• 제목/요약/키워드: Cladding embrittlement

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Zircaloy-4에서 산화가 기계적 성질에 미치는 영향에 대한 연구 (A Study of the Effect of Oxidation on the Mechanical Properties of Zircaloy-4)

  • 고진현;김상호;황용화
    • 한국표면공학회지
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    • 제35권5호
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    • pp.312-318
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    • 2002
  • A study on the change of mechanical properties and oxidation behavior of Zircaloy-4 fuel cladding after exposing at 90$0^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$ for various periods of exposure time under the steam atmosphere was carried out. The growth of the $ZrO_2$ layer combined with an oxygen-rich-phase layer into the Zircaloy tube material can be described by an expression, E = 1.1√Dt + $2 $\times$ 10^{-4}$ . The tensile strength of Zircaloy tubes increased for a short period of exposure time and decreased rapidly with further exposure while the hoop strength was not decreased greatly. In the meantime, the axial and circumferential elongations of oxidized Zircaloy tubes were decreased drastically with increasing exposure time as a result of embrittlement phenomena.

IRRADIATION EFFECTS OF HT-9 MARTENSITIC STEEL

  • Chen, Yiren
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제45권3호
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    • pp.311-322
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    • 2013
  • High-Cr martensitic steel HT-9 is one of the candidate materials for advanced nuclear energy systems. Thanks to its excellent thermal conductivity and irradiation resistance, ferritic/martensitic steels such as HT-9 are considered for in-core applications of advanced nuclear reactors. The harsh neutron irradiation environments at the reactor core region pose a unique challenge for structural and cladding materials. Microstructural and microchemical changes resulting from displacement damage are anticipated for structural materials after prolonged neutron exposure. Consequently, various irradiation effects on the service performance of in-core materials need to be understood. In this work, the fundamentals of radiation damage and irradiation effects of the HT-9 martensitic steel are reviewed. The objective of this paper is to provide a background introduction of displacement damage, microstructural evolution, and subsequent effects on mechanical properties of the HT-9 martensitic steel under neutron irradiations. Mechanical test results of the irradiated HT-9 steel obtained from previous fast reactor and fusion programs are summarized along with the information of irradiated microstructure. This review can serve as a starting point for additional investigations on the in-core applications of ferritic/martensitic steels in advanced nuclear reactors.

Axial strength of Zircaloy-4 samples with reduced thickness after a simulated loss of coolant accident

  • Desquines, Jean;Taurines, Tatiana
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제53권7호
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    • pp.2295-2303
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    • 2021
  • To investigate wall-thinning impact on axial load resistance of Zircaloy-4 cladding rods after a LOCA transient, axial tensile samples have been machined on as-received tubes with reduced thicknesses between 370 and 580 ㎛. After high temperature oxidation under steam at 1200 ℃ with measured ECR ranging from 10 to 18% and water quenching, machined samples were axially loaded until fracture. These tests were modeled using a fracture mechanics approach developed in a previous study. Fracture stresses are rather well predicted. However, the slightly lower fracture stress observed for wall-thinned samples is not anticipated by this modeling approach. The results from this study confirm that characterizing the axial load resistance using semi-integral tests including the creep and burst phases was the best option to obtain accurate axial strengths describing accurately the influence of wall-thinning at burst region.

고온, 수증기 속에서 산화된 질칼로이-4 핵연료 피복관의 변형 특성에 관한 연구 (Deformation Characteristics of Zircaloy-4 Fuel Cladding due to Oxidation in Environment of High Temperature and Steam)

  • Jung, Sung-Hoon;Suh, Kyung-Soo;Kim, In-Sup
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제18권3호
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    • pp.218-227
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    • 1986
  • 가상적인 냉각제 상실 사고시의 조건하에 일어날 수 있는 취약화 현상에 대한 자료를 얻기 위하여 고온의 수중기 분위기에서 Zircaloy-4 핵연료피복관의 산화거동과 기계적성질 변화에 대한 연구를 수행하였다. 시편은 캔두형핵연료 피복관으로 사용되는 질칼로이 튜브를 사용하였으며 냉각제 상실 사고시 야기될 수 있는 수중기 분위기속 90$0^{\circ}C$와 1,00$0^{\circ}C$에서 유지시간을 변경하여 가면서 산화시켰다. 질칼로이 피복관의 표면과 내부에서 ZrO$_2$$\alpha$상의 형성속도 E는 온도와 시간의 함수인 E=1.1√Dt+0.002로 나타났다. 여기서 D는 온도에 의존하는 화산계수임. 시편에 대한 인장강도, 후프강도 및 연신율을 측정한 결과 단시간 산화된 시편의 인장강도는 원래의 피복관에 비해 처음에는 약간 증가하다가 계속되는 유지 시간에 따라 감소하였다. 후프강도는 유지 시간에 따라 많이 감소하지 않았으며 외경 방향의 인장율을 급격히 감소하였다. 피복관의 선택 방위 측정 결과 원래의 피복관 입자는 대부분이 기저면(0001)에 대한 극축이 외경 방향에 평행하게 놓였었으나 1,00$0^{\circ}C$에서 열처리한 경우는 극축이 외경 방향에 수직으로 변경됨을 알 수 있었으며 이러한 결정면의 방위분포 결과가 후프강도의 유지에 기여하는 것으로 추측되었다.

