In the coarse grain HAZ adjacent to the fusion line, most of the TiN particles in conventional Ti added steel are dissolved and austenite grain growth is easily occurred during welding process. To avoid this difficulty, thermal stability of TiN particle is improved by increasing the nitrogen content in steel. In this study, the effect of hlgh nitrogen TiN particle on preventing austenite grain growth in HAZ was investigated. Increased thermal stability of TiN particle is helpful for preventing the austenite grain growth by pinning effect. High nitrogen TiN particle in simulated HAZ were not dissolved even at high temperature such as 1400'E and prevented the austenite grain growth in simulated HAZ. Owing to small austenite grain size in HAZ the width of coarse grain HAZ in high nitrogen TiN steel was decreased to 1/10 of conventional TiN steel. Even high heat input welding, the microstructure of coarse grain HAZ consisted of fine polygonal ferrite and pearlite and toughness of coarse grain HAZ was significantly improved.
대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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pp.217-221
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2002
In the coarse grain HAZ adjacent to the fusion line, most of the TiN particles in conventional Ti added steel are dissolved and austenite grain growth is easily occupied during welding process. To avoid this difficulty, thermal stability of TiN particle is improved by increasing the nitrogen content in steel. In this study, the effect of high nitrogen TiN particle on preventing austenite grain growth in HAZ was investigated. Increased thermal stability of TiN particle is helpful for preventing the austenite grain growth by pinning effect. High nitrogen TiN particle in simulated HAZ were not dissolved even at high temperature such as 1400 C and prevented the austenite grain growth in simulated HAZ. Owing to small austenite grain size in HAZ the width of coarse grain HAZ in high nitrogen TiN steel was decreased to 1/10 of conventional TiN steel. Even high heat input welding, the microstructure of coarse grain HAZ consisted of fine polygonal ferrite and pearlite and toughness of coarse grain HAZ was significantly improved.
The microstructure of HAZ and the mechanical properties in weldments such as hardness and toughness were studied for mild steel and AH36 grade TMCP steel, as increasing heat input with electrogas welding process. The results of this study can be summarized as follow: 1) In the HAZ of mild steel, the width of coarse grained zone was larger than that of the nomalized zone, however in the case of TMCP steel, the nomalized zone was wider than the coarse grained zone. 2) The grain size of HAZ become coarse with increasing heat input. And at the same heat input, the grain size of TMCP steel was more coarser than that of mild steel. 3) According to the change of heat input, the deviation of hardness values was not significant, and the maximum values of hardness was not in HAZ but in the weld metal. And the hardness values in root part was higher than in face part. 4) Even though the HAZ grain size of mild steel was larger than that of TMCP steel, the impact values for mild steel was higher than those for TMCP steel, and the impact values in face part was higher than those in root part.
This study was undertaken to evaluate the allowable welding heat input range for high strength steels manufactured by various processes and to compare the weldability of TMCP steel for high heat input welding with that of conventional Ti-added normalized steel. The allowable welding heat input ranges for conventional 50kg/$mm^2$ steel to guarantee D or E grade of ship structural steel were below 150 and 80kJ/cm respectively. Such a limit in welding heat input was closely related with the formation of undesirable microstructures, such as grain boundary ferrite and ferrite side plate in the coarse grain HAZ. In case of 60 and 80kg/$mm^2$ quenched and tempered steels, for securing toughness in weldments over toughness requirements for base metal, each welding heat input had to be restricted below 60 and 40kJ/cm, that was mainly due to coarsened polygonal ferrite in weld metal and lower temperature transformation products in coarse grain HAZ. The TMCP steel could be appropriate as a grade E ship hull steel up to 200kJ/cm, but the Ti-added normalized steel could be applied only below 130kJ/cm under the same rule. This difference was partly owing to whether uniform and fine intragranular ferrite microstructure was well developed in HAZ or not.
In the coarse grained HAZ of conventional TiN steel, most TiN particles are dissolved and austenite grain growth easily occurrs during high heat input welding. To avoid this difficulty, thermal stability of TiN particles is improved by increasing nitrogen content in EH36-TM steel. Increased thermal stability of TiN particle is helpful for preventing austenite grain growth by the pinning effect. In this study, the mechanical properties and microstructures of high heat input welded Tandem EGW joint in EH36-TM steel with high nitrogen content were investigated. The austenite grain size in simulated HAZ of the steel at $1400^{\circ}C$ was much smaller than that of conventional TiN steel. Even for high heat input welding, the microstructure of coarse grained HAZ consisted of fine ferrite and pearlite and the mechanical properties of the joint were sufficient to meet all the requirements specified in classification rule.
