“KEPIC 적용사례” 발행을 위한

원전 미지정 재료 P-No. 등가표 개발

대한전기협회 2016 KEPIC-Week2016.8.30 ~ 9.2제주 라마다프라자호텔

* 한전KPS㈜ 기술연구원** 한국기계연구원 부설 재료연구소*** 대한전기협회 KEPIC처

* ** ***

조홍석, 이상훈, 손명성

2016. 9. 1

연구목적

미지정재료 용접인정 기준

미지정재료 적용 현황

미지정재료 용접인정 사례

P-No. Equivalent Table개발 방법론

검토사항

“KEPIC” : Korea Electric Power Industry Code(전력산업기술기준)

KEPIC 미지정 재료 P-No. Equivalent Table개발 및 KEPIC 등재

원전의 경제적 운영에 기여장기 가동원전의 현안사항 해결

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순 서

개요 - 용어 정의, 연구 필요성1

2

3

4

5

미지정 재료 용접인정 기준

미지정 재료 적용 현황

미지정 재료 용접인정 사례

6 결론

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P-No. Equivalent Table개발 방법론

지정 재료(Assigned Material) : KEPIC QW-420, 422

• 요구되는 WPS의 인정 횟수를 줄이기 위하여 재료의 화학성분, 용접성, 기계적 성

질 등의 특성에 따라 P-Number를 지정한 모재

개요 - 용어 정의

모재 종류 P-Number

강합금강

P-No. 1~15F

알루미늄알루미늄합금

P-No. 21~26

동동합금

P-No. 31~35

모재 종류 P-Number

니켈니켈합금

P-No. 41~49

티타늄티타늄합금

P-No. 51~53

지르코늄지르코늄합금

P-No. 61~62

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미지정 재료(Unassigned Material) : KEPIC QW-424

• KEPIC QW-422에 표시되지 않은 모재

• 예) BS-1503-161-32A는 KEPIC MDF A 105와 유사하지만 미지정 재료로 분류됨

• 미지정 재료의 용접을 위해서는 개별적으로 용접절차인정을 받아야 하고,

• 해당 WPS/PQR에 모재의 규격, 종류와 기호 또는 화학성분과 기계적 특성을 기록

하여야 함

A미지정재료

B미지정재료

P-No. Equivalent

A미지정재료

B미지정재료

WPS/PQR WPS/PQR WPS/PQR

WPS/PQR

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개요 - 용어 정의

국내 가동원전 적용 건설 기술기준

개요 - 연구 필요성

WEC CE(OPR-1000) CANDU Framatome OPR/APR

노형 PWR PHWR PWR

대상호기고리 1∼4호기한빛 1, 2호기

한빛 3∼6호기,한울 3, 4호기

월성 1∼4호기 한울 1, 2호기한울 5, 6호기

부터~

기술기준 ASME CSA RCC-M KEPIC

가동원전 중 일부 KEPIC(ASME) 외 타 규격 (DIN, NF, BS, JIS, KS) 재료 사용

미지정재료에대한보수/교체작업발생시동일재료확보가어렵고, 용접절차인정과정

이복잡하여시간과비용과다발생

KEPIC-MQ에서는 P-No.로지정되지않은타규격의미지정재료에대한용접성불인정

(단, 동일미지정재료에대한 WPS/PQR 확보시적용가능)

P-No. Equivalent Table개발 KEPIC 등재

Solution

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최근 원안위 현안 설명 및 권고사항(원자력안전과-2621, 2014.08.29)

• 재료 일치를 위한 ASME Code와 타 코드간 합치화 방안 구축

• RCCM Code와 ASME Code의 재료 표기방법이 달라서 발생하는 것으로 모재

간의 변환 테이블이 없어, 용접절차시방서에 재료규격이 일치하지 않는 경우

가 있음

• 모재 변환 테이블을 작성하거나 하나의 Code에 맞게 용접절차시방서를 작성

할 필요가 있음

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개요 - 연구 필요성

KEPIC QW-420, 422, 424

• 모재의 구분, 미지정 재료의 정의, 용접절차시방서 인정용 모재

미지정재료용접인정기준

ASME Code Interpretation : IX-89-05, IX-89-41, IX-95-22

• 서로 규격이 다른 동일한 미지정 재료의 정의 : 화학조성, 기계적 특성

• 미지정 재료 적용을 위한WPS/PQR 요건 : 규격, 종류, 등급, 화학조성, 기계적 특성

명시 및 동등성 확인

ASME Sec. IX (2011Add.), App. J, Guideline for Requesting P-number

Assignment for Base Metals not Listed in QW/QB-422

• Roadmap for P-No. Assignment

• 적용 제품

• 재료 Spec., Grade, Class, Type

• 화학조성, 기계적 물성

• 용접성 데이터

-> BPV IX Committee 제출

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보수/교체 절차 및 개선안

지정재료화

현행

개선

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미지정재료용접인정기준

미지정재료적용현황

국내 원전 미지정 재료 적용 현황

발전소건설

기술기준대상 기기 재료 규격 비 고

한울 1, 2호기 RCC-M

주요 기기 RCC-M Sec. II

일부 JIS와API 규격 사

용열교환기 내장재, 대용량 펌프 NF

일반기기용 재료 ASTM

고리 1호기ASME Sec.III 1968 Ed.

