The Stabilization of Austenite by Hydrogen in Two Tool Steels

Abstract

The results of some investigations on the stabilization of austenite by hydrogen in two tool steels are reported in this paper. It is shown that hydrogen stabilizes the austenite if introduced cathodically at appropriate stage. Cathodic impregnation is shown to be essential for such stabilization. It has also been shown that the quantity of hydrogen required for stabilizing the austenite need not be large, if the manner of its introduction into the austenite prior to transformation is appropriate.

Résumé

Nous présentons ici les résultats des quelques recherches sur la stabilisation de l'austénite par l'hydrogène dans deux aciers à outils. Il est montré que l'hydrogène stabilise l'austénite s'il est introduit cathodiquement à un stade approprié. Et l'on montre que l'imprégnation cathodique est essentielle à une telle stabilisation. On a également montré que la quantité d'hydrogène requise pour stabiliser l'austénite n'a pas besoin d'être importante, si la façon dont elle a été introduite dans l'austénite avant transformation est appropriée.     

Growth of Austenite in the Intercritical Annealing of Fe-C-Mn Dual Phase Steels

Abstract

The growth of austenite during the intercritical annealing of a ternary Fe-C-Mn alloy is analysed, using a local equilibrium model. It is shown that austenite growth is first controlled by the diffusion of carbon. These initial stages are usually complete within a few seconds and are followed by a period of slow manganese-diffusion-controlled growth. The analysis predicts the partitioning of manganese, such that both the austenite and ferrite phases become non-uniform in Mn in relatively short times. Electron probe analyses are presented to support this conclusion.

The change in austenite volume fraction on cooling from intercritical annealing temperatures is discussed. It is shown that manganese partitioning, developed during isothermal processing can act to “lock” the ferrite-austenite interfaces, so that the high-temperature austenite precipitate size is retained on cooling.

Résumé

La croissance de l'austénite pendant le revenu intercritique d'un alliage ternaire Fe-C-Mn est analysée en utilisant un modéle de l'équilibre local. Nous avons montré que la croissance de l'austenite est tout d'abord contrôlée par la diffusion de carbone. Ces étapes initiales sont habituellement complétées en dedans de quelques secondes et sont suivies par une période de croissance lente contrôlée par la diffusion du manganèse. L'analyse predit la répartition du manganèse, de telle façon que les phases austénitique et ferritique deviennent non-uniformes en Mn en des temps relativement courts. Des analyses à la microsonde sont présentées qui supportent cette conclusion.

Le changement de la fraction volumique d'austénite au refroidissement à partir des températures de revenu intercritique est discuté. Nous avons montré que la ségrégation du manganèse développée pendant le traitement isotherme peut agir pour bloquer les interfaces ferrite-austénite de telle façon que la taille du précipité d'austenite obtenu à haute température est conservée au refroidissement.     

Effect of Subcritical Isothermal Holding of Austenite on the Kinetics of First Stage Graphitization

Abstract

White cast iron specimens were cooled rapidly from the austenite region to temperatures in the range 300–500°C, held there for some time before being subjected to graphitization at 900–1000°C. Holding of austenite in the lower temperature range allows isothermal transformation and influences the microstructure. The graphite volume fraction and nodule density were determined under different conditions and the kinetics of first stage graphitization traced. The study shows that the isothermal holding of austenite accelerates the graphitization process to a significant degree. This acceleration is attributed to the creation of additional cementite/austenite interfaces as revealed by both optical and scanning electron microscopy. The nucleation of graphite occurs essentially during the isothermal holding treatment at subcritical temperatures whereas growth is accomplished at 900–1000°C. The growth process is limited by carbon diffusion in austenite.

