The effects of hydrogen concentration on the axial fracture toughness of Zr-2.5 wt% Nb CANDU pressure tube material have been determined from room temperature to 300℃. The specimens was charged to 50, 100, 150, 200ppm of hydrogen. To observe hydride morphology and measure volume fraction, optical microscope was used. The crack growth during fracture toughness test was measured by direct current potential drop method. Fracture toughness characterized by J-R curve and dJ/da was discussed in terms of hydrogen concentration.
As hydrogen concentration increased, hydride volume fraction, thickness and length increased. However, interhydride spacing remained nearly constant. At room temperature, fracture toughness decreased rapidly with increasing hydrogen concentration until hydrogen concentration was below 100ppm. However, fracture toughness remained at a similar level at above 100ppm. Ductile-brittle transition temperature increased slightly when hydrogen concentration increased. At high temperature, fracture toughness also decreased because yield stress increased by hydride volume fraction.
중수로 압력관의 재료인 Zr-2.5 wt% Nb 합금에 수소를 50ppm∼200ppm 까지 장입 하여 파괴인성의 변화를 관찰하였다. 파괴인성 시험은 상온에서 300℃까지의 온도구간에서 수행되었다.
수소화물의 형상 및 부피분율을 광학 현미경을 사용하여 관찰하였다. 파괴시험중의 균열진전은 직류전류강하법으로 측정하였으며, 파괴인성을 평가하기 위해서 J-R 곡선, J-R 곡선의 초기 기울기인 dJ/da를 구하여 수소장입량에 따른 변화에 대하여 고찰하였다.
수소화물의 부피분율을 측정한 결과 수소 장입량이 증가함에 따라 부피분율은 증가하나 곧 일정한 값으로 수렴되는 경향을 보였다. 수소화물의 형상은 수소함량이 증가함에 따라 수소화물의 길이와 두께는 증가하였으나 수소화물간의 거리는 일정한 값을 유지하는 양상을 보였다.
상온에서 수소 장입량에 따른 파괴인성을 관찰한 결과 장입량이 100ppm이하인 경우에는 수소 농도 증가에 민감하게 반응하여 급격히 감소하였으나 장입량이 100ppm 이상인 경우에는 수소농도의 증가에 관계없이 파괴인성은 일정하게 나타났다.
수소취성에 의한 파괴인성의 감소현상이 사라지는 연성-취성 천이온도는 수소 함량이 증가함에 따라 증가하였다. 이것은 수소 함량 증가가 수소화물의 길이가 증가를 유발하여 수소화물의 파괴응력을 감소시켜 파괴응력 - 온도 곡선을 감소시키는 것으로 생각되어진다.
수소취성이 사라지는 천이온도 이상에서도 수소화물의 증가에 따른 파괴인성의 감소가 나타났다. 이것은 수소 농도의 증가로 인해 수소화물의 부피분율이 증가하여 압력관의 항복응력을 증가시키기 때문이다. 실험적으로 항복응력의 증가는 압력관의 파괴인성을 감소시킨다.
