This study involved a series of experiments, which included impact tests (drop weight & Charpy) and hardness tests under various heat treatment conditions, followed by fractography observations of Normal Roll Shell steel (NRS), Abnormal Roll Shell steel (ARS), and S25C steel, in order to analyze the cause of brittle fracture and damages in Roll Shell steel. The optimal tempering temperature was characterized for ARS and NRS.
440A martensitic stainless steels which were modified with reduced carbon content(~0.5%) and addition of small amount of nickel, vanadium, tungsten and molybdenum were manufactured. Effects of alloying elements and tempering temperatures on the uniform corrosion in the solution of lN H2S04 were investigated through the electrochemical polarization test. When tempering temperature is constant, corrosion current density in active-passive transition point, Icorr, decreased a little with an increase of austenitizing temperature. In addition to this, when austenitizing temperature is constant, longer holding time showed a little lower Icorr and Ipass, passive current density. And when austenitized at $1050^{\circ}C$ and tempered in a range of $350{\sim}750^{\circ}C$, best anti-corrosion properties were obtained at $350^{\circ}C$ tempering temperature while worst at $450^{\circ}C$ or $550^{\circ}C$. The specimens tempered at below $450^{\circ}C$ and above $550^{\circ}C$, similar and good anti-corrosion characteristics were obtained regardless of alloying elements added, showing anti-corrosion characteristics are influenced more by tempering temperature than by alloying elements.
The phase changes, nitride precipitation and hardness variations of 14%Cr-6.7Ni-0.65Mo-0.26Nb-0.05V-0.03C super martensitic stainless steel were investigated after nitrogen permeation heat treatment at a temperature range between $1050^{\circ}C$ and $1150^{\circ}C$. The nitrogen-permeated surface layer was transformed into austenite. The rectangular type NbN, NbCrN precipitates and fine round type precipitate were coexisted in the surface austenite layer, while the interior region that was free from nitrogen permeation kept the martensitic phase. The hardness of surface austenite showed 280 Hv, while the interior region of martensite phase represented 340 Hv. When tempering the nitrogen-permeated steel at $450^{\circ}C$, a maximum hardness of 433 Hv was appeared, probably this is attributed to the secondary hardening effect of the precipitates. The nitrogen concentration decreased gradually with increasing depth below the surface after showing a maximum of 0.3% at the outmost surface. The strong affinity between nitrogen and Cr enabled the substitutional element Cr to move from interiors to the surface when nitrogen diffuse form surface to the interior. Corrosion resistance of nitrogen permeated steel was superior to that of solution-anneaed steel in the solution of 1N $H_2SO_4$.
It has been very important in various industry fields to improve the fatigue strength characteristics of bearings such as bearing life, fatigue limit, etc., because such poor properties could result in shortening the machinery life as well as in decreasing the accuracy. However, no successful heat treatment criterion seems to be available at present. In this study, the effect of the $170^{\circ}C\times120min$ tempering cycles repeated after $380^{\circ}C\times80min$ oil quenching for $800^{\circ}C$ spheroidizing-annealed bearing steel (STB2) as base metal on the $120^{\circ}C$ high temperature rotary bending fatigue strength characteristics were investigated, including the effects on hardness, Charpy impact value and micro-structure, in order to seek for the best heat treatment condition finally. The important results obtained are as follows : 1) The optimal cycle of tempering so that the fatigue strength .sigma. could become the highest was the 4th cycle. And it is confirmed that this $\sigma_{F}$ is about 6 times more increased than that of base metal, and about 1.3 times more increased than the case of the 1 cycle tempered. 2) As a result of the investigation for the effects of tempering cycles on hardness, the hardness at the tempering number of 2 thru 5 cyles was not decreased severely ; only about 10% decrease from those of the quenched and 1 cycle tempered case. Such hardness is equivalent to $H_{R}$/C61-62 with no bad effect on anti-abrasion of bearing steel. 3) In the case of 2 thru 5 cycle tempering as well as 1 cycle tempering, the impact value was not so improved comparing with the case of quenching, but an increase of 5 to 10% could be expected at least. 4) It was experimentally confirmed that the control of the mechanical properties improvement such as fatigue strength and fatigue life for bearing steels could be possible by the number of tempering cycles.
It has been very important in various industry fields to improve the fatigue strength characteristics of bearings such as bearing life, fatigue limit, etc., because such poor properties could result in shortening the machinery life as well as in decreasing the accuracy. However, no successful heat treatment criterion seems to be available at present. In this study, the effect of the $170^{\circ}C\times120min$ tempering cycles repeated after $380^{\circ}C\times80min$ oil quenching for $800^{\circ}C$ spheroidizing-annealed bearing steel (STB2) as base metal on the $120^{\circ}C$ high temperature rotary bending fatigue strength characteristics were investigated, including the effects on hardness, Charpy impact value and micro-structure, in order to seek for the best heat treatment condition finally. The important results obtained are as follows : 1) The optimal cycle of tempering so that the fatigue strength .sigma. could become the highest was the 4th cycle. And it is confirmed that this $\sigma_{F}$ is about 6 times more increased than that of base metal, and about 1.3 times more increased than the case of the 1 cycle tempered. 2) As a result of the investigation for the effects of tempering cycles on hardness, the hardness at the tempering number of 2 thru 5 cyles was not decreased severely ; only about 10% decrease from those of the quenched and 1 cycle tempered case. Such hardness is equivalent to $H_{R}$/C61-62 with no bad effect on anti-abrasion of bearing steel. 3) In the case of 2 thru 5 cycle tempering as well as 1 cycle tempering, the impact value was not so improved comparing with the case of quenching, but an increase of 5 to 10% could be expected at least. 4) It was experimentally confirmed that the control of the mechanical properties improvement such as fatigue strength and fatigue life for bearing steels could be possible by the number of tempering cycles.
