KR101830532B1 - 원전 배관의 이종접합부 피더블유에스씨씨(pwscc) 저항성 개선을 위한 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관 용접부 내면에 냉각수 흘리거나 혹은 살수 장치를 이용하여 상온을 유지하는 단계와, 배관 용접부 외면은 500℃ 내지 600℃ 온도로 가열하는 단계와, 가열온도를 2시간 내외로 유지하는 단계와, 내면과 외면의 온도 차이(△T)는 400℃ 이상이 되도록 열처리하는 단계를 포함하는 방법으로, 배관 내면의 잔류응력분포를 개선하고 열처리에 의한 용접부 재료의 미세조직 개선을 통한 재료의 PWSCC 저항성을 향상시킬 수 있는 원전의 이종접합부 PWSCC 저항성 개선을 위한 열처리 방법에 관한 것이다.

Description

원전 배관의 이종접합부 피더블유에스씨씨(PWSCC) 저항성 개선을 위한 열처리 방법{Heat treatment method for improving resistivity of heterojunction in nuclear power plant}

본 발명은 배관 용접부 내면에 냉각수 흘리거나 혹은 살수 장치를 이용하여 상온을 유지하는 단계와, 배관 용접부 외면은 500℃ 내지 600℃ 온도로 가열하는 단계와, 가열온도를 2시간 내외로 유지하는 단계와, 내면과 외면의 온도 차이(△T)는 400℃ 이상이 되도록 열처리하는 단계를 포함하는 열처리 방법으로, 열처리 후 배관 내면의 잔류응력분포가 개선되고 열처리에 의한 용접부 재료의 미세조직 개선을 통한 재료의 PWSCC 저항성을 향상시킬 수 있는 원전의 이종접합부 PWSCC 저항성 개선을 위한 열처리 방법에 관한 것이다.

원전에는 탄소강-스테인리스강(Ni 합금용접)으로 구성된 이종접합부가 다수 존재한다.

이러한 이종접합부는 일차수 응력 부식 균열(primary water stress corrosion cracking, PWSCC)에 취약한 것으로 알려져 있다.

일차수 응력 부식 균열의 발생원인은 용접부의 높은 인장잔류응력, 취약한 재료 특성, 수화학 환경 등이 있다.

탄소강의 경우에 잔류응력 제거를 위해 용접 후 열처리가 수행되나 스테인리스 강의 경우에는 동종 용접 및 이종용접부 모두 재료의 예민화 문제로 후열처리가 수행되지 않는 실정이다.

용접부의 미세조직은 일반적인 합금600의 미세조직과는 상이하여 상대적으로 일차수 응력 부식 균열(PWSCC)에 취약하다.

한국공개특허공보 제10-2011-0074136호에는 고탄소강 용접부 후열처리방법에 관한 기술적 구성이 개시되어 있으나, 이는 스테인리스강을 포함하는 이종 금속 용접부와는 무관하다.

이와 대비되는 본 발명은 내면을 냉각시키고 외면을 가열하여 내면과 외면의 온도 차이(△T)를 400℃ 이상이 되도록 1.5 내지 3.5시간사이에서 열처리하여 배관 내면의 잔류응력분포를 개선하고 열처리에 의한 용접부 재료의 미세조직 개선을 통한 재료의 일차수 응력 부식 균열(PWSCC)에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 상승된 효과가 있다.

한국공개특허공보 제10-2015-0078802호에는 오스테나이트계 내열재료의 용접부 입계균열 방지를 위한 후열처리 방법에 관한 기술적 구성이 개시되어 있으나, 이와 대비되는 본 발명은 내면을 냉각시키고 외면을 가열하여 내면과 외면의 온도 차이(△T)를 400℃ 이상이 되도록 1.5 내지 3.5시간사이에서 열처리하여 배관 내면의 잔류응력분포를 개선하고 열처리에 의한 용접부 재료의 미세조직 개선을 통한 재료의 일차수 응력 부식 균열(PWSCC)에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 상승된 효과가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 탄소강과 스테인리스강이 접합된 이종접합부의 잔류응력분포를 개선하여 PWSCC(primary water stress corrosion cracking) 저항성을 높이고, 이종 접합부의 스테인리스강의 예민화가 발생하지 아니하는 이종 접합부의 후 열처리 방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 탄소강과 스테인리스강이 접합된 이종접합부의 외부에는 유도 가열 장치 또는 밴드 히터 등으로 가열하고 내부에는 물 또는 살수 장치로 냉각시켜 설정된 온도 차이를 설정된 시간 동안 유지하여 일차수 응력 부식 균열(PWSCC)에 대한 저항성을 높이고 재료의 미세조직을 개선할 수 있는 이종 접합부의 후 열처리 방법을 제공하는데 있다.

