인코넬합금은 다양한 환경에서 강한 내식성을 가지기 때문에 증기발생기전열관, 제어봉의 헤드 관통관 등 원자로의 주요 부품으로 널리 사용되고 있으나, 원자로 환경에서 장시간 노출될 때 부식에 의한 재료의 손상문제가 발생한다. 4 종류의 인코넬합금(1. 600MA: 16% Cr, 975℃ 밀 어닐링, 2. 600TT: 16% Cr, 920℃ 밀 어닐링한 후 700℃에서 15시간 열처리, 3. 690MA: 30% Cr, 1075℃ 밀 어널링, 4. 690TT: 30% Cr, 1075℃ 밀 어닐링한 후 700℃에서 15시간 열처리)에 대한 원자로의 증기발생기 환경을 모사한 고온, 고압의 10 % NaOH 수용액 분위기에서 입계응력부식저항성을 ...
인코넬합금은 다양한 환경에서 강한 내식성을 가지기 때문에 증기발생기전열관, 제어봉의 헤드 관통관 등 원자로의 주요 부품으로 널리 사용되고 있으나, 원자로 환경에서 장시간 노출될 때 부식에 의한 재료의 손상문제가 발생한다. 4 종류의 인코넬합금(1. 600MA: 16% Cr, 975℃ 밀 어닐링, 2. 600TT: 16% Cr, 920℃ 밀 어닐링한 후 700℃에서 15시간 열처리, 3. 690MA: 30% Cr, 1075℃ 밀 어널링, 4. 690TT: 30% Cr, 1075℃ 밀 어닐링한 후 700℃에서 15시간 열처리)에 대한 원자로의 증기발생기 환경을 모사한 고온, 고압의 10 % NaOH 수용액 분위기에서 입계응력부식저항성을 전기화학적인 방법으로 평가하였다. 인코넬 합금 시편의 포텐셜을 재료의 양극 분극 곡선(anodic polarization curve)의 active-passive천이 영역의 한 값으로 일정하게 유지함으로서 응력부식균열을 쉽게 유발시키는 정전위 시험방법을 사용하여, 부식전류 변화 및 표면 균열발생 여부를 조사하여 입계응력부식저항성을 평가하였다. C-ring형태의 인코넬 합금 시편에 응력을 부과하고 300℃, 75기압의 10% NaOH 수용액에 7일간 정전위 응력부식 시험을 수행하였다. 인코넬 600MA의 경우, 입계를 따르는 100㎛정도 깊이의 균열이 발생하였으나 그 외 3종의 인코넬 합금들에는 균열이 유발되지 않았다. 정전위 시험시 시간에 따른 부식전류밀도 변화를 관찰한 결과, 기존의 많은 연구 결과에서 보고되는 바와 같이 인코넬 690이 인코넬 600보다 응력부식 저항성이 크고, TT열처리에 의해 저항성이 증가하는 경향을 보인다. 인코넬 690TT의 경우 부식 시험시간이 경과함에 따라 표면 부식전류밀도는 거시적으로 감소하는 반면 인코넬 600MA는 부식전류밀도가 단조롭게 증가한다. 이러한 경향은 표면 보호 산화층의 생성 거동과 관련이 있다. 인코넬 690TT의 강한 입계응력부식 저항성은 안정한 표면 보호산화층의 유지 및 재생성에 기인한 것으로 판단된다. 열처리에 따른 탄화물 분포, 종류 및 입계 주위의 Cr 농도 분포를 측정하였다. 밀어닐링된 인코넬합금을 700℃에서 15시간 열처리(TT열처리)하면 입계 탄화물의 분포가 변화한다. TT 열처리된 인코넬합금은 밀 어널링된 인코넬합금에 비해 입계에 탄화물이 밀도가 높아지는 경향을 보였다. 측정된 입계의 Cr 농도 및 정전위 시험결과에 근거하면 결핍층이 인코넬합금의 입계응력부식균열 저항성에 결정적인 영향을 미치지는 않는다. 입계응력부식균열 저항성은 입계 탄화물 분포에 큰 영향을 받는데 입계 탄화물이 전위원으로 작용하여 균열 선단의 응력을 완화하는 역할을 하는 것으로 사료된다. 원자로 중기발생기 전열관 재료로 사용되는 인코넬 합금은 전열관의 U자형 굴곡부 및 관의 양 단 부분에서 피로 하중은 받는다. 이 피로 하중은 전열관 내외로 흐르는 유체의 압력 변화에 기인한 것으로, 중기발생기 전열관은 원천적으로 큰 피로하중을 받는다. 이 피로하중과 중기발생기의 가혹한 부식환경이 결합하여 전열관의 부식피로가 발생한다. 따라서 원자로의 건전성을 확보하기 위해서는 인코넬합금의 부식피로 균열 진전 거동을 파악하는 것이 중요하다. 부식피로 하중이 응력부식 하중과 복합적으로 작용하면 상호작용에 의한 상승효과에 의해 균열의 진전이 가속화 될 수 있다. 인코넬 600의 부식피로에 의한 균열진전 특성 및 응력부식과의 상호작용에 의한 상승효과를 파악하기 위해 용존산소 농도가 4ppm인 65기압, 290℃의 고온 수 중에서 부식피로, 응력부식에 의한 균열진전 시험 및 부식피로와 응력부식의 양 하중이 동시에 작용할 때의 균열진전속도를 측정하였다. 시험 결과, 인코넬 합금에서 부식피로와 응력부식이 복합적으로 작용하면 두 하중의 상호작용에 의한 상승효과 때문에 중첩모델에 의해 예측된 균열진전속도보다 균열의 진전 속도가 가속화되는 것을 확인하였다. 재료의 균열진전속도 예측은 재료의 건전성을 확보하는데 필수적인 것이다. 균열 선단에서 일어나는 가속화 기구는 추후 부식피로 현상의 주요 연구과제로 삼아야 할 것이다.
