• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2011.10a
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• pp.39.1-39.1
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• 2011

가압경수로의 압력경계기기는 약 $300^{\circ}C$, 150기압의 고온고압수환경에서 가동되고 있다. 특히 가압기 밀림관은 고온수와, 저온수가 교차하는 부분으로 열성층 형성으로 열적, 기계적 피로 및 수화학환경이 더해진 부식피로 등에 의하여 손상을 받는다. PWR 원전에서 수화학환경은 대표적으로 용존산소(DO) 5ppb, pH 6~8, 용존수소(DH) <30 cc/kg, 온도 $316^{\circ}C$의 환경을 유지하게 된다. 가압기 밀림관에는 오스테나이트계 스테인리스강이 사용되는데, 오스테나이트계 스테인리스강은 고온 수화학환경에 민감한 것으로 알려져 있다. 따라서 오스테나이트계 스테인리강을 공기중에서의 기계적특성 및 피로특성을 향상시키기 위하여 질소를 첨가한 스테인리스강을 제조하여 PWR 원전환경에서의 피로균열성장특성을 평가하였다. 실험에 사용된 재료는 PWR 원전 가압기 밀림관 소재인 Type 347 스테인리스강에 0.0005 wt%가 첨가된 상용재와 0.11 wt% 질소가 첨가된 재료이다. 사용된 시편형상은 두께 5 mm, 폭 25.4 mm의 CT 시편이다. 수화학환경은 150기압, 온도 $316^{\circ}C$, 용존산소(DO) 5ppb, 용존수소(DH) 30 cc/Kg, pH는 약 7로 유지 하였으며, 응력비 0.1, 하중 반복속도 10Hz의 기계적 조건에서 하중제어로 시험을 진행하였다. 균열길이는 직류전위차법(Direct Current Potential Drop: DCPD)을 이용하여 측정하였다. 질소함량이 증가할수록 동일 사이클에서 균열길이가 늦게 성장하였고, 피로균열성장속도도 약간 늦어지는 것으로 나타났다. 각 스테인리스강의 피로파면 관찰결과 상용재는 약 1 ${\mu}m$의 산화물들이 생성되는 반면 질소첨가 스테인리스강은 약 0.1 ${\mu}m$정도 산화물이 생성되었다. 산화막의 두께도 질소가 첨가됨으로써 상용재에 비해 얇게 생성되었다. 따라서 질소가 첨가됨으로써 부식환경에서 내산화성이 향상되었으며, 이는 피로균열성장특성에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.40 no.6
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• pp.504-509
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• 2016

Production processes of double wall bellows can be roughly categorized into two steps. In the first step, inner and outer bellows are made of STS316L in austenite stainless steel due to their excellent formability and corrosion resistance. In the second step, the double wall bellows are manufactured using the welding method with both the inner and outer bellows. The microstructure and defects of each weldment are observed to ensure the reliability of bellows since weldment is a highly vulnerable part, which can crack and fracture when bellows are formed or used. In this study, optimum welding conditions were derived from the analysis of microstructure and inspection of weldment of bellows that were produced using various welding procedure. Moreover, the mechanical properties were evaluated through hardness measurement of substrate, weldment and the heat-affected zone.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• v.40 no.6
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• pp.499-503
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• 2016

Dual fuel engines are suitable for stricter regulations as they significantly decrease exhaust gas output. Hence, research and development of double wall bellows for dual fuel engines is important. In this study, optimum forming methods and welding conditions were derived to develop double wall bellows made of austenite stainless steel. The reliability of the prototypes was ensured by various performance evaluations. In this study, the buckling load and bellows stress were obtained by structural design, buckling, and stress analysis to design optimum bellows. As a result, the buckling load in the embossing shape of bellows increased by approximately 1.6 times, and no buckling and squirming occurred at 30.0 bar, which was twice that of the maximum design pressure.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.117-117
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• 2017

