Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.2
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pp.349-356
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2002
For two kinds of 25Cr-20Ni stainless steels, STS310J1TB and STS310S with and without a small amount of Nb and N, creep behavior has been studied in a stress and temperature range from 147 to 392 MPa and from 923 to 773 K with a special reference to tertiary creep. The average creep life of STS310J1TB was about 100 times longer than that of the STS310S. The apparent activation energy for the initial creep rate was 330 kJ/mol in STS310J1TB, while that of the STS310S was 274kJ/mol in a power law creep region and 478 kJ/mol in a region of power law breakdown (PLB). The activation energy for STS310S below PLB is close to the for self-diffusion. When compensating for the temperature dependence of the Young's modulus and the omega value, it was found that the apparent activation energy for STS310J1TB was reduced to the activation energy for diffusion of chromium atom in gamma steel. The stress exponent of STS310S was about 12.3 above PLB and 5.1 in a power law creep region. Notwithstanding that the creep condition for STS310J1TB was in a power law creep region, its stress exponent was 7.9 larger than that of STS310S corresponding to the same creep conditions. This was ascribed to the presence of fine precipitates in STS310J1TB.
For two kinds of 25Cr-20Ni stainless steels, SUS310J1TB TB and SUS310S with and without a small amount of Nb and N, creep behavior has been studied in a stress and temperature range from 147 to 392MPa and from 923 to 973K with a special reference to tertiary creep. The average creep life of SUS310J1TB was about 100 times longer than that of the SUS310S. The apparent activation energy for the initial creep rate was 330 kJ/mol in SUS310J1TB, while that of the SUS310S was 274 kJ/mol in a power law creep region and 478 kJ/mol in a region of power law breakdown (PLB). The activation energy for SUS310S below PLB is close to the that for self-diffusion. When compensating for the temperature dependence of the Young's modulus and the omega value, it was found that the apparent activation energy for SUS310J1TB was reduced to the activation energy for diffusion of chromium atom in a gamma steel. The stress exponent of SUS310S was about 12 above PLB and 5.1 in a power law creep region. Notwithstanding that the creep condition for SUS310J1TB was in a power law creep region, its stress exponent was 8.3 larger than that of SUS310S corresponding to the same creep conditions. This was ascribed to the presence of fine precipitates in SUS310J1TB.
Creep behaviors of Cr3C2 composites containing 90 wt% Cr3C2 and 10 wt% Ni were studied at high temperature. Compression tests at 100$0^{\circ}C$ and bending tests at 100$0^{\circ}C$ and 105$0^{\circ}C$ were done in argon environment. In all test conditions primary and steady-state creep behaviors were observed. Stress exponent and activatiion energy were determined from the experimental data. By microstructural analysis of Cr3C2 composites after creep test, the separate agglomerations of Ni phase were observed. Numerical analysis was also studied to analyze bending creep behaviors of Cr3C2 by assumming different tensile and compressive creep behavior in a bending sample. From the analysis, it was found that the stress state at the compressive region as applied stress increased. The observed creep rates were compared with the predicted creep rates by estimating power-law creep parameters from bending test data.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.27
no.5
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pp.75-83
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2023
As part of a study to analyze the excessive camber occurring in prestressed concrete railway bridges, this paper presents a calculation method and analysis results for the creep coefficient which defines the increase in camber of a concrete structure over time. Using the creep coefficient formula of the design code, the coefficient is obtained by applying the climatic conditions (relative humidity and temperature) of 12 regions in Korea. The effects of differences in climatic conditions by region and starting time of load on the creep coefficient are analyzed. In order to properly calculate the creep, most of which occurs in the early stages of loading, a detailed analysis is performed by applying a time step analysis method to consider varying climate conditions through loaded period. The creep coefficient obtained by applying the average climate conditions of the region is similar to the average of the creep coefficients obtained by time step analysis. Through time step analysis, it is shown that the offset and overlap effects of relative humidity and temperature on the creep coefficient and the climate effect at the time of initial loading can be appropriately represented.
The crack length measurements by electrical potential(EP) method for 1% Cr-Mo-V and 12%Cr steel of 0.5T-CT specimen were performed at $500^{\circ}C, 600^{\circ}C 700^{\circ}C$, and an applicability of stress intensity factor($K_I$), net section stress($\sigma_{net}$), $C^*$-ingegral and $C_t$ parameter was studied to measure creep crack growth rate(da/dt) with side groove and without side groove under static and cyclic loading condition. The experimental result could be summarized as follows: 1) Crack measurement by EP method was available and coincided with the Johnson,s analytical equation. 2) da/dt by $K_I$ and $\sigma_{net}$ was not adequate because of the wide scatter band according to load and temperature, but $C^*$-integral, except for transition region, was adequate. 3) $C_t$ parameter showed the best fitted line through total creep region without relating with both temperature and load condition. 4) Under the cyclic loading condition, $C_t$ parameter was proper to extimate da/dt. And it was shown that da/dt for 1% Cr-Mo V steel under the static condition(R=1) was 1.16 times faster than the case under cyclic loading(R=0), and for 12% Cr steel, 1.43 times.
