This research was performed to study the effect of the Ni + Mo addition on the fatigue properties in 12Cr steel. After heat treatment of 12Cr steel and 12Cr-Ni-Mo steel, tensile tests, impact tests, hardness tests, and rotary bending fatigue tests were performed, respectively. The fatigue fracture surface was observed and analyzed using SEM and EDS. The fatigue limit of 12Cr steel was 554 MPa, which was 49 MPa higher than 505 MPa of 12Cr-Ni-Mo steel. Striations, which are the shape of the typical fatigue fracture surface, were observed at the fracture surface near the starting point of fatigue fracture in the 12Cr steel and 12Cr-Ni-Mo steel. However, unlike the case of 12Cr steel, 12Cr-Ni-Mo steel also had a mixed fracture surface with the fatigue and the ductile fracture surface. When brittle non-metallic inclusions exist near the starting point of fatigue failure, the crack propagation was further promoted and the fatigue life was drastically reduced.
To check technical improvement in the soundness and strength of 12% Cr steel rotor, a 25 tons of rotor with 65 tons of ingot was made in real size and was cut to pieces to take test samples, and the various mechanical tests such as impact, tensile, creep, and fatigue were carried out. The strengths are compared with those of 1% Cr-Mo-V rotor of same size. Microstructures of the samples are examined and reviewed. The results can be summarized as follows. 1) Fracture appearance transition temperatures are 80.deg. C at the center part and 60.deg. C near surface of 12% Cr rotor, and 8.deg. C near surface of 1% Cr-Mo-V rotor. 2) Comparative rapid softening occurs at higher temperatures above 600.deg. C for 12% Cr steel and 550.deg. C for 1% Cr-Mo-V steel in tension tests. 3) Fatigue crack propagation rate of 12% Cr steel is almost same as that of 1% Cr-Mo-V steel at the same corresponding surface part of the rotors. The crack growth rate of center part of 12% Cr rotor is faster than near surface part of the rotor, and the crack growth rate at the load condition of R=0.04 is slower than that of the load condition of R=0.5 for both 12% Cr steel and 1% Cr-Mo-V steel. 4) Crack growth rate of radial direction near surface of 12% Cr rotor is faster than that of transverse direction at the same part because of the difference in residual stresses. 5) Both creep and fatigue strengths of 12% Cr steel are superior to those of 1% Cr-Mo-V steel and the difference is thought the effect of climb and glide controlled creep by solid solution of alloying elements and dispersion of carbides.
To check technical improvement in the soundness and strength of 12% Cr steel rotor, a 25 tons of rotor with 65 tons of ingot was made in real size and was cut to pieces to take test samples, and the various mechanical tests such as impact, tensile, creep, and fatigue were carried out. The strengths are compared with those of 1% Cr-Mo-V rotor of same size. Microstructures of the samples are examined and reviewed. The results can be summarized as follows. 1) Fracture appearance transition temperatures are 80.deg. C at the center part and 60.deg. C near surface of 12% Cr rotor, and 8.deg. C near surface of 1% Cr-Mo-V rotor. 2) Comparative rapid softening occurs at higher temperatures above 600.deg. C for 12% Cr steel and 550.deg. C for 1% Cr-Mo-V steel in tension tests. 3) Fatigue crack propagation rate of 12% Cr steel is almost same as that of 1% Cr-Mo-V steel at the same corresponding surface part of the rotors. The crack growth rate of center part of 12% Cr rotor is faster than near surface part of the rotor, and the crack growth rate at the load condition of R=0.04 is slower than that of the load condition of R=0.5 for both 12% Cr steel and 1% Cr-Mo-V steel. 4) Crack growth rate of radial direction near surface of 12% Cr rotor is faster than that of transverse direction at the same part because of the difference in residual stresses. 5) Both creep and fatigue strengths of 12% Cr steel are superior to those of 1% Cr-Mo-V steel and the difference is thought the effect of climb and glide controlled creep by solid solution of alloying elements and dispersion of carbides.
In this study, corrosion fatigue characteristics of 12Cr alloy steel were investigated in 3.5wt.% NaCl solution of 150$^{\circ}C$ and 4.5bar. Behavior of corrosion fatigue cracks was measured by the indirect compliance method and compared with the results in distilled water and in air. 1) 12Cr alloy steel was susceptible to temperature. Its susceptibility was increased as the temperature was increased. 2) The crack growth characteristics of 12Cr alloy steel in distilled water were similar to 3.5wt.% NaCl solution. 3) The temperature of solution affects to the crack growth characteristics of 12Cr alloy steel. In corrosion solutions of 4.5bar, 150$^{\circ}C$, fracture surfaces of corrosion fatigue crack growth at a/W=0.3 was showed the trans-granular fracture suface. As the crack grew up, it was changed to inter-granular type. In condition of high temperature, The crack growth behaviors of 12Cr alloy steel were remarkable.
