The 22%Cr-5%Ni-3%Mo duplex and 18%Cr-8%Ni austenitic stainless steels have been nitrogen permeated under the $1Kg/cm^2$ nitrogen gas atmosphere at the temperature range of $1050^{\circ}C{\sim}1150^{\circ}C$. The nitrogen-permeated duplex and austenitic stainless steels showed the gradual decrease in hardness with increasing depth below surface. The duplex stainless steel showed nitrogen pearlite at the outmost surface and austenite single phase in the center after nitrogen permeation treatment, while the obvious microstructural change was not observed for the nitrogen-permeated austenitic stainless steel. After solution annealing the nitrogen-permeated stainless steels(NPSA treatment) at $1200^{\circ}C$ for 10 hours, the hardness of the duplex and austenitic stainless steels was constant through the 2 mm thickness of the specimen, and the ${\alpha}+{\gamma}$ phase of duplex stainless steel changed to austenite single phase. Tensile strengths and elongations of the NPSA-treated duplex stainless steel remarkably increased compared to those of solution annealed (SA) duplex stainless steel due to the solution strengthening effect of nitrogen and the phase change from a mixture of ferrite and austenite to austenite single phase, while the NP-treated austenitic stainless steel displayed the lowest value in elongation due to inhomogeneous deformation by the hardness difference between surface and interior.
The microstructure and the distribution of hardness of Co and A1 alloy powder cladding layer in high carbon 9CrSi alloy steel for roll materials cladded by laser surface cladding were investigated. And, for the evaluation of soundness as the roll materials, we examined the wear resistance of the cladding materials with the wear appratus of pin on disc type. The experimental results showed that the microstructure of laser cladding layer was constituted with the clad surface layer, the alloy layer, the heat treatment layer with base metal. The wear resistance of Ni alloy Powder cladding material was superior to that of Co alloy powder cladding material both at the low speed (0.46m/s) and the high speed(0.92m/s). It seemed that the behavior of wear showed the abrasive wear at the early stage and the adhesive wear at the late stage.
Co-application of organic coating and cathodic protection has not provided enough durability to low-alloyed steels inseawater ballast tank (SBT) environments. An attempt has made to study the effect of alloy elements (Al, Cr, Cu, Mo, Ni, Si, W) on general and localized corrosion resistance of steels as basic research to develop new low-allowed steels resistive to corrosion in SBT environments. For this study, we measured the corrosion rate by the weigh loss method after periodic immersion in synthetic seawater at $60^{\circ}C$, evaluated the localized corrosion resistance by an immersion test in concentrated chloride solution with the critical pH depending on the alloy element (Fe, Cr, Al, Ni), determined the permeability of chloride ion across the rust layer by measuring the membrane potential, and finally, we analyzed the rust layer by EPMA mapping and compared the result with the E-pH diagram calculated in the study. The immersion test of up to 55 days in the synthetic seawater showed that chromium, aluminium, and nickel are beneficial but the other elements are detrimental to corrosion resistance. Among the beneficial elements, chromium and aluminium effectively decreased the corrosion rate of the steels during the initial immersion, while nickel effectively decreased the corrosion rate in a longer than 30-day immersion. The low corrosion rate of Cr- or Al-alloyed steel in the initial period was due to the formation of $Cr_2FeO_4$ or $Al_2FeO_4$, respectively -the predicted oxide in the E-pH diagram- which is known as a more protective oxide than $Fe_3O_4$. The increased corrosion rate of Cr-alloyed steels with alonger than 30-day exposure was due to low localized corrosion resistance, which is explained bythe effect of the alloying element on a critical pH. In the meantime, the low corrosion rate of Ni-alloyed steel with a longer than 30-day exposure wasdue to an Ni enriched layer containing $Fe_2NiO_4$, the predicted oxide in the E-pH diagram. Finally, the measurement of the membrane potential depending on the alloying element showed that a lower permeability of chloride ion does not always result in higher corrosion resistance in seawater.
The dissimilar metal joints welded between Ni-based alloy, Alloy 690 and low alloy steel, A533 Gr. B with Alloy 152 filler metal were characterized by using optical microscope, scanning electron microscope, transmission electron microscope, secondary ion mass spectrometry and 3-dimensional atom probe tomography. It was found that in the weld root region, the weld was divided into several regions including unmixed zone in Ni-base alloy, fusion boundary, and heat-affected zone in the low alloy steel. The result of nanostructural and nanochemical analyses in this study showed the non-homogeneous distribution of elements with higher Fe but lower Mn, Ni and Cr in A533 Gr. B compared with Alloy 152, and the precipitation of carbides near the fusion boundary.
Alan Matias Avelar;Fabio de Camargo;Vanessa Sanches Pereira da Silva;Claudia Giovedi;Alfredo Abe;Marcelo Breda Mourao
Nuclear Engineering and Technology
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제55권1호
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pp.156-168
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2023
This study investigates the high temperature oxidation behaviour of a Ni-20Cr-1.2Si (wt.%) alloy in steam from 1200 ℃ to 1350 ℃ by Thermogravimetric Analysis (TGA), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) and X-ray Diffraction (XRD). The results demonstrate that exposed Ni-based alloy developed a thin oxide scale, consisted mainly of Cr2O3. The oxidation kinetics obtained from the experimental results was applied to evaluate the hydrogen generation considering a simplified reactor core model with different cladding alloys following an unmitigated Loss-Of-Coolant Accident (LOCA) scenario in a hypothetical Small Modular Reactor (SMR). Overall, experimental data and simulations results show that both Fe-based and Ni-based alloys may enhance cladding survivability, delaying its melting, as well as reducing hydrogen generation under accident conditions compared to Zr-based alloys. However, a substantial neutron absorption occurs when Ni-based alloys are used as cladding for current uranium-dioxide fuel systems, even when compared to Fe-based alloys.
