본 연구에서는 고온, 수화학 환경에서 type 316 stainless steel의 피로 거동을 조사하기 위해서 피로 장비를 구축하고, 각 변형률 속도, 변형 범위에 따라 피로 실험을 수행하였다. 변형률 속도는 0.4 %/s, 0.04 %/s, 0.008 %/s이며 온도는 310℃, 압력 및 용존산소 농도 조건은 150 MPa, < 0.1 ppb 이다.
실험 결과 값들은 크게 주기적 응력거동, 파면 형상, ε-N 커브로 나타내었다. 주기적 응력 거동에서 type 316 stainless steel은 고온 수화학 환경 실험의 경우 모든 응력 조건에서 일차 경화 및 일차 연화의 모습을 보이고, 응력 범위가 0.6 % 이하고 내려가면서 이차 경화 및 이차 연화의 모습이 특징적으로 보인다. 또한 주기적 응력 거동에서는 negative strain rate sensitivity 현상을 보이는데, 이것은 일반적으로 변형률이 느려질수록 재료의 경화가 적게 일어나는 현상과 반대되는 현상이고 동적변형시효의 한 현상이다. 고온 수화학 환경에서 실험한 히스테리시스 룹을 보면 톱니 모양의 serration들이 보이고, 위에서 나타난 negative strain rate sensitivity와 같이 재료에서 나타나는 초기 경화가 동적변형시효 때문에 나타나는 것으로 판단할 수 있는 근거가 된다.
실험 후 시편의 피로 파면을 보게 되면 피로 균열 시작 부분에서 가하는 힘의 45° 각도로 성장하는 균열시작 부분이 관찰되지 않고, 균열이 진전할수록 이차 균열이나 함유물로 인한 벽계 파괴 부분 그리고 용해가 일어난 부분이 더 많이 관찰되게 되는데, 이로 판단해 볼 때 피로 실험의 균열진전 기구에 film rupture slip dissolution 기구나 hydrogen induced cracking이 관여하였을 것으로 예상된다. TEM 관찰을 통해서는 변형 범위가 작아질수록 전위밀도가 크게 높아지고 변형률이 작아질수록 교차 슬립이 발생한 모습이 많이 관찰되며 이것으로 이차 경화와 negative strain rate sensitivity를 설명할 수 있다.
마지막으로 이러한 환경기구들이 작용한 ε-N 분포를 구했으며, 이 분포에서 수화학 환경에서 공기중 환경보다 피로 수명이 짧아지고 변형률 속도가 작아질수록 피로 수명이 짧아지는 수화학 환경 영향이 나타나고 있다. 그리고 ANL 결과 값과 비교를 해 봤을 때 수화학 환경에서 본 실험 결과는 탄소와 질소 성분이 근접한 316NG 통계적 모델과 일치하고 있다.