오스테나이트계 스테인리스강의 기계적 특성 향상을 위해 열화학적 표면처리 방법으로 공정 후 재료의 변형이 없고 친환경적인 플라즈마 이온질화 기술이 널리 사용되고 있다. 특히 대략 $450^{\circ}C$이하에서 플라즈마 이온질화 처리 시 S상이라 불리는 expanded austenite 생성에 기인하여 내식성이 향상시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 이전의 연구 결과 증류수, HCl, $H_2SO_4$ 등의 실험 용액에 따라 동일한 공정 온도에 대하여 다른 부식 특성을 나타냈으며, 내식성이 확보되는 온도 또한 다른 결과를 얻었다. 이처럼 적용 환경에 따라 다른 부식 경향을 보이고 있으나, 해양 환경에 사용될 해수에서의 부식 저항성에 대한 명확한 규명은 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구는 해양환경에 보편화되어 있는 오스테나이크계 스테인리스강을 선정하여 다양한 온도에서 플라즈마 이온질화 처리 후 전기화학실험을 통해 온도 변화에 따른 부식 특성을 분석하였다. 플라즈마 이온질화는 25% 질소와 75% 수소의 비율로 $350{\sim}500^{\circ}C$의 온도 조건에서 10시간 동안 처리하였다. 플라즈마 이온질화 처리 후 마이크로 경도 계측과 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석을 통해 온도 변화에 따른 금속 표면에 형성된 질화물의 기계적 조직학적 특성을 분석하였다. 또한 모재 및 다양한 온도에서 플라즈마 이온질화 처리된 재료에 대하여 $2{\times}2cm$(노출면적 $1cm^2$) 시편을 제작하여 전기화학적 부식 실험을 수행하여 부식 특성을 상호 비교 분석하였다. 전기화학적 부식 실험은 침적실험, 동전위 양극 음극 분극 실험을 실시하여 전위 변화에 따른 전류밀도 추이를 분석하여 부식 경향을 파악하였다. 그리고 전기화학 실험 후 손상부의 SEM 관찰과 손상 깊이 분석 및 무게 감소량 계측을 통한 종합적인 분석을 통해 온도-부식 경향의 상관관계를 규명하였다. 또한 분극 실험 후 타펠 외삽법으로 부식전위와 부식전류밀도를 구하여 미처리된 재료 및 플라즈마 이온질화 온도 변화에 따른 상대적 부식 속도를 예측하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.24-24
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• 2010

마찰교반접합법은 특정한 회전수로 회전하는 용접 툴을 이용하여 접합하고자 하는 피접합재의 맞댄면에 삽입시킨 후 툴을 이동시키거나 혹은 시편을 견고하게 고정시킨 장치(backing plate)가 움직여 고상 상태에서 접합이 이루어진다. 알루미늄, 마그네슘 등 비교적 융점이 낮은 저융점 재료의 재료에 처음 적용이 되어 많은 연구가 활발히 진행되었고 타 용접방법에 비해 우수한 접합특성을 나타내었다. 최근 이러한 마찰교반접합은 이러한 저융점 재료를 넘어서 스틸, 타이타늄, 니켈 등과 같은 고융점 재료 등에 대한 적용이 늘어나고 있다. 마찰교반접합을 이용하여 이러한 고융점 재료의 접합 경우 내마모성 및 내열성 등의 내구성이 갖추어진 툴과 이러한 툴을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치 등이 필요로 하나 경제적 측면이나 접합부의 우수한 특성 등을 고려 할 때 그 적용 및 발전 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 2상 스테인레스 강은 금속 조직적으로 페라이트와 오스테나이트 상이 거의 1:1의 동등한 비율로 매우 미세하게 결합된 구조를 가지고 있다. 또한 이상 스테인레스 강은 각상의 개개의 특성에 기인하여 염소 분위기에서 응력부식 저항성이 우수하고, 공식과 틈부식에 대한 저항성이 매우 뛰어나다. 그리고 이상 스테인레스 강은 비교적 고가인 Ni이 일반 오스테나이트 스테인리스 강의 약 1/2의 수준으로 적게 포함이 되어 경제적인 이점을 지니고 있으며 또한 용접성이 좋아 산업계의 수요는 현재 점차 증가하고 있는 상황이다. 하지만 이러한 이상 스테인리스 강은 용접 후 페라이트 상의 조대화, 그리고 페라이트 상의 분율이 오스테나이트 상의 분율보다 높아지게 되어 용접부에서의 저온 인성 감소 및 내식성 저하 등의 문제가 발생하게 된다. 그리하여 용접 시 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 입열량의 조절이 가장 필요로 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 마찰교반용접을 이용하여 두께 3mm의 대표적인 이상 스테인리스 강인 SAF2205 스테인리스 강에 대해 맞대기 마찰교반접합을 실시하였다. 툴 회전속도를 변수로 하여 접합을 실시하였으며 접합 시 툴은 $Si_3N_4$ 툴을 사용하였다. 접합 후 외관상태 점검, 미세조직 관찰, 경도 및 인장강도 측정 등의 실험을 실시하였고, 이러한 결과를 이용하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.

• Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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• v.16 no.4
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• pp.455-472
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• 2018

It is important to study how to manage dry storage casks of spent nuclear fuels (SNF), because wet storage spaces for SNF will shortly be at full capacity in the Republic of Korea. The US has operated a dry storage cask system for several decades, and has carried out significant studies into how to successfully manage dry storage cask for SNF. This type of expertise and experience is currently lacking in the Republic of Korea. The degradation of dry casks is an important issue that must be considered. In particular, chloride-induced stress corrosion cracking (CISCC) is known to lead to the release of radioisotopes from canisters. The U.S. Department of Energy, U.S. Nuclear Regulatory Commission, and the Electric Power Research Institute have undertaken research into the CISCC mechanism. In addition, Sandia National Laboratories (SNL) has extensively researched CISCC and how to manage it in dry storage canisters. In this review paper, the probabilistic model proposed by the SNL is analyzed and, based on this model, US-based CISCC research is reviewed in detail. This paper will inform the management of dry cask storage of SNF from light water reactors in austenite stainless steel canisters in the Republic of Korea.