A study was conducted on the effects of carbon, tungsten, and vanadium on the wear properties and surface roughness of four High Speed Steel (HSS) rolls manufactured by the centrifugal casting method. Hot-rolling simulation tests were carried out using a high-temperature wear tester capable of controlling speed, load, and temperature. HSS rolls contained a large amount (up to 25 vol.%) of carbides such as MC, $M_{2}C$, $M_{7}C_{3}$, and $M_{6}C$ carbides formed in the tempered martensite matrix. The matrix consisted mainly of lath tempered martensite when the carbon content in the matrix was small, and contained a considerable amount of plate tempered martensite when the carbon content increased. The high-temperature wear test results indicated that the wear properties and surface roughness of the rolls improved when the amount of hard MC carbides formed inside solidification cells increased. The rolls distribution was also homogeneous. The best wear properties and surface roughness were obtained from a roll where a large amount of MC carbides was homogeneously distributed in the lath tempered martensite matrix. The proper contents of carbon equivalent, tungsten equivalent, and vanadium were 2.0~2.3%, 9~10%, and 5~6%, respectively.
Microalloyed steels, which substituted by conventional quenched and tempered steels, have been used in a wide variety of structural and engineering application. The main driving force for preference of MA steels is a cost reduction which can be achieved by an omission of heat treatment. In this study, low carbon martensitic MA steels in 0.18C-0.30(0.60)Si-2.00(1.80)Mn-0.05S-1.5Cr-0.05(0.10)V-0.015Ti(wt%) were investigated to know the effects of cooling method on the mechanical properties and microstructures of Si, Mn, V added microalloyed steel at different reheating temperature. Microstructure of oil quenched steels which were comprised lath martensite, auto-tempered martensite and retained austenite, had more various structure than that of air cooled steel made of mainly bainite. Therefore, oil quenched steels, which had more various microstructure, had better strength-toughness balance compare to air cooled steels. In the impact test, fracture mode of oil quenched steels, which showed good mechanical properties, were dimple, but that of air cooled steels were cleavage.
The effects of tempering condition on the microstructure and mechanical properties of 30MnB5 hot stamping steel were investigated in this study. Before the tempering, hot-stamped 30MnB5 steel was composed of only ${\alpha}^{\prime}$-martensite microstructure without precipitates. After the tempering at $180^{\circ}C$ for 120 min, nano-sized ${\varepsilon}$-carbides were precipitated in the ${\alpha}^{\prime}$-martensite laths. After tempering at $250^{\circ}C$ for 60 min, cementite was precipitated along the ${\alpha}^{\prime}$-martensite lath boundaries. The cementite was also observed in the specimens tempered at $350^{\circ}C$ for 30 min and $450^{\circ}C$ for 6 min, respectively. The globular ${\alpha}$-ferrite appeared at $350^{\circ}C-30min$ tempering, and the volume fraction of ${\alpha}$-ferrite increased when the tempering temperature was increased. The yield strength increased after tempering, and it reached a peak with the tempering condition of $180^{\circ}C-120min$, due to the nano-sized precipitates in the ${\alpha}^{\prime}$-martensite lath. After the tempering, the steel's ultimate tensile strength (UTS) was decreased due to the reduction in dislocation density and C segregation to lath boundaries. The highest elongation was observed at the $180^{\circ}C-120min$ tempering condition, due to the reduction of residual stress, and the lack of precipitates along the lath boundaries. The $180^{\circ}C-120min$ tempering condition was considered to have outstanding crash performance, according to toughness and anti-intrusion calculation results. In drop tower crash tests, the 30MnB5 door impact beam tempered at $180^{\circ}C$ for 120 min showed better crash performance compared to a 22MnB5 door impact beam.
Interrupted creep tests were carried out on the Mod.9Cr-1Mo steel in order to investigate the structural degradation during creep. The ranges of creep stress and temperature were from 71 to 167MPa and 873 to 923k, respectively. The change of hardness and tempered martensitic lath width were measured in the grip and gauge parts of interrupted specimens. The lath structure was thermally stable in static conditions, but was not stable during creep, and the structural evolution was enhanced by creep strain. The relation between the change in lath width and strain was described in the from, $\delta$W= a ($W_s-W_o$)$cdot;varepsilon$, where $\varepsilon$ is the strain, $W_o$is the initial lath width, $W_s$ is the final lath width depending solely on stress, and a is the constant of the magnitude of 0.67 $\mu$m /strain. The change in Victors hardness was expressed by a one-valued function of creep life consumption ratio. Based on the empirical relation between strain and lath width, a model was proposed to explain the relation between change in hardness and creep life consumption ratio. The model revealed that about 65$%$ of dislocations in lath structures were eliminated by the migration of subboundaries.
This paper presents a study of the microstructure and mechanical properties of commercial high-hardness armor (HHA) steels tempered at different temperatures. Although the as-received specimens of all the steels exhibit a tempered martensite structure with lath type morphology, the A steel, which has the smallest carbon content, had the lowest hardness due to reduced solid solution hardening and larger lath thickness, irrespective of tempering conditions. As the tempering temperature increases, the hardness of the steels steadily decreases because dislocation density decreases and the lath thickness of martensite increases due to recovery and over-aging effects. When the variations in hardness plotted as a function of tempering temperature are compared with the hardness of the as-received specimens, it seems that the B steel, which has the highest yield and tensile strengths, is fabricated by quenching, while the other steels are fabricated by quenching and tempering. On the other hand, the impact properties of the steels are affected by specimen orientation and test temperature as well as microstructure. Based on these results, the effect of tempering on the microstructure and mechanical properties of commercial high-hardness armor steels is discussed.
