17-4PH 스테인리스강의 단련재-적층성형체간 이종 용접부의 기계적 특성 향상을 위한 열처리 설계

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, we systematically evaluated the microstructure, precipitation behavior, and mechanical properties of dissimilar welds between wrought and additively manufactured(AM) 17-4PH stainless steels, focusing on the AM base-metal conditions (solution-treated vs. solution-treated and aged). In the as-welded condition, the weld metal showed no macroscopic defects, but differences in thermal-history caused microstructural and hardness variations within the Heat-Affected Zone(HAZ). The precipitation response in HAZ depended on the AM base-metal heat treatment condition. Pre-aged AM material exhibited suppressed welding-induced precipitation due to pre-existing Cu-rich precipitates(CRP). TEM analysis showed that pre-aged wrought-AM dissimilar welds contained fine BCC-CRPs in the wrought-ICHAZ, whereas the AM-ICHAZ showed fine B2-CRPs and coarse detwinned 9R-CRPs. This indicates that pre-existing CRP in the AM base metal is a key factor responsible for the reduced precipitation during welding. Post-weld heat treatment(PWHT) at 550 ℃ promoted sufficient Cu diffusion in welds made with the solution treated AM base metal, effectively suppressing development of softening region. Consequently, the hardness mismatch between the wrought and AM-HAZ was minimized, leading to the highest tensile properties. In contrast, at 480 ℃, a softened region appeared near the ICHAZ and became the fracture site during deformation. The softening resulted from low dislocation density and localized precipitation in as-welded state, while PWHT further delayed new CRP precipitation and promoted pre-existing CRP coarsening due to slow Cu diffusion. TEM analysis and strengthening-mechanism estimations demonstrated that these microstructural changes led to softening and early failure. In summary, achieving reliable mechanical performance in wrought–AM 17-4PH dissimilar welds require optimizing both the AM base-metal heat treatment and post-weld heat-treatment temperature to control precipitation and prevent softening. This work clarifies the microstructural stability and precipitation mechanism of 17-4PH wrought–AM dissimilar welds, providing design insights for improving structural reliability under high loads.

목차 (Table of Contents)

• 목차 1
• Abstract 3
• List of tables and figures 6
• 제1 장. 서 론 12
• 제2 장. 이론적 배경
• 제1 절. 17-4PH 스테인리스강의 개요 15 1) 17-4PH 스테인리스강의 특징 15 2) 17-4PH 스테인리스강의 석출 거동 및 기계적 특성 19
• 3) 적층제조재와 단련재의 미세조직 및 특성 차이 24
• 제2 절. 17-4PH 스테인리스강의 용접 특성과 열 영향부 거동 30 1) 17-4PH 스테인리스강의 용접부 특성 30
• 2) 17-4PH 스테인리스강의 열 영향부 특성 34
• 3) 17-4PH 스테인리스강 용접부 연구개발동향 38
• 제3 장. 실험 방법
• 제1 절. 시편 준비 40
• 제2 절. 용접 공정 및 조건 43
• 제3 절. 용접 후 열처리 45
• 제4 절. 기계적 특성 평가 47
• 제5 절. 미세조직 분석 48
• 제4 장. 결과 및 고찰
• 제1 절. Wrought/AM 17-4PH 스테인리스강 모재의 특성 49
• 1) 열처리 조건별 Wrought/AM 모재 미세조직 분석 49
• 2) Wrought/AM 모재의 석출 경화능 및 건전성 평가 54
• 제2 절. 17-4PH Wrought/AM 이종 용접부 특성 58
• 1) 이종 용접부의 미세조직 및 경도 분석: as-welded 58
• 2) 모재 열처리 조건에 따른 이종 용접부 석출 특성 65
• 3) 이종 용접부의 미세조직 및 경도 분석: PWHTed 69
• 제3 절. 17-4PH Wrought/AM 이종 용접부의 기계적 특성 79
• 1) 이종 용접부 조건별 인장 특성 비교분석 79
• 2) 이종 용접부 연화 영역 및 경화 영역의 강화기구 분석 83
• 3) 이종 용접부 연화 영역 발생 메커니즘 고찰 89
• 제5 장. 결론 92
• References 95