In a primary reactor cooling system(RCS), a dissimilar weld zone exists between cast stainless steel(CF8M) in a pipe and low-alloy steel(SA508 cl.3) in a nozzle. Thermal aging is observed in CF8M as the RCS is exposed for a long period of time to a reactor operating temperature between 290 and $330^{\circ}C$, while no effect is observed in SA508 cl.3. The specimens are prepared by an artificially accelerated aging technique maintained for 300, 1800 and 3600 hrs at $430^{\circ}C$, respectively. The specimens for elastic-plastic fracture toughness tests are according to the process in the thermal notch is created in the heat affected zone(HAZ) of CF8M and deposited zone. From the experiments, the $J_{IC}$ value notched in HAZ of CF8M presented a rapid decrease up to 300 hours at $430^{\circ}C$ and slowly decreased according to the process in the thermal aging time. Also, the $J_{IC}$ value presented a lower value than that of the CF8M base metal. And, the $J_{IC}$ of the deposited zone presented the lowest value of all other cases.
The effect of thermal aging at 475 ℃ and 750 ℃ of Z3CN20.09M cast duplex stainless steel (CDSS) on microstructure, mechanical and intergranular corrosion properties were investigated by transmission electron microscope (TEM), nano indenter, scanning electron microscope (SEM) and corrosion fatigue test system. The result indicated that the spinodal decomposition and G precipitated were occurred after aged at 475 ℃, as well as sigma precipitated at 750 ℃. The microstructure degeneration of ferrite was saturated after aged for 2000h and 200 h at 475 ℃ and 750 ℃ respectively. The mechanical properties, intergranular corrosion resistance and corrosion fatigue lives were continuing deteriorated with increasing the aging time at both temperatures. The difference of the degeneration mechanisms of Z3CN20.09M CDSS aged at 475 ℃ and 750 ℃ was analyzed.
Kim, Jongbeom;Kim, Jin-Gyum;Kong, Byeongseo;Kim, Kyung-Mo;Jang, Changheui;Kang, Sung-Sik;Jhang, Kyung-Young
Nuclear Engineering and Technology
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제52권3호
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pp.621-625
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2020
Cast austenitic stainless steel (CASS) is used for fabricating different components of the primary reactor coolant system of pressurized water reactors. However, the thermal embrittlement of CASS resulting from long-term operation causes structural safety problems. Ultrasonic testing for flaw detection has been used to assess the thermal embrittlement of CASS; however, the high scattering and attenuation of the ultrasonic wave propagating through CASS make it difficult to accurately quantify the flaw size. In this paper, we present a different approach for evaluating the thermal embrittlement of CASS by assessing changes in the material properties of CASS using a nonlinear ultrasonic technique, which is a potential nondestructive method. For the evaluation, we prepared CF8M specimens that were thermally aged under four different heating conditions. Nonlinear ultrasonic measurements were performed using a contact piezoelectric method to obtain the relative ultrasonic nonlinearity parameter, and a mini-sized tensile test was performed to investigate the correlation of the parameter with material properties. Experimental results showed that the ultrasonic nonlinearity parameter had a correlation with tensile properties such as the tensile strength and elongation. Consequently, we could confirm the applicability of the nonlinear ultrasonic technique to the evaluation of the thermal embrittlement of CASS.
The present investigation is concerned with the degradation characteristics of cast stainless steel(CF8M), exposed to the $\sigma$-phase degradation at $700^{\circ}C$. In the present paper, the degradation of CF8 M at $700^{\circ}C$ is evaluated by a non-destructive test, DL-EPR(double loop electrochemical potentiokinetic reactivation). The surface of specimens is observed by using scanning electron microscopy after DL-EPR test. Also. chromium contents of matrix, grain boundary and ferrite phase are analyzed by electron probe X-ray micro analyzer. Through the experiments, the following results are obtained 1) The degree of sensitization(DOS) of CF8M aged up to 15hr at $700^{\circ}C$ is increased with acing time while that is decreased with aging time from 15hr to 150hr. 2) The impact energy decreases with increase of $\sigma$-phase while DOS increases with $\sigma$-phase until aging time reaches to 15hr. After the aging time. 15hr, the $\sigma$-phase and the rate of impact energy with respect to aging time decreases. Therefore the degradation behavior of the CF8M can be evaluated by comparing SEM micrographs and the value of DOS.
