최근 강구조물의 건설이 지속적으로 증가되고 있고, 이에 따른 모니터링 시스템의 중요성이 더욱 부각되고 있는 실정이다. 강구조물의 노화로 인한 피로균열 및 부식은 강구조물의 수명저하에 가장 큰 요인이 된다. 구조물이 큰 교량의 경우에는 사람의 접근이 어렵고, 균열 측정 방법 또한 시간이 오래 걸리며, 많은 비용이 소비된다. 따라서, 초기에 균열을 발견하고 보수, 보강 작업을 수행함으로써 비용을 절감할 수 있는 모니터링 시스템의 개발이 절실히 요구된다. 본 연구에서는 강부재의 전위차법(EPDM : Electric Potential Drop Method)에 의한 모니터링 기법에 의해 쉽게 관찰되지 않는 피로균열의 발생 및 진전 상황을 추적하고 또한 잔여수명을 예측하였다.
AISI 316 steel has been used extensively for heater and boiler tube of the structural plants such as power, chemical and petroleum plants under severe operating conditions. Usually, material degradation due to microcrack or precipitation of carbides and segregation of impurity elements, is occured by damage accumulated for long-term service at high temperature in this material. In this study, the effect of aging time on fracture toughness was investigated to evaluate the measurement of material degradation. The elastic-plastic fracture toughness behaviour of AISI 316 steel pipe aged at $550^{\circ}C$for 1h-10000h (the aged material) was characterized using the single specimen J-R curve technique and eletric potential drop method at normal loading rate(load-line displacement speed of 0.2mm/min) in room temperature and air environment. The fracture toughness data from above experiments is compared with the $J_{in}$ obtained from predicted values of crack initiation point using potential drop method.
Gutierrez-Vargas, Gildardo;Ruiz, Alberto;Lopez-Morelos, Victor H.;Kim, Jin-Yeon;Gonzalez-Sanchez, Jorge;Medina-Flores, Ariosto
Nuclear Engineering and Technology
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제53권9호
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pp.2982-2989
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2021
One of the consequences of the 475 ℃ embrittlement of duplex stainless steels is the reduction of the resistance to localized corrosion. Therefore, the detection of this type of embrittlement before the material exhibits significant loss in toughness, and corrosion resistance is important to ensure the structural integrity of critical components under corrosion threats. In this research, conductivity measurements are performed using the alternating current potential drop (ACPD) technique with using a portable four-point probe as a nondestructive evaluation (NDE) method for detecting the embrittlement in a 2507 (UNS S32750) super duplex stainless steel (SDSS) aged at 475 ℃ from as-received condition to 300 h. The electric conductivity results were compared against two electrochemical tests namely double loop electrochemical potentiokinetic reactivation (DL-EPR) and critical pitting temperature (CPT). Mechanical tests and the microstructure characterized using scanning electron microscopy (SEM) imaging are conducted to track the progress of embrittlement. It is shown that the electric conductivity correlates with the changes in impact energy, microhardness, and CPT corrosion tests result demonstrating the feasibility of the four-point probe as a possible field-deployable method for evaluating the 475 ℃ embrittlement of 2507 SDSS.
Oil well casing leak is caused by contact of casing outer surface with formation electrolyte. It is usually associated with an aquifer with a high salt content or absence of a cement ring behind the casing. The only way to reduce external casing corrosion is through cathodic protection. Through cathodic polarization of casing structure, electron content in crystal lattice and electron density will increase, leading to a potential shift towards the cathodic region. At Tatneft enterprises, cathodic protection is carried out according to cluster and individual schemes. The main criterion for cathodic protection is the size of protective current. For a casing, the protective current is considered sufficient if measurements with a two-contact probe show that the electric current directed to the casing has eliminated all anode sites. To determine the value of required protective current, all methods are considered in this work. In addition, an analysis of all methods used to determine the minimum protective current of the casing is provided. Results show that the method of measuring potential drop along casing is one of the most reliable methods for determining the value of protective current.
In order to perform elastic-plastic fracture mechanical analyses, fracture resistance curves for concerned materials are required. The unloading compliance method and the DCPD(Direct Current Potential Drop) method have been widely used for measuring the crack length and the extension for a standard specimen fracture resistance curve test. However it is difficult to apply the unloading compliance method to a real pipe fracture resistance curve test. The objective of this paper is to propose the calibration equation between the normalized crack length and the normalized electric potential, and to apply to pipe fracture experiments. For these, finite element analyses were performed with various current input locations and crack front configurations. Also the 4-point bending jig was manufactured for a pipe test and the DCPD method was used to measure crack extensions and crack lengths for a pipe test. The calculated crack length by the DCPD method agreed with the measured crack length within 5% error.
