| 초록 |
탄소성파괴역학에 근거한 설계가 적용되고 있는 한국 표준형 원자로의 배관의 소재로는 우수한 파괴저항성과 강도특성을 나타내는 재료의 사용이 필수적이다. 일반적으로 오스테나이트 계열 스테인리스강은 기계적 특성 및 파괴특성이 우수한 재료로 알려져 있으나 가압기 밀림 배관의 소재로 사용되고 있는 type 347 오스테나이트 스테인리스강은 성분에 따른 재료특성의 편차가 커서 일부 모재 및 용접재는 원자로 설계요건을 만족하지 못하는 사례가 발생하여 왔다. 따라서 본 연구에서는 type 347 스테인리스강 모재와 용접금속의 화학조성과 미세조직, 고온 J-R 파괴저항성의 상관관계를 파악하여 원자로 배관용으로 적합한 재료특성을 나타내는 최적의 화학조성을 제시하는데 그 목적을 두었다. 탄소, 질소, 니오비움 등의 합금성분을 달리한 10종의 type 347 모재와 6종의 용접부에 대하여 미세조직 관찰과 정량적 석출물 분석을 실시하고 원자로 가동온도에서 J-R 파괴저항성 및 인장특성 평가를 수행하였다. 시험 및 분석결과, 조대한 Nb(C,N) 석출물이 type 347의 파괴저항성을 악화시키는 주된 미세조직적 인자임이 확인되었다. Type 347의 파괴저항성은 석출물 함량에 로그함수로 반비례하는 상관관계식과 일치하였다. 모재와 용접부의 석출물은 대부분 Nb(C,N)이었으나, 질소/탄소비가 클 경우, 모재에 Z상이 석출하는 것이 관찰되었다. 석출물 함량은 탄소와 질소뿐만 아니라 니오비움의 함량에도 복합적으로 영향을 받았다. 용접금속의 탄소, 질소, 니오비움 함량을 고정시키고, 델타페라이트 함량을 2배 이상 증가시켰을 때, 파괴저항성은 50% 이하로 감소하였다. Type 347 모재와 용접부의 탄소와 니오비움 함량을 낮게 조정하여 조대한 Nb(C,N) 석출물 생성을 억제함으로써 파괴저항성을 제고하는 한편, 탄소함량 저감에 따른 모재의 인장강도 감소는 질소첨가를 통해 보충함으로써 원자로 배관용 type 347의 최적재료 특성을 얻을 수 있다는 결론을 얻었다. |
