ASTM A887 304B4 고용화처리 스테인리스강 - 붕소첨가 내핵소재 특성
ASTM A887 Grade A 304B4 개요
ASTM A887 Grade A 304B4는 붕소(B) 1.0~1.24%를 의도적으로 첨가한 특수 오스테나이트계 스테인리스강으로, 중성자 흡수 단면적이 매우 커 원자력 분야 차폐재, 제어봉, 저장랙 소재로 전문적으로 사용됩니다. 고용화 처리(Solution Annealed) 상태로 공급되며, 붕소의 균일한 분포로 일정한 중성자 차폐 성능을 보장합니다.
특수 합금 설계 의도
- 붕소-10 (¹⁰B) 동위원소의 높은 열중성자 흡수 단면적(3,840 barns) 활용
- 스테인리스강 매트릭스로 구조적 건전성 확보
- 일반 304 대비 니켈 함량 증가(12~15%)로 오스테나이트 안정화
물리적/기계적 특성 (상온 23°C 기준)
일반 물성
| 특성 | 값 | 비고 |
| 밀도 | 7.9 ~ 8.2 g/cm³ | 오스테나이트계 일반값 |
기계적 특성
| 특성 | 값 | 비고 |
| 탄성계수 | 195 GPa | 오스테나이트계 일반값 |
| 연신율 A50 | 27% | 붕소 첨가로 일반 304 대비 낮음 |
| 브리넬 경도 | 217 HB | |
| 로크웰 B 경도 | 95 HRB | |
| 푸아송비 | 0.3 | 오스테나이트계 일반값 |
| 전단계수 | 77 GPa | 오스테나이트계 일반값 |
| 인장강도 | 515 MPa | |
| 항복강도 | 205 MPa | |
열적 특성
| 특성 | 값 | 비고 |
| 열팽창계수 | 17 ~ 19 × 10⁻⁶ 1/K | 오스테나이트계 일반값 |
| 용융점 | 1,230 ~ 1,480 °C | 오스테나이트계 일반값 |
| 비열용량 | 440 J/(kg·K) | 오스테나이트계 일반값 |
| 열전도율 | 11 ~ 21 W/(m·K) | 오스테나이트계 일반값 |
전기적 특성
| 특성 | 값 | 비고 |
| 전기저항률 | 8.5 × 10⁻⁷ Ω·m | 오스테나이트계 일반값 |
화학 조성 (중량%) - 붕소 함유가 핵심
| 원소 | 함량 범위 | 역할 |
| 붕소 (B) | 1.00 ~ 1.24% | 중성자 흡수 (핵심) |
| 탄소 (C) | ≤ 0.08% | |
| 크롬 (Cr) | 18 ~ 20% | 내식성/산화저항 |
| 망간 (Mn) | ≤ 2% | |
| 니켈 (Ni) | 12 ~ 15% | 오스테나이트 안정화 |
| 인 (P) | ≤ 0.05% | |
| 실리콘 (Si) | ≤ 0.75% | |
| 황 (S) | ≤ 0.03% | |
중성자 차폐 성능
| 항목 | 값/특징 |
| ¹⁰B 천연 존재비 | 약 19.9% |
| 열중성자 흡수 단면적 (¹⁰B) | 3,840 barns |
| 유효 중성자 차폐 두께 | 일반 콘크리트 대비 1/10~1/20 |
| 감마선 차폐 | 고밀도(7.9~8.2)로 우수 |
주요 용도 (원자력 전문 분야)
- 사용후핵연료 저장랙 (Spent Fuel Storage Racks)
- 원자로 제어봉 소재 (Control Rod Blades)
- 중성자 차폐판 및 캐니스터
- 방사성 폐기물 저장 용기
- 원자력 시설 구조용 차폐 부재
- 연구로 및 의료용 아이소토프 생산 시설
품질 보증 및 검사 요구사항
- 붕소 함량 및 균일성 검증 (화학분석 + 중성자 방사선 촬영)
- ¹⁰B 동위원소 비율 확인 (천연 붕소 사용 시)
- 기계적 특성 시험 (인장, 경도, 충격)
- 초음파 탐상 검사 (내부 결함)
- 치수 및 표면 품질 검사
- 재질 인증서 (MTC) EN 10204 3.1 또는 3.2
취급 주의사항
붕소 함량이 높아 일반 스테인리스강 대비 연성이 낮고(연신율 27%), 가공경화 경향이 강합니다. 냉간 가공 시 중간 어닐링 필수. 용접 시 붕소 증발 손실 최소화를 위한 저열입력 공법 적용 필요.