본 발명 과제의 해결 수단은 배관 내면의 잔류응력분포를 개선하고 열처리에 의한 용접부 재료의 미세조직 개선을 통한 재료의 일차수 응력 부식 균열(PWSCC)에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 후 열처리 방법에 있어서, 배관 용접부 외면을 500℃ 내지 600℃ 온도로 가열하는 단계와, 외면과의 온도 차이를 유지하기 위하여 배관 용접부 내면에 냉각수 흘리거나 혹은 살수 장치를 이용하여 상온을 유지하는 단계; 및 내면과 외면의 온도 차이(△T)를 400℃ 이상이 되도록 열처리하는 단계를 포함하는 원전의 이종접합부 PWSCC 저항성 개선을 위한 열처리 방법을 제공하는데 있다.

본 발명 또 다른 과제의 해결 수단으로 이종용접부 후열처리 방법은 이종용접부의 외면을 500℃ 내지 600℃ 사이에서 설정된 온도로 가열하여 1.5 내지 3.5시간 동안 유지하는 단계를 더 포함하는 이종용접부 후열처리 방법을 제공하는데 있다.

본 발명 또 다른 과제의 해결 수단으로 이종용접부 후열처리 방법은 신속한 가열이 가능한 유도 가열장치 또는 밴트 히터 가열장치로 이종용접부를 가열하도록 구성되어 있다.

본 발명은 용접후 열처리를 통해서 용접부의 미세조직 내에 일차수 응력 부식 균열(PWSCC)에 대한 저항성을 높여주는 석출물이 생성되는 유리한 효과가 있다.

또한 본 발명은 크랙 발생 관점에서 스테인리스강의 예민화가 발생하지 아니하면서 후 열처리 이전보다 일차수 응력 부식 균열에 대한 높은 저항성을 보인다.

도 1은 재료의 미세구조 개선을 위한 이종용접부의 일차수 응력 부식 균열 저감을 위한 이종용접부 후열처리를 위한 가열시간 및 온도를 도시한 것이다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 살펴본다.

본 발명은 배관 용접부 외면은 500℃ 내지 600℃ 온도로 가열하는 단계와, 배관 용접부 내면에 냉각수 흘리거나 혹은 살수 장치를 이용하여 상온을 유지하는 단계와, 외면을 가열하면서 내면을 냉각시켜 내면과 외면사이의 온도차이(△T)를 400℃ 이상이 되도록 유지시켜 1.5 내지 3.5시간 동안 유지하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 후열처리 후 이종용접부는 잔류응력분포가 개선되고 열처리에 의한 용접부 재료의 미세조직 개선을 통한 재료의 일차수 응력 부식 균열(PWSCC)에 대한 저항성이 크게 향상된 효과가 있다.

이종접합부의 탄소강과 스테인리스강의 접합부 외측에 가하는 온도를 600℃ 이하에서 열처리를 수행하므로 스테인리스강의 예민화가 발생하지 않았다.

본 발명의 구체적인 실시 예를 살펴본다.

<실시 예>

본 발명의 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다.

원전에는 탄소강-스테인리스강(Ni 합금용접)으로 구성된 이종접합부가 다수 존재한다.

이러한 이종접합부는 일차수 응력 부식 균열(primary water stress corrosion cracking, PWSCC)에 취약한 것으로 알려져 있다.

