Alloy 600/182 with excellent mechanical/chemical properties have been utilized for nuclear power plants. Although both alloys are known to have superior corrosion resistance, stress corrosion cracking failure has been an issue in primary water environment of nuclear power plants. Therefore, primary water stress corrosion crack (PWSCC) growth rate tests were conducted to investigate crack growth properties of Alloy 600/182. To investigate PWSCC growth rate, test facilities including water chemistry loop, autoclave, and loading system were constructed. In PWSCC crack growth rate tests, half compact-tension specimens were manufactured. These specimens were then placed inside of the autoclave connected to the loop to provide primary water environment. Tested conditions were set at temperature of $360^{\circ}C$ and pressure of 20MPa. Real time crack growth rates of specimens inside the autoclave were measured by Direct Current potential drop (DCPD) method. To confirm inter-granular (IG) crack as a characteristic of PWSCC, fracture surfaces of tested specimens were observed by SEM. Finally, crack growth rate was derived in a specific stress intensity factor (K) range and similarity with overseas database was identified.
Inconel 600 alloy is used as the material of nuclear steam generator tubing because of its mechanical properties, formability, and corrosion properties. According to reports, the life time of nuclear power plants decreases because of the pitting, intergranular attack, primary water stress corrosion cracking(PWSCC), and intergranular stress corrosion cracking(IGSCC), and denting in the steam generator. The SCC test is very important because of SCC appears in various environment such as solutions, materials, and stress. The C-Rig specimen was made of the steam generator welded sleeve repairing by the pulsed Nd:YAG laser. In the corrosion invironment, corrosion solutions are Primary Water, Caustic, and Sulfate solution and corrosion time is 1624-4877hr. The permitted stress is 30-60ksi.In this C-Ring SCC test is the relationship between corrosion depth, crack and corrosion environment is evaluated. SCC was happens in Sulfate and Corrosion solution but doesn't happen in Primary Water. The corrosion time and stress is very affected by the severely environment of Sulfate or Caustic solution. The microstructure observation indicates that SCC causes interganular failure in the grain boundary of vertical direction.
Geon Woo Jeon;Sung Woo Kim;Dong Jin Kim;Chang Yeol Jeong
Nuclear Engineering and Technology
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제54권12호
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pp.4481-4490
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2022
In this study, a new rupture disk corrosion test (RDCT) method was developed for real-time detection of stress corrosion cracking (SCC) initiation of Alloy 600 in a primary water environment of pressurized water reactors. In the RDCT method, one side of a disk specimen was exposed to a simulated primary water at high temperature and pressure while the other side was maintained at ambient pressure, inducing a dome-shaped deformation and tensile stress on the specimen. When SCC occurs in the primary water environment, it leads to the specimen rupture or water leakage through the specimen, which can be detected in real-time using a pressure gauge. The tensile stress applied to the disk specimen was calculated using a finite element analysis. The tensile stress was calculated to increase as the specimen thickness decreased. The SCC initiation time of the specimen was evaluated by the RDCT method, from which result it was found that the crack initiation time decreased with the decrease of specimen thickness owing to the increase of applied stress. After the SCC initiation test, many cracks were observed on the specimen surface in an intergranular fracture mode, which is a typical characteristic of SCC in the primary water environment.
The aim of this study was to develop a new in-situ observation method and instrument in micro-scale to investigate the mechanism of stress corrosion cracking (SCC) initiation of Ni-base alloys in a high temperature water environment of pressurized water reactors (PWRs). A laser confocal microscope (LCM), an autoclave with diamond window view port, and a slow strain-rate tester with primary water circulation loop system were components of the instrument. Diamond window, one of the core components of the instrument, was selected based on its optical, chemical, and mechanical properties. LCM was used to observe the specimen in micro-scale, considering the experimental condition of a high-temperature primary water environment. Using in-situ method and instrument, it is possible to observe oxidation and deformation of specimen surface in micro-scale through the diamond window in a high-temperature primary water in real-time. The in-situ method and instrument developed in this work can be utilized to investigate effects of various factors on SCC initiation in a high-temperature water environment.
