Stress corrosion cracks in Alloy 600 compact tension specimens tested at $325^{\circ}C$ in a simulated primary water environment of pressurized water reactor were analyzed by analytical transmission electron microscopy and secondary ion mass spectroscopy (SIMS). From a fine-probe chemical analysis, oxygen was found on the grain boundary just ahead of the crack tip, and chromium oxides were precipitated on the crack tip and the grain boundary attacked by the oxygen diffusion, leaving a Cr/Fe depletion (or Ni enrichment) zone. The oxide layer inside the crack was revealed to consist of a double (inner and outer) layer. Chromium oxides existed in the inner layer, with NiO and (Ni,Cr) spinels in the outer layer. From the nano-SIMS analysis, oxygen was detected at the locations of intergranular chromium carbides ahead of the crack tip, which means that oxygen diffused into the grain boundary and oxidized the surfaces of the chromium carbides. The intergranular chromium carbide blunted the crack tip, thereby suppressing the crack propagation.
In 2006, as a means to minimize early corrosion failure of ships, thus to enhance marine safety, International Maritime Organization (IMO), proposed a mandatory regulation for Performance Standards for the Protective Coatings (PSPC) for ballast tanks of newly built ships to satisfy 15 years of target useful life. In this regulation, several unprecedented strict rules are adopted as minimum, mandatory requirements for protective coatings of ship's water ballast tanks, and all type of ships sailing international sea are subjected to this regulation which is to be effective as early as June of 2008. The PSPC addresses many technical issues in the areas of surface pretreatment (primary and secondary), coating materials, coating application procedure and inspection as well as necessary documentation. The PSPC rules are new and unproven concepts, which calls for rigorous incorporation of reality-based evidences currently available, since there are no practical experiences in terms of the validity of the PSPC rules. There has been much controversy surrounding these regulations and considerable effort has been made by both shipyards and ship owners alike to achieve a performance standard for ballast tank coatings, which is acceptable to all. In this paper, the background and overview of the PSPC rules are given, and several issues in the PSPC are reviewed as a base to achieve robustness of the proposed PSPC, which will serve as a means to minimize early corrosion and to ensure 15 year target useful life of ships.
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.
Clogging of sump strainers that filter the recirculation water in containment after a loss-of-coolant accident (LOCA) seriously impedes the continued cooling of nuclear reactor cores. In experiments examining the corrosion of aluminium alloy 6061, a common material in containment equipment, in borated solutions simulating the water chemistry of sump water after a LOCA, we found that Fe-bearing intermetallic particles, which were initially buried in the Al matrix, were progressively exposed as corrosion continued. Their cathodic nature $vis-{\grave{a}}-vis$ the Al matrix provoked continuous trenching around them until they were finally released into the test solution. Such particles released from Al alloy components in a reactor containment after a LOCA will be transported to the sump entrance with the recirculation flow and trapped by the debris bed that typically forms on the strainer surface, potentially aggravating strainer clogging. These Fe-bearing intermetallic particles, many of which had a rod or thin strip-like geometry, were identified to be mainly the cubic phase ${\alpha}_c-Al(Fe,Mn)Si$ with an average size of about $2.15{\mu}m$; 11.5 g of particles with a volume of about $3.2cm^3$ would be released with the dissolution of every 1 kg 6061 aluminium alloy.
In this study, we investigated high-gradient magnetic separation as a method for separating crud in high-temperature, high-pressure water inside a nuclear reactor. Corrosion products in the coolant circulate through the system and attach to the reactor core, where they are activated by neutron irradiation. The activated corrosion products then desorb from the core and circulate through the cooling system again. The corrosion product in the reactor water or piping system is called crud. Crud is the main source of radiation exposure for radiation workers. Removal and recovery of crud is important in decommissioning plants that have been in operation for service life, and new technologies are also desired. A method for separating activated ions adsorbed on ion exchange resins in nuclear reactors using magnetic separation is developed. In this method, the ion exchange resin is washed with acid, the activated ions are adsorbed from the washing water using adsorbents, and then separated magnetically. Rudimentary experiments were conducted to investigate the possibility of this method.
