듀플렉스 스테인리스강의 단조 및 기계적 특성에 미치는 열처리 조건의 영향 연구 Effects of the Forge ability and the Mechanical Properties on Heat treatment Condition of Duplex Stainless Steels원문보기
최근 산업이 고도화되어지고 극한 환경에 대응 할 수 있는 소재가 필요로 해지면서 우수한 가공성과 기계적 특성 그리고 우수한 내식성으로 인해 화학 장치, 심해저 구조물 및 유전 설비의 파이프라인 등에 광범위하게 사용되어 지고 있는 듀플렉스 ...
최근 산업이 고도화되어지고 극한 환경에 대응 할 수 있는 소재가 필요로 해지면서 우수한 가공성과 기계적 특성 그리고 우수한 내식성으로 인해 화학 장치, 심해저 구조물 및 유전 설비의 파이프라인 등에 광범위하게 사용되어 지고 있는 듀플렉스스테인리스강에 대해 연구하고자 하였다.
본 연구에서는 대형 단조품에 사용되고 있는 듀플렉스 스테인리스강의 경우 고온 단조과정에서의 냉각으로 인해 소재 내부에 부분적으로 미세조직변화가 발생함으로써 소재의 단조성 및 기계적 특성에 해로운 영향을 미칠 수 있으므로 이에 단조용으로 사용되는 2205와 2507 듀플렉스 스테인리스강에 대해 어닐링 온도에 따른 미세조직변화와 기계적 특성을 비교분석하였으며 또한 고온 변형안정성을 평가함으로써 미세조직변화와 기계적 특성변화가 듀플렉스 스테인리스강의 단조성에 미치는 영향에 대해 고찰하고자 하였다. 또한 대형 단조품이 열처리 후 냉각과정에서 발생될 수 있는 결함을 최소화하고 제품 수명을 향상 시킬 수 있는 방안을 연구하기 위한 일환으로 단조용으로 사용되는 2507 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강이 대형 제품으로 제작될 때 단조 후 열처리 과정에서 내부 냉각속도 변화로 인해 발생될 수 있는 미세조직변화와 이로 인한 기계적 특성 변화의 영향에 대해 고찰함으로써 산업전반에 많이 사용되어 지고 있는 듀플렉스 스테인리스강이 대형제품으로 사용 될 때의 결함을 최소화하고 제품 수명을 향상 시킬 수 있는 방안을 연구하여 보다 더 안정적으로 사용되어 질 수 있도록 하였다.
최근 산업이 고도화되어지고 극한 환경에 대응 할 수 있는 소재가 필요로 해지면서 우수한 가공성과 기계적 특성 그리고 우수한 내식성으로 인해 화학 장치, 심해저 구조물 및 유전 설비의 파이프라인 등에 광범위하게 사용되어 지고 있는 듀플렉스 스테인리스강에 대해 연구하고자 하였다.
본 연구에서는 대형 단조품에 사용되고 있는 듀플렉스 스테인리스강의 경우 고온 단조과정에서의 냉각으로 인해 소재 내부에 부분적으로 미세조직변화가 발생함으로써 소재의 단조성 및 기계적 특성에 해로운 영향을 미칠 수 있으므로 이에 단조용으로 사용되는 2205와 2507 듀플렉스 스테인리스강에 대해 어닐링 온도에 따른 미세조직변화와 기계적 특성을 비교분석하였으며 또한 고온 변형안정성을 평가함으로써 미세조직변화와 기계적 특성변화가 듀플렉스 스테인리스강의 단조성에 미치는 영향에 대해 고찰하고자 하였다. 또한 대형 단조품이 열처리 후 냉각과정에서 발생될 수 있는 결함을 최소화하고 제품 수명을 향상 시킬 수 있는 방안을 연구하기 위한 일환으로 단조용으로 사용되는 2507 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강이 대형 제품으로 제작될 때 단조 후 열처리 과정에서 내부 냉각속도 변화로 인해 발생될 수 있는 미세조직변화와 이로 인한 기계적 특성 변화의 영향에 대해 고찰함으로써 산업전반에 많이 사용되어 지고 있는 듀플렉스 스테인리스강이 대형제품으로 사용 될 때의 결함을 최소화하고 제품 수명을 향상 시킬 수 있는 방안을 연구하여 보다 더 안정적으로 사용되어 질 수 있도록 하였다.
Duplex stainless steel have been increasingly used for a variety application in marine construction, chemical industries and power plants, due to their excellent combination of mechanical property and corrosion resistance. It is well known that such good properties depend on to the two-phase microst...
