Tensile and J-R tests were carried out under various temperatures at displacement rates of quasi-static to quasi-dynamic to understand the characteristics of dynamic strain aging (DSA) in SA106 Gr.C piping steel and its weld metal. Also, the characteristics of DSA on material properties used in leak-before-break (LBB) analysis were discussed. The manifestations of DSA were clearly observed in the tensile properties of SA106 Gr. C base and weld metal. However, the magnitude of serration and strength increase by DSA in SA106 Gr. C base metal was relatively small compared to similar grade carbon steels. This may be due to high manganese content in the material. The weld metal was more susceptible to serrated flow than base metal. DSA region of weld metal was broader and appeared at higher temperatures than that of base metal. These are caused by higher cooling rate, smaller grain size, and higher manganese content in weld metal. The plateau and small peak in yield stress (sys) exhibited and strain rate dependence disappeared at the nuclear reactor operating temperature which falls in DSA region. Ramberg-Osgood parameter n decreased in the region of DSA, and increased with increasing strain rate near the plant operating temperature. The influence of DSA manifested in Ramberg-Osgood parameter a was similar to that in sys. But, it was less clear than that on sys and parameter n. Crack initiation resistance, Ji, and crack growth resistance, dJ/da, in DSA region were about 40 ~ 50% and 30 ~ 40% lower than those at room temperature, respectively. The temperature corresponding to minimum fracture resistance was shifted to higher temperature with increasing loading rate for both metals. However, the values of minimum fracture toughness were almost same regardless of loading rate. For both metals, the minimum J-R curve at normal operating temperature appeared at displacement rate of 4.0 mm/min rather than quasi-static loading rate or quasi-dynamic loading rate corresponding to seismic load.
Using these material data, the effect of DSA on the LBB analysis was estimated through the evaluation of leakage-size-crack and flaw stability. Also, the results were represented as a form of "LBB allowable load window". In the DSA temperature region, the leakage-size-crack length was smaller than that at other temperatures and it increased with increasing tensile strain rate. In the results of flaw stability analysis, the lowest instability load appeared at the temperature corresponding to minimum J-R curve which was caused by DSA. The instability load depended on the loading rate of J-R data, and decreased with increasing tensile strain rate at plant operating temperature. These are due to the strain hardening characteristic and strain rate sensitivity of DSA. In the "LBB allowable load window", LBB allowable region at temperature and loading conditions where DSA occurs was decreased by about 30% compared with that in other conditions.
SA106 Gr.C 배관재 및 용접재의 동적변형시효 특성을 이해하기 위해서 다양한 온도와 준정적에서 준동적까지의 여러 하중속도에서 인장 및 J-R시험을 수행하였다. 그리고 LBB해석에 사용되는 재료물성치들에서 동적변형시효 특성을 살펴보았다. 그 결과, SA106 Gr.C 모재와 용접재의 인장성질에서 동적변형시효 현상이 뚜렷하게 관찰되었으며, 모재의 경우 동적변형시효에 의한 serration과 인장강도의 증가는 비슷한 종류의 다른 강에 비해 상대적으로 작았다. 이것은 재료의 높은 망간 함량에 기인하는 것으로 보여진다. 용접재는 모재에 비해 serrated flow에 민감했고, 보다 광범위하고 높은 온도구간에서 동적변형시효가 나타났다. 이러한 동적변형시효 특성은 용접재에서 냉각속도가 빠르고, 결정 크기가 작고, 망간의 함량이 높기 때문이다. 항복응력은 동적변형시효 영역인 원자력발전소 운전온도 근처에서 plateau와 small peak를 보였으며, 변형속도 의존성이 사라졌다. Ramberg-Osgood 인자인 n은 동적변형시효 영역에서 감소하였고, 원자력발전소 운전온도 근처에서는 변형속도에 따라 증가하였다. Ramberg-Osgood 인자 α에서의 동적변형시효 영향은 항복응력에서와 유사했으나, n이나 항복응력에서 만큼 뚜렷하지는 않았다. SA106 Gr.C배관재의 모재와 용접재 모두에서 균열시작에 대한 저항치($J_I$)와 균열성장에 대한 저항치(dJ/da)는 동적변형시효 영역에서 각각 약40-50%와 30-40%씩 감소하였다. 파괴인성의 최소가 나타나는 온도 영역은 두 재료 모두 하중속도 증가에 따라 증가하였다. 그러나, 파괴인성의 최소값들은 하중속도에 무관하게 비슷한 값을 보였다. 한편, 원자력발전소 운전온도에서는 모재와 용접재 모두 준정적이나 동적하중속도가 아닌 하중속도 4.0 mm/min에서 J-R곡선의 최소가 나타났다.
이들 재료물성치들을 이용하여 누설균열길이와 균열안정성 해석을 수행하고, 이들 결과에서 LBB해석에 미치는 동적변형시효의 영향을 평가하였다. 그리고 이들 결과를 "LBB 허용하중 창"의 형태로 나타내었다. 동적변형시효 구간에서 누설균열크기는 다른 온도에 비해 감소하였고, 변형속도 증가에 따라 증가하였다. 균열 안정성 해석 결과, 허용하중의 최소가 나타나는 온도는 동적변형시효에 의해 J-R 곡선이 최소를 보인 온도와 일치하였다. 허용하중은 J-R 데이터의 하중속도에 의존했으며, 원자력발전소 가동온도에서 인장 데이터의 변형속도 증가에 따라 감소했다. 이러한 거동은 동적변형시효에 의한 가공경화성 증가와 음의 변형속도 민감도 특성 때문이다. 또한 동적변형시효가 일어나는 온도와 하중속도에서 "LBB 허용하중 창"은 다른 조건에 비해 약 30% 감소했다.
