Yield loci of Zircaloy tubing with different textures

Abstract

Yield loci of four batches of Zircaloy-4 canning tubes with different textures were measured at room temperature for quadrants I and IV (axial tensile or compressive stresses in combination with internal pressure). The circumferential and axial strains were continuously recorded using applied strain gauges and maximum plastic strains of about 0.2%.

A comparison with the yield loci determined by Knoop hardness measurements gave marked differences in the shape of the yield loci. The experimental results showed that the shape of the yield loci of Zircaloy tubing can be altered by texture variations, mainly by changes in the tilt angle of the basal poles of the hexagonal zirconium crystals from the radial towards the tangential direction of the tubes. The yield loci of tubes with a sharp ideal orientation can be calculated successfully for all four quadrants on the basis of the active slip or twinning systems for specific biaxial loading conditions. It is shown that the use of the Von Mises yield criterion is limited to only a few texture and stress conditions.

Résumé

Les points d'ecoulement de quatre lots de tubes en Zircaloy-4, ayant des textures différentes, ont été mesurés à l'ambiante pour les quadrants I et IV (contraintes axiales de tension ou de pression juxtaposées a une pression interne). Les déformations circonférentielles et axiales furent continuellement enregistrées à l'aide de jauges de déformation et de déformations plastiques d'environ 0.2%.

Des différences marquées dans la forme du point d'écoulement furent observées en comparaison avec celle mesurée par dureté Knoop. Les résultats expérimentaux ont montré que la forme du point d'ecoulement de tubes de Zircaloy peut être modifiée par des variations de texture surtout par des changements dans l'angle d'inclinaison des pôles du plan de base du zirconium, de la direction radiale vers la direction tangentielle des tubes. On peut ca1culer avec succés le point d'écoulement pour les quatre quadrants, de tubes ayant une orientation idéale marquée, en se basant sur les systèmes actifs de glissement ou de maclage pour des conditions spécifiques de contrainte biaxiale. On montre qu'on peut utiliser le critère d'écoulement de von Misès seulement pour quelques conditions de texture et de contraintes.     

Reduction of chromites in methane-hydrogen mixtures-chromium sesquioxide

Abstract

Chromium sesquioxide can be reduced to chromium metal or carbide by mixtures of hydrogen and methane. The mechanisms and conditions for these reactions have been determined using simulation of the effects of methane cracking by controlled addition of carbon. The work forms a basis for the investigation of reduction of chromite ores by coke-oven or natural gas. This reaction is of economic interest because the oxygen tends to be removed as carbon monoxide, thus retaining the reducing potential of the effluent gases. Kinetic data were collected from temperature programmed experiments to which a model, based upon the shrinking-core concept for gas-solid reactions, was found to be applicable. The solid-solid carbon-chromium oxide reduction is the sum of three chemical reactions and is catalyzed by hydrogen, although carbon monoxide diminishes the effect of this catalysis below 1200°C.

Résumé

Le sesquioxide de chrome peut être réduit à l'état de métal chrome ou de carbure de chrome par les mélanges hydrogène-méthane. Les mécanismes et les conditions de ses réactions ont éte déterminés en utilisant la simulation des effets de «cracking» du méthane par des additions contrôlées de carbone. Ce travail est primordial pour l'étude de la réduction des minerais de chromite pour les gaz des fours à coke ou le gaz naturel. Cette réaction a un intérèt économique parce que l'oxygène tend à être éliminé sous forme monoxyde de carbone, qui conserve le potentiel réducteur des gaz qui s'echappent. Les données cinetiques ont été collectées à partir des expériences avec programmation de la température pour lesquelles un modèle fonde sur l'hypothèse d'une réduction à symétrie sphérique pour les réactions solide-gaz s'est révélé applicable. La réaction solide-solide de réduction de l'oxyde de chrome par le carbone est la somme de trois réactions chimiques et est catalysée par l'hydrogène bien que l'oxyde de carbone diminue son effet catalytique pour des températures inferieures à 1200°C.     