Duplex stainless steel have been increasingly used for a variety application in marine construction, chemical industries and power plants, due to their excellent combination of mechanical property and corrosion resistance. It is well known that such good properties depend on to the two-phase microstructure consisting of approximately equal amounts of austenite(γ) and δ-ferrite. However, the deterioration in toughness and in corrosion resistance as a result of exposure to high temperatures, which is the case during fabrication, is a typical problem to users of duplex stainless steels. Indeed, the undesirable phases such as intermetallic phases, carbides and nitrides may exist in the steels and profoundly affect their properties if the manufacturing processes are not properly controlled. Among these secondary precipitates, σ phase with fast formation kinetics has been particularly noticed since it can cause a drastic deterioration in toughness and in corrosion resistance. The aim of the study are to analyze high temperature deformation stability and properties of duplex stainless steels (DSS) depending on annealing temperature and to analyze the effect of the cooling rate after heat treatment on the microstructure and mechanical properties of 2507 duplex stainless steels. In order to analyze high temperature deformation stability, a number of compression tests were carried out with at stain rate, of 10-2s-1~10s-1up to the compression ratio 50% in the range of temperature, 950℃~1300℃. The analysis of high temperature deformation stability of DSS was performed based on Ziegler model. In order to analyze high temperature properties of DSS, annealing treatments were conducted by isothermal holding for 1hr at 950℃ to 1300℃ with 50℃ interval followed by water cooling. The hardness and tensile tests were performed on specimens with different volume fraction of constituent phases such as austenite, ferrite and sigma. The hardness and tensile strength of 2507 depending on annealing temperature are better than those of 2205. The strain rate sensitivity and Ziegler parameter are higher in 2205 rather than in 2507 as a whole, which implies that 2205 is better than 2507 in terms of forgeability at high temperature. In order to analyze the effect of the cooling rate after heat treatment on the microstructure and mechanical properties of 2507 duplex stainless steels, Heat treatment was carried out at 1,050 oC for 1hr at 1050℃, followed by controlled cooling. The cooling rates were 10.5 ℃/min, 2 ℃/min, 1 ℃/min, 0.7 ℃/min, 0.35 ℃/min and 0.17 ℃/min, which resulted in the variation of the microstructures such as the fractional change offer its phase and sigma phase formation. The fatigue, hardness, impact and tensile tests were performed on the specimens with different cooling rates. The precipitation of s phase caused hardness increase and sharp decrease of toughness and tensile elongation. The fatigue limit of the sample with cooling rate 0.35 oC/ min was 26 MPa higher than that of the sample with cooling rate, 10.5℃/min. It is concluded from the observation of the fracture surface that the higher fatigue resistance of the specimen with cooling rate, 0.35 ℃/min was caused by the delay of the fatigue crack growth, in addition to their higher yield strength.
Duplex stainless steel have been increasingly used for a variety application in marine construction, chemical industries and power plants, due to their excellent combination of mechanical property and corrosion resistance. It is well known that such good properties depend on to the two-phase microstructure consisting of approximately equal amounts of austenite(γ) and δ-ferrite. However, the deterioration in toughness and in corrosion resistance as a result of exposure to high temperatures, which is the case during fabrication, is a typical problem to users of duplex stainless steels. Indeed, the undesirable phases such as intermetallic phases, carbides and nitrides may exist in the steels and profoundly affect their properties if the manufacturing processes are not properly controlled. Among these secondary precipitates, σ phase with fast formation kinetics has been particularly noticed since it can cause a drastic deterioration in toughness and in corrosion resistance. The aim of the study are to analyze high temperature deformation stability and properties of duplex stainless steels (DSS) depending on annealing temperature and to analyze the effect of the cooling rate after heat treatment on the microstructure and mechanical properties of 2507 duplex stainless steels. In order to analyze high temperature deformation stability, a number of compression tests were carried out with at stain rate, of 10-2s-1~10s-1up to the compression ratio 50% in the range of temperature, 950℃~1300℃. The analysis of high temperature deformation stability of DSS was performed based on Ziegler model. In order to analyze high temperature properties of DSS, annealing treatments were conducted by isothermal holding for 1hr at 950℃ to 1300℃ with 50℃ interval followed by water cooling. The hardness and tensile tests were performed on specimens with different volume fraction of constituent phases such as austenite, ferrite and sigma. The hardness and tensile strength of 2507 depending on annealing temperature are better than those of 2205. The strain rate sensitivity and Ziegler parameter are higher in 2205 rather than in 2507 as a whole, which implies that 2205 is better than 2507 in terms of forgeability at high temperature. In order to analyze the effect of the cooling rate after heat treatment on the microstructure and mechanical properties of 2507 duplex stainless steels, Heat treatment was carried out at 1,050 oC for 1hr at 1050℃, followed by controlled cooling. The cooling rates were 10.5 ℃/min, 2 ℃/min, 1 ℃/min, 0.7 ℃/min, 0.35 ℃/min and 0.17 ℃/min, which resulted in the variation of the microstructures such as the fractional change offer its phase and sigma phase formation. The fatigue, hardness, impact and tensile tests were performed on the specimens with different cooling rates. The precipitation of s phase caused hardness increase and sharp decrease of toughness and tensile elongation. The fatigue limit of the sample with cooling rate 0.35 oC/ min was 26 MPa higher than that of the sample with cooling rate, 10.5℃/min. It is concluded from the observation of the fracture surface that the higher fatigue resistance of the specimen with cooling rate, 0.35 ℃/min was caused by the delay of the fatigue crack growth, in addition to their higher yield strength.
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