[논문]고온, 고압 알칼리 수용액에서의 Alloy 600 산화막 특성에 미치는 납 농도 영향

김동진; 김현욱; 문병학; 김홍표; 황성식

doi:10.14773/cst.2012.11.3.096

고온, 고압 알칼리 수용액에서의 Alloy 600 산화막 특성에 미치는 납 농도 영향
Effect of Lead Concentration on Surface Oxide Formed on Alloy 600 in High Temperature and High Pressure Alkaline Solutions 원문보기

Corrosion science and technology, v.11 no.3, 2012년, pp.96 - 102

김동진 (한국원자력연구원 원자력재료개발부) , 김현욱 (한국원자력연구원 원자력재료개발부) , 문병학 (한국원자력연구원 원자력재료개발부) , 김홍표 (한국원자력연구원 원자력재료개발부) , 황성식 (한국원자력연구원 원자력재료개발부)

초록
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0.1 M NaOH 용액에 PbO첨가양이 증가함에 따라 Alloy 600에 형성되는 산화막의 부동태 피막 특성이 열화되었다. 또한 뚜렷한 2중층 구조의 산화막이 점차 사라지고, 산화막내 존재하는 납의 양이 증가하였다. 산화막 내부 납의 양이 증가함에 따라 산화막 내부 니켈의 결핍이 점차 커졌다. 납에 의해 산화막의 부동태 특성이 약화됨에 따라, 응력부식균열 저항성 또한 급감하였을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Outer diameter stress corrosion cracking (ODSCC) has occurred for Alloy 600 (Ni 75 wt%, Cr 15 wt%, Fe 10 wt%) as a heat exchanger tube of the steam generator (SG) in nuclear power plants (NPP) during long term operation. Among many causes for SCC, lead (Pb) is known to be one of the most deleterious species in the secondary system. In the present work, the oxide formed on Alloy 600 was characterized as a function of the PbO content in 0.1 M NaOH at $315^{\circ}C$ by using an electrochemical impedance spectroscopy (EIS), a transmission electron microscopy (TEM), equipped with an energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS). The oxide property was analyzed in view of SCC susceptibility.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 Alloy 600 에 대해 315 C의 0.1 M NaOH 알칼리 수용액 환경에서 납의 농도에 따라, 침지시험을 행하면서 산화막의 전기화학적 특성을 비교하고, 산화막의 조성분석을 통해 응력부식균열 특성과 비교, 분석하고자 하였다.
이제 부동태 특성과 응력부식균열 민감성과의 상관관계를 살펴본다.

가설 설정

용액 저항에 해당하는 R_s와 산화막에 의해 발생되는 capacitive arc오* 관련된 R_ox와 C_ox와의 병렬조합 그리고 확산과 관련된 CPE 성분, Z_w로 구성되어 있다가 (Fig. 2(a)), 납의 첨가양이 증가하면서, CPE 성분은 나타나지 않는다. 10000 ppm의 PbO 첨가시, 인덕턴스 성분이 나타난다.
교류 임피던스 측정시, 일반적으로 금속과 용액 계면에서는 전기화학 이중층 캐패시터 (Cdl)와 전하이동 저항 (Rct) 이 나타난다.7₎ 그러나 이 값은 본 연구의 산화막에 의해 나타나는 R_ox와 C_ox에서 비롯되는 임피던스에 비해 매우 작아 Nyquist plot 상에는 잘 나타나지 않는다.

