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2019 | OriginalPaper | Buchkapitel

Study on Hold-Time Effects in Environmental Fatigue Lifetime of Low-Alloy Steel and Austenitic Stainless Steel in Air and Under Simulated PWR Primary Water Conditions

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Abstract

This paper summarizes the results of a research project on environmental effects on the fatigue lifetime of selected low-alloy steels and austenitic stainless steels. Results from investigations on the effect of hold times during fatigue in air, as well as under simulated PWR primary water conditions are presented. Strain controlled fatigue tests with low strain rates and low strain amplitudes have been performed in air using a low-alloy RPV steel as well as the stabilized austenitic stainless steel 347 and the non-stabilized austenitic stainless steel 304L. Similar strain controlled tests under simulated PWR primary coolant conditions were performed using the two above mentioned austenitic stainless steels. The fatigue cycling was performed at 240 °C whereas holds were applied at higher temperature (290 °C). The effect of hold periods is compared to reference tests without hold times and to the prediction based on NUREG/CR 6909, Rev. 1.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat O.K. Chopra, W.J. Shack, Effect of LWR coolant on the fatigue life of reactor materials. U.S. NRC, NUREG/CR-6909, ANL-06/08 (2006) O.K. Chopra, W.J. Shack, Effect of LWR coolant on the fatigue life of reactor materials. U.S. NRC, NUREG/CR-6909, ANL-06/08 (2006)
2.
Zurück zum Zitat A. Roth, B. Devrient, Environmental effects on fatigue—possible reasons for the apparent mismatch between laboratory test results and operational experience. FONTEVRAUD 7—Contribution of Materials Investigations to Improve the Safety and Performance of LWRs (2010) A. Roth, B. Devrient, Environmental effects on fatigue—possible reasons for the apparent mismatch between laboratory test results and operational experience. FONTEVRAUD 7—Contribution of Materials Investigations to Improve the Safety and Performance of LWRs (2010)
3.
Zurück zum Zitat J. Solin, J. Alhainen, E. Karabaki et al., Effects of hot water and holds on fatigue of stainless steel, in ASME 2016 Pressure Vessels and Piping Conference, V01AT01A021 (2016) J. Solin, J. Alhainen, E. Karabaki et al., Effects of hot water and holds on fatigue of stainless steel, in ASME 2016 Pressure Vessels and Piping Conference, V01AT01A021 (2016)
4.
Zurück zum Zitat J. Solin, S. Reese, H.E. Karabaki et al., Environmental fatigue factors (NUREG/CR-6909) and strain controlled data for stabilized austenitic stainless steel, in ASME 2013 Pressure Vessels and Piping Conference, V01AT01A021 (2013) J. Solin, S. Reese, H.E. Karabaki et al., Environmental fatigue factors (NUREG/CR-6909) and strain controlled data for stabilized austenitic stainless steel, in ASME 2013 Pressure Vessels and Piping Conference, V01AT01A021 (2013)
5.
Zurück zum Zitat J. Solin, S. Reese, H.E. Karabaki et al., Fatigue of stainless steel in simulated operational conditions: effects of PWR water, temperature and holds, in ASME 2014 Pressure Vessels and Piping Conference, V001T01A027 (2014) J. Solin, S. Reese, H.E. Karabaki et al., Fatigue of stainless steel in simulated operational conditions: effects of PWR water, temperature and holds, in ASME 2014 Pressure Vessels and Piping Conference, V001T01A027 (2014)
6.
Zurück zum Zitat J. Solin, S. Reese, H.E. Karabaki et al., Research on hold time effects in fatigue of stainless steel: simulation of normal operation between fatigue transients, in ASME 2015 Pressure Vessels and Piping Conference, V01AT01A030 J. Solin, S. Reese, H.E. Karabaki et al., Research on hold time effects in fatigue of stainless steel: simulation of normal operation between fatigue transients, in ASME 2015 Pressure Vessels and Piping Conference, V01AT01A030
7.
Zurück zum Zitat J. Solin, E. Karabaki, W. Mayinger, Effects of hot water and holds on fatigue of stainless steel, in Proceedings of the ASME 2016 Pressure Vessels and Piping Conference, PVP 2016, July 17–21, Vancouver, British columbia, Canada, PVP2016-63291 (2016) J. Solin, E. Karabaki, W. Mayinger, Effects of hot water and holds on fatigue of stainless steel, in Proceedings of the ASME 2016 Pressure Vessels and Piping Conference, PVP 2016, July 17–21, Vancouver, British columbia, Canada, PVP2016-63291 (2016)
8.
Zurück zum Zitat J.A. Le Duff, A. Lefrancois, J. Vernot, Effects of surface finish and loading conditions on the low cycle fatigue behaviour of austenitic stainless steel in PWR environment for various strain amplitude levels, Proceedings of ASME 2009 PVP(PVP2009-78129) J.A. Le Duff, A. Lefrancois, J. Vernot, Effects of surface finish and loading conditions on the low cycle fatigue behaviour of austenitic stainless steel in PWR environment for various strain amplitude levels, Proceedings of ASME 2009 PVP(PVP2009-78129)
9.
