International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.8
no.4
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pp.254-263
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2015
The failure of hydraulic turbine runners is a rare event. So in order to assess the reliability of these components one cannot rely solely on the number of observed failures in a given population. However, as there is a limited number of degradation mechanisms involved, it is possible to use physically-based reliability models. Such models are often more complicated but are able to account for physical parameters in the degradation process. They can therefore help provide solutions to improve reliability. With such models, the effect of materials properties on runner reliability can be highlighted. This paper presents a brief review of the Kitagawa-Takahashi diagram which links the damage tolerance approach, based on fracture mechanics, to the stress or strain-life approaches. Using simplified response spectra based on runner stress measurements, we will show how fatigue reliability is sensitive to materials fatigue properties, namely fatigue crack propagation behaviour and fatigue limit obtained on S-N curves. Furthermore, we will review the influence of the main microstructural features observed in 13%Cr-4%Ni stainless steels commonly used for runner manufacturing. The goal is ultimately to identify the most influential microstructural features and to quantify their effect on fatigue reliability of runners.
The purpose of the present study was to investigate weld metallurgical phenomena such as primary solidification mode, microstructural evolution and hot cracking susceptibility in nitrogen-bearing austenitic stainless steel GTA welds. Eight experimental heats varying nitrogen content from 0.007 to 0.23 wt.% were used in this study. Autogenous GTA welding was performed on weld coupons and the primary solidification mode and their microstructural characteristics were investigated from the fusion welds. Varestraint test was employed to evaluate the solidification cracking susceptibility of the heats and TCL(Total Crack Length) was used as cracking susceptibility index. The solidification mode shifted from primary ferrite to primary austenite with an increase in nitrogen content. Retained delta ferrite exhibited a variety of morphology as nitrogen content varied. The weld fusion zone exhibited duplex structure(austenite+ferrite) at nitrogen contents less than 0.10 wt.% but fully austenitic structure at nitrogen contents more than 0.20 wt.%. The weld fusion zone in alloys with about 0.15 wt.% nitrogen experienced primary austenite + primary ferrite solidification (mode AF) and contained delta ferrite less than 1% at room temperature. Regarding to solidification cracking susceptibility, the welds with fully austenitic structure exhibited high cracking susceptibility while those with duplex structure low susceptibility. The cracking susceptibility increased slowly with an increase in nitrogen content up to 0.20 wt.% but sharply as nitrogen content exceeded 0.20 wt.%, which was attributed to solidification mode shift fro primary ferrite to primary austenite single phase solidification.
Water leak phenomena in the liquid sodium which is a coolant of liquid metal reactor, were investigated by carrying out sodium-water reaction experiment. It was confirmed that sodium and water react each other by the analysis of material composition of aspecimen at the end of experiment. When steam of $100kg/cm^2$ was passed through the leak path of the specimen for 4 hours, reaction products from sodium-water reaction were observed on the leak site. However, re-opening phenomena were not observed at this condition. It was interpretted that the reaction product precipitated on leak path and thermal transient caused self-plugging and re-openning phenomena, respectively.
Kim, Y.H.;Jang, A.Y.;Choi, C.H.;Kang, D.H.;Jeon, J.H.;Byun, J.C.;Jung, G.H.;Lee, S.H.;Lee, H.W.
Proceedings of the KWS Conference
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2010.05a
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pp.21-21
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2010
AISI 316L 용접금속의 크롬/니켈 당량비에 따른 시그마상의 영향을 알아보기 위하여 응고모드가 다른 3종류의 플럭스 코어드 와이어를 제작하였다. AISI 316L 시편에 FCAW 프로세스를 적용한 용접재를 $650^{\circ}C$, $750^{\circ}C$, $850^{\circ}C$, $950^{\circ}C$에서 각 각 1H, 5H, 24H, 72H동안 열처리하였다. 크롬/니켈 당량비가 높을수록 즉, 크롬의 함량이 높아질수록 $\delta$-페라이트 함량은 증가하였으며, $\delta$-페라이트는 고온에서 시그마상으로 변태되었다. $\delta$-페라이트는 $650^{\circ}C$에서 가장 느리게 분해되었으며 $850^{\circ}C$에서 가장 활발히 분해되었다. 용접부의 특성상 크롬과 니켈 등의 합금원소에 의하여 응고온도범위가 넓어져 $950^{\circ}C$에서도 시그마상이 석출되었으며, 5시간 이상 유지 시 구형으로 존재하였다. 충격시험 시 시그마상에 의해 취약해진 inter-dendrite 를 따라 파면이 형성되었으며, $-100^{\circ}C$이하의 극저온에서는 시그마상의 양과 무관하게 충격흡수에너지는 0에 가까워졌다. 하지만 3%미만의 $\delta$-페라이트를 함유하는 AF모드에서 발생한 DDC와 미량의 시그마상은 충격흡수에너지에 결정적인 영향을 미치지 않았다.
