수소 취성 파괴는 수소가 풍부한 환경에 노출된 재료의 구조적 무결성을 보장하는 데 있어 다양한 산업 응용 분야에서 큰 도전 과제 이다. 본 연구는 연성 파괴 모델인 Gurson-Cohesive 모델과 수소 확산 모델을 통합하는 수치 모델을 제안하고 수소 취화가 파괴 거동 에 끼치는 영향을 조사한다. 사용된 연성 파괴 모델은 손상 진화를 모사하는 Gurson 모델과 균열 표면의 불연속성과 응력-균열폭 관계 의 연화 거동을 설명하는 표면 요소 기반의 Cohesive zone 모델을 결합한 파괴 모델이며, 균열 시작 기준으로 공극과 삼축성을 고려한 다. 또한, 파괴 모델과 통합된 수소 확산 분석은 수소 강화 탈결합(HEDE) 메커니즘과 그에 따른 균열 시작 및 진전에 미치는 영향을 고 려하며, 응력-균열폭 관계에 대한 수소의 영향을 고려한다. 수치 예제로 매개변수 연구를 통하여 확산 계수와 수소 취화 파과 특성에 대한 민감도를 조사한다. 수소 확산 모델과 연성 파괴 모델을 통합한 프레임워크를 제시함으로써 본 연구는 수소 취화 파괴에 대한 이 해를 제공하여 엔지니어링 응용 분야에서 기여할 수 있을 것이다.

This study reassess safety margin of the current Peak Cladding Temperature (PCT) limit of dry storage in terms of hydrogen migration by predicting axial hydrogen diffusion throughout dry storage with respect to wet storage time and average burnup. Applying the hydride nucleation, growth, and dissolution model, an axial finite difference method code for thermal diffusion of hydrogen in zirconium alloy was developed and validated against past experiments. The developed model has been implemented in GIFT – a nuclear fuel analysis code developed by Seoul National University. Various discharge burnups and wet storage time relevant to spent fuel characteristics of Korea were simulated. The result shows that that the amount of hydrogen migrated towards the axial end during dry storage for reference PWR spent fuel is limited to ~50 wppm. This result demonstrates that the current PCT margin is sufficient in terms of hydrogen migration.

본 연구에서는 국내외 저탄소 녹색성장을 위한 대안으로서 수소에너지와 그 이용 기술에 대한 관심이 높아지는 추세에 발맞춰 무탄소 연료인 수소를 LNG 의 주성분인 메탄, 메탄-프로판, 메탄-프로판-에탄 동축류 확산화염 내에 첨가하여 화염형상 및 연소생성물에 미치는 영향을 확인하였다. 상온상압 조건의 확산화염에 수소를 단계적으로 첨가하여 실제 생성되는 연소생성물의 변화 추이를 가스 분석기를 이용하여 실험적으로 관찰하였고 확산화염의 형상은 디지털카메라를 이용하여 단계적으로 관찰 하였다. 실험결과에서 확산화염에 수소를 첨가함에 따라 질소산화물의 생성량이 선형에 가깝게 증가하는 경향을 보였다. 이것은 수소의 상대적으로 높은 단열화염온도와 빠른 연소속도가 Thermal NOx의 생성을 촉진했기 때문이다. 반면 이산화탄소의 생성량은 감소하는 경향이 나타났는데 수소를 첨가함에 따라 메탄, 메탄-프로판, 메탄-에탄-프로판의 혼합 확산화염에 포함되어있는 전체 탄소비율이 줄어들어 이산화탄소의 생성량이 감소한 것이다. 이는 선박에서 LNG-수소의 혼합 연료사용으로 인해 온실가스인 이산화탄소를 저감할 수 있는 하나의 방안으로 고려될 수 있다는 것을 의미한다.

Hot-press forming(HPF) steel can be applied successfully to auto parts because of its superior mechanical properties. However, its resistances to aqueous corrosion and the subsequent hydrogen embrittlement(HE) decrease significantly when the steel is exposed to corrosive environments. Considering that the resistances are greatly dependent on the properties of coating materials formed on the steel surface, the characteristics of the corrosion and hydrogen diffusion behaviors regarding the types of coating material should be clearly understood. Electrochemical polarization and impedance measurements reveal a higher corrosion potential and polarization resistance and a lower corrosion current of the Al-coating compared with Zn-coating. Furthermore, it was expected that the diffusion kinetics of the hydrogen atoms would be much slower in the Al-coating, and this would be due mainly to the much lower diffusion coefficient of hydrogen in the Al-coating with a face-centered cubic structure. The superior surface inhibiting effect of the Al-coating, however, is degraded by the formation of local cracks in the coated layer under severe stress conditions, and therefore further study will be necessary to gain a clearer understanding of the effect of cracks formed on the coated layer on the subsequent corrosion and hydrogen diffusion behaviors.

The size of hydrogen molecule is not so small as to invade into the lattice of material, and therefore, hydrogen invades into the material as atom. Hydrogen movement is done by diffusion or dislocation movement in the near crack tip or plastic deformation. Hydrogen appeared to have many effects on the mechanical properties of the Cr-Mo steel alloys. The materials for this study are 1.25Cr-0.5Mo and 2.25Cr-1Mo steels used at high temperature and pressure. The hydrogen amount obtained by theoretical calculation was almost same with the result solved by finite element analysis. The distribution of hydrogen concentration and average concentration was calculated for a flat specimen. Also, finite element analysis was employed to simulate the redistribution of hydrogen due to stress gradient. The calculation of hydrogen concentration diffused into the material by finite element method will provide the basis for the prediction of delayed fracture of notched specimen. The distribution of hydrogen concentration invaded into the smooth and notched specimen was obtained by finite element analysis. The hydrogen amount is much in smooth specimen and tends to concentrate in the vicinity of surface. Hydrogen embrittlement susceptibility of notched specimen after hydrogen charging is more remarkable than that of smooth specimen.