Seungjin Seo;Nakkyu Chae;Samuel Park;Richard I. Foster;Sungyeol Choi
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.7
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pp.2591-2603
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2023
Simulating the Corrosion-Related Unidentified Deposit (CRUD) on the surface of fuel assemblies is necessary to predict the axial offset anomaly and the localized corrosion induced by the CRUD during the operation of nuclear power plants. A new CRUD model was developed to predict the formation of the CRUD deposits, considering the deposition and erosion mechanisms. The heat transfer and capillary flow within the CRUD were also considered to evaluate the boiling amount within the CRUD layer. This model predicted a CRUD deposit thickness of 44 ㎛ during a one-cycle operation of the Seabrook nuclear power plant. The CRUD deposition tended to accelerate and decelerate during the simulation, by being related to boiling mechanism on the deposits surface. Additionally, during a three-cycle operation corresponding to the refueling period, the CRUD deposition was saturated at a thickness of 80 ㎛, which was in good agreement with the suggested thickness for CRUD buildupin pressurized water reactors. Surface boiling on the thin CRUD deposits enhanced the acceleration of the deposition, even when the wick boiling properties were not favorable for CRUD deposition. To ensure the certainty of the simulation results, sensitivity analyses were conducted for the porosity, chimney density, and the constants employed in the proposed model of the CRUD.
According to the bipolar model, ion selectivity of some species in the passive film is important factor to control the passivation. An increase of cation selectivity of outer layer of the passive film can stabilize the film and improves the corrosion resistance. Therefore, the formation and roles of ionic species in the passive film should be elucidated. In this work, two types of solution (hydrochloric or sulfuric acid) were used to test high N and Mo-bearing stainless steels. The objective of this work was to investigate the formation of oxyanions in the passive film and the roles of oxyanions in passivation of stainless steel. Nitrogen exists as atomic nitrogen, nitric oxide, nitro-oxyanions (${NO_x}^-$), and N-H species, not nitride in the passive film. Because of its high mobility, the enriched atomic nitrogen can act as a reservoir. The formation of N-H species buffers the film pH and facilitates the formation of oxyanions in the film. ${NO_x}^-$ species improve the cation selectivity of the film, increasing the oxide content and film density. ${NO_x}^-$ acts similar to a strong inhibitor both in the passive film and at active sites. This facilitates the formation of chromium oxide. Also, ${NO_x}^-$ can make more molybdate and nitric oxide by reacting with Mo. The role of Mo addition on the passivation characteristics of stainless steel may differ with the test environment. Mo exists as metallic molybdenum, molybdenum oxide, and molybdate and the latter facilitates the oxide formation. When nitrogen and molybdenum coexist in stainless steel, corrosion resistance in chloride solutions is drastically increased. This synergistic effect of N and Mo in a chloride solution is mainly due to the formation of nitro-oxyanions and molybdate ion. Oxyanions can be formed by a 'solid state reaction' in the passive film, resulting in the formation of more molybdate and nitric oxide. These oxyanions improve the cation selectivity of the outer layer and form more oxide and increase the amount of chromium oxide and the ratio of $Cr_2O_3/Cr(OH)_3$ and make the film stable and dense.
This study investigated the corrosion properties of reinforced concrete with the addition of steel fibers. The transport properties of steel fiber-reinforced concrete such as permeable void, absorption by capillary action, water permeability and chloride diffusion were first measured to evaluate the relationship with the corrosion of steel rebar. Test results showed a slight increase on the compressive strength with the addition of steel fibers as well as considerable improvement of penetration resistance to mass transport of harmful materials into concrete. The addition of steel fibers in reinforced concrete accelerated the initiation of steel corrosion contrary to the expected results based on the measured transport properties. The NaCl ponding surface showed the spalling failure due to the corrosion expansion of steel fibers and the cut-surface around the steel rebar showed the localized steel fiber's corrosion. The wet-dry cycling with high chloride ions as well as high temperature seems to induce the increase of salt crystallization on the pores continually and the increased pressure with the steel fiber's corrosion on the pores caused the spalling failure on the exposed surface. The microcracking on the surface therefore accelerated the movement of water, chloride ions and oxygen into the embedded steel rebar. The mechanism affecting corrosion of embedded steel reinforcement with steel fibers in this study are not yet fully understood and require further study comprising of accurate experimental design to isolate the effect of steel fiber's potential mechanism on the corrosion process.
