용접공정에 따른 XM-19 스테인리스강 용접부의 기계적 성질 및 고온균열 거동 = Welding-Process-Dependent Mechanical Properties and Hot Cracking Characteristics of XM-19 Stainless Steel Welds

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

High-nitrogen, high-manganese austenitic stainless steel XM-19 has been highlighted as a suitable material for next-generation Small Modular Reactors (SMR). However, studies on the weld soundness and reliability of this alloy remain insufficient. In present study, the microstructure and mechanical properties of multi pass arc-welded joints in XM-19 were investigated using the GTAW and SMAW processes. Welding materials designed to promote the FA solidification mode and the F solidification mode, respectively, were applied to each welding process. The mechanical properties of the welds were evaluated through tensile and impact tests and discussed in relation to microstructural observations. The dilution rate of the base metal within individual weld beads was found to play a significant role in determining the local chemical composition, which in turn influenced the precipitation behavior of the sigma phase. In addition, the differences in hot-cracking behavior are attributed to variations in base-metal dilution and cooling rate among the welding processes, which directly influence the characteristics of the mushy zone and elemental segregation. Overall, this study provides fundamental insights into the relationship among welding processes, weld microstructure, and mechanical performance in XM-19 stainless steel, contributing to the establishment of reliable welding guidelines for SMR applications.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구배경 1
• 1.2 본 논문의 구성 8
• 제2장 이론적 배경 10
• 2.1 소형모듈원자로(SMR) 11
• 2.1.1 원자로 개발 동향 11
• 2.1.2 3세대 SMR 구조 및 적용소재 13
• 2.1.3 4세대 SMR 구조 및 적용소재 16
• 2.1.4 SMR 용접부 평가항목 및 요구사항 18
• 2.2 SMR 구조재 용접을 위한 아크용접 공정 19
• 2.2.1 가스텅스텐아크용접(GTAW) 19
• 2.2.2 피복아크용접(SMAW) 20
• 2.2.3 서브머지드아크용접(SAW) 21
• 2.3 스테인리스강 용접금속 응고거동 22
• 2.3.1 응고모드 및 상분율 22
• 2.3.2 용접부 금속간화합물 및 석출상 26
• 2.3.3 용접 응고균열 현상 28
• 제3장 GTAW 및 SMAW에 따른 XM-19 용접성 평가 31
• 3.1 사용재료 및 실험방법 31
• 3.1.1 사용재료 31
• 3.1.2 V-그루브 용접 및 시험편 채취 37
• 3.1.3 기계적 물성 평가 39
• 3.1.4 IGSCC 시험 39
• 3.1.5 미세조직 분석 40
• 3.1.5.1 OM 및 EPMA 분석 40
• 3.1.5.2 미세조직 상분율 분석 40
• 3.2 GTAW 및 SMAW 적용에 따른 XM- 19 용접부 미세조직 특성 41
• 3.2.1 응고모드 및 δ-페라이트 거동 41
• 3.2.2 용접부 시그마상 거동 47
• 3.3 GTAW 및 SMAW 적용에 따른 XM- 19 용접부 기계적 특성 51
• 3.3.1 인장특성 및 미세조직과의 상관관계 51
• 3.3.2 충격특성 및 미세조직과의 상관관계 55
• 3.4 GTAW 및 SMAW 적용에 따른 XM- 19 용접부 화학적 특성 64
• 제4장 비드별 모재희석률 계산을 통한 XM- 19용접부 고온균열 거동 평가 71
• 4.1 서언 71
• 4.2 용접공정에 따른 XM-19 용접부 고온균열 거동 73
• 4.3 용접 비드별 모재희석률 계산 75
• 4.4 Phase field 및 Thermo-Calc 계산을 통한 고온균열 거동 해석 80
• 제5장 결론 86