PWR 환경에서의 오스테나이트계 합금의 환경조장균열

Environmentally-Assisted Cracking of Austenitic Alloys in a PWR Environment

원전의 구조적 건전성에 문제가 될 수 있는, 오스테나이트계 합금의 환경조장균열(EAC)에 대한 거동을 실험적인 결과와 문헌 조사를 통해 분석하였다. 일차측 환경에서 주기적인 반복하중을 받을 때에는 기계적인 피로균열에 더해 수소유기균열이나 동적변형시효 등으로 인한 가속화 메커니즘을 통해 피로수명 감소가 나타났다. 따라서 EAF에 대한 저항성은 전반적인 부식저항성이 우수한 니켈기합금이 스테인리스강보다 크게 나타났다. 그러나 일정한 하중을 받을 때에는 내부산화에 의해 국부적인 취약부인 입계로의 빠른 균열의 생성과 진전이 나타나 일차수 응력부식균열(PWSCC)이라는 형태로 발생한다고 여겨진다. 이때는 니켈-크롬의 비율이 내부산화 저항성에 영향을 미쳐, 비율이 낮은 스테인리스강은 높은 저항성을 가지고, 비율이 높은 니켈기합금은 낮은 저항성을 가진다. 그러나 아직 이러한 균열 메커니즘에 대한 명확한 이해가 부족하므로, 명확히 규명하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다.

Austenitic stainless steels and Ni-base alloys are widely used as structural materials for major components and piping system in pressurized water reactors (PWRs). These austenitic alloys are known to be susceptible to environmental assisted cracking (EAC), such as environmentally-assisted fatigue (EAF) and primary water stress corrosion cracking (PWSCC) during long-term exposure to PWR primary water environment. In this paper, the current understanding on the phenomena and mechanisms of these EAC are briefly introduced using experimental results and literature review. The mechanisms for EAF and PWSCC for austenitic stainless steels and Ni-base alloys are discussed. Currently, austenitic stainless steels are known to be more susceptible to EAF, while less susceptible to PWSCC than Ni-base alloys. The possible explanations to such behaviors are proposed and discussed in view of the role of hydrogen and internal oxidation.