316L stainless steels have been widely used in many engineering fields, because of their high corrosion resistance and good mechanical properties. However, welding or aging treatment may induce intergranular corrosion and stress corrosion cracking etc. Since these types of corrosion are closely related to the formation of chromium carbide in grain boundaries, the alloys are controlled by methods such as the lowering of carbon content, solution heat treatment. This work focused on the intergranular corrosion mechanism of slightly-sensitized and Ultrasonic Nano-crystal Surface Modification (UNSM)-treated 316L stainless steel. Samples were sensitized for 1, 5, and 48 hours at $650^{\circ}C$ in $N_2$ gas atmosphere. Subsequently UNSM treatments were carried out on the surface of the samples. The results were discussed on the basis of the sensitization by chromium carbide and carbon segregation, the residual stress and grain refinement. Even though chromium carbide was not precipitated, the intergranular corrosion rate of 316L stainless steel was drastically increased with aging time, and it was confirmed that the increased intergranular corrosion rate of slightly-sensitized (not carbide formed) 316L stainless steel was due to the carbon segregation along the grain boundaries. However, UNSM treatment improved the intergranular corrosion resistance of aged stainless steels, and its improvement was due to the reduction of carbon segregation and the grain refinement of the outer surface, including the introduction of compressive residual stress.
This research work aims to investigate the effect of the aerobic bacterium, Pseudomonas aeruginosa on the mechanical and electrochemical properties of the 316L stainless steel and α-brass. These properties of both the alloys were determined after 7 days of exposure to the controlled and inoculated media at 37℃. The microstructural and electrochemical test results revealed the deleterious effects of Pseudomonas aeruginosa. After exposure to the inoculated medium, the scanning electron microscopy (SEM) results showed the larger pitting and formation of relatively dense biofilm on α-brass compared to 316L stainless steel. The tensile strength and hardness of 316L stainless steel were slightly affected after exposure to the controlled and inoculated media. After exposure to the controlled medium and inoculated media, the tensile strength of the α-brass was least affected but a significant decrease in the hardness (from 165 HV to 124 HV) was observed due to the severe attack induced by the Pseudomonas aeruginosa. Similarly, the open-circuit potential of the 316L stainless steel in the inoculated medium was measured to be less active (-410 mV vs Ag/AgCl) than α-brass (-550 mV vs Ag/AgCl). In the inoculated medium, potentiodynamic polarization curves confirmed the severe attack of Pseudomonas aeruginosa on α-brass (7.15 × 10-2 mm/year) compared to 316L stainless steel which registered a corrosion rate of 5.14 × 10-4 mm/year.
오스테나이트 계열 스테인리스강의 경우 뛰어난 내열성으로 인해 가스 터빈 블레이드나 디스코 등으로 많이 사용되고 있다. 본 연구에서는 터빈 블레이드로 사용되는 316 스테인리스강의 고온 인장 및 저주기 피로 물성을 실험적으로 구하였다. 실험 결과 탄성계수와 항복강도, 최대인장강도 모두 온도 증가에 따라 감소하는 것으로 확인되었다. 소성변형률 진폭, 소성변형률 에너지 등의 인자들이 피로파괴에 미치는 영향도 조사하였다. 실험을 통해 얻어진 고온 인장 물성을 이용하여 316 스테인리스강으로 제작된 가스터빈 블레이드의 구조해석을 수행하였다.
In this experiment, post-nitriding treatment was performed at $400^{\circ}C$ on AISI 316 stainless steel which was plasma carburized previously at $430^{\circ}C$ for 15 hours. Plasma nitriding was implemented on AISI 316 stainless steel at various gas compositions (25% $N_2$, 50% $N_2$ and 75% $N_2$) for 4 hours. Additionally, during post nitriding Ar gas was used with $H_2$ and $N_2$ to observe the improvement of surface properties. After treatment, the behavior of the hybrid layer was investigated by optical microscopy, X-ray diffraction, and micro-hardness testing. Potentiodynamic polarization test was also used to evaluate the corrosion resistance of the samples. Meanwhile, it was found that the surface hardness increased with increasing the nitrogen gas content. Also small percentage of Ar gas was introduced in the post nitriding process which improved the hardness of the hardened layer but reduced the corrosion resistance compared with the carburized sample. The experiment revealed that AISI 316L stainless steel showed better hardness and excellent corrosion resistance compared with the carburized sample, when 75% $N_2$ gas was used during the post nitriding treatment. Also addition of Ar gas during post nitriding treatment degraded the corrosion resistance of the sample compared with the carburized sample.
