Molybdenum steels for pipelines

Abstract

Stringent property requirements are specified for steels to be used for oil and gas pipelines, especially for application in extremely cold climates. The effect of controlled plate mill processing (including water spray cooling between hot rolling passes), and of simulated strip mill processing on the mechanical properties and microstructure of pipe skelp of varying thickness has been studied in a family of Mn-Mo-Cb steels developed to meet these specifications. By virtue of chemistry and process control, desired minimum levels of yield strength in the range of 60 to 90 ksi (415 to 620 N/mm²) have been achieved, with excellent corresponding toughness values, in strip and plate gauges up to 0.75 in (19 mm). The microstructure of these steels varies, according to chemistry, from ferrite plus pearlite to acicular ferrite.

Résumé

Des propriétés mécaniques particulièrement strictes son t exigées des aciers pour pipe-lines (gaz ou pétrole) situés spécialement dans des régions très froides. Pour une série d'aciers au Mn-Mo-Cb développés pour de telles applications, les auteurs ont étudié la variation des propriétés mécaniques et de la microstructure de tôles a tube d' épaisseur variable en fonction de la procédure de laminage contrôlé des tôles fortes (incluant un refroidissement par aspersion d'eau entre les passes) ou d'une procédure simulée de laminage des feuillards. Du fait de la composition chimique et du contrôlé du laminage, des limites d' élasticité de l'ordre de 60 à 90 ksi (415 à 620 N/mm²) ont été atteintes et sont associées a d'excellen tes valeurs de la résilience des feuillards et des tôles jusqu'à 0.75 in. (19 mm) d' épaisseur. Selon la composition, la microstructure de ces aciers varie de ferritico-perlitique à une ferrite aciculaire.     

Intercritical Deformation of Low Carbon Steel

Abstract

Improving the strength of steel sheets by increasing the carbon content decreases the formability and highly impairs the weldability. Thermomechanical processing (TMP) is one of the most important mechanisms that simultaneously enhances the strength and ductility while keeping the excellent weldability of low carbon steel. The influence of TMP in the (α + γ) region on the microstructure and mechanical properties of low carbon steel (LC) is investigated. The TMP was carried out by rolling at 760, 810 and 860 C with different amounts of reductions followed by water quenching. Rolling was maintained at 5 m/min rolling speed. The results showed that high strength with good elongation was obtained using intercritical deformation at both 810 °C and 70% total rolling reduction.

L’amélioration de la résistance mécanique des feuilles d’acier par augmentation du contenu en carbone diminue la formabilité et affecte beaucoup la soudabilité. Le traitement thermomécanique (TMP) est l’un des mécanismes les plus importants qui augmentent simultanément la résistance mécanique et la ductilité tout en conservant une excellente soudabilité de l’acier à faible teneur en carbone. On étudie l’influence du TMP dans la région (α + γ) sur la microstructure et les propriétés mécaniques de l’acier à faible teneur en carbone (LC). On a effectué le TMP par laminage à 760, 810 et 860 °C, avec différentes quantités de réduction, suivi par la trempe à l’eau. On a maintenu la vitesse de laminage à 5 m/min. Les résultats ont montré qu’on obtenait une résistance mécanique élevée avec une bonne élongation en utilisant la déformation intercritique à 810 °C et 70% de réduction totale par laminage.     

High modulus steels: new requirement of automotive market. How to take up challenge?

Since the last decade, lightening of automotive structure was mainly achieved by gauge reduction using ultrahigh strength steels such as dual phase and transformation induced plasticity grades. However, gauge reduction can significantly reduce the stiffness. Limits are today reached for some applications such as chassis/suspension part. Development of steel with improved specific stiffness becomes more and more relevant to go further in weight reduction. Development of steel matrix composites (SMCs) with ceramic reinforcements is a promising solution. With an appropriate selection of the ceramic, eutectic solidification can be achieved. This natural production route guarantees a good cohesion of the steel/reinforcement interface and the control of the main parameters, which provide final properties of the product (size, shape, clustering of reinforcement). Significant fraction of ceramic can be obtained (10–25 vol.-%). Eutectic SMC can be produced with conventional industrial process such as continuous casting and hot strip mill which guarantees high productivity and low cost.

Depuis la dernière décennie, l’allègement des structures automobiles a été réalisé en grande partie par la réduction des épaisseurs au travers l’utilisation d’aciers à très haute résistance tels que les aciers DP (biphasés) et TRIP (à plasticité induite par transformation). Cependant, cette réduction des épaisseurs peut entraîner une baisse de rigidité. Aujourd’hui, les limites ont été atteintes pour certaines applications telles que les composantes châssis et suspension. Le développement d’acier à rigidité spécifique améliorée devient une voie de développement de plus en plus pertinente pour progresser dans la réduction de poids. Le développement de composites à matrice d’acier et renfort céramique est une solution prometteuse. Au travers d’une sélection appropriée de la céramique, on peut obtenir une solidification eutectique. Cette route naturelle de production des aciers garantit une bonne cohésion de l’interface acier/renfort ainsi que la maîtrise des principaux paramètres qui contrôlent les propriétés finales du produit (taille, forme, agglomération du renfort). Des fractions significatives de renfort céramique peuvent être atteintes (10–25% en volume). Les composites à matrice métallique (CMM) eutectique peuvent être élaborés par des procédés industriels conventionnels tels que la coulée continue ou le laminage à chaud qui garantissent une productivité élevée et un faible coût.     