인코넬합금은 다양한 환경에서 강한 내식성을 가지기 때문에 증기발생기전열관, 제어봉의 헤드 관통관 등 원자로의 주요 부품으로 널리 사용되고 있으나, 원자로 환경에서 장시간 노출될 때 부식에 의한 재료의 손상문제가 발생한다. 4 종류의 인코넬합금(1. 600MA: 16% Cr, 975℃ 밀 어닐링, 2. 600TT: 16% Cr, 920℃ 밀 어닐링한 후 700℃에서 15시간 열처리, 3. 690MA: 30% Cr, 1075℃ 밀 어널링, 4. 690TT: 30% Cr, 1075℃ 밀 어닐링한 후 700℃에서 15시간 열처리)에 대한 원자로의 증기발생기 환경을 모사한 고온, 고압의 10 % NaOH 수용액 분위기에서 입계응력부식저항성을 전기화학적인 방법으로 평가하였다. 인코넬 합금 시편의 포텐셜을 재료의 양극 분극 곡선(anodic polarization curve)의 active-passive 천이 영역의 한 값으로 일정하게 유지함으로서 응력부식균열을 쉽게 유발시키는 정전위 시험방법을 사용하여, 부식전류 변화 및 표면 균열발생 여부를 조사하여 입계응력부식저항성을 평가하였다. C-ring형태의 인코넬 합금 시편에 응력을 부과하고 300℃, 75기압의 10% NaOH 수용액에 7일간 정전위 응력부식 시험을 수행하였다. 인코넬 600MA의 경우, 입계를 따르는 100㎛정도 깊이의 균열이 발생하였으나 그 외 3종의 인코넬 합금들에는 균열이 유발되지 않았다. 정전위 시험시 시간에 따른 부식전류밀도 변화를 관찰한 결과, 기존의 많은 연구 결과에서 보고되는 바와 같이 인코넬 690이 인코넬 600보다 응력부식 저항성이 크고, TT열처리에 의해 저항성이 증가하는 경향을 보인다. 인코넬 690TT의 경우 부식 시험시간이 경과함에 따라 표면 부식전류밀도는 거시적으로 감소하는 반면 인코넬 600MA는 부식전류밀도가 단조롭게 증가한다. 이러한 경향은 표면 보호 산화층의 생성 거동과 관련이 있다. 인코넬 690TT의 강한 입계응력부식 저항성은 안정한 표면 보호산화층의 유지 및 재생성에 기인한 것으로 판단된다. 열처리에 따른 탄화물 분포, 종류 및 입계 주위의 Cr 농도 분포를 측정하였다. 밀어닐링된 인코넬합금을 700℃에서 15시간 열처리(TT열처리)하면 입계 탄화물의 분포가 변화한다. TT 열처리된 인코넬합금은 밀 어널링된 인코넬합금에 비해 입계에 탄화물이 밀도가 높아지는 경향을 보였다. 측정된 입계의 Cr 농도 및 정전위 시험결과에 근거하면 결핍층이 인코넬합금의 입계응력부식균열 저항성에 결정적인 영향을 미치지는 않는다. 입계응력부식균열 저항성은 입계 탄화물 분포에 큰 영향을 받는데 입계 탄화물이 전위원으로 작용하여 균열 선단의 응력을 완화하는 역할을 하는 것으로 사료된다. 원자로 중기발생기 전열관 재료로 사용되는 인코넬 합금은 전열관의 U자형 굴곡부 및 관의 양 단 부분에서 피로 하중은 받는다. 이 피로 하중은 전열관 내외로 흐르는 유체의 압력 변화에 기인한 것으로, 중기발생기 전열관은 원천적으로 큰 피로하중을 받는다. 이 피로하중과 중기발생기의 가혹한 부식환경이 결합하여 전열관의 부식피로가 발생한다. 따라서 원자로의 건전성을 확보하기 위해서는 인코넬합금의 부식피로 균열 진전 거동을 파악하는 것이 중요하다. 부식피로 하중이 응력부식 하중과 복합적으로 작용하면 상호작용에 의한 상승효과에 의해 균열의 진전이 가속화 될 수 있다. 인코넬 600의 부식피로에 의한 균열진전 특성 및 응력부식과의 상호작용에 의한 상승효과를 파악하기 위해 용존산소 농도가 4ppm인 65기압, 290℃의 고온 수 중에서 부식피로, 응력부식에 의한 균열진전 시험 및 부식피로와 응력부식의 양 하중이 동시에 작용할 때의 균열진전속도를 측정하였다. 시험 결과, 인코넬 합금에서 부식피로와 응력부식이 복합적으로 작용하면 두 하중의 상호작용에 의한 상승효과 때문에 중첩모델에 의해 예측된 균열진전속도보다 균열의 진전 속도가 가속화되는 것을 확인하였다. 재료의 균열진전속도 예측은 재료의 건전성을 확보하는데 필수적인 것이다. 균열 선단에서 일어나는 가속화 기구는 추후 부식피로 현상의 주요 연구과제로 삼아야 할 것이다.
Inconel alloys used as nuclear power plant components have problems such as stress corrosion crack(SCC) and corrosion-fatigue in spite of their good corrosion characteristics. It is necessary to evaluate the SCC resistance for the application of the alloys to the structural components of nuclear pow...
Inconel alloys used as nuclear power plant components have problems such as stress corrosion crack(SCC) and corrosion-fatigue in spite of their good corrosion characteristics. It is necessary to evaluate the SCC resistance for the application of the alloys to the structural components of nuclear power plant. And, it is important to predict accurately the growth characteristics of corrosion-fatigue crack about the alloys for the structural integrity of nuclear plants. In order to evaluate the effects of heat treatment and composition on the SCC behavior of Inconel alloys in simulated nuclear reactor environment, four different specimens of Inconel 600MA(16% Cr, mill-annealed at 975℃), Inconel 600TT(16% Cr, mill-annealed at 920℃ and thermally treated at 700℃ for 15 hours), Inconel 690MA(30 % Cr, mill-annealed at 1075℃) and Inconel 690TT(30% Cr, mill-annealed at 1075℃ and thermally treated at 700℃ for 15 hours) were prepared and tested by the electrochemical method. Static potential tests which control specimen electrode potential in the active-passive transition region of anodic polarization curve were carried out in 10% NaOH solution at 300℃ for 7 days. The effects of heat treatments on the carbide precipitation in the Inconel alloys were investigated by TEM and Energy Dispersive Spectrometer(EDS) analysis. Intergranular Stress Corrosion Crack(IGSCC) was observed in the Inconel 600MA specimen, but other three specimens were not cracked. Based on the gradient of corrosion current density for four specimens as a function of corrosion test time, thermally treated alloys showed better SCC resistance than the mill-annealed alloys, and the Inconel 690 had better passivation characteristic than the Inconel 600. The Inconel 690TT showed the macroscopic decrease of current density, which indicates the best SCC resistance. Good SCC resistance of the Inconel 690TT is due to the stable protective surface of oxide layer. Thermal treatment of the Inconel alloys at 700℃ for 15 hours increased the density of intergranular carbide. Carbides are mainly Cr_7C₃ in Inconel 600, and Cr_23C_6 in Inconel 690. Cr depletion around grain boundaries was shown not to be a crucial factor on the initiation and growth of IGSCC. Carbides in the grain boundaries play an important role as acting dislocation source, and as decreasing stress around the growing crack tip. In order to evaluate the crack growth rate of corrosion-fatigue for Inconel 600 in various modes of applied load, 3 different modes of cracking loads, which simulate corrosion-fatigue, SCC and mixed mechanism of corrosion-fatigue and SCC were applied to the compact tension(CT) type of Inconel 600 specimen in the high temperature water with dissolved oxygen concentration at 4ppm. There was synergistic effect on the crack growth rate of corrosion-fatigue when the mixed mode of SCC and corrosion- fatigue load is applied simultaneously to Inconel 600 specimens in the environment. The measured crack growth rate of the specimen to which the mixed load mode was applied was faster than the crack growth rate predicted on the basis of superposition model. This synergy effect confirms that there are environmental modifications of material properties at the growing crack tip which experiences the mixed load of SCC and corrosion-fatigue. Thus, it is necessary to account for the synergistic acceleration about the crack growth rate of corrosion-fatigue to predict the life of structural components in corrosive environments.