Rate of Transfer of Manganese Across Metal-Slag Interface and Interfacial Phenomena

Abstract

The rate of oxidation of manganese in liquid iron by oxidizing slag and rate of reduction of manganese oxide in liquid slag by liquid iron were measured at 1873 K. At the same time the liquid iron-slag interface was observed by an X-ray TV and the shape of iron drops was photographed on a film to determine the interfacial tension. From the results of the rate measurements it was found that the reaction proceeded rapidly over the initial period in the case of oxidation, but not in the case of reduction. The rate of reaction was analysed on the assumption that the reaction was controlled by simultaneous transport of manganese and oxygen. The change of interfacial tension during a run was small in spite of the transfer of surface active oxygen.

Résumé

Les vitesses d'oxydation et de réduction du manganèse ont été mesurées à l'interface métal-scorie d'un bain de fonte liquide à 1873 K. Simultanément, l'interface fonte-scorie a été observée à l'aide d'une caméra de télévision R-X et les goutelettes de fonte photographiées afin de déterminer la tension interfaciale. A partir des résultats des vitesse de réaction, il s'est avéré que la réaction s'effectue rapidement lors de la période initiale d'oxydation, mais non lors de la réduction. La vitesse de la réaction a été analysée en supposant qu'elle était contrôlée par le transport simultané du manganèse et de l'oxygène. Le changement de tension interfaciale lors d'un essai étai faible malgré le transfert d'oxygène actif en surface.     

Development of high strength zirconium alloys

Abstract

Assessment of the effects of various alloying elements and strengthening methods in zirconium alloys has indicated that alloys with adequate strengtl1 for use as pressure tube material at temperatures above 400°C can be developed. Ternary, quaternary and quinary alloys based on zirconium have been prepared and subjected to various thermal and deformation treatments. Their age-hardening behaviour and tensile properties are described and some information on their corrosion resistance and response to fast neutron irradiation at 300° and 450°C is presented. The target of UTS in the range 90–120 kpsi at 450°C can be achieved in alloys having an acceptable thermal neutron capture cross section. Adequate strength combined with the ductility necessary for pressure tube fabrication can be obtained by air cooling selected alloys from temperatures high in the (α + β) range.

Résumé

L'evaluation des effets de divers éléments d'alliage et des méthodes dc durcissement permet de croire que des alliagcs ayant une résistance adéquate peuvent être développés pour des tubes de force utilisés à des températures supérieures à 400°C. Des alliages ternaires, quaternaires et quénaires à base de zirconium ont été préparés et soumis à divers cycles thermiques et cycles de déformation. L'étude a porté sur leur vieillissement et leurs propriétés en traction; quelques observations sur leur tenue en corrosion et en irradiation par des neutrons rapides à 300° et 450°C sont présentées. Il est possible d'atteindre des résistances à la traction de 90 à 120 kpsi a 450°C pour des alliages ayant une faible section de capture des neutrons. Une résistance suffisante jointe à la ductilité nécessaire pour la fabrication des tubes peut être obtenue par refroidissement à l'air de certains alliages à partir d'une température élevée dans le domaine α + β.     

Kinetic Study of the Chlorination of Galena

Abstract

A study of the kinetics of chlorination of the mineral galena (PbS) was conducted using thermogravimetry (TG), supplemented by X-ray diffraction, optical microscopy of polished sections, and scanning electron microscopy. TG experiments were conducted both isothermally and non-isothermally in an assembly specially designed to handle corrosive atmospheres.

