Skip to main content
Erschienen in: Metals and Materials International 10/2022

07.03.2022

Heat-Affected Zone Characteristics with Post-Weld Heat Treatments in Austenitic Fe–Mn–Al–C Lightweight Steels

verfasst von: Seonghoon Jeong, Gitae Park, Bongyoon Kim, Joonoh Moon, Seong-Jun Park, Changhee Lee

Erschienen in: Metals and Materials International | Ausgabe 10/2022

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

This study investigates the relationship between the mechanical characteristics and microstructural transitions in heat-affected zone (HAZ) of various austenitic Fe–Mn–Al–C lightweight steels. The analysis was conducted on the simulated HAZ samples with various post-weld heat treatment (PWHT) conditions. The base steel was prepared via vacuum induction melting, hot rolling, and solution treatment prior to water quenching. Gleeble simulator was used to manufacture the simulated HAZs, and the samples were subjected to PWHT with various durations by electric furnace. To understand the effects of thermal history on the mechanical characteristics, ultimate tensile tests, micro-hardness tests, and cryogenic Charpy impact toughness tests were conducted, and microstructural analyses were conducted by optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction analysis, and transmission electron microscopy. The experimental results confirmed the influence of Al content on the austenitic Fe–Mn–Al–C lightweight steels, which promotes κ-carbide precipitation, both in the austenite matrix and grain boundaries, thereby increasing the strength and hardness while decreasing the ductility and toughness. Each mechanical property showed a linear relationship with the growth kinetics of the κ-carbide particles. However, abnormal coarsening of the inter-granular κ-carbide during welding and PWHT caused severe embrittlement, regardless of thermal history, by acting as inter-granular crack propagation channels. The experimental results suggest that Fe–Mn–Al–C lightweight steels should be developed with controlling the alloying elements to overcome HAZ discontinuity and mechanical property degradation occurring by intra- and inter-granular κ-carbide precipitation.

