[보고서]냉각계통 재료열화 완화 신기술 개발

허도행

냉각계통 재료열화 완화 신기술 개발
Development of Advanced Mitigation Technology for Material Degradation in Coolant System 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	한국원자력연구원 Korea Atomic Energy Research Institute
연구책임자	허도행
참여연구자	심희상 , 전순혁 , 한정호 , 이덕현 , 최명식 , 임경수 , 김경모 , 이은희 , 정용환 , 김홍표
보고서유형	2단계보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2017-04
과제시작연도	2016
주관부처	미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning
등록번호	TRKO201800005899
과제고유번호	1711035781
사업명	원자력기술개발사업
DB 구축일자	2018-05-12
키워드	완화.부식용출.부식생성물 부착.덴팅.수화학.증기발생기.Mitigation.Corrosion Release.Crud Deposition.Denting.Water Chemistry.Steam Generator.
DOI	https://doi.org/10.23000/TRKO201800005899

초록 ▼

○ 금속이온 용출완화 표면 및 합금 개량기술
∙ 전열관 표면개량기술 4종 개발 및 용출저항성 1.5~3배 향상 효과 달성
∙ 쇼트피닝과 전해연마 다중인자 적용기술 개발 및 용출저항성 4배 향상 달성
∙ Alloy 690 개량 후보합금 제조 규격 최적화 및 용출억제 효과 2배 향상 확인

○ 금속이온 용출완화 수화학 기술
∙ 1차계통 냉각수 용존수소 농도 측정용 Pd-25%Ag 센서 제작 및 신뢰도 검증 완료
∙ 고온 pH 7.3에서 7.5로 증가 시 부식용출 속도 약 60% 감소 입증
∙ 용존수소 농도 증가에 따른 용출속도 감소 입증 및 산화막 생성 지연 기구 규명
∙ 용존수소와 응력부식균열 개시 및 성장, 용출속도와의 상관관계 통합지도 완성
∙ pH 상향 및 고농도 용존수소 적용을 위한 수화학 운영지침 개선 근거자료 확보

○ 피복관 부식생성물 부착완화 기술
∙ 원전 피복관 부착 부식생성물인 다면체 니켈페라이트 및 침상 니켈산화물 재현 성공
∙ 고온 pH를 7.4로 상향 시 4배의 부식생성물 부착완화 효과 입증 및 수화학 기술 제시
∙ 피복관 표면상태 개량기술 개발 및 20%의 부식생성물 부착완화 성능 달성
∙ Al₂O₃ 피막코팅 기술을 통한 피복관-냉각재 반응 25% 완화 효과 입증

○ 증기발생기 전열관 덴팅 원천방지 신기술
∙ 세계 최초로 튜브시트 2차측 표면에 Alloy 690을 클래딩하는 덴팅 방지기술 개발
∙ 30~680배의 획기적 부식 방지 효과 실증 및 원전 적용성 입증

(출처 : 서지정보양식 243p)

Abstract ▼

○ Technology of surface and alloy modification of Alloy 690 for corrosion release mitigation
∙ A 1.5~4 fold corrosion mitigation by 4 types of surface modification technologies
∙ Optimization of Alloy 690 alloys modified for corrosion release mitigation

○ Water chemistry technology for corrosion release mitigation
∙ Verification of a Pd-25%Ag sensor for dissolved hydrogen content in primary water
∙ A 60% decrease in corrosion rate of Alloy 690 by the increase of pH 7.3 to 7.5
∙ Demonstration of corrosion rate decrease with the increase of dissolved hydrogen
∙ Establishment of a integrated map showing an effect of dissolved hydrogen on stress corrosion crack initiation, growth, and corrosion rate
∙ Base data of water chemistry for high pH and high dissolved hydrogen operation

○ Mitigation technology for crud deposition on fuel cladding
∙ Reproduction of crud compositions and shapes similar to them of PWRs
∙ A 4 fold decrease in crud deposition by the increase of pH 6.9 to 7.4
∙ A 20% decrease in crud deposition by the modification of fuel cladding surface
∙ A 25% decrease in crud deposition by Al₂O₃ coating on fuel cladding surface

○ Advanced technology for denting prevention of steam generator tubes
∙ The world’s first denting prevention technology by Alloy 690 cladding on the secondary side of a tubesheet of a steam generator
∙ Demonstration of a 30~680 fold corrosion mitigation effect and its applicability

(출처 : BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET 244p)