주요 기기 ASME Sec. II

2017.6영구정지

Containment vessel &reinforcing plate

BS 1501-223 Gr.

Condensate storage tankplate

BS 2654 part 1clause 6

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한울 1, 2호기 미지정 재료 현황

미지정재료적용현황

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재질 제작방법RCC-M / JIS

비고분류번호 상세사양

Carbon Steel

Casting M1111 등 4종 20MN5M 등 2종

AFNORForging M1121 등 2종 A42 등 3종

Plate M1131 등 2종 A42CP 등 7종

PipeM1141 등 4종 TU42C 등 4종

G3106 등 2종 SM41B 등 2종 JIS

Low Alloy Steel

Forging M2111 등 10종 16MND5

AFNORPlate M2121/A 등 9종 16MND5

기타 M2141 등 2종 16MND5

Ni-Cr-MoSteel

Bolting M2311 등 2종 40NCDV7.03AFNOR,

Pipe M2321 20NCD14.7

Cr-Mo Steel Bolting M2411 등 2종 42CD4 AFNOR

Martensitic S.S Casting M3201 Z5CND13.04 AFNOR

한울 1, 2호기 미지정 재료 현황

미지정재료적용현황

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재질 제작방법RCC-M / JIS

비고분류번호 상세사양

Austenitic S.S

Forging M3301 Z6CN18.10 등 5종

AFNOR,

Heat Exchangers M3303 Z2CN18.10 등 4종

Pipe M3304 Z6CN18.10 등 5종

Forged ExtrudedPipe

M3305 Z3CND17.12

Rolled Bar M3306 Z2CN18.10 등 5종

Plate M3307 Z5CN18.10 등 6종

Class 2 Tube Plate M3311 Z2CN18.10

Ni-Cr-Fe AlloySpecial Alloy M4101 등 3종 NC15Fe AFNOR

Pipe G3460 STPL 46 JIS

Misc. Rolled or Forged Bar M5110 등 2종 XC18 등 7종 AFNOR

재료 확보에 장기간 소요, WPS/PQR 승인 절차 복잡, 해당 재료에 한정

한울 1, 2호기 Personal Hatch 개선 공사('2008.8~2009.3)• 미지정 재료 : NF P235TR1 외 7종

• 가동중검사 및 보수교체 기술기준 : KEPIC MI

• NF 재료 수입(3개월 소요)구매 -> PQT, WPS 개발 -> RCCM에 따라 BV(프랑스 선급) 입회,WPS/PQR 승인 -> KEPIC MI에 따라 국내 ANI WPS/PQR 검토/승인 : 총 6개월 소요

미지정재료용접인정사례

Issues

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한울 2호기 붕산주입탱크 격리밸브 교체 공사(2016.5.19~5.27)• 미지정 재료 : Z2CND18.12 N2, Z2CN18.10

• ASME Code Interpretation IX-89-05에 의거 SA312 TP304L, SA312 F316L재료와 합치화

• SA312 TP304L, SA312 F316L재료 PQR 적용 -> WPS 작성/승인 -> 시공

한울 2호기 노심열전대 밀봉장치 개선 공사(2016.5.13~6.17)• 미지정 재료 : CETNA, Conduit Seal(RCC-M3306,Z2CN18.10 N2)

• NF 재료 구매 -> PQT, WPS 개발 -> KEPIC MI에 따라 국내 ANI WPS/PQR 검토/승인

한울 2호기 디젤냉각수 배관 교체 공사(2016.5.9~6.25)• 미지정 재료 : JIS STPG410

• JIS 재료 구매 -> PQT, WPS 개발 -> KEPIC MI에 따라 국내 ANI WPS/PQR 검토/승인

P-No. Equivalent Table개발방법론

Equivalent Table 개발 절차

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P-No. Equivalent Table개발방법론

화학 조성 분석

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C Si Mn P S Cr Ni Cu Mo Nb VCE

(IIW) 비고

MDF A36SA36

0.25 0.40 <1> 0.04 0.05 - - - - - - - KEPICASME0.15 0.18 0.87 0.021 0.006 0.01 0.01 0.01 0.002 0.001 0.001 0.30

E24.3 0.18 - 1.20 0.045 0.045 - - - - - - AFNOR

10025S235JR 0.15 0.18 0.87 0.021 0.006 0.01 0.01 0.01 0.002 - - 0.30 EN

D3515SM400A 0.15 0.18 0.87 0.021 0.006 - - - - - - 0.30 KS

JIS

※ CE(IIW) = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 기계적 특성 분석

t (mm) Yield Strength(MPa)

TensileStrength (MPa) Elongation (%) P-No.