The results of the non-isothermal experiments indicated that, due to the highly exothermic nature of the reaction between galena and chlorine, parameters such as particle size, sample geometry, and heat transfer had a substantial influence on the reaction. The isothermal investigations were conducted from 250 to 400°C with an adequate heat sink in contact with the sample and under conditions chosen so that the rate of reaction was independent of gas flow rate. The results were examined on the basis of different kinetic models and were found to be consistent with the “shrinking core” model in which the reaction rate is controlled by diffusion through the PbCl₂ product layer. This model is supported by the relationship between the rate of chlorination and the particle size of the galena and by photomicrographs showing an increase in thickness of an adherent product layer as the degree of chlorination increased. The rate of reaction, at sufficiently high Cl₂ partial pressure, was independent of Cl₂ partial pressure. The activation energy was found to be 113 kJ/mol. A mechanism for the diffusion process is proposed.

Résumé

Une étude cinétique de la chloration du minéral de galéne (PbS) a été effectuée au moyen de la thermogravimétrie (TG), avec diffraction à rayons X, microscopie optique des sections polies et microscopie électronique à balayage comme méthodes supplémentaires. Des expériences thermogravimétriques ont été effectuées isothermiquement et non-isothermiquement dans un appareil destiné spécialement à des atmosphères corrosives.

Les résultats des expériences non-isothermiques ont démontré que puisque la reaction entre la galène et le chlore est très exothermique, des facteurs tels que la granulométrie, la disposition de l'echantillon et le transfert de chaleur avaient grandement influencé la réaction. Les investigations isothermiques ont été effectuées à des temperatures variant entre 250 et 400°C avec un récepteur de chaleur contigu à l'echantillon et à des conditions choisies afin que la vitesse de la réaction soit indépendante du débit de gaz. On a examiné les résultats par différents modèles cinétiques et on a trouve qu'ils étaient compatibles avec le modéle de “noyau rétrécissant” selon lequel la vitesse de réaction est contrô1ée par diffusion à travers une couche de produit PbCl₂. Ce modèle est appuyé par la relation entre la vitesse de chloration et la granulométrie de la galène et par des photomicrographies indiquant une augmentation de l'épaisseur d'une couche adherente du produit au noyau avec l'augmentation du degré de la chloration. A une pression partielle de Cl₂ suffisament élevée, la vitesse de la réaction était indépendante de la pression partielle de Cl₂. On a démontre qué l'energie d'activation était 113 kJ /mol. On propose un mécanisme de diffusion.     

Hydride orientation and tensile properties of Zr-2.5 wt% Nb pressure tubing hydrided while internally pressurized

Abstract

An investigation was carried out to determine the orientation and the effect on tensile properties of hydrides precipitated in heat-treated Zr-2.5 wt% Nb tubing during the corrosion hydriding of internally pressurized samples. It was found that as the stress during hydriding was increased the hydrides gradually assumed a characteristic radial orientation nearly perpendicular to the hoop stress. The observed radial hydride orientation was influenced by prior β grain size, residual quenching stresses, cold-work strains and stresses applied while the pressure tube was being hydrided. Hoop stresses in excess of 20,000 psi were required to produce complete radial orientation of the hydrides.

Transverse tensile tests on the hydrided tubes were conducted using a reduced section ring technique. These tests revealed a low ductility at low temperatures with a transition in the range 60°–100°C for material with radially oriented hydrides. Low tensile ductility was observed at significantly higher temperatures when a massive hydride layer was present near the surface of the test samples.

Résumé

Dans des tubes en Zr-2.5 % poids Nb trempé et vieilli et soumis à la corrosion hydrogenante sous pression, une étude a été entreprise pour déterminer l'orientation des hydrures précipités et leurs effets sur les propriétés mecaniques en traction. Les résultants indiquent que lorsque la contrainte augmente pendant léhydrogenation, les hydrures acquièrent graduellement une orientation radiale caractéristique, à peu prés perpendiculaire à la contrainte circonférentielle. Cette orientation radiale des hydrures est influencée par la taille du grain β initial, les contraintes de trempe résiduelles, les déformations à froid et les contraintes appliquées lorsque le tube sous pression est hydrogéné. Des contraintes circonférentielles supérieures à 20,000 psi sont nécessaires pour produire une orientation parfaitement radiale des hydrures.

