Fracture behaviors of pipes with local wall thinning is very important for the integrity of nuclear power plant. In pipes of energy plants, sometimes, the local wall thinning may result from severe drosion-corrosion damage. However, effect of local wall thinning on strength and fracture behaviors of piping system were not well studied. In this paper, the monotonic bending tests were performed of full-scale carbon steel pipes with local wall thinning. A monotonic bending load was applied to straight pipe specimens by four-point loading at ambient temperature without internal pressure. From the tests, fracture behaviors and fracture strength of locally thinned pipe were manifested systematically. The observed failure modes were divided into four types; ovalization, ovalization+cracking, local buckling and local buckling+cracking. Also, maximum load was successfully evaluated.
Many rivers and seas have been affected by environmental contamination. Therefore, city water supplies often require a high-degree purification treatment to provide safe drinking water. However, in order to achieve a high-degree purification treatment, a large amount of chlorine has to be added to sterilize city drinking water. The added chlorine reacts chemically with water and forms hypochlorous and chlorine ions. The hypochlorous ionizes with hypochlorous ions and hydrogen ions. As a result, the city water contains a large amount of chlorine ion. As such, when city water is used with domestic boilers, many kinds of heat exchangers, and the engines of vehicle and ships, there are often corrosion problems. In this study, alkali water was electrochemically made by electrolysis of city water, and corrosion properties between alkali and city water were investigated with an electrochemical method. Most of the chlorine ions are thought to not be contained in the alkali water because the alkali water is created in the cathodic chamber with an electrolysis process. In other words, the chlorine ion can be mostly removed by its migration from a cathodic chamber to an anodic chamber. Moreover, the alkali water also contains a large amount of hydroxide ion. The alkali water indicated relatively good corrosion resistance compared to the city water and the city water exhibited a local corrosion pattern due to the chlorine ion created by a high-degree purification treatment. In contrast, the alkali water showed a general corrosion pattern. Consequently, alkali water can be used with cooling water to inhibit local corrosion by chlorine ions in domestic boilers, various heat exchangers and the engine of ships and for structural steel in a marine structure.
An Remote Corrosion Monitoring (RCM) system consists of an anode with low potential, the metallic structures against corrosion, an electrode to provide reference potential, and a data-acquisition system to ensure the potential difference for anticorrosion. In more detail, the data-acquisition (DAQ) system monitors the potential difference between the metallic structures and a reference electrode to identify the correct potential level against the corrosion of the infrastructures. Then, the measured data are transmitted to a central office to remotely keep track of the status of the corrosion monitoring (CM) system. To date, the RCM system is designed to achieve low power consumption, so that it can be simply powered by batteries. However, due to memory effect and the limited number of recharge cycles, it can entail the maintenance fee or sometimes cause failure to protect the metallic structures. To address this issue, the low-overhead energy harvesting circuitry for the RCM systems has designed to replenish energy storage elements (ESEs) along with redeeming the leakage of supercapacitors. Our developed energy harvester can scavenge the ambient energy from the corrosion monitoring environments and store it as useful electrical energy for powering local data-acquisition systems. In particular, this paper considers the energy harvesting from potential difference due to galvanic corrosion between a metallic infrastructure and a permanent copper/copper sulfate reference electrode. In addition, supercapacitors are adopted as an ESE to compensate for or overcome the limitations of batteries. Experimental results show that our proposed harvesting schemes significantly reduce the overhead of the charging circuitry, which enable fully charging up to a 350-F supercapacitor under the low corrosion power of 3 mW (i.e., 1 V/3 mA).
The electrolytic reduction of spent oxide fuel involves the liberation of oxygen in a molten LiCl electrolyte, which is a chemically aggressive environment that is very corrosive for typical structural materials. So, it is essential to choose the optimum material for the process equipment handling molten salt. In this study, corrosion behavior of Haynes 263, 75, and Inconel X-750, 718 in molten salt of $LiCl-Li_{2}O$ under oxidation atmosphere was investigated at $650^{\circ}C\;for\;72\sim360$ hours. At $3\;wt\%\;of\;Li_{2}O$, Haynes 263 alloy showed the highest corrosion resistance among the examined alloys, and up to $8\;wt\%\;of\;Li_{2}O$, Haynes 75 exhibited the highest corrosion resistance. Corrosion products were formed $Li(Ni,Co)O_2,\;LiNiO_2\;and\;LiTiO_2\;and\;Cr_{2}O_3$ on Haynes 263, $Cr_{2}O_3,\;NiFe_{2}O_4,\;LiNiO_2,\;Li_{2}NiFe_{2}O_4,\;Li_{2}Ni_{8}O_10$ and Ni on Haynes 75, $Cr_{2}O_3,\;(Al,Nb,Ti)O_2,\;NiFe_{2}O_4,\;and\;Li_{2}NiFe_{2}O_4$ on Inconel X-750 and $Cr_{2}O_3,\;NiFe_{2}O_4\;and\;CrNbO_4$ on Inconel 718, respectively. Haynes 263 showed local corrosion behavior and Haynes 75, Inconel X-750, 718 showed uniform corrosion behavior.
