The corrosion behaviors of laser-welded super duplex stainless steel tubes with post-weld heat treatment(PWHT) conditions(950, 1000, 1050, 1100 ℃ for 5 and 30 min) were evaluated by electrochemical potentiodynamic polarization and critical pitting temperature measurements. This study showed that the critical metallurgical factors affecting the degradation of corrosion resistance of a steel tube in as-welded condition were the unbalanced phase fraction(ferrite:austenite = 94:4), Cr2N precipitation, and phase transformation from the austenite phase to ɛ-martensite(via stress-induced phase transformation). The improvement in the corrosion resistance of the welded specimen depends greatly on the PWHT conditions. The specimens after PWHT conducted below 1000 ℃ showed inferior corrosion resistance, caused by precipitation of the sigma phase enriched with Cr and Mo. At 1100 ℃ for a longer duration in PWHT, the ferrite phase grows, and its fraction increases, leading to an unbalanced phase fraction in the microstructure. As a result, pitting can be initiated primarily at the interface between the ferrite/austenite phase, particularly in base metal.
The impact toughness and SCC resistance of duplex stainless steel weldment made by GTAW, GMAW and SMAW processes was studied. The impact toughness of GTA weld metal was higher than that of GMA weld metal which contained more ferrite phase than GTA weld metal. The impact toughness of SMA weld metal was the lowest due to the harmful effect of inclusions inspite of richness of more ductile austenite phase. From these facts, it can be concluded that the important factors determining the weld metal toughness were the amount of ferrite phase and the cleaness of weld metal. While the SCC resistance of SMA weld metal was lower than that of base metal and nay other weld metal, the SCC resistance of GMA and GTA weld metal was higher than that of base metal but that of all the HAZ's were lower than that of base metal. Therefore, the impact toughness and SCC resistance of GTA and GMA weldment was pretty good as long as phase ratio was propertly controlled. Although the phase ratio was controlled, SMA weld metal could not get a good combination because the lack of shielding from the environment results in a high content of inclusions in weld metal.
Dissimilar joining of AI 6013-T4 alloys and austenite stainless steel was carried out using friction stir welding technique. Microstructures near the weld zone and mechanical properties of the joint have been investigated. Microstructures in the stainless steel side and AI alloy were depended on the thermo-mechanical condition which they received. TEM micrographs revealed that the interface region was composed of the mixed layers of elongated stainless steel and ultra-fine grained AI alloy and intermetallic compound layer which was identified as the $Al_{4}Fe$ with hexagonal close packed structure. Mechanical properties were lower than those of 6013 AI alloy base metal, because tool inserting location was deviated to AI alloy from the butt line, which resulted in the lack of the stirring.
Dong-Hyeon Kwak ;Jae Min Sim;Yoon-Suk Chang ;Byeong Seo Kong ;Changheui Jang
Nuclear Engineering and Technology
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제55권8호
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pp.2823-2834
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2023
Austenitic stainless steel welds (ASSWs) of nuclear components undergo aging-related degradations caused by high temperature and neutron radiation. Since irradiation leads to the change of material characteristics, relevant quantification is important for long-term operation, but limitations exist. Although ion irradiation is utilized to emulate neutron irradiation, its penetration depth is too shallow to measure bulk properties. In this study, a systematic approach was suggested to estimate mechanical properties of ion irradiated 308 ASSW. First of all, weld specimens were irradiated by 2 MeV proton to 1 and 10 dpa. Microstructure evolutions due to irradiation in δ-ferrite and austenite phases were characterized and micropillar compression tests were performed. In succession, dislocation density based stress-strain (S-S) relationships and quantification models of irradiation defects were adopted to define phases in finite element analyses. Resultant microscopic S-S curves were compared to verify material parameters. Finally, macroscopic behaviors were calculated by multiscale simulations using real microstructure based representative volume element (RVE). Validity of the approach was verified for the unirradiated specimens such that the estimated S-S curves and 0.2% offset yield strengths (YSs) which was 363.14 MPa were in 10% agreement with test. For irradiated specimens, the estimated YS were 917.41 MPa in 9% agreement.
This paper was studied on microstructure, mechanical properties and corrosion characteristics of 316L stainless steel pipe welds was fabricated by orbital welding process. S-Ar specimen was fabricated by using Ar purge gas and S-$N_2$ specimen was fabricated by using $N_2$ purge gas. Ferrite was not detected in weld metal of S-$N_2$ specimen but the order of 0.13 Ferrite number(FN) was detected in weld metal of S-Ar specimen. Oxygen and Nitrogen concentration of S-$N_2$ specimen was higher than S-Ar specimen on HAZ and inner bead. The welds microstructural characteristics of S-Ar and S-$N_2$ specimens are similar. The microvickers hardness values of S-Ar and S-$N_2$ specimens welds were similar and average values of each regions were in the range of 174~194. The microstructures of S-Ar and S-$N_2$ weld metal were full austenite by primary austenite solidification. The Solidification structures of S-Ar and S-$N_2$ weld metal were formed directional dendrite toward bead center. The potentiodynamic polarization curve of STS 316L pipe welds exhibited typical active, passive, transpassive behaviour. Corrosion current density$(I_{corr.})$ and corrosion rate values of S-Ar specimen in 0.1M HCl solution were $0.95{\mu}A/cm^2$ and $0.31{\mu}A$/year respectively. The values of S-$N_2$ specimen were $1.4{\mu}A/cm^2$ and $0.45{\mu}m$/year.