Effects of ceramic particles and composition on elastic modulus of low density steels for automotive applications

The present work deals with the effects of TiB₂ ceramic particles and selected alloying elements (Al and Mn) on the elastic modulus of steels. Steels and its composite containing varying amounts of Al, Mn and C, and a fixed amount of TiB₂ particles (7·8 wt-% i.e. 13 vol.-%) were made using the bulk route of liquid steel metallurgy. All the materials were processed thermomechanically to sheet form following standard processing routes for automotive sheets. The steels containing only Al exhibited ferritic microstructures whereas addition of Mn and C caused the evolution of ferrite or austenite based duplex microstructures in the material depending on the Mn and C content. On the contrary, large TiB₂ particles formed mainly by eutectic reaction from the liquid state were distributed in the ferritic matrix of the composite. All the investigated materials showed a large density drop in the range of 7·4–12·7%. Al caused a drastic drop in elastic modulus of ferritic steels whereas the elastic modulus was recovered in ferrite based duplex steel by virtue of Mn. On the contrary, Mn did not improve the elastic modulus in austenite based duplex steel. TiB₂ and small amount of TiC particles in the composite were found to increase the elastic modulus by ～19% in as cast condition. However, the elastic modulus of composite showed a dependence on the processing steps with decreases after subsequent hot and cold rolling steps. It was due to the delamination of particle/matrix interface, void formation and fragmentation of reinforcing particles with reduction in thickness of sheet. The elastic modulus of the composite also showed directionality due to specific alignment and various shape of ceramic particles. It was predicted that the performance and weight saving of these materials for automotive applications would be enhanced with a good combination of high strength, low density and high elastic modulus.

Ce travail a pour objet l’effet des particules de céramique de TiB₂ et d’éléments d’alliage choisis (Al et Mn) sur le module d’élasticité des aciers. On a fabriqué des aciers et leurs composites contenant des quantités variables d’Al, de Mn et de C et une quantité fixe de particules de TiB₂ (7·8% en poids, soit 13% en volume) en utilisant la route en vrac de la métallurgie de l’acier brut liquide. On a utilisé le traitement thermomécanique sur tous les matériaux pour former des tôles d’après des routes normales de traitement des tôles d’automobile. Les aciers contenant seulement de l’Al exhibaient des microstructures ferritiques alors que l’addition de Mn et de C résultait en l’évolution de microstructures biphasées à base de ferrite ou d’austénite dans le matériau, dépendant de la teneur en Mn et en C. Au contraire, de grosses particules de TiB₂, formées principalement par réaction eutectique à partir de l’état liquide, étaient distribuées dans la matrice ferritique du composite. Tous les matériaux examinés exhibaient une baisse importante de densité dans la gamme de 7·4 à 12·7%. L’Al avait pour résultat une baisse drastique du module d’élasticité des aciers ferritiques alors que le module d’élasticité était récupéré dans l’acier biphasé à base de ferrite, grâce au Mn. Au contraire, le Mn n’a pas amélioré le module d’élasticité de l’acier biphasé à base d’austénite. On a trouvé que le TiB₂ et une petite quantité de particules de TiC dans le composite augmentaient le module d’élasticité d’environ 19% pour la condition de brut de coulée. Cependant, le module d’élasticité du composite montrait une dépendance sur les étapes de traitement, diminuant avec les étapes subséquentes de laminage à chaud et à froid. Cette baisse résultait du délaminage de l’interface particules et matrice, de la formation de cavité et de la fragmentation des particules de renforcement, avec la réduction de l’épaisseur de la tôle. Le module d’élasticité du composite montrait également une directionnalité résultant de l’alignement des particules de céramique. On a prédit l’amélioration du rendement et de la réduction de poids de ces matériaux pour l’industrie de l’automobile grâce à une bonne combinaison de haute résistance, de faible densité et de module d’élasticité élevé.     

On failure mode of resistance spot welded DP980 advanced high strength steel

Abstract

This paper aims at investigating the correlation between metallurgical and mechanical characteristics of DP980 dual phase steel resistance spot welds with attention focused on the transition in failure mode from interfacial to pullout mode during the tensile shear test. It was studied whether the conventional/industrial weld size criteria can produce pullout failure modes for DP980 spot welds. Based on theoretical analysis and experimental results, there is a minimum fusion zone size which beyond that the interfacial failure mode is avoided. Results showed that by increasing welding current, pullout failure mode was promoted due to increasing the fusion zone size and encouraging martensite tempering in subcritical heat affected zone (HAZ). Fusion zone size was proved to be key factor controlling mechanical properties of DP980 welds in terms of peak load, ductility and failure energy.

