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송근동(Geun Dong Song),황정호(Jeong Ho Hwang),김대웅(Dae-Woong Kim),허용학(Yong-Hak Huh),정인현(In Hyun Cheong),홍성구(Seong-Gu Hong),한준희(Junhee Hahn) 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.12
Super304H is a promising candidate for heat exchangers in boiler systems used in thermal power plants operating at ultra-supercritical conditions, and the mechanical properties of its weld play a decisive role in the reliability of the thermal power plant. Herein, we report the fatigue properties of Super304H weld at 600 ℃, focusing on the operating temperature in the field. Our results showed a drastic reduction in the fatigue resistance was observed in the weld at low strain amplitudes (< ~0.3%), which was associated with the transition of the fatigue failure location (mechanism) from the base metal to the weld metal. This coexistence of two distinct fatigue failure mechanism in Super304H weld is discussed in relation to the microstructural evolution of weld metal with thermal aging times.
Super304H 용접 이음의 미세조직 및 인장물성에 미치는 고온 열화의 영향
송근동(Geun Dong Song),황정호(Jeong Ho Hwang),김대웅(Dae-Woong Kim),정인현(In Hyun Cheong),홍성구(Seong-Gu Hong),한준희(Junhee Hahn) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
Super304H 은 초임계 이상 조건에서 작동하는 화력 발전소의 보일러 튜브 재료로 유망한 후보이며, 이들의 용접 이음에 대한 기계적 특성은 화력 발전소의 구조적 신뢰성에서 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 Super304H 용접 이음의 미세조직 및 인장 물성에 대한 고온 열화의 영향을 조사하였다. 고온 열화 시간의 증가함에 따라 Super304H 용접 이음의 모재와 용접금속에서는 서로 다른 미세조직의 변화가 발생하였으며, 이로 인해 용접 이음의 재료 불균일성을 심화되어 용접 금속에서 변형이 집중된다는 것을 관찰하였다. Super304H 용접 이음의 모재에서는 고온 열화에 의해 크롬 탄화물이 입계를 따라 생성되었으며, 입내에서는 미세한 Nb (C, N)이 새롭게 석출되었다. 용접 금속의 경우 수지상 내부에서는 미세조직의 큰 변화가 나타나지 않았지만, 수지상 간에서는 고온 열화 시간이 증가함에 따라 미세한 크롬탄화물이 석출되었다. 이러한 미세조직 변화로 인해 모재와 용접금속의 수지 상간에서는 국부적인 경도가 증가한 반면, 용접금속의 수지상 내부는 큰 변화가 없었다. 결과적으로 고온 열화에 의해 심화된 국부적 경도 불균일성은 Super304H 용접 이음의 Soft zone을 모재에서 용접금속의 수지상 중심부로 전환시켜 변형의 국재화를 야기하였으며, 이로 인해 인장 파단 위치가 모재에서 용접금속으로 이동되었다. Super304H steel is a promising candidate for boiler tube materials in thermal power plants operating under ultra-supercritical conditions, and the mechanical properties of its welded joint play a key role in the structural reliability of the thermal power plants. In this work, the effect of thermal ageing on the microstructure and tensile properties of Super304H welded joint was investigated. We found that a thermal ageing promotes different microstructural evolutions in the base metal and weld metal, deepening material inhomogeneity in the welded joint, and thereby triggering strain localization in the weld metal. With increasing thermal ageing time, Cr23C6 carbides precipitated in the interdendritic region of the weld metal and at the austenitic grain boundary of the base metal, and Nb (C, N) phases precipitated in the interior of austenitic grain in the base metal. These microstructure evolutions resulted in that local hardness of base metal local increased, whereas there was no significant change in the dendrite core, retaining its initial hardness. The intensified local hardness inhomogeneity caused the softest zone at the welded joint, wherein strain localization occurred, serving as a crack nucleation site and propagation path, to shift from the base metal to the weld metal (dendrite core). Consequently, thermal ageing effect induced a shift in the failure location from the base metal to the weld metal.