제안 방법

PbO가 0, 1000, 10000 ppm 첨가됨에 따라서, 인장응력은 607, 496, 396 MPa로 감소하였고, 연신율 또한 57, 46, 24%로 감소하였다. SSRT 시험 후, 파면을 주사전자현미경을 이용해 관찰하여, 응력부식균열이 발생한 면적과 전체시편의 단면적 비율을 통해 응력부식균열이 발생한 분율을 구하였다. 응력부식균열이 일어난 파면과 연성파괴가 일어난 파면을 비교하여 비율을 계산하였을 때, 응력부식균열 정도는 0, 51, 78%로 PbO가 용액내 존재하고 그 양이 증가함에 따라 크게 증가하였다.
있다. 납으로부터 기인하는 표면에서 일어날 수 있는 8개의 반응식을 고려하여 열역학적인 가능성을 평가하였다. 열역학
시편이 파단된 뒤 주사전자 현미경 (SEM, scanning electron microscopy) 으로 파면 및 균열 양상을 조사하고, 파면의 균열 형상 및 균열 면적을 조사하여 응력부식 균열거동 및 민감성을 분석하였다.
용량이었다. 용액의 탈기를 위해 20시간 동안 질소 purging 을 시행하였다.
09 mm인 Alloy 600 HTMA (high temperature mill annealed) 를 사용하였다. 원주방향으로 120o 씩 3등분으로 튜브시편을 가공하여 인장시험편을 제작하여 SSRT 시험하였다.
응력부식균열 시험은 SSRT (Slow Strain Rate Test) 를 이용하였으며, 모든 SSRT 시험은 315 ℃, 부식전위에서 2x10-7/sec의 인장 속도로 시험하였다. 시편외경은 19.
이에 대한 분석을 위해 Alloy 600 표면에 형성된 산화막을 분석하였다. Fig.
침지시험 중 교류 임피던스 측정을 행하였다. 임피던스 측정은 전위를 인가하지 않은 조건에서, 10 mV 진폭으로 106~10-3 Hz의 주파수에 걸쳐서 수행하였다.
24 mm 인 튜브로부터 10 X 10 X t (가로 X 세로 X 두께) mm³ 크기의 Alloy 600TT 시편 (1 "m diamond suspension 까지 연마)을 준비하여 315 C에서 14일 동안 별도의 전위를 인가하지 않고 침지시험을 수행하였다. 침지시험 중 교류 임피던스 측정을 행하였다. 임피던스 측정은 전위를 인가하지 않은 조건에서, 10 mV 진폭으로 106~10-3 Hz의 주파수에 걸쳐서 수행하였다.
침지시험 후 투과전자현미경 (TEM, transmission electron microscopy), EDS 분석을 통해 부동태 막의 구조와 성분을 분석하였다.
3은 납이 없을 때의 TEM 관찰사진과 조성분석 결과이다. 침지실험에 의해 얻어진 Alloy 600 시편에 대해, FIB(focused ion beam)를 이용해 TEM 시편을 제작하여 미세조직을 관찰하였고, TEM 에 장착된 EDS를 이용하여 성분분석을 하였다. 납이 첨가되지 않았을 때는 외부에 니켈성분이 많은 산화막과 내부에 크롬성분이 상대적으로 많은 산화막의 2 중층 형태의 산화막이 관찰되었다.

대상 데이터

외경이 22.23 mm이고, 두께가 1.24 mm 인 튜브로부터 10 X 10 X t (가로 X 세로 X 두께) mm³ 크기의 Alloy 600TT 시편 (1 "m diamond suspension 까지 연마)을 준비하여 315 C에서 14일 동안 별도의 전위를 인가하지 않고 침지시험을 수행하였다. 침지시험 중 교류 임피던스 측정을 행하였다.
SSRT 시험과 침지시험을 위한 고온, 고압 시험을 위한 오토클레이브는 니켈 오토클레이브이며, 각각 1 L, 3.78 1.용량이었다. 용액의 탈기를 위해 20시간 동안 질소 purging 을 시행하였다.
SSRT 시험과 침지시험을 위한 용액은 0~10000 ppm 농도의 PbO를 포함하는 0.1 M NaOH 용액을 사용하였으며, PbO를 넣지 않은 환경에서 실험시, 납의 오염방지를 위해 별도의 오토클레이브를 사용하였다.
인장 속도로 시험하였다. 시편외경은 19.05 mm이고, 두께가 1.09 mm인 Alloy 600 HTMA (high temperature mill annealed) 를 사용하였다. 원주방향으로 120o 씩 3등분으로 튜브시편을 가공하여 인장시험편을 제작하여 SSRT 시험하였다.

