The precipitation of solutes is a major cause of irradiation hardening and embrittlement limiting the service life of reactor pressure vessel (RPV) steels. Impurities play a significant role in the formation of precipitation in RPV materials. In this study, the effects of carbon on cluster formation and irradiation hardening were investigated in an RPV alloy Fe-1.35Mn-0.75Ni using C and Fe ions irradiation at 290 ℃. Nanoindentation results showed that C ion irradiation led to less hardening below 1.0 dpa, with hardening continuing to increase gradually at higher doses, while it was saturated under Fe ion irradiation. Atom probe tomography revealed a broad size distribution of Ni-Mn clusters under Fe ion irradiation, contrasting a narrower size distribution of small Ni-Mn clusters under C ion irradiation. Further analysis indicated the influence of carbon on the cluster formation, with solute-precipitated defects dominating under C ion irradiation but interstitial clusters dominating under Fe ion irradiation. Simulations suggested that carbon significantly affected solute nucleation, with defect clusters displaying smaller size and higher density as carbon concentration increased. The higher hardening at doses above 1.0 dpa was attributed to a substantial increase in the number density of defect clusters when carbon was present in the matrix.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.20
no.3
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pp.183-190
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2000
The purpose of this study is to evaluate the magnetic property change of the nuclear reactor vessel steel irradiated by fast neutrons using $M{\ddot{o}}ssbauer$ spectroscopy, and the effects of the defects produced by neutron irradiation on the changes using X-ray diffraction. The specimens, fabricated with the dimension of $23mm{\times}18mm{\times}70{\mu}m$, were irradiated by neutron fluence from $10^{12}n/cm^2\;to\;10^{18}n/cm^2$ at 343K. Throughout the experiments, it is understood that (1) the X-ray diffraction measurement shows that the change of crystal nature is started at the irradiation of $10^{16}n/cm^2$ and a crystal structure has been severely damaged at the irradiation over $10^{17}n/cm^2$, (2) the analysis of the $M{\ddot{o}}ssbauer$ spectra has shown that magnetic transition phenomena occur at the irradiation over $10^{17}n/cm^2$ and (3) both methods can be utilized as nondestructive test methods for the embrittlement evaluation of materials irradiated by fast neutrons.
Existing elastic analysis methods cannot be adhered to in order to assess the structural integrity of a reactor vessel and internals for a beyond design basis earthquake. Elasto-plastic analysis methods are required, and the factors that affect the elasto-plastic behavior of reactor materials should be taken into account. In this study, a material behavior model was developed that considers the irradiation embrittlement effect, which affects the elasto-plastic behavior of the reactor material. This was used to perform the elasto-plastic time history analyses of the reactor vessel and its internals for beyond design basis earthquake. For this investigation, appropriate beyond design basis earthquakes and reliable finite element models were used. Based on the analysis results, consideration was given to the load reduction effect and the margin change. These were transferred to the internals due to the plastic deformation of the reactor vessel.
In this study, machine learning (ML) techniques were used to model surveillance test data of nuclear power plants from an international database of the ASTM E10.02 committee. Regression modeling was conducted using various techniques, including Cubist, XGBoost, and a support vector machine. The root mean square deviation of each ML model for the baseline dataset was less than that of the ASTM E900-15 nonlinear regression model. With respect to the interpolation, the ML methods provided excellent predictions with relatively few computations when applied to the given data range. The effect of the explanatory variables on the transition temperature shift (TTS) for the ML methods was analyzed, and the trends were slightly different from those for the ASTM E900-15 model. ML methods showed some weakness in the extrapolation of the fluence in comparison to the ASTM E900-15, while the Cubist method achieved an extrapolation to a certain extent. To achieve a more reliable prediction of the TTS, it was confirmed that advanced techniques should be considered for extrapolation when applying ML modeling.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.10
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pp.991-1004
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2009
Operating experience of the various components in the nuclear power plants has shown that a variety of degradation mechanisms can occur during operation. Therefore, the accurate lifetime evaluation and systematic management are very important for the safe as well as the economical operation of the nuclear power plants. In this paper, the characteristics of a total of 17 degradation mechanisms were reviewed and the plausible degradation mechanisms such as stress corrosion cracking, fatigue, irradiation embrittlement, and so on, were identified. Also, the lifetime evaluation technologies which have been developed for the application to the domestic nuclear power plants are described. In addition, a total of 48 aging management programs which have been established for the safe operation of the various components are explained.
