Cold worked Zr-2.5Nb, heat treated Zr-2.5Nb, zircaloy-2 압력관의 delayed hydride cracking 기구에 대한 연구

Abstract

CANDU압력관에 사용되어 온 cold worked Zr-2.5Nb, heat treated Zr-2.5Nb 그리고 Zircaloy-2 압력관으로부터 취한 compact tension 시편에 수소를 주입, 각각 68 ppm, 49 ppm, 그리고 $242 \sim 411$ ppm의 수소농도를 갖게 한후 전위강하측정법으로 여러 온도에서 Delayed Hydride Cracking (DHC)속도측정실험을 수행하였다. 실험 결과 각각의 시편의 DHC속도-온도 관계식(Arrhenius relationship)을 구하였으며 이로부터 얻어진 균열전파의 활성화에너지는 cold worked Zr-2.5Nb 시편의 경우 43,000 J/mol, heat treated Zr-2.5Nb 시편은 37,000 J/mol 이었다. Cold worked Zr-2.5Nb의 활성화에너지값은 Coleman의 실험결과 42,000 J/mol과는 잘 일치하였으나 Simpson-Puls의 65,000 J/mol, Ambler의 71,500 J/mol 과는 차이를 보였으며 Zircaloy-2의 DHC속도는 cold worked Zr-2.5Nb보다 1/5 이하로 낮게 나타났다. SEM을 이용한 DHC진전파면 관찰결과 DHC에 의한 균열진전을 확인할 수 있는 striation이 관측되었으며 시편 내측표면근처에서의 DHC진전량이 외측표면근처 보다 작은 불균형한 tunnelling현상이 관측되었다. Cold worked Zr-2.5Nb과 heat treated Zr-2.5Nb의 결정조직이 다른데도 DHC특성이 유사한 것은 heat treated Zr-2.5Nb의 집합조직완화에 의한 DHC속도감소요인과 heat treated Zr-2.5Nb의 높은 재료강도에 의한 DHC속도 증가 요인이 상쇄되었기 때문인 것으로 분석되었다. Simpson-Puls model에 의한 계산값과 실험결과를 비교한 결과 높은 실험 온도에서는 잘 일치하였으나 낮은 온도에서는 실험값이 계산값보다 약 2.5배 높게 나타났다.