성능/효과

SSRT 시험결과를 table 1에 나타냈다. PbO가 0, 1000, 10000 ppm 첨가됨에 따라서, 인장응력은 607, 496, 396 MPa로 감소하였고, 연신율 또한 57, 46, 24%로 감소하였다. SSRT 시험 후, 파면을 주사전자현미경을 이용해 관찰하여, 응력부식균열이 발생한 면적과 전체시편의 단면적 비율을 통해 응력부식균열이 발생한 분율을 구하였다.
SSRT 시험 후, 파면을 주사전자현미경을 이용해 관찰하여, 응력부식균열이 발생한 면적과 전체시편의 단면적 비율을 통해 응력부식균열이 발생한 분율을 구하였다. 응력부식균열이 일어난 파면과 연성파괴가 일어난 파면을 비교하여 비율을 계산하였을 때, 응력부식균열 정도는 0, 51, 78%로 PbO가 용액내 존재하고 그 양이 증가함에 따라 크게 증가하였다.
임피던스 결과와 산화막 조성분석 결과를 종합해 볼 때, 용액 내 존재하는 납으로 인해 산화막 내부에 납이 존재하게 되며, 산화막의 치밀도가 크게 약화되는 것을 추정할 수 있다. 납으로부터 기인하는 표면에서 일어날 수 있는 8개의 반응식을 고려하여 열역학적인 가능성을 평가하였다.
임피던스 측정결과, 미세조직 분석결과와 응력부식 균열시험 결과를 종합할 때, 부동태 피막의 치밀도, 전기화학적보호피 막으로서 의 역 할이 적 어지 면서 , 응력부식균열 저 항성도 함께 급감하였을 것으로 추정된다. 0.

후속연구

저주파 영역의 일정 위상차 성분은 수용액 중의 산소이온이나 모재 중의 금속이온이 산화막 내부로 확산하는 것과 관련된 Warburg 임피던스 (Zw) (Nyquist plot 에서 +1 기울기)로 생각된다. 수용액 중의 산소를 포함하는 성분이나 금속 중의 산화막을 주로 이루는 금속 이온이 형성된 산화막을 통해 이동을 할 때 지속적인 산화막의 형성 및 성장이 가능할 것이다. 교류 임피던스 측정시, 일반적으로 금속과 용액 계면에서는 전기화학 이중층 캐패시터 (Cdl)와 전하이동 저항 (Rct) 이 나타난다.

참고문헌 (10)

NUREG report, NUREG/CP-0189 (2003).
A. Baum, K. Evans: Proc. of 12th Int. Symp. on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems-Water Reactors, Salt Lake City, Utah, Aug. 1-5, p. 1155 (2005).
J. M. Sarver: EPRI Workshop on Intergranular Corrosion and Primary Water Stress Corrosion Cracking Mechanisms, NP-5971, EPRI, Palo Alto, p. C11/1 (1987).
M. L. Castano-Marin, D. Gomez-Briceno and F. Hernandez- Arroyo: Proc. of 6th Int. Symp. on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems-Water Reactors, San Diego, CA, Aug. 1-5, p. 189 (1993).
M. D. Wright and M. Mirzai: Proc. of 9th Int. Symp. on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems-Water Reactors, Newport Beach, CA, Aug. 1-5, p. 657 (1999).
R. W. Staehle: Proc. of 11th Int. Symp. on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Power Systems-Water Reactors, Stevenson, WA, Aug. 10-14, p. 381 (2003).
A. J. Bard and L. R. Faulkner: Electrochemical Methods, Fundamentals and Applications, John Wiley & Sons, p. 323 (1980).
C. Gabrielli, Identification of Electrochemical Processes by Frequency Response Analysis, Technical report number 004/83, p. 76 (1983).
HSC Chemistry Database, 6.0.
MULTEQ calculation performed at ANL (2008).

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