In the coarse grain HAZ adjacent to the fusion line, most of the TiN particles in conventional Ti added steel are dissolved and austenite grain growth is easily occurred during welding process. To avoid this difficulty, thermal stability of TiN particle is improved by increasing the nitrogen content in steel. In this study, the effect of hlgh nitrogen TiN particle on preventing austenite grain growth in HAZ was investigated. Increased thermal stability of TiN particle is helpful for preventing the austenite grain growth by pinning effect. High nitrogen TiN particle in simulated HAZ were not dissolved even at high temperature such as 1400'E and prevented the austenite grain growth in simulated HAZ. Owing to small austenite grain size in HAZ the width of coarse grain HAZ in high nitrogen TiN steel was decreased to 1/10 of conventional TiN steel. Even high heat input welding, the microstructure of coarse grain HAZ consisted of fine polygonal ferrite and pearlite and toughness of coarse grain HAZ was significantly improved.
Variation of HAZ toughness of Ti-containing steel with nitrogen content was investigated and interpreted in terms of its microstructure and the amount of soluble nitrogen present. The amounts of Ti and Al combined in TiN and AlN, respectively, in HAZ at $1400^{\circ}C$ peak temperature were less than those in base plate; 55~88% in TiN and 21~28% in AlN, indicating the dissolution of nitrifies in HAZ. The calculated amounts of soluble nitrogen using the thermodynamic analysis showed a good agreement with the measured values in other experiment. Therefore, the analysis can be used to estimate the amount of soluble nitrogen in HAZ. Simulated HAZ toughness was influenced not only by its microstructure but also by the amount of soluble nitrogen present after the formation of BN during the cooling cycle of welding. It showed maximum value when the nitrogen content is in stoichiometric ratio with titanium content, showing that soluble nitrogen in HAZ is detrimental to its toughness.
In the coarse grain HAZ adjacent to the fusion line, most of the TiN particles in conventional Ti added steel are dissolved and austenite grain growth is easily occupied during welding process. To avoid this difficulty, thermal stability of TiN particle is improved by increasing the nitrogen content in steel. In this study, the effect of high nitrogen TiN particle on preventing austenite grain growth in HAZ was investigated. Increased thermal stability of TiN particle is helpful for preventing the austenite grain growth by pinning effect. High nitrogen TiN particle in simulated HAZ were not dissolved even at high temperature such as 1400 C and prevented the austenite grain growth in simulated HAZ. Owing to small austenite grain size in HAZ the width of coarse grain HAZ in high nitrogen TiN steel was decreased to 1/10 of conventional TiN steel. Even high heat input welding, the microstructure of coarse grain HAZ consisted of fine polygonal ferrite and pearlite and toughness of coarse grain HAZ was significantly improved.
The variation of HAZ toughness with nitrogen content and weld cooling rate was investigated and interpreted in terms of both microstructure and the amount of free nitrogen. The presence of free nitrogen in HAZ was investigated by internal friction measurement and its amount was measured by hydrogen hot extraction analysis. Both nitrogen content and weld cooling rate influenced HAZ microstructure and high toughness was obtained at a mixed microstructure of acicular ferrite, feffite sideplate and polygonal ferrite. If nitrogen content is too low or cooling rate is too fast, bainitic microstructure is obtained and toughness is low. On the other hand, if nitrogen content is too high or cooling rate is too slow, coarse polygonal ferritic microstructure is obtained and toughness is deteriorated again. ill addition to the microstructural change, high nitrogen content also resulted in a large amount of free nitrogen. Therefore, nitrogen content should be kept as low as possible even if the mixed micostructure is obtained. In this experimental condition, the maximum toughness was obtained at 0.006% nitrogen content when weld cooling time ($\Delta$t$_{8}$5/)) is 60s.TEX>5/)) is 60s.
This investigation is concerned with the toughness and microstructure of manneristically simulated HAZ in 12% Cr steel. Unnotched specimens were subjected to weld thermal cycles a weld simulator. The parameters-peak temperatures, cooling rate, influence of PWHT and plastic deformation were considered. After weld simulation, the specimens were heat-treated, V-notched and impact tested. An optical metallographic examination was performed to correlate the HAZ toughness with microstructure. Also a fractographic examination was done to obtain information on the fracture mode. The toughness of the coarse grained zone and the part of HAZ subjected to a peak temperature range 700-800.deg. C are lower than the other parts. However, they are still high enough. The double PWHT cycle could not improve the HAZ toughness in present study. However, if the first PWHT is conducted before the work piece is cooled below $M_f$, it is expected that the double PWHA may be beneficial to the toughness of the HAZ. It is also expected that martensitic welding can be used on production welds.