Résumé

Des échantillons de fonte blanche furent refroidis rapidement du domaine austénitiquejusqu'a des températures de 300–500°C et maintenus quelques temps dans cet intervalle de températures avant d'être soumis à une graphitisation à 900–1000°C. Le maintien de l'austénite dans le domaine des plus basses températures permet une transformation isotherme et influence la microstructure. La fraction volumique de graphite et la densité de nodule furent déterminés sous différentes conditions et la cinétique du premier stade de la graphitisation fut enregistrée. L'étude montre que le maintien isotherme de l'austénite accèlère d'une façon significative le processus de graphitisation. Cette accéleration est attribuée a la création d'interfaces cémentite/austénite additionnels tel que révélé par la microscopie optique et la microscopie à balayage électronique. La nucléation du graphite se produit essentiellement durant le maintien isotherme à des températures inférieures à température critique alors que la croissance est accomplie vers 900–1000°C. Le processus de croissance est limité par la diffusion du carbonne dans l'austénite.     

Selective segregation at grain boundaries

Abstract

Experimental observations provide support for two different types of solute enhancement at interfaces, namely equilibrium and non-equilibrium segregation. It is shown that these segregation processes are dependent upon the structures of different large-angle grain boundaries. Experimental data clearly indicate that this selective grain boundary segregation influences the mobility and energy of grain boundaries.

A fundamental relationship is found to exist between the energy of coincidence boundaries and the density of shared atom sites (or the size of the periodic unit) in the boundary. The energy and mobility results provide strong support for the boundary coincidence and “relaxed” coincidence models of grain boundary structure.

A selective solute segregation to grain boundaries can lead to the formation of preferred orientations in annealed materials and enhanced corrosion at grain boundaries.

Résumé

Les études expérimentales apportent des arguments aux deux types differents d'enrichissement en soluté aux interfaces, c'est-à-dire la ségrégation d'équilibre et la ségrégation de non-équilibre. Ces deux modes de ségrégation dépendent de la structure des différents joints de grains à forte désorientation. Les résultats expérimentaux indiquent clairement que cette ségrégation sélective aux joints de grains influence la mobilité et l'énergie des joints de grains.

Une relation fondamentale existe entre L'energie des joints en coincidence et la densité des sites atomiques partagés (ou la taille des unités périodiques) dans le joint. Les résultats relatifs à l'énergie et à la mobilité amènent de fortes preuves au modèle de joints de grains basé sur la coincidence ou la coincidence «relaxée».

Une ségrégation sélective du soluté aux joints de grains peut conduire à la formation d'orientations préférentielles dans les matériaux recuits et favoriser la corrosion aux joints de grains.     

Segregation at Melted Grain Boundaries in Steel

Abstract

Test samples from continuously cast steels have been fractured by grain boundary melting. The faceted fracture surfaces have been examined by Auger spectroscopy. Sulphur has been found to be segregated on the surface of all of the facets examined. The amount of segregation varies appreciably for different facets in a given sample; on average the segregation increases significantly with an increase in sulphur level from 0.014 to 0.024% S. No segregation of P was detected on the fractured surfaces.

Résumé

Des échantillons d'aciers de coulée continue ont été rupturés par fusion aux joints de grains. Les surfaces de rupture à facettes ont été examinées par spectroscopie Auger. On.a trouvé, sur toutes les surfaces des facettes examinées, une ségrégation de soufre. Le montant de la ségrégation varie appréciablement pour différentes facettes d'un même échantillon. En moyenne, l'étendue de la ségrégation augmente quand la concentration en soufre passe de 0.014 à 0.024%. On n'a pas détecté de ségrégation de P sur les surfaces de rupture.     

Effects of nitrogen and helium shielding mixtures on semiaustenitic stainless steel welds

Abstract

The effect of nitrogen-helium atmos pheres used as a shielding gas for welding of some semiaustenitic stainless steels was studied. Nitrogen, being a strong austenite stabilizer, has the tendency to suppress the amount of retained delta ferrite in the weldment. The addition of 1.0 per cent nitrogen by volume to the helium shielding gas increased the tensile strength of the weldment approximately 4000 psi to within about 1 per cent of the parent metal, and the ductility approximately 33 per cent to within 95 per cent of the parent metal.

The additions of nitrogen to the shielding gas significantly reduced the a mo unt of retained ferrite. However, increasing the nitrogen in excess of 1 per cent by volume drastically reduced the tensile strength and ductility. It is suggested that this reduction in strength and ductility is the result of pertinent alloying components being used up in the formation of nitrides.