Ultrasonic method using SH(shear horizontal) wave has been developed to determine the surface damage in fatigued material. Fatigue damages based on propagation energy were analyzed by multi-regression analysis in interrupted fatigue test specimen including CrMoV and 12Cr alloy steel. From the test results, as the fatigue damage increased the propagation time of the launched waves increased and amplitude of wavelet decreased. Also, analysis for the waveform modulation showed a reliable estimation, with confidence limit of 97% for 12Cr steel and 95% for CrMoV steel, respectively. Therefore, It is thought that SH ultrasonic wave technique can be applied to determine fatigue damage of in-service component nondestructively.
High pressure turbine blades are one of the key components in fossil power plants operated at high temperature. The blade is usually made of 12Cr steel and its operating temperature is above $500^{\circ}C$. Long term service at this temperature causes material degradation accompanied by changes in microstructures and mechanical properties such as strength and toughness. Quantitative assessment of reduction of strength and toughness due to high temperature material degradation is required for residual life assessment of the blade components. Nondestructive technique is preferred. So far most of the research of this kind was conducted with low alloy steels such as carbon steel, 1.25Cr0.5Mo steel or 2.25Cr1Mo steel. High alloy steel was not investigated. In this study one of the high Cr steel, 12Cr steel, was selected for high temperature material degradation. Electrochemical polarization method was employed to measure degradation. Strength reduction of the 12Cr steel was represented by hardness and toughness reduction was represented by change of transition temperature, FATT. Empirical relationships between the electrochemical polarization parameter and significance of material degradation were established. These relationship can be used for assessing the strength and toughness on the aged high pressure blade components indirectly by using the electrochemical method.
Effect of tempering treatment on the mechanical properties of 12Cr heat resistant steel with ferrite phase was investigate in this study. As time and temperature of tempering treatment were increase, C and Cr contents in matrix structure were decreased. Due to increase of the amount of Cr26C6 type carbides. It was confirmed in mechanical properties experimental that tensile strength and hardness were decreased, while elongation and impact value were, increased with increasing the time and temperature.
고온-고압의 장시간 사용으로 나타나게 되는 재료열화현상을 이해하고 구조건전성 모니터링을 위한 기초연구로 사용하고자 대표적인 로터용 내열강인 2.25CrMo 강과 9CrMo 강 그리고 12CrW 강을 연구하였다. 재료열화를 모니터링하기 위해 2.25CrMo 강은 등온열화 시험을 9CrMo 강은 크리프-피로 시험을 그리고 12CrW 강은 크리프 시험을 각 단계별로 수행하였다. 이들 각 손상재에 대한 초음파전파특성, 비저항측정 그리고 보자력측정을 통하여 미세조직 의존성을 고찰하였고 이들 파라미터는 특정 미세조직의 변화에 상당히 민감하게 작용하였다.
Boiler is one of the most important utilities providing steam to turbine in order to supply mechanical energy in thermal power plant. It is composed of thousands of tubes for high efficient heat transfer. The material for boiler tubes is used in such high temperature and pressure condition as $540^{\circ}C$, 22MPa. The boiler tube material is required to resist creep damage, fatigue cracking, and corrosion damages. 2.25%Cr-1Mo steel is used for conventional boiler tubes, and austenitenite stainless steel is used for higher temperature boiler tubes. But the temperature and pressure of steam in power plant became higher for high plant efficiency. So, the property of boiler tube material must be upgaded to fit the plant property. Several boiler tube material was developed to fit such conditions. X20CrMoV12.1 steel is also developed in 1980's and used for superheater and reheater tubes in supercritical boilers. The material has martensite microstructures which is difficult to evaluate the degradation. In this thesis, degrade the X20CrMoV12.1 steel at high temperatures in electric furnace, and evaluate hardness with Vickers hardness tester and strengths with Indentation tester.
Fossil power plants operated in high temperature condition are composed of components such as turbine, boiler, and piping system. Among these components, turbine blades made with 12%Cr steel operate at a temperature above $500^{\circ}C$. Due to the long term service, turbine blades experience material degradation manifested by change in mechanical and microstructural properties. The need to make life assessment and to evaluate material degradation of turbine blade is strongly required but in reality, there is a lack of knowledge in defining failure mechanism and fundamental data for this component. Therefore, in making life assessment of turbine blade, evaluation of material degradation must be a priority. For this purpose, evaluation of toughness degradation is very important. The major cause of toughness degradation in 12Cr turbine blade is reported to be critical corrosion pitting induced by segregation of impurity elements(P etc.), coarsening of carbide, and corrosion, but the of materials for in-service application. In this study, the purpose of research is focused on evaluating toughness degradation with respect to operation time for 12%Cr steel turbine blade under high temperature steam environment and quantitatively detecting the degradation properties which is the cause of toughness degradation by means of non-destructive method, electrochemical polarization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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