Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2000.10a
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pp.236-239
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2000
It is important to evaluate austenitic heat resistant stainless steel because of low weldability of austenitic heat resistant stainless steel containing high Si. This study took varestraint test for evaluation of solidification cracking sensitivity and Erichsen test for evaluation of weld metal ductility. As a result of tests, solidification crack sensitivity increased with adding $N_2$ to shielding gas, and W had detrimental effect on crack resistance, but Ce had beneficial effect on crack resistance. Under same heat input, ductility of weld metal increased with welding speed.
High temperature deformation behavior of a heat-resistant duplex stainless steel, used as a retort in the Pidgeon process for Mg production, was investigated in this study. 25Cr-8Ni based duplex stainless steels were cast into rectangular ingots, with dimensions of $350mm{\times}350mm{\times}100mm$. Nitrogen and yttrium were added at 0.3wt.% each to enhance the heat-resistance of the steel. Phase equilibrium was calculated using the thermodynamic software FactSage$^{(R)}$ and the database of FSStel. For comparison, cast 310S steel, a widely used heat-resistant austenitic stainless steel, was also examined in this study. Dilatometry was conducted on the as-cast ingots for the temperature range from RT to $1200^{\circ}C$ and the thermal expansion coefficients were evaluated. The nitrogen addition was found to have an effect on the thermal expansion behavior for temperatures between 800 and $1000^{\circ}C$. High temperature tensile and compression tests were conducted on the ingots for temperatures ranging from 900 to $1230^{\circ}C$, which is the operation temperature employed in Mg production by the Silico-thermic reduction process. The steel containing both N and Y showed much higher strength as compared to 310S.
The interest of austenitic heat resistant stainless steels containing high Si has increased because they have higher resistance of oxidation and higher strength at high temperature than STS 310. This study carried out Varestraint test for evaluation of solidification cracking sensitivity of 14 different stainless steels. As a result of Varestraint test, all specimens solidified as primary ferrite, and solidification crack sensitivity increased with adding $N_2$ to shielding gas. Nb and W had beneficial effect on solidification crack resistance in case of less than FN 2 containing, but crack sensitivity increased with Nb and W in case of more than FN 2. Ce had beneficial effect on solidification crack resistance but impaired weld bead appearance.
The effect of heat input on the content of residual .delta.-ferrite and the hot cracking susceptibility in the austenitic stainless steel overlaid on the carbon steel was studied in the range of heat input from 7.5 to 15.1 KJ/cm. Present study shows that residual .delta.-ferrite content in the overlay is mainly determined by the dilution of the base metal (carbon steel) which is in turn affected by heat input, i.e. the amount of dilution decreases as heat input increase. Accordingly, higher heat input results in a substantial increase in Cr equivalent but a little increase in Ni equivalent due to the less dilution of carbon from base metal. This fact can explain the result obtained in this study, i, e, the higher content of .delta.-ferrite in the weld deposit made with higher heat input. This in turn causes more resistant overlaying weld metal to hot cracking.
Thermomechanical fatigue (TMF) behavior of heat resistant austenitic stainless steel was evaluated in the temperature range from 100$^{\circ}C$ to peak temperatures of 600 to 800$^{\circ}C$; The fatigue lives under TMF conditions were plotted against the plastic strain range and the dissipated energy per cycle. In the expression of the inelastic strain range versus fatigue life, the TMF data obtained at different temperature ranges were located close to a single line with a small deviation; however, when the dissipated energy per cycle, calculated from the area of the stress-strain hysteresis loops at the half of the fatigue life, was plotted against the fatigue life, the data showed greater scattering than the TMF life against the inelastic strain range. A noticeable stress relaxation in the stress-strain hysteresis curve took place at the peak temperatures higher than 700$^{\circ}C$, but all specimens in this study exhibited cyclic hardening behavior with TMF cycles. Recrystallization occurred during the TMF cycle concurrent with the formation of fine subgrains in the recrystallized region, which is considered to cause the cyclic hardening of the steel.
Stainless steel can be classified into three categories depending on the microstructure as austenitic stainless steel, ferritic stainless steel and martensitic stainless steel. Generally, stainless steel is extremely resistant to corrosion as the name implies. However, under specific environments, susceptibility to localized corrosion such as pitting, intergranular corrosion and stress corrosion cracking increases. This paper reviewed the state of arts on intergranular corrosion mechanisms, countermeasures on intergranular corrosion and intergranular corrosion test methods. Intergranular corrosion is mostly related with chromium depletion at the grain boundary and sometimes with segregation of electroactive elements in solution annealed stainless steel. Countermeasures on intergranular corrosion include avoiding chromium depletion by heat treatment and the addition of alloying elements. Sensitization evaluation of stainless steel was performed either through acid immersion test or electrochemical test. The methods were standardized in (Japanese Industrial Standards). Even though are useful in evaluating the degree of sensitization for industrial purpose but do not provide detailed information about sensitization mechanism, cause and chromium profile.