Des essais de traction en travers des tubes hydrogénés ont été réalisés en utilisant la technique de l'anneau à section réduite. Ces essais ont révélé une faible ductilité à basses températures avec une transition dans le domaine 60°–100°C pour le matériau à hydrures orientés radialement. Une faible ductilité en traction a été observée à des températures beaucoup plus hautes quand une couche massive d'hydrures existait près de la surface des échantillons.     

The kinetics of the reactions between silica and alumino-silicate refractories and carbon-saturated iron

Abstract

The rates of attack of silica and alumino-silicate refractories in iron-carbon melts were measured. An immersion technique with cylindrical specimens was used under both static and dynamic conditions. The rates of reaction were measured both by specimen weight-loss and by chemical analysis of the melt. Experiments were carried out at 1400, 1500 and 1600°C under an inert atmosphere. The rates were found to be independent of rotation speed up to 400 rpm and for concentrations of carbon (>2.3%) and silicon (<1.0%) in the melt. The results are interpreted in terms of chemical reaction control at the refractory/metal interface and the dissociation of silica is proposed as the controlling step.

Résumé

On a mesuré les vitesses d'attaque des réfractaires de silice et alumino-silicates dans des bains fer-carbone par une technique d'immersion, avec des échantillons cylindriques, dans des conditions statiques et dynamiques. Les vitesses de réaction ont été mesurées à partir de la perte de poids des échantillons et par analyse chimique du bain. Les expériences ont été faites à 1400, 1500 et 1600°C sous atmosphère inerte. Les vitesses se sont averées etre indépendantes de la vitesse de rotation jusqu'à 400 rpm pour des concentrations de carbone (72.3%) et silicium (< 1.0%) dans le bain. Les résultats ont été interprétes en termes de contrôle de la réaction chimique à l'interface réfractaire-métal et on propose que la dissociation de la silice est le facteur contrôlant.     

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.     

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.     

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.     

Fundamental studies related to the development of the smelting reduction of iron oxide and carbon-constant volume studies

Abstract

Today, most of the iron-making capacity of the world is still dependent upon the blast furnace process, although the production of sponge iron by direct reduction processes is gaining acceptance in many areas. Another method of making iron, known as smelting reduction, is receiving attention, and pilot-plant scale operations are being developed in Europe and possibly elsewhere. In this method, iron oxide is reduced with carbon (coal) by a fast reaction such that liquid iron is the product, heat being provided to the reaction by the exothermic oxidation of carbon monoxide by oxygen within the reaction vessel.

In the present investigation, an attempt has been made to study the behaviour of composite pellets of wüstite and carbon in the region of 1500°C in various gas atmospheres at constant volume. Reaction rates were followed within the constant-volume system by measuring the increase in pressure with time using a pressure transducer. Composite pellets containing slightly more than the stoichiometrically required amount of carbon were reacted to form liquid iron in an argon atmosphere; to achieve melting, good mixing of the pellets was a critical requirement. Melting conditions were also obtained in carbon monoxide-carbon dioxide mixtures between 100 per cent CO and 100 per cent CO₂ When composite pellets, surrounded by a protective layer of carbon, were introduced into an atmosphere containing free oxygen, it was again possible to obtain melting and reduction to liquid iron. The activation energy for the reaction was approximately 15 kcal/mole. Possible reaction mechanisms are discussed.

Résumé

De nos jours, la réduction des oxydes de fer s'accomplit en grande partie au haut foumeau. On note toutefois une implantation graduelle des procédés de réduction directe des oxydes en fer éponge. Une autre méthode de production du fer, connue sous Ie nom de smeltage réducteur, est actuellement à l'étude. Des essais à l'échelle de l'usine pilote se font actuellement en Europe et possiblement ailleurs. La méthode consiste à produire du fer liquide en réduisant rapidement l'oxyde de fer par du carbone. L'énergie requise pour la réaction vient de l'oxydation exothermique du monoxyde de carbone par l'oxygène présént dans l'enceinte réactionnelle.

