The residual stress and cold work is common in most dissimilar weld components because of surface grinding and welding shrinkage and, these are significant contributing factors to stress corrosion cracking susceptibility. Because the post weld heat treatment is known as effective methods for reduction of residual stress and relaxation of degree of cold work, it is most effective way to alleviate primary stress corrosion cracking. On the other hand, the application of post weld heat treatment is limited to weld and low alloy steel region due to sensitization of stainless steels. Although the stainless steels containing low carbon is hardly sensitized, the applicability of post weld heat treatment has been not intimately evaluated. This work has confirmed that trend and shown the considerable benefit and limitation for reducing the susceptibility of primary stress corrosion cracking initiation. The stainless steels were not sensitized despite of post weld heat treatment at 600oC for 1.5 and 5 hours. The residual stress and microhardness of alloy 52/152 weld and 316L heat affected zone were markedly decreased after post weld heat treatment. Also, it was confirmed that the resistance of primary water stress corrosion cracking is improved by post weld heat treatment. And, it did not accelerate the intergranular stress corrosion cracking of 316L heat affected zone. Therefore, post weld heat treatment could be one of the effective mitigation methods applicable to nuclear power plants. However, in this study, the post weld heat treatment is not optimized because the heat treatment condition and test data are limited. The most effective post weld heat treatment procedure for reduction of residual stress in dissimilar weld metal is needed. For this reason, the sensitization behaviors of stainless steels have been investigated through accelerated heat treatment condition. The sensitization behaviors were different from ferrite morphologies of stainless steels. The stainless steel having stringer type of ferrite and with ferrite concentration of 3.2% showed rapid sensitization with 10 hours heat treatment at 700oC and desensitization with above 30 hours heat treatment and then, it is re-sensitized with further heat treatment at 700oC up to 200 hours. First stage of sensitization is due to chromium depletion at ferrite - austenite interface, and later is due to grain boundary sensitization. On the other hands, stainless steels having blocky type of ferrite were not readily sensitized up to heat treatment for 200 hours despite of similar ferrite content. It is due to relatively small area of ferrite - austenite interface and sufficient supplement of chromium in blocky type of ferrite phases compared with materials containing stringer type of ferrite phase. Consequentially, the sensitization of 316L stainless steels could be affected by their ferrite morphology. And, the sensitization due to chromium depletion at grain boundary could not be easily formed up to 100 hours heat treatment at 700oC. It could be indicated that the grain boundary sensitization is hardly generated. Therefore, the grain boundary sensitization which induces the intergranular stress corrosion cracking of stainless steels could