Austenitic stainless steel has been investigated widely for creep strength of heat resistant material and effects of grain sizes due to various solution treatment time under constant temperature. It was studied that effects of grain sizes subject to solution treatment temperature 1100.deg. C, 1125.deg. C, 1175.deg. C, 1250.deg C, and 1300.deg. C respectively on the creep strength, fracture behaviour and fractography of SUS 316 stainless steel. The experimental results obtained were as follows. 1. The optimum grain size for the maximum creep strength did not vary with creep testing temperatures and stress levels. 2. Among various grain sizes due to different solution treatment temperature, the optimum grain size for the creep strength was found 0.044mm. Also the size showed the minimum initial strain regardless creep temperature. 3. Garofalo's equation of creep rupture life was applied well to SUS 316 stainless steel. 4. The fractography of optimum size was ductile intergranular fracture of dimple type and showed along with the increase of grain size intergranular fracture of w type.
Hyper duplex stainless steels have been developed in Korea for the purpose of application to the seawater system of Korean nuclear power plants. This system supplies seawater to cooling water heat exchanger tubes, related pipes and chlorine injection system. In normal operation, seawater is supplied to heat exchanger through the exit of circulating water pump headers, and the heat exchanged sea water is extracted to the discharge pipes in circulating water system connected to the circulating water discharge lines. The high flow velocity of some part of seawater system in nuclear power plants accelerates damages of components. Therefore, high strength and high corrosion resistant steels need to be applied for this environment. Hyper duplex stainless steel (27Cr-7.0Ni-2.5Mo-3.2W-0.35N) has been newly developed in Korea and is being improved for applying to nuclear power plants. In this study, the physical & mechanical properties and corrosion resistance of newly developed materials are quantitatively evaluated in comparative to commercial stainless steels in other countries. The properties of weld & HAZ (heat affected zone) are analyzed and the best compositions are suggested. The optimum conditions in welding process are derived for ensuring the volume fraction of ferrite(${\alpha}$) and austenite(${\gamma}$) in HAZ and controlling weld cracks. For applying these materials to the seawater heat exchanger, CCT and CPT in weldments are measured. As a result of all experiments, it was found that the newly developed hyper duplex stainless steel WREMBA has higher corrosion resistance and mechanical properties than those of super austenitic stainless steels including welded area. It is expected to be a promising material for seawater systems of Korean nuclear power plants.
Hiroyuki Kokawa;Masayuki Shimada;Wang, Zhan-Jie;Yutaka S. Sato
Proceedings of the KWS Conference
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2002.10a
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pp.250-254
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2002
Intergranular corrosion of austenitic stainless steels is a conventional and momentous problem during welding and high temperature use. One of the major reasons for such intergranular corrosion is so-called sensitization, i.e., chromium depletion due to chromium carbide precipitation at grain boundaries. Conventional methods for preventing sensitization of austenitic stainless steels include reduction of carbon content in the material, stabilization of carbon atoms as non-chromium carbides by the addition of titanium, niobium or zirconium, local solution-heat-treatment by laser beam, etc. These methods, however, are not without drawbacks. Recent grain boundary structure studies have demonstrated that grain boundary phenomena strongly depend on the crystallographic nature and atomic structure of the grain boundary, and that grain boundaries with coincidence site lattices are immune to intergranular corrosion. The concept of "grain boundary design and control", which involves a desirable grain boundary character distribution, has been developed as grain boundary engineering. The feasibility of grain boundary engineering has been demonstrated mainly by thermomechanical treatments. In the present study, a thermomechanical treatment was tried to improve the resistance to the sensitization by grain boundary engineering. A type 304 austenitic stainless steel was pre-strained and heat-treated, and then sensitized, varying the parameters (pre-strain, temperature, time, etc.) during the thermomechanical treatment. The grain boundary character distribution was examined by orientation imaging microscopy. The intergranular corrosion resistance was evaluated by electrochemical potentiokinetic reactivation and ferric sulfate-sulfuric acid tests. The sensitivity to intergranular corrosion was reduced by the thermomechanical treatment and indicated a minimum at a small roll-reduction. The frequency of coincidence-site-lattice boundaries indicated a maximum at a small strain. The ferric sulfate-sulfuric acid test showed much smaller corrosion rate in the thermomechanically-treated specimen than in the base material. An excellent intergranular corrosion resistance was obtained by a small strain annealing at a relatively low temperature for long time. The optimum parameters created a uniform distribution of a high frequency of coincidence site lattice boundaries in the specimen where corrosive random boundaries were isolated. The results suggest that the thermomechanical treatment can introduce low energy segments in the grain boundary network by annealing twins and can arrest the percolation of intergranular corrosion from the surface.
Flux Cored Wire is the most widely used welding material for Flux Cored Arc Welding these days. This paper introduces the technical aspects of manufacturing FCW and the development trend of FCW for each type of steel and metal. The studies are ongoing to lower the production cost of seamless-type FCW since it has not been generally used in welding shops so far because of it high cost even though the seamless-type FCW has various advantages than folded-type FCW in terms of manufacturing technology. Meanwhile, a technical research has been carried out to develop a rutile type of FCW products which satisfies high toughness after post heat treatment. In addition, for high-speed fillet welding, there has been a development of welding materials which can be welded in Single Auto-Carriage 100 cpm or more and up to Twin Tandem 200 cpm without occurring any welding defect in order to improve the welding productivity. As Zn coated steel is being used recently to improve the corrosion resistance of the automotive parts, a research and development for Metal Cored Wire has been conducted to reduce the Si island produced in welding operation than those produced when using the former solid wires. A development of welding material that guarantees CTOD performance beyond $-40^{\circ}C$ CTOD to $-60^{\circ}C$ is underway by different steel grades, and FCW for super austenitic stainless steel is being developed as the corrosion resistant steel has been upgraded.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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