Les auteurs ont étudié le comportement de boulet1es composées de wüstite et de carbone en présence de diverses atmosphères gazeuses dans une enceinte fermée à 1,500°C. Les vitesses de réaction ont été détérminées en mesurant l'augmentation de la pression dans l'enceinte au moyen d'un transducteur de pression. Des boule1tes composées comportant un peu plus que la quantité stoechiométrique de carbone ont été réduites en fer liquide dans une atmosphère d'argon. La fusion n'avait lieu que si les constituants des boulet1es étaient intimement mélangés. La fusion de boulet1es a été réalisée dans des atmosphères constituées de melanges CO-CO₂, les proportions variant entre 100% CO et 100% CO₂. Le fer liquide a aussi été obtenu en faisant réagir des boulettes d'oxyde et de carbone entourées d'une couche protectrice de carbone, dans une atmosphère contenant de l'oxygène libre. L' énergie d'activation de la réaction était d'environ 15 kcal/mole. En fin, les auteurs discutent des mécanismes de la réaction.     

Effects of Interaction Between Surface Active Elements on the Surface Tension of Iron

Abstract

Surface tension data at 1650°C have been measured for the Fe + S + O ternary system and the two binary systems, Fe + O and Fe + S using the levitated drop technique. The results indicate that the reductions in surface tension due to oxygen and to sulphur are essentially additive in the ternary system. Excess concentrations (Γ) for both oxygen and sulphur have been calculated for both binary and ternary systems; an empirical rule for calculating Γ values for the ternary system from Γ values for the binaries has been proposed. The temperature dependencies (dγ/dT) for both ternary alloys and for a stainless steel were found to be positive. Surface analysis of the samples has been determined using electron spectroscopy (ESCA); the results indicated a considerable enhancement in the concentration of the surface active elements, O and S in the surface layers. The effects of additions of deoxidizers and desulphurizers like Al and Ce upon the surface tension have been investigated. The significance of the surface tension upon the welding characteristics of steels is discussed and the models for their interdependency evaluated in the light of the data obtained in this investigation.

Résumé

Les mesures de tensions superficielles ont été effectuées à 1650°C pour le système ternaire Fe-S-O et les systemes bin aires Fe-O et Fe-S au moyen de la technique de lévitation. Les résultats indiquent que les réductions de la tension superficielle sont essentiellement additifs dans le système ternaire. La concentration en excès (Γ) en oxygène et en sulfure a été calculée pour les systèmes bin aires et ternaires. Une règle empirique du calcul des valeurs de Γ pour le système ternaire a été établie à partir des valeurs des systèmes binaires. Les dépendances avec la température (dγ/dT) des alliages ternaires et de l'acier inox se sont révélées positives. L'analyse superficielle des échantillons a été éffectuée par spectroscopie électronique (ESCA). Les reésultats ont montré un enrichissement considérable dans la concentration des éléments actifs, O et S dans les couches superficielles. L'effet de désoxydation et désulfuration (Al et Ce) sur la tension superficielle a été étudié. L'effet de la tension superficielle des aciers sur la soudabilité est discuté et le modèle de leur interdépendance est évalué à la lumière des résultats de cette recherche.     

Dynamic recovery of aluminum during hot rolling

Abstract

Superpurity aluminum was rolled at 235 and 315°C to 90 per cent reduction in a single pass. The changes in microstructure arising from the deformation were examined by polarized-light and transmission-electron microscopy. The original grains were elongated in the direction of rolling and contained an equiaxed polygonized substructure. The subgrains were larger and more perfect at the higher rolling temperature. The extent of dynamic recovery is compared with that of commercial-purity aluminum and with that of other face-centred cubic metals.