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가압열충격 사고시 클래스 하부균열 안전성 평가 방법에 관한 연구 (A Study on the Integrity Evaluation Method of Subclad Crack under Pressurized Thermal Shock)

  • 구본걸;김진수;최재봉;김영진
    • 대한기계학회:학술대회논문집
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    • 대한기계학회 2000년도 추계학술대회논문집A
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    • pp.286-291
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    • 2000
  • The reactor pressure vessel is usually cladded with stainless steel to prevent corrosion and radiation embrittlement, and number of subclad cracks have been found during an in-service-inspection. Therefore assessment for subclad cracks should be made for normal operating conditions and faulted conditions such as PTS. Thus, in order to find the optimum fracture assessment procedures for subclad cracks under a pressurized thermal shock condition, in this paper, three different analyses were performed, ASME Sec. XI code analysis, an LEFM(Liner elastic fracture mechanics) analysis and an EPFM(Elastic plastic fracture mechanics) analysis. The stress intensity factor and the Maximum $RT_{NDT}$ were used for characterizing. Analysis based on ASME Sec. XI code does not completely consider the actual stress distribution of the crack surface, so the resulting Maximum allowable $RT_{NDTS}$ can be non-conservative, especially for deep cracks. LEFM analysis, which does not consider elastic-plastic behavior of the clad material, is much more non-conservative than EPFM analysis. Therefore, It is necessary to perform EPFM analysis for the assessment of subclad cracks under PTS.

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사용후핵연료의 장기 건식 건전성 성능과 주요 열화 기구에 관한 고찰 (Review on Spent Nuclear Fuel Performance and Degradation Mechanisms under Long-term Dry Storage)

  • 김주성;국동학;심지형;김용수
    • 방사성폐기물학회지
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    • 제11권4호
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    • pp.333-349
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    • 2013
  • 최근 국내에서도 원전 부지 내에 건설된 습식저장조의 용량이 곧 포화될 것으로 예상되어 사용후핵연료의 건식저장에 관한 논의가 활발하다. 이 논문에서는 앞으로 다양하게 논의될 저장시스템의 안전성과 함께 장기 건식저장 시 발생하는 사용후핵연료의 특성 및 건전성 변화에 대해 이제까지 국내외에서 연구 보고된 내용들을 면밀히 검토하고 향후 추구해야 할 연구방향을 제시하고자 하였다. 조사 결과 건식저장 기간 동안 진행될 수 있는 여러 피복관 열화기구 중에서 가장 대표적인 기구는 크립 변형과 수소화물에 의한 영향이었으며, 이들이 사용후핵연료 장기 건식저장 시 규제기술기준의 주요 근간을 이루고 있는 것으로 분석되었다. 한편 과거에는 피복관의 크립 변형이 가장 중요한 열화기구로 평가되었으나, 최근의 연구 결과를 통해 수소화물에 의한 영향이 더 심각한 것으로 드러났고 이는 미국의 규제기준과 새로운 온도 범위를 제시하고 있는 일본의 규제기준에서 확인할 수 있었다. 그러나, 아직까지 수소화물에 의한 영향이 발생하는 응력과 온도 조건을 명확히 규명할 수 있는 연구 자료가 충분하지 못하며, 나아가 사용후핵연료의 취급 시 거동에 대한 연구도 지속적으로 수행해야 할 부분으로 드러났다. 따라서 국내 사용후핵연료 특성에 맞는 건식저장조건을 수립하기 위해서는 국내에서도 본격적인 연구를 통해 이들 자료에 대한 충분한 생산과 평가 및 분석이 뒤따라야 할 것으로 판단된다.

Application of the French Codes to the Pressurized Thermal Shocks Assessment

  • Chen, Mingya;Qian, Guian;Shi, Jinhua;Wang, Rongshan;Yu, Weiwei;Lu, Feng;Zhang, Guodong;Xue, Fei;Chen, Zhilin
    • Nuclear Engineering and Technology
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    • 제48권6호
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    • pp.1423-1432
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    • 2016
  • The integrity of a reactor pressure vessel (RPV) related to pressurized thermal shocks (PTSs) has been extensively studied. This paper introduces an integrity assessment of an RPV subjected to a PTS transient based on the French codes. In the USA, the "screening criterion" for maximum allowable embrittlement of RPV material is developed based on the probabilistic fracture mechanics. However, in the French RCC-M and RSE-M codes, which are developed based on the deterministic fracture mechanics, there is no "screening criterion". In this paper, the methodology in the RCC-M and RSE-M codes, which are used for PTS analysis, are firstly discussed. The bases of the French codes are compared with ASME and FAVOR codes. A case study is also presented. The results show that the method in the RCC-M code that accounts for the influence of cladding on the stress intensity factor (SIF) may be nonconservative. The SIF almost doubles if the weld residual stress is considered. The approaches included in the codes differ in many aspects, which may result in significant differences in the assessment results. Therefore, homogenization of the codes in the long time operation of nuclear power plants is needed.