The influence of loading variable (stress ratio and frequency) and temperature on fatigue crack growth rate in SA508 cl.3 reactor pressure vessel steel was investigated in air environment. Fatigue crack growth tests were performed on compact tension (CT) specimens made to thickness 12.7mm. Compact tension test specimens were tested using sinusoidal waveform and the crack length was monitored by compliance method. Tests were conducted at two load ratios 0.1 and 0.5, at frequencies 10 and 1 Hz, at room temperature and 288℃. To investigate further details of the temperature effect, tests were conducted at R=0.5, f=1Hz in a range of temperature from room temperature to 400℃. The effect of R-ratio on the growth rate at each testing frequency and temperature shows that a significant influence of R-ratio on the fatigue crack growth rate is observed at the high temperature. The results also showed that the fatigue crack growth rate a given stress intensity level did not show distinct difference at RT and 120℃. However, at above 120℃, the fatigue crack growth rate increased as test temperature increases. In addition, it was found that the influence of the frequency on fatigue crack growth rate increased at higher temperatures. It is suggested that the frequency and temperature influence may be associated with environmental effects due to oxidation at crack tip.
SA508 cl.3 원자로 압력용기강에서 하중변수(응력비 ＆ 주파수)와 온도가 공기 중에서 피로 균열성장률에 미치는 영향에 대하여 조사 하였다. 피로 균열성장률 실험은 12.7mm 두께의 CT(compact tension) 시편을 이용하였으며, 균열길이는 컴플라이언스 방법(compliance method)을 사용하였다. 실험은 0.1, 0.5 하중비와 1, 10 Hz의 하중 주파수로 상온 에서 400℃ 까지 온도를 변화시키면서 수행하였다.
하중비의 변화에 따른 피로 균열성장률에서 하중비의 영향은 온도가 올라갈수록 그리고 하중 주파수가 낮을수록 더욱 크게 나타났다. 또한, 온도가 피로 균열성장률에 미치는 영향에서는 상온과 120℃에서는 차이가 나타나지 않았지만, 120℃ 이상에서 피로 균열성장률은 온도가 높을수록 증가하였다. 특히, 하중주파수가 낮을수록 피로 균열성장률의 증가는 상온보다 고온에서 더욱 크게 나타났다. 이러한 온도와 하중 주파수가 피로 균열성장률에 미치는 영향은 고온의 공기중에 있는 산소에 의한 균열선단의 산화 때문에 생기는 환경적인 영향 때문인 것으로 생각된다.
이러한 연구 결과로 볼 때, 원자로 압력용기강의 피로수명 예측시, 이러한 변수들이(응력비, 하중주파수, 온도) 피로 균열성장률에 미치는 영향을 반드시 고려해야 할 것으로 생각된다.
