[학위논문]초내식성 오스테나이트 스테인리스강의 부식 특성에 미치는 냉간 가공과 망간, 질소 첨가의 영향 Effects of cold work and Mn, N additions on corrosion properties of super austenitic stainless steel원문보기
액체 금속로(LMFBR, Liqu id Metal Fast Breeder Reactor)는 고속 중성자를 사용함으로써 에너지와 함께 플루토늄이 생산되는 고속 증식로이다. 전통적인 원자로에서는 냉각을 위해 물을 사용하는데 반해 고속 증식로에서는 액체 Na을 냉각제로 사용하고 있다. Na는 지구상에 가장 널리 존재하는 공기 및 물과 격렬한 반응성을 가지고 있으며, Na 누출사고는 ...
액체 금속로(LMFBR, Liqu id Metal Fast Breeder Reactor)는 고속 중성자를 사용함으로써 에너지와 함께 플루토늄이 생산되는 고속 증식로이다. 전통적인 원자로에서는 냉각을 위해 물을 사용하는데 반해 고속 증식로에서는 액체 Na을 냉각제로 사용하고 있다. Na는 지구상에 가장 널리 존재하는 공기 및 물과 격렬한 반응성을 가지고 있으며, Na 누출사고는 방사능 오염 및 폭발 위험성 등의 각종 문제점을 발생시키므로 액체 금속로의 안전한 운행을 위해서는 증기 발생기에 사용되는 1차, 2차 Na루프의 건전성 확보가 절실히 요구되고 있다.
본 연구에서는 고온 Na와 증기 발생기 전열관이 접촉할 때 발생되는 문제점, 즉 합금의 원소 제거 현상을 모사하여 합금을 설계하였다. 액체 금속로 증기 발생기 전열관 재료로서 초 내식성 오스테나이트 스테인리스강인 UNS32050을 기본으로 망간, 질소의 함량을 변화시킨 합금을 제작하여 재료가 액체 금속로 사용 환경에 노출시, 발생 가능한 원소 제거 현상을 합금 설계에 반영하고 제품의 형상 가공시 필연적으로 따르는 냉간 가공을 가하였다. 준비된 합금에 대하요 광학, 전자 현미경을 이용한 미세 조직 관찰, 경도 시험 및 상온 인장 시험을 통한 기계적 특성 평가, 산성, 중성, 가성 환경에서의 양극 분극 시험, 침지 시험 등을 통한 부식 특성 평가, CERT에 의한 응력 부식 균열 저항성 평가를 통해 망간, 질소 함량의 변화와 냉간 가공이 재료에 미치는 영향에 대해 고찰해 보았다.
실험 결과는 다음과 같다.
(1) 냉간 가공도가 증가함에 따라 인장 및 항복강도가 증가하였고, 50%이상의 냉간 가공을 가한 경우 소둔 열처리 상태보다 연신율이 급격히 감소하여 이 후 70%의 냉간 가공을 한 경우에는 연신율의 감소가 매우 작았다.
(2) 염화물을 함유한 산성 환경에서의 양극 분극 특성 시험 결과 망간, 질소 함량에 따른 부식 전위의 변화는 없었으나, Mn의 첨가로 저하된 부동태가 질소의 첨가량이 증가할수록 안정화되었다.
(3) 중성 환경에서의 양극 분극 시험 결과 산성환경에서의 부동태 경향보다 불안정하였고 냉간 가공에 의한 내식성의 저하가 두드러지게 나타났다.
(4) 가성 환경에서의 양극 분극 시험 결과에서 냉간 가공을 한 합금들은 한 개의 부동태 구간이 나타났으며 Mn, N 조성의 차이에 의한 전류 밀도 변화가 냉간 가공도가 증가할수록 컸다. 이는 부동태를 안정화시키는 N과 불안정한 부동태를 보이는 Mn 중에서 냉간 가공도가 증가할수록 Mn의 효과가 우세해졌기 때문이다.
(5) 실험 합금의 임계 공식 온도 시험결과 Mn, N 조성 차이, 냉간 가공도와 관계없이 우수한 공식 저항성을 나타내었다.
(6) 실험 합금의 응력 부식 균열 저항성은 Mn, N의 함량이 증가할수록 Mn의 균일 부식 경향, N에 의 한 균열 선단에서의 재부동태화 속도의 증가로 인해 저항성이 증가하였으나 50%이상의 냉간 가공된 합금들은 부식 특성보다는 기계적 성질이 더 큰 영향을 보였다.
