Due to the need of increasing thermal efficiency, supercritical pressure and temperature have been utilized in power plants. It is well known that 9Cr1Mo steel is suitable fer use in power plants operating at supercritical conditions. Therefore, to ensure the safety and the soundness of the power plant, creep characterization of the steel is important. In this study, the creep characterization of the gCr1Mo steel using small punch creep(SP-Creep) test has been described. The applied load and the central displacement of the specimen in SP-Creep test have been converted to bearing stress and strain of uc, respectively. The converted SP-Creep curves clearly showed the typical three-stage behavior of creep. The steady-state creep rate and the rupture time of the steel logarithmically changed with the bearing stress and satisfied the Power law relationship. Furthermore, the Larson-Miller parameter of the SP-Creep test agreed with that of the tensile creep test. From the comparison with low Cr-Mo steels, the creep characteristics of 9Cr1Mo steel proved to be superior. Thus, it can be confirmed that the 9Cr1Mo steel is suitable for supercritical power plant.
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.
The Monkman-Grant (M-G) and its modified parameters were evaluated for type 316LN and modified 9Cr-Mo stainless steels prepared with minor element variations. Several sets of creep data for the two alloy systems were obtained by constant-load creep tests in 550~650$\^{C}$ temperature range. The M-G parameters, m, m', C, and C' were proposed and discussed for the two alloy systems. The m value of the M-C relation was 0.90 in type 316LN steel and 0.84 in modified 9Cr-Mo steel. The m' value of the modified relation was 0.94 in type 316LN steel and 0.89 in 9Cr-Mo steel. Although creep fracture modes and creep properties between type 316LN and modified 9Cr-Mo steels showed a basic difference, the M-G and its modified relations demonstrated linearity quite well. The m' of modified relation almost overlapped regardless of the creep testing conditions and chemical variations in the two alloy systems, and the parameter m' was closer to unity than that of the M-G relation.
Sliding wear mechanism of a high nitrogen austenitic 18Cr-18Mn-2Mo-0.9N steel has been investigated. Dry sliding wear tests of the steel were carried out at various loads of IN-10N under a constant sliding speed condition of 0.15m/s against AISI 52100 bearing steel balls. Solution ($1050^{\circ}C$) and isothermal aging ($900^{\circ}C$) heat treatments were performed on the steel and the effect of the heat treatments on the wear was investigated. Wear rates of the solution-treated steel specimen remained low until 5N load, and then increased abruptly at loads above 5N. The rates of isothermally aged specimens were low and increased gradually with the applied load. Worn surfaces, their cross sections, and wear debris of the steel specimens were examined with a scanning electron microscopy. Phases of the heat-treated specimen and the wear debris were identified using XRD. The transformed phase underneath a sliding track was investigated and analyzed using a TEM. Effects of the phase transformation during the wear and $Cr_{2}N$ precipitates formed during the isothermal aging on the wear of the austenitic steel were discussed.
The effect of the Mo addition on the high temperature creep properties of the 9Cr-3W steel was also evaluated. Two experimental steels, (9Cr-3W and 9Cr-3W-0.5Mo), were prepared using a vacuum induction melting process, followed by hot rolling and heat treatment processes. Three types of precipitates, ($M_{23}C_6$, Nb-rich MX and V-rich MX) were observed in a typical tempered martensitic matrix. Significant effects of the Mo addition on the tensile properties were not observed. However, the creep properties at $650^{\circ}C$ under applied stresses of 140 and 150 MPa were considerably enhanced by the Mo addition. The microstructural observation after the creep test indicated that the addition of Mo could function to retain the recovery of the martensitic matrix, thus resulting in the enhanced creep properties of the 9Cr-3W-0.5Mo steel. Furthermore coarsening of the $M_{23}C_6$ carbides and formation of Laves phases were observed in both samples after the creep tests.