탄소강의 경우에 잔류응력 제거를 위해 용접 후 열처리가 수행되나 스테인리스 강의 경우에는 동종 용접 및 이종용접부 모두 재료의 예민화 문제로 후열처리가 수행되지 않는 실정이다.

용접부의 미세조직은 일반적인 합금600의 미세조직과는 상이하여 상대적으로 일차수 응력 부식 균열(PWSCC)에 취약하다.

본 발명은 종래에 노출된 문제점들을 고려하여 이종용접부의 후열처리를 통해서 이종용접부의 탄소강의 잔류응력을 제거하고 스테인리스강의 재료 예민화 문제를 해결하기 위하여 후 열처리 시 용접부 외측에 가하는 열처리 온도를 600℃ 이하에 수행하는 것이 바람직하다.

후 열처리 온도를 600℃ 이하에서 수행함에 의하여 검사 결과 예민화는 발생하지 않았다.

본 발명에 따른 기술적 구성을 살펴본다.

배관의 이종용접부의 외면을 500℃ 내지 600℃ 사이에서 설정된 온도로 가열하는 단계를 포함한다.

배관의 이종용접부의 외면을 500℃ 내지 600℃ 사이에서 설정된 온도로 설정된 시간동안 유지하는 단계를 포함한다.

이종용접부의 외면을 500℃ 내지 600℃ 온도로 유지하는 동안에 용접부 내면을 냉각수를 흘리거나 혹은 살수 장치를 이용하여 살수하여 냉각(상온) 상태를 유지하는 단계를 포함한다.

후 열처리를 위하여 이종용접부에 열을 가하는 설정된 시간은 1.5 내지 3.5시간사이에서 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 이종용접부 후 열처리는 외면은 가열장치로 가열하고, 내면은 냉각수를 흘리거나 혹은 살수 장치를 이용하여 살수하여 냉각시켜 외면과 내면의 온도 차이(△T)는 400℃ 내지 500℃ 를 유지하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 이종용접부의 외면은 신속한 가열이 가능한 통상의 유도 가열장치 또는 밴드 히터를 포함하는 가열 장치를 이용하여 가열하여 500℃ 내지 600℃ 사이에서 설정된 온도를 유지하고, 내면은 냉각수 혹은 살수 장치를 이용하여 냉각(상온) 상태를 유지할 경우에 이종용접부의 미세조직 내에 일차수 응력 부식 균열(PWSCC) 저항성을 높여주는 석출물이 생성됨과 동시에 크랙을 방지 효과가 발생한다.

이종용접부 내면을 냉각하는 단계는 0℃ 내지 50℃ 정도가 바람직하나, 이를 벗어날 수도 있다.

열처리 후 검사결과 스테인리스강의 예민화는 발생하지 아니하였다.

본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 본 발명에 따른 재료의 미세구조 개선을 위한 이종용접부의 일차수 응력 부식 균열 저감을 위한 이종용접부 후열처리 방법의 기술적 구성을 요약 정리한다.

배관의 이종용접부의 외면을 가열장치를 이용하여 500℃ 내지 600℃ 사이의 설정된 온도로 가열하는 단계를 포함하고, 배관의 이종용접부의 외면을 500℃ 내지 600℃ 사이에서 설정된 온도로 설정된 시간동안 유지하는 단계를 포함한다.

또한, 이종용접부의 외면을 가열하면서 설정된 온도로 유지하는 동안에 용접부 내면을 냉각 장치로 냉각하여 설정된 온도를 유지하는 단계를 포함한다.

본 발명의 이종용접부 후열처리 방법은 이종용접부의 외면을 500℃ 내지 600℃ 사이에서 설정된 온도로 가열하여 1.5 내지 3.5시간 동안 유지하는 단계를 포함한다.

이종용접부 후열처리 방법은 이종용접부의 외면을 가열 장치를 이용하여 500℃ 내지 600℃ 사이에서 설정된 온도를 유지하는 동안에 내면은 냉각수 혹은 살수 장치를 이용하여 상온 상태를 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다.