Résumé

Les auteurs ont étudié 1'influence de mélanges d'hélium et d'azote utilisés comme gaz de couverture en soudage d'aciers inoxydables semi austénitiques. Stabilisateur puissant de 1'austénite, l'azote tend à diminuer la teneur en fer delta des soudures. En utilisant un gaz renferment 1% en volume d'azote, la résistance à la traction des éprouvettes accuse une augmentation de 4000 psi, la relevant ainsi jusqu'à un écart aussi petit que 1% de la résistance du métal de base; concomitamment, l'allongement s'améliore de 33% et ainsi s'approche jusqu'à 95% de l'allongement du métal de base. L'influence de l'azote, comme moyen de réduire la teneur en fer delta est significative. Toutefois, dès que la quantité d'azote dépasse 1% en volume, la résistance à la traction et l'allongement fléchissent considérablement. Les auteurs avancent que le fléchissement est le résultat de la fixation d'éléments d'alliage par l'azote.     

Strain-induced phase transformations in an austenitic stainless steel powder

Abstract

The strain-induced phase transformations produced in an austenitic stainless steel powder (Type 304L) by ball-milling at temperatures ranging from ?196° to 200°C have been studied by X-ray diffraction methods. It has been found that decreasing the temperature of deformation increases the rate of transformation of austenite to bcc martensite as well as producing more plastic deformation of the austenite. Analysis of a ball-milled 50% Fe/50% Ni alloy showed that the increased microstrain(plastic deformation) at the low temperatures was characteristic of metallic fcc materials, and not a product of the martensitic transformation. ε-martensite was found in the powders milled at ?196° and ?79°C. The value determined for M_d (>200°C), which is considerably higher than any previously reported value, is considered due to the high shear forces generated in the mill

Résumé

Les transformations de phase dans une poudre d'acier inoxydable austénitique (type 304L) causées par la déformation lors du broyage à boulets à des températures entre ?196° et 200°C ont été etudiées par diffraction de rayons X. Une diminution de la température de déformation augmente la vitesse de la transformation austénite - martensite (c.c.) et la deformation plastique de l'austénite. Une analyse d'un alliage 50% Fe/50% Ni broyé à boulets a démontré que l'augmentation de la micro déformation à basse température était caractéristique des métaux cubiques à faces centrées que de la transformation martensitique. Les poudres broyées à ?196° et ?79°C ont présenté de la martensite ε. La valeur de Md (>200°C) trouvée est nettement supérieure aux valeurs trouvées antérieurement, probablement à cause des forces de cisaillement élevées produites dans le broyeur.     

Kinetics of Austenite Transformation During Thermomechanical Processes

Abstract

One of the most important fundamental problems of thermomechanical processing (TMP) of steel is the transformation kinetics of deformed austenite, which has a great influence on the final microstructure and mechanical properties. In the present work, the results of more than 20 year's systematic study of deformation effects on the ferrite-pearlite and bainite transformations conducted by the authors and their colleagues are discussed. The progress of isothermal austenite decomposition was measured by magnetometry, while dilatometry was used to monitor transformation under continuous cooling. From a research base of about 40 steel grades, general conclusions of the characteristic features of austenite transformation kinetics during TMP are formulated and the factors responsible for changes in the kinetics are discussed. The acceleration effects of deformation on the ferrite-pearlite transformation and the much more complicated variations in austenite decomposition rates in the bainite range are considered depending on deformation parameters (temperature (T), strain, postdeformation delays), transformation conditions, and carbon and alloying content of the steels.© 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier ScienceLtd. All rights reserved.