Primary water stress corrosion cracking (PWSCC) is a major safety concern in the nuclear power industry worldwide. PWSCC is known to initiate only in the condition in which sufficiently high tensile stress is applied to alloy 600 tube material or alloy 82/182 weld material in pressurized water reactor operating environments. However, it is still uncertain how much tensile stress is re-quired to generate PWSCC or what causes such high tensile stress. This study was performed to pre-dict the magnitude of weld residual stress and operating stress and compare it with previous experi-mental results for PWSCC initiation. For the study, a pressurizer safety nozzle was selected because it is reported to be vulnerable to PWSCC in overseas plants. The assessment was conducted by nu-merical analysis. Before performing stress analysis for plant conditions, a preliminary mock-up ana-lysis was done. The result of the preliminary analysis was validated by residual stress measurement in the mock-up. After verification of the analysis methodology, an analysis under plant conditions was conducted. The analysis results show that the stress level is not high enough to initiate PWSCC. If a plant is properly welded and operated, PWSCC is not likely to occur in the pressurizer safety nozzle.
A lifetime prediction of holddown spring screw in nuclear fuel assembly was performed using fracture mechanics approach. The spring screw was designed such that it was capable of sustaining the loads imposed by the initial tensile preload and operational loads. In order to investigate the cause of failure and to predict the stress corrosion cracking life of the screw, a stress analysis of the top nozzle spring assembly was done using finite element analysis. The elastic-plastic finite element analysis showed that the local stresses at the critical regions of head-shank fillet and thread root significantly exceeded than the yield strength of the screw material, resulting in local plastic deformation. Normalized stress intensity factors for PWSCC life prediction was proposed. Primary water stress corrosion cracking life of the Inconel 600 screw was predicted by using integration of the Scott model and resulted in 1.78 years, which was fairly close to the actual service life of the holddown spring screw.
One of the main degradation of steam generator tubes is stress corrosion cracking induced by residual stress. The resulting damages can cause tube bursting or leakage of the primary water which contained radioactivity. Primary water stress corrosion crack occurs at the location of tube/tubesheet hard rolled transition zone. In order to investigate the effect of shot peening on stress corrosion cracking, stress intensity factors are calculated for the crack which is located in the induced residual stress field.
The most important mode of subcritical crack growth is primary water stress corrosion crack, which was the reported mechanism from the root cause analysis of the crack in the bimetallic welds. Stress corrosion crack growth evaluations was carried out for several flaw shapes of both axial and circumferential flaws, using the steady-state stresses including residual stresses. This evaluation considered the possibility of additional flaws in the primary loops of nuclear power plant, even though no such flaws have been identified by Ultrasonic Test. Consequently, Results show that the predicted flaw sizes will determine acceptability for continued service and maintenance.
Kim, Jong-Sung;Kim, Ji-Soo;Jeon, Jun-Young;Kim, Yun-Jae
Nuclear Engineering and Technology
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제48권4호
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pp.1036-1046
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2016
We propose a primary water stress corrosion cracking (PWSCC) initiation model of Alloy 600 that considers the stress triaxiality factor to apply to finite element analysis. We investigated the correlation between stress triaxiality effects and PWSCC growth behavior in cold-worked Alloy 600 stream generator tubes, and identified an additional stress triaxiality factor that can be added to Garud's PWSCC initiation model. By applying the proposed PWSCC initiation model considering the stress triaxiality factor, PWSCC growth simulations based on the macroscopic phenomenological damage mechanics approach were carried out on the PWSCC growth tests of various cold-worked Alloy 600 steam generator tubes and compact tension specimens. As a result, PWSCC growth behavior results from the finite element prediction are in good agreement with the experimental results.
Kim, Sung-Woo;Eom, Ki-Hyun;Lim, Yun-Soo;Kim, Dong-Jin
Nuclear Engineering and Technology
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제51권4호
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pp.1060-1068
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2019
This work aims to establish a model of a primary water stress corrosion crack growth rate of Alloy 690 material for the head penetration nozzles of Korean pressurized water reactors. The test material had an inhomogeneous microstructure with bands of fine-grains and intragranular carbides in the matrix of coarse-grains, which was similar to the archive materials of the head penetration nozzles. The crack growth rate was measured from the strain-hardened materials as a function of the stress intensity factor in simulated primary water at various temperatures and dissolved hydrogen contents. The effects of strain-hardening, temperature, and dissolved hydrogen on the crack growth rate were analyzed independently, and were then introduced as normalizing factors in the crack growth rate model. The crack growth rate model proposed in this work provides a key element of the tools needed to assess the progress of a stress corrosion crack when detected in thick-wall Alloy 690 components in Korean reactors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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