Socket welds are commonly used in small bore pipes to connect valves, elbows, and flanges in various piping systems in pressurized water reactors (PWRs). During the operation, these welds are subjected to high cyclic fatigue, which may result in fatigue cracking and leakage of primary system coolant. For a temporary measure, an installation of a clamping device surrounding the damaged area is being considered to retain the leakage until the permanent repair by weld overlay or replacement of damaged components. Once clamps are installed, crevices and local tensile stresses would be developed in the bolted region. Therefore, susceptibility to stress corrosion cracking (SCC) of the clamp materials such as types 304, and 316 austenitic stainless steels should be properly evaluated. In this study, crevice bent beam (CBB) tests were performed in simulated pressurized water environment containing up to 8ppm of dissolved oxygen to simulate the anticipated conditions in clamping devices where the trapped air in the clamp could be dissolved into the leaked water.
According to the analysis, the results shows high susceptibility to SCC in case of SS304 compared to SS316 that shows efficient resistance even in the oxygenated PWR water. Martensite transformation was found to be a main factor to SCC initiation and propagation in SS304 which showed high susceptibility to such a transformation. The crack propagated both IGSCC and TGSCC, where most of TG cracks branched from IG cracks were associated with the presence of martensites which could have been formed under tensile strain.
가압경수로형 원전에서 소켓용접부는 밸브, 엘보우, 플랜지 등을 소구경배관에 연결하기 위해 주로 사용된다. 원전 운전기간동안, 이러한 소켓용접부는 고주기 피로현상에 노출되며, 이로 인해 형성된 피로균열은 일차계통수의 누출과 같은 중대사고를 유발할 수 있다. 따라서, 중대사고를 미연에 방지하기 위한 일시적인 예방책으로, 손상부위를 감싸는 클램핑 장치의 설치가 고려되고 있다. 한편, 클램핑을 견고하게 고정시키는 볼트 영역은 구조적인 이유로 틈새환경이 조성되며 국부적인 인장응력이 집중될 우려가 있다. 이와 더불어, 손상부위에서 형성되는 고온 수화학 환경은 주변의 틈새환경, 인장응력과 결합하여 응력부식균열이라는 재료열화 현상을 일으키게 된다. 따라서, 클램핑 구조재료로 사용될 오스테나이트계 304 및 316 스테인리스강의 응력부식균열 민감성의 평가가 요구된다. 본 연구에서는 틈새 영역을 갖는 굽힘 시험편을 사용하여 산소가 첨가된 고온 수화학 환경에서 응력부식균열시험을 수행하였다. 산소의 첨가는 클램핑 환경에서 누출수가 산소를 함유를 하기 때문에 이를 모사하고자 수행되었다. 시험결과, 304 스테인리스강의 경우 316 스테인리스강에 비해 산소가 첨가된 고온 수화학 환경에서 높은 응력부식균열 민감도를 보여주었다. 마르텐사이트 변태는 304 스테인리스강의 응력부식균열 형성 및 성장에 주요한 인자인 것으로 판단된다. 균열은 입계 및 입내를 따라 전파되었으며, 입내 균열의 경우 입계 균열로부터 분기된 것으로 사료된다.
