This study evaluated hydrogen effect of metal and non-metallic materials used in the hydrogen blended natural gas vehicle. Hydrogen penetrated concentration of 34Cr-Mo steel(850MPa tensile strength) for winter driving conditions was measured 0.0018ppm and summer driving conditions was 5.3ppm. The critical hydrogen concentration of high strength metal used in this study was measured 1.03ppm by CLT. Therefore, 34CrMo steel cas cause problems in the 30% HCNG(25MPa) environment. In case of the test for non-metallic materials, all materials met the criteria of the gas resistance test, but Fluorocarbon Rubber material had a significant change in the volume. So if it is used, extra care is needed.
The hydrogen embrittlement of two austenitic high-manganese steels was investigated using tensile testing under high-pressure gaseous hydrogen. The test results were compared with those of different kinds of austenitic alloys containing Ni, Mn, and N in terms of stress and ductility. It was found that the ultimate tensile stress and ductility were more remarkably decreased under high-pressure gaseous hydrogen than under high-pressure gaseous argon, unlike the yield stress. In the specimens tested under high-pressure gaseous hydrogen, transgranular fractures were usually observed together with intergranular cracking near the fracture surface, whereas in those samples tested under high-pressure gaseous argon, ductile fractures mostly occurred. The austenitic high-manganese steels showed a relatively lower resistance to hydrogen embrittlement than did those with larger amounts of Ni because the formation of deformation twins or microbands in austenitic high-manganese steels probably promoted planar slip, which is associated with localized deformation due to gaseous hydrogen.
This study was aimed at resolving uncertainties about lamellar tearing initiation temperatures and studying the effect of nonmetallic inclusions on the tear initiation. In order to measure the lamellar tearing initiation temperature, the slice bend test was conducted in the temperature range of 20.deg.C to 425.deg.C on A572 Grade 50 and A588 Grade A steels. In addition, the weld restrain test was carried out to measure directly the tear initiation temperature with A572 steel. In slice bend tests, A572 steel showed the most susceptible region to lamellar tearing to be in the range of 100 to 300.deg.C, where the steel showed the minimum ductility. The observed tear initiation by the weld restraint test was to be in the range of 200to 300.deg.C. The tears became narrower and less rounded at the susceptible temperatures. It was confirmed in this study that lamellar teraring initiated during cooling from welding in the range of 200 to 300.deg.C and they were initiated by strain aging embrittlement.
Post weld heat treatment(PWHT) is usually carried out to remove the residual stress and to improve the microstructure and mechanical properties of welded joints. By the way, welding structure transformed owing to PWHT and reheating for repair loads the random cycles fatigue as offshore welding structure of constant low cycle fatigue as pressure vessel, and then, pre-existing flaws or cracks exist in a structural component and those cracks grow under cyclic loading. Therefore, the effects of PWHT and stress ratio on fatigue crack growth behaviors were studied on the three regions such as HAZ, sub-critical HAZ and deposit metal of welded joints in SM53 steel. Fatigue crack growth behavior of as-weld depended on microstructure and fatigue crack growth rate of HAZ was the lowest at eac region, but after PWHT it was somewhat higher than that of as-wel. In case of applying the stress($10kg/mm^2$) during PWHT, fatigue crack growth resistance tended to increase in the overall range of .DELTA.K.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.5
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pp.921-927
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1989
One of the most important problems in recent life prediction is to introduce the degradation effects into life prediction procedure. In the present paper, the effect of the material degradation on the fatigue surface crack growth and fatigue life prediction in a 2 1/4 Cr-1Mo steel were investigated. The 2 1/4 Cr-1Mo steel has been used in a plant having operated for over 60000hours and subjected to material degradation due to temper-embitterment. A Monte-Carlo simulation was made on the basis of the data obtained in the experiment in order to determine the P-S-N diagrams of surface crack growth for the degraded and recovered steels.
As part of eco-friendly policies, interest in hydrogen vehicles is growing in the automotive industry to reduce carbon emissions. In particular, it is necessary to investigate the application of aluminum alloy for light weight hydrogen valves among hydrogen supply systems to improve the fuel efficiency of hydrogen vehicles. In this research, we investigated mechanical characteristics of aluminum alloys after hydrogen embrittlement considering the operating environment of hydrogen valves. In this investigation, experiments were conducted with strain rate, applied voltage, and hydrogen embrittlement time as variables that could affect hydrogen embrittlement. As a result, a brittle behavior was depicted when the strain rate was increased. A strain rate of 0.05 mm/min was selected for hydrogen embrittlement research because it had the greatest effect on fracture time. In addition, when the applied voltage and hydrogen embrittlement time were 5 V and 96 hours, respectively, mechanical characteristics presented dramatic decreases due to hydrogen embrittlement.