Nie, Biao;Xu, Shanhua;Zhang, Haijiang;Zhang, Zongxing
Steel and Composite Structures
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v.35
no.5
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pp.611-625
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2020
Experimental investigation and finite element analysis of corroded cold-formed steel (CFS) columns are presented. 11 tensile coupon specimens and 6 stub columns of corroded CFS that had a channel section of C160x60x20 were subjected to monotonic tensile tests and axial compression tests, respectively. The degradation laws of the mechanical properties of the tensile coupon specimens and stub columns were analysed. An appropriate finite element model for the corroded CFS columns was proposed and the influence of local corrosion on the stability performance of the columns was studied by finite element analysis. Finally, the axial capacity of the experimental results was compared with the predictions obtained from the existing design specifications. The results indicated that with an increasing average thickness loss ratio, the ultimate strength, elastic modulus and yield strength decreased for the tensile coupon specimens. Local buckling deformation was not noticeable until the load reached about 90% of the ultimate load for the non-corroded columns, while local buckling deformation was observed when the load was only 40% of the ultimate load for the corroded columns. The maximum reduction of the ultimate load and critical buckling load was 57% and 81.7%, respectively, compared to those values for the non-corroded columns. The ultimate load of the columns with web thickness reduced by 2 mm was 53% lower than that of the non-corroded columns, which indicates that web corrosion most significantly affects the bearing capacity of the columns with localized corrosion. The results predicted using the design specifications of MOHURD were more accurate than those predicted using the design specifications of AISI.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.36
no.1
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pp.79-84
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2003
$WC-Ti_{1}$ -xA $l_{x}$ N multilayered coatings are performed by their periodically repeated structures of lamellae of WC-Ti/$WC-Ti_{1}$ -xA $l_{x}$ Nmaterials. The $WC-Ti_{1}$ -xA $l_{x}$ N coatings with variable Al content were deposited onto AISI D2 steel by cathodic arc deposition (CAD) method. The electrochemical behavior of multilayered $WC-Ti_{1}$ -xA $l_{x}$ N coatings with different phases (WC- Ti$0.6/Al_{0.4}$ N, $WC-Ti_{0.53}$$Al_{0.47}$N, $WC-Ti_{0.5}$$Al_{0.5}$ N and $WC-Ti_{ 0.43}$$Al_{0.57}$ N) was investigated in deaerated 3.5% NaCl solution at room temperature. The corrosion behaviors for the multilayered coatings were investigated by electrochemical techniques (potentiodynamic polarization) and surface analyses (X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES)). In the petentiodynamic polarization test, the corrosion current density of $WC-Ti_{0.5}$$Al_{0.5}$N was lower than others.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.10
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pp.1626-1635
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1997
It is important to ensure the reliability of the first localized reactor vessel steel. To satisfy with this purpose, a study on the impact/hardness, low cycle fatigue(LCF), crack growth rate(da/dN) and fracture toughness( ) of base material(BM) and weld metal(WM) were performed under room temperature air and corrosion conditions. A summary of the results is as folows : (1) Charpy impact absorbed energy of BM was the highest value, heat affected zoon(HAZ) and the lowest, WM. The hardness of BM was similar to HAZ. (2) Coefficients of Manson equation using the monotonic tensile test data were obtained for the present material. (3) The effects of stress ratio and ambient (120.deg. C and NaCl) condition on da/dN were investigated, da/dN with NaCl condition expressed the highest value. (4) The results of Charpy V-notch impact test had good correlation with $K_{IC}$ characteristics and the lowest curve of $K_{IC}$ for BM was derived, more researches about WM and HAZ are required hereafter.
