Twinning-induced plasticity (TWIP) steels have attracted great attention due to their excellent mechanical properties of high tensile strength (over 800MPa) and high ductility (over 50%), which result from the high strain hardening due to the mechanical twin formation during plastic deformation. The purpose of this study is to investigate the effect of annealing temperature and alloying elements on the mechanical properties of Fe-18Mn-0.6C TWIP steel. In 1.5%Al TWIP steel with 0.123%Ti content, the average recrystallized grain size was reduced to 2.5 ${\mu}m$ by cold rolling and annealing at $800^{\circ}C$ for 5 min, because of the pinning effect of the fine TiC carbides on grain coarsening. The tensile strength was decreased and the ductility was improved with the increase of the annealing temperature. However, a reversion of hardness and yield strength happened between $750^{\circ}C$ and $800^{\circ}C$ due to TiC and $M_3C$ type precipitation. 0.56% Ni added TWIP steel exhibited relatively lower yield strength, because Ni precipitates were not formed during the annealing process. When this specimen was annealed at $800^{\circ}C$ for 5min, the tensile strength and elongation were revealed at 1096MPa and 61.8%, respectively.
High$\cdot$speed steels (HSS) with a combination of good wear resistance and toughness are finding new, non-cutting applications such as rolls and rollers. In this paper, the research interests are focused on the microstructural evolution of a SMo-6W series high speed steel during HIPping and the effect of HIPping process parameters on its microstructure and properties. HIPping process variables includes; temperature, pressure and hold time. The microstructures of the HIPped HSS were examined by SEM, OM and X-ray diffraction whereas the properties measured were the relative density, hardness, and bend strength at room temperature. In HIPped materials, MC and M6C were the major carbides formed in a matrix of martensite. The effect of powder size on the microstructure and mechanical properties of HIPped materials was insignificant. However, HIPping temperature and hold time strongly affected the carbide size and distribution. The results show that at proper HIPping temperature and pressure conditions, the final products approach the full density ( > 99% RD). The particle boundaries were completely eliminated without an eminent microstructural coarsening. The bend strength was about 2.3 Gpa, which is superior to cast HSS. At excessive HIPping temperatures, rapid carbide coarsening occurred, thus deteriorating the mechanical properties of the P/M steels.
Prior austenite grain size plays an important role in the production of high strength hot-rolled steel. This study investigated the effect of Ti and C contents on the precipitates and prior austenite grain size. Steel with no Ti solutes had prior austenite grain size of about 620 ${\mu}m$. The addition of Ti ~ 0.03 wt.% and 0.11 wt.% reduced the prior austenite grain size to 180 ${\mu}m$ and 120 ${\mu}m$, respectively. The amount of Ti required to significantly decrease the prior austenite grain size was in the range of 0.03 wt.%. However, the amount of carbon required to significantly decrease the prior austenite grain size was not present from 0.04 wt.% to 0.12 wt.%. Oxides of Ti ($Ti_2O_3$) were observed as the Ti content increased to 0.03 wt.%. The specimen containing 0.11 wt.% of Ti exhibited the complex carbides of (Ti, Nb) C. The formation of Ti precipitates was critical to reduce the prior austenite grain size. Furthermore, the consistency of prior austenite grain size increased as the carbon and Ti contents increased. During the reheating process of hot-rolled steel, the most critical factor for controlling the prior austenite grain size seems to be the presence of Ti precipitates.
Using various thermo-mechanical schedules characterized by varying reheating temperature, deformation temperature and strain, the austenite recrystallization and ferrite refinement of a Nb bearing low carbon steel(0.15C-0.25Si-1.11Mn-0.04Nb) were investigated. For single pass heavy deformations at $800^{\circ}C$, the 40% deformed austenite was not recrystallized while the 80% deformed one was fully recrystallized. Ferrite grains formed in the 80% deformed specimen was not very small compared with those in the 40% deformed specimen, which implied the recrystallized austenite was not more beneficial to ferrite refinement than the non-recrystallized one. In case of deformation in low temperature austenite region, a multi-pass deformation made finer ferrites than a single-pass deformation, as the total reduction was the same, due to more ferrite nucleation sites in the non-recrystallization of austenite for multi-pass deformation. When specimen was deformed at $775^{\circ}C$ that was $10^{\circ}C$ higher than $Ar_3$, the ferrite of about $1{\mu}m$ was formed through deformation induced ferrite transformation(DIFT), and the amount of ferrite was increased with increasing reduction. Dislocation density was very high and no carbides were observed in DIFT ferrites, presumably due to supersaturated carbon solution. By deformation in two phase(50% austenite+50% ferrite) region the very refined ferrite grains of less than $1{\mu}m$ were formed certainly by recovery and recrystallization of deformed ferrites and, a large portion of ferrites were divided by subgrain boundaries with misorientation angles smaller than 10 degrees.