(7) 응력 부식 균열 저항성에 미치는 잔류 응력의 임계치가 존재하여 그 값이 -360MPa 부근이었다.
액체 금속로(LMFBR, Liqu id Metal Fast Breeder Reactor)는 고속 중성자를 사용함으로써 에너지와 함께 플루토늄이 생산되는 고속 증식로이다. 전통적인 원자로에서는 냉각을 위해 물을 사용하는데 반해 고속 증식로에서는 액체 Na을 냉각제로 사용하고 있다. Na는 지구상에 가장 널리 존재하는 공기 및 물과 격렬한 반응성을 가지고 있으며, Na 누출사고는 방사능 오염 및 폭발 위험성 등의 각종 문제점을 발생시키므로 액체 금속로의 안전한 운행을 위해서는 증기 발생기에 사용되는 1차, 2차 Na루프의 건전성 확보가 절실히 요구되고 있다.
본 연구에서는 고온 Na와 증기 발생기 전열관이 접촉할 때 발생되는 문제점, 즉 합금의 원소 제거 현상을 모사하여 합금을 설계하였다. 액체 금속로 증기 발생기 전열관 재료로서 초 내식성 오스테나이트 스테인리스강인 UNS32050을 기본으로 망간, 질소의 함량을 변화시킨 합금을 제작하여 재료가 액체 금속로 사용 환경에 노출시, 발생 가능한 원소 제거 현상을 합금 설계에 반영하고 제품의 형상 가공시 필연적으로 따르는 냉간 가공을 가하였다. 준비된 합금에 대하요 광학, 전자 현미경을 이용한 미세 조직 관찰, 경도 시험 및 상온 인장 시험을 통한 기계적 특성 평가, 산성, 중성, 가성 환경에서의 양극 분극 시험, 침지 시험 등을 통한 부식 특성 평가, CERT에 의한 응력 부식 균열 저항성 평가를 통해 망간, 질소 함량의 변화와 냉간 가공이 재료에 미치는 영향에 대해 고찰해 보았다.
실험 결과는 다음과 같다.
(1) 냉간 가공도가 증가함에 따라 인장 및 항복강도가 증가하였고, 50%이상의 냉간 가공을 가한 경우 소둔 열처리 상태보다 연신율이 급격히 감소하여 이 후 70%의 냉간 가공을 한 경우에는 연신율의 감소가 매우 작았다.
(2) 염화물을 함유한 산성 환경에서의 양극 분극 특성 시험 결과 망간, 질소 함량에 따른 부식 전위의 변화는 없었으나, Mn의 첨가로 저하된 부동태가 질소의 첨가량이 증가할수록 안정화되었다.
(3) 중성 환경에서의 양극 분극 시험 결과 산성환경에서의 부동태 경향보다 불안정하였고 냉간 가공에 의한 내식성의 저하가 두드러지게 나타났다.
(4) 가성 환경에서의 양극 분극 시험 결과에서 냉간 가공을 한 합금들은 한 개의 부동태 구간이 나타났으며 Mn, N 조성의 차이에 의한 전류 밀도 변화가 냉간 가공도가 증가할수록 컸다. 이는 부동태를 안정화시키는 N과 불안정한 부동태를 보이는 Mn 중에서 냉간 가공도가 증가할수록 Mn의 효과가 우세해졌기 때문이다.
(5) 실험 합금의 임계 공식 온도 시험결과 Mn, N 조성 차이, 냉간 가공도와 관계없이 우수한 공식 저항성을 나타내었다.
(6) 실험 합금의 응력 부식 균열 저항성은 Mn, N의 함량이 증가할수록 Mn의 균일 부식 경향, N에 의 한 균열 선단에서의 재부동태화 속도의 증가로 인해 저항성이 증가하였으나 50%이상의 냉간 가공된 합금들은 부식 특성보다는 기계적 성질이 더 큰 영향을 보였다.
(7) 응력 부식 균열 저항성에 미치는 잔류 응력의 임계치가 존재하여 그 값이 -360MPa 부근이었다.
Liquid Metal Fast Breeder Reactor(LMFBR) is the primary fast breeder reactor for civilian power, which produces energy and plutonium at the same time. Traditional nuclear power plants employ water as their coolant but LMFBR employs liquid Na.
Na has a property to react with air and water vigorously ...