고분자 분산제 주입을 통한 철산화물(Magnetite, Fe3O4) 입자의 분산 안정성 향상
송근동 ( Geun Dong Song ),김문환 ( Mun Hwan Kim ),이용택 ( Yong Taek Lee ),맹완영 ( Wan Young Maeng ) 한국공업화학회 2013 공업화학 Vol.24 No.6
The iron oxide (Fe3O4) particles in the coolant of the secondary system of a nuclear power plant reduce the heat transfer performance or induce corrosion on the surface of the heat transfer tube. To prevent these problems, we conducted a study to improve the dispersion stability of iron oxide using polymeric dispersant injection in simulated secondary system water. The three kinds of anionic polymers containing carboxyl groups were selected. The dispersion characteristics of the iron oxide particles with the polymeric dispersants were evaluated by performing a settling test and measuring the transmission, the zeta potential, and the hydrodynamic particle size of the colloid solutions. Polymeric dispersants had a significant impact on the iron oxide dispersion stability in an aqueous solution. While the dispersant injection tended to improve the dispersion stability, the dispersion stability of iron oxide did not increase linearly with an increase in the dispersant concentration. This non-linearity is due to the agglomerations between the iron oxide particles above a critical dispersant concentration. The effect of the dispersant on the dispersion stability improvement was significant when the dispersant concentration ratio (ppm, dispersant/ magnetite) was in the range of 0.1 to 0.01. This suggests that the optimization of dispersant concentration is required to maximize the iron oxide removal effect with the dispersant injection considering the applied environments, the iron oxide concentration and the concentration ratio of dispersant to iron oxide.
TP310HCbN 용접 이음부의 미세조직과 고온 기계적 물성
황정호(Jeong Ho Hwang),송근동(Geun Dong Song),김대웅(Dae-Woong Kim),정인현(In Hyun Cheong),홍성구(Seong-Gu Hong),한준희(Junhee Hahn) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
TP310HCbN 은 고온에서의 내식성 및 기계적 특성의 탁월한 조합으로 인해 초초 임계 급 화력발전 보일러 튜브 열교환기의 핵심 후보 소재이다. 본 연구에서는 모재와 용접 접합부의 미세 구조 특성, 인장 및 저주기 피로 특성을 평가했다. 용접 금속과 모재는 완전 오스테나이트 조직으로 입증되었고, 용접 금속의 하위 입자인 dendrite core는 nanoindentation 시험을 통해 soft zone으로 입증되었다. 용접 금속에서 인장 파괴가 발생했으며, 이는 용접 금속에 soft zone 이 존재하기 때문이다. 용접 이음의 강도는 모재보다 훨씬 낮게 평가되었으나 최대 허용 응력 계산 결과는 국제 규격보다 높기 때문에 신뢰성이 확보되었다. 용접 이음의 피로 파괴는 용접 금속에서 발생하였으며, 용접 이음의 파괴 거동은 피로 균열이 dendrite core에서 시작되어 이 영역으로 전파되었음을 보여주었다. 용접 이음부와 모재 모두 피로 변형 시 주기적으로 경화되므로 소성 변형 에너지 밀도가 피로 수명 예측에 가장 적합한 피로 매개 변수로 확인되었다. 피로 수명의 온도 의존성과 용접 공정에 대한 피로 저항 감소를 동시에 고려할 수 있는 에너지 기반의 통합 수명 예측 모델이 제안되었으며, 적용가능성을 실험 데이터와 비교하여 확인하였다. TP310HCbN constitutes a key candidate material for thermal power boiler tube heat exchangers operating under ultra-supercritical conditions due to its excellent combination of corrosion resistance and mechanical properties at elevated temperature. In this study, microstructural characteristics, tensile and low-cycle fatigue properties were evaluated for the base metal and the welded joint. Our results showed that the weld metal and base were proved as fully austenite grain, and the dendrite core which was subgrain of the weld metal, was proved as softest zone at welded regions by nanoindentation test. As for the tensile behavior, the tensile-fracture occurred at the weld metal, it was attributed to the presence of the soft zone at weld metal. The strength of the welded joint was evaluated much lower than that of base metal, however, the maximum allowable stress calculation results were higher than those of international standard, therefore, the integrity of was secure. The fatigue fracture of the welded joint occurred at weld metal, the fracture behaviors of welded joint showed that fatigue crack initiated at the dendrite core and propagated to this region also. As both the welded joint and the base metal periodically hardened during fatigue deformation, the plastic strain energy density was found to be the most suitable fatigue parameter for fatigue life prediction. An energy-based unified life prediction model was proposed that can consider simultaneously the temperature dependence of fatigue life and the fatigue resistance reduction to welding process. Its effectiveness was verified by comparison with experimental data.