목차 Contents

표지 ... 1
제출문 ... 3
보고서 요약서 ... 5
요약문 ... 7
SUMMARY ... 17
CONTENTS ... 27
목차 ... 29
표목차 ... 31
그림목차 ... 32
제1장 연구개발과제의 개요 ... 39
제2장 국내외 기술개발 현황 ... 43
제1절 금속이온 용출완화 표면개량 ... 45
제2절 금속이온 용출완화 합금개량 ... 48
제3절 금속이온 용출완화 수화학 ... 49
제4절 부식생성물 부착완화 ... 52
제5절 덴팅 원천방지 기술 ... 55
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 59
제1절 금속이온 용출완화 표면개량 ... 61
1. 표면 미세변형층 효과 실험 ... 61
2. 표면 압축응력 효과 실험 ... 70
3. 표면 조도 용출 영향 평가 ... 78
4. 용출완화 안정피막 형성기술 ... 87
5. 용출완화 표면개량 다중인자 평가 ... 90
제2절 금속이온 용출완화 합금개량 기술 ... 94
1. 용출완화 후보합금 시제품 설계 및 제조 ... 95
2. 후보합금 규격 최적화 ... 97
3. 개량후보합금 용출완화 성능평가 ... 105
4. 개량합금 시제품 제조/규격 최적화 ... 111
5. 용출완화 개량합금 성능 종합평가 ... 115
제3절 금속이온 용출완화 수화학 기술 ... 127
1. 고온고압 용존수소 측정 신기술개발 ... 127
2. 고/저농도 용존수소 범위 용출속도 측정 ... 134
3. Li/B 조건과 용출속도 상관관계 ... 142
4. 용출완화 최적 수화학 조건 정립 ... 149
제4절 부식생성물 부착완화 ... 157
1. 부식생성물 부착 형상, 종류 재현 실증시험 ... 157
2. Li/B 조건별 방사성 부식생성물 부착속도 측정 ... 164
3. 수소농도별 방사성 부식생성물 부착속도 측정 ... 168
4. 부식생성물 부착 완화 표면개량 기술 ... 175
5. 피복관-냉각재 반응 완화기술 도출 ... 183
제5절 덴팅 원천방지 기술 ... 191
1. 덴팅 원천방지 신기술 개발 및 실증평가 ... 191
2. 덴팅 원천방지 신기술 적용성 평가 ... 196
3. 덴팅 원천방지 신기술 최적화 ... 199
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 203
제1절 연구개발 목표의 달성도 ... 205
제2절 관련분야에의 기여도 ... 210
제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 215
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 219
제7장 연구개발성과의 보안등급 ... 223
제8장 연구장비의 구축 및 활용결과 ... 227
제9장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 231
제10장 참고문헌 ... 235
서지정보양식 ... 243
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET ... 244
끝페이지 ... 245

표/그림 (94)