본 연구에서는 0.5M NaCI 용액내에서 일어나는 고분자재료로 피복된 강의 퇴화현상을 광학현미경 관찰 및 A.C. impedance spectroscopy를 이용하여 연구하였다. 강의 부식은 고분자재료로 피복된 강의 경우 국부부식(localized corrosion)의 형태로 나타난 반면, 피복되지 않은 강의 경우에는 전면부식(uniform corrosion)의 형태로 진행되었다. 고분자재료로 피복된 강의 부식이 국부적으로 진행되는 것은 피복층내에 존재하는 기공이나 크랙과 같은 결함 등에서 부식이 선택적으로 일어나기 때문으로 사료된다. 피복층의 박리(delamination) 현상은 고분자재료로 피복된 강/구리 갈바닉쌍(galvanic couple)의 경우 구리표면 위의 피복층에서만 관찰되었다. 이는 캐소드(cathode)로 작용하는 구리의표면에서 산소의 환원반응에 의해서 형성된 수산화이온(OH-)이 피복층의 박리를 조장하고 있음을 보여준다. 또한, 고분자재료 피복층의 파손 현상은 고분자재료/강의계면에서 석출된 부식생성물에 의해서 크게 조장되고 있음을 알 수 있다.
This study aimed to evaluate hydrogen permeation behaviors of pre-strained twinning-induced plasticity steel with or without Zn coating using electrochemical permeation technique. In contrast to un-strained and 30% strained samples, permeation current density was measured in the 60% strained sample. Tensile pre-straining at 60% involved microstructural modifications, including a high level of dislocation density and stacking fault with a semi-coherent twin boundary, which might provide a high diffusion path for hydrogen atoms. However, reproducibility of measurements of hydrogen permeation current was low due to non-uniform deformation and localized stress concentration. On the other hand, the permeation current was not measured in pre-strained TWIP steel with Zn coating. Instead, numerous blisters with some cracks were observed on the surface of the coating layer. In locally damaged Zn coating under tensile straining, hydrogen atoms could relatively easily permeate through the coating layer. However, they were trapped at the interface between the coating layer and the substrate, which might delay hydrogen penetration into the steel substrate.
An attempt was made to apply digital image correlation (DIC) strain analysis to in-situ scanning electron microscopy (SEM) observations of bending deformation to quantify local strain distribution inside a ZnMgAl-alloy coating in deformation. Interstitial-free steel sheets were hot-dipped in a Zn-3Mg-6Al (mass%) alloy melt at 400 ℃ for 2 s. The specimens were deformed using a miniature-sized 4-point bending test machine inside the SEM chamber. The observed in situ SEM images were used for DIC strain analysis. The hot-dip ZnMgAl-alloy coating exhibited a solidification microstructure composed of a three-phase eutectic of fine Al (fcc), Zn (hcp), and Zn2Mg phases surrounding the primary solidified Al phases. The relatively coarsened Zn2Mg phases were locally observed inside the ZnMgAl-alloy coating. The DIC strain analysis revealed that the strain was localized in the primary solidified Al phases and fine eutectic microstructure around the Zn2Mg phase. The results indicated high deformability of the multi-phase microstructure of the ZnMgAl-alloy coating.
Micro-droplet cell with free droplet as a micro-electrochemical technique has been limited to apply to electrochemical systems with high wetting properties such as an acidic solution and low grade stainless steels(Type 316L). By loading negative pressure to a droplet, control of droplet size, and use of hydrophobic gasket, the cell is modified to be allowed to use for electrochemical systems with high wetting properties. For giving the reliability of new cell, studies on local corrosion were conducted for three different systems-an acidic chloride solution and high chromium ferritic stainless steel, the other acidic chloride solution and type 316, and a neutral chloride solution and type 316. stainless steel. Firstly, the modified micro-droplet cell allows the anodic polarization curves in an acidic chloride solution to show the fact that the local corrosion of high chromium stainless steel near the $\alpha/\sigma$ interface is due to the Cr depleted zone. Secondly, the local anodic polarization test of type 316 L in the other acidic chloride solution can be successfully conducted in the cell. Furthermore, the local polarization curves help elucidating the corrosion of type 316 with $\delta-ferrite$ phase. Finally, the polarization curves of type 316 L in a neutral chloride solution indicates that the factor affecting the pitting corrosion resistance was inclusions rather than $\delta-ferrite$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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