Application of a stronger and more durable material for reactor pressure vessels (RPVs) might be an effective way to insure the integrity and increase the efficiency of nuclear power plants. A series of research projects to apply the SA508 Gr.4 steel in ASME code to RPVs are in progress because of its excellent strength and durability compared to commercial RPV steel (SA508 Gr.3 steel). In this study, the microstructural characteristics and mechanical properties of SA508 Gr.3 Mn-Mo-Ni low alloy steel and SA508 Gr.4N Ni-Mo-Cr low alloy steel were investigated. The differences in the stable phases between these two low alloy steels were evaluated by means of a thermodynamic calculation using ThermoCalc. They were then compared to microstructural features and correlated with mechanical properties. Mn-Mo-Ni low alloy steel shows the upper bainite structure that has coarse cementite in the lath boundaries. However, Ni-Mo-Cr low alloy steel shows the mixture of lower bainite and tempered martensite structure that homogeneously precipitates the small carbides such as $M_{23}C_6$ and $M_7C_3$ due to an increase of hardenability and Cr addition. In the mechanical properties, Ni-Mo-Cr low alloy steel has higher strength and toughness than Mn-Mo-Ni low alloy steel. Ni and Cr additions increase the strength by solid solution hardening. In addition, microstructural changes from upper bainite to tempered martensite improve the strength of the low alloy steel by grain refining effect, and the changes in the precipitation behavior by Cr addition improve the ductile-brittle transition behavior along with a toughening effect of Ni addition.
A cold-work tool steel powder is used to fabricate 3-dimensional objects by selective laser melting using a high-pressure gas atomization process. The spherical powder particles form continuous carbide networks among the austenite matrix and its decomposition products. The carbides comprise Nb-rich MC and Mo-rich $M_2C$. In the SLM process, the process parameters such as the laser power (90 W), layer thickness ($25{\mu}m$), and hatch spacing ($80{\mu}m$) are kept fixed, while the scan speed is changed from 50 mm/s to 4000 mm/s. At a low scan speed of 50 mm/s, spherical cavities develop due to over melting, while they are substantially reduced on increasing the speed to 2000 mm/s. The carbide network spacing decreases with increasing speed. At an excessively high speed of 4000 mm/s, long and irregularly shaped cavities are developed due to incomplete melting. The influence of the scan pattern is examined, for which $1{\times}1 mm^2$ blocks constituting a processing layer are irradiated in a random sequence. This island-type pattern exhibits the same effect as that of a low scan speed. Post processing of an object using hot isostatic pressing leads to a great reduction in the porosity but causes coarsening of the microstructure.
In this study, an HP-mod. type(KHR-45A), which is used as a heater tube material in the pyrolysis process, was evaluated for its carburizing properties. It was confirmed from the microstructural observation of the tubes that the volume fraction of carbide increased and that the coarsening of Cr-carbide generated as a degree of carburization increased. The depth of the hardened layer, which is similar to the thickness of the carburized region of each specimen, due to carburization is confirmed by measurement of the micro-Vickers hardness of the cross section tube, which thickness is similar to that of the carburized region of each specimen. Two types of chromium carbides were identified from the EBSD (electron back-scattered diffraction) image and the EDS (energy-dispersive spectroscopy) analysis: Cr-rich $M_{23}C_6$ in the outer region and Cr-rich $M_7C_3$ in the inner region of tubes. The EDS analysis revealed a correlation between the ferromagnetic behavior of the tubes and the chromium depletion in the matrix. The chromium depletion in the austenite matrix is the main cause of the magnetization of the carburized tube. The method used currently for the measurement of the carburization of the tubes is confirmed; carburizing evaluation is useful for magnetic flux density measurement. The volume fraction of the carbide increased as the measuring point moved into the carburized side; this was determined from the calculation of the volume fraction in the cross-section image of the tubes. These results are similar to the trends of carburization measurement when those trends were evaluated by measurement of the magnetic flux density.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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pp.1018-1021
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2006