The mechanical properties of the hydrogen valve responsible for supplying and blocking hydrogen gas in a hydrogen fuel cell electric vehicle (FCEV) were researched. Mechanical properties by hydrogen embrittlement were investigated by coating chromium nitride (CrN) and titanium nitride (TiN) on aluminum alloy by arc ion plating method. The coating layer was deposited to a thickness of about 2 ㎛, and a slow strain rate test (SSRT) was conducted after hydrogen embrittlement to determine the hydrogen embrittlement resistance of the CrN and TiN coating layers. The CrN-coated specimen presented little decrease in mechanical properties until 12 hours of hydrogen charging due to its excellent resistance to hydrogen permeation. However, both the CrN and TiN-coated specimens exhibited deterioration in mechanical properties due to the peeling of the coating layer after 24 hours of hydrogen charging. The specimens coated at 350 ℃ presented a significant decrease in ultimate tensile strength due to abnormal grain growth.
Interest in aluminum alloys for the hydrogen valves of fuel cell electric vehicles (FCEVs) is growing due to the reduction in fuel efficiency by the high weight. However, when an aluminum alloy is used, deterioration in mechanical characteristics caused by hydrogen embrittlement and wear is regarded as a problem. In this investigation, the aluminum alloy used to prevent hydrogen embrittlement was subjected to surface treatments by performing hard anodizing and plasma ion nitriding processes. The hard anodized Al alloy exhibited brittleness in which the mechanical characteristics rapidly deteriorated due to porosity and defects of surface, resulting in a decrease in the ultimate tensile strength and modulus of toughness by 15.58 and 42.51%, respectively, as the hydrogen charging time increased from 0 to 96 hours. In contrast, no distinct nitriding layer in the plasma ion-nitrided Al alloy was observed due to oxide film formation and processing conditions. However, compared to 0 and 96 hours of hydrogen charging time, the ultimate tensile strength and modulus of toughness decreased by 7.54 and 13.32%, respectively, presenting excellent resistance to hydrogen embrittlement.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.17
no.2
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pp.109-118
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2021
In the periodic surveillance material test for the spacer component of fuel channel assembly in CANDU, a microstructural characterization analysis is required in addition to the mechanical property evaluation test. In this study, detailed microstructure analysis and simple mechanical property evaluation of archive spacer parts were conducted to indirectly support the surveillance test and assist in the study of spacer material degradation. We investigated the microstructural characteristics of the spacer garter spring coil through comparative analysis with the plate material. The main microstructure characteristics of the garter spring coil X-750 are represented by the fine grain size distribution, the ordering phase distribution developed inside the matrix, the high dislocation density inside the grains, and the arrangement of coarse carbides. In addition, the yield strength of the garter spring coil X-750 was indirectly evaluated to be approximately 1 GPa. We also established an analytical method to elucidate the microstructural evolution of the radioactive spacer garter spring coil X-750 based on Canadian research experiences. Finally, we confirmed the measurement technique for helium bubble formation through TEM examination on the helium implanted X-750 material.
원자력 발전소의 설계 수명이 늘어나고 기존의 가동 원전 또한 장기 운전을 목표로함에 따라, 원자로 압력용기, 가압기, 증기발생기, 배관 등의 주요 구조재료의 장기 열화에 따른 재료 건전성을 유지하는 것이 매우 중요하다. 특히, 응력부식균열 현상은 장기 열화에 의해 일어날수 있는 구조재료에서의 심각한 취화 문제들중의 하나로써, 이 현상을 예방하거나 지연시키기 위해서는 현상의 근본원인과 작동기구를 규명하는 것은 원전의 안전성 유지를 위해 매우 중요하다. 이를 위해서 구조재료 표면의 원전 운전 조건에서의 산화막 특성과 그 형성 거동을 분석하는 것은 매우 중요하게 되는데, 원전 운전 조건은 고온고압의 수화학 환경으로 일반 환경에서 사용가능한 다양한 분석 방법들을 적용하기에 많은 제약을 받게 된다. 그러나, 라만 분광법은 가동 원전의 운전 조건인 고온/고압수 환경 하에서도 실시간으로 산화막 분석이 가능한 기법으로, 본 논문에서는 지금까지의 라만 분광법을 이용하여 고온고압수 환경에서의 주요 구조용 금속 및 합금 표면에 생성된 산화막에 대한 분석 연구 결과에 대하여 소개하고, 앞으로 이를 이용한 구조재료의 열화 현상을 분석 및 열화기구 규명을 위한 연구개발 방향을 제시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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