• Nuclear Engineering and Technology
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• 제55권4호
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• pp.1300-1309
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• 2023

Simulated debris was synthesized using UO₂, Zr, and stainless steel and a heat treatment method under inert or oxidizing conditions. The primary U solid phase of the debris synthesized at 1473 K under inert conditions was UO₂, whereas a (U, Zr)O₂ solid solution formed at 1873 K. Under oxidizing conditions, a mixture of U₃O₈ and (Fe, Cr)UO₄ phases formed at 1473 K, whereas a (U, Zr)O_2+x solid solution formed at 1873 K. The leaching behavior of the fission products from the simulated debris was evaluated using two methods: the irradiation method, for which fission products were produced via neutron irradiation, and the doping method, for which trace amounts of non-radioactive elements were doped into the debris. The dissolution behavior of U depended on the properties of the debris and aqueous solution for immersion. Cs, Sr, and Ba leached out regardless of the primary solid phases. The leaching of high-valence Eu and Ru ions was suppressed, possibly owing to their solid-solution reaction with or incorporation into the uranium compounds of the simulated debris.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2009년 추계학술발표대회
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• pp.42-42
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• 2009

마찰교반접합 (Friction Stir Welding)은 1991년 영국 TWI에서 개발된 접합 법으로서 회전하는 툴이 재료내부에 삽입되면 툴과 재료사이에서 발생하는 마찰열에 의하여 온도가 상승하게 되어 재료는 연화되고, 이러한 재료 내부에서 회전하는 툴이 이동하게 되면 재료 내부는 기계적 교반에 의해 소성변형이 일어남과 동시에 접합이 이루어진다. 마찰교반접합은 동적 재결정에 의한 접합부의 미세한 결정립 형성으로 인하여 기계적 특성이 향상되며 보호 가스가 필요 없어 친환경적임과 동시에 용융 용접 법에 비해 접합 시 에너지 소모가 적으며 또한 접합 후 접합부에서의 변형이 상대적으로 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 가진 마찰교반접합은 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 그리고 동 합금과 같은 저 융점 비철재료에 많은 연구와 적용 사례들이 있어왔다. 하지만 최근에는 일반 탄소강, 연강, 오스테나이트계 스테인리스강, 니켈 합금, 티타늄 합금과 같은 고융점 재료에도 연구 및 적용이 진행되고 있는 추세이다. 페라이트계 스테인리스강은 가격이 비싼 Ni을 함유하지 않아 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 강재의 가격은 낮으면서도 고온특성 및 내식성이 우수하여 건축용, 자동차 배기계용으로 널리 사용되고 있다. 하지만 이런 장점을 가진 페라이트계 스테인리스강을 기존의 용융 용접 법으로 접합 시 용접부 및 열영향부에서의 결정립의 조대화로 인한 인성 및 연성이 저하되며, 특히 예민화된 열영향부 입계 내에 Cr 탄화물이 석출되어 입계주변에 Cr 결핍 층을 형성되어 입계부식이 발생되는 문제점이 발생된다. 본 연구에서는 마찰교반접합을 이용하여 두께 3mm의 409 스테인리스강에 대해 맞대기 접합을 실시하였다. 접합 변수를 툴의 재료 (WC-12wt%Co, $Si_3N_4$)로 하여 접합을 실시하였고 접합 후 외관상태 점검, 광학 현미경과 주사 전자 현미경을 통하여 미세조직을 관찰하였으며 황산-황산동 부식 시험을 실시하여 접합부의 부식 특성을 평가하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권8호
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• pp.1645-1652
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• 2002

The failure analysis on fractured parts is divided into the qualitative method by naked eyes and metallurgical microscope etc. and the quantitative method by SEM and X-ray diffraction etc. X-ray fractography can be applied to contaminated surface as well as clean surface and gain the plastic deformation and the residual stress near the fractured surface. Turbine blade is subject to cyclic bending force by steam pressure and suffers fatigue damage according to the increasing operating time. Therefore, to clean up the fracture mechanism of torsion-mounted blade in nuclear plant, the fatigue and the X-ray diffraction test was performed on the 12%Cr steel fur turbine blade and the fractured parts. The correlation of X-ray parameter and fracture mechanics parameter was determined, and then the load applied to actual broken turbine blade was predicted. Failure analysis was performed by contact stress analysis and Goodman diagram of torsion-mounted blade.

• 대한기계학회논문집A
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• 제26권11호
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• pp.2322-2327
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• 2002

The corrosion degradation characteristics of the 12Cr alloy steel, which is widely used in fossil power plants as a turbine blade material, are evaluated nondestructively by use of the backward radiated Rayleigh surface wave. In order to evaluate corrosion degradation characteristics, we constructed automated system for the backward radiation, and the frequency dependency of the Rayleigh surface wave is investigated indirectly by measuring the angular dependency of the backward radiation of the incident ultrasonic wave in the specimens. The velocity of the surface wave decrease as the increase of the aging time in the backward radiation profile, which seems to result from the increase of the effective degrading layer thickness. And, amplitude of the surface wave increase as the aging time, which seems to result from the increase of the intergranular corrosion. The result observed in this study demonstrates high potential of the backward radiated ultrasound as a tool for the nondestructive evaluation of the corrosion degradation characteristics of the aged materials.

• 대한기계학회논문집A
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• 제25권11호
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• pp.1705-1712
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• 2001

Mechanical component has striation with constant width and SEM can estimate fracture type and loading condition. SEM has benefit to fatigue fracture analysis but striation can be observed according to the kind of material and range of crack growth rate and can't. In this case, it needs AFM that can measure 3-dimensional surface profile with resolution of atomic size. In this study. to find fracture reason of torsion-mounted blade in nuclear plant, we estimate the relation between stress intensity factor range and root mean square roughness in 12% Cr steel by AFM and predict in-service loading condition of turbine blade. failure analysis is performed by finite element method and Goodman diagram on torsion-mounted blade.

