Reduced activation ferritic/martensitic (RAFM) steels are widely applied as structural materials in the nuclear industry. To investigate hydrogen's effect on RAFM steels' elastic properties and the mechanism of that effect, a procedure of first principles simulation combined with experiment was designed. Density functional theory models were established to simulate RAFM steels' elastic status before and after hydrogen's insertion. Also, experiment was designed to measure the Young's modulus of RAFM steel samples with and without hydrogen charging. Both simulation and experiment showed that the solubility of hydrogen in RAFM steels would decrease the Young's modulus. The effect of hydrogen on RAFM steels' Young's modulus was more significant in water-quenched steels than it was in tempering steels. This indicated that defects inside martensite, considered to be hydrogen traps, could decrease the cohesive energy of the matrix and lead to a decrease of the Young's modulus after hydrogen insertion.
We investigated the influences of cobalt coating deposited by DC electroplating on the ferritic stainless steel, STS 430, as a protective layer on a metallic interconnect for SOFC applications. Cobalt coated STS 430 revealed a uniform and denser-packing oxide surface and a reduced growth rate of $Cr_2O_3$ scales after oxidation at $800^{\circ}C$in air. Cobalt coating layer was oxidized to $CoCo_2O_4$ and Co containing mixed oxide spinels such as $Co_2CrO_4$, $CoCr_2O_4$, and $CoCrFeO_4$. The area specific resistance value of Co coated sample was $0.020\;{\Omega}cm^2$ lower than that of uncoated at $800^{\circ}C$ in air during 500 h. After 1000 h oxidation, cobalt oxide coating layer suppressed chromium outward diffusion.
GTA (Gas Tungsten Arc)용접은 불활성 분위기에서 용접이 이루어지기 때문에 타 아크용접법에 비해 용접부 품질이 우수하여 고품질이 요구되는 산업분야에 널리 이용되고 있다. 하지만 스테인리스강으로 pipe를 제조하기 위해 GTA 용접을 적용할 경우, Laser 및 고주파 용접 (HFIW)에 비해 용접부 품질 및 용접속도가 낮기 때문에 pipe를 제조하는 산업에서 적용에 제한을 받고 있다. 하지만, GTA는 laser 혹은 HFIW에 비해 가격이 1/10수준으로 낮고, 용접부 gap tolerance 및 용접면 관리범위가 넓은 장점이 있기 때문에 GTA의 용접속도 및 용접품질을 향상시키기 위한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 일반적으로 스테인리스강 GTA용접 시 용접속도를 향상시키기 위해, 모재의 성분 제어 (합금성분 최적화-Al, S, Se, O등), Flux 도포 기술 (산화물을 용접전에 도포하여 용접속도 향상) 및 혼합보호가스 적용 등이 있다. 스테인리스강 용접 시 보호가스로는 용접부 품질을 확보하기 위해 Ar을 주로 사용하고 있다. 하지만 용입 특성을 향상시키기 위해 아크의 온도를 높일 수 있는 He, 혹은 $H_2$ gas를 단독 혹은 혼합하여 사용하고 있다. 오스테나이트계 스테인리스의 경우 용입특성을 향상시키기 위해 Ar에 $H_2$를 2~10%정도 혼합하여 사용하고 있다. 페라이트계 스테인리스강은 수소에 대한 고용도가 상대적으로 작아 용접부 수소 취화를 일으킬 수 있기 때문에 적용에 제한을 받고 있어 그 대안으로 산소를 극히 소량을 혼합하여 용입성 향상에 대한 연구가 보고 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 페라이트계 스테인리스강의 용입특성을 향상시킬 목적으로 Ar에 산소를 미량 첨가 (1%미만) 하여 용접전류 및 산소 함량에 따른 용입특성의 변화에 대해 연구하였다. 또한 기계적인 물성 및 부식특성을 평가하였고, 최종적으로 실용화 가능성을 파악하기 위해 용접전극의 수명 테스트를 실시하였다. 실시한 결과, 산소가 첨가량 증가 할수록 용입특성은 상승하였으며, 기계적인 물성 또한 산소를 첨가하지 않은 경우에 비해 거의 유사한 값을 얻을 수 있었다, 하지만 산소함량이 증가 할수록 전극의 수명은 감소하여 교체주기가 증가함을 알 수 있다. 본 연구를 통해 얻어진 기술을 상용화시키기에는 극복해야할 문제가 있지만, 소재 합금성분 설계 시 용접생산성 향상위한 산소성분 범위를 제시할 수 있으리라 판단된다.
Kim, Ji-Su;Lee, Han-Sang;Kim, Jong-Sung;Kim, Yun-Jae;Kim, Jin-Won
Nuclear Engineering and Technology
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v.47
no.3
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pp.340-350
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2015
This paper proposes strain-based acceptance criteria for assessing plastic instability of the safety class 1 nuclear components made of ferritic steel during level D service loads. The strain-based criteria were proposed with two approaches: (1) a section average approach and (2) a critical location approach. Both approaches were based on the damage initiation point corresponding to the maximum load-carrying capability point instead of the fracture point via tensile tests and finite element analysis (FEA) for the notched specimen under uni-axial tensile loading. The two proposed criteria were reviewed from the viewpoint of design practice and philosophy to select a more appropriate criterion. As a result of the review, it was found that the section average approach is more appropriate than the critical location approach from the viewpoint of design practice and philosophy. Finally, the criterion based on the section average approach was applied to a simplified reactor pressure vessel (RPV) outlet nozzle subject to SSE loads. The application shows that the strain-based acceptance criteria can consider cumulative damages caused by the sequential loads unlike the stress-based acceptance criteria and can reduce the overconservatism of the stress-based acceptance criteria, which often occurs for level D service loads.