Powdered metal parts and components may be carburized successfully in a vacuum furnace by combining carburizing technology $VacCarb^{TM}$ with a hi-tech control system. This approach is different from traditional carburizing methods, because vacuum carburizing is a non-equilibrium process. It is not possible to set the carbon potential as in a traditional carburizing atmosphere and control its composition in order to obtain a desired carburized case. This paper presents test results that demonstrate that vacuum carburizing system $VacCarb^{TM}$ carburized P.M. materials faster than traditional steel with acceptable results. In the experiments conducted, PM samples with the lowest density and open porosity showed a dramatic increase in the surface carbon content up to 2.5%C and a 3 times deeper case. Currently the boost-diffusion technique is applied to control the surface carbon content and distribution in the case. In the first boost step, the flow of the carburizing gas has to be sufficient to saturate the austenite, while avoiding soot deposition and formation of massive carbides. To accomplish this goal, the proper gas flow rate has to be calculated. In the case of P.M. parts, more carbon can be absorbed by the part's surface because of the additional internal surface area created by pores present in the carburized case. This amount will depend on the density of the part, the densification grade of the surface layer and the stage of the surface. "as machined" or "as sintered". It is believed that enhanced gas diffusion after initial evacuation of the P.M. parts leads to faster carburization from within the pores, especially when pores are open . surface "as sintered" and interconnected . low density. A serious problem with vacuum carburizing is delivery of the carbon in a uniform manner to the work pieces. This led to the development of the different methods of carburizing gas circulation such as the pulse/pump method or the pulse/pause technique applied in SECO/WARWICK's $VacCarb^{TM}$ Technology. In both cases, each pressure change may deliver fresh carburizing atmosphere into the pores and leads to faster carburization from within the pores. Since today's control of vacuum carburizing is based largely on empirical results, presented experiments may lead to better understanding and improved control of the process.
In this study the new creep test using miniaturized specimen(10${\times}$10${\times}$0.5 ㎣) was performed to evaluate the creep characteristics for degraded materials of 2.25Cr-1Mo steel. For this creep test, the artificially aged materials for 330 hrs and 1820hrs at $630^{\circ}C$ were used. The test temperatures applied for the creep deformation of miniaturized specimens was X$630^{\circ}C$ and the applied loads were between 45 kg∼80 kg. After creep test, macro- and microscopic observation were conducted by the scanning electron microscope(SEM). The creep curves depended definitely on applied load and microstructure and showed the three stages of creep behavior like uniaxial tensile creep curves. The load exponents of virgin, 330 hrs and 1820 hrs materials based on creep rate showed 14.8, 9.5 and 8.3 at $550^{\circ}C$ respectively, The 1820 hrs material showed the lowest load exponent and this behavior was also observed in the case of load exponent based on creep rupture time. In contrast to virgin material which exhibited fined dimple fractography, a lot of carbides like net structure and voids were observed on the fractography of degraded materials.
Higher strength and fracture toughness of reactor pressure vessel steels can be obtained by changing the material specification from that of Mn-Mo-Ni low alloy steel (SA508 Gr.3) to Ni-Mo-Cr low alloy steel (SA508 Gr.4N). However, the operation temperature of the reactor pressure vessel is more than $300^{\circ}C$ and the reactor operates for over 40 years. Therefore, we need to have phase stability in the high temperature range in order to apply the SA508 Gr.4N low alloy steel for a reactor pressure vessel. It is very important to evaluate the temper embrittlement phenomena of SA508 Gr.4N for an RPV application. In this study, we have performed a Charpy impact test and tensile test of SA508 Gr.4N low alloy steel with changing impurity element contents such as Mn and P. And also, the mechanical properties of these low alloy steels after longterm heat treatment ($450^{\circ}C$, 2000hr) are evaluated. Further, evaluation of the temper embrittlement by fracture analysis was carried out. Temper embrittlement occurs in KL4-Ref and KL4-P, which show a decrease of the elongation and a shifting of the transition curve toward high temperature. The reason for the temper embrittlement is the grain boundary segregation of the impurity element P and the alloying element Ni. However, KL4-Ref shows temper embrittlement phenomena despite the same contents of P and Ni compared with SC-KL4. This result may be caused by the Mn contents. In addition, the behavior of embrittlement is not largely affected by the formation of $M_3P$ phosphide or the coarsening of Cr carbides.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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