Zurück zum Zitat J.A. Le Duff, A. Lefrançois, J.P. Vernot, Effects of surface finish and loading conditions on the low cycle fatigue behavior of austenitic stainless steel in PWR environment: comparison of LCF test results with NUREG/CR-6909 life estimations, in ASME 2008 Pressure Vessels and Piping Conference, pp. 451–460 J.A. Le Duff, A. Lefrançois, J.P. Vernot, Effects of surface finish and loading conditions on the low cycle fatigue behavior of austenitic stainless steel in PWR environment: comparison of LCF test results with NUREG/CR-6909 life estimations, in ASME 2008 Pressure Vessels and Piping Conference, pp. 451–460
10.
Zurück zum Zitat J.A. Le Duff, A. Lefrançois, J.P. Vernot et al., Effect of loading signal shape and of surface finish on the low cycle fatigue behavior of 304L stainless steel in PWR environment, in ASME 2010 Pressure Vessels and Piping Division/K-PVP Conference, pp. 233–241 J.A. Le Duff, A. Lefrançois, J.P. Vernot et al., Effect of loading signal shape and of surface finish on the low cycle fatigue behavior of 304L stainless steel in PWR environment, in ASME 2010 Pressure Vessels and Piping Division/K-PVP Conference, pp. 233–241
11.
Zurück zum Zitat J.A. Le Duff, A. Lefrançois, J.P. Vernot, D. Bossu, Effect of loading signal shape and of surface finish on the low cycle fatigue behavior of 304L stainless steel in PWR environment. PVP2010-26027, in Proceedings of the ASME 2010 Pressure Vessels & Piping Conference PVP2010, Bellevue, Washington, USA, 18–22 July 2010 J.A. Le Duff, A. Lefrançois, J.P. Vernot, D. Bossu, Effect of loading signal shape and of surface finish on the low cycle fatigue behavior of 304L stainless steel in PWR environment. PVP2010-26027, in Proceedings of the ASME 2010 Pressure Vessels & Piping Conference PVP2010, Bellevue, Washington, USA, 18–22 July 2010
12.
Zurück zum Zitat M. Kammerer, K.-H. Herter, X. Schuler, Untersuchungen zu Belastungsparametern und Mediumseinfluss auf die Ermüdungsfestigkeit austenitischer und ferritischer Stähle einschließlich Schweißverbindungen, Abschlussbericht BMWi Vorhaben 1501459A (2017) M. Kammerer, K.-H. Herter, X. Schuler, Untersuchungen zu Belastungsparametern und Mediumseinfluss auf die Ermüdungsfestigkeit austenitischer und ferritischer Stähle einschließlich Schweißverbindungen, Abschlussbericht BMWi Vorhaben 1501459A (2017)
13.
Zurück zum Zitat A. Roth, M. Herbst, J. Rudolph et al., Environmental influences on the fatigue assessment of austenitic and ferritic steel components including welds, in Proceedings of the ASME 2014 Pressure Vessels & Piping Conference PVP2014 (2014) A. Roth, M. Herbst, J. Rudolph et al., Environmental influences on the fatigue assessment of austenitic and ferritic steel components including welds, in Proceedings of the ASME 2014 Pressure Vessels & Piping Conference PVP2014 (2014)
14.
Zurück zum Zitat J. Rudolph, P. Wilhelm, M. Kammerer, K.-H. Herter, X. Schuler, Verbundvorhaben: „Untersuchungen zum Einfluss bauteilrelevanter Beanspruchungen auf die Ermüdungsfestigkeit austenitischer und ferritischer Stähle einschließlich Schweißverbingungen“ AP8 „Entwicklung von Ansätzen für ein ingeniertechnisch handhabbares Berechnungskonzept“ (2017) J. Rudolph, P. Wilhelm, M. Kammerer, K.-H. Herter, X. Schuler, Verbundvorhaben: „Untersuchungen zum Einfluss bauteilrelevanter Beanspruchungen auf die Ermüdungsfestigkeit austenitischer und ferritischer Stähle einschließlich Schweißverbingungen“ AP8 „Entwicklung von Ansätzen für ein ingeniertechnisch handhabbares Berechnungskonzept“ (2017)
15.
Zurück zum Zitat H.-P. Seifert, S. Ritter, Environmentally-assisted cracking in austenitic light water reactor structural materials—final report of the KORA-I project. Report: Paul Scherrer Institute, 2009, Paul Scherrer Institute: Nuclear Energy and Safety Research Department, Villigen (Switzerland). PSI Report No. 09––03 (2009) H.-P. Seifert, S. Ritter, Environmentally-assisted cracking in austenitic light water reactor structural materials—final report of the KORA-I project. Report: Paul Scherrer Institute, 2009, Paul Scherrer Institute: Nuclear Energy and Safety Research Department, Villigen (Switzerland). PSI Report No. 09––03 (2009)
16.