Résumé

Un taux de réduction de 90% par laminage en une seule opération a été effectué sur de l'aluminium à 99.99% de pureté à 235 et à 315°C. Les modifications de la structure dues à cette déformation ont été éxaminées en lumière polarisée et par microscopie électronique en transmission. Les grains originaux sont allongés dans le sens de la déformation et présentent une sous-structure polygonalisée équiaxiale. Des sous-grains plus réguliers et plus gros ont été obtenus à la température la plus élevée. L'importance de la restauration dynamique est comparée avec celle de l'aluminium de pureté commerciale et avec celie d'autres métaux cubiques à faces centrées.     

A theory of size reduction involving fracture mechanics

Abstract

A theoretical study was made to derive an energy equation for 'the size reduction process. The stress and deformation experienced by an irregularly shaped rock particle, which is subjected to the action of a pair of concentrated loads directed in compression towards the loading point at the shortest distance, were analyzed by the theory of elasticity. Then, based on the experimental fact that fracture is possible only when the tensile stress excéeds the tensile strength of rock, the strain energy required for size reduction was found to be proportional to the third power of particle size and the square of tensile strength, as well as inversely proportional to Young's modulus.

Since the tensile strength of a rock particle is a function of particle size, Weibull's concept applied to the size reduction problem, requires that the energy for size reduction is now proportional to the 3[1-(2/β)]th order of the particle size, β being the coefficient of uniformity of the rock.

The energy equation derived in this study is the same as Kick's theory when β=∞ Bond's theory when β= 12 and Rittinger's theory when β= 6. This theory may permit an accurate energy calculation for a selected size reduction operation from laboratory test information on rock specimen, such as tensile tests yielding Young's modulus and fracture stress.

Résumé

Une étude théorique a été entreprise pour obtenir une expression énergétique dans le procédé de réduction des dimensions de particules. Les contraintes et les déformations engendrées sur une particule rocheuse de forme irrégulière et sujette à des charges concentrées, en compression et dirigées vers le point de mise en charge à la plus courte distance, ont été analysées par la théorie de l' élasticite. En se basant sur le fait, vérifié expérimentalement, que la rupture n'est possible que si la contrainte de tension dépasse la charge de traction de la roche. l' énergie de deformation requise pour réduire les dimensions est alors proportionnelle au cube de la taille de la particule et au carré de la résistance a la traction et inversement proportionnelle au module d'Young.

Comme la résistance à la traction d 'une particule de roche est fonction de sa taille, le concept de Weibull appliqué à ce problème, implique que l' énergie pour la réduction est proportionnelle à la puissance 3 (1? 2/β de la taille de la particule (β est un coefficient d'uniformité de la roche).

L'équation d' énergie obtenue par cette étude est semblable à la théorie de Kick quand β=∞, à la theorie de Bond quand β= 12 et à celle de Rittinger quand β = 6. Cette theorie peut permettre une évaluation précise de l'energie pour une opération de réduction de taille déterminée à partir de données obtenues au laboratoire sur des échantillons de roches, comme un essaie de traction, le module d'Young et la contrainte de rupture.     

Basic electric furnace slag-line and bank maintenance refractories

Abstract

The balancing of electric furnace lining wear can be accomplished by the use of hot-maintenance refractories in the harsh slag-line and bank wear areas. The maintenance materials used resist severe chemical attack in the slag-line and high-temperature erosion in the banks.

The design of Basic specialty products for these areas is constrained by the necessity for the products to: (1) be applied through a pneumatic gun, (2) adhere on impact with the hot wall and (3) densify within minutes after application. These limitations require that the accepted optimum refractory properties be compromised in maintenance materials.

Raw materials available for formulating Basic specialty products include high-purity periclase, dead-burnt magnesite, dead-burnt dolomite and chrome ore. To these are added binders, plasticizers and sintering aids.

Laboratory-determined physical property data can be related to the mineralogical structure deriving from the raw materials and additives employed, and to the chemical attack and erosion resistance of a given refractory composition. These correlations allow for the design and selection of electric furnace maintenance products based on the specific conditions encountered.