Ce document vise à examiner la corrélation entre les caractéristiques métallurgiques et mécaniques de soudures par points par résistance de l’acier biphasé DP980, en mettant l’accent sur la transition du mode de défaillance de mode d’interface à mode par arrachement lors de l’essai de traction-cisaillement. On voulait savoir si les critères conventionnels ou industriels de taille de la soudure pouvaient produire des modes de défaillance par arrachement des soudures par points de DP980. L’analyse théorique et les résultats expérimentaux indiquent qu’il y a une taille minimale de la zone de fusion au-delà de laquelle on évite le mode de défaillance d’interface. Les résultats ont montré qu’en augmentant le courant de soudage, le mode de défaillance par arrachement était favorisé, à cause de l’augmentation de la taille de la zone de fusion et de l’encouragement du revenu de la martensite dans la HAZ sous critique. On a démontré que la taille de la zone de fusion constituait une composante clé contrôlant les propriétés mécaniques des soudures de DP980 en ce qui a trait à la charge de pointe, à la ductilité et à l’énergie de défaillance.     

The effect of processing variables on the mechanical properties and strain ageing of high-strength low-alloy V and V-N steels

Abstract

Laboratory experiments have been conducted on a series of vanadium and vanadium-nitrogen steels. The results indicate that the combination of vanadium plus nitrogen gives an excellent notch toughness in the normalized plates (EA TT < ?80°C). Controlled rolling gives about 100 MPa higher yield strength with somewhat reduced notch toughness (EATT? ?50°C). Aluminum does not improve the properties of a normalized or controlled-rolled vanadium-nitrogen plate. Vanadium is able to combine with nitrogen so effectively that the steel can be considered. to be unsusceptible to strain ageing.

Résumé

Les auteurs ont fait des essais de laboratoire sur une série d'aciers au vanadium et au vanadium-azote. Les résultats indiquent que la combinaison vanadium-azote donne d'excellentes propriétés de résilience pour des tôles fortes normalisées (EA TT < ?80 °C). Le laminage contrôlé conduit à une limite d'élasticité plus élevée d'environ 100 MPa et a une résilience quelque peu réduite (EATT ? -50°C). L'aluminium n'améliore pas les propriétés d'une tôle forte d'acier au vanadium-azote après normalisation ou après laminage contrôlé. L'efficacit;amp;#x00E9; de la réaction entre Ie vanadium et l'azote est telle que l'acier peut être consideéré comme n'étant pas susceptible au vieillissement après écrouissage.     

Hot Ductility of Tool Steels

Abstract

Four tool steels (A2, D2, M2 and W1) representing a wide variety of compositions (and carbide content) were hot deformed in torsion between 900 and 1200 °C at strain rates of 0.1, 1 and 4 s^?1. Carbides contribute to an increase in strength but to a lower ductility. The plain carbon tool steel (W1) with no carbides was very ductile at all test conditions, but the alloy steels displayed poor ductility due predominantly to void formation around the carbides at lower and medium temperatures and incipient melting at higher temperatures. The effects of carbides on ductility depend on their morphology and distribution. Alloy tool steels experience eutectic solidification of the networks of primary carbides that are broken up by hot working thereby improving ductility. Hot rolled stocks experience directional ductility; such anisotropy is reduced by further working. The alloy steels display parabolic ductility curves for each strain rate; the ductility increases with decreasing strain rate and a rise in temperature up to a maximum of about 1000 °C for A2 and D2 and about 1050 °C for M2. The M2 steel, despite having the highest volume fraction of carbides and strength, displays the greatest ductility followed relatively closely by A2. D2, though close to M2 in carbide volume and strength, has much lower ductility.

On a déformé par torsion à chaud, entre 900 °C et 1200 °C, à des taux de déformation de 0.1, 1 et 4 s-1, quatre aciers à outils (A2, D2, M2 et W1), couvrant une bonne variété de compositions (et de teneurs en carbure). Les carbures augmentent la résistance à la traction mais diminuent la ductilité. L'acier à outils au carbone (W1), sans carbures, était très ductile sous toutes les conditions d'essais. Les aciers alliés ont affiché une faible ductilité à cause, principalement, de la formation de lacune autour des carbures, aux températures basses et intermédiaires, et à cause de la fonte initiale, aux plus hautes températures. L'effet des carbures sur la ductilité dépend de leur morphologie et de leur distribution. Les aciers alliés à outils subissent une solidification eutectique des réseaux de carbures primaires qui sont brisés par le formage à chaud, ce qui améliore la ductilité. Les matériaux laminés à chaud montrent une ductilité directionnelle; une telle anisotropie est réduite par le formage additionnel. Les aciers alliés affichent des courbes de ductilité paraboliques pour chaque taux de déformation, la ductilité augmentant avec une diminution du taux de déformation et une augmentation de la température, jusqu'à un maximum d'environ 1000 °C pour le A2 et le D2 et d' environ 1050 °C pour le M2. L'acier M2, en dépit de sa plus grande fraction volumique de carbures et d'une plus grande résistance, affiche la plus grande ductilité, suivi de relativement près par le A2 puis par le D2 qui, bien que se rapprochant du M2 pour ce qui est du volume en carbure et de la résistance, a une ductilité beaucoup plus faible.     

