Mod. 9Cr-1MO Steel is a candidate material of the steam generator pipe and IHX tubes in SFR reactor. Those piping components are subjected to repeated thermal stress as a results of temperature gradients during plant cooling down or heating. It makes ratcheting and creep-fatigue behavior and cause failure to piping components. Therefore simulation of inelastic behavior is needed to investigate inelastic and ratcheting behavior for structure integrity evaluation and lifetime prediction.
To investigate the inelastic behavior of a modified 9Cr-1Mo steel, uniaxial stress controlled ratcheting tests and strain controlled cyclic tests were conducted at $500\degC$, $550\degC$, $600\degC$. Modified 9Cr-1Mo steel exhibits cyclic softening and ratcheting behaviors at the temperature ranges tested. Based on the cyclic test results, isotropic hardening behavior and kinematic hardening behavior depending on the temperature were incorporated into the constitutive model. An inelastic behavior simulation is conducted using the Chaboche three-decomposed constitutive model. From the parameter identification simulation, each kinematic parameter and isotropic parameter are obtained. And ratcheting simulation are verified from the ratcheting test and strain controlled cyclic test result.
차세대 원전 소듐냉각로의 증기발생기 파이프 및 중간열교환기의 튜브 후보재료인 Mod. 9Cr-1Mo강은 $500\degC$ 이상에서 운전시에 발생하는 가동 또는 냉각시 발생하는 열팽창 또는 열수축에 의한 열응력에 영향을 받는다. 이러한 열응력에 의해 발생하는 반복하중은 고온 라체팅이나 크립-피로 현상을 발생시키는데 원전구조물의 건전성 평가 또는 원전수명 예측을 위해서는 비탄성 거동 예측할 수 있는 연구가 필요로 하다. 하지만 현재까지는 비탄성 거동에 대한 연구는 스테인리스강 또는 탄소강에 활발하고 Mod.9Cr-1Mo강에 대한 연구는 부족한 상황이다.
본 연구에서는 Mod.9Cr-1Mo강에 고온 비탄성 시뮬레이션 거동을 모사하기 위한 $500\degC$, $550\degC$, $600\degC$ 고온환경에서의 변형량 고정 반복 주기테스트와 고정하중 반복주기테스트 실험과 이를 토대로 하여 Mod.9Cr-1Mo강에 대한 변형량 고정반복주기 시뮬레이션과 고정하중 반복주기 시뮬레이션을 하였다. 비탄성 거동을 표현하기 위한 Kinematic hardening 모델은 Chaboche 모델을 이용하였고, 단축반복주기실험과 이상적으로 일치하는 2절점의 선형모형의 유한요소해석을 이용한 시뮬레이션이 이루어졌다. 반복주기 테스트 결과로부터 Isotropic hardening 상수와 Kinematic hardening 상수를 얻을 수 있었고 이 상수를 이용한 변형량 고정반복주기 시뮬레이션의 결과는 실험결과와 거의 일치하는 것을 볼수 있었고, 고정하중 반복주기 시뮬레이션 역시 라체팅 구간에서는 시뮬레이션 결과가 실험결과와 일치하는 것을 알수 있었지만 라체팅 이후 구간에서는 실험결과와 시뮬레이션 결과가 일치하지 않음을 확인할 수 있다. 이러한 라체팅 이후 구간에 대한 시뮬레이션의 보완점은 차후 연구되어야할 문제이다.