Liquid Metal Fast Breeder Reactor(LMFBR) is the primary fast breeder reactor for civilian power, which produces energy and plutonium at the same time. Traditional nuclear power plants employ water as their coolant but LMFBR employs liquid Na.
Na has a property to react with air and water vigorously and promptly, so Na-leakage in the LMFBR steam generator tubing causes various problems including radioactive contamination and explosion. Therefore the guarantee for the soundness of LMFBR steam generator tubing materials is very critical for the safety of LMFBR.
The purpose of this study is to evaluate corrosion properties of the cold worked Mn, and N-controlled super austenite stainless steel, UNS 32050 for application as LMFBR steam generator tubing. The microstructure, mechanical and corrosion properties were analyzed by means of optical / electron microscope, tensile / hardness test for mechanical property evaluation, APT and CPT test for corrosion property evaluation, and CERT to evaluate stress corrosion cracking(SCC) resistance were conducted.
Results are as follows ;
(1) Increasing cold working rate, yield / tensile strength of experimental alloys increased. 50% of cold working rate decreased elongation rapidly, and for 70% of cold working the decreasing rate of elongation was little.
(2) In chloride ion containing acidic solution, Mn, and N had little effect on corrosion potential and critical current density but, deteriorated passivity as increasing Mn content stabilized as increasing N content.
(3) In neutral solution, passivity unstabilized comparing with that of acidic solution, corrosion property decreased appearingly with increasing cold working rate.
(4) In hot caustic solution, one passive region observed for cold worked alloys, and decreasing rate of current density with content of Mn, N increased as increment of cold working rate. This shows the effect of Mn deteriorating passvity surpasses that of N which stabilizing passivity as cold working increased.
(5) CPT showed excellent pitting corrosion resistance of experimental alloys regardless of composition of Mn, N and cold working rate.
(6) SCC resistance of experimental alloys increased as Mn which increasing tendency of general corrosion compared with Ni, and N which increasing repassivation rate at crack tip area, content increased. But alloys cold worked more than 50% showed the effect of mechanical properties affect SCC resistance rather than corrosion properties
(7) The critical value of residual stress affecting stress corrosion cracking resistance was observed which was -360MPa.
Liquid Metal Fast Breeder Reactor(LMFBR) is the primary fast breeder reactor for civilian power, which produces energy and plutonium at the same time. Traditional nuclear power plants employ water as their coolant but LMFBR employs liquid Na.
Na has a property to react with air and water vigorously and promptly, so Na-leakage in the LMFBR steam generator tubing causes various problems including radioactive contamination and explosion. Therefore the guarantee for the soundness of LMFBR steam generator tubing materials is very critical for the safety of LMFBR.
The purpose of this study is to evaluate corrosion properties of the cold worked Mn, and N-controlled super austenite stainless steel, UNS 32050 for application as LMFBR steam generator tubing. The microstructure, mechanical and corrosion properties were analyzed by means of optical / electron microscope, tensile / hardness test for mechanical property evaluation, APT and CPT test for corrosion property evaluation, and CERT to evaluate stress corrosion cracking(SCC) resistance were conducted.
Results are as follows ;
(1) Increasing cold working rate, yield / tensile strength of experimental alloys increased. 50% of cold working rate decreased elongation rapidly, and for 70% of cold working the decreasing rate of elongation was little.
(2) In chloride ion containing acidic solution, Mn, and N had little effect on corrosion potential and critical current density but, deteriorated passivity as increasing Mn content stabilized as increasing N content.
(3) In neutral solution, passivity unstabilized comparing with that of acidic solution, corrosion property decreased appearingly with increasing cold working rate.
(4) In hot caustic solution, one passive region observed for cold worked alloys, and decreasing rate of current density with content of Mn, N increased as increment of cold working rate. This shows the effect of Mn deteriorating passvity surpasses that of N which stabilizing passivity as cold working increased.
(5) CPT showed excellent pitting corrosion resistance of experimental alloys regardless of composition of Mn, N and cold working rate.
(6) SCC resistance of experimental alloys increased as Mn which increasing tendency of general corrosion compared with Ni, and N which increasing repassivation rate at crack tip area, content increased. But alloys cold worked more than 50% showed the effect of mechanical properties affect SCC resistance rather than corrosion properties
(7) The critical value of residual stress affecting stress corrosion cracking resistance was observed which was -360MPa.
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