• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.62-62
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• 2009

석탄화력발전소의 CO2배출량 감소와 고효율, 대용량화로 인해 초초임계압(USC:Ultra Super Critical) 화력발전소의 건설이 증가하고 있다. USC 발전소는 효율향상을 위한 증기온도와 압력의 상승 때문에 보일러 고온고압부에 기존의 소재에 비해 고온강도와 내산화성의 재료물성이 향상된 신소재 적용이 불가피하다. 특히 사용된 신소재 중에서 보일러 본체를 구성하는 수냉벽관(Water wall), 과열기와, 재열기용 튜브 및 후육부인 헤더와 배관재로 기존의 2.25Cr-1Mo강을 개량한 2.25Cr-1.6W계 내열강이 적용되고 있다. 2.25Cr-1.6W강은 SMI와 MHI가 공동개발한 소재로 1995년 튜브제품이, 1999년에 단조, 파이프재, 플레이트제품이 ASME code case로 등재되었고, 2009년 ASME code case 2199-4로 개정되어 사용 중이다. 이 소재는 2.25Cr-1Mo강에 고온강도 개선을 위해 석출강화효과가 있는 V과 Nb을 첨가하였고, 탄화물의 열적안정성과 고용강화효과 증대를 위해 W을 첨가하였다. 그리고 제작성과 용접성 및 재료의 인성 향상을 위해 B첨가와 C함량을 낮추었다. 합금성분의 첨가와 조정에 의해 고온강도는 개선되었지만, 보일러 설치 및 보수를 위한 용접과정에서 용접금속과 CGHAZ(Coarse Grain HAZ)에서 용접균열이 발생하였다. 대부분의 용접균열은 용접결함이나 고온 혹은 저온균열이 아닌 2.25Cr-1.6W계강의 강도 개선을 위해 첨가한 V과 Nb이 용접후열처리 도중 입내에 MX형태의 미세석출로 입내를 강화시킴으로서 발생한 재열균열 민감성 증대에 기인된 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서 용접 및 후열처리 과정에서 용접금속과 HAZ에서 발생하는 용접금속의 응력분포를 전산해석을 통해 확인하고 실제 후육파이프 용접부에서 잔류응력을 측정해 비교하였다. 용접부 응력분포는 SYSWELD 프로그램을 사용해 해석을 수행하였고, 발전소 실배관재의 용접부 응력측정은 수평부 측정이 용이하도록 지그를 부착한 Potable 잔류응력측정기를 사용해 Hole Drilling Method(HDM)를 적용하여 잔류응력을 측정하였다. 해석 결과 CGHAZ부위의 잔류응력이 용접금속과 기타 부위에 비해 높은 응력분포를 나타냈으며, 이는 CGHAZ와 용접용융선 부근에서 균열이 발생하는 실제값과 일치하는 결과를 보였다. 실제 배관재 용접부에서 측정한 잔류응력값은 항복응력의 약 50% 이하 응력값을 나타냈다. 배관 구조에 기인한 시스템응력의 영향을 제거하기 위해 배관재 용접부를 중심으로 양끝단을 절단 후 용접부에서 측정한 응력은 항복응력 대비 25%수준의 낮은값을 보였다. 그러나 배관재가 장기간 고온환경에 노출되었고 용접금속 내부의 균열이 발생한 상태에서 측정하였기 때문에 용접잔류응력은 상당부분 해소되어 상대적으로 낮은 응력값이 얻어진 것으로 판단된다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.11
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• pp.1139-1145
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• 2011

An automated anastomotic ring-pin system consisting of both the anastomotic ring-pin system and the coupler device has eliminated the drawbacks of the suture method. High density polyethylene (HDPE), a material with outstanding biocompatibility and injection molding capability, was used in the ring. SUS316 stainless steel, Ti-6Al-4Nb, Ti-6Al-4V, and unalloyed titanium were used in FEM simulations of the micropin. The authors categorized the microvascular anastomotic ring micropins into short neck (SN) and long neck (LN) groups in order to evaluate the effect of the micropin's fillet radius and neck length on the von Mises stress. The micropins were further divided into those with and without fillet. On the basis of the fillet radius rate (FRR), which represents the rate of change in the von Mises stress with respect to the availability and shape of the fillet, and the neck length rate (NLR), which represents the rate of change in the von Mises stress with respect to changes in the length of the neck within the fillet shape, it can be concluded that the SN-3 neck design is the most stable.