The metallurgical and mechanical characteristics, toughness and corrosion resistance of dissimilar welds between super duplex stainless steel UNS S32750 and carbon steel ASTM A516Gr.70 have been evaluated. Three heat inputs of 21.12, 24.00, 26.88kJ/cm were employed to make joints of dissimilar metals with flux cored arc welding(FCAW). Based on microstructural examination, vermicular ferrite was formed in the first layer of weld at low heat input(21.12kJ/cm) and $Cr_{eq}/Ni_{eq}$ of 1.61 while acicular ferrite was formed in last layer of weld at high heat input(26.88kJ/cm) and $Cr_{eq}/Ni_{eq}$ of 1.72. Ferrite percentage in dissimilar welds was lowest in the first layer of weld regardless of heat inputs and it gradually increased in the second and third layers of weld. Heat affected zone showed higher hardness than the weld metal although reheated zone showed lower hardness than weld metal due to the formation of secondary austenite. Tensile strengths of dissimilar welds increased with heat input and there was 100MPa difference. The corrosion test by ferric chloride solution showed that carbon steel had poor corrosion resistance and pitting corrosion occurred in the first layer(root pass) of weld due to the presence of reheated zone where secondary austenite was formed. The salt spray test of carbon steel showed that the surface only corroded but the amount of weight loss was extremely low.
This study was aimed at development of fabrication process of functionally graded materials(FGM), consisting of metal and ceramic by thermal spraying method. NiCrAIY/$Al_2O_3$ FGM were made by using plasma spraying onto the SS400 carbon steel substrate. And mechanical properties such as microhardness, thermal shock resistance and adhesive strength of the coating layer were investigated. Adhesive strength was evaluated by acoustic emission method. It was resulted that NiCrAIY/$Al_2O_3$ FGM made by thermal spraying method showed excellent thermal shock resistance and adhesive strength compared to the other lamellar structures of sprayed coatings and that AE is useful tool to evaluate the defect of thermal sprayed coating layer.
금형 내부의 마모를 줄이기 위한 경질 박막의 안정성 향상과 표면에 인가된 압축 잔류 응력이 고주기 피로 특성에 미치는 영향을 연구하기 위해 정밀 플라스틱 사출 금형강에 주로 사용되는 Fe-3.0%Ni-0.7%Cr-1.4%Mn-X강에 스크린 질화처리와 DLC 코팅을 시간과 단일, 복합처리의 변수를 두어 코팅하였다. PAPVD법으로 DLC($3{\mu}m$), 스크린 질화(3h, $50{\mu}m$)/DLC($3{\mu}m$) 코팅 후 고주기 피로 시험을 행하여 고주기 피로 특성을 평가하였다. 스크래치 시험, 마모 시험, 잔류응력 측정을 통해 질화 처리 여부에 따른 코팅의 안정성을 평가하였다. DLC, 스크린질화/DLC 코팅한 경우 압축 잔류 응력의 영향으로 모두 피로 수명이 향상되었고 스크린질화/DLC 코팅한 경우 그 향상폭은 더 컸다. 질화 처리 후 DLC 코팅한 경우 질화층은 버퍼레이어로 작용하여 코팅의 박리를 억제함을 확인하였다.
Fe-Mn-Si-Ni-Cr-TiC alloys have a shape memory property, recovering initial shape by heating. With an aim to improve a durability and stability of building and infrastructure, this Fe-based shape memory alloy (FSMA) can be employed to reinforce concrete structure with creation of compressive residual stress. In this work, corrosion resistance of FSMA was compared with general rebar and S400 carbon steel to evaluate the stability in concrete environment. Potentiodynamic polarization test in de-ionized water, tap-water and 3.5 wt.% NaCl solution with variations of pH was used to compare the corrosion resistance. FSMA shows better corrosion resistance than rebar and S400 in tested solutions. However, Cl-containing solution is critical to significantly reduce the corrosion resistance of FSMA. Therefore, though FSMA can be a promising candidate to replace the rebar and S400 for the reinforcement of concrete structure, serious cautions are required in marine environments.
15Cr-5Ni 석출강화 스테인리스강 3종류의 피로균열 발생과 성장 특성 및 파괴인성에 대하여 노치함수로서 연구하였다. 3종류강의 열처리 조건은 $482\;^{\circ}C,\;579\;^{\circ}C$ 및 $621\;^{\circ}C$이다. $621\;^{\circ}C$에서 4시간동안 열처리한 시험편 C는 약 $280\;MPa\;\sqrt{m}$의 가장 높은 파괴인성을 보였으며, 3종류에서 피로균열 성장이 가장 늦었다. $482\;^{\circ}C$에서 1시간 열처리한 시험편 A에서, 피로균열발생한계, ${\Delta}k{\rho}$, 는 노치반경0.3 mm에서 약 $280\;MPa\;\sqrt{m}$의 가장 높은 값을 보였다. 시험편 A는 시험편 B와 C보다 피로균열 성장이 빨랐지만, 피로균열 발생이 늦었다. 예 하중에 의한 노치선단의 압축잔류응력은 노치 시험편의 피로강도 향상에 유용한 방법이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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