The electrolytic reduction of spent oxide fuel involves the liberation of oxygen in a molten LiCl electrolyte, which results in a chemically aggressive environment that is too corrosive for typical structural materials. So, it is essential to choose the optimum material for the process equipment handling molten salt. In this study, corrosion behavior of Inconel 713LC, MA 754, X-750 and 718 in the molten salt $LiCl-Li_2O$ under an oxidizing atmosphere was investigated at $650^{\circ}C$ for $72{\sim}216$ hours. Inconel 713LC alloy showed the highest corrosion resistance among the examined alloys. Corrosion products of Inconel 713LC were $Cr_2O_3,\;NiCr_2O_4$ and NiO, and those of Inconel MA 754 were $Cr_2O_3\;and\;Li_2Ni_8O_{10}$ while $Cr_2O_3,\;NiFe_2O_4\;and\;CrNbO_4$ were produced from Inconel 718. Also, corrosion products of Inconel X-750 were found to be $Cr_2O_3,\;NiFe_2O_4\;and\;(Cr,Nb,Ti)O_2$. Inconel 713LC showed local corrosion behavior and Inconel MA 754, 718, X-750 showed uniform corrosion behavior.
Corrosion of nickel-base alloys (Hastelloy C-276, Inconel 625, and Inconel X-750) in $500^{\circ}C$, 25MPa supercritical water (with 10 wppb oxygen) was investigated to evaluate the suitability of these alloys for use in supercritical water reactors. Oxide scales formed on the samples were characterized by gravimetry, scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy. The results indicate that, during the 1000h exposure, a dense spinel oxide layer, mainly consisting of a fine Cr-rich inner layer ($NiCr_{2}O_{4}$) underneath a coarse Fe-rich outer layer ($NiFe_{2}O_{4}$), developed on each alloy. Besides general corrosion, nodular corrosion occurred on alloy 625 possibly resulting from local attack of ${\gamma}$" clusters in the matrix. The mass gains for all alloys were small, while alloy X -750 exhibited the highest oxidation rate, probably due to the absence of Mo.
In general, the protection method of Shell and Tube Type heat exchanger for a vessel has been applied as a sacrificial anode, which is attached at the inner side of the shell. However, this is an insufficient protection method for tube. Therefore, a more suitable method, such as the impressed current cathodic protection for tube protection, is required. Al-brass is the raw material of tubes for heat exchanger of a vessel where seawater is used for cooling the water. It has a high level of heat conductivity, excellent mechanical properties, and a high level of corrosion resistance, due to a cuprous oxide (Cu$_2$O) layer against th seawater. However, in actuality, it has been reported that Al-brass tubes for heat exchanger of a vessel can produce local corrosion, such as stress corrosion cracking (SCC). This paper studied the effect of impressed potential on the stress corrosion cracking of Al-brass for impressed current cathodic protection in 3.5% NaCl +0.1% NH$_4$OH solution, under flow by a constant displacement tester. Based on the test results, the latent time of SCC, stress corrosion crack propagation, and the dezincification phase of Al-brass are investigated.
Due to the importance of the surface on the final slab quality, it is essential to maintain a smooth segment roll surface that is in touch with the thin solid shell during solidification. In this paper, the surface of the used continuous casting guide roll was analyzed to realize the mechanism of its surface deterioration. Surface analysis has revealed severe corrosion at two distinct areas leading to deep roughness occurring on the guide roll. Firstly, the severe corrosion follows prior austenite grain boundary due to exposure with acidic environment. Also, in heat affected zone (HAZ) where two cladding beads overlap, more severe corrosion takes place. The overheat input results in local ferritization without full melting which increases retained δ-ferrite content almost 10 times higher than surrounding area. Corrosion was observed to happen at the δ-γ interface where Cr depletion takes place.
To understand failure behavior of pipe thinned by flow accelerated corrosion, in this study, the pipe failure tests were performed on 102mm-Sch.80 carbon steel pipe with various local wall thinning shapes, and the failure mode, load carrying capacity, and deformability were investigated. The tests were conducted under loading conditions of 4-points bending and internal pressure. The experimental results showed that the failure mode of thinned pipe depended on magnitude of internal pressure and thinning length as well as loading direction and thinning depth and angle. The variation in load carrying capacity and deformability of thinned pipe with thinning length was determined by stress type appled to the thinning area and circumferential thinning angle. Also, the effect of internal pressure on failure behavior was dependent on failure mode of thinned pipe, and it promoted crack occurrence and mitigated local buckling at thinned area.
Flow fields inside feeder pipes have been simulated numerically using a CFD (computational fluid dynamics) code to calculate the shear stress distribution, which is the most important factor in predicting the local regions of feeder pipes highly susceptible to FAC (flow-accelerated corrosion)-induced wall thinning. The CFD approach, with schemes used in this study, to simulate the flow situations inside the CANDU feeder pipes has been verified as it showed a good agreement between the investigation results for the failed feedwater pipe at Surry unit 2 plant in the U.S. and the CFD calculation. Sensitivity studies of the three geometrical parameters, such as angle of the first and second bends, length of the first span between the grayloc hub and the first bend, and length of the second span between the first and the second bends have been performed. CFD analysis reveals that the local regions of feeder pipes of Wolsung unit 1 in Korea, on which wall thickness measurements have been performed so far, are not coincident with the worst regions predicted by the present CFD analysis located in the connection region of straight and bend pipe near the inlet part of the bend intrados. Finally, based on the results of the present CFD analysis, a guide to the selection of the weakest local positions where the measurement of wall thickness should be performed with higher priority has been provided.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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