not be potential concern for application of post weld heat treatment. But, the change of stress corrosion cracking resistance due to sensitization at ferrite-austenite boundary should be evaluated for optimization of post weld heat treatment. In addition, the polarization curve of austenitic stainless steels containing few amount of ferrite phase showed the different critical potential which means potential at maximum anodic current density. Moreover, the each phase could be distinguishable from results of double loop electrochemical potentiokinetic reactivation tests. It is very useful method for evaluation of sensitization after post weld heat treatment on site by using mini-cell because the double loop electrochemical potentiokinetic reactivation test is non-destructive test method.
니켈기 용접재는 저합금강과 유사한 열팽창율과 높은 부식저항성으로 원전의 압력용기 강과 배관의 접합부인 이종 용접부에 대표적으로 사용되고 있다. 그러나, 원전의 일차 측에서 발생하는 용접부의 응력부식균열로 인한 손상이 자주 보고되어 왔다. 용접 후에 발생하는 잔류응력과 표면가공으로 인해 발생하는 냉간 가공이 주요한 요인으로 알려져 왔다. 이러한 요인을 완화하는 방법 중에서 후열처리는 응력부식균열의 완화에 매우 효과적인 것으로 알려져 있다. 반면에 후열처리의 적용은 스테인리스강의 민감화를 방지하고자 저합금강과 니켈 기 용접부에 제한되고 있다. 그리하여, 응력부식균열의 완화를 위한 후열처리 적용을 위해서는 용접부의 스테인리스강에 대한 정확한 민감화 평가와 후열처리의 적용성에 대한 평가가 필요하다. 후열처리는 이종용접부의 저합금강과 니켈기 용접부분에 주로 사용되는 열처리 절차를 이용하였다. 열처리 조건은 600도에서 1.5 및 5시간 동안 열처리를 수행하였다. 후열처리를 수행한 후에 스테인리스강의 민감화 평가를 수행한 결과, 스테인리스강의 민감화는 전혀 발생하지 않았다. 그렇지만, 열처리 시간을 30시간까지 늘려갔을 때 냉간가공 스테인리스강부터 민감화 된 것을 관찰하였다. 또한, 비슷한 스테인리스강이라 하더라도 열처리에 따른 민감화가 전혀 다르게 발생하는 것을 확인하였다. 열처리 수행 후 미소경도 및 잔류응력을 측정하였다. 열처리를 수행함에 따라 명확한 경도 감소 및 잔류응력 감소를 확인할 수 있었다. 고온고압의 증기환경에서 응력부식균열 생성실험을 통하여 후열처리를 수행함에 따라. 균열생성 저항성이 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 균열의 크기 및 빈도는 후열처리를 수행한 시편에서 명확하게 감소하였다. 그러므로, 후열처리를 이종용접부의 스테인리스강 부분에 적용을 하더라도 민감화는 발생하지 않고 균열저항성을 증가시킬 수 있으므로 효과적인 1차수 응력부식균열 완화방안으로 사용될 수 있다. 하지만 본 연구에서 적용한 후열처리 절차는 기존에 사용하였던 절차를 이용한 것이므로 니켈기 이종용접부의 잔류응력제거를 위해 최적화된 열처리 절차 개발이 필요하다. 이에 따라, 최적열처리 절차를 개발하기 위해 다양한 열처리에 따른 스테인리스강의 민감화 특성파악이 필요하다. 또한, 스테인리스강의 민감화가 재료마다 차이가 발생하는 것으로 나타났기 때문에 실제 적용을 위해서 스테인리스강 민감화 거동의 차이가 나타나는 원인 규명이 필요하다. 여러 종류의 스테인리스강을 이용하여 민감화 거동 평가를 수행하였다. 먼저 완전한 오스테나이트 구조를 가진 스테인리스강의 경우 민감화가 약간 느리게 발생하였지만 민감화 정도가 매우 높게 나타났다. 그러나 0.9 ~ 3% 정도의 페라이트를 가진 스테인리스강에서는 페라이트 형태에 따라 민감화 거동이 전혀 다르게 나타났다. 0.9% 와 3.2%의 줄무늬 형태의 페라이트를 함유한 스테인리스강에서는 초기 민감화가 빠르게 발생한 후 다시 회복되는 현상을 보였다. 그 후 100시간 이상의 열처리를 수행함에 따라 다시 민감화가 발생하였다. 페라이트의 농도는 스테인리스강의 민감화에 크게 영향을 미치지 않는 것으로 관찰되었다. 하지만 2.8% 정도의 블록 형태의 페라이트를 가진 스테인리스강은 초기 약간의 민감화가 나타났지만 200시간 까지의 열처리를 수행했음에도 높은 민감화는 발생하지 않았다. 이 후 분석을 통하여 관찰해 본 결과, 줄무늬 형태의 페라이트를 가진 스테인리스강은 상대적으로 넓은 페라이트 - 오스테나이트 상경계를 가지고 있어 초기 민감화가 빠르게 진행되고 또한, 얇은 페라이트를 가지고 있기 때문에 페라이트 상에서 크롬의 충분한 공급이 잘 이루어 지지 않아 초기에 높은 민감화를 보이는 것으로 판단된다. 그 후 민감화가 다시 발생한 이유는 페라이트 - 오스테나이트 상경계에서 민감화가 발생하는 것이 아니라 전형적인 스테인리스강의 민감화 기구인 입계에서 크롬탄화물의 생성으로 인해 민감화가 발생한 것으로 관찰되었다. 하지만 블록 형태의 스테인리스강은 상대적으로 적은 면적의 상경계와 내부 페라이트에서 충분한 크롬의 공급으로 인해 크롬 결핍이 줄어들게 되고 이게 높은 민감화는 발생하지 않는 것으로 판단되었다. 이렇게 소량의 페라이트를 함유하고 있는 스테인리스강은 입계에서 민감화가 쉽게 발생하지 않고 페라이트 경계에서 민감화가 주로 발생하는 것을 알 수 있었고 민감화 특성 역시 페라이트의 형태에 크게 의존한다. 또한, 이렇게 민감화가 발생하는 위치는 두가지 상에서 발생하므로 전기화학적으로 양극분극시에 두상의 임계전위 차이를 이용하여 측정할 수 있었다. 다시 말하면 민감화가 된 위치에 따라 임계전위가 다르기 때문에 이를 이용하여 미세구조상에서 민감화된 위치를 구별할 수 있었다. 이러한 점은 현장에서 후열처리를 수행하고 난 후 스테인리스강의 민감화를 평가할 때 민감화의 정도 뿐만 아니라 위치도 제공하여 줌으로써 매우 유용한 방법으로 사용될 수 있다.