An, Yong-Gyu;Kang, Chung-Yun;Kim, Young-Su;Kim, Cheol-Hee;Han, Tae-Kyo
Journal of Welding and Joining
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v.29
no.1
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pp.90-98
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2011
Al-Si coated Boron steel and Zn coated DP steel were welded using DISK laser and the microstructure and hardness of the weld were investigated. Full penetration was obtained, when the welding speed was lower than 4m/min. In the specimen welded with laser power of 3 kW and welding speed of 2 m/min, the hardness was the highest in the heat affect zone in the boron steel (HAZ-B) and that of the heat affect zone in the DP steel (HAZ-D) was lower than HAZ-B. The hardness of fusion zone was in between those of HAZ-B and HAZ-D. The decreased hardness from each HAZ to base metal(BM) could be explained that ferrite contents increases when access to the BM. The variation of hardness in the welds could be explained by the difference of microstructure, that is, full martensite in HAZ-B, mixture of martensite and bainite in the fusion zone, and the mixture of martensite, ferrite and bainite in HAZ-D.
In this study, the correlation between microstructure and Charpy impact properties of FCAW(Flux cored arc welding) HAZ(Heat affected zone) of thick steel plates for offshore platforms was investigated. The 1/4 thickness(1/4t) location HAZ specimen had a higher volume fraction of bainite and finer grain size of acicular ferrite than those of the 1/2 thickness (1/2t) location HAZ specimen because of the post heat effect during the continuous FCAW process. The Charpy impact energy at $-20^{\circ}C$ of the 1/4t location HAZ specimen was lower than that of the 1/2t location HAZ specimen because of the high volume fraction of coarse bainite. The Charpy impact energy at -40 and $-60^{\circ}C$ of the 1/2t location HAZ specimen were higher than those of the 1/2t location HAZ specimen because the ductile fracture occurred in the fine acicular ferrite and martensite regions. In the ductile fracture mode, the deformed regions were observed in fine acicular ferrite and martensite regions. In the brittle fracture mode, long crack propagation path was observed in bainite regions.
Microstructure and tensile property in the weld heat-affected zone (HAZ) of austenitic Fe-Mn-Al-C low density steels were investigated through transmission electron microscopy analysis and tensile tests. The HAZ samples were prepared using Gleeble simulation with high heat input welding condition of 300 kJ/cm, and the HAZ peak temperature of $1200^{\circ}C$ was determined from differential scanning calorimetry (DSC) test. The strain- stress responses of base steels showed that the addition of V improved the tensile and yield strength by grain refinement and precipitation strengthening. Tensile strength and elongation decreased in the weld HAZ as compared to the base steel, due to grain growth, while V-added steel had a higher HAZ strength as compared than V-free steel.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.146-156
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2020
Two High Tensile Strength Steel (EH47) plates with thickness of 70 mm were butt-welded together by multi-pass Submerged Arc Welding (SAW), also the hardness and welding residual stress were investigated experimentally. Based on Thermal-Elastic-Plastic Finite Element (TEP FE) computation, the thermal cycles during entire welding process were obtained, and the HAZ hardness of multi-pass butt welded joint was computed by the hardenability algorithm with considering microstructure evolution. Good agreement of HAZ hardness between the measurement and computational result is observed. The evolution of each phase was drawn to clarify the influence mechanism of thermal cycle on HAZ hardness. Welding residual stress was predicted with considering mechanical response, which was dominantly determined by last cap welds through analyzing its formation process.
Kim, Jongchul;Suh, Yonhchan;Hwang, Sungdoo;Shin, Sang Yong
Korean Journal of Materials Research
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v.28
no.8
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pp.478-488
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2018
In this study, three kinds of steels are manufactured by varying the rolling conditions, and their microstructures are analyzed. Tensile and Charpy impact tests are performed at room temperature to investigate the correlation between microstructure and mechanical properties. In addition, heat affected zone(HAZ) specimens are fabricated through the simulation of the welding process, and the HAZ microstructure is analyzed. The Charpy impact test of the HAZ specimens is performed at $-40^{\circ}C$ to investigate the low temperature HAZ toughness. The main microstructures of steels are quasi-polygonal ferrite and pearlite with fine grains. Because coarse granular bainite forms with an increasing finish rolling temperature, the strength decreases and elongation increases. In the steel with the lowest reduction ratio, coarse granular bainite forms. In the HAZ specimens, fine acicular ferrites are the main features of the microstructure. The volume fraction of coarse bainitic ferrite and granular bainite increases with an increasing finish rolling temperature. The Charpy impact energy at $-40^{\circ}C$ decreases with an increasing volume fraction of bainitic ferrite and granular bainite. In the HAZ specimen with the lowest reduction ratio, coarse bainitic ferrite and granular bainite forms and the Charpy impact energy at $-40^{\circ}C$ is the lowest.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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