Résumé

L'un des problèmes fondamentaux les plus importants du traitment thermomécanique (TMP) de l'acier est la cinétique de transformation de l'austénite déformée, qui a une grande influence sur la microstructure finale et sur les propriétés mécaniques. Dans le présent travail, on discute des résultats de plus de 20 ans d'études systématiques par les auteurs et leurs collégues, des effets de la déformation sur la transformation en ferrite-perlite et en bainite. On a mesuré, par magnétométrie, le progrés de la décomposition isotherme de l'austénite, alors qu'on a utilisé la dilatométrie pour suivre la transformation en refroidissement continu. A partir d'une base de recherche d'environ 40 types d'acier, on formule des conclusions générales des points caractéristiques de la cinétique de transformation de l'austenite lors de traitement TMP et l'0n discute des facteurs responsables des changements de cinetique. On considére les effets d'accélération de la déformation sur la transformation en ferrite-perlite ainsi que les variations beaucoup plus compliquées destaux de décomposition de l'austénite dans le domaine de la bainite. Ces considérations incluent les paramètres de déformation (temperature (T), déformation, délais d'après-déformation), les conditions de transformation ainsi que le contenu en carbone et en éléments d'alliage des aciers. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

The importance of grain boundary morphology and cohesion on intergranular strength

Abstract

The morphology and constituency at grain boundaries are important in determining the properties of a poly crystalline material. In the present work it is shown that sulphur contents greater than 20 at. ppm. can embrittle nickel and nickel-base superalloys when the sulphur segregates to the grain boundaries and reduces intergranular cohesive strength. Moreover, low ductility can occur in nickel-base superalloy structures with controlled impurity levels when high stress concentrations develop in the grain boundary regions, either because of massive grain boundary shear or because of concentrated slip near grain boundaries.

Résumé

La morphologie et la constitution des join ts de grains sont importantes pour la détermination des propriétés de matériaux poly cristallins. Dans cette étude les auteurs montrent que des concentrations de soufre supérieures à 20 ppm. at. peuvent fragiliser le nickel et des superalliages à base de nickel quand le soufre ségrège aux joints de grains et réduit la cohésion intergranulaire. De plus, dans les superalliages à concentration contrôlée d'impuretés, une faible ductilité peut apparaître quand de fortes concentrations de contraintes se développent aux joints de grains soit sous l'effet de cisaillement massif du joint soit sous l'effet d'un glissement concentré aux joints.     

Growth of highly perfect metal crystals from the melt

Abstract

The nature, origin and control of chemical and structural imperfections in melt-grown single crystals is discussed. Chemical imperfections considered include long-range solute segregation, banding, cellular segregation and dendritic segregation. Structural imperfections discussed include grain boundaries, lineage (striation) substructure and dislocations. Precautions necessary to minimize the number of such imperfections are outlined.

Résumé

La nature, l'origine et Ie contrôle des imperfections structurales ou de composition dans des monocristaux tirés d'un liquide sont discutés. Les imperfections de composition considérées sont la ségrégation à longue distance du soluté, la structure en bande, la ségrégation cellulaire et dendritique. Les imperfections structurales étudiées son ties joints de grains, les sous-structures et les dislocations. Les précautions à prendre pour éviter ces défauts sont données.     

Kinetics of sulphur segregation at grain boundaries and the mechanical properties of nickel

Abstract

The prior Petch study by the authors of segregated Ni-S alloys containing <1-50 ppm S is extended here to examination of the kinetics of grain boundary hardening and of the effects of thermal history in these same alloys. It is demonstrated that the kinetics of segregation as inferred from boundary hardening are quite complex and much too rapid to be accoun ted for by normal volume diffusion. However, segregation kinetics become sufficiently slow below room temperature that quenching to, and testing at, cryogenic temperatures permit comparison of the tensile properties of bulk specimens of the nickel alloys in the condition with sulphur dispersed and that with sulphur segregated near the grain boundaries. Even the purest nickel tested (<1 ppm S) exhibits a significant increase in reduction-in-area and an increase in the .2% flow stress in the dispersed state relative to the segregated state. The present results are shown to be most fully consistent with a vacancy assisted, non-equilibrium segregation model rather than one of precipitation or equilibrium segregation.