Graphical Abstract

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat R. Kuziak, R. Kawalla, S. Waengler, Arch. Civ. Mech. Eng. 8, 103 (2008)CrossRef R. Kuziak, R. Kawalla, S. Waengler, Arch. Civ. Mech. Eng. 8, 103 (2008)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat J.-K. Kim, L. Chen, H.-S. Kim, S.-K. Kim, Y. Estrin, B.C. De Cooman, Metall. Mater. Trans. A 40, 3147 (2009)CrossRef J.-K. Kim, L. Chen, H.-S. Kim, S.-K. Kim, Y. Estrin, B.C. De Cooman, Metall. Mater. Trans. A 40, 3147 (2009)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat B. Chongthairungruang, V. Uthaisangsuk, S. Suranuntchai, S. Jirathearanat, Mater. Design 39, 318 (2012)CrossRef B. Chongthairungruang, V. Uthaisangsuk, S. Suranuntchai, S. Jirathearanat, Mater. Design 39, 318 (2012)CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Y. Kang, S. Jeong, J.-H. Kang, C. Lee, Metall. Mater. Trans. A 47, 2842 (2016)CrossRef Y. Kang, S. Jeong, J.-H. Kang, C. Lee, Metall. Mater. Trans. A 47, 2842 (2016)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat M. Klimova, S. Zherebtsov, N. Stepanov, G. Salishchev, C. Haase, D.A. Molodov, Mater. Charact. 132, 20 (2017)CrossRef M. Klimova, S. Zherebtsov, N. Stepanov, G. Salishchev, C. Haase, D.A. Molodov, Mater. Charact. 132, 20 (2017)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Y. Kang, G. Park, S. Jeong, C. Lee, Metall. Mater. Trans. A 49, 177 (2018)CrossRef Y. Kang, G. Park, S. Jeong, C. Lee, Metall. Mater. Trans. A 49, 177 (2018)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat J. Venezuela, Q. Zhou, Q. Liu, M. Zhang, A. Atrens, Adv. Eng. Mater. 20, 1700468 (2018)CrossRef J. Venezuela, Q. Zhou, Q. Liu, M. Zhang, A. Atrens, Adv. Eng. Mater. 20, 1700468 (2018)CrossRef
8.
9.
Zurück zum Zitat T. Zhou, D. Overby, P. Badgley, C. Martin-Root, X. Wang, S. Liang, H. Zurob, Ironmak. Steelmak. 46, 535 (2019)CrossRef T. Zhou, D. Overby, P. Badgley, C. Martin-Root, X. Wang, S. Liang, H. Zurob, Ironmak. Steelmak. 46, 535 (2019)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Z. Zeng, K.M. Reddy, S. Song, J. Wang, L. Wang, X. Wang, Mater. Charact. 164, 110324 (2020)CrossRef Z. Zeng, K.M. Reddy, S. Song, J. Wang, L. Wang, X. Wang, Mater. Charact. 164, 110324 (2020)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat R.A. Howell, D.C. van Aken, Iron Steel Technol. 6. 193 (2009) R.A. Howell, D.C. van Aken, Iron Steel Technol. 6. 193 (2009)
12.
Zurück zum Zitat Y. Sutou, N. Kamiya, R. Umino, I. Ohnuma, K. Ishida, ISIJ Int. 50, 893 (2010)CrossRef Y. Sutou, N. Kamiya, R. Umino, I. Ohnuma, K. Ishida, ISIJ Int. 50, 893 (2010)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat I. Kalashnikov, A. Shalkevich, O. Acselrad, L.C. Pereira, J. Mater. Eng. Perform. 9, 597 (2000)CrossRef I. Kalashnikov, A. Shalkevich, O. Acselrad, L.C. Pereira, J. Mater. Eng. Perform. 9, 597 (2000)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat J. Moon, S.-J. Park, J.H. Jang, T.-H. Lee, C.-H. Lee, H.-U. Hong, H.N. Han, J. Lee, B.H. Lee, C. Lee, Acta Mater. 147, 226 (2018)CrossRef J. Moon, S.-J. Park, J.H. Jang, T.-H. Lee, C.-H. Lee, H.-U. Hong, H.N. Han, J. Lee, B.H. Lee, C. Lee, Acta Mater. 147, 226 (2018)CrossRef
