In this study, small punch test and tensile test were performed with specimens directly machined from an ASTM A53 grade B carbon steel pipe at which an explosion accident was occurred in the Heavy Oil Unit. Main damage mechanism of the pipe was known as a high temperature hydrogen attack(HTHA). Effects of HTHA on the mechanical strength change of the A53B steel were studied in detail. Small punch test results have showed that maximum reaction forces, SP energy and ductility were decreased at hydrogen attacked part of the pipe compared with sound part of the pipe. Yield strength and tensile ultimate strength were calculated with the obtained small punch test curve results using different methods and compared the estimation methods. Small punch test simulation has been also performed with the finite element method and then mechanical strength, equivalent strain and fracture toughness were calculated with the obtained numerical analysis results. It was shown that the fracture toughness data calculated from small punch equivalent energy obtained by the finite element analysis for SP test was very low at the hydrogen attacked part.
The Micromechanics test is new test method which uses comparatively smaller specimen than that required in conventional material tests. There are several methods, such as small-specimen creep test, the continuous indentation test, and small punch(SP) test. Among them, the small punch(SP) test method has been applied to many evaluation fields, such as a ductile-brittle transition temperature, stress corrosion cracking, hydrogen embrittlement, and fracture properties of advanced materials like FGM or MMC. In this study, the small punch(SP) test is performed to evaluate the mechanical properties at high/low temperature from $-196^{\circ}C$ to $650^{\circ}C$ and the material degradation for virgin and aged materials of 9Cr1MoVNb steel which has been recently developed. The ${\Delta}P/{\Delta}{\delta}$ parameter defined a slope in plastic membrane stretching region of SP load-displacement curve decreases according to the increase of specimen temperature, and that of aged materials is higher than the virgin material in all test temperatures. And the material degradation degrees of aged materials with $630^{\circ}C$ -500hrs and $630^{\circ}C$ -1000hrs are $36^{\circ}C$ and $38^{\circ}C$ respectively. These behaviors are good consistent with the results of hardness($H_v$) and maximum displacement(${\delta}_{max}$).
The creep life of 9Cr1MoVNb steel, in terms of Larson-Miller parameter(LMP), was evaluated by small punch(SP) creep simulation and verified by uniaxial creep test. By employing the elastoplastic FEM(finite element method), the small punch creep behaviors associated with various friction coefficients were simulated to identify a real friction phenomena. The friction coefficient, ${\mu}$=0.7, determined by comparing deflection history was used in the small punch creep simulation to find the equivalent stresses with which the relationship between punch load and uniaxial creep stress was found. The creep life was then predicted by the LMP, which was the relationship among the rupture time, temperature, and stress. Finally, the LMP calculated by SP-creep simulation was compared with that had computed by the uniaxial creep test and fairly matched LMPs were found.
The microstructural characteristics and its related mechanical properties of RPV cladding have been investigated using small punch (SP) tests. SA508 Cl.3 RPV steel plates were overlay cladded with the type ER309L welding consumables by submerged arc welding process. Although the RPV clad material had a small portion of 5 ferrite phase, it still showed the ductile to brittle transition behavior The transition temperature was determined by the SP test and it depended on the content of $\sigma$ phase, specimen size, and determination methods. The fracture appearance of SP specimen was changed from circumferential to radial cracking as test temperature became low, and below the transition temperature region, ER309L cladding usually fractured along the 6 ferrite by the low temperature failure of ferrite phase.
Type-3 용기 라이너는 두께가 5 mm일뿐 아니라 곡률을 가지고 있기 때문에 파괴인성시험을 위한 표준형 시편의 제작에 어려움이 있다. 따라서 용기 라이너의 파괴인성을 평가하기 위해서는 소형시편 시험기법이 도입되어야 한다. 본 연구에서는 용기 라이너의 파괴인성을 평가하기 위해 소형펀치(small punch, SP)시험법을 도입하였다. SP시험으로부터 측정된 하중-변위 곡선 결과에서 라이너 재료는 연성이 소진하여 막신장 영역에서 파손되었다. 라이너 재료는 제작공정 특성에 기인하여 소성변형량이 방향에 따라 다름에도 불구하고 등방성 파괴양상을 보였다. SP시험 데이터를 사용하여 파괴인성을 평가한 결과 $J_{Ic}=13.0kJ/m^2$ 이었다. 이 값은 동종재료의 파괴인성 값과 유사하다. 따라서 SP시험 데이터를 사용하여 평가한 파괴인성은 타당하며, 완성된 용기 라이너는 유효한 파괴인성 값을 유지하는 것으로 확인 되었다.
