In this study, the effect of Mo addition on the microstructure and mechanical properties of ductile cast iron have been investigated. The amounts of Mo and the thickness of specimen have been varied from 0 to 4.79wt% and 13mm, 10mm and 6mm, respectively. As the casting thickness decreases, the average size of spheroidal graphite is decreased and the hardness increases. By increasing the Mo content, the tensile strength of ferrite and pearlite matrix increases and shows maximum which is about $30{\sim}40%$ higher than ordinary ductile cast iron. After the maximum, adding more Mo results in gradual transformation of ferrite and pearlite to bainite and thus tensile strength decreases again. The elongation decreases continueously with Mo content. The addition of Mo about $0.5{\sim}1.0wt%$ improves the wear resistance and tensile strength of thin ductile cast iron.
Functionally graded steels (FGSs) are a family of functionally graded materials (FGMs) consisting of ferrite (${\alpha}$), austenite (${\gamma}$), bainite (${\beta}$) and martensite (M) phases placed on each other in different configurations and produced via electroslag remelting (ESR). In this research, the flow stress of dual layer austenitic-martensitic functionally graded steels under hot deformation loading has been modeled considering the constitutive equations which describe the continuous effect of temperature and strain rate on the flow stress. The mechanism-based strain gradient plasticity theory is used here to determine the position of each layer considering the relationship between the hardness of the layer and the composite dislocation density profile. Then, the released energy of each layer under a specified loading condition (temperature and strain rate) is related to the dislocation density utilizing the mechanism-based strain gradient plasticity theory. The flow stress of the considered FGS is obtained by using the appropriate coefficients in the constitutive equations of each layer. Finally, the theoretical model is compared with the experimental results measured in the temperature range $1000-1200^{\circ}C$ and strain rate 0.01-1 s-1 and a sound agreement is found.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.5
s.143
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pp.472-478
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2005
From a rapid cooling to a slow cooling in the actual cooling process in shipyards, the phase of steel becomes martensite, bainite, ferrite, and pearlite. In order to simulate the cooling process, heat transfer analysis was performed considering the effects of impinging water jet, film boiling, and radiation. From above simulation it is possible to find the cooling speed at the inherent strain region and volume percentage of all phases in that region. By the suggested method based on the precise material properties calculated from volume percentage of all phases, it will be possible to predict the plate deformations by line heating more precisely. It is verified by comparing with some experimental results that the present method is very effective and efficient.
The effect of strain aging on tensile behavior and properties of API X60, X70, and X80 pipeline steels was investigated in this study. The API X60, X70, and X80 pipeline steels were fabricated by varying alloying elements and thermomechanical processing conditions. Although all the steels exhibited complex microstructure consisting of polygonal ferrite (PF), acicular ferrite, granular bainite (GB), bainitic ferrite (BF), and secondary phases, they had different fractions of microstructures depending on the alloying elements and thermomechanical processing conditions. The tensile test results revealed that yielding behavior steadily changed from continuous-type to discontinuous-type as aging temperature increases after 1% pre-strain. After pre-strain and thermal aging treatment in all the steels, the yield and tensile strengths, and yield ratio were increased, while the uniform elongation and work hardening exponent were decreased. In the case of the X80 steel, particularly, the decrease in uniform elongation was relatively small due to many mobile dislocations in PF, and the increase in yield ratio was the lowest because a large amount of harder microstructures such as GB, BF, and coarse secondary phases effectively enhanced work hardening.
The aim of this study was to investigate effects of microstructure control on hydrogen diffusivity, trap activation energy, and cracking behaviors of high-strength steel using a range of experimental techniques. Results of this study showed that susceptibility to hydrogen induced cracking (HIC) was significantly associated with hydrogen diffusivity and trap activation energy, which were primarily influenced by the microstructure. On the other hand, microstructural modifications had no significant impact on electrochemical polarization behavior on the surface at an early corrosion stage. To ensure high resistance to HIC of the steel, it is recommended to increase the cooling rate during normalizing to avoid formation of banded pearlite in the microstructure. However, it is also essential to establish optimal heat treatment conditions to ensure that proportions of bainite, retained austenite (RA), and martensite-austenite (MA) constituents are not too high. Additionally, post-heat treatment at below A1 temperature is desired to decompose locally distributed RA and MA constituents.
This study aims to examine the correlation between microstructures and the mechanical properties of two high-strength API X70 linepipe steels with different specimen directions and Moaddition. The microstructure of the Mo-added steel has an irregularly shaped AF, GB matrix with pearlite because of the relatively large deformation in the non-recrystallization temperature region, while that of the Mo-free steel shows a PF matrix with bainitic microstructure. In the Mo-added steel, the M/A (martensite-austenite) in granular bainite (GB) and pearlite act as crack initiation sites with decreased upper shelf energy and an increased ductile to brittle transition temperature (DBTT). Regardless of Mo addition, all of the steels demonstrate higher strength and lower elongation in the T direction than in the L direction because of the short dislocation glide path and ease of pile-up at grain boundaries. In addition, the impact test specimens with T-L direction had a lower impact absorbed energy and higher DBTT than those with the L-T direction because the former exhibit shorter unit crack path compared to the latter.
