의 ‘숫자 + 원소 기호’가 섞은 원소와 그 함량(무게 %)입니다. 나머지는 모두 주성분입니다.

Zr-2.5Nb = 지르코늄(Zr) 97.5% + 나이오븀(Nb) 2.5%
Zr-1Nb = 지르코늄(Zr) 99% + 나이오븀(Nb) 1%

숫자는 대표값이며, 실제 허용 범위는 규격이나 성적서에 정해져 있습니다. 지르칼로이-2 · 4 는 주석(Sn) 등을 조금 넣은 지르코늄 합금 이름입니다.

표의 값은 ASTM 규격 및 원본 자료 기준 참고값입니다. 실제 납품 사양은 제품별 성적서(밀시트)를 기준으로 합니다. 산업 · 연구용 소재로, 용도 적합성은 사용자가 판단해야 합니다.