A Study on the Small Punch Test for Fracture Strength Evaluation of CANDU Pressure Tube Embrittled by Hydrogen

수소취화된 CANDU 압력관 재료의 파괴강도 평가를 위한 SP시험에 관한 연구

The purpose of this study is to investigate the usefulness of small punch(SP) test using miniaturized specimens as a method for fracture strength evaluation of CANDU pressure tube embrittled by hydrogen. According to the test results, the fracture strength evaluation as a function of hydrogen concentration at $-196^{\circ}C$ was much better than that at room temperature, as the difference of SP fracture energy(Esp) with hydrogen concentration was more significant at $-196^{\circ}C$ than at room temperature for the hydrogen concentration up to 300ppm-H. It was also observed that the peak of average AE energy, the cumulative average AE energy and the cumulative average AE energy per equivalent fracture, strain increased with the increase of hydrogen concentration. From the results of load-displacement behaviors, Esp behaviors, macro- and micro-SEM fractographs and AE test it has been concluded that the SP test method using miniaturized specimen($10mm{\times}10mm{\times}0.5mm$) will be a useful test method to evaluate the fracture strength for CANDU pressure tube embrittled by hydrogen.

본 연구의 목적은 지금까지 적용되지 않은 극소형시험편을 이용한 소형펀치(small punch : SP)시험과 비파괴시험방법(non-destructive test: NDT)으로 알려진 음항방출(acoustic emission : AE)시험에 의해 수소취화된 압력관 재료의 새로운 파괴강도 평가법으로서 SP시험의 적용 가능성을 조사하는데 있다. 시험결과, 300ppm-H까지의 수소농도에서, 수소농도에 따른 Esp의 저하가 상온보다 $-196^{\circ}C$의 경우가 뚜렷하여, 수소취화정도에 따른 Zr-2.5%Nb 압력관 재료의 파괴강도 평가는 상온보다 $-196^{\circ}C$의 저온환경하에서의 평가가 더욱 우수함을 알 수 있었다. 또한 수소농도의 증가에 따라 재료의 파괴과정에서 발생하는 AE신호의 평균에너지의 peak와 누적 평균에너지 그리고 단위 등가파괴변형률(equivalent fracture strain : ${\epsilon}_{qf}$)당 누적 평균에너지의 값이 크게 증가하였다. 그리고 하중-변위거동, Esp 거동, 거시적, 미시적 SEM 관찰 그리고 AE 시험 결과들로부터 미소시험편을 이용한 SP시험법은 수소취화된 CANDU 압력관 재료의 새로운 파괴강도 평가법으로 유용성이 있음을 알 수 있었다.