17.
Zurück zum Zitat H. Ding, H. Li, R.D.K. Misra, Z. Wu, M. Cai, Steel Res. Int. 89, 1700381 (2018)CrossRef H. Ding, H. Li, R.D.K. Misra, Z. Wu, M. Cai, Steel Res. Int. 89, 1700381 (2018)CrossRef
18.
19.
Zurück zum Zitat C.S. Wang, C.N. Hwang, C.G. Chao, T.F. Liu, Scripta Mater. 57, 809 (2007)CrossRef C.S. Wang, C.N. Hwang, C.G. Chao, T.F. Liu, Scripta Mater. 57, 809 (2007)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat C.W. Kim, S.I. Kwon, B.H. Lee, J.O. Moon, S.J. Park, J.H. Lee, H.U. Hong, Mater. Sci. Eng. A 673, 108 (2016)CrossRef C.W. Kim, S.I. Kwon, B.H. Lee, J.O. Moon, S.J. Park, J.H. Lee, H.U. Hong, Mater. Sci. Eng. A 673, 108 (2016)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat W. Song, W. Zhang, J. von Appen, R. Dronskowski, W. Bleck, Steel Res. Int. 86, 1161 (2015) W. Song, W. Zhang, J. von Appen, R. Dronskowski, W. Bleck, Steel Res. Int. 86, 1161 (2015)
22.
Zurück zum Zitat J. Lee, H. Kim, S.-J. Park, J. Moon, H.N. Han, Mater. Sci. Eng. A 768, 138460 (2019)CrossRef J. Lee, H. Kim, S.-J. Park, J. Moon, H.N. Han, Mater. Sci. Eng. A 768, 138460 (2019)CrossRef
24.
Zurück zum Zitat N. Bailey, Weldability of Ferritic Steels (Woodhead Publishing, Sawston, 1994)CrossRef N. Bailey, Weldability of Ferritic Steels (Woodhead Publishing, Sawston, 1994)CrossRef
25.
Zurück zum Zitat N.D. Uijl, S. Smith, Resistance spot welding of advanced high strength steels for the automotive industry, in Proceedings of the 4th International Seminar on Advances in Resistance Welding, ed. by W. Zhang, A. Eder. Wels, 14-16 November 2006, p. 30 N.D. Uijl, S. Smith, Resistance spot welding of advanced high strength steels for the automotive industry, in Proceedings of the 4th International Seminar on Advances in Resistance Welding, ed. by W. Zhang, A. Eder. Wels, 14-16 November 2006, p. 30
26.
Zurück zum Zitat V.H.L. Cortéz, F.A.R. Valdés, L.T. Treviño, Mater. Manuf. Process. 24, 1412 (2009)CrossRef V.H.L. Cortéz, F.A.R. Valdés, L.T. Treviño, Mater. Manuf. Process. 24, 1412 (2009)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat R.D. Ramdan, M.A. Kariem, O. Neswan, F. Wiriawan, R. Suratman, B. Widyanto, R. Wirawan, IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 553, 012034 (2019) R.D. Ramdan, M.A. Kariem, O. Neswan, F. Wiriawan, R. Suratman, B. Widyanto, R. Wirawan, IOP Conf. Series: Mater. Sci. Eng. 553, 012034 (2019)
29.
Zurück zum Zitat B. Kim, S. Jeong, S.-J. Park, J. Moon, C. Lee, Mater. Chem. Phys. 238, 121904 (2019)CrossRef B. Kim, S. Jeong, S.-J. Park, J. Moon, C. Lee, Mater. Chem. Phys. 238, 121904 (2019)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat S. Jeong, G. Park, B. Kim, J. Moon, S.-J. Park, C. Lee, Mater. Sci. Eng. A 742, 61 (2019) S. Jeong, G. Park, B. Kim, J. Moon, S.-J. Park, C. Lee, Mater. Sci. Eng. A 742, 61 (2019)
31.
