Strain-life(S-N) curve tests of SA508Cl.3 pressure vessel steel were performed in room temperature, 288℃ air and 288℃ oxygenated water. S-N curve test system was constructed to be used in various environments. This system was composed of hollow cylindrical specimen, new grips and water loop system. The hollow cylindrical specimen itself performed functions of the autoclave and the new grips could apply a tensile and compressive load to the hollow cylindrical specimen.
In room temperature air, the cyclic stress responses showed little initial hardening and moderate cyclic softening during testing. On the other hand, at 288℃, the cyclic stress responses showed an enhanced hardening, a secondary hardening due to dynamic strain aging(DSA).
It could be observed that S-N curves were not changed with decreasing strain rate in room temperature air. S-N curve in 288℃ air had smaller slope than that in room temperature air. The longer fatigue life at 288℃ than that at room temperature was considered to be due to DSA. Fatigue life in 288℃ oxygenated water was shorter than that in air. This result may imply that fatigue resistance of test material was dependent on temperature and environments.
Experimental results were similar to fatigue life estimated by the statistical model except for higher cycles. In comparison with the ASME design fatigue curves, SA508Cl.3 pressure vessel steel possesses safety margins in high-temperature water.
본 연구에서는 변형률 속도와 환경 인자의 영향을 관찰하기 위해 상온 및 고온 공기, 그리고 고온 수화학 환경에서 원자력 발전소 압력용기 재료의 피로 수명 선도 시험을 수행하였다. 다양한 환경에서 피로 수명 선도 시험을 수행할 수 있는 장치를 구축하고, 0.05%/s, 0.1%/s의 변형률 속도와 상온 및 288℃의 온도에서 시험을 수행하였다.
상온 공기 환경에서, 시험 재료의 반복 응력은 변형률 속도에 관계없이 짧은 초기 반복 경화 이후에 반복 연화 현상이 관찰되었다. 이러한 응력 거동은 시험 재료의 미세 구조에 의한 것으로 판단된다. 반면, 288℃에서 반복 응력은 초기 반복 경화 후에 이차 반복 경화 현상이 관찰되었는데, 이는 동적 변형 시효에 의해 발생한 것으로 사료된다.
상온 공기 환경에서 변형률 속도에 따른 피로 수명 선도의 변화는 거의 관찰되지 않았다. 그리고 288℃에서의 피로 수명은 약간 증가하는 것을 관찰할 수 있는데, 이는 동적 변형 시효로 인해 피로 저항성이 개선되었기 때문으로 판단된다. 288℃ 수화학 환경에서 피로 수명은 공기 환경에서보다 감소하는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 압력용기 재료의 피로 저항성이 온도 및 환경에 의존하는 것으로 판단된다.
시험 결과는 높은 주기 영역을 제외한 모든 영역에서 통계적 모델과 흡사한 경향을 관찰할 수 있었다. 한편, 미국 기계 학회의 설계 피로 곡선과 비교했을 때, 시험 재료로 사용한 압력용기 재료는 피로에 대한 저항성과 안전 여유도를 보유하고 있다고 판단되었다.