When crack are detected in aged turbine rotors of power plants, information on fracture resistance of the aged material at operating temperature is needed for determination of critical loading condition and residual life of the turbine. In this study, fracture toughness (J$_lc$) and tearing modulus(T$_mat$) of virgin and thermally degraded 1Cr-1Mo-0.25V steel, which is one of the most widely used rotor steels, were measured at 538.deg. C according to ASTM E813 and ASTM E1152, respectively. Five kinds of specimen with different degradation levels were prepared by isothermal aging heat treatment at $630^{\circ}C.$ It was observed that J$_lc$ and T$_mat$ value decreased as the degradation level increased. Analysis of microstructures using a scanning electron microscope showed that the decrement of J$_lc$ is related to segregation of impurities at grain boundaries. It was also verified that the DC electric potential drop method is accurate and reliable for crack length monitoring at elevated temperature.
The effect of temperature, frequency and microstructure on fatigue crack propagation property of Ti-6A1-4V alloy has been investigated. The temperatures employed were room temperature, 20$0^{\circ}C$ and 40$0^{\circ}C$. The frequencies were 20Hz and 8 Hz. The microstructures tested were equiaxed and bimodal microstructures. Mechanical properties and fatigue crack growth rates were measured in different test conditions. From the experimental results, following conclusions were obtained. Bimodal microstructure showed superior fatigue crack growth resistance to equiaxed microstructure. Under all test conditions, fatigue crack growth rate increased with test temperature. Wine the frequency decreasing from 20Hz to 8Hz, fatigue crack growth rate increased.
In order to apply the leak before break (LBB) concept to nuclear piping systems, the dynamic strain aging effect of low carbon steel materials has to be taken into account, in compliance with the requirements of the Korean Standard Review Guide (KSRG) 3.6.3-1. For this goal, J-R tests are needed for a range of various temperatures and loading rates, including dynamic loading conditions. In the dynamic loading J-R test, the unloading compliance method can not be applied to measure the crack growth and direct current potential drop (DCPD) method; this method also has a problem defining the crack initiation point. The normalization method is known as a very useful method to determine the J-R curve under dynamic loading because it does not need additional equipment or complicated loading sequences such as electric current or unloading. This method was accepted by the American Society for Testing and Materials (ASTM) as a standard test method E1820 A15 in 2001. However, it has not yet been clearly verified yet if the normalization method is sufficiently reliable to be applied to LBB. In this study, the basic background of the J-integral, LBB and dynamic loading J-R test are explained, and the current status for dynamic loading J-R test methods are reviewed from the view point of LBB for nuclear piping. In particular, the theoretical and historical background of the normalization method which has received attention recently, is summarized. Recent studies for this method are introduced and future works are suggested that may improve the reliability of LBB for nuclear piping.
To determine the effect of temperature and microstructure on the fatigue crack propagation behavior in Ti-3Al-2.5V alloy, experimental investigations have been carried out with the specimens of different temperatures and different volume fractions of prime $\alpha$-phase. The temperatures employed were room temperature, 20$0^{\circ}C$, 30$0^{\circ}C$ and 40$0^{\circ}C$ under the same frequency of 20Hz. To obtain the different volume fractions of the primary $\alpha$-phase, specimens were solution-treated at $\alpha$+$\beta$ and above the $\beta$ region. From the experimental results, following conclusions were obtained. (1) ΔKth was observed to increase with the less volume fraction of the primary $\alpha$-phase. (2) As the temperature increased. (3) Microstructures having more primary $\alpha$-phase showed higher strength at the high temperatures.
Ti alloys, with the advantageous tensile strength/density ratio and the chemical stability, have been used widely in the aerospace and chemical engineering industries and their usages are still expanding in various industrial areas. In the automotive industry, because of their superior merits of weight reduction and fuel saving, Ti alloys are expected to be used as various part materials including connecting rods, engine valves, springs and retainers, which are all subjected to the fatigue loads. In this study, using Ti-3A1-2.5V, the effects of temperature and microstructure change on fatigue crack propagation has been investigated. Five different microstructures were tested at the temperatures of room temperature, 20$0^{\circ}C$, 30$0^{\circ}C$ and 40$0^{\circ}C$ under the same frequency 20Hz. Some of the conclusions obtained are as follows: (1)Microstructurally, the morphology of less $\alpha$-phase and finer lamellar structure of $\alpha$ and $\beta$-Ti showed better registance to the fatigue crack propagation. (2)Fatigue crack growth rate increased with test temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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