열취화 상수를 이용한 GTAW/SMAW 용접된 316L 스테인리스강의 열화 시 파괴인성 효율적 예측 기법

국문 초록 (Abstract)

원자력 발전소의 1차 계통 파이프에 주로 사용되는 용접된 오스테나이트계 스테인리스강은 기계적 특성이 우수하고 균열에 저항력이 높지만 고온에 장기간 노출이 되면 파괴인성이 감소하는 경향이 있다.
열화된 재료의 파괴인성 감소는 구조물의 안정성을 위협할 수 있으므로 정확한 예측이 요구된다. 이전 연구에 의하면 용접된 스테인리스강은 변형률 기반 손상 해석 모델을 통해 열취화상수를 도출하고 이를 통해 파괴인성을 예측할 수 있다. 하지만 기존에 수행된 연구는 GTAW 316L 스테인리스강 용접 재료의 상온시험 데이터에 대해서만 수행되었기 때문에 고온환경의 시험 데이터와 SMAW 용접에 대한 파괴인성 예측 연구가 요구된다.
본 연구에서는 SMAW의 상온시험 및 고온시험, GTAW의 상온시험 및 고온시험 등 네가지 조건의 열화재에 대해 열취화 상수를 도출하였다. 각 조건마다 350℃에서 최대 15,000시간 및 400℃에서 최대 8,000시간동안 열화된 데이터를 기반으로 한다. 결정된 열취화 상수는 닫힌 형태의 관계식으로 제안되며, 등가 열화 시간의 개념을 참고하여 통합식을 제시하였고 편의성을 강화하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper presents closed-form expressions of the thermal aging constant to predict fracture toughness of thermally aged SMAW and GTAW 316L stainless steels. Based on the data thermally aged at 350 oC up to 15,000 h and at 400 oC up to 8,000 h; and tested at room and operating temperatures (288 oC), closed-form approximations are given in terms of the aging time and temperature using an exponential function. Comparison of the predicted toughness with experimental data shows that the thermal aging time and temperature effects on toughness reduction can be predicted, although there exists quite scattering in experimental toughness data of weldment.

목차 (Table of Contents)

• 1장 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목표 3
• 2장 열취화 상수를 통한 파괴인성 예측 기법 4
• 2.1 개요 4
• 2.2 변형률 기반 손상 해석 모델을 통한 JR 선도 예측 5
• 2.3 열취화 상수 C를 통한 JR 선도 예측 6
• 3장 CRIEPI 용접 재료 열화 물성 시험 분석 7
• 3.1 개요 7
• 3.2 시험 및 열화 조건 8
• 3.3 인장 시험 방법 및 결과 분석 12
• 3.4 C(T) 시험 방법 및 결과 분석 22
• 4장 열취화 상수 C를 통한 열화된 용접재료의 파괴인성 예측 28
• 4.1 개요 28
• 4.2 열화 전 재료의 다축 손상 변형률 결정 29
• 4.2.1 SMAW 29
• 4.2.2 GTAW 34
• 4.3 열화 시간 및 온도에 따른 열취화 상수 C 결정 36
• 5장 등가 열화 시간을 사용한 열취화 상수 C 관계식 통합 42
• 5.1 개요 42
• 5.2 실험 조건 별 C 관계식 결정 43
• 5.3 등가 열화 시간 teq를 사용한 C 관계식 통합 45
• 5.3.1 등가 열화 시간 개념 45
• 5.3.2 활성화 에너지 Q 계산 46
• 5.4 통합식을 이용한 예측과 시험 결과 비교 및 분석 50
• 6장 결론 및 향후 연구 계획 59
• 6.1 결론 59
• 6.2 향후 연구 계획 59
• 참고 문헌 61
• Abstract 64