• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.117-117
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• 2017

오스테나이트계 스테인리스강의 기계적 특성 향상을 위해 열화학적 표면처리 방법으로 공정 후 재료의 변형이 없고 친환경적인 플라즈마 이온질화 기술이 널리 사용되고 있다. 특히 대략 $450^{\circ}C$이하에서 플라즈마 이온질화 처리 시 S상이라 불리는 expanded austenite 생성에 기인하여 내식성이 향상시키는 것으로 알려져 있다. 그러나 이전의 연구 결과 증류수, HCl, $H_2SO_4$ 등의 실험 용액에 따라 동일한 공정 온도에 대하여 다른 부식 특성을 나타냈으며, 내식성이 확보되는 온도 또한 다른 결과를 얻었다. 이처럼 적용 환경에 따라 다른 부식 경향을 보이고 있으나, 해양 환경에 사용될 해수에서의 부식 저항성에 대한 명확한 규명은 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구는 해양환경에 보편화되어 있는 오스테나이크계 스테인리스강을 선정하여 다양한 온도에서 플라즈마 이온질화 처리 후 전기화학실험을 통해 온도 변화에 따른 부식 특성을 분석하였다. 플라즈마 이온질화는 25% 질소와 75% 수소의 비율로 $350{\sim}500^{\circ}C$의 온도 조건에서 10시간 동안 처리하였다. 플라즈마 이온질화 처리 후 마이크로 경도 계측과 X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 분석을 통해 온도 변화에 따른 금속 표면에 형성된 질화물의 기계적 조직학적 특성을 분석하였다. 또한 모재 및 다양한 온도에서 플라즈마 이온질화 처리된 재료에 대하여 $2{\times}2cm$(노출면적 $1cm^2$) 시편을 제작하여 전기화학적 부식 실험을 수행하여 부식 특성을 상호 비교 분석하였다. 전기화학적 부식 실험은 침적실험, 동전위 양극 음극 분극 실험을 실시하여 전위 변화에 따른 전류밀도 추이를 분석하여 부식 경향을 파악하였다. 그리고 전기화학 실험 후 손상부의 SEM 관찰과 손상 깊이 분석 및 무게 감소량 계측을 통한 종합적인 분석을 통해 온도-부식 경향의 상관관계를 규명하였다. 또한 분극 실험 후 타펠 외삽법으로 부식전위와 부식전류밀도를 구하여 미처리된 재료 및 플라즈마 이온질화 온도 변화에 따른 상대적 부식 속도를 예측하였다.

• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.26 no.3
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• pp.55-60
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• 2012

This study was carried out to investigate the effect of the deformation temperature in high manganese austenitic stainless steel. ${\alpha}$'-martensite was formed with a specific direction by deformation. The volume fraction of the deformation induced martensite was increased by increasing the degree of deformation and decreasing the deformation temperature. With the increase in the deformation, the hardness and tensile strength were increased, while the elongation was rapidly decreased at the initial stage of the deformation, and then gradually decreased. The hardness and tensile strength were increased and the elongation was decreased with adecrease in the deformation temperature. The hardness and tensile strength were strongly controlled by the volume fraction of martensite, but the elongation was controlled by the transformation behavior of the deformation induced martensite.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2009.11a
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• pp.42-42
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• 2009

마찰교반접합 (Friction Stir Welding)은 1991년 영국 TWI에서 개발된 접합 법으로서 회전하는 툴이 재료내부에 삽입되면 툴과 재료사이에서 발생하는 마찰열에 의하여 온도가 상승하게 되어 재료는 연화되고, 이러한 재료 내부에서 회전하는 툴이 이동하게 되면 재료 내부는 기계적 교반에 의해 소성변형이 일어남과 동시에 접합이 이루어진다. 마찰교반접합은 동적 재결정에 의한 접합부의 미세한 결정립 형성으로 인하여 기계적 특성이 향상되며 보호 가스가 필요 없어 친환경적임과 동시에 용융 용접 법에 비해 접합 시 에너지 소모가 적으며 또한 접합 후 접합부에서의 변형이 상대적으로 적다는 장점이 있다. 이러한 장점을 가진 마찰교반접합은 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 그리고 동 합금과 같은 저 융점 비철재료에 많은 연구와 적용 사례들이 있어왔다. 하지만 최근에는 일반 탄소강, 연강, 오스테나이트계 스테인리스강, 니켈 합금, 티타늄 합금과 같은 고융점 재료에도 연구 및 적용이 진행되고 있는 추세이다. 페라이트계 스테인리스강은 가격이 비싼 Ni을 함유하지 않아 오스테나이트계 스테인리스강에 비하여 강재의 가격은 낮으면서도 고온특성 및 내식성이 우수하여 건축용, 자동차 배기계용으로 널리 사용되고 있다. 하지만 이런 장점을 가진 페라이트계 스테인리스강을 기존의 용융 용접 법으로 접합 시 용접부 및 열영향부에서의 결정립의 조대화로 인한 인성 및 연성이 저하되며, 특히 예민화된 열영향부 입계 내에 Cr 탄화물이 석출되어 입계주변에 Cr 결핍 층을 형성되어 입계부식이 발생되는 문제점이 발생된다. 본 연구에서는 마찰교반접합을 이용하여 두께 3mm의 409 스테인리스강에 대해 맞대기 접합을 실시하였다. 접합 변수를 툴의 재료 (WC-12wt%Co, $Si_3N_4$)로 하여 접합을 실시하였고 접합 후 외관상태 점검, 광학 현미경과 주사 전자 현미경을 통하여 미세조직을 관찰하였으며 황산-황산동 부식 시험을 실시하여 접합부의 부식 특성을 평가하였다.

• Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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• v.28 no.2
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• pp.208-215
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• 1992

Concept of primary solidification mode control was adopted to obtain optimal solidification crack resistance, hot ductility, corrosion resistance and toughness for austenitic stainless steel. By controlling primary solidification phase as primary $\delta$ and containing no ferrite at room temperature, optimal solidification crack resistance, hot ductility, corrosion resistance and cryogenic toughness could be obtained. The optimum chemical composition of austenitic stainless steel ranges 1.46~1.55(Creq/Nieq ratio) calculated by Schaeffler's equation.

• Journal of the Society of Disaster Information
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• v.13 no.2
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• pp.147-154
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• 2017

Duplex stainless steel finds increasing use as an alternative to austenitic stainless steel, particularly where chloride or sulphide stress corrosion cracking is of primary concern, due to the excellent combination of strength and corrosion resistance. During welding, duplex stainless steel does not create the same magnitude or distribution of weld-induced residual stresses as those in welded austenitic stainless steel due to the different physical and mechanical properties between them. In this work, an experimental study on the residual stresses in butt-welded duplex stainless steel is performed utilizing the layering technique to investigate the characteristics of residual stresses in the weldment.

• Journal of Ocean Engineering and Technology
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• v.27 no.4
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• pp.9-13
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• 2013

The tensile properties of high manganese austenitic stainless steel with the two phase structures of deformation-induced martensite and reversed austenite were studied. Reversed austenite with an ultra-fine grain size of less than $0.3{\mu}m$ was obtained by reversion treatment. The two phases structures of deformation-induced martensite and reversed austenite were obtained by an annealing treatment in the range of $500^{\circ}C-700^{\circ}C$ for various times in 70% cold- rolled high-manganese austenitic stainless steel. The volume fraction of the reversed austenite increased rapidly with increases in the annealing temperature and time. In the stainless steel with the two phases of austenite and martensite, the strength decreased rapidly, while the elongation increased slowly and then rapidly increased with an increase in the volume fraction of the reversed austenite. Therefore, the strength and elongation were strongly controlled by the volume fraction of reversed austenite. A good combination of high strength and elongation could be obtained by the mixed structure of reversed austenite and deformation-induced martensite.

• Journal of Korean Society of Steel Construction
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• v.28 no.5
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• pp.303-312
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• 2016

Many researches on the application of stainless steels as structural steels have been performed thanks to their material properties such as superior ductility and corrosion resistance. Ferritic stainless steels(STS430) with little or no nickel have been used increasingly in building structure because it is inexpensive compared to austenitic stainless steels(STS304) with nickel, but provide performances similar to the austenitic stainless steel. This paper deals with block shear fracture behavior of base metal in stainless steel welded connection. Although the block shear fracture behavior for welded connection due to stress triaxiality is different from that of bolted connection, the block shear strength of welded connection in current design specifications has been predicted based on that of bolted connection. The main parameters are weld length and welding process(Arc and TIG welds). The ultimate strengths of TIG welded specimens were higher than those of arc welded specimens and current design predictions by AISC, EC3 etc. were compared with test strengths.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.3 no.3 s.8
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• pp.1-8
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• 1999