Corrosion and mechanical behavior of the hot-rolled 0.5%Gd-0.8%B-stainless steel to develop a spent nuclear fuel storage material was studied in a simulated nuclear waste treatment condition with rolling condition. The austenite and ferrite phases of the 0.5%Gd-0.8%B-stainless steels are about 88:12. The average austenite and ferrite grain size of the plane normal to rolling, transverse and normal directions of the hot rolled specimens are about 5.08, 8.94, 19.35, 23.29, 26.00 and 18.11 [${\mu}m$], respectively. The average micro-hardness of the as-cast specimen is 200.4 Hv, whereas, that of the hot-rolled specimen are 220.1, 204.7 and 203.5 [$H_v$] for the plane normal to RD, TD and ND, respectively. The UTS, YS and elongation of the as-cast and the hot-rolled specimen are 699, 484 [MPa], 34.0%, and 654, 432 [MPa] and 33.3%, respectively. The passivity was observed both for the as-cast and the hot rolled specimens in a simulated nuclear waste solution. The corrosion potential and corrosion rate of the as-casted specimens are $-343[mV_{SHE}]$ and $3.26{\times}10^{-7}[A/cm^2]$, whereas, those of the hot rolled specimens with normal to ND, RD and TD are -630, -512 and -620 [$mV_{SHE}$] and $6.12{\times}10^{-7}$, $1.04{\times}10^{-6}$ and $6.92{\times}10^{-7}[A/cm^2]$, respectively. Corrosion tends to occur preferentially Cr and B rich area.
Cast austenitic stainless steels (CASS) and austenitic stainless steel weldments with a ferrite-austenite duplex structure are widely used in nuclear power plants, incorporating ferrite phase to enhance strength, stress relief, and corrosion resistance. Thermal aging at 290-325℃ can induce embrittlement, primarily due to spinodal decomposition and G-phase precipitation in the ferrite phase. This study evaluates the effects of thermal aging by collecting and analyzing various mechanical properties, such as Charpy impact energy, ferrite microhardness, and tensile strength, from various literature sources. Different model expressions, including hyperbolic tangent and phase transformation equations, are applied to calculate activation energy (Q) of room-temperature impact energies, and the results are compared. Additionally, predictive models for Q based on material composition are evaluated, and the potential of machine learning techniques for improving prediction accuracy is explored. The study also examines the use of ferrite microhardness and tensile strength in calculating Q and assessing thermal embrittlement. The findings provide insights for developing advanced prediction models for the thermal embrittlement behavior of CASS and the weldments of austenitic steels, contributing to the safety and reliability of nuclear power plant components.
In the steel making industries, the continuous casting process has been applied to the number of company because of its economical benefit. Casting rolls are utilized for frictional drive and transport of solidifying slap. Dimensional tolerances, mechanical stability and surface condition of the cast roll can affect both the surface and internal quality of the product being cast. To overcome these problems, the industry is accelerating on the rate of technology improvements. Samples were overlaid on the S45C steel by submerged arc welding process. And the hardness, wear, electrochemical corrosion and oxidation tests were carried out. Test results were that all these materials were satisfying basic requirements of caster rolls. By these results, the addition of 0.1%Nb and 0.15%V increase mechanical properties and tempering resistance by its superior carbide forming characteristics in low carbon $12{\sim}13%Cr$ martensitic stainless steels.
The effects of casting variables and alloying elements on the fluidity of thin wall cast stainless steels were investigated. Melts were poured into the sand molds to produce thin wall test castings. The length of it was 245 mm and the thickness varied at the interval of 0.5 in the range of 1.6 to 2.6 mm. For the same casting condition, the fluidities of austenitic stainless steel, ferritic, precipitation hardenable and martensite ones were better in the order. The higher the pouring temperature, the shorter the pouring rate and the better the fluidity were. The fluidity was increased with the addition of Cr and decreased with W and Nb.
A duplex stainless steel sheet with 1 wt.% gadolinium was fabricated for a neutron absorbing material with high strength, excellent corrosion resistance, and low cost as well as high neutron absorption capability. The microstructure of the as-cast specimen has typical duplex phases including 31% ferrite and 69% austenite. Main alloy elements like chromium (Cr), nickel (Ni), and gadolinium (Gd) are relatively uniformly distributed in the matrix. Gadolinium rich precipitates were present in the grains and at the grain boundaries. The solution treatment at $1070^{\circ}$ for 50 minutes followed by the hot-rolling above $950^{\circ}$ after keeping the sheet at $1200^{\circ}$ for 1.5 hours are important points of the optimum condition to produce a 6 mm-thick plate without cracking.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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