Jung, Jae Gyu;Oh, Seung Taik;Choi, Won Doo;Lee, Doo Hwan;Lim, Jong Dae;Oh, Yong Jun
Korean Journal of Metals and Materials
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v.47
no.11
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pp.707-715
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2009
This paper deals with cyclic stress and strain responses during isothermal low cycle fatigue (LCF) and thermo-mechanical fatigue (TMF) loadings on Nb and Mo containing 15Cr stainless steel, which is used for exhaust manifolds in automobiles. The test temperatures ($T_{i}$) of the isothermal LCF were 600 and $800^{\circ}C$. The minimum temperature of the TMF test was $100^{\circ}C$ and the maximum temperaures ($T_{p}$) were varied between 500 and $800^{\circ}C$. In both loading conditions, weak cyclic softening is observed at $T_{i}=T_{p}=800^{\circ}C$, but the transition to strong cyclic hardening is completed with the temperature decrease below $T_i=600{\sim}700^{\circ}C$ for LCF and $T_{p}=500{\sim}600^{\circ}C$ for TMF. The stress-strain hysteresis loops in the TMF loading show a significant stress relaxation during compressive (heating) half cycle at $T_{p}>500^{\circ}C$, which develops tensile mean stress during cycling. Due to the stress relaxation, the TMF test sample reveals much lower dislocation density than the isothermally fatigued sample at the same temperature with $T_{p}$. A detailed correlation between fatigue microstructure and cycling deformation behavior is discussed.
Kong, Jong Pan;Park, Tae Jun;Na, Hye Sung;Uhm, Sang Ho;Kim, Jeong Kil;Woo, In Su;Lee, Jong Sub;Kang, Chung Yun
Korean Journal of Metals and Materials
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v.48
no.4
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pp.297-304
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2010
The microstructure and hardness of $CO_2$ laser welds were investigated in the Ti-stabilized ferritic stainless steel 409L. The observed specimen was welded in a fully penetrated condition in which the power was 5 kW and the welding speed 5 m/min. The grain structure near the bond line of the laser welds was produced by epitaxial growth. The grain size was the largest in the fusion zone, and HAZ showed nearly the same grain size as that of the base metal. The HAZ microstructure consisted of subgrains and precipitates that were less than 100 nm in size and that were located along the subgrain boundaries. On the other hand, the hardness was the highest in the fusion zone due to the large amount of small precipitates present. These were composed of TiN, Ti(C,N) and $TiO_2$+Ti(C,N). The hardness decreased continuously from the fusion zone of the base metal. The HAZ hardness was slightly greater than that of the base metal due to the existence of subgrains and precipitates in the subgrain boundary.
Many pressure vessels for the power plants are fabricated from low alloy ferritic steels. The inner sides of the pressure vessels are commonly weld_cladded with austenitic stainless steels to minimize problems of corrosive attack. The submerged-arc welding(SAW) process is now used in preference to other processes because of the possibilities open to automation to reduce the overaII welding times. The most reliable way to avoid underclad cracks(UCC) which are often detected at the overlap of the clad beads is to use nonsusceptible steels such as SA508 class 3. At present domestically developed forging steel of SA508 cl.S is now being cladded with single layer by using 90mm wide strip, which transfers higher heat input into the base metal compared to the conventional two layers strip cladding which has been in wide use with 30-60 mm wide strip. But the current indices for the influence of heat input on crack susceptibility are not accurate enough to express the subtle difference in crack susceptibility of the steel. Therefore, the purpose of this present study is: l) To determine UCC susceptibility on domestic forging steel, SA508 cl.S cladded with single layer by using submerged arc 90mm strip and, 2) To optimize heat input range by which the crack susceptibility could be eliminated.
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.
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.
Park, D.H.;So, B.S.;Bae, W.R.;Cho, Y.;Kim, T.J.;Ko, T.J.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.10a
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pp.230-233
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2008
Stainless steels are alloy steels with iron as the primary constituent and chromium, nickel, and manganese as principal alloying elements. In addition to automotive, construction, and transportation industries, stainless steels have a variety of applications in the food, chemical, and pharmaceutical industries. Some common products made from stainless steel are sinks, wash basins, kitchen vessels, and cutlery. Among ferritic stainless steels, type 409 can be cold-formed easily and are used for deep-drawn parts such as vessels for the chemical and food industries. In this study, forming analyses and experiments to prevent the occurrence of inferiority such as wrinkles, crack, and neck for automotive muffler part are carried out to save the optimal conditions during forming by modifying the blank size and shape, blank holding force etc.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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