Small punch-creep(SP-Creep) test technique has been applied for evaluating the creep characteristics for high temperature materials. However, in order to evaluate the damage and predict the remaining life, it is necessary to establish a quantitative correlation between SP-Creep and uniaxial-creep test results. This paper presents analytical and experimental results of useful correlation between SP-Creep and uniaxial-creep properties for 9Cr1MoVNb steel at $600{\sim}650^{\circ}C$ in terms of stress(load) and activation energy during creep deformation. Especially, the activation energy obtained from SP-Creep test is linearly related to that from uniaxial-creep test at $650^{\circ}C$ as follows: $Q_{sp-p}{\fallingdotseq}1.37\;Q_{TEN},\;Q_{sp-{\sigma}}{\fallingdotseq}1.53\;Q_{TEN}$.
It was reported that the toughness for welded region was influenced by various factors such as the gradient for prior austenite grain size, the variation of microhardness and the characteristic microstructure depending on distance from the fusion boundary. Therefore, in order to evaluate the fracture strength of the weldment in which the microstructures change continuously, it is important to assess the peculiar strength of each microstructure in welded region. It was known that the small punch(SP) test technique which was originally developed to study the irradiation damage effect for the structures of nuclear power plant was also useful to investigate the strength evaluating of nonhomogeneous materials. In this paper, by means of a small punch test technique the possibility of evaluating strength of parent and welded region in SS41 and SM53B steels was investigated. The obtained results are summerized as follows: 1) The small punch test which showed markedly the ductile-brittle transition behavior in this experiment may be applied to evaluation for the fracture strength of welded region. 2) It was shown that the ductile-brittle regime lied in Region III(plastic membrane stretching region) of the flow characteristics observed in SP test. 3) The SP test technique which shows a more precipitous energy change transition behavior than the other test technique is able to estimate the more precise transition temperature. 4) It could be seen that in comparision with the structure of parent the structure of weld HAZ in SS41 steel was improved while it in SM53B steel was deteriorated.
In conventional SCC susceptibility test, there are constant strain test, constant load test, slow strain rate test(SSRT) and K$_{ISCC}$ test. Among them, the SSRT method is much more aggressive in producing SCC than the other tests, so that the test time of it is considerably reduced. But this SSRT method has mostly been worked using the uniaxial tensile specimen untill now. Therefore, the SSRT method using the tensile specimen(Ten-SSRT) has much difficulty in SCC susceptibility evaluation of a localized region like weldment and the advantage material of high order. Recentely, the small punch(SP) test method using miniaturized small specimen is the very effective test method for fracture strength evaluation of a localized region like weldment and fusion reactor wall irradiated in the nuclear power plant. This paper investigated the possibility of SCC susceptibility evaluation by the SP-SSRT method using the miniaturized small specimen. Therefore, we obtained the result that the SP-SSRT had the possibility for the evaluations of SCC susceptibility for shorter time to corrosive environment compare to Ten-SSRT which was conventional method.
A basic research was performed to ensure the usefulness of Small Punch-creep(SP-creep) test for residual life evaluation of heat resistant components effectively. This paper presents analytical results of initial stress and strain distributions in SP specimen caused by constant loading for SP-creep test and its experimental correlations with uniaxial creep(Ten-creep) test on 9Cr1MoVNb steel. It was shown that the initial maximum equivalent stress, ${\sigma}_{eq{\cdot}max}$ from FE analysis was correlated with steady-state equivalent creep strain rate, ${\epsilon}_{qf-ss'}$ rupture time, $t_r$, activation energy, Q and Larson-Miller Parameter, LMP during SP-creep deformation. The simple correlation laws, ${\sigma}_{sp}-{\sigma}_{TEN}$, $P_{sp}-{\sigma}_{TEN}\; and\; Q_{sp}-Q_{TEN}$ adopted to established a quantitative correlation between SP-creep and Ten-creep test data. Especially, the activation energy obtained from SP-creep test is linearly related to that from Ten-creep test at $650^{\circ}C$ as follows : $Q_{SP-P}\;{\risingdotseq}\;1.37 \;Q_{TEN},\; Q_{SP-{\sigma}}{\risingdotseq}1.53\; Q_{TEN}$.
In this study, a small punch creep(SP-Creep) test using miniaturized specimen(10${\times}$10${\times}$0.5mm) is described to develop the new creep test method for high temperature structural materials. The SP-Creep test is applied to 2.25Cr-lMo(STBA24) steel which is widely used as boiler tube material. The test temperatures applied for the creep deformation of miniaturized specimens are between 550∼600$^{\circ}C$. The SP-Creep curves depend definitely on applied load and creep temperature, and show the three stages of creep behavior like in conventional uniaxial tensile creep curves. The load exponent of miniaturized specimen decreases with increasing test temperature, and its behavior is similar to stress exponent behavior of uniaxial creep test. The creep activation energy obtained from the relationship between SP-Creep rate and test temperature decreases as the applied load increases. A predicting equation or SP-Creep rate for 2.25Cr-lMo steel is suggested. and a good agreement between experimental and calculated data has been found.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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