Austenitic stainless steels (ASSs) are commonly used as structural materials in pressurized water reactors (PWRs) due to their excellent corrosion resistance and reasonable mechanical properties. However, a phenomenon known as environmentally-assisted fatigue (EAF) occurs, leading to a significant decrease in fatigue life due to a high-temperature water environment, and cyclic loading caused by thermal stress and mechanical vibration. Evaluating EAF is essential for ensuring the safety and integrity of operating nuclear power plants (NPPs), and fatigue design analysis should be carried out in accordance with the Regulatory Guide issued by the US Nuclear Regulatory Commission. However, EAF life can decrease significantly in some transient sections, which becomes a burden for fatigue analysis. In this thesis, as a part of efforts to improve the EAF behavior of ASSs, the effect of zinc addition into PWR primary water chemistry and optimization of dissolved hydrogen, known to affect primary water stress corrosion cracking (PWSCC) susceptibility, on corrosion and EAF behavior was investigated. In addition, by simulating the oxidation behavior at the fatigue crack tip region, an EAF mechanism was proposed by revealing the relationship between the characteristics of the crack tip oxide film and the EAF life.
오스테나이트계 스테인리스강은 가압경수로 1차측 환경에서 주기기 재료로 사용되는 재료이다. 하지만, 원자력 발전소 운전 시 발생하는 열응력과 기계적 진동에 의한 피로하중과 더불어 고온, 고압의 수화학 환경으로 인한 피로수명이 급격하게 낮아지는 현상이 발생하며 이를 환경영향피로라고 한다. 환경영향피로는 가동원전의 안전성과 건전성 확립을 위해 필수적으로 검증해야하는 항목 중 하나로써 미국 원자력 규제 위원회에서 발행하한 규제지침에 따라 피로설계를 수행하게 되어있다. 하지만 일부 과도 영역에서 환경피로수명이 급격하게 감소할 수 있는데, 이로 인해 피로설계 시 큰 부담이 되고 있다. 본 논문에서는 오스테나이트계 스테인리스강의 환경피로특성을 개선시기키 위한 노력의 일환으로 응력부식균열 민감도에 영향을 준다고 알려져 있는 아연 주입 및 용존 수소량의 수화학 조건에 따른 환경피로특성 및 부식거동을 평가하였다. 또한, 환경피로균열 선단에서의 산화거동을 모사함으로써 균열 선단 산화막의 특성과 환경피로수명이 가지는 연관성을 밝힘으로써 환경영향피로 메커니즘을 제안하였다.