Résumé

Pour faire suite à leur précédente étude de la relation de Petch dans les alliages Ni-S contenant 0–50 ppm, les auteurs ont étudié la cinétique de durcissement des joints de grains et les effets de l'histoire thermique dans ces meme alliages. La cinétique de ségrégation telle que déduite du durcissement du joint est quelque peu complexe et beaucoup trop rapide pour être interprétée en termes de diffusion volumique normale. Cependant, au-dessous de la température ambiante, la cinétique de ségrégation devient suffisamrtlent lente pour que, par trempe et essais à des tempéraptures cryogéniques, une comparaison puisse être établie entre les propriétés en traction D'échantillons d'alliages de nickel soit con tenant du soufre sous forme dispersée soit contenant du soufre ségrégé prés des join ts de grains. Même le nickel le plus pur (S < 1 ppm) révèle une augmentation significative de la réduction de section et une augmentation de la limite d'élasticité à 0.2% quand le soufre est à l'etat disperse plutot qu'a l'état ségrégé. Ces résultats se révèlent beaucoup plus compatibles avec un modèle de ségrégation de non-équilibre assistée par les lacunes plutôt qu'avec un modèle de ségrégation d'équilibre ou un modèle de précipitation.     

A Perspective of Research and Development in North American Steelmaking

Abstract

A thermomechanical processing technique is used to improve austenitic Hadfield Mn-steel wear properties. ASTM A128 grade C steel billets were sized and multi-pass hot rolled. Rolling has been successfully carried out up to an 80% reduction in thickness on four passes in the temperature range 1200 to 800 °C. The inter-pass time ranged between 9 to 13 seconds. The steel was then solution treated at 900, 1000 and 1100°C for 30 min. at temperature. Austenite grain size was measured and the carbide volume fraction was evaluated. The austenitic grains of the as-cast structure are surrounded by a network of carbides. The carbides have a lamellar structure and are richer in Cr and Mn than the austenitic grains. Austenitizing at 1100 °C was the optimum to dissolve the network of carbides. However, solution treatment at the higher temperature coarsens the austenite grains while decreasing the carbide volume fraction. By contrast, hot rolling creates finer grains and signficantly reduces the carbide content. Furthermore, hot rolling followed by solution treatment further decreases the carbide content and distributes them homogeneously. This process has a positive effect on both the mechanical and wear properties. High reductions by hot rolling of the Hadfield steel creates both deformation bands and a twinned structure. These twinning boundaries are considered as slip obstacles to provide strengthening. A thick sheet martensitic structure is created accompanying twinning. Moreover, solution treatment of the hot deformed steel leads to the formation of a thin martensitic structure.

On utilise une technique de traitement thermomécanique pour améliorer les propriétés d'usure de l'acier austénitique au manganèse. On a coupé et laminé à chaud par passes multiples des billettes d'acier ASTM A 128, de grade C. On a effectué le laminage, avec succès, jusqu'à une réduction de 80% de l'épaisseur, avec quatre passes dans la gamme de température de 1200 à 800 °C. La durée entre les passes était de 9 à 13 secondes. On a ensuite effectué un traitement de mise en solution à 900, 1000 et 1100°C, pendant 30 minutes à la température donnée. On a mesuré la taille de grain de l'austénite et l'on a évalué la fraction volumique du carbure. Les grains d'austénite de la structure brute de coulée sont entourés d'un réseau de carbures. Les carbures ont une structure lamellaire et sont plus riches en Cr et en Mn que les grains d'austénite. La température optimale d'austénitisation pour la dissolution du réseau de carbures était de 1100 °C. Cependant, le traitement de mise en solution à cette température plus élevée produit un grossissement des grains d'austénite tout en diminuant la fraction volumique de carbure. En contraste, le laminage à chaud crée des grains plus fins et réduit significativement le contenu en carbure. En outre, le laminage à chaud suivi par le traitement de mise en solution diminue encore plus le contenu de carbures et distribue ceux-ci de façon homogène. Ce traitement a un effet positif tant sur les propriétés mécaniques que sur les propriétés d'usure. Des réductions élevées par laminage à chaud de l'acier austénitique au manganèse créent des bandes de déformations ainsi qu'une structure maclée. Ces joints de grains de macle sont considérés comme des obstacles au glissement, fournissant ainsi un renforcement. Une feuille épaisse à structure martensitique, accompagnant le maclage, est ainsi créée. De plus, le traitement de mise en solution de l'acier chaud déformé mène à la formation d'une structure martensitique mince.     

