$CO_2$ corrosion product scales formed on 13 Cr tubing steel in autoclave and in the simulated corrosion environment of oil field are investigated in the paper. The surface and cross-section profiles of the scales were observed by scanning electron microscopy (SEM), the chemical compositions of the scales were analyzed using energy dispersion analyzer of X-ray (EDAX), X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to confirm the corrosion mechanism of the 13 Cr steel in the simulated $CO_2$ corrosion environment. The results show that the corrosion scales are formed by the way of fashion corrosion, consist mainly of four elements, i.e. Fe, Cr, C and O, and with a double-layer structure, in which the surface layer is constituted of bulky and incompact crystals of $FeCO_3$, and the inner layer is composed of compact fine $FeCO_3$ crystals and amorphous $Cr(OH)_3$. Because of the characteristics of compactness and ionic permeating selectivity of the inner layer of the corrosion product scales, 13 Cr steel is more resistant in $CO_2$ corrosion environment.
The microstructure and mechanical properties of Cr-Ni steel and Cr-Ni steel-matrix nanocomposites reinforced with nano-ZrO2 particles were investigated in this study. Cr-Ni steel and Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites were produced using a combination of high-energy ball milling, pressing, and sintering processes. The microstructures of the specimens were analyzed using EDX and XRD. Compression and hardness tests were performed to determine the mechanical properties of the specimens. Nano-ZrO2 particles were effective in preventing chrome carbide precipitate at the grain boundaries. While t-ZrO2 was detected in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites, m-ZrO2 could not be found. Few α'-martensite and deformation bands were formed in the microstructures of Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites. Although nano-ZrO2 particles had a negligible impact on the strength improvement provided by deformation-induced plasticity mechanisms in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites, the mechanical properties of Cr-Ni steel were significantly improved by using nano-ZrO2 particles. The hardness and compressive strength of Cr-Ni/ZrO2 nanocomposite were higher than those of Cr-Ni steel and enhanced as the weight fraction of nano-ZrO2 particles increased. Cr-Ni/ZrO2 nanocomposite with 5wt.% nano-ZrO2 particles had almost twofold the hardness and compressive strength of Cr-Ni steel. The nano-ZrO2 particles were considerably more effective on particle-strengthening mechanisms than deformation-induced strengthening mechanisms in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites.
The surface characteristics of 13Cr stainless steel systems by plasma nitriding were investigated. The plasma nitriding for the 13Cr steels, in which the nitriding forming elements such as Ti, V, W, Nb, Al, Zr and Si were added about 2~3wt.%, respectively, was performed. In all nitrided specimens, .epsilon.-F $e_{2-3}$N, UPSILON.'-F $e_{4}$N and CrN were detected as the nitrides with the a-Fe in the nitrided layer. VN and .betha.- $W_{2}$N were also detected in 13Cr-3V and 13Cr-3W alloys. The growth of the nitrided layer was controlled by the diffusion process. The thickness of the nitrided layer was similar in the 13Cr-2Nb and 3Zr specimens to that of 13Cr(BM) specimen, while the others exhibited the thinner layer. The activation energy for the growth of the nitrided layer in the temperature range of 773-873K was about 130kJ/mol in 13Cr(BM), 13Cr-2Ti, 3W, 3Al, 3Zr and 3Si alloys. The hardness of the nitrided specimens was significantly increased above Hv1000, comparing to the non-nitrided specimen. The specimens with the nitrided forming elements revealed much higher hardness values and, especially, 13Cr-3Al, 3V and 3Si specimens were significantly hardened up to Hv1300.v1300.0.
Coatings of TiCrN ion-plated on a steel substrate was oxidized at $800^{\circ}C$ in air, and their oxidation mechanism was presented. During oxidation, substrate elements and Ti and Cr in the coating always diffused outwardly to form the oxide scale. Simultaneously, oxygen from the atmosphere diffused inward1y to react with Ti and Cr to form $TiO_2$and $Cr_2$$O_3$, respectively. Also, the counter-diffusion of cations and oxygen resulted in some oxygen dissolution in the unoxidized TiCrN coating, and Fe dissolution in the oxide scale. When the Ti content in the coating was high, the $TiO_2$-forming tendency was strong, while when the Cr content was high, the $Cr_2$$O_3$-forming tendency was strong.
The low cycle fatigue (LCF) and creep-fatigue (hold time tension fatigue, HTTF) tests were performed on the modified 25Cr-13Ni cast stainless steel, which was selected as a candidate material for exhaust manifold in automotive engine. The exhaust manifold is subjected to an environment in which heating and cooling cycle occur due to the running pattern of automotive engine. Several types of fatigue behaviour such as thermal fatigue, thermal mechanical fatigue and creep-fatigue are belong to the main failure mechanisms. High temperature tensile test was firstly carried out to compare the sample with the traditional cast steel for the component. The low cycle fatigue and HTTF tests were carried out under the strain controlled condition with the total strain amplitude from ${\pm}0.6%$ to ${\pm}0.7%$ at $800^{\circ}C$. The hysteresis loops of HTTF tests showed significant stress relaxation during tension hold time. With the increase of tension hold time, the fatigue life was remarkably deceased which caused from the formation of intercrystalline crack by the creep failure mechanism.