Zurück zum Zitat H.-P. Seifert, S. Ritter, H.J. Leber, Corrosion fatigue crack growth behaviour of austenitic stainless steels under light water reactor conditions. Corros. Sci. 55, 61–75 (2012)CrossRef H.-P. Seifert, S. Ritter, H.J. Leber, Corrosion fatigue crack growth behaviour of austenitic stainless steels under light water reactor conditions. Corros. Sci. 55, 61–75 (2012)CrossRef
17.
Zurück zum Zitat H.-P. Seifert, S. Ritter, H. Leber, Effect of static load hold periods on the corrosion fatigue behaviour of austenitic stainless steels in simulated BWR environments, in Conference: 15th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Systems—Water Reactors, Colorado Springs (Colorado, USA). No. 0547, pp. 547–560, 7–11 Aug 2011CrossRef H.-P. Seifert, S. Ritter, H. Leber, Effect of static load hold periods on the corrosion fatigue behaviour of austenitic stainless steels in simulated BWR environments, in Conference: 15th International Conference on Environmental Degradation of Materials in Nuclear Systems—Water Reactors, Colorado Springs (Colorado, USA). No. 0547, pp. 547–560, 7–11 Aug 2011CrossRef
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Zurück zum Zitat E. Karabaki, M. Twite, J. Solin et al., Fatigue performance of stainless steels (304L, 347) in experiments simulating NPP operation with hold times, in ASME 2016 Pressure Vessels and Piping Conference, V01AT01A014 (2016) E. Karabaki, M. Twite, J. Solin et al., Fatigue performance of stainless steels (304L, 347) in experiments simulating NPP operation with hold times, in ASME 2016 Pressure Vessels and Piping Conference, V01AT01A014 (2016)
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Zurück zum Zitat E. Karabaki, J. Solin, M. Twite, M. Herbst, J. Mann, M. Grace Burke, Fatigue with hold times simulating NPP normal operation results for stainless steel grades 304L and 347, in Proceedings of the ASME 2017 Pressure Vessels & Piping Division Conference, PVP2017, PVP2017-66097 E. Karabaki, J. Solin, M. Twite, M. Herbst, J. Mann, M. Grace Burke, Fatigue with hold times simulating NPP normal operation results for stainless steel grades 304L and 347, in Proceedings of the ASME 2017 Pressure Vessels & Piping Division Conference, PVP2017, PVP2017-66097
20.
Zurück zum Zitat K. Kußmaul et al. Rißwachstum von rohrförmigen Komponenten mit Umfangsfehlern bei Innendruckbelastung und überlagertem wechselnden äußeren Biegemoment. Staatliche Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart. Abschlussbericht, MPA-Auftrags-Nr. 8530 00 000, Band 1, 04/1993 K. Kußmaul et al. Rißwachstum von rohrförmigen Komponenten mit Umfangsfehlern bei Innendruckbelastung und überlagertem wechselnden äußeren Biegemoment. Staatliche Materialprüfungsanstalt Universität Stuttgart. Abschlussbericht, MPA-Auftrags-Nr. 8530 00 000, Band 1, 04/1993
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Zurück zum Zitat M. Herbst, A. Roth, Untersuchungen zum Einfluss bauteilrelevanter Beanspruchungen auf die Ermüdungsfestigkeit austenitischer und ferritischer Stähle einschließlich Schweißverbindungen, Teilprojekt B: Untersuchungen zum Einfluss von Haltezeiten und Mediumseinfluss auf die Ermüdungsfestigkeit austenitischer und ferritischer Stähle, Abschlussbericht BMWi Vorhaben 1501459B (2017) M. Herbst, A. Roth, Untersuchungen zum Einfluss bauteilrelevanter Beanspruchungen auf die Ermüdungsfestigkeit austenitischer und ferritischer Stähle einschließlich Schweißverbindungen, Teilprojekt B: Untersuchungen zum Einfluss von Haltezeiten und Mediumseinfluss auf die Ermüdungsfestigkeit austenitischer und ferritischer Stähle, Abschlussbericht BMWi Vorhaben 1501459B (2017)
22.
Zurück zum Zitat J. Rudolph, P. Wilhelm, A. Roth, M. Herbst, M. Kammerer, K.-H. Herter, X. Schuler, Proposal for an improved engineering fatgue lifetime assessment concept, in Proceedings of the ASME 2016 Pressure Vessels and Piping Conference, PVP 2016, Vancouver, British columbia, Canada, PVP2016-63576, July 17–21, 2016 J. Rudolph, P. Wilhelm, A. Roth, M. Herbst, M. Kammerer, K.-H. Herter, X. Schuler, Proposal for an improved engineering fatgue lifetime assessment concept, in Proceedings of the ASME 2016 Pressure Vessels and Piping Conference, PVP 2016, Vancouver, British columbia, Canada, PVP2016-63576, July 17–21, 2016
Metadaten
Titel
Study on Hold-Time Effects in Environmental Fatigue Lifetime of Low-Alloy Steel and Austenitic Stainless Steel in Air and Under Simulated PWR Primary Water Conditions
verfasst von
M. Herbst
A. Roth
J. Rudolph
Copyright-Jahr
2019
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-030-04639-2_62

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.