Fabrication Technology And Material Property Requirements For Heavy Wall Pressure Vessels

Abstract

The joining of heavy section steels in the fabrication of large pressure vessels is reviewed. For thicknesses ≥ 100mm, narrow-gap welding processes offer a significant saving in weld metal volume, increased productivity, and acceptable levels of mechanical properties, i.e. notch toughness.

The in-service properties of pressure vessel steels are discussed, with particular emphasis on 2.25 Cr–1 Mo base metal and stainless steel weld overlay. The results of a study of the effect of phosphorus and silicon on temper embrittlement of 2.25 Cr–1 Mo steel and the role of rare earth additions in reducing the susceptibility to temper embrittlement are presented. The presence of hydrogen in stainless steel overlay can lead to (1) a loss in ductility depending on the amount of sigma phase, and (2) disbonding at the overlay/base metal interface.

Résumé

L'assemblage d'aciers prolifés lourds dans la fabrication de gros bacs sous pression est revu. Pour une épaisseur supérieur ou égale à 100mm (≥ 100mm), le soudage avec faible écartement des bords offre une économie importante dans le volume du métal de soudure, une productivité augmentée et des propriétés mécaniques de niveaux acceptables, comme la résistance des encoches.

Les propriétés des aciers pour bacs sous pression sont discutés, en mettant un accent particulier sur le métal commun 2.25 Cr–1 Mo et les recouvrements de soudure en acier inoxydable. Les résultats d'une étude de l'effet du phosphore et du silicium sur l'accroissement de la fragilite à revenu du metal 2.25 Cr–1 Mo et le rôle des rares additions de terre dans la réduction de la susceptibilite a l'accroissement de la fragilité a revenusont présentés. La presence d'hydrogene dans le recouvrement des aciers inoxydables selon le nombre de phase sigma, et (2) au relâchement des liens a l'interface du métal commun et du recouvrement.     

Mechanical properties and structure of as-received,heat-treated and hydrided Zr-1.5 wt% Cr-0.1 wt% Fe alloy tubing

Abstract

The mechanical properties or both unhydrided and hydrided Zr-Cr-Fe alloy tubing have been evaluated using ring tensile, tube burst and Charpy impact tests over a range of temperatures from room up to 400°C. Aspects of the recovery and recrystallization or two batches or tubing were studied. Stress relieving cold-worked tubing between 450° and 575°C gave stronger, less ductile material compared with recrystallized tubing but the actual tensile values depended critically on the stress-relieving temperature. Beta quenching and ageing thin-walled tubing resulted in poor ductility, variabk strength and structure with some massive grain coarsening. The tensile duct iii ty or Zr-Cr-Fe tubing was lowered by circumferentially aligned hydride although the drop was not serious at least up to 400 ppm hydrogen. Hydride had little effect on tensik stength up to 300 ppm hydrogen but there was an increase in strength at higher hydrogcn levels.

Résumé

Les propriétés mécaniques du Zr-Cr- Fe, hydruré ct non-hydruré, ont été évaluées en utilisant des essais de traction sur anneaux, d'eclatement de tubes et l'essai Charpy dans une gamme de température variant de l'ambiante a 400°C. Des aspects de la restauration ct la recristallisation de deux séries de tubes ont été étudiés. Un recuit entre 450° et 575°C pour éliminer les contraintes résiduelles a donné un matériau plus résistant et moins ductile en comparaison aux tubes recristallisés, mais les valeurs obtenues en traction dépendaient fortement de la température de ce recuit. Dans les tubes à paroi mince, une trempe de la phase β (suivie d'un vieillissement a diminué la ductilité et donné une résistance mécanique variable et une structure contenant des régions à trés gros grains. Des hydrures alignés circumférentiellement ont réduit la ductilité en traction des tubes de Zr-Cr-Fe, mais cette réduction était mineure, du moins jusqu'à 400 ppm d'hydrogène. Jusqu'è 300 ppm d'hydrogène, les hydrures ont peu intluencé la résistance en traction, mais ont causé une augmentation de la résistance mécanique à des teneurs plus élevées.     

Role of Cr2O3 on formation of reaction sintered dense ZrO2–Al2O3–SiO2 based refractory materials

Abstract

Extremely dense zirconia–mullite composites were developed by reaction sintering of microcalcined fine alumina powder and zircon flour taken in different ratios with Cr₂O₃ as an additive. The powder mixes were isostatically pressed and sintered at 1550°C. The sintered compacts were characterised by different physicomechanical properties, microstructure developed and phase compositions. Cr₂O₃ exhibited positive influence up to certain level of addition on the thermomechanical properties of reaction sintered zirconia–mullite composites including corrosion resistance and microstructure.