Kim, Ki-Yeob;Jung, Byong-Ho;Kim, Mu-Gil;Park, Chan;Ahn, Yong-Sik
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.11
no.3
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pp.207-215
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1998
13%Cr martensitic stainless steel was microalloyed with 0~1.5%Mo, and the mechanical properties were tested at the various heat treated conditions. Mo addition increased austenitization temperature(Ac1), and had little influence on the hardness and tensile properties at the annealed condition. The higher the austenitizing temperature, the higher the hardness and tensile strength, but Mo addition decreased those properties. The impact energy after austenitization increased with addition of Mo. The decrease of mechanical properties and increase of impact energy of Mo-alloyed steel after austenitization are thought to be caused by formation of ductile ${\delta}$-ferrite phase in the microstructure.
Shin, Yong Chul;Yi, Gwang Yong;Lee, Na Roo;Oh, Se Min;Kang, Seong Kyu;Moon, Young Hahn;Lee, Ki Ra
Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene
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v.8
no.2
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pp.209-223
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1998
The aim of this study was to evaluate welders' exposure to hexavalent chromium (Cr(VI)) and nickel (Ni) during welding operations in a Korean shipyard. The airborne Cr(VI) and Ni concentrations were measured during metal inert gas (MIG) welding on mild and stainless steel, and manual metal arc (MMA) welding on mild steel. The geometric mean (GM) of Cr(VI) concentrations inside the welding helmet during MIG welding on mild steel were $0.0018mg/m^3$ inside a ship section, and $0.0015-0.0026mg/m^3$ at the welding shops. All of the personal breathing zone air samples were below the American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) Threshold Limit Value ($TLV^{(R)}$) of $0.01mg/m^3$. Conversely, eighty-eight percent(21 of 24) of the personal breathing zone air samples exceeded the National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) recommended exposure limit of $0.001mg/m^3$. Ni was not detected on 20 of 23 air samples collected during MIG welding on mild steel. The three Ni samples above the limit of detection ranged from 0.015 to $0.044mg/m^3$. The GM of Cr(VI) concentrations during MMA welding on mild steel were $0.0013mg/m^3$, but Ni was not detected in the air samples during this operation. It is assumed that the airborne Cr(VI) and Ni during mild steel welding were derived from the base metals which contained about 0.03% Cr and 0.03% Ni. The GM of airborne total Cr, Cr(VI) and Ni concentrations during MIG welding on stainless steel were 4.02, 0.13 and $0.86mg/m^3$, respectively, and the levels of Cr(VI) and Ni were above the ACGIH-$TLV^{(R)}$. Cr(VI) comprised about 35.5% of the total chromium(Cr) from MIG welding on mild steel, and about 8.4% of total Cr from MIG welding on stainless steel. The ratios of Cr(VI) to total Cr were significantly different among welding shops. It was concluded that welders were exposed to high levels of Cr(VI) and Ni during welding on stainless steel, and were exposed to low levels of Cr(VI) even during welding on mild steel.
Trung, Trinh Van;Kim, Min Jung;Park, Soon Yong;Yadav, Poonam;Abro, Muhammad Ali;Lee, Dong Bok
Corrosion Science and Technology
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v.13
no.1
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pp.1-5
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2014
A low carbon steel, Fe-2.25%Cr steel (ASTM T22), and Fe-2.25%Cr-1.6%W steel (ASTM T23) were aluminized by hot dipping into molten Al baths. After hot-dipping, a thin Al-rich topcoat and a thick alloy layer formed on the surface. The topcoat consisted primarily of a thin Al layer that contained a small amount of Fe, whereas the alloy layer consisted of Al-Fe intermetallics such as $Al_5Fe_2$ and AlFe. Cr, Mo, and W in T22 and T23 steels reduced the thickness of the topcoat and the alloy layer, and flattened the reaction front of the aluminized layer, when compared to the low carbon steel.
For a development purpose of thick metal / metal Graded-Boundary Materials(GBM), a basic research on the fabrication of Ni-Cr/steel GBM was carried out by a laser beam and its mechanical properties and thermal characteristics were investigated. In order to produce a compositionally graded boundary region between substrate steel and added Ni-Cr alloy, a series of surface alloying treatments was performed with a high power CO$_2$ laser beam. Ni-Cr sheet was placed on a low carbon steel plate(0.18%C), and then a CO$_2$ laser beam was irradiated on the surface to produce a homogeneous alloyed layer. On this first surface-alloyed layer, another Ni-Cr sheet was placed and then the CO$_2$ laser beam was irradiated again to produce second surface-alloyed layer. Sequential repetitions of laser surface alloying treatment 4 times resulted in a graded-boundary region with the thickness of about 1.4mm. Simultaneous concentration profiles of different kinds of alloying elements(Ni and Cr) showed from 42%Ni, 45%Cr and 13%Fe on surface region to 0%Ni, 0%Cr and 99%Fe in substrate region. Also a thermal conductivity gradient resulted in graded-region and its value changed from 0.03㎈/cm s$\^{C}$ in surface region to 0.1㎈/cm s$\^{C}$ in substrate region. Microstructural observation showed that any visible root porosities and solidification shrinkage cracks were not formed in graded region between alloyed layer and substrate region during rapid cooling.
Influence of annealing temperature on the microstructure and resistance to pitting corrosion of the hyper duplex stainless steel was investigated in acid and neutral chloride environments. The pitting corrosion resistance is strongly dependent on the microstructure, especially the presence of chromium nitrides ($Cr_2N$), elemental partitioning behavior and volume fraction of ferrite phase and austenite phase. Precipitation of deleterious chromium nitrides reduces the resistance to pitting corrosion due to the formation of Cr-depleted zone. The difference of PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) values between the ferrite and austenite phases was the smallest when solution heat-treated at $1060^{\circ}C$. Based on the results of electrochemical tests and critical crevice temperature tests, the optimal annealing temperature is determined as $1060^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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