Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.24
no.4_2
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pp.435-441
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2021
This research was performed to study the effect of the Ni + Mo addition on the fatigue properties in 12Cr steel. After heat treatment of 12Cr steel and 12Cr-Ni-Mo steel, tensile tests, impact tests, hardness tests, and rotary bending fatigue tests were performed, respectively. The fatigue fracture surface was observed and analyzed using SEM and EDS. The fatigue limit of 12Cr steel was 554 MPa, which was 49 MPa higher than 505 MPa of 12Cr-Ni-Mo steel. Striations, which are the shape of the typical fatigue fracture surface, were observed at the fracture surface near the starting point of fatigue fracture in the 12Cr steel and 12Cr-Ni-Mo steel. However, unlike the case of 12Cr steel, 12Cr-Ni-Mo steel also had a mixed fracture surface with the fatigue and the ductile fracture surface. When brittle non-metallic inclusions exist near the starting point of fatigue failure, the crack propagation was further promoted and the fatigue life was drastically reduced.
The microstructure and mechanical properties of Cr-Ni steel and Cr-Ni steel-matrix nanocomposites reinforced with nano-ZrO2 particles were investigated in this study. Cr-Ni steel and Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites were produced using a combination of high-energy ball milling, pressing, and sintering processes. The microstructures of the specimens were analyzed using EDX and XRD. Compression and hardness tests were performed to determine the mechanical properties of the specimens. Nano-ZrO2 particles were effective in preventing chrome carbide precipitate at the grain boundaries. While t-ZrO2 was detected in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites, m-ZrO2 could not be found. Few α'-martensite and deformation bands were formed in the microstructures of Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites. Although nano-ZrO2 particles had a negligible impact on the strength improvement provided by deformation-induced plasticity mechanisms in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites, the mechanical properties of Cr-Ni steel were significantly improved by using nano-ZrO2 particles. The hardness and compressive strength of Cr-Ni/ZrO2 nanocomposite were higher than those of Cr-Ni steel and enhanced as the weight fraction of nano-ZrO2 particles increased. Cr-Ni/ZrO2 nanocomposite with 5wt.% nano-ZrO2 particles had almost twofold the hardness and compressive strength of Cr-Ni steel. The nano-ZrO2 particles were considerably more effective on particle-strengthening mechanisms than deformation-induced strengthening mechanisms in Cr-Ni/ZrO2 nanocomposites.
In this study, friction and wear properties of flame sprayed specimens and hard Cr plating specimens were tested, and their properties were compared each other in dry and lubrication condition. Ni-Cr powder and steel powder were used as the spray powder and sprayed on the steel(S45C) substrate by flame sprayed method. Each wear surface was observed with SEM after friction and wear test. The friction coefficient of the as-forged steel specimens was the highest among surface treatment specimens, and the other specimens appeared in order as follows ; hard Cr-plating specimens, Ni-Cr powder sprayed specimens, steel powder sprayed specimens. Comparing the wear volumes in dry condition, as forged steel specimens appeared the greatest wear volume, and the other specimens appeared wear volume in order as follows ; Ni-Cr powder sprayed specimens, steel powder sprayed specimens, hard Cr plating specimens. In friction and wear test, the hard Cr plating specimens were worn by the abrasive phenomenon, involving the cracks. The wear volume of steel powder sprayed specimens was lower than that of Ni-Cr powder sprayed specimens. Comparing the tensile strength of both sprayed coating layers, the steel powder sprayed coating layer was better than Ni-Cr powder sprayed coating layer.
Shin, Yong Chul;Yi, Gwang Yong;Lee, Na Roo;Oh, Se Min;Kang, Seong Kyu;Moon, Young Hahn;Lee, Ki Ra
Journal of Korean Society of Occupational and Environmental Hygiene
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v.8
no.2
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pp.209-223
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1998
The aim of this study was to evaluate welders' exposure to hexavalent chromium (Cr(VI)) and nickel (Ni) during welding operations in a Korean shipyard. The airborne Cr(VI) and Ni concentrations were measured during metal inert gas (MIG) welding on mild and stainless steel, and manual metal arc (MMA) welding on mild steel. The geometric mean (GM) of Cr(VI) concentrations inside the welding helmet during MIG welding on mild steel were $0.0018mg/m^3$ inside a ship section, and $0.0015-0.0026mg/m^3$ at the welding shops. All of the personal breathing zone air samples were below the American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) Threshold Limit Value ($TLV^{(R)}$) of $0.01mg/m^3$. Conversely, eighty-eight percent(21 of 24) of the personal breathing zone air samples exceeded the National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) recommended exposure limit of $0.001mg/m^3$. Ni was not detected on 20 of 23 air samples collected during MIG welding on mild steel. The three Ni samples above the limit of detection ranged from 0.015 to $0.044mg/m^3$. The GM of Cr(VI) concentrations during MMA welding on mild steel were $0.0013mg/m^3$, but Ni was not detected in the air samples during this operation. It is assumed that the airborne Cr(VI) and Ni during mild steel welding were derived from the base metals which contained about 0.03% Cr and 0.03% Ni. The GM of airborne total Cr, Cr(VI) and Ni concentrations during MIG welding on stainless steel were 4.02, 0.13 and $0.86mg/m^3$, respectively, and the levels of Cr(VI) and Ni were above the ACGIH-$TLV^{(R)}$. Cr(VI) comprised about 35.5% of the total chromium(Cr) from MIG welding on mild steel, and about 8.4% of total Cr from MIG welding on stainless steel. The ratios of Cr(VI) to total Cr were significantly different among welding shops. It was concluded that welders were exposed to high levels of Cr(VI) and Ni during welding on stainless steel, and were exposed to low levels of Cr(VI) even during welding on mild steel.