Austenite stainless steel was produced by arc welding with current 650A, voltage 50V and welding speed 10cm/min. It was post-welded and then heat treated at $1,050^{\circ}C$ for 120min. And then it was immersed in water or in air. The microstructural changes, ferrite contents, mechanical properties, and stress corrosion cracking(SCC) were investigated. The SCC was studied in 42wt% boiling $MgCl_2$($140^{\circ}C$) under the constant stress using SCC elongation curve. The results showed that; 1. The as-welded spedimen seemed to increase ${\delta}$-ferrite content largely, and revealed continuous network of lathy and vermicular type. The post-welded heat treatment changed the morphologies of ferrite from continuous type to island type. 2. The as-welded, air and water quenched specimens had the ${\delta}$-ferrite content 9.7%, 3.2% and 2.1% respectively. We also showed that ${\delta}$-ferrite was Cr-rich and Ni-poor by EPMA. 3. The time of failure on the SCC was measured and it was used for corrosion elongation curve. The condition of SCC was investigated under $35kgf/mm^2$ load and the results were as follows; 4. The intergranullar cracking by stress corrosion was most distinct in weld metal while the transgranular cracking occurred in the air cooled specimen.
Hwang, Seong Sik;Choi, Min Jae;Kim, Sung Woo;Kim, Dong Jin
Corrosion Science and Technology
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v.20
no.4
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pp.210-229
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2021
To safely operate domestic nuclear power plants approaching the end of their design life, the material degradation management strategy of the components is important. Among studies conducted to improve the soundness of nuclear reactor components, research methods for understanding the degradation of reactor internals and preparing management strategies were surveyed. Since the IGSCC (Intergranular Stress Corrosion Cracking) initiation and propagation process is associated with metal dissolution at the crack tip, crack initiation sensitivity was decreased in the hydrogenated water with decreased crack sensitivity but occurrence of small surface cracks increased. A stress of 50 to 55% of the yield strength of the irradiated materials was required to cause IASCC (Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking) failure at the end of the reactor operating life. In the threshold-stress analysis, IASCC cracks were not expected to occur until the end of life at a stress of less than 62% of the investigated yield strength, and the IASCC critical dose was determined to be 4 dpa (Displacement Per Atom). The stainless steel surface oxide was composed of an internal Cr-rich spinel oxide and an external Fe and Ni-rich oxide, regardless of the dose and applied strain level.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.12
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pp.1421-1426
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2014
To improve the inherent safety of the sodium-cooled fast reactor (SFR), the supercritical $CO_2$ ($S-CO_2$) Brayton cycle is being considered as an alternative power conversion system to steam the Rankine cycle. In the $S-CO_2$ system, a PCHE (printed circuit heat exchanger) is being considered. In this type of heat exchangers, diffusion bonding is used for joining the thin plates. In this study, the diffusion bonding characteristics of various austenitic alloys were evaluated. The tensile properties were measured at temperatures starting from the room temperature up to $650^{\circ}C$. For the 316H and 347H types of stainless steel, the tensile ductility was well maintained up to $550^{\circ}C$. However, the Incoloy 800HT showed lower strength and ductility at all temperatures. The microstructure near the bond line was examined to understand the reason for the loss of ductility at high temperatures.
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.
Kim, Se Hoon;Kim, Sang Min;Noh, Sang Ho;Kim, Jin Pyeong;Shin, Jae Hyuck;Sung, Si-Young;Jin, Jin Kwang;Kim, Taean
Journal of Powder Materials
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v.22
no.3
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pp.197-202
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2015
In this study, porous stainless steel (STS316L) sintered body was fabricated by powder metallurgy method and its properties such as porosity, compressive yield strength, hardness, and permeability were evaluated. 67.5Fe-17Cr- 13Ni-2.5Mo (wt%) powder was produced by a water atomization. The atomized powder was classified into size with under $45{\mu}m$ and over $180{\mu}m$, and then they were compacted with various pressures and sintered at $1210^{\circ}C$ for 1 h in a vacuum atmosphere. The porosities of sintered bodies could be obtained in range of 20~53% by controlling the compaction pressure. Compressive yield strength and hardness were achieved up to 268 MPa and 94 Shore D, respectively. Air permeability was obtained up to $79l/min{\cdot}cm^2$. As a result, mechanical properties and air permeability of the optimized porous body having a porosity of 25~40% were very superior to that of Al alloy.
A study on the recovery of nitric and hydrofluoric acids is carried out with pulsed column extractor in order to the industrial application of this process. Firstly, from the continuous experiments about the recovery of acids using domestic stainelss steel pickling solution, it is found out that the free nitric and hydrofluoric acids are only extracted by 70% TBP and the heaby metals such as Fe, Cr and Ni are not extracted. The effectiveness of extraction and stripping generally improves as the pulse velocity(product of amplitude and frequency) is increased, optimum performance typically occuring slightly below an amplitude-frequency product which results in flooding the column because of excessive emulsification. When the pickling solution is treated by 70% TBP at a phase ratio of A/O=1/2 in the extraction and by distilled water at a phase ratio of O/A=1 in the stripping, the concentration of refined acides are 102g/$\ulcorner$$HNO_3$and 8.8g/$\ulcorner$ HF, respectively and the recovery of $HNO_3$and HF are 90.7% and 75.2%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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