Recovery and recrystallization of carbon steel between intervals of hot working

Abstract

Interrupted compression tests were used to study the static softening of austenite at temperatures from 780 to 1040°C. Prior straining was carried out at strain rates in the range 10^?3 to 10^?1 s^?1 and interruption strains of up to 0.41 were applied to 0.06% C, 0.42% C and 0.68% C steels, as well as to a modified 0.07% C steel containing niobium.

The results indicate that a critical strain is required for the initiation of static, i.e., classical, recrystallization after prior hot deformation. For strains inferior to this critical amount, recrystallization does not occur at all, even after holding intervals of 10⁵ s or more, and softening takes place instead entirely by static recovery. Evidence is presented for the existence of a second critical strain, about twice as large as the first, which corresponds to a point just before the peak in the flow curve. This is the critical strain for the initiation of post-dynamic (metadynamic) recrystallization. The latter process, unlike the mechanism of classical recrystallization, does not involve an incubation period.

The effects of prior strain, strain rate and temperature on the rates of these three softening mechanisms are compared. Some attention is also given to the influence of alloying elements on softening rates in austenite.

Résumé

Des essais de compression à chaud avec interruptions ont été utilisés pour etudier la restauration statique de l'austénite entre 780 et 1040°C.

La déformation initiale a été effectuée à des vitesses variant de 10^?3 à 10^?1 s^?1 et les interruptions ont eu lieu jusqu'à des déformations de 0.41. Ces essais ont été réalisés pour des aciers à 0.06%C, 0.42%C et 0.68%C, ainsi qu'à un acier à 0.07%C modifié au niobium.

Les résultats indiquent qu'une déformation critique est nécessaire pour initier après déformation la recristallisation statique, c'est-à-dire classique.

Pour des valeurs de la déformation inférieure à cette valeur critique, la recristallisation ne se produit jamasi même après des temps de maintient de l0⁵s ou plus et l'adoucissement qui apparaît est entièrement dû à une restauration statique.

La preuve est faite de l'existence d'une second déformation critique, environ deux fois plus élevée que la premiere, et qui correspond à un point situé juste avant le sommet de la courbe effort-déformation. Cette seconde déformation est la déformation critique nécessaire à l'initiation de la recristallisation post-dynamique (métarecristallisation). Contrairement au mécanisme de la recristallisation classique, cette métarecristallisation ne nécessite pas une période d'incubation.

Les auteurs comparent les effets de la déformation initiale, de la vitesse de déformation et de la température sur ces trois mécanismes d'adoucissement. Ils portent une attention spéciale à l'influence des éléments d'alliage sur l'adoucissement de l'austénite.     

Equilibrium phase relationships during solidification of Fe-O-C-X alloys

Abstract

Analysis of the solidification process of alloys requires that the phase relationships at equilibrium be known. The problem is complex and difficult for commercial ferrous alloys because of the presence of iron, carbon, oxygen, a deoxidizer, manganese, sulphur, etc. This study develops the phase relationships in the iron-rich corner of four component systems and covers the Fe-O-C-Si and Fe-O-C-Al systems specifically. The equilibrium state is treated at 1 atm pressure. The effects of suppression of formation of CO and of segregation of elements between liquid and solid iron are then analyzed.

Résumé

L'analyse du procédé de solidification des alliages requiert que la relation des phases à l'equilibre soit connue. Le problème est complexe et difficile pour les alliages ferreux commerciaux à cause de la présence de fer, de carbone, d'oxygene, d'un désoxydant, de manganèse, de soufre, etc. L'étude présente développe la relation des phases dans la région riche en fer d'un système à quatre composants, en particulier les systèmes Fe-O-C-Si et Fe-O-C-Al. L'équilibre est traité à 1 atm. de pression. Les effets de la suppression de formation de CO et de ségrégation d'éléments entre le fer liquide et solide sont ensuite analysés.     