On a développé des composites extrêmement denses de zircone et mullite par frittage réactif de poudre fine d’alumine micro calcinée et de farine de zircone en différentes proportions, avec du Cr₂O₃ comme adjuvant. On a pressé les mélanges de poudres au moyen d’une presse isostatique et on les a frittés à 1550°C. On a caractérisé les différentes propriétés physico mécaniques, la microstructure développée et la composition de phases des compacts frittés. Le Cr₂O₃ exhibait une influence positive jusqu’à un certain niveau d’addition sur les propriétés thermomécaniques des composites de zircone et mullite à frittage réactif, incluant la résistance à la corrosion et la microstructure.     

The structure and properties of warm-rolled steels

Abstract

Microstructure, tensile properties and fracture behaviour were examined in both warm-rolled rods (1150°F, 621°C) and in conventionally hot-rolled rods (1950°F, 1065°C) of four carbon grades (1015, 1038, 1060 and 1090). Both spheroidization of carbides and the development of substructure in the ferrite were produced during warm rolling. The fracture facets were more irregular, indicating an increased amount of plastic tearing, than in the conventionally hot-rolled bars. Compared with hot rolling, the warm rolling caused an increase in yield stress (all grades), in reduction of area (all grades except 1015) and in ratio of yield stress to ultimate tensile stress. The total elongation, with the exception of 1090 steel, was decreased. In the1090-grade rods, the shelf energy for the tear fracture was significantly increased, although the transition temperature was affected very little by warm rolling. In contrast, warm rolling has produced a marked decrease in shelf energy and a 30°C increase in transition temperature for the 1015 material.

Résumé

Les auteurs ont étudié la microstructure, les propriétés mécaniques en traction et la fragilité de barres d'aciers aux carbones 1015, 1038, 1060 et 1090, laminés soit à chaud (1950°F, 1065°C) soit à tiéde (1150°F, 621°C).

Au cours du laminage à tiède, il y a sphéroîdisation des carbures et apparition d'une sous-structure dans la ferrite. D'autre part le faciès de rupture est plus irrégulier, indiquant un accroissement de la ductilité.

Comparé au laminage à chaud, le laminage à tiède produit une augmentation de la limite élastique (pour tous les aciers), du coefficient de striction (pour tous les aciers sauf le 1015) et du rapport limite élastique/résistance à la traction. A l'exception de l'acier 1090, l'allongement à la rupture diminue. Pour l'acier 1090, laminé à tiède, l'énergie de rupture ductile augmente sensiblement, quoique la température de transition varie très peu. Par contre, le laminage à tiéde conduit à une forte diminution de l'énergie de rupture ductile et à une augmentation de 30°C de la température de transition pour l'acier 1015.     

The partial annealing of low-carbon steel strip

Abstract

Tinplate stock that had been cold reduced 82 % by rolling was partially annealed at temperatures between 460 and 6200 C to produce a variety of mechanical properties corresponding to those which might be obtainable from a continuous annealing line. The properties of this material were compared with those of material that had been cold rolled by various amounts to equivalent strengths.

The ductility of partially annealed material was greatly superior to that of cold-rolled material at virtually all strength levels. The differences in ductility between the two types of material at equal strengths are presented graphically and are related to differences in microstructure. Recovery and recrystallization are responsible for the greatly improved ductility of partially annealed material. The possibility of full-scale plant production of partially annealed steel strip is discussed.

Résumé

Des tôles fines, laminées à froid de 82 %, ant été partiellement recuites à des températures variant de 460°C et 620°C pour obtenir toute une gamme de propriétés mécaniques correspondant à celle produite par recuit en continu. Les propriétés de ce matériau ont été comparées à celles obtenues par différents taux de laminage à froid et ayant alors la même résistance mécanique La ductilité du métal partiellement recuit est largement supérieure à celle de celui n';ayant été que laminé à froid mais ayant à peu pres la même résistance à la traction. La différence de ductilité entre les deux types de traitement, à résistance égale, est portée en graphique et est reliée aux différences de microstructures. L'augmentation de ductilité du matériau partiellement recuit est attribuable à la restauration et à la recristallisation. La possibilité d'implantation d'usine pour des tôles d'acier partiellement recuit est discutée.     

Effects of some solid lubricant particles and their concentration in oil towards controlling wear performance of leaded tin bronze bush

Abstract

This investigation pertains to the examination of the sliding wear response of a leaded tin bronze bush as influenced by the changing content of solid lubricants such as talc, graphite and lead when mixed with oil. Wear tests were performed to determine the wear loss, frictional heating and friction coefficient. Characteristics of wear surfaces and subsurface regions threw light on the operating wear mechanisms and further substantiated the observed wear behaviour. The solid lubricants were noted to significantly influence the overall performance of the samples wherein their content produced an identical trend while their type and structure showed a mixed effect.