The crack length measurements by electrical potential(EP) method for 1% Cr-Mo-V and 12%Cr steel of 0.5T-CT specimen were performed at $500^{\circ}C, 600^{\circ}C 700^{\circ}C$, and an applicability of stress intensity factor($K_I$), net section stress($\sigma_{net}$), $C^*$-ingegral and $C_t$ parameter was studied to measure creep crack growth rate(da/dt) with side groove and without side groove under static and cyclic loading condition. The experimental result could be summarized as follows: 1) Crack measurement by EP method was available and coincided with the Johnson, s analytical equation. 2) da/dt by $K_I$ and $\sigma_{net}$ was not adequate because of the wide scatter band according to load and temperature, but $C^*$-integral, except for transition region, was adequate. 3) $C_t$ parameter showed the best fitted line through total creep region without relating with both temperature and load condition. 4) Under the cyclic loading condition, $C_t$ parameter was proper to extimate da/dt. And it was shown that da/dt for 1% Cr-Mo V steel under the static condition(R=1) was 1.16 times faster than the case under cyclic loading(R=0), and for 12% Cr steel, 1.43 times.
The high temperature deformation of mechanically alloyed Al-Ti-Si alloy (Al-9.64wt% Ti-1.56wt% Si) was investigated by performing constant load compression creep tests over the temperature range of $673^\circC$K to $723^\circC$K. From the calculation based on the modified power law creep equation for dispersion strengthened alloy, the true creep activation energy, was 176kJ/mole, the true stress exponent was 4.9. Considering the value of activation energy, stress exponent, the shape of primary creep region, it could be concluded that creep deformation in the MA Al-Ti-Si alloy is controlled by dislocation climb.
High temperature materials in service are subjected to mechanical damage due to operating load and metallurgical damage due to operating temperature. Therefore, when designing or assessing life of high temperature components, both factors must be considered. In this paper, the effect of tensile hold time on high temperature fatigue crack growth and long term prior thermal aging heat treatment on creep rupture behavior were investigated using STS 316L and STS 316 austenitic stainless steels, which are widely used for high temperature components like in automotive exhaust and piping systems. In high temperature fatigue crack growth tests using STS 316L, as tensile hold time increased, crack growth rate decreased in relatively short tensile hold time region. In long term aged specimens, cavity type microcracks have been observed at the interface of grain boundary and coarsened carbide.
During a severe accident, steam generator (SG) tubes undergo rapid changes in the pressure and temperature. Therefore, an appropriate creep model to predict a short term creep damage is essential. In this paper, a novel creep model for Alloy 690 SG tube material was proposed. It is based on the theta (θ) projection method that can represent all three stages of the creep process. The original θ projection method poses a limitation owing to its inability to represent experimental creep curves for SG tube materials for a large strain rate in the tertiary creep region. Therefore, a new modified θ projection method is proposed; subsequently, a master curve for Alloy 690 SG material is also proposed to optimize the creep model parameters, θi (i = 1-5). To adapt the implicit creep scheme to the finite element code, a partial derivative of incremental creep with respect to the stress is necessary. Accordingly, creep model parameters with a strictly linear relationship with the stress and temperature were proposed. The effectiveness of the model was validated using a commercial finite element analysis software. The creep model can be applied to evaluate the creep rupture behavior of SG tubes in nuclear power plants.
Tensile tests and creep tests were carried out at high temperatures on an Al-$Al_4C_3$ alloy prepared by mechanical alloying technique. The material contains about 2.0% carbon and 0.9% oxygen in mass percent, and the volume fractions of $Al_4C_3$ and $Al_2O_3$ particles are estimated at 7.4 and 1.4%, respectively, from the chemical composition. Minimum creep rate decreased steeply near two critical stresses, ${\sigma}_{cl}$ (the lower critical stress) and ${\sigma}_{cu}$ (the upper critical stress), with decreasing applied stress at temperatures below 723 K. Instantaneous plastic strain was observed in creep tests above a critical stress, ${\sigma}_{ci}$, at each test temperature. ${\sigma}_{cu}$ and ${\sigma}_{ci}$ were fairly close to the 0.2% proof stress obtained by tensile tests at each test temperature. It is thought that ${\sigma}_{cl}$ and ${\sigma}_{cu}$ correspond to the microscopic yield stress and the macroscopic yield stress, respectively. The lower critical stress corresponds to the local yield stress needed for dislocations to move in the soft region within subgrains. The creep strain in the low stress range below 723 K arises mainly from the local deformation of the soft region. The upper critical stress is equivalent to the macroscopic yield stress necessary for dislocations within subgrains or in subboundaries; this stress can extensively move beyond subboundaries under a stress above the critical point to yield a macroscopic deformation. At higher temperatures above 773 K, the influence of the diffusional creep increases and the stress exponent of the creep rate decreases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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