• 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.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.26 no.7
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• pp.1317-1323
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• 2002

This paper describes the comparison of calculated effective stress with experimental one in austenitic heat resistant steels, STS310J1TB and STS310S with and without a small amount of Nb and N. Based on a solute atoms diffusion model, contribution from soluble nitrogen to the high-temperature strength was numerically examined for austenitic heat-resisting Fe-Cr-Ni-N(STS310J1TB) and Fe-Cr-Ni (STS310S) alloys. The solute atmosphere dragging stress of dislocation was calculated in optional dislocation velocity of STS310J1TB and STS310S at $650^{\circ}C$, $675^{\circ}C$ and $700^{\circ}C$. As a result of the numerical calculation, the solute atmosphere dragging stress of STS310J1TB was about 50 times larger than that of STS310S. When the temperature became high, the maximum value of solute atmosphere dragging stress was small and the velocity of moving dislocation was fast. From the relationship between the dislocation rate and the solute atmosphere dragging stress, the relation of both was proportional and the inclination is about 1 in the level with low velocity of moving dislocation. From above results, the mechanism of dislocation movement in STS310J1TB was the solute atmosphere dragging stress. The solute atmosphere dragging stress, which was calculated from the numerical calculation was close to the effect stress in stress relaxation tests.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2001.11a
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• pp.117-122
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• 2001

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.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.109-109
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• 2018

Cr-Mo 합금강은 고온 환경 하에서 높은 크리이프 강도와 우수한 내식성 때문에 발전설비, 석유 화학, 그리고 해양산업과 같은 여러 산업분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, Cr-Mo 강의 내식성은 합금 내 Cr 함량에 크게 의존한다. 이는 고온에서 Cr과 O가 화학적 반응을 일으킴에 따라 보호성의 Cr 산화스케일을 형성하기 때문이다. 그러나 화석연료를 사용하는 발전설비의 경우, $SO_2$가 포함된 강한 부식성의 연소 가스가 배출되며, 이에 노출된 금속의 표면에서는 산화와 황화가 동시에 발생한다. 황화스케일은 산화스케일에 비해 매우 빠르게 성장하며, 그 특성이 매우 취약하기 때문에 황화 환경에서 금속의 내식성 및 기계적 물성치는 보다 크게 저하된다. 따라서 본 연구에서는 화력 발전소의 증기발생용 튜브 재료인 9Cr-1MoVNb 강을 선정하였으며, $SO_2$ 가스 환경 하에서의 부식 및 기계적 물성치 저하 특성을 평가하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 9Cr-1MoVNb강의 화학 성분 조성은 0.1 C, 0.38 Si, 0.46 Mn, 0.25 Ni, 8.38 Cr, 0.93 Mo, 0.18 V, 0.09 Nb, 그리고 나머지는 Fe이다. 부식시험은 가공된 미소시험편과 인장시험편을 전기열처리로에 장입한 후, $650^{\circ}C$에서 $N_2+O_2+O_2+SO_2$ 조성의 가스를 분당 50 CC로 흘려주었다. 제작된 시험편에 대한 부식거동은 무게 증가량, optical microscope, scanning electron microsope, 그리고 energy dispersive x-ray spectrum을 통해 평가하였다. 그리고 기계적 물성치 평가를 위한 인장시험은 분당 2mm 변위제어를 통해 실시하였다. 그 결과, 9Cr-1MoVNb 강은 $SO_2$ 가스 환경 하에서 비 보호적인 Fe-풍부상의 산화 스케일층이 두껍게 형성됨에 따라 열악한 내식성을 나타냈다. 그에 따라 기계적 물성치는 저하되는 경향을 나타내었다.

• Proceedings of the Korea Institute of Applied Superconductivity and Cryogenics Conference
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• 2003.10a
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• pp.301-303
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• 2003

The KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) superconducting magnet system consist of 16 TF(Toroidal Field) and 14 PF(Poloidal Field) coils. Internally-cooled cabled superconductors will be used for the magnet system. The magnet system adopt a superconducting CICC (Cable-In-Conduit Conductor) type. The KSTAR PF 6, 7 CICCs use NbTi Superconducting cable with stainless steel 316LN conduit while the other PF CICC use Incoloy 908 conduit. For the fabrication of PF CICC, superconducting cables have been fabricated and the cable has the diameter of 22.3mm. A continuous CICC jacketing system is developed for the CICC jacketing and the jacketing system uses the tube-mill process, which consists of forming, welding, sizing and squaring procedures. The cabling and the jacketing process is described. The welding condition and design specification of CICCs are also discussed. The fabrication results including the geometrical specification and the void fraction will be discussed.

• Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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• 2009.05a
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• pp.42.1-42.1
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• 2009

오스테나이트 스테인리스강은 우수한 내식성 및 기계적 특성으로 인해 구조용 재료로 널리 사용되고 있다. 표준원전 경수로의 경우 가압기 밀림관소재로 Nb 안정화 오스테나이트 스테인리스강인 type 347 스테인리스강이 사용되고 있다. 그러나 원전배관에서는 운전중 배관내 온도편차에 의한 열응역과 하중변화에 의한 기계적하중에 의해 피로손상을 받는다. 일반적으로 범용 오스테나이트 스테인리스강(AISI 304, 316)의 피로균열 성장거동에 대한 연구결과는 국내외적으로 다수 축적되어 있으나 type 347 탄소, 질소 함량에 따른 기계적 특성 및 피로균열성장 연구는 매우 미비하다. 따라서 본 연구에서는 탄소와 질소의 함량에 따른 기계적거동을 평가하고, 이에 따른 피로균열전파속도를 관찰하여 스테인리스강의 정확한 피로균열전파속도 곡선을 제시하고자 한다. 실험에 사용된 시편은 두께 5mm, 폭 25.4mm CT시편을 사용하였으며, 1mm의 예비균열을 주었다. 그리고 실험온도는 상온과 원전가동온도인 $316^{\circ}C$에서 실시하였으며, 주파수는 10Hz를 주었다. 실험결과 각 함량에 따른 type 347의 미세조직 관찰결과 기지내에 압연방향을 따라 조대한 석출물의 흐름이 관찰되었으며, 크기나 분포가 큰 차이를 보였다. C+N 함량이 낮은 시편은 주로 $0.1\;{\mu}m$ 이하의 미세한 입자들이 오스테나이트 기지조직의 입내와 입계에 고르게 분포되어 있었다. 그러나 C+N 함량이 높은 시편의 경우에는 $0.1\;{\mu}m$ 이하의 미세한 입자들과 함께 국부적으로 $1\sim10\;{\mu}m$의 조대한 입자들이 분포하고 있는 것이 관찰되었다. 그리고 질소의 함량이 높아짐에 따라 인장강도는 증가하였으며, 피로시험결과 고온에서 실험한 피로균열성장률 곡선이 상온보다 높게 나타남을 확인할 수 있었다. 그리고 질소가 적게 첨가되고 탄소의 함량이 많을수록 피로균열성장률은 ASME 곡선보다 낮게 나타났다.

• Korean Journal of Metals and Materials
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• v.48 no.8
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• pp.741-748
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• 2010

We studied the corrosion and oxidation properties of Fe-18Cr-0.4Nb-(0.1~0.6)Ti-(1~3)Si-(0.5~2)Mo stainless steel. The resistance to general and pitting corrosion was evaluated and the results were analyzed by Response Surface Methodology (RSM) as a function of alloy composition. The effects of alloy composition and heat treatment on the oxidation resistance were also examined. Mo increased both general corrosion resistance and pitting corrosion resistance. Si improved the resistance of the alloys to pitting corrosion. Si was also beneficial for general corrosion resistance of the alloys containing Mo at more than 1 wt.%. However, Mo was detrimental when its content was lower. Effects of Ti on general corrosion properties appeared to be weak and a high concentration of Ti appeared to deteriorate pitting resistance. The thickness of the oxidation scale increased and adhesion of the scale worsened as the temperature increased from $800^{\circ}C$ to $900^{\circ}C$. Weight gain of the alloys due to oxidation at $900^{\circ}C$ clearly showed that the resistance to oxidation is improved by annealing at $860^{\circ}C$ and an increase of Si content.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.32 no.5
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• pp.418-425
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• 2019

A piezoelectric ceramic fiber composite (PCFC) was successfully fabricated using $0.69Pb(Zr_{0.47}Ti_{0.53})O_3-0.31[Pb(Zn_{0.4}Ni_{0.6})_{1/3}Nb_{2/3}]O_3$ (PZT-PZNN) for use in small-scale wind energy harvesters. The PCFC was formed using an epoxy matrix material and an array of Ag/Pd-coated PZT-PZNN piezo-ceramic fibers sandwiched by Cu interdigitated electrode patterned polyethylene terephthalate film. The energy harvesting performance was evaluated in a custom-made wind tunnel while varying the wind speed and resistive load with two types of flutter wind energy harvesters. One had a five-PCFC array vertically clamped with a supporting acrylic rod while the other used the same structure but with a five-PCFC cantilever array. Stainless steel (thickness: $50{\mu}m$) was attached onto one side of the PCFC to form the PZT-PZNN cantilever. The output power, in general, increased with an increase in the wind speed from 2 m/s to 10 m/s for both energy harvesters. The highest output power of $15.1{\mu}W$ at $14k{\Omega}$ was obtained at a wind speed of 10 m/s for the flutter wind energy harvester with the PZT-PZNN cantilever array. The results presented here reveal the strong potential for wind energy harvester applications to supply sustainable power to various IoT micro-devices.