• 한국정밀공학회지
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• 제18권10호
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• pp.61-68
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• 2001

Turbine blade in nuclear plant is subject to cyclic bending fatigue by high steam pressure. Especially, fatigue fracture is caused by low stress below yielding stress. Photograph by SEM doesn't have striation but photograph by AFM has striation on the fatigue fractured surface of 12% Cr steel used in turbine blade. Surface roughness $R_q$ has the linear relation with respect to stress intensity factor range ΔK and is increased linearly according to load amplitude $\textit{\Delta}P$. In this study loading condition applied to turbine blade is predicted by the relation between the gradient of $R_q$ to $\textit{\Delta}K$ and load amplitude $\textit{\Delta}P$.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권4호
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• pp.423-428
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• 2016

저압터빈 최종 단 블레이드는 응축 증기 내 농축된 불순물에 의해 조성되는 부식환경 하에서, 고속회전에 따른 높은 응력이 부가되어 응력부식 균열에 의한 파손이 빈번히 발생된다. 이러한 가혹 환경 하에서 블레이드의 안정적 사용을 위해서 내식성과 고 강도 특성 등을 갖춘 12% Cr 마르텐사이트계 스테인레스 강을 널리 적용한다. 본 논문은 마르텐사이트계 스테인레스 강으로 제작된 최종 단 블레이드가 정상운전 중 갑작스럽게 파손되어, 원인진단을 위해 파손 및 건전 블레이드를 대상으로 기계적 물성, 파단면 및 미세 조직 검사를 수행한 결과를 기술한 내용이다. 파손된 블레이드의 기계적 물성 시험결과 재질 사양서 기준에 비해 충격치는 낮고 경도는 높은 전형적인 재질 취성화 특성이 확인되었다. 또한, 파단면 검사결과 가지(branch)형태의 균열이 입계를 따라 진전하였고, 표면에서 Cl, S 등의 부식성분이 검출되었다. 이상의 결과들을 토대로 블레이드의 파손원인은 응력부식 균열임을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권12호
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• pp.1421-1426
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• 2014

소듐냉각고속로(Sodium-cooled Fast Reactor, SFR)의 안전성 향상을 위해 고온 증기 Rankine 싸이클 대신 초임계 이산화탄소(Supercritical $CO_2$, $S-CO_2$) Brayton 싸이클을 전력변환 시스템에 사용하는 방안이 제시되고 있다. 이 경우, 중간 열교환기로는 확산 접합(Diffusion Bonding)에 의해 제작되는 미소채널형 열교환기인 PCHE(Printed Circuit Heat Exchanger)가 고려되고 있다. 따라서 본 연구에서는 PCHE 형 열교환기 후보재료인 다양한 오스테나이트계 합금의 확산접합 특성을 평가하였다. 후보재료별로 다양한 조건에서 확산접합부를 제작하고 상온에서 $650^{\circ}C$까지의 인장 특성을 평가하였다. 평가 결과 SS 316H와 SS 347H는 $550^{\circ}C$까지 모재와 유사한 특성을 보였지만 Fe-Ni-Cr 합금인 Incoloy 800HT는 모든 온도에서 인장특성이 감소하였다. 연신율 저하의 원인을 이해하기 위해 접합부 부근의 미세조직을 분석하였다.

• 한국재료학회지
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• 제15권1호
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• pp.19-24
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• 2005

For the good combination of high-temperature strength, toughness and creep property, $9-12\%$ chromium steels are often used for gas turbine compressors, steam turbine rotors, blade and casing. In this study, the correlation of microstructural evolution and mechanical properties was investigated fur the specimens heat-treated at 600, 650 and $700^{\circ}C$ for 1000, 3000 and 5000 hrs. The microstructure of as-received specimen was tempered martensite with a high dislocation density, small sub-grains and fine secondary phase such as $M_23C_6$. Aging for long-time at high temperature caused the growth of martensite lath and the decrease of dislocation density resulting in the decrease in strength. However, the evolution of secondary phases had influence on hardness, yield strength and impact property. In the group A specimen aged at $600^{\circ}C\;and\;650^{\circ}C$, Laves phase was observed. The Laves phase caused the increase of the hardness and the decrease of the impact property. In addition, the abrupt growth of secondary phases caused decrease of the impact property in both A and B group specimens.

• 방사성폐기물학회지
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• 제10권1호
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• pp.21-26
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• 2012

소듐냉각 고속로 (SFR) 핵연료 피복관 후보재료로 고려되고 있는 중형 규모의 HT9 단조품 소재에 대한 금속조직학적 영향을 고찰하였다. 시험 재료는 유도가열법을 이용하여 1.1톤 규모의 잉곳으로 성형한 후, $1170^{\circ}C$에서 고온 단조 및 공랭을 통하여 160mm 직경 및 7000mm 길이를 갖는 단조품으로 가공하여 반경방향으로 미세조직의 변화를 관찰하였다. 시험 결과 시험 재료는 페라이트-마르텐사이트 조직을 보였으며 합금 조성에 의하여 2~3%의 델타 페라이트 (delta ferrite)를 가짐과 동시에 반경방향의 냉각속도 차이에 의하여 최대 15%의 변태 페라이트 (transformed ferrite)를 함유함이 관찰되었다. 냉각곡선의 모델링과 시간-온도-변태 (TTT) 선도를 이용한 민감도 분석을 통하여 단조품의 직경을 120mm로 줄였을 경우 중심부의 변태 페라이트 형성을 억제할 수 있음을 제시하였다.