Hyper duplex stainless steels have been developed in Korea for the purpose of application to the seawater system of Korean nuclear power plants. This system supplies seawater to cooling water heat exchanger tubes, related pipes and chlorine injection system. In normal operation, seawater is supplied to heat exchanger through the exit of circulating water pump headers, and the heat exchanged sea water is extracted to the discharge pipes in circulating water system connected to the circulating water discharge lines. The high flow velocity of some part of seawater system in nuclear power plants accelerates damages of components. Therefore, high strength and high corrosion resistant steels need to be applied for this environment. Hyper duplex stainless steel (27Cr-7.0Ni-2.5Mo-3.2W-0.35N) has been newly developed in Korea and is being improved for applying to nuclear power plants. In this study, the physical & mechanical properties and corrosion resistance of newly developed materials are quantitatively evaluated in comparative to commercial stainless steels in other countries. The properties of weld & HAZ (heat affected zone) are analyzed and the best compositions are suggested. The optimum conditions in welding process are derived for ensuring the volume fraction of ferrite(${\alpha}$) and austenite(${\gamma}$) in HAZ and controlling weld cracks. For applying these materials to the seawater heat exchanger, CCT and CPT in weldments are measured. As a result of all experiments, it was found that the newly developed hyper duplex stainless steel WREMBA has higher corrosion resistance and mechanical properties than those of super austenitic stainless steels including welded area. It is expected to be a promising material for seawater systems of Korean nuclear power plants.
Ferritic stainless steels are widely used in the construction industry and in exhaust manifolds due to their low cost and relatively superior stress corrosion cracking resistance and pitting corrosion resistance compared to austenite stainless steels. Ferritic stainless steels are currently welded by various welding process including gas tungsten arc welding (GTAW), electron resistance welding (ERW) and laser beam welding. However, when these stainless steels are welded by fusion welding, some problems occur in the fusion zone (FZ) and heat affected zone (HAZ). First, the ductility of the weld is reduced due to the grain growth in the FZ and HAZ. Second, as its HAZ is frequently sensitized during welding, corrosion resistance deteriorates in this region due to the Cr depletion zone. To prevent these problems, it is recommended that ferritic stainless steels be welded with a low heat input. In this study, recent researches in the view of friction stir welded ferritic stainless steels are briefly reviewed.
Ultrasonic impact treatment (UIT) is carried out on the Ni-based alloy stainless steel pipe gas tungsten arc welding (GTAW) girth weld, the differences of microstructure, microhardness and shear strength distribution of the joint before and after ultrasonic shock are studied by microhardness test and shear punch test. The results show that after UIT, the plastic deformation layer is formed on the outside surface of the Ni-based alloy overlayer, single-phase austenite and γ type precipitates are formed in the overlayer, and a large number of columnar crystals are formed on the bottom side of the overlayer. The average microhardness of the overlayer increased from 221 H V to 254 H V by 14.9%, the shear strength increased from 696 MPa to 882 MPa with an increase of 26.7% and the transverse average residual stress decreased from 102.71 MPa (tensile stress) to -18.33 MPa (compressive stress), the longitudinal average residual stress decreased from 114.87 MPa (tensile stress) to -84.64 MPa (compressive stress). The fracture surface has been appeared obvious shear lip marks and a few dimples. The element migrates at the fusion boundary between the Ni-based alloy overlayer and the austenitic stainless steel joint, which is leaded to form a local martensite zone and appear hot cracks. The welded joint is cooled by FA solidification mode, which is forming a large number of late and skeleton ferrite phase with an average microhardness of 190 H V and no obvious change in shear strength. The base metal is all austenitic phase with an average microhardness of 206 H V and shear strength of 696 MPa.
In this study, the rotary bending fatigue test was carried out with two kinds of base metal, martensite stainless steel STR3 and austenite stainless steel STR35 and the dissimilar friction welded material with them. To compare the fatigue fifes according to the notch positions, the small circular defect was worked on the bonded line, 1.0mm and 0.5mm distance form the bonded line. The fatigue limits of the STR3 and STR35 base metal were 429.0MPa and 409.4MPa respectably. In comparison with fatigue life at the same notch positions, the STR35 specimens showed about 190% for base metal, 82% for 1.0mm distance notched specimens higher than that of the STR3. But the fatigue life of the 0.5mm distance notched STR35 specimen showed about 35% lower than that of the STR3 specimen. And the bonded line notched specimen was much lower fatigue life than the other specimens because of separation of the bonded line.
The microstructural evolution in a 304 stainless steel weld during FSW was examined. The SZ and TMAZ showed typical dynamically recrystallized and recovered microstructures, respectively, The microstructural observation revealed that sigma phase was formed at the advancing side of the stir zone. A possibility was suggested that the rapid formation of the sigma phase is related to the transformation of austenite to delta-ferrite in the stir zone, from introduction of high strain and dynamic recrystallization during FSW.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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