In the early 1980s, attention focused on the possibility that pressurized thermal shock (PTS) events could challenge the integrity of a nuclear reactor pressure vessel (RPV) because operational experience suggested that overcooling events, while not common, did occur, and because the results of in-reactor materials surveillance programs showed that RPV steels and welds, particularly those having high copper content, experience a loss of toughness with time due to neutron irradiation embrittlement. These recognitions motivated analysis of PTS and the development of toughness limits for safe operation. It is now widely recognized that state of knowledge and data limitations from this time necessitated conservative treatment of several key parameters and models used in the probabilistic calculations that provided the technical of the PTS Rule, 10 CFR 50.61. To remove the unnecessary burden imposed by these conservatisms, and to improve the NRC's efficiency in processing exemption and license exemption requests, the NRC undertook the PTS re-evaluation project. This paper provides a synopsis of the results of that project, and the resulting Alternate PTS rule, 10 CFR 50.61a.
Microstructural features and their related mechanical property changes in the 309L cladding and the heat affected zone (HAZ) of SA508 cl.3 steel were investigated through the use of TEM, tensile and small punch (SP) tests. The specimens were irradiated at 563 K up to the neutron fluences of $5.79{\times}10^{19}n/cm^2$ (>1MeV). The microstructure of the clad was mainly composed of a fcc ${\gamma}-phase$, a low percentage of bcc ${\delta}-ferrite$, and a brittle ${\sigma}-phase$. Along the weld fusion line there formed a heavy carbide precipitation with a width of $20{\sim}40{\mu}m$, showing preferential cracking during plastic deformation. The yield stress and ductile-to-brittle transition temperature (DBTT) of the irradiated clads increased. The origin of the hardening and the shift of the DBTT are discussed in terms of the irradiation-produced defect clusters of a fine size and brittle ${\sigma}-phase$.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.10
no.1
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pp.113-121
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2014
In this work, an integrated model including molecular dynamics and chemical rate theory was implemented to calculate the growth of point defect clusters(PDC) and copper-rich precipitates(CRP) which could change the mechanical properties of reactor pressure vessel(RPV) steels in a nuclear power plant. A number of time-dependent differential equations were established and numerically integrated to estimate the evolution of irradiation defects. The calculation showed that the concentration of the vacancies was higher than that of the self-interstitial atoms. The higher concentration of vacancies induced a formation of the CRPs in the later stage. The size of the CRPs was used to estimate the mechanical property changes in RPV steels, as is the same case with the PDCs. The calculation results were compared with the measured values of yield strength change and Charpy V-notch transition temperature shift, which were obtained from the surveillance test data of Korean light water reactors(LWRs). The estimated values were in fair agreement with the experimental results in spite of the uncertainty of the modeling parameters.
Low temperature irradiation can significantly harden metallic materials and often lead to strain localization and ductility loss in deformation. This paper provides a review on the radiation effects on the deformation of metallic materials, focusing on microscopic and macroscopic strain localization phenomena. The types of microscopic strain localization often observed in irradiated materials are dislocation channeling and deformation twinning, in which dislocation glides are evenly distributed and well confined in the narrow bands, usually a fraction of a micron wide. Dislocation channeling is a common strain localization mechanism observed virtually in all irradiated metallic materials with ductility, while deformation twinning is an alternative localization mechanism occurring only in low stacking fault energy(SFE) materials. In some high stacking fault energy materials where cross slip is easy, curved and widening channels can be formed depending on dose and stress state. Irradiation also prompts macroscopic strain localization (or plastic instability). It is shown that the plastic instability stress and true fracture stress are nearly independent of irradiation dose if there is no radiation-induced phase change or embrittlement. A newly proposed plastic Instability criterion is that the metals after irradiation show necking at yield when the yield stress exceeds the dose-independent plastic instability stress. There is no evident relationship between the microscopic and macroscopic strain localizations; which is explained by the long-range back-stress hardening. It is proposed that the microscopic strain localization is a generalized phenomenon occurring at high stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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