Austenite particle coarsening and delta-ferrite grain growth in model Fe–Al alloy

Abstract

The grain growth kinetics of delta-ferrite was investigated in a model Fe–Al alloy in which a small volume fraction of austenite particles is used to control grain growth. The specimens were heated to different temperatures in the two phase (delta-ferrite+austenite) region and held for times between 5 min and 288 h followed by water quenching. The coarsening kinetics of the austenite particles could be described both in terms of bulk (t^1/3) and grain boundary (t^1/4) diffusion. The growth of the delta-ferrite grains was dominated by the pinning effect of the austenite particles. When the particle pinning pressure was much larger than the driving force for grain growth, the growth of delta-ferrite grains was completely pinned. Under conditions in which the particle pinning force and the driving force for grain growth were comparable, ferrite grain growth occurred at a rate which is proportional to the rate of coarsening of the austenite particles. When the particle pinning force is smaller than the driving force, grain growth occurs at a rate which is lower than that expected without pinning.

On a examiné la cinétique de croissance de grain de ferrite delta dans un alliage modèle de Fe-Al dans lequel une petite fraction volumique de particules d’austénite est utilisée pour contrôler la croissance de grain. On a chauffé les échantillons à différentes températures dans la région à deux phases (ferrite delta + austénite) et on les a maintenus pour des durées allant de 5 minutes à 288 heures, puis on les a trempés à l’eau. On pourrait décrire la cinétique de grossissement des particules d’austénite tant en fonction de la diffusion volumique (t^1/3) que de la diffusion aux joints de grain (t^1/4). La croissance des grains de ferrite delta était dominée par l’effet d’épinglage des particules d’austénite. Lorsque la pression d’épinglage de particule était beaucoup plus grande que la force motrice pour la croissance de grain, la croissance des grains de ferrite delta était entièrement épinglée. Dans les conditions où la force d’épinglage de particule et la force motrice pour la croissance de grain étaient comparables, la croissance de grain de ferrite se produisait à une vitesse proportionnelle à la vitesse de grossissement des particules d’austénite. Lorsque la force d’épinglage de particule était plus petite que la force motrice, la croissance de grain se produisait à une vitesse plus faible que la vitesse sans épinglage.     

Embrittlement of heat-treated Zr-2.5 wt% Nb pressure tubes

Abstract

Fracture studies were made on two batches of SGHWR pressure tubing. One of the batches had a normal grain size and structure, while the other was coarse grained due to overheating during heat treatment. The aim was to determine the critical crack length of the tubes under reactor operating conditions, and the effect on the critical lengths of embrittlement by hydrogen absorption and neutron irradiation damage. Tubes were measured directly where possible, while supplementary data were obtained from tests on small specimens, enabling the effects of embrittlement to be predicted. The coarse-grained tube was found to be much more susceptible to hydrogen and irradiation embrittlement than the fine-grained tube, and it is expected that the critical length would be reduced from an initial 4 in. to about 1.5 in. at the end of life. In contrast the critical length of the fine-grained material would only be reduced from 5 in. to approximately 3.5 in.

Résumé

Des essais de rupture ont été faits sur deux lots de tubes de force SGHWR. Léun de ces lots avait une taille de grain et une structure normales tandis que le second avait de gros grains dûs à une surchauffe lors des traitements thermiques. Le but de cette étude était de déterminer la longueur critique des fissures des tubes dans les conditions d'opération et l'effet sur cette longueur critique de la fragilisation par l'hydrogène adsorbé et par irradiation aux neutrons. Quand ce fut possible les essais furent effectués sur les tubes et des données supplémentaires furent obtenues par des essays sur petits échantillons, ceci permettant de prédire les effets de la fragilisation. Le tube à gros grains était plus sensible à la fragilisation par hydrogène et par irradiation et il est preévu que la longueur critique sera réduite de 4 à 1.5 pouces a la fin de la vie utile. Pour le tube à grain fin par contre cette longueur ne serait réduite que de 5 à 3.5 pouces environ.     

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.     

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.     