Three-point bending fatigue properties of austenitic 304 stainless steel sheets were investigated at room temperature and LNG temperature($-162^{\circ}C$) in the strain range from 0.43 to $1.7\%$. The fatigue properties at $-162^{\circ}C$ were superior to those at room temperature due to the higher volume fractions of deformation-induced martensite. The cyclic hardening behavior owing to the deformation- induced martensite transformation was detected in both specimens. In room temperature testing, the mean load amplitude increased steadily with cycles, meaning that cumulative plastic incubation strain was required for martensite transformation. On the contrary, in $-162^{\circ}C$ tested specimen, the mean load amplitude increased rapidly within a few cycles due to the rapid transformation of martensite, and slightly decreased after the maximum is reached probably due to dynamic recovery.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.20-20
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• 2010

GTA (Gas Tungsten Arc)용접은 불활성 분위기에서 용접이 이루어지기 때문에 타 아크용접법에 비해 용접부 품질이 우수하여 고품질이 요구되는 산업분야에 널리 이용되고 있다. 하지만 스테인리스강으로 pipe를 제조하기 위해 GTA 용접을 적용할 경우, Laser 및 고주파 용접 (HFIW)에 비해 용접부 품질 및 용접속도가 낮기 때문에 pipe를 제조하는 산업에서 적용에 제한을 받고 있다. 하지만, GTA는 laser 혹은 HFIW에 비해 가격이 1/10수준으로 낮고, 용접부 gap tolerance 및 용접면 관리범위가 넓은 장점이 있기 때문에 GTA의 용접속도 및 용접품질을 향상시키기 위한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 일반적으로 스테인리스강 GTA용접 시 용접속도를 향상시키기 위해, 모재의 성분 제어 (합금성분 최적화-Al, S, Se, O등), Flux 도포 기술 (산화물을 용접전에 도포하여 용접속도 향상) 및 혼합보호가스 적용 등이 있다. 스테인리스강 용접 시 보호가스로는 용접부 품질을 확보하기 위해 Ar을 주로 사용하고 있다. 하지만 용입 특성을 향상시키기 위해 아크의 온도를 높일 수 있는 He, 혹은 $H_2$ gas를 단독 혹은 혼합하여 사용하고 있다. 오스테나이트계 스테인리스의 경우 용입특성을 향상시키기 위해 Ar에 $H_2$를 2~10%정도 혼합하여 사용하고 있다. 페라이트계 스테인리스강은 수소에 대한 고용도가 상대적으로 작아 용접부 수소 취화를 일으킬 수 있기 때문에 적용에 제한을 받고 있어 그 대안으로 산소를 극히 소량을 혼합하여 용입성 향상에 대한 연구가 보고 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 페라이트계 스테인리스강의 용입특성을 향상시킬 목적으로 Ar에 산소를 미량 첨가 (1%미만) 하여 용접전류 및 산소 함량에 따른 용입특성의 변화에 대해 연구하였다. 또한 기계적인 물성 및 부식특성을 평가하였고, 최종적으로 실용화 가능성을 파악하기 위해 용접전극의 수명 테스트를 실시하였다. 실시한 결과, 산소가 첨가량 증가 할수록 용입특성은 상승하였으며, 기계적인 물성 또한 산소를 첨가하지 않은 경우에 비해 거의 유사한 값을 얻을 수 있었다, 하지만 산소함량이 증가 할수록 전극의 수명은 감소하여 교체주기가 증가함을 알 수 있다. 본 연구를 통해 얻어진 기술을 상용화시키기에는 극복해야할 문제가 있지만, 소재 합금성분 설계 시 용접생산성 향상위한 산소성분 범위를 제시할 수 있으리라 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.11a
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• pp.65-68
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• 2007

저온 플라즈마 기술을 이용하면 오스테나이트계 스테인리스강의 내식성과 표면경도를 동시에 증가 시킬 수 있다. 여러 가지 처리방법 중 질탄화와 2-step 공정으로 처리한 AISI304L강의 표면을 분석하였다. 처리한 모든 시편의 표면은 expanded austenite(${\gamma}_N$)이 형성되었고, 표면 경도도 모재보다 약 4배 이상 증가 하였다. 저온플라즈마 질탄화 공정의 경우 경화층의 두께가 최대 15 ${\mu}m$밖에 형성되지 않았지만 2-step공정의 경우 질탄화 공정보다 짧은 시간으로 약 2배의 경화층을 얻을 수 있었다. 두 가지 공정 모두 온도와 시간이 증가할수록 경화층의 두께가 두꺼워졌지만, 과도하게 높은 온도와 긴 공정시간은 석출물을 형성 시켰다. 석출물이 형성되지 않은 시편의 경우 내식성이 증가하였다.