A newly developed Advanced Indentation System (AIS), which is a portable and nondestructive system for evaluating tensile properties, was used to measure mechanical behavior of materials used under high temperature and pressure conditions. This test measures indentation load-depth curve during indentation and analyzes the mechanical properties related to deformation and fracture. Aging effects of Cr-Mo and Cr-Mo-V steel at high temperature were simulated. Tensile properties including yield strength and tensile strength at various temperature are obtained from the test. For all test materials and conditions, the AIS-derived results were in good agreement with those from conventional standard test method. Examples of the test results ate given and potential applications of the AIS to assess the integrity of aging structures are briefly discussed.
It is no wonder that mechanical structures are accompanied by problems related to corrosion after being exposed to long hours of work. Corrosion of mechanical structures has been the most serious problem in the field of industry. The present study employed a laser beam irradiation test to improve the corrosion resistance of degraded Cr-Mo steel, which was used for more than 60,000 hours. To find the optimum irradiation test condition for the corrosion resistance of degraded Cr-Mo steel, hardness and residual stress measurements, micro-structural observation, and the electrochemical potentiokinetic reactivation (EPR) tests were performed with changes in laser beam test conditions including laser beam output, diameter, and velocity. Thus, the present study indicates that the optimum test condition and absorption energy for a laser beam test need to be determined to enhance corrosion resistance of degraded Cr-Mo steel.
Artificial aging was performed to simulate the microstructural degradation in 2.25CrMo steel arising from long time exposure at $540^{\circ}C$. The carbide morphologies were classified as acicular, pipe and globular type, and the number of carbides per unit area was measured for each type of carbides. The fine acicular carbides were found to diminish drastically in the initial stage of aging. An attempt was made to evaluate the microstructural degradation in artificially aging heat treated 2.25CrMo steel by the magnetic property measurements such as saturation magnetization, coercivity and remanence. The saturation magnetization showed no distinct trend with aging time. However, the coercivity and remanence were observed to decrease rapidly in initial 920 hours of aging time and then decrease slowly afterwards.
The Monkman-Grant (M-G) and its modified parameters were estimated for modified type 316LN and $9{\sim}12Cr-1Mo$ steels with chemical variations. Several sets of creep data were obtained by constant-load creep tests in $550-650^{\circ}C$ ranges. The relation parameters, m, $m^*$, C and $C^*$ were proposed and discussed for two alloy systems. In creep fracture mode, type 316LN steel showed domination of the intergranular fracture caused by growth and coalescence of cavities. On the other hand, the Cr-Mo steel showed transgranular fracture of the ductile type caused from softening at high temperature. In spite of the basic differences in creep fracture modes as well as creep properties, the M-G and its modified relations demonstrated linearity within the $2{\sigma}$ standard deviation. The value of the m parameter of the M-G relation was 0.90 in the 316LN steel and 0.84 in the Cr-Mo steel. The value of the $m^*$ parameter of the modified relation was 0.94 in the 316LN steel and 0.89 in Cr-Mo steel. The modified relation was superior to the M-G relation because the $m^*$ slopes almost overlapped regardless of creep testing conditions and chemical variations to the two alloy systems.
Miniaturized specimen technology is useful to characterize the mechanical behavior when it is difficult to sample the material enough for the test. In this study, two kinds of miniaturized Charpy impact specimens(i.e., miniaturized specimen with side groove and without side groove) of aged 1Cr- lMo-0.25V steel were prepared and tested. The relationship between the extent of degradation in terms of ductile brittle transition temperature(DBTT) and the fracture stress of 1Cr-1Mo-0.25V steel was established. The fracture stress obtained from miniaturized specimen without side groove turned out to be linearly related with the DBTT of standard specimen. Therefore the fracture toughness of aged turbine rotor steel might be evaluated by the fracture stress. In addition, the correlation between DBTT of standard specimen and that of miniaturized specimen was investigated. As the results of normalizing DBTT by maximum elastic tensile stress, the normalized DBTT of miniaturized specimen without side groove allows one to estimate that of standard specimen.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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