기술내용

원전의 장기운전 및 출력증강을 획기적으로 이루기 위해서는 원전기기의 조사취화로 인한 PTS 건전성 문제 등 사고/고장/균열에 대한 안전성을 검증할 수 있는 기술적 방안이 필요하다. 그 중 원자로용기 및 배관의 파괴역학시험, 해석 및 건전성 평가기술이 가장 중요한 요소기술 중 하나이다. 특히 중성자 조사 시료에 대한 파괴역학시험 및 해석 기술은 조사재 시험 시설, 정교한 시험 장비, 숙련된 전문 인력 등의 연구 인프라를 고루 갖추지 않고서는 구현할 수 없다. 이와 관련하여 보유하고 있는 기술들은 다음과 같다.

• 천이기준온도 T₀ 결정, 마스터커브 시험 기술: ASTM E 1921에 따라 K_Jc 파괴인성시험을 실시하고 통계적 기법을 통해 저합금강의 연성-취성천이 기준온도를 계산. 중성자 조사재 및 소형시편 시험 가능. Hot-cell 내 시험장치를 이용하여 조사재 시험 가능.
• J-R 파괴저항성시험: ASTM E1820에 따라 -150°C~550°C에 이르는 온도 구간에서 탄소성파괴역학 방법으로 균열진전에 대한 저항성을 측정. Hot-cell 내 시험장치를 이용하여 중성자 조사재 시험 가능.
• 환경피로 시험: 온도, 압력, 용존산소, 용존수소, pH 등 수화학 환경 모사 조건에서 금속 재료의 피로균열성장률을 측정.
• 준비파괴적 미소시험 기술: ABI(automatic ball indentation), small punch 시험법을 이용하여 소형, 박판의 시편의 인장특성, 파괴인성을 측정.
• ASME Code 및 FEM 계산을 이용한 안전여유도 해석: ABAQUS, ANSYS 등 유한요소 프로그램을 이용한 응력계산 등 전산파괴역학 해석을 실험적 결과와 병행 수행하여 ASME Code에 따른 안전해석.
• 미세조직분석 및 합금 전산설계 기술: TEM, SEM, EBSD, EPMA 전자현미경 장비 및 석출물 정량분석 시스템 을 활용하여 재료 미세조직 검사 및 파면 관찰. CALPHAD 합금 상평형 계산에 의한 합금설계.
• 조사재 시험편 재생용접 기술: 샤르피 충격시험 등의 파괴시험에 의해 파단된 조사재 시료의 비손상부를 재생하여 재활용
• 기타: Charpy 충격시험, 인장시험, 경도시험: 고온, 저온, 소형시편, 조사재 시험 가능.

그림 1. 사용후 감시시편 활용 중성자 조사재 파괴인성 정밀평가

적용분야

• 천이기준온도 T₀ 결정, 마스터커브 시험 기술: 원자로 압력용기용 저합금강의 중성자 조사취화특성 평가에 필수적인 T₀ 천이기준온도를 결정.
• J-R 파괴저항성시험: 원자로배관을 비롯한 압력기기의 파단전누설 설계를 위한 재료상수를 제공.
• 환경피로 시험: 경수로 수화학 환경 모사 시스템을 이용한 오스테나이트 스테인리스강 등  원자로 배관재의 안전해석 데이터 제공.
• ASME Code 및 FEM 계산을 이용한 안전여유도 해석: 압력용기 가압열충격 해석 및 배관 LBB 해석.
• 준비파괴적 미소시험 기술: 용접부 등, 시험편 채취가 어려운 좁은 부위의 기계적, 파괴적 특성 평가.
• Charpy 충격시험, 인장시험, 경도시험: 원자로 구조재 비조사 및 조사후 특성자료로 활용. 적용사례
• 천이기준온도 T0 결정, 마스터커브 시험 기술, 조사재 시험편 재생용접 기술, J-R 파괴저항성 시험 기술을 이용하여 2007년 고리1호기 원자로용기의 가압열충격 및 저인성 파괴에 대한 안전성 입증 시험 데이터 제공함. 이는 설계수명에 도달한 고리 1호기의 10년간 제1차 계속운전을 성공적으로 추진하는데 결정적인 기술적 배경이 됨.
• 고온 J-R 파괴저항성 시험기술, 고온 인장시험 기술, 미세조직 분석기술, 합금 전산설계 기술을 활용하여 한국형 원자로의 가압기 밀림관의 저인성 원인을 분석하고 개선 합금사양을 제시함. 연구결과는 한국전력기술(주)에서 한국형 표준원전 가압기밀림관 재료구매 특별사양으로 활용 중. 양질의 배관을 안정적으로 구매가 가능해 짐으로, 원전 건설의 경제성 및 안정성이 높아짐.

그림 2. 가압기 밀림관용 Type 347 스테인리스강 최적 합금조성 제시

Document ID: d20130028