The effect of chemical composition on mechanical properry and corrosion resistance of austenitic stainless steel was investigated. The main results obtained were as follows : 1. There was a linear relationship between the tensile strength of stainless steel and the $Cr_{eq}/Ni_{eq}$. The larger the $Cr_{eq}/Ni_{eq}$ was the higher the tensile strength of stainless steel. 2. There was a good correlationship between $Cr_{eq}/Ni_{eq}$ and intergranular, gerneral corrsion rate. 3. Intergranular corrosion rate decreased linearly with increasing Cr content. 4. General corrosion rate decreased linearly with increasing Ni content. 5. Logarithm corrosion rate of intergranular and general corrosion has a linear relationship with all of the factor of $Cr_{eq}/Ni_{eq}$, Cr and Ni content.
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.
For a development purpose of thick metal / metal Graded-Boundary Materials(GBM), a basic research on the fabrication of Ni-Cr/steel GBM was carried out by a laser beam and its mechanical properties and thermal characteristics were investigated. In order to produce a compositionally graded boundary region between substrate steel and added Ni-Cr alloy, a series of surface alloying treatments was performed with a high power CO$_2$ laser beam. Ni-Cr sheet was placed on a low carbon steel plate(0.18%C), and then a CO$_2$ laser beam was irradiated on the surface to produce a homogeneous alloyed layer. On this first surface-alloyed layer, another Ni-Cr sheet was placed and then the CO$_2$ laser beam was irradiated again to produce second surface-alloyed layer. Sequential repetitions of laser surface alloying treatment 4 times resulted in a graded-boundary region with the thickness of about 1.4mm. Simultaneous concentration profiles of different kinds of alloying elements(Ni and Cr) showed from 42%Ni, 45%Cr and 13%Fe on surface region to 0%Ni, 0%Cr and 99%Fe in substrate region. Also a thermal conductivity gradient resulted in graded-region and its value changed from 0.03㎈/cm s$\^{C}$ in surface region to 0.1㎈/cm s$\^{C}$ in substrate region. Microstructural observation showed that any visible root porosities and solidification shrinkage cracks were not formed in graded region between alloyed layer and substrate region during rapid cooling.
Dong-gyu Lee;Kyung-il Kim;Gue-Serb Cho;Kyung-taek Kim
Journal of Advanced Navigation Technology
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v.28
no.4
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pp.532-537
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2024
In this study, wear characteristics and microstructure changes due to changes in alloy composition of Ni-Cr-Mo-V and Ni-Cr-Mo low-alloy steels used in brake discs for transportation system such as aircraft and high-speed trains. As a result of the hardness test, the hardness of C-Mo-V steel was the highest at 39.4±0.9HRc, and the hardness of Ni-Cr-Mo steel was the lowest at 32.4±0.6HRc. The friction coefficient tended to decrease as the vertical load increased. At a vertical load of 1 N, the friction coefficient of Ni-Cr-Mo steel was the highest at 0.842, and at a vertical load of 5 N, Mn-Cr-V steel was the highest at 0.696. Ni-Cr-Mo showed the largest wear scar width, depth, and wear amount, with a width of 711 ㎛, a depth of 8.24 ㎛, and a wear amount of 11 mg under a vertical load of 1 N, and a width of 1,017 ㎛, a depth of 19.17 ㎛, and a wear amount of 17 mg under a vertical load of 5 N. As a result of wear mechanism analysis, ploughing, delamination, and adhesion in all specimens, with plastic deformation being more prominently observed in Ni-Cr-Mo.
The mechanical properties of Cr-Ni alloy of austenitic stainless steel and Co-Cr alloy orthodontic wires were studied in tension. The wires (0.018 inch) were tested in the as-manufactured and heat-treated conditions. Instron type tension testing machine was used for this study. Mean values and standard deviations were computed. The results were as follows; 1. The Cr-Ni orthodontic wires of austenitic stainless steel are generally superior than the Co-Cr orthodontic wires in ultimate tensile strength, In the elongation, however, Co-Cr orthodontic wire are superior than Cr-Ni orthodontic wires. 2. Increase in the degree of strength by heat treatment are more clearly shown in Co-Cr orthodontic wires than Cr-Ni orthodontic wires. And the elongation is decreased by heat treatment in both case. 3. The changes of the degree of strength by cooling method we not clearly shown, but in Cr-Ni orthodontic wires, air cooling are more effective, in Co-Cr orthodontic wires, cooling effect are scarcely shown.
Isotope dilution mass spectrometry (IDMS) was applied to the determination of Ni, Cr, Mo in low alloy steel reference materials. The Mo isotope ratio measurement was performed by dynamic reaction cell inductively coupled plasma mass spectrometry (DRC-ICP/MS) using ammonia as a reaction cell gas. In the case of Ni and Cr measurement, all data were obtained at medium resolution mode (m/${\Delta}m=3000$) of double focusing sector field high resolution inductively coupled plasma mass spectrometry (HR-ICP/MS). For the method validation of the technique was assessed using the certified reference materials such as NIST SRM 361, NIST SRM 362, NIST SRM 363, NIST SRM 364, NIST SRM 36b. This method was applied to the determination of Ni, Cr and Mo in low alloy steel sample (CCQM-P25) provided by NMIJ for international comparison study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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