Zurück zum Zitat S. Jeong, Y. Lee, G. Park, B. Kim, J. Moon, S.-J. Park, C. Lee, Mater. Charact. 177, 111150 (2021) S. Jeong, Y. Lee, G. Park, B. Kim, J. Moon, S.-J. Park, C. Lee, Mater. Charact. 177, 111150 (2021)
32.
Zurück zum Zitat Z. Zhu, Structure property correlation in the weld HAZ of high strength line pipe steels, Ph.D. thesis, University of Wollongong (2013) Z. Zhu, Structure property correlation in the weld HAZ of high strength line pipe steels, Ph.D. thesis, University of Wollongong (2013)
33.
Zurück zum Zitat R. Cao, J. Li, D.S. Liu, J.Y. Ma, J.H. Chen, Metall. Mater. Trans. A 46, 2999 (2015)CrossRef R. Cao, J. Li, D.S. Liu, J.Y. Ma, J.H. Chen, Metall. Mater. Trans. A 46, 2999 (2015)CrossRef
34.
Zurück zum Zitat G. Park, S. Jeong, C. Lee, Met. Mater. Int. 27, 2046 (2021) G. Park, S. Jeong, C. Lee, Met. Mater. Int. 27, 2046 (2021)
35.
Zurück zum Zitat K. Easterling, Introduction to the Physical Metallurgy of Welding, 2nd edn. (Elsevier, Oxford, 1992) K. Easterling, Introduction to the Physical Metallurgy of Welding, 2nd edn. (Elsevier, Oxford, 1992)
36.
Zurück zum Zitat S.-W. Park, J.Y. Park, K.M. Cho, J.H. Jang, S.-J. Park, J. Moon, T.-H. Lee, J.-H. Shin, Met. Mater. Int. 25, 683 (2019)CrossRef S.-W. Park, J.Y. Park, K.M. Cho, J.H. Jang, S.-J. Park, J. Moon, T.-H. Lee, J.-H. Shin, Met. Mater. Int. 25, 683 (2019)CrossRef
37.
Zurück zum Zitat G. Park, K. Kim, S. Uhm, C. Lee, Mater. Sci. Eng. A 766, 138401 (2019)CrossRef G. Park, K. Kim, S. Uhm, C. Lee, Mater. Sci. Eng. A 766, 138401 (2019)CrossRef
38.
Zurück zum Zitat K. Choi, C.-H. Seo, H. Lee, S.K. Kim, J.H. Kwak, K.G. Chin, K.-T. Park, N.J. Kim, Scripta Mater. 63, 1028 (2010)CrossRef K. Choi, C.-H. Seo, H. Lee, S.K. Kim, J.H. Kwak, K.G. Chin, K.-T. Park, N.J. Kim, Scripta Mater. 63, 1028 (2010)CrossRef
39.
Zurück zum Zitat H. Kim, D.-W. Suh, N.J. Kim, Sci. Technol. Adv. Mat. 14, 014205 (2013)CrossRef H. Kim, D.-W. Suh, N.J. Kim, Sci. Technol. Adv. Mat. 14, 014205 (2013)CrossRef
40.
Zurück zum Zitat C. Haase, C. Zehnder, T. Ingendahl, A. Bikar, F. Tang, B. Hallstedt, W. Hu, W. Bleck, D.A. Molodov, Acta Mater. 122, 332 (2017)CrossRef C. Haase, C. Zehnder, T. Ingendahl, A. Bikar, F. Tang, B. Hallstedt, W. Hu, W. Bleck, D.A. Molodov, Acta Mater. 122, 332 (2017)CrossRef
41.
Zurück zum Zitat I. Gutiérrez-Urrutia, D. Raabe, Mater. Sci. Technol. 30, 1099 (2014)CrossRef I. Gutiérrez-Urrutia, D. Raabe, Mater. Sci. Technol. 30, 1099 (2014)CrossRef
42.
Zurück zum Zitat Z.Q. Wu, H. Ding, X.H. An, D. Han, X.Z. Liao, Mater. Sci. Eng. A 639, 187 (2015)CrossRef Z.Q. Wu, H. Ding, X.H. An, D. Han, X.Z. Liao, Mater. Sci. Eng. A 639, 187 (2015)CrossRef
43.
Zurück zum Zitat B. Kim, S. Jeong, S.-J. Park, J. Moon, C. Lee, Met. Mater. Int. 25, 1019 (2019) B. Kim, S. Jeong, S.-J. Park, J. Moon, C. Lee, Met. Mater. Int. 25, 1019 (2019)
44.
45.
Zurück zum Zitat S. Chen, R. Rana, A. Haldar, R.K. Ray, Prog. Mater Sci. 89, 345 (2017)CrossRef S. Chen, R. Rana, A. Haldar, R.K. Ray, Prog. Mater Sci. 89, 345 (2017)CrossRef
46.
Zurück zum Zitat M.C. Li, H. Chang, P.W. Kao, D. Gan, Mater. Chem. Phys. 59, 96 (1999)CrossRef M.C. Li, H. Chang, P.W. Kao, D. Gan, Mater. Chem. Phys. 59, 96 (1999)CrossRef