In the present study, the effects of various heat treatments on the microstructure and mechanical properties of dual phase ODS steels were investigated to enhance the high strength at elevated temperature. Dual phase ODS steels have been designed by the control of ferrite and austenite formers, i.e., Cr, W and Ni, C in Fe-based alloys. The ODS steels were fabricated by mechanical alloying and a hot isostatic pressing process. Heat treatments, including hot rolling-tempering and normalizing-tempering with air- and furnace-cooling, were carefully carried out. It was revealed that the grain size and oxide distributions of the ODS steels can be changed by heat treatment, which significantly affected the strengths at elevated temperature. Therefore, the high temperature strength of dual phase ODS steel can be enhanced by a proper heat treatment process with a good combination of ferrite grains, nano-oxide particles, and grain boundary sliding.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.4
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pp.69-76
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2018
This study examined the effect of the heat treatment and alloying elements (B, Ti) on the microstructures and mechanical properties of API J55 steel. The experiments were carried out using various austenization temperatures ($880^{\circ}C$, $910^{\circ}C$, $940^{\circ}C$), cooling methods (water quenching, oil quenching) and tempering temperatures (none, $550^{\circ}C$, $650^{\circ}C$) with J55 and J55+B,Ti steels. The phase diagram and CCT curve were simulated based on the chemical compositions of the J55 and J55+B,Ti steels to predict the microstructures. The results showed that the A1 and A3 temperatures decreased and, as a result, the noses of the ferrite and bainite parts of the CCT curve moved to the right. Various microstructures were formed, namely martensite, bainite, ferrite and pearlite, in accordance with the heat treatment, which had an effect on the hardness, tensile strength and toughness. Martensite was formed after water quenching, but bainite and ferrite appeared after oil quenching with the J55 specimens. On the other hand, martensite was formed, regardless of the cooling method (water quenching, oil quenching), with the J55+B,Ti specimens, because of the improvement of the hardenability caused by the addition of boron. Therefore, the J55+B,Ti specimens exhibited much higher mechanical properties than the J55 specimens, even after the tempering treatment, since the addition of Ti caused fine precipitates to be formed, which inhibited grain growth at the recrystallization temperature.
Salt bath heat treatment is usually used but recently vacuum heat treatment is increased for the heat treatment of hot work die steels. The differences in two heat treatment processes were compared by testing the mechanical properties of heat treated products. With two different features of processes, mechanical properties such as hardness, tensile strength and impact strength of products show very different results. In this study salt bath heat treated products showed higher tensile strength and impact strength than vacuum heat treated products but hardness was not much different. These lower mechanical properties of vacuum heat treated products are due to differences in heating and quenching process.
440A martensitic stainless steels which were modified with reduced carbon content (${\sim}$0.5%) and addition of small amount of nickel, vanadium, tungsten and molybdenum were manufactured. Effects of alloying elements and heat treatment on the pitting corrosion in 3.5% NaCl were investigated through the electrochemical polarization tests. The lowest pitting potential, $E_p$, was obtained when austenitizing temperature was $1250^{\circ}C$ and this is because of the grain coarsening. When austenitized at $1050^{\circ}C$ and tempered at $350{\sim}750^{\circ}C$, the highest $E_p$ was obtained at $350^{\circ}C$, while the lowest at $450^{\circ}C$ and $550^{\circ}C$ regardless of alloying elements added. But $E_p$ was increased a little at the tempering temperature of $450^{\circ}C$ and $550^{\circ}C$ when 0.4 wt.% of tungsten was added. More pitting was observed at $450{\sim}550^{\circ}C$, and pitting was formed at regions where Cr concentration is low or grain boundaries are intersecting and showed irregular shape.
Brittle microstructure created in a heat affected zone (HAZ) during the welding of low alloy steel can be eliminated by post-weld heat treatment (PWHT). If the PWHT is not possible during a repair welding, the controlled bead depositions of multi-pass welding should be applied to obtain tempering effect on the HAZ without PWHT. In order to anticipate and control the tempering effect during the temper bead welding, the definition of temperature curve obtained from the analytical solution was suggested in this research. Because the analytical solution for heat flow is expressed as a mathematical equation of weld parameters, it may be effective in anticipating the effect of each weld parameter on the tempering in HAZ during the successive bead depositions. The reheating effect by the successive bead layer on the brittle coarse grained HAZ formed by earlier bead deposition was estimated by comparing the overlapped distance between the temperature curves in the HAZ. Three layered weld specimens of SA508 base metal with A52 filler were prepared by controlling heat input ratio between layers. The tempering effect anticipated by using the overlapped distance between the temperature curves was verified by measuring the micro-hardness distribution in the HAZ of prepared specimens. The temperature curve obtained from analytical solution was expected as a good tool to find optimal temper bead welding conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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