Inconel alloys used as nuclear power plant components have problems such as stress corrosion crack(SCC) and corrosion-fatigue in spite of their good corrosion characteristics. It is necessary to evaluate the SCC resistance for the application of the alloys to the structural components of nuclear power plant. And, it is important to predict accurately the growth characteristics of corrosion-fatigue crack about the alloys for the structural integrity of nuclear plants. In order to evaluate the effects of heat treatment and composition on the SCC behavior of Inconel alloys in simulated nuclear reactor environment, four different specimens of Inconel 600MA(16% Cr, mill-annealed at 975℃), Inconel 600TT(16% Cr, mill-annealed at 920℃ and thermally treated at 700℃ for 15 hours), Inconel 690MA(30 % Cr, mill-annealed at 1075℃) and Inconel 690TT(30% Cr, mill-annealed at 1075℃ and thermally treated at 700℃ for 15 hours) were prepared and tested by the electrochemical method. Static potential tests which control specimen electrode potential in the active-passive transition region of anodic polarization curve were carried out in 10% NaOH solution at 300℃ for 7 days. The effects of heat treatments on the carbide precipitation in the Inconel alloys were investigated by TEM and Energy Dispersive Spectrometer(EDS) analysis. Intergranular Stress Corrosion Crack(IGSCC) was observed in the Inconel 600MA specimen, but other three specimens were not cracked. Based on the gradient of corrosion current density for four specimens as a function of corrosion test time, thermally treated alloys showed better SCC resistance than the mill-annealed alloys, and the Inconel 690 had better passivation characteristic than the Inconel 600. The Inconel 690TT showed the macroscopic decrease of current density, which indicates the best SCC resistance. Good SCC resistance of the Inconel 690TT is due to the stable protective surface of oxide layer. Thermal treatment of the Inconel alloys at 700℃ for 15 hours increased the density of intergranular carbide. Carbides are mainly Cr_7C₃ in Inconel 600, and Cr_23C_6 in Inconel 690. Cr depletion around grain boundaries was shown not to be a crucial factor on the initiation and growth of IGSCC. Carbides in the grain boundaries play an important role as acting dislocation source, and as decreasing stress around the growing crack tip. In order to evaluate the crack growth rate of corrosion-fatigue for Inconel 600 in various modes of applied load, 3 different modes of cracking loads, which simulate corrosion-fatigue, SCC and mixed mechanism of corrosion-fatigue and SCC were applied to the compact tension(CT) type of Inconel 600 specimen in the high temperature water with dissolved oxygen concentration at 4ppm. There was synergistic effect on the crack growth rate of corrosion-fatigue when the mixed mode of SCC and corrosion- fatigue load is applied simultaneously to Inconel 600 specimens in the environment. The measured crack growth rate of the specimen to which the mixed load mode was applied was faster than the crack growth rate predicted on the basis of superposition model. This synergy effect confirms that there are environmental modifications of material properties at the growing crack tip which experiences the mixed load of SCC and corrosion-fatigue. Thus, it is necessary to account for the synergistic acceleration about the crack growth rate of corrosion-fatigue to predict the life of structural components in corrosive environments.
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