Cette étude a trait à l’examen de la réponse à l’usure par glissement d’une bague de palier de bronze à l’étain au plomb, influencée par la teneur changeante de lubrifiants solides comme le talc, le graphite ou le plomb, lorsque mélangés avec de l’huile. On a effectué des essais d’usure afin de déterminer la vitesse d’usure, le chauffage dû à la friction et le coefficient de friction. Les caractéristiques des surfaces d’usure et des régions sous la surface ont permis de comprendre les mécanismes d’usure et de substantifier davantage le comportement à l’usure observé. On note que les lubrifiants solides influencent significativement le rendement global des échantillons là où leur concentration produisait une tendance identique alors que leur type et leur structure montraient un effet mixte.     

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL BEHAVIOUR OF Ni-ALLOYED AUSFORMED AUSTEMPERED DUCTILE IRON

Abstract

The abrasion wear behaviour of ausformed austempered ductile iron (AADI) as well as conventional austempered ductile iron (ADI) was investigated. The effects of both Ni content and rolling reduction during the ausforming process on wear resistance of AADI and ADI were studied thoroughly. The ausforming process has created a finer and more homogeneous ausferrite structure that has a direct influence on the mechanical properties of AADI. Maximum hardness and tensile strength were obtained with a 35% rolling reduction. On the other hand, ductility and impact strength were reduced with increasing rolling reduction during the ausforming process. AADI showed superior abrasion wear resistance due to its finer and harder structure.

On a investigué le comportement de résistance à l’abrasion de la fonte ductile austénitoformée, à trempe étagée bainitique (AADI) ainsi que de la fonte ductile conventionnelle à trempe étagée bainitique (ADI). On a étudié à fond l’effet de la teneur en Ni ainsi que de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage sur la résistance à l’usure de l’AADI et de l’ADI. Le traitement d’austénitoformage créait une structure ausferritique plus fine et plus homogène qui a une influence directe sur les propriétés mécaniques de l’AADI. On a obtenu une dureté et une résistance à la traction maximales avec une réduction par laminage de 35%. D’un autre côté, la ductilité et la résistance à l’impact étaient réduites avec une augmentation de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage. L’AADI a montré une résistance supérieure à l’abrasion, grâce à sa structure plus fine et plus dure.     

Weld nugget formation and mechanical properties of three-sheet resistance spot welded low carbon steel

Abstract

In this paper, weld nugget formation and mechanical properties of 1·25/1·25/1·25 mm three-sheet low carbon steel resistance spot welds are investigated. Heat conduction from sheet/sheet interfaces (i.e. places with higher electrical resistance) to the geometrical centre of the joint and heat dissipation via water cooled electrodes play an important role in weld nugget growth of three-sheet resistance spot welding. It was shown that the fusion zone size along the sheet/sheet interface was greater than that of along geometrical centre of the joint leading to high tendency to interfacial failure. Fusion zone size at the sheet/sheet interface proved to be the most important controlling factor of mechanical performance of three-sheet spot weld in terms of peak load and energy absorption.

Dans cet article, on examine la formation du noyau de soudure et les propriétés mécaniques de trois tôles d’acier de 1·25–1·25–1·25 mm à faible teneur en carbone, soudées par points par résistance. La conduction de chaleur des interfaces tôle - tôle (c’est-à-dire les endroits ayant une résistance électrique plus élevée) vers le centre géométrique du joint et la dissipation de chaleur par l’intermédiaire d’électrodes refroidies à l’eau jouent un rôle important dans la croissance du noyau de soudure du soudage à trois tôles par points par résistance. On a montré que la taille de la zone de fusion au long de l’interface tôle - tôle était plus grande que la taille de la zone de fusion au long du centre géométrique du joint, donnant naissance à une tendance élevée à la défaillance interfaciale. Il s’est avéré que la taille de la zone de fusion à l’interface tôle - tôle était le facteur de contrôle le plus important du rendement mécanique de la soudure par points à trois tôles en ce qui a trait à la charge de pointe et à l’absorption d’énergie.     

Improved Fracture Toughness and Resistance to Fatigue Crack Propagation in ESR Steels

Abstract

Two types of alloy steels (En 24 and En 52 steels) have been electro slag refined and the improvement in their mechanical properties has been assessed. ESR has improved the tensile ductility, plane strain fracture toughness, room temperature CVN energy, fatigue strength and has decreased fatigue crack growth rates. The K _lc values for the ESR steel are nearly twice those estimated in the unrefined steel. Fatigue crack growth rates in region I and region III are found to be decreased considerably in the ESR steel while they are unaffected in region II. The improvement in the mechanical properties has been explained in terms of the removal of large sized nonmetallic inclusions and reduction in sulfur content in the ESR steel.

Résumé

Deux types d'aciers alliés (En 24 et En 52) ont été affinés par refusion sous laitier (ESR) et l'amélioration de leurs propriétés mécaniques a été évaluée. Le procédé ESR a amélioré la ductilité en traction, la ténacité en déformation plane, l' énergie CEV à température ambiante, la résistance à la fatigue et a diminué les taux de croissance des fissures de fatigue. Les valeurs de K_lc des aciers ESR sont presque le double de celles estimees pour les aciers non affinés. Les taux de propagation des fissures de fatigue dans les domaines I et III sont considérablement moins élevés dans les aciers ESR alors qu'ils ne sont pas affectés dans la région II. L'amélioration des propriétés mécaniques a été expliquée en termes de l'enlèvement des inclusions non métalliques de taille importante et de la réduction de la teneur en soufre des aciers ESR.     