The determination of oxygen activity in liquid steel and the practical use of these values to control deoxidation

Abstract

The application of a galvanic oxygen-concentration cell to measure dissolved oxygen content in molten steel has been investigated using Leigh Instruments’ Oxygen Probe. Data collected on 65 BOF heats (0.12% max. carbon) were processed for multiple correlation analysis on Algoma Steels IBM 1150 computer. Nomographs, to predict the oxygen concentrations in liquid steel before tap, were constructed on the basis of regression equations developed from multiple analysis. Results show that oxygen concentrations in low carbon steels (0.12% max. carbon), determined with the help of these nomographs, are within less than 10% of the true oxygen values obtained by using oxygen probe measurements.

Oxygen values determined before tap are later used as a basis for etermining ladle aluminum requirements for low-carbon, aluminum-killed (L.C.A.K.) BOF steels. Another nomograph is constructed from which the quantity of aluminum to be added to the ladle can be directly read. Results show that the per cent frequency in meeting aim aluminum ranges for these heats has nearly doubled since the nomograph has been used in production. Considerable savings in aluminum consumption have also been reported, together with a sizable reduction in the diversion rate for L.C.A.K. steel.

Résumé

L'applicabilite d'une sonde à oxygène pour mesurer l'oxygène dissout dans l'acier liquide a été appréciée en utilisant une sonde à oxygène de Leigh Instruments. Les données recueillies sur 65 charges de convertisseur à oxygené (0.12% max. de carbone) ont été analysées par corrélations multiples, sur calculateur IBM 1150 de l'Algoma. Les nomogrammes, pour prédire la concentration d'oxygéne dans l'acier liquide avant la coulée, ont été construits à partir des équations de régression obtenues après analyse statistique des résu1tats. Les résultats subséquemment obtenus de ces nomogrammes montrent que les concentrations en oxygène pour les aciers à bas carbone (0.12% max. de carbone) ne diffèrent pas de plus de 10% des valeurs obtenues par mesure directe de l'oxygene avec la sonde à oxygéne.

Les valeurs d'oxygène ainsi obtenues avant la coulée sont par la suite utilisées pour déterminer les quantités d'aluminium dans la poche de coulée a ajouter pour ces aciers de convertisseur à oxygène à bas carbone calmés a l'aluminium. Un autre nomogramme a été construit a partir duquel on peut lire directement la quantité d'aluminium, a ajouter dans la poche de coulée. Les résultats démontrent que depuis que ce nomogramme a été utilisé en production, le pourcentage de fois que la quantité d'aluminium nécessaire ajouté s'est avéré exacte a presque doublé. Ses économies substantielles dans la consommation d'aluminium ont été ainsi enregistrées ainsi qu'une réduction appréciable de différence dans les nuances de ces aciers à bas carbone, calmé à l'aluminium.     

Effect of Deformation in Controlled Rolling on Ferrite Nucleation

Abstract

Nucleation of ferrite either at austenite grain boundaries or within them on deformation defects has been examined experimentally and analyzed on the basis of the theory of heterogeneous nucleation. Low-carbon low-alloy steels were deformed by controlled rolling schedules to a total reduction of 50 or 68% in finish rolling at 730-800 °C. Deformation accelerates the kinetics of the γ→∞ transformation and strongly activates ferrite nucleation at grain boundaries. Both experimental and theoretical estimations showed that the rate of intragranular nucleation is much less compared to nucleation at grain boundaries. Intragranular nuclei develop notably only in the final stages of transformation in deformed austenite and affect the formation of structure only in the small separated areas.

On a examiné expérimentalement et analysé la nucléation de la ferrite, soit aux joints de grain de l'faustenite, ou à l'finterieur de ceux-ci, aux défauts de déformation, en se basant sur la théorie de la nucléation hétérogéne. On a déformé des aciers peu alliés à faible carbone, en suivant des plans de laminage contrôlé, jusqu'fa une réduction totale de 50 ou 68% pour le laminage final a 800-730 °C. La déformation accélère la cinétique de transformation de γ→α et active fortement la nucleation de la ferrite aux joints de grains. Tant les évaluations expérimentales que theoriques ont montré que le taux de nucléation intragranulaire était beaucoup moins élevé en comparaison avec la nucleation aux joints de grain. Les noyaux intragranulaires se développent particuliérement seulement lors des étapes finales de transformation de l'faustenite déformée et affectent la formation de la structure seulement dans de petites zones séparées.