As a reliable material for the 4th generation nuclear reactor (Sodium-Cooled Fast Reactor) and ultra-super critical steam power plant, Mod.9Cr-1Mo (ASME Grade 91) steel is investigated. This material induces less thermal stress and damage at high temperature because it has lower thermal expansion coefficient and higher thermal conductivity than the commonly used heat-resistant material. However, the crack growth assessment and crack stability evaluation of the Mod. 9Cr-1Mo steel is not established yet. This study deals with the evaluation of the reliability of ASME Grade 91 steel by measuring the fatigue crack growth rate at the 500˚C ~ 600˚C temperature range where the Sodium-Cooled Fast Reactor is operated. Fatigue crack growth rate tests are performed at various axial load ratios (R=0.1, 0.3) and frequency conditions (0.5Hz, 1Hz, 10Hz). The specimen is heated with the induction coil as a heating source, which allows easy control, simpler and more economical testing set-up than thermal chamber. The specimens used in this experiment are modified to be flat in the gage section from the hollow cylindrical specimen. The gage section of the specimen is similar to the compact tension specimen, whereas the grip section is shaped cylindrical to be firmly gripped by MTS hydraulic grip. For the in-situ measurement of crack length at high temperature, ultra long working distance zoom microscope was installed to observe the crack tip on the specimen. The crack length versus number of cycle was recorded by utilizing the DCPD (Direct Current Potential Drop) method prescribed in ASTM E647-11. Based on experimental data, the effect of the various factor such as temperature, load ratio and load frequency on fatigue crack growth rate is discussed.
4세대 소듐냉각 고속로와 초임계 화력 발전소를 위한 신뢰성 있는 금속으로 Mod.9Cr-1Mo 강이 연구되고 있다. 이 금속은 흔히 사용되는 다른 내열 금속에 비해 작은 열팽창 계수와 높은 열전도 율의 특성을 가지고 있기 때문에 고온 환경에서 열 응력과 열 손상을 감소시킬 수 있다. 그러나 아직 Mdo.9Cr-1Mo 강의 균열진전과 균열의 안정성장에 대한 평가는 잘 정립되어 있지 않은 실정이다. 본 연구에서는 소듐냉각 고속로의 작동온도인 500˚C~600˚C 의 온도 범위에서 균열진전속도를 측정함으로써 Mdo.9Cr-1Mo (ASME Grade 91) 강의 고온에서의 신뢰성을 평가 하고자 한다. 균열진전시험은 다양한 하중 비 (R=0.1, 0.3), 하중 되풀이속도 조건 (0.5Hz, 1Hz, 10Hz)에서 수행되었다. 본 시험에서는 가열 챔버에 비해 온도 제어가 쉽고 설치가 간단하며 경제적인 유도코일을 이용하여 시편을 가열하였다.시편의 형상은 원통형 시편 에서 gage 부분만을 변형하여 평평한 모양으로 제작하였는데, 시편의 gage 부분은 CT시편과 유사한 형태인 반면, grip 부분은 인장 시험기에 고정하기 위해서 원통형 모양으로 하였다. 또한 ultra long working distance zoom microscope 를 설치하여, 균열선단을 관찰 하면서 균열길이를 실시간으로 측정하였다. 균열길이와 사이클과의 관계는 ASTM E647-11에 제시된 직류 전위차 법을 통해 기록되었다. 본 실험 결과를 종합하여 온도, 하중비, 하중 되풀이속도가 균열진전속도에 미치는 영향에 대해서 분석하였다.
