Boiler is one of the most important utilities providing steam to turbine in order to supply mechanical energy in thermal power plant. It is composed of thousands of tubes for high efficient heat transfer. The material for boiler tubes is used in such high temperature and pressure condition as $540^{\circ}C$, 22MPa. The boiler tube material is required to resist creep damage, fatigue cracking, and corrosion damages. 2.25%Cr-1Mo steel is used for conventional boiler tubes, and austenitenite stainless steel is used for higher temperature boiler tubes. But the temperature and pressure of steam in power plant became higher for high plant efficiency. So, the property of boiler tube material must be upgaded to fit the plant property. Several boiler tube material was developed to fit such conditions. X20CrMoV12.1 steel is also developed in 1980's and used for superheater and reheater tubes in supercritical boilers. The material has martensite microstructures which is difficult to evaluate the degradation. In this thesis, degrade the X20CrMoV12.1 steel at high temperatures in electric furnace, and evaluate hardness with Vickers hardness tester and strengths with Indentation tester.
This paper investigates the time-dependent crack growth in X20CrMoV 12 1 steel weld joints. Crack growth test are carried out $545^{\circ}C$ on side-grooved 1/2T CT specimens under static loads. A simulated material is produced for the intercritical HAZ, where fracture normally occurs. Constitutive properties are obtained for the simulated HAZ material as well as for the base metal and weld metal. Finite element analyses of crack growth are performed on the models with and without a HAZ layer, using the experimental crack length-time history. The inclusion of HAZ layer increase the load line velocities significantly. The crack growth rates are correlated reasonably well with $C^*$. The smallest crack size for the validity of $C^*$ is found much smaller than the ASTM crack initiation size for 1T CT specimen of creep ductile materials.
Power plant boiler is one of the most important utilities providing steam to turbine in thermal power plant. It is composed of thousands of boiler tubes for high efficient heat transfer. Boiler tube material is used in such high temperature and pressure as $540^{\circ}C$, $170kg/mm^2$. The boiler tube material is needed to resist corrosion damage, creep damage and fatigue damage. 2.25%Cr-1Mo steel is used for conventional boiler tubes. In these days steam temperature and pressure of the power plant became higher for high plant efficiency. So, the material property of boiler tube must be upgraded to meet the plant property. Several boiler tube material was developed to meet such condition. X20CrMoV12.1 steel is also developed in early 1980's and used for superheater and reheater tubes in supercritical boilers. The material has martensitic structure, which is difficult to evaluate the material degradation. Boiler tube material at severe condition was tested to evaluate long term and short term degradation and creep. Through long term and high temperature degradation test, lath structure was decreased and recrystallization has been proceeded by sub-crystal. And in this research the effect of temperature and stress on boiler tube characteristic,for example, deformation by creep was changed rapidly at relatively high temperature and stress because creep was affected easily by temperature and stress.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.11a
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pp.46-46
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2003
고크롬강은 산업용 발전설비의 효율적인 열교환을 위해 수천개의 튜브로 구성된 보일러에 적용되고 있다. 이러한 보일러 튜브는 고온에 노출되어 있으며, 튜브 내면에는 고온의 증기가 고압으로 존재하고 있다. 따라서 보일러 튜브는 장기간 고온의 환경에서 사용되기 때문에 고온강도와 고온내산화 및 내부식 특성이 요구된다. 보일러 튜브의 열화는 이세조직 변화에 따른 고온강도의 저하를 재료내부의 열화와 고온산화 및 부식 등 외부환경에 의 한 열화로 크게 두 가지로 대별된다. 이러한 보일러 튜브의 수명평가는 튜브의 수명을 미리 예측하여 적절한 시점에 교체함으로서 운전 중 손상에 따른 발전정지 등을 방지하여 막대한 비용을 절감할 수 있기 때문에 현장에서는 중요한 의미를 갖는다. 본 연구에서는 보일러 튜브의 여러 가지 수명평가 방법 중 현재 산업용 발전설비의 보일러에 적용되고 있는 X-20 고크롬강의 고온산화 거동을 조사하여 향후 보일러 튜브의 수명평가 방법 중 산화스케일을 이용한 방법에 활용하는데 있어 기초 자료로 이용하고자 한다.