Modification of Roll Pass Design of Low Pearlite,Fine-Grained Sheet Steel Using Numerical Modeling and Processing Maps

Abstract

The main objective of this pass design is to achieve fine-grained structure with high strength properties and good ductility for 2.0 mm thickness steel sheet on a six stand finishing mill. Numerical modeling is used to evaluate the different rolling parameters while processing maps are used to determine a workability “window” in which dynamic recrystallization must occur.

The existing rolling parameters would not lead to a dynamically recrystallized structure. The proposed technique retains the sequence of reduction in thickness at the working temperatures, while it diminishes the rotational speed of the first stand and consequently all the other stands. The first stand is proposed to rotate with 25 rpm at 7.2 s-1 rate of deformation. The final rotational roll speed would be 177 rpm at stand no. 6 with 83.4 s-1 rate of deformation at 850 °C. Rolling force and torque needed in the proposed technique are lower than those in the existing ones at most of the passes. The proposed technique saves energy as it reduces the power consumption.

Le principal objectif de cette conception de passe de laminoir est d'obtenir une structure à grain fin avec des propriétés de résistance élevée et une bonne ductilité pour une tôle d'acier d'une épaisseur de 2.0 mm, sur un laminoir finisseur à six cages. On utilise la modélisation numérique pour évaluer les différents paramètres de laminage alors qu'on utilise les plans de formage pour déterminer une "fenêtre” de fabricabilité dans laquelle doit se produire une recristallisation dynamique.Les paramètres actuels de laminage ne peuvent conduire à une structure dynamiquement recristallisée. La technique proposée retient la séquence de réduction en épaisseur aux températures d'opération, tout en diminuant la vitesse de rotation de la première colonne et, par conséquent, de toutes les autres colonnes. On propose que la rotation de la première colonne soit de 25 rpm, avec un taux de déformation de 7.2 s-1. La vitesse du dernier rouleau serait de 177 rpm à la colonne no. 6, avec un taux de déformation de 83.4 s-1, à 850 °C. La force de laminage et le moment de torsion nécessaires pour la technique proposée sont plus bas que ceux qui existent déjà pour la plupart des passes. La technique proposée conserve l'énergie puisqu'elle réduit la consommation de pouvoir.     

Ceramic reinforced high modulus steel composites: processing,microstructure and properties

Ceramic reinforced steel matrix composites are materials for automotive, aerospace, wear and cutting applications. Such metal matrix composites (MMCs) combine attractive physical, mechanical and wear properties with ease of fabrication and low cost. The review focuses on the current state of the art of producing these metal matrix composites, ceramics reinforcements, composition of steel matrix, microstructure evolution and parameters influencing the mechanical and wear properties. Processing methods to fabricate ceramic reinforced steel matrix composites are discussed to produce these composites with low number of defects, homogeneous microstructure and high mechanical and wear performance. The influence of chemical nature of ceramic reinforcements and composition of steel matrix on the microstructure, mechanical and wear properties is presented. The strengthening mechanisms and parameters controlling wear performance of steel MMCs are described as a function of the content of ceramic reinforcements, microstructural design and structure of the steel matrix. Keeping in view the stability of ceramics in steels, suitable ceramic reinforcements and steel matrix materials are discussed. Moreover, the importance of microstructure and interface between ceramic reinforcement and steel matrix in controlling the mechanical properties of steel MMCs is highlighted. The review identifies area of research for development to fully appreciate and tailor the properties of these industrially important composites.

Les matériaux composites à matrice d’acier, renforcés de céramique, sont des matériaux pour application dans l’industrie automobile, aérospatiale, de l’usure et du découpage. Les matériaux composites à matrice métallique (MMCs) en acier et céramique combinent des propriétés attrayantes physiques, mécaniques et d’usure, à la facilité de fabrication et au coût faible. Cette revue se concentre sur l’état de la technique courante de production des matériaux composites à matrice d’acier, renforcés de céramique, sur les renforcements en céramique, sur la composition de la matrice d’acier, sur l’évolution de la microstructure, sur les propriétés mécaniques et sur les paramètres importants qui contrôlent les propriétés mécaniques et d’usure. On discute des méthodes de traitement pour la fabrication des matériaux composites à matrice d’acier, renforcés de céramique afin de produire des MMCs avec peu de défauts, une microstructure homogène et un rendement élevé des propriétés mécaniques et d’usure. On décrit l’influence de la nature chimique des renforcements et de la composition de la matrice en acier sur le développement de la microstructure et sur les propriétés mécaniques et d’usure. On décrit les mécanismes de renforcement et les paramètres contrôlant le rendement à l’usure des MMCs en acier en fonction de la teneur en renforcement de céramique, de la conception de la microstructure et de la structure de la matrice en acier. Gardant en vue la stabilité des céramiques dans les aciers, on discute des matériaux appropriés de renforcements céramiques et de matrice d’acier. De plus, on souligne l’importance de la conception de la microstructure et de l’interface dans le contrôle des propriétés mécaniques des MMCs en acier. Cette revue identifie des sujets de recherche à développer afin de comprendre complètement et de créer sur mesure les propriétés de ces matériaux composites d’importance industrielle.     