The dynamic softening mechanisms of AISI 316, AISI 304 and AISI 430 stainless steels were studied with torsion test in the temperature range of $900 - 1200^{\circ}C$ and the strain rate range of $5.0x10^{-2}-5.0x10^0/sec$. The austenitic stainless steels, such as AISI 316 and AISI 304 were softened by dynamic recrystallization (DRX) during hot deformation. Also, the evolutions of flow stress and microstructure of AISI 430 ferritic stainless steel show the characteristics of continuous dynamic recrystallization (CDRX). To establish the quantitative equations for DRX of AISI 316 stainless steel, the evolution of flow stress curve with strain was analyzed. The critical strain (${\varepsilon}_c$) and strain for maximum softening rate (${\varepsilon}^{*}$) could be confirmed by the analysis of work hardening rate ($d{\sigma}/d{\varepsilon}={\theta}$). The volume fraction of dynamic recrystallization ($X_{DRX}$) as a function of processing variables, such as strain rate ( $\varepsilon$ ), temperature (T), and strain ( $\varepsilon$ ) were established using the ${\epsilon}_c$ and ${\varepsilon}^{*}$. For the exact prediction the ${\varepsilon}_c,\;{\varepsilon}^{*}$ and Avrami' exponent (m') were quantitatively expressed by dimensionless parameter, Z/A, respectively. It was found that the calculated results were agreed with the experimental data for the steels at my deformation conditions. Also, we can reasonably conclude that the DRX, CDRX and grain refinement of stainless steels can be achieved by large strain deformation at high Z parameter condition.
Stainless steel has widely been used in various industrial fields because it has high corrosion resistance. But, we have little design data about the creep life prediction of SUS316L stainless steel. Therefore, in this study, a series of creep tests and study on them under 16 constant stress and temperature combined conditions have been performed to get the creep design data and life prediction of SUS316L stainless steels and we have gotten the following results. First, the stress exponents decrease as the test temperatures increase. Secondly, the creep activation energy gradually decreases as the stresses become bigger. Thirdly, the constant of Larson-Miller parameters on this alloy is estimated about 10. And last, the creep rupture fractographs show the intergranular ductile fracture with many dimples.
We investigated the fatigue crack propagation of base metal, weld metal and heat attected zone in 316L stainless steel. And we analysed acoustic emission signals during the fatigue test by time-frequency analysis method. The specimens of weld metal and HAZ had longer fatigue life and slower rate of crack propagation better than base metal. And as a result of time-frequency was 200-300 kHz was obtained by fatigue crack propagation and 500 kHz was obtained by dimple and separate of inclusion.
The corrosion behaviors of 316L stainless steel were investigated in simulated anodic and cathodic environments for proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) by using electrochemical measurement techniques. Interfacial contact resistance(ICR) between the stainless steel and gas diffusion layer(GDL) was also measured. The possibility of 316L was evaluated as a substitute material for the graphite bipolar plate of PEMFC. The value of ICR decreased with an increase in compaction stress(20 N/$cm^2$~220 N/$cm^2$) showing the higher values than the required value in PEMFC condition. Although 316L was spontaneously passivated in simulated cathodic environment, its passive state was unstable in simulated anodic environment. Potentiostatic and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurement results showed that the corrosion resistance in cathodic condition was higher and more stable than that in anodic condition. Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and inductively coupled plasma(ICP) were used to analyze the surface morphology and the metal ion concentration in electrolytes.
Evaluation of the durability and stability of materials used in power plants is of great importance because parts or components for turbines, heat exchangers and compressors are often exposed to extreme environments such as high temperature and pressure. In this work, high-temperature corrosion behavior of 316 L stainless steel in a carbon dioxide environment was studied to examine the applicability of a material for a supercritical carbon dioxide Brayton cycle as the next generation power plant system. The specimens were exposed in a high-purity carbon dioxide environment at temperatures ranging from 500 to $800^{\circ}C$ during 1000 hours. The features of the corroded products were examined by optical microscope and scanning electron microscope, and the chemical compound was determined by x-ray photoelectron spectroscopy. The results show that while the 316 L stainless steel had good corrosion resistance in the range of $500-700^{\circ}C$ in the carbon dioxide environment, the corrosion resistance at $800^{\circ}C$ was very poor due to chipping the corroded products off, which resulted in a considerable loss in weight.
316L stainless steel welding tube was electrolytically polished and the inner surface characteristics of the tube were tested. Electro-polishing variables such as current, voltage, concentration of electrolyte and electropolishing time were changed to seek for optimum condition. These makes a optimum conditions for the electro-polishing as 4000 A, 9 V, 1.7 specific gravity of electrolyte, and 30 minute of electro-polishing time. It makes the surface roughness as Ra < $0.25{\mu}m$. XPS test resulted as the ratio of CrO/FeO equals or more to 3/1. AES test resulted as the thickness of CrO film of $38{\AA}$. DTA test resulted as the tube did not react with $N_2,\;H_2\;and\;O_2$ gas below 1073K. As summarize above results, the electro- polished 316L stainless steel welding tube satisfied the conditions to apply as a pipeline for semi- conductor production facility and clean room.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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