Inconel 690 is an austenitic nickel-based alloy, which has been proposed as a substitute material for Inconel 600 in steam generator (S/G) tubing in pressurized water reactor (PWR). There are some data indicating that the thermally treated Inconel 690 is a better corrosion resistant tubing material than other alloys, such as 304 SS, Incolloy 800 and Inconel 600. This alloy is immune to stress corrosion cracking (SCC) in primary water, all volatile treatment (AVT) environment, chloride solutions and sulfate solutions. However, more fatigue data of Inconel 690 are needed for better steam generator design. So, the effects of heat treatment on yield strength and fatigue crack propagation of Inconel 690 in air at room temperature were investigated. For the experimental purpose, the specimens were first solution-annealed (SA) at 1070℃ and 1150℃ for 1 hour to dissolve all chromium carbides into the matrix and to increase the grain size. These specimens were then isothermally heat treated at 700℃ and 750℃ respectively for 5 and 15 hours to vary the grain boundary carbide morphologies. Then, tensile tests were performed with strain rate of $5×10^{-4}$/sec. The fatigue tests were conducted at stress ratio of 0.2, frequency of 10 Hz.. From the test results, it was shown that the final grain size and the solution annealing temperature controlled the tensile properties, and it was found that chromium carbides at the grain boundaries and large grains reduced fatigue crack growth rate of Inconel 690 in the low stress intensity factor range region.
Inconel 690은 오스테나이트 니켈기지 합금으로서, 응력부식균열 저항성이 크기 때문에 가압경수로의 증기발생기 전열관인 Inconel 600을 대체하는 재료로 제안되어 왔다. 열처리된 Inconel 690은 304 SS(스테인레스 강), Incolloy 800, Inconel 600의 재료보다 부식저항성이 우수한 것으로 알려져 있다. 이 합금은 일차수에 의한 응력부식균열에 저항성이 강할뿐만 아니라, AVT 환경, 염화물 환경, 그리고 황화물 환경에도 강한 저항성을 보인다. 그러나, 증기발생기 전열관 설계를 위해서는 Inconel 690의 기계적 특성에 관한 보다 많은 자료가 필요하다.
본 연구에서는 Inconel 690에 대한 열처리가 항복강도와 피로균열 전파에 미치는 영향을 연구하였다. 이를 위해, 시편을 1070℃와 1150℃에서 1시간 동안 용체화 처리하여 결정 크기를 다르게 증가시켰고, 결정립계에 존재하던 기존의 크롬탄화물을 기지로 융해시켰다. 그 후 이 시편들을 700℃와 750℃에서 각각 5시간 15시간 동안 열처리하여 크롬탄화물을 다시 결정립계로 석출시켜 각각 다른 크롬탄화물 석출형태를 만들었다. 이 시편들로 인장실험과 피로실험을 수행하였다. 피로시험 조건은 응력비 0.2 주파수 10 Hz, 그리고 상온 공기 분위기를 하였다.
실험결과로서, Inconel 690은 용체화 온도에 따른 결정크기에 의해 인장강도가 결정되었으며, 피로특성은 결정립계에 석출된 크롬탄화물이 피로균열성장율 (Fatigue crack growth rate)을 감소시키는 주 원인임이 밝혀졌다. 또한, 큰 결정이 피로균열성장율을 감소시켰다. 상온 공기중에서 Inconel 690의 피로균열성장에 저항성을 갖는 최적 미세구조는 ASME 규정 내에서 결정이 커야하며 결정립계에 석출된 크롬탄화물이 많아야 한다.