Résumé

On peut égaliser l'usure des revêtements des fours électriques par l'usage des réfractaires entretien-à-ehaud dans les régions d'usure sévère de la ligne du laitier et des banes. Il faut que les matériaux d'entretien résistent à l'attaque chimique sévère dans la ligne du laitier et à l' érosion a hautes témperatures dans les banes.

Le design des produits spéciaux “Basic” pour ces régions est contraint par les conditions que le produit: (1) soit appliqué par pulvérisateur pneumatique (2) s'attache au moment de l'impact avec la paroi chaude, (3) se solidifie quelques minutes apres l'application. Ces restrictions nécessitent un compromis des propriétés réfractaires optimales acceptées dans le cas des matériaux d' entretien.

Les matières premières disponibles pour la fabrication des produits spéciaux “Basic” sont: la periclase de haute purité, la magnésie calcinee, la dolomite calcinée, et le minerai du chrome. En plus, on peut ajouter des agglomérants, des plastifiants, et des produits pour aider le frittageo.

On peut relier les propriétés physiques mesurées dans le laboratoire à la structure minéralogique qui en résulte des matières premières et des additions utilisées, ainsi qu'à l'attaque chimique et à la résistance a l' érosion d'un réfractaire d'une composition donée. Ces corrélations nous permettent de concevoir et de sélectionner des produits d'entretien pour des fours électriques basé sur les conditions spécifiques réelees.     

Micrbband Formation in Cyclic Extrusion Compression of Aluminum

Abstract

The influence of very large deformations on the properties and microstructures of A199.95 and A199.992 is investigated. The very large deformations are imposed by the cyclic extrusion-compression (CEC) method, which combines extrusion and compression processes. It is found that above true strains of 4 and 8 respectively, the compression proof stresses of A199.992 and A199.95 stabilize. The property stabilization appears to result from the increasing incidence of micro bands which leads to the final constancy of the microstructure parameters. The homogeneous chess-board like microstructure forms during the deformation by the CEC method, as the result of rearrangement of microstructure by the mutually crossing microbands leading to the final dominance of persistent macro shear bands.

Résumé

On a étudié l'influence de très grandes déformations sur les propriétés et la microstructure de l'Al 99.95 et de l'Al 99.992. De très grandes déformations sont imposées par la méthode d'extrusioncompression cyclique (CEC), qui combine des processus d'extrusion et de compression. Au-delà de déformations réelles de 4 et 8 respectivement, les limites apparentes d'élasticité sous compression de l'AI 99.992 et de l'Al 99.95 se stabilisent. Cette stabilisation de la propriété a l'air de résulter de l'augmentation de l'occurrence de micro-bandes, ce qui méne à la constance finale des paramètres de microstructure. La microstructure homogène à apparence d'échiquier se forme lors de la déformation par la méthode CEC, comme résultat du réarrangement de la microstructure par les micro-bandes qui s'entrecroisent mutuellement, menant à la domination finale de bandes persistantes de macro-cisaillement.     

Zirconium alloys dispersion strengthened with yttria

Abstract

A powder metallurgy process for the manufacture of zirconium alloys dispersion strengthened with yttria particles is described. The resulting alloys con tain a suitable dispersion of stable yttria particles in a fine-grained matrix. Tensile and stress rupture tests over a range of temperature on Zircaloy-2 containing 0, 5 and 10 vol % yttria show the strength of yttria-containing alloys to be significantly improved. The post-irradiation tensile properties of Zircaloy-2 - yttria alloys have been determined with alloys irradiated at 280°C to 9.2 × 10²⁰ n/cm² thermal and 2.3 × 10²⁰ n/cm² fast. The alloys have been subjected to accelerated corrosion tests in steam and exhibit a variable response. Some possible detrimental factors and means of improvemen t of properties are discussed.

The mechanical properties of Zircaloy-2 alloys containing yttria particles are compared to some other zirconium alloys, Zircaloy-2 and zirconium-2.5 wt % Nb and the comparisons show that the dispersion