MDF A36SA36

t ≤ 200 ≥ 250 400 - 550 ≥ 231.1

30 322 498 26

E24.3 - 235 360 23 1.1

10025 S235JR16 < t < 40 ≥ 225 360 - 510 ≥ 26

1.120 329 480 32

D3515 SM400A 20 283 452 30 1.1

Ref. : ASTM Handbook of Comparative World Steel Standards 4th Edition, Mill Sheet

P-No. Equivalent Table개발방법론

용접성 평가

• 저온균열시험 : Implant Test (KS B ISO 17642-1, 2, 3)

• 탄소강의 저온균열감수성 평가

• 응력-파단 소요시간, 용접부 미세조직, 경도, 파면 비교

• 최소 입열량, 최저 예열온도, 최저 유지온도, 최대 확산성 수소량, 임계응력 평가 가능

저온균열시험 개념도 저온균열시험 장치 (KIMS 보유)

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P-No. Equivalent Table개발방법론

용접성 평가

• 고온균열시험 : Varestraint Crack Test (AWS B4.0:2007)

• 스테인리스강의 고온균열감수성 평가

• 균열발생 위치, 형상, 미세조직 비교

• 최대 균열길이, 총 균열 수, 총 균열 길이, 균열 발생 한계 스트레인 평가

고온균열시험 개념도 고온균열시험 장치 (KIMS 보유)

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P-No. Equivalent Table개발방법론

Equivalent Table(예)

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구분KEPICASME

NF EN DIN KS P-No

CS

Plate

MDF A 36SA 36

A35-501E24.3

10025S235JR

171001.0044

D3515SM400A

1.1

MDF A 516SA 516

Gr.60A36-205A42AP

10028P265GH

171351.0435

D3540SGV410

1.1

Gr.70A36-205A52AP

10028P355GH

171351.0435

D3540SGV480

1.2

PipeMDF A 106SA 106

Gr.AA49-213TU37C

171751.0305

D3570SPHT380

1.1

Gr.BA49-213TU42C

171751.0405

D3570SPHT420

1.1

STS

PlateMDF A 240SA 240

TP304 A36-20910088

X5CrNi18-10

174401.4301

D3705STS304

8.1

PipeMDF A 312SA 312

TP304 A36-230174401.4301

D3576STS304TP

8.1

P-No. Equivalent Table개발방법론

KEPIC 적용사례 발행 및 승인 절차

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국내 가동원전 보수/교체시미지정재료에 의한 현안사항발생

• P-No.로 지정되어 있지 않은 미지정 재료에 대한 용접성 불인정

• 동일 재료 확보가 어렵고, WPS/PQR 개발에 시간과 비용 과다 발생

• 원안위 권고사항(원자력안전과-2621, 2014.8.29) ASME Code와 타 코드간

합치화 방안 구축 필요

결론

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미지정 재료 P-No. Equivalent Table개발 방법론제안

• KEPIC 기준에서 용접인정을 위한 지정재료 분류기준은 재료의 화학성분과 용

접성에 기초하고 있음

• 미지정 재료와 지정재료의 화학조성, 기계적 물성, 용접성 비교 분석을 통한

Equivalent Table 작성

향후 Equivalent Table KEPIC 등재 추진 : 대한전기협회에서 주관

21

경청해주셔서감사합니다 !!!

ISO/TR-15608, 2005, Welding - Guidelines for a Metallic Materials

Grouping System

• 재료의 분류 체계 제시

• 개별 재료 각각에 대하여 P-No. 를

지정하지 않고 동일한 그룹으로 구분할 수

있는 기준만을 제시함

• 동일한 용접성을 가질 경우 생산 모재와

다른 규격의 PQ 재료에 대해서도 인정이

가능함

Appendix

ASME의 동향

• S-No.와 P-No.의 통합(ASME 2007 Ed., 2009 Add)

• ASME Sec. IX QW-422개정(2010 Ed.) : 각 재료별 ISO-15608 그룹번호 부여

Appendix

❏ 탄소강 재질 규격별 대체적용재료 구매 추진

선정 기준

• 한울1,2 적용 NF 재료를 기준으로 제작품 형상, 기계적 강도 및 화학성분 분류

NF 규격 재료 구매의 어려움으로 1,2차 분리 구매 추진

• 1차 구매: KEPIC, EN, DIN, KS 규격 재료, 4월 중 구매발주

• 2차 구매: NF 규격 재료, SA-106 Gr.A -> 프랑스 현지구매 추진, 대체재료 확인 중

Appendix