표 Chromia film formation technology developed by Sumitomo.
표 SCC initiation time vs. pH for Alloy 600 at 310℃.
표 a) SCC initiation time vs. H2 for Alloy 600 and (b) schematic of PWSCC growth rate vs. H2 for Alloy 600 & Alloy 82/182.
표 Correlation of AOA behavior with fuel CRUD thickness and with core duty as HDCI based on data gained from 9 US PWR plants.
표 Schematics of denting phenomena at (a) a tube support plate and (b) top of tubesheet.
표 Schematics of tube support plate: (a) drilled hole, (b) broached trefoil, (c) broached quartrefoil, and (d) egg crate.
표 The corrosion rate and release rate of specimens as a function of EP time exposed to the primary water for 1000 h
표 (a) Electropolisher, electropolishing vessels for (b) plate-type and (c) tube-type specimens.
표 Schematic of the primary water recirculating system used for the corrosion release tests.
표 High resolution TEM (HRTEM) image along with FFT patterns on each crystal zone for the specimen exposed during 400 h.
표 Surface SEM photographs of Alloy 690 specimens as a function of shot-peening intensity
표 SEM photographs of depth profile at the surface layer of Alloy 690 specimen
표 SEM photographs on the surface of Alloy 690 specimen before corrosion test
표 Almen strip saturation curve.
표 Residual stress measured on surface by XRD.
표 Micro-hardness measured at 20 ㎛ depth from the surface of SP and EP specimens.
표 Corrosion rates of Alloy 690 processed with SP and EP treatments.
표 Condition for surface roughness control
표 Microstructure of Alloy 690TT etched in a mixed solution of 2% bromine and 98% methanol.
표 Surface morphologies of the specimens
표 SEM micrographs of the oxidized surface on Alloy 690TT
표 XPS depth profiles of the oxide layers
표 Variation of EWF values with surface roughness
표 Surface treatment conditions for stable film formation
표 Surface of Alloy 690 specimens after corrosion test in the simulated primary water at 330℃ for 500 h.
표 Corrosion rates of Alloy 690 with surface treatments.
표 SEM photographs on the surface of Alloy 690 specimen before corrosion test
표 SEM photographs on the surface of Alloy 690 specimen after corrosion test
표 Design of additive element using mother alloy for Alloy 690-Zn and Alloy 690-Ce
표 A photo of surface cracking of hot-forged bar.
표 A photo of cold-rolled sheets.
표 Chemical composition of Alloy 690-Zn and Alloy 690-Ce
표 XRF background level analysis for crystal 2θ angle of Ce element.
표 Variation of corrosion rate of Alloy 690 with Zn addition.
표 Variation of corrosion rate of Alloy 600 and 690 with Ce addition.
표 Changes of corrosion rate with corrosion time for various alloys.
표 Surface oxides formed on Alloy 690 and 600 at early stage of corrosion.
표 SEM-EDX analysis on the surface oxides of Alloy 690-ref. and –Zn.
표 AES depth profile for corrosion coupons of Alloy 690-ref. and–Zn.
표 Corrosion rate of Alloy 690s under the corrosion test for 500 h
표 Material working and heat treatment of Alloy 690-X
표 Analysis of chemical composition of Zn/Ce added Alloy 690
표 ASTM grain size number(G) determined by Heyn’s method
표 Mechanical properties of Alloy 690-Zn and Alloy 690-Ce
표 Changes of corrosion rate with exposure time for Alloy 690-Zn and Alloy 690-Ce.
표 H2 pressure (psia)
표 Photograph and schematic diagram of Pd-25%Ag sensor.
표 Schematic of the recirculating system used for corrosion tests.
표 Equilibrium hydrogen partial pressures in water and solutions containing 2 ppm Li and 1200 ppm B.
표 Henry
표 Comparison of Henry
표 Control of (a) DO and (b) pH in simulated primary water test loop for 500 h.
표 The effect of dissolved hydrogen contents on the corrosion rate of Alloy 690 in simulated primary water test loop for 500 h.
표 Cross-sectional SEM view of the Alloy 690 specimen before test
표 SEM morphologies of the oxide film formed on Alloy 690 in different hydrogen concentrations
표 SEM morphologies of the oxide film formed on Alloy 690 in different hydrogen concentrations
표 Elemental compositions of oxide films formed on Alloy 690 exposed to hydrogenated water at 330℃
표 Water chemistry conditions of simulated primary water for corrosion tests.
표 SEM image of oxide films formed on Alloy 690TT in simulated primary water with various B concentrations and pH at 330℃
표 TEM images and EDS line scan analyses of cross section of oxide films formed on Alloy 690TT in simulated primary water with various hydrogen concentrations at 330℃
표 Schematic of the effect of DH concentrations on the general corrosion rate and PWSCC susceptibility (crack growth rate and crack initiation time) of Ni-based alloys in primary water of PWRs.
표 Schematic drawing of AOA test loop at KAERI.
표 Schematic drawing of test section for crud deposition.
표 SEM photographs of corrosion products formed at Ni/Fe ion concentration of (a) Ni/Fe 20:20 ppm, (b) Ni/Fe 1:39 ppm, and (c) Ni/Fe 39:1 ppm.
표 STEM-EDS analysis on the polyhedral oxide formed at Ni/Fe concentration ratio 20:20 ppm.
표 STEM-EDS analysis of (a) point and (b) elemental mapping on the needle and polyhedral oxide formed at Ni/Fe concentration ratio 1:39 ppm.
표 Ni and Fe concentration of sampled solution (a) Ni/Fe 20:20 ppm, (b) Ni/Fe 1:39 ppm, and (c) Ni/Fe 39:1 ppm.
표 Effect of Ni/Fe concentration ratio on the amount of deposit.
표 pH control methods of domestic nuclear power plants at 300℃
표 Radioactivity of (a) Co-58 and (b) Co-60 for Comanche Peak during cycles 6, 7 and 8.
표 Test conditions with variation of dissolved hydrogen concentration
표 SEM photographs of corrosion products formed at a dissolved hydrogen concentration of (a) 5 cc/kg, (b) 25 cc/kg, (c) 35 cc/kg (d) 50 cc/kg, and (e) 70 cc/kg.
표 Corrosion products and their chemical composition formed at a dissolved hydrogen concentration of (a) 25 cc/kg and (b) 35 cc/kg.
표 STEM-EDS point analysis on the needle-like structure formed at a dissolved hydrogen concentration of 5 cc/kg
표 Effect of hydrogen concentration on the morphology of deposits after 14 day tests.
표 Ni stability in function of temperature and hydrogen [81].
표 Sample preparation and test condition
표 (a) Deposition mechanism of corrosion products on fuel clad, (b) real picture, and (c) boron accumulation into crud.
표 Boiling behavior on surfaces with different hydrophilicity
표 Roughness value of surface modified condition.
표 Deposit amount for surface modified condition.
표 Contact angle for surface modified specimens
표 FIB cross sectional image of the Al2O3 coated fuel cladding.
표 Physical properties of fuel cladding and coating materials
표 Surface zeta potentials of two specimens for magnetite particles.
표 Static contact angles of (a) as-received and (b) Al2O3 coated specimens.
표 SEM micrographs of the deposits on two different specimens after the deposition tests
표 FIB cross sectional images of (a) as-received and (b) Al2O3 coated claddings.
표 (a) STEM image and (b) EDS profile of interface between crud and ZrO2.
표 Schematic of the test apparatus.
표 Cross section of (a) SA508 and (b) Alloy 690 clad after test inside magnetite pile in 0.1M NiCl2 solution at 300℃ for 150 hr.
표 Specimen preparation for simulated tubesheet equipped with an expanded tube.
표 Comparison of tubesheet mock-up specimens after denting test in 0.1M NiCl2 solution at 270℃.
표 Schematic of advanced tubesheet for denting prevention.

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