In this study, the effect of the coiling temperature on the tensile properties of API X70 linepipe steel plates is investigated in terms of the microstructure and related anisotropy. Two coiling temperatures are selected to control the microstructure and tensile properties. The API X70 linepipe steels consist mostly of ferritic microstructures such as polygonal ferrite, acicular ferrite, granular bainite, and pearlite irrespective of the coiling temperature. In order to evaluate the anisotropy in the tensile properties, tensile tests in various directions, in this case 0° (rolling direction), 30°, 45° (diagonal direction), 60°, and 90° (transverse direction) are conducted. As the higher coiling temperature, the larger amount of pearlite is formed, resulting in higher strength and better deformability. The steel has higher ductility and lower strength in the rolling direction than in the transverse direction due to the development of γ-fiber, particularly the {111}<112> texture.
Isavand, S.;Bodaghi, M.;Shakeri, M.;Mohandesi, J. Aghazadeh
Steel and Composite Structures
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v.18
no.1
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pp.1-28
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2015
In this paper, the dynamic response of functionally gradient steel (FGS) composite cylindrical panels in steady-state thermal environments subjected to impulsive loads is investigated for the first time. FGSs composed of graded ferritic and austenitic regions together with bainite and martensite intermediate layers are analyzed. Thermo-mechanical material properties of FGS composites are predicted according to the microhardness profile of FGS composites and approximated with appropriate functions. Based on the three-dimensional theory of thermo-elasticity, the governing equations of motionare derived in spatial and time domains. These equations are solved using the hybrid Fourier series expansion-Galerkin finite element method-Newmark approach for simply supported boundary conditions. The present solution is then applied to the thermo-elastic dynamic analysis of cylindrical panels with three different arrangements of material compositions of FGSs including ${\alpha}{\beta}{\gamma}M{\gamma}$, ${\alpha}{\beta}{\gamma}{\beta}{\alpha}$ and ${\gamma}{\beta}{\alpha}{\beta}{\gamma}$ composites. Benchmark results on the displacement and stress time-histories of FGS cylindrical panels in thermal environments under various pulse loads are presented and discussed in detail. Due to the absence of similar results in the specialized literature, this paper is likely to fill a gap in the state of the art of this problem, and provide pertinent results that are instrumental in the design of FGS structures under time-dependent mechanical loadings.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.6
no.1
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pp.50-56
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2010
Fatigue has been known as a major degradation mechanism of ASME class 1 components in nuclear power plants. Fatigue damage could be accelerated by combined interaction of several loads and environmental factors. However, the environmental effect is not explicitly addressed in the ASME S-N curve which is based on air at room temperature. Therefore many studies have been performed to understand the environmental effects on fatigue behavior of materials used in nuclear power plants. As a part of efforts, we performed low cycle fatigue tests under various environmental conditions and analyzed the environmental effects on the fatigue life of SA508 Gr. 1a low alloy steel by comparing with higuchi's model. Test results show that the fatigue life depends on water temperature, dissolved oxygen and strain rate. But strain rate over 0.4%/s has little effect on the fatigue life. To find the cause of different fatigue life with ANL's and higuchi's model, another test performed with different heat numbered and heat treated materials of SA508 Gr. 1a. On a metallurgical point of view, the material with bainite microstructure shows much longer fatigue life than that with ferrite/pearlite microstructure. And the characteristics of crack propagation as different microstructure seem to be the main cause of different fatigue life.
In this study, Al-Si coated boron steel(1.2 mm) were laser welded by $CO_2$ laser and hot-stamping was applied to the laser joints. Tensile properties and microstructures of the joints were investigated before and after hot-stamping. Tensile and yield strengths of the as welded specimen similar with base metal and fracture occurred base metal of boron steel. Although, in case of heat treated specimen, fracture occurred fusion zone that Al segregated zone near the bond line. These could be explained by the existence of ferrite, in the Al segregated zone near the bond line and base metal of boron steel. Before hot-stamping, hardness of base metal is lower than fusion zone and heat affected zone in spite of exist Al segregation zone($Fe_3$(Al,Si)). So fracture occurred base metal. Although, after hot-stamping, microstructure of base metal and welds zone transformed to martensite and bainite except in Al segregation zone near the bond line that $Fe_3$(Al,Si) transformed to a-ferrite. So fracture occurred Al segregation zone near the bond line.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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