외면은 가열하고 내면은 냉각시켜 외면과 내면의 온도 차이(△T)를 400℃ 내지 500℃ 사이에서 유지하는 것이 바람직하다. 이러한 수치는 하한과 상한 범위에서 다소 벗어날 수도 있다.

본 발명에 따른 이종용접부 후열처리 방법은 효율적으로 처리하기 위하여 이종접합부의 경계면에 차폐링을 설치하고, 탄소강 부분과 스테인리스강 부분의 열처리 온도를 달리하여 열처리하도록 구성할 수 있다.

이종접합부의 경계면에 차폐링을 설치하고, 유도 가열장치를 이용하여 탄소강 부분은 높은 에너지를 공급하고, 열에 예민한 스테인리스강 부분은 탄소강보다 낮은 에너지를 공급하여 열처리하도록 구성할 수 있다.

유도 가열장치의 경우에 차폐링을 기준으로 각각의 가열을 위하여 설치된 코일에 공급되는 신호의 주파수, 진폭 및/또는 펄스폭을 가변시켜 서로 다른 에너지를 공급할 수 있다.

실험 결과 이종용접부 후열처리 결과에 따른 저항성 개선에 따른 내구성이 30% 이상 증가한 것으로 나타났다.

본 발명은 배관 용접부 내면에 냉각수 흘리거나 혹은 살수 장치를 이용하여 상온을 유지하는 단계와, 배관 용접부 외면은 500℃ 내지 600℃ 온도로 가열하는 단계와, 가열온도를 1.5 내지 3.5시간 동안 유지하는 단계와, 내면과 외면의 온도 차이(△T)는 400℃ 이상이 되도록 열처리하는 단계를 포함하는 방법으로, 배관 내면의 잔류응력분포를 개선하고 열처리에 의한 용접부 재료의 미세조직 개선을 통한 재료의 PWSCC 저항성을 향상시킬 수 있는 원전의 이종접합부 PWSCC 저항성 개선을 위한 열처리 방법을 제공하여 용접부의 균열을 방지하고 내구성을 향상시킬 수 있으므로 산업상 이용가능성이 매우 높다.

Claims (6)

1. 미세조직 개선을 통한 재료의 PWSCC 저항성을 향상시킬 수 있는 이종용접부 후열처리 방법에 있어서,
   배관의 이종용접부의 외면을 가열장치를 이용하여 500℃ 내지 600℃ 사이의 설정된 온도로 가열하는 단계;
   이종용접부의 외면을 설정된 온도로 유지하는 동안에 용접부 내면을 냉각 장치로 냉각하여 설정된 온도를 유지하는 단계;
   배관의 이종용접부의 외면을 가열하고 내면을 냉각시키되, 외면과 내면의 온도 차이를 설정된 온도로 설정된 시간동안 유지하는 단계; 및
   이종접합부의 경계면에 차폐링을 설치하고, 탄소강 부분과 스테인리스강 부분의 열처리 온도를 달리하여 열처리하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 이종용접부 후열처리 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   이종용접부 후열처리 방법은 외면과 내면의 온도 차이(△T)를 400℃ 내지 500℃ 사이에서 설정된 온도로 가열하여 1.5시간 내지 3시간 사이의 설정된 시간으로 유지함을 특징으로 하는 이종용접부 후열처리 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   이종용접부 후열처리 방법은 이종용접부의 외면을 가열 장치를 이용하여 500℃ 내지 600℃ 사이에서 설정된 온도를 유지하는 동안에 내면은 냉각수를 흘리거나 혹은 살수 장치를 이용하여 냉각시켜 상온 상태를 유지함을 특징으로 하는 이종용접부 후열처리 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   가열장치는 신속한 가열이 가능한 유도 가열장치 또는 밴트 히터 가열장치임을 특징으로 하는 이종용접부 후열처리 방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   이종용접부 후열처리 방법은 이종접합부의 경계면에 차폐링을 설치하고, 유도 가열장치를 이용하여 탄소강 부분은 높은 에너지를 공급하고, 열에 예민한 스테인리스강 부분은 탄소강보다 낮은 에너지를 공급함을 특징으로 하는 이종용접부 후열처리 방법.

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