800℃에서 Alloy 800H 모재와 용접재의 저사이클 피로 특성 비교

Abstract

합금 800H는 차세대 원자력 발전소 (NGNP) 프로젝트에서 VHTR (very high temperature)의 시공 및 설계 부품에 대한 미래의 후보 물질로 간주됩니다. VHTR 시스템의 구성 요소는 최대 1000 ℃의 고온 및 60 년에 달하는 서비스 수명 기간 동안 작동합니다. INCOLOY 800H (UNS No. N08810) 로 알려진 합금 800H는 오스테 나이트 구조를 가지며 종종 크롬 탄화물, 티타늄 탄화물 및 티타늄 질화물을 포함합니다.

본 연구의 목적은 800 ° C의 고온에서 모재 및 용접부에 대한 합금 800H의 저주기 피로 및 크립 - 피로 특성을 비교하는 것이다. 저주기 피로 특성은 또한 LCF 수명에 대한 HT의 영향을 이해하기 위해 무가공 시간 (no-HT) 및 유지 시간 (HT)을 사용하여 조사했습니다. LCF 표면 미세 구조는 주 사형 전자 현미경 (SEM) 및 광학 현미경 (OM)을 사용하여 특성화되었습니다. 또한 Coffin-Manson-Basquin 관계와 모재 금속 및 용접부의 변형 에너지 밀도를 사용하여 저주기 피로 수명 예측을 수행했습니다.

저 반발 피로 시험은 완전히 역전 된 변형 제어 장치 및 10-3 / s의 일정 변형률 속도에서 0.6, 0.9, 1.2 및 1.5 %의 전체 변형률 범위를 사용하여 수행되었습니다. 크립 - 피로 시험은 전체 변형률 범위의 0.6 %만을 사용하는 반면 장력 유지 시간은 60 초입니다. 모든 시험 조건에서, 합금 800H 모재와 용접부의 피로 수명은 전체 변형률 범위의 증가와 함께 감소를 보였다. 그리고 지체 시간은 피로 수명을 감소 시키는데 중요한 역할을한다는 것을 관찰했다. 미세 조직에 대해, 모재 및 용접부에 대한 합금 800H의 균열 발생 및 전파 모드는 전형적인 입자 내 균열을 나타냈다. 마지막으로, 변형 에너지 밀도를 이용한 피로 수명 예측은 오류가 적으므로 Coffin-Manson-Basquin 관계보다 우수합니다.

Alloy 800H is considered as future candidate materials for construction and design components in very high temperature reactor (VHTR) in the next generation nuclear plant (NGNP) project. Components of VHTR systems work at high temperature conditions up to 1000⁰C and during the service life reaching 60 years. Alloy 800H, known as INCOLOY 800H (UNS No. N08810), has an austenitic structure and frequently contains chromium carbides, titanium carbides, and titanium nitrides.

The aim of this study is to compare the low cycle fatigue and creep-fatigue properties of Alloy 800H for base metal and weldment at high temperature of 800⁰C. Low cycle fatigue properties also investigated using no-hold time (no-HT) and hold time (HT) in order to understand the influence of HT on the LCF life. The LCF surface microstructures were characterized using scanning electron microscope (SEM) and optical microscope (OM). In addition, low cycle fatigue life prediction was performed using Coffin-Manson-Basquin relationship and strain energy density for base metal and weldment.

Low cycle fatigue tests were carried out using 0.6, 0.9, 1.2, and 1.5 % total strain ranges under fully reversed strain-controls and at constant strain rate of 10-3/s. Creep-fatigue tests were conducted only using 0.6% of total strain range while for the tension holding time was 60 second. In all test conditions, the fatigue life for both Alloy 800H base metal and weldment showed a decrease with an increase in total strain ranges. And it was also observed that the holding time takes an important role in decreasing fatigue life. For the microstructure, crack initiation and propagation mode of Alloy 800H for base metal and weldment exhibited a typical transgranular cracking. Finally, the fatigue life prediction using strain energy density was better than Coffin-Manson-Basquin relationship because has a lower error.