Linear elastic fracture mechanics of duralumin

Abstract

One desirable improvement of high-strength aluminum alloys often showing considerable anisotropy is the increase of their notch toughness in certain grain orientations. Although we know that material properties such as yield stress, fracture toughness, fatigue or stress corrosion behaviour generally have a strong directional dependence, the characteristics of yielding and particularly of fracture, are not well documented. These two aspects are specially studied in this paper.

The basis forms the presentation of various methods for the testing of the fracture toughness parameter K _1C . The most suitable technique is then adopted and the toughness evaluated, covering a range of temperatures which are of particular interest in typical engineering applications. From a three-point bend test performed on a Charpy-type specimen provided with a fatigue crack and sidenotched, a fracture toughness parameter can be derived. Influence of the strain rate on fracture and its implications arising for certain technical problems are investigated in an impact test. This is believed to be the first application of an instrumented Charpy specimen in the toughness investigations of a high-strength Al alloy and in the determination of crack movements through the section. Effects of the orientation are then evaluated and a connection with some metallurgical factors indicated. Evidence is presen ted showing the fracture mechanics approach applied in the analysis of a part-through crack in a thin-walled cylinder.

Résumé

Les alliages d’aluminium à haute résistance présentant généralement une grande anosotropie et une amélioration de leurs propriétés consiste à augmenter leur résilience pour certaines orientations des grains. Même si nous savons que les propriétés des matériaux, comme la limite élastique, la résistance à la rupture, leur comportement en fatigue ou leur corrosion sont fortement anisotropes, les caractéristiques de l’écoulement plastique et de la rupture sont, de ce point de vue, mal connues. Cet article se penchera particulierement sur ces deux aspects.

En premier lieu sont présentés différentes méthodes pour l’évaluation du facteur de concentration des contraintes K _1C . La technique la plus appropriée est alors adoptée et la résistance mesurée dans un domaine de températures d’intérêt particulier pour les ingénieurs. Le facteur K _1C peut être obtenu à partir d’un essai de flexion fait sur une éprouvette de type Charpy ayant une fissure de fatigue et entaillée sur ses faces latérales. L’influence du taux de déformation sur la rupture et ses implications dans certaines applications techniques sont recherchées dans l’essai de résilience. Nous croyons que ce soit là la premiére application d’une telle éprouvette pour l’étude des duralumins et pour connaître le déplacement des fissures dans la section. L’effet de la texture est alors évalué et l’on indique des corrélations avec d’autres facteurs métallurgiques. On montre aussi une approche de la mécanique de rupture appliquée à l’analyse d’une fissure dans un cylindre à paroi mince.     

Similarities between the martinsitic and cold-worked structures of steels

Abstract

Close analogies existing between the mechanical and physical properties of marten sitic and cold-worked steels are partly due to the high densities of dislocations in both structures. Therefore, a parallelism should exist between the mechanisms of tempering quenched steels and of annealing cold-worked steels.

Extra-low carbon steels permit this parallelism to be established. The three classical stages of tempering in high-carbon steels being negligible in extra-low carbon steels (1,2), the mechanism of tempering the latter steels is rather similar to the mechanism of annealing cold-worked structures and occurs essentially in two stages (3): a progressive restoration interpreted in terms of a rearrangement of dislocations, and a recrystallization responsible for eliminating the remaining ‘excess’ dislocations.

It will be shown that an age-hardening phenomenon interrupts these two stages. It will also be shown by transmission electron microscopy that the above interpretation of the two stages applies well to the tempering of extra-low-carbon steels.

Résumé

Il existe une grande analogie entre les propriétés des aciers martensitiques et celle des aciers écrouis. Si les défauts réticulaires des deux structures sont de même nature, il devrait aussi exister un parallélisme entre le mécanisme du revenu des aciers après trempe et celui du recuit après écrouissage.

On peut utiliser les aciers extra-doux pour établir ce parallélisme. On sait que les réactions hétérogènes observées lors du revenu des aciers à haute teneur en carbone sont négligeables dans de tels aciers (1,2) et que leur revenu, tout comme leur recuit, se déroule essentiellement en deux stades (3): une restoration proprement dit e durant laque lIe se produit un réarrangement des dislocations suivie d'une recristallisation complétant I'élimination des défauts introduits durant la transformation. Dans cette communication, nous montrerons que le premier stade du revenu est interrompu par un phénomène de vieillissement. De plus, l'interprétation précédente des deux stades du revenu après trempe dans le cas des aciers extra-doux sera confirmée par microscopie électronique.