Cement of three alkalinities (equivalent alkalinities of 0.36,0.52 and 0.97) was employed in fabricating a set of classical G109 type specimens. To-date, these have been subjected to a one week wet-one week dry cyclic pending using 15 w/o NaCl solution. At the end of the dry period, potential and macro-cell current were measured to indicate whether the top reinforcing steel was in the passive or active state. Once this bar became active, the specimen was autopsied and the extent of corrosion was documented. Subsequent to visual inspection, concrete powder samples were collected from the upper region of the top rebar trace; and at a certain times concrete cores were taken from non-reinforced specimens. Using these, determinations were made of (1) critical chloride concentration for corrosion initiation ($Cl_{th}^-$), (2) effective chloride diffusion coefficient ($D_e$), and (3) pore water alkalinity ($[OH^-]$). The pore water alkalinity was strongly related to the alkali content of cement that was used in the mix. The chloride concentration, ($Cl^-$), was greater at active than at passive sites, presumably as a consequence of electro migration and accumulation of these species at active site subsequent to corrosion initiation. Accordingly, ($Cl^-$) at passive sites was considered indicative of the threshold concentration fur corrosion initiation. The $Cl_{th}^-$ was increased with increasing Time-to-corrosion ($T_i$). Consequently, the HA(High Alkalinity) specimens exhibited the highest $Cl_{th}^-$ and the NA(Normal Alkalinity) was the least. This range exceeds what has previously been reported in North America. In addition, the effective diffusion coefficient, $D_e$, was about 40 percent lower for concrete prepared with the HA cement compared to the NA and LA(Low Alkalinity) ones.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.1
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pp.32-44
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1983
In case of $K_{Imax}$ < $K_{Iscc}$, the corrosion fatigue of high strength steel in 0.1N $H_{2}$S $O_{4}$ solution and 3.5% salt water is as follows. 1. The fatigue life shortens in order of 3.5% salt water and 0.1N $H_{2}$S $o_{4}$ solution. 2. The fatigue crack growth rate in air is obtained as the following equation. (dc/dN)$_{atr}$=7.23*10$^{-6}$ (.DELTA. K)$^{2.23}$ 3. The corrosion fatigue crack growth rate in environment is divided into three regions, that is, First Region, Second Region and Third Region from the small cyclic stress intensity. 4. The formation rate of the active surface on metal is slower than the mechano-chemical reaction rate in First Region. The crack growth rate depends on time and the cyclic stress intensity and is expressed as the following equation. (dc/dN)$_{I}$=C(/DELTA. K)$^{\delta}$ 5. The formation rate of the active surface is faster than the mechano-chemical reaction rate in Second Region and the synergistic effect by stress and corrosion becomes slow. In case the fatigue load is large, we have the critical crack growth rate which is not related to the cyclic stress intensity. 6. The corrosion crack growth rate by the mechano-chemical reaction is the same in $H_{2}$S $O_{4}$ solution and salt water, so Hydrogen accelerates the crack growth. 7. The environment has no effect on the corrosion fatigue crack growth rate in Third Region. 8. In First Region and Second Region, dimple is observed on the fatigue fracture surface in 0.1N $H_{2}$S $O_{4}$ solution. 9. The striation is observed in any environment as in air in Third Region and its interval approximately coincide with the crack growth rate.ate.e.e.
The effect of stress factors on the growing process of stress corrosion cracking (SCC) of the sensitized 18-8 stainless steel in high temperature water was investigated using equations of crack growth rate derived from applying electric circuits to SCC corrosion paths. Three kinds of cross sections have to be considered when electric circuit is constructed using total current. The first is ion flow passage area, $S_{sol}$, of solution in crack, the second is total dissolving surface area, $S_{dis}$, of metal on electrode of crack tip and the third is dissolving cross section, $S_{met}$, of metal on grain boundary or in base metal or in welding metal. Stress may affect each area. $S_{sol}$ may depend on applied stress, $\sigma_{\infty}$, related with crack depth. $S_{dis}$ is expressed using a factor of $\varepsilon(K)$ and may depend on stress intensity factor, K only. SCC crack growth rate is ordinarily estimated using a variable of K only as stress factor. However it may be expected that SCC crack growth rate depends on both applied stress $\sigma_{\infty}$ and K or both crack depth and K from this consideration.$\varepsilon(K)$ is expressed as ${\varepsilon}(K)=h_2{\cdot}K^2+h_3{\cdot}K^3$ when $h_{2}$ and $h_{3}$ are coefficients. Also, relationships between SCC crack growth rate, da/dt and K were simulated and compared with the literature data of JBWR-VIP-04, NRC NUREG-0313 Rev.2 and SKIFS Draft. It was pointed out in CT test that the difference of distance between a point of application of force and the end of starter notch (starting point of fatigue crack) may be important to estimate SCC crack growth rate. An anode dissolution current density was quantitatively evaluated using a derived equation.
Tae-Young Kim;Sung-Woo Kim;Dong-Jin Kim;Sang-Tae Kim
Corrosion Science and Technology
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v.22
no.1
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pp.44-54
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2023
The rupture disk corrosion test (RDCT) method was recently developed to evaluate stress corrosion cracking (SCC) and was found to have great potential for the real-time detection of SCC initiation in a high temperature and pressure environment, simulating the primary water coolant of pressurized water reactors. However, it is difficult to directly measure the stress applied to a disk specimen, which is an essential factor in SCC initiation. In this work, finite element analysis (FEA) was performed using ABAQUSTM to calculate the stress and deformation of a disk specimen. To determine the best mesh design for a thin disk specimen, hexahedron, hex-dominated, and tetrahedron models were used in FEA. All models revealed similar dome-shaped deformation behavior of the disk specimen. However, there was a considerable difference in stress distribution in the disk specimens. In the hex-dominated model, the applied stress was calculated to be the maximum at the dome center, whereas the stress was calculated to be the maximum at the dome edge in the hexahedron and tetrahedron models. From a comparison of the FEA results with deformation behavior and SCC location on the disk specimen after RDCT, the most proper FE model was found to be the tetrahedron model.
Dong-In Lim;Heng-Su Noh;Hyeok-Jun Kwon;Sung-Ryul Park;Man-Sik Jo;Doo-Youl Lee
Corrosion Science and Technology
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v.22
no.3
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pp.201-213
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2023
Corrosion management of an aircraft and its engine relies on rinsing and cleaning using tap water. Few studies have reported effects of tap water species on corrosion behaviors of structural materials. In this study, a series of experiments were conducted based on the design of experiment. Solutions with different levels of chloride and sulfate ions were prepared using a full factorial design. Two structural materials (aluminum alloy and steel) were used for an alternate immersion test. Weight loss was then measured. In addition, a silver specimen was utilized as a sensor for chloride deposition measurement. The silver specimen was examined using the electrochemical reduction method, XPS, and SEM-EDS. Surface analysis revealed that levels of chloride and sulfate ions were sufficient for the formation of silver chloride and silver surface. Statistical analysis of weight loss and chloride deposition rate showed significant differences in measured values. Concentration of chloride ions greatly affected corrosion behaviors of structural materials. Sulfate ion hindered the adsorption reaction. These results emphasize the importance of controlling ion concentration of tap water used for cleaning and rinsing an aircraft.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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