47.
48.
Zurück zum Zitat J. Lee, S. Park, H. Kim, S.-J. Park, K. Lee, M.-Y. Kim, P.P. Madakashira, H.N. Han, Met. Mater. Int. 24, 702 (2018)CrossRef J. Lee, S. Park, H. Kim, S.-J. Park, K. Lee, M.-Y. Kim, P.P. Madakashira, H.N. Han, Met. Mater. Int. 24, 702 (2018)CrossRef
49.
51.
Zurück zum Zitat T. Ma, H. Li, J. Gao, Y. Li, TMS 2020 149th Annual Meeting & Exhibition Supplemental Proceedings (Springer, Cham, 2020), pp. 537–548 T. Ma, H. Li, J. Gao, Y. Li, TMS 2020 149th Annual Meeting & Exhibition Supplemental Proceedings (Springer, Cham, 2020), pp. 537–548
52.
Zurück zum Zitat R. Howell, T. Weerasooriya, D. Van Aken, Int. J. Metalcast. 4, 7 (2010)CrossRef R. Howell, T. Weerasooriya, D. Van Aken, Int. J. Metalcast. 4, 7 (2010)CrossRef
53.
Zurück zum Zitat L.N. Bartlett, D.C. Van Aken, J. Medvedeva, D. Isheim, N.I. Medvedeva, K. Song, Metall. Mater. Trans. A 45, 2421 (2014)CrossRef L.N. Bartlett, D.C. Van Aken, J. Medvedeva, D. Isheim, N.I. Medvedeva, K. Song, Metall. Mater. Trans. A 45, 2421 (2014)CrossRef
55.
Zurück zum Zitat S. Jeong, B. Kim, J. Moon, S.-J. Park, C. Lee, Mater. Sci. Eng. A 726, 223 (2018)CrossRef S. Jeong, B. Kim, J. Moon, S.-J. Park, C. Lee, Mater. Sci. Eng. A 726, 223 (2018)CrossRef
56.
Zurück zum Zitat C. Kim, M. Terner, H.-U. Hong, C.-H. Lee, S.-J. Park, J. Moon, Mater. Charact. 161, 110142 (2020)CrossRef C. Kim, M. Terner, H.-U. Hong, C.-H. Lee, S.-J. Park, J. Moon, Mater. Charact. 161, 110142 (2020)CrossRef
57.
Zurück zum Zitat M.J. Marcinkowski, M.E. Taylor, F.X. Kayser, J. Mater. Sci. 10, 406 (1975)CrossRef M.J. Marcinkowski, M.E. Taylor, F.X. Kayser, J. Mater. Sci. 10, 406 (1975)CrossRef
58.
Zurück zum Zitat W.-C. Cheng, C.-Y. Cheng, C.-W. Hsu, D.E. Laughlin, Mater. Sci. Eng. A 642, 128 (2015)CrossRef W.-C. Cheng, C.-Y. Cheng, C.-W. Hsu, D.E. Laughlin, Mater. Sci. Eng. A 642, 128 (2015)CrossRef
59.
Zurück zum Zitat O. Acselrad, I.S. Kalashnikov, E.M. Silva, M.S. Khadyev, R.A. Simao, Met. Sci. Heat Treat. 48, 543 (2006)CrossRef O. Acselrad, I.S. Kalashnikov, E.M. Silva, M.S. Khadyev, R.A. Simao, Met. Sci. Heat Treat. 48, 543 (2006)CrossRef
62.
Zurück zum Zitat C.W. Kim, M. Terner, J.H. Lee, H.U. Hong, J. Moon, S.J. Park, J.H. Jang, C.H. Lee, B.H. Lee, Y.J. Lee, J. Alloy. Compd. 775, 554 (2019)CrossRef C.W. Kim, M. Terner, J.H. Lee, H.U. Hong, J. Moon, S.J. Park, J.H. Jang, C.H. Lee, B.H. Lee, Y.J. Lee, J. Alloy. Compd. 775, 554 (2019)CrossRef
Metadaten
Titel
Heat-Affected Zone Characteristics with Post-Weld Heat Treatments in Austenitic Fe–Mn–Al–C Lightweight Steels
verfasst von
Seonghoon Jeong
Gitae Park
Bongyoon Kim
Joonoh Moon
Seong-Jun Park
Changhee Lee
Publikationsdatum
07.03.2022
Verlag
The Korean Institute of Metals and Materials
Erschienen in
Metals and Materials International / Ausgabe 10/2022
Print ISSN: 1598-9623
Elektronische ISSN: 2005-4149
DOI
https://doi.org/10.1007/s12540-021-01133-0

Weitere Artikel der Ausgabe 10/2022

Metals and Materials International 10/2022 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.