In this study, the degree of creep damages on the weldment accelerated creep degradation was nondestructively evaluated by replica method. The frequency of creep cavities occurrence has been observed highly at the intercritical HAZ. The life fraction of weldment damaged by creep has shown from 0.25(damage grade: 2) to 0.75(damage grade: 4) when it reptured. The degree of creep damages is considered to be evaluated by the metallographic replica method which is one of nondestructive evaluation methods.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.24
no.3
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pp.281-287
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2012
The internal oxide scale of twelve superheater and reheater tubes were tested which were serviced for 30,000~120,000 hours in thermal power plants. The oxide scale was formed in three layers. The Cr-rich area was observed beneath the original metal surface. The hematite ($Fe_2O_3$) phase was formed on the outer surface. The intermediate layer was magnetite ($Fe_3O_4$). The thickness of Cr-rich layer was about half of the total scale. All layers grew during the operation hour of the plant. The thickness of thickest scale was 0.2mm in superheater tubes. This can increase the tube metal temperature about $7^{\circ}C$ more than initial state. $7^{\circ}C$ tube metal temperature can reduce tube life about 30%, but the boiler tube's design margin is big enough therefore it has been analyzed that it would not effect on the life span.
In this work, microstructural and hardness evolution of the X20 steel upon short-term creep test ($550^{\circ}C$ to $650^{\circ}C$, $180^{\circ}C$ to 60 MPa) was studied by using scanning electron microscope, electron backscattered diffraction, and transmission electron microscope, microhardness tester. After creep rupture, gauge and grip part of the specimens were microstructurally analyzed. Creep at the $650^{\circ}C$/60 MPa resulted in a rupture at 1,460 hours with growth of lath width from 1.31 to $2.87{\mu}m$ and a grain growth with a more equiaxed feature. There is a close relationship between Microhardness and lath width. The formation and coarsening of Laves phase, which was observed up to $600^{\circ}C$ of creep temperature, was accelerated by the applied stress. Slight coarsening of the $M_{23}C_6$ was observed in the $550^{\circ}C$ and $600^{\circ}C$ crept or aged specimens. The coarsening of $M_{23}C_6$ depended on the temperature, where specimens crept at $650^{\circ}C$ showed higher growth rate. The microstructural evolution of X20 after short-term creep test was extensively discussed in relation to the long-term creep/aging test reported in literatures.
Seo, Junghwa;Choi, Mihwa;He, Yinsheng;Yang, Seok-Ran;Lee, Je-Hyun;Shin, Keesam
Applied Microscopy
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v.45
no.3
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pp.177-182
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2015
The boiler tubes of X20CrMoV12.1 used in fossil-fired power plants were obtained and analyzed for the effect of water treatment on the steam corrosion-induced oxide scale in an effort to better understand the oxide formation mechanism, as well as pertinent method of maintenance and lifetime extension. The specimens were analyzed using various microscopy and microanalysis techniques, with focuses on the effect of water treatment on the characters of scale. X-ray diffraction analysis showed that the scales of specimens were composed of hematite ($Fe_2O_3$), magnetite ($Fe_3O_4$), and chromite ($FeCr_2O_4$). Electron backscatter diffraction analysis showed that the oxides were present in the following order on the matrix: outer $Fe_2O_3$, intermediate $Fe_3O_4$, and inner $FeCr_2O_4$. After all volatile treatment or oxygenated treatment, a dense protective $Fe_2O_3$ layer was formed on the $Fe_3O_4$ layer of the specimen, retarding further progression of corrosion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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