In the current steel structures of high-rise buildings, high heat input welding techniques are used to improve productivity in the construction industry. Under the high heat input welding, however, the microstructures of the weld metal (WM) and heat-affected zone (HAZ) coarsen, resulting in the deterioration of impact toughness. This study focuses mainly on the effects of fine TiN precipitates dispersed in steel plates and B addition in welding materials on grain refinement of the HAZ microstructure under submerged arc welding (SAW) with a high heat input of 200 kJ/cm. The study reveals that, different from that in conventional steel, the ${\gamma}$ grain coarsening is notably retarded in the coarse grain HAZ (CGHAZ) of a newly developed steel with TiN precipitates below 70 nm in size even under the high heat input welding, and the refinement of HAZ microstructure is confirmed to have improved impact toughness. Furthermore, energy dispersive spectroscopy (EDS) and secondary-ion mass spectrometry (SIMS) analyses demonstrate that B is was identified at the interface of TiN in CGHAZ. It is likely that B atoms in the WM are diffused to CGHAZ and are segregated at the outer part of undissolved TiN, which contributes partly to a further grain refinement, and consequently, improved mechanical properties are achieved.
Post weld heat treatment (PWHT) is carried out to increase the fracture toughness in heat affected zone(HAZ) and remove the residual stress. There occur some problems such as toughness decreement and stress relief cracking(SRC) in the coarse grained HAZ subjected to the effect of tempering treatment. Especially, embitterment of structure directly relates to the mode of fracture and is appeared as the difference of fracture surface, that is, grain boundary failure. Therefore, in this paper, PWHT was carried out under the stress of 0, 10, 20 and $30kg/cm^2$ to simulate residual stress in HAZ welded by heat input of 10, 30 and 40KJ/cm. Applied stress in weld HAZ during PWHT assisted precipitin of over saturated alloying element in the structure, and grain boundary failure according to welding heat input didn't almost appear at the heat input of 10 KJ/cm, but it appeared from being the applied stress of $30kg/cm^2$ at $30KJ/cm and 20kg/mm^2$ at 40KJ/cm.
A series of experiments has been carried out to investigate the effect of titanium, boron and nitrogen on the microstructure and toughness of simulated heat affected zone (HAZ) in quenched and tempered (QT) type 490MPa yield strength steels. For acquiring the same strength level, the carbon content and carbon equivalent could be lowered remarkably with a small titanium and boron addition due to the hardenability effect of boron during quenching process. Following the thermal cycle of large heat input, the coarsened grain HAZ (CGHAZ) of conventional quenched and tempered (QT) type 490MPa yield strength steels exhibited a coarse bainitic or ferrite side plate structure with large prior austenite grains. While, titanium and boron bearing QT type 490MPa yield strength steels were characterized by the microstructure in the CGHAZ, consisting mainly of the fine intragranular ferrite microstructure. Toughness of the simulated HAZ was mainly controlled by the proper Ceq level, and the ratio of Ti/N rather than titanium and nitrogen contents themselves. In the titaniumboron added QT steels, the optimum Ti/N ratio for excellent HAZ toughness was around 2.0, which was much lower than the known Ti/N stoichiometric ratio, 3.4. With reducing Ti/N ratio from the stoichiometric ratio, austenite grain size in the coarse grained HAZ became finer, indicating that the effective fine precipitates could be sufficiently obtained even with lower Ti/N level by adding boron simultaneously. Along with typical titanium carbonitrides, various forms of complex titanium and boronbased precipitates, like TiNMnSBN, were often observed in the simulated CGHAZ, which may act as stable nuclei for ferrite during cooling of weld thermal cycles
본 논문에서는 용접열영향부(heat affected zone: HAZ)의 인성에 영향을 미치 는 인자중에서 잔유응력의 영향은 중대한 문제로 주목되고 있으며, 이로 인한 용접재 의 기계적 성질의 저하를 경함하기 위한 방법으로 용접후열처리(post weld heat trea- tment: PWHT)에 의한 제거방법을 이용하고 있다.그러나 이 열처리는 보톤 600.deg. C 이 상의 고온에서 실현되기 때문에 열처리과정에서 템퍼링(tempering)효과로 인한 HAZ의 열화가 때때로 발생하고 있어서 용접 시공상 문제로 되고 있다. 또한 PWHT시에는 가 열중이나 냉각중에도 열처리효과가 진행되고 있다고 볼 수 있으므로, PWHT가열속도는 기계적 성질의 개선이라는 이유외에 경제적 측면에서도 중요시 된다. 특히 용접조직 의 포화는 파괴의 양식에 직접반영되어, 파면형태의 차로 나타나므로, 본 조직의 포화 와 관련시켜 검토하기 위하여 열처리된 HAZ를 대상으로 작용된 응력의 크기와 가열속 도가 HAZ의 파괴인성에 어떠한 영향을 미치는지를 COD파괴인성시험과 미소경도측정, 그리고 주사전자현미경관찰을 통하여 고찰하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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