The effect of Cr and Mo contents on the hydrogen embrittlement of tempered martensitic steels was investigated in this study. After the steels with different Cr and Mo contents were austenitized at 820 ℃ for 90 min, they were tempered at 630 ℃ for 120 min. The steels were composed of fully tempered martensite with a lath-type microstructure, but the characteristics of the carbides were dependent on the Cr and Mo contents. As the Cr and Mo contents increased, the volume fraction of film-like cementite and prior austenite grain size decreased. After hydrogen was introduced into tensile specimens by electrochemical charging, a slow strain-rate test (SSRT) was conducted to investigate hydrogen embrittlement behavior. The SSRT results revealed that the steel with lower Cr or lower Mo content showed relatively poor hydrogen embrittlement resistance. The hydrogen embrittlement resistance of the tempered martensitic steels increased with increasing Mo content, because the reduction in the film-like cementite and prior austenite grain size plays an important role in improving hydrogen embrittlement resistance. The results indicate that controlling the Cr and Mo contents is essential to achieving a tempered martensitic steel with a combination of high strength and excellent hydrogen embrittlement resistance.
The effect of tempering temperature on the ultrasonic propagation velocity at SCM 440 steel quenched from $870^{\circ}C$ and $1000^{\circ}C$ has been studied by metallurgical and crystallographical observation. The measurements of ultrasonic velocity were made on the specimen by appling an immersion ultrasonic pulse-echo technique with a constant frequency of 10 MHz. The quenched microstructure of this steel was a lath martensite. As the tempering temperature was increased, the martensite was transformed into the tempered martensite composed of cementite and carbide. The ultrasonic velocity increased with increasing the tempering temperature. It was thought that these were resulted from the microstructural transformation. The change of ultrasonic propagation velocity with quenching and tempering heat treatment was resulted from microstrain due to the change of internal stress. Considering these results concerning to the change of ultrasonic propagation velocity. the phenomena of microstructural transformation were estimated. Consequently, it was thought that the degree of quenching and tempered heat treatment of steel could be nondestructively evaluated with the change of ultrasonic propagation velocity.
For the development of a new creep test technique, the availability of SP-Creep test is discussed for 1Cr-0.5Mo boiler header material. And some results are also compared with those of 2.25Cr- 1Mo steel which widely uses as boiler superheater tube. The results can be summarized as follows. The load exponents(n) obtained by SP-Creep test for 1Cr-0.5Mo steel are decreased with increasing creep temperature and the values are 15.67, 13.89, and 17.13 at 550$^{circ}C$ ,575$^{circ}C$ and 600$^{circ}C$, respectively. The temperature dependence of the load exponent is given by n = 107.19 - 0.1108T. This reason that load exponents show the extensive range of 10∼16 is attributed to the fine carbide such as M$_{23}$C$_{6}$ in lath tempered martensitic structures. At the same creep condition, the secondary creep rate of 1Cr-0.5Mo steel is lower than the 2.25Cr-1Mo steel1 due to the strengthening microstructure composed by normalizing and tempering treatments. Through a SEM observation, it can be summarized that the primary, secondary, and tertiary creep regions of SP-Creep specimen are corresponding to plastic bending, plastic membrane stretching, and plastic instability regions among the deformation behavior of four steps in SP test, respectively.y.
Application of a stronger and more durable material for reactor pressure vessels (RPVs) might be an effective way to insure the integrity and increase the efficiency of nuclear power plants. A series of research projects to apply the SA508 Gr.4 steel in ASME code to RPVs are in progress because of its excellent strength and durability compared to commercial RPV steel (SA508 Gr.3 steel). In this study, the microstructural characteristics and mechanical properties of SA508 Gr.3 Mn-Mo-Ni low alloy steel and SA508 Gr.4N Ni-Mo-Cr low alloy steel were investigated. The differences in the stable phases between these two low alloy steels were evaluated by means of a thermodynamic calculation using ThermoCalc. They were then compared to microstructural features and correlated with mechanical properties. Mn-Mo-Ni low alloy steel shows the upper bainite structure that has coarse cementite in the lath boundaries. However, Ni-Mo-Cr low alloy steel shows the mixture of lower bainite and tempered martensite structure that homogeneously precipitates the small carbides such as $M_{23}C_6$ and $M_7C_3$ due to an increase of hardenability and Cr addition. In the mechanical properties, Ni-Mo-Cr low alloy steel has higher strength and toughness than Mn-Mo-Ni low alloy steel. Ni and Cr additions increase the strength by solid solution hardening. In addition, microstructural changes from upper bainite to tempered martensite improve the strength of the low alloy steel by grain refining effect, and the changes in the precipitation behavior by Cr addition improve the ductile-brittle transition behavior along with a toughening effect of Ni addition.
차세대 발전소재로 주목 받고 있는 초초임계압 페라이트기 강의 고온 등온열화손상을 평가하였다. 고온 등온열화에 따른 가역 투자율을 측정하여 미세조직 변화와의 상관성과 그 영향에 관하여 연구하였다. 고온 등온열화는 미세한 템퍼링 석출물($Cr_{23}C_6$)을 성장시키고, 새로운 금속간 화합물($Fe_2W$)을 생성시켰으며 급격한 조대화를 보였다. 또한, 래스 내부의 전위밀도를 크게 감소시켰다. 가역투자율로부터 측정한 동적 보자력은 등온열화 초기 약 500시간 이내에 급격하게 감소하고 이후 서서히 감소하였다. 이는 자벽에 대한 고착점의 개수감소와 밀접한 관련이 있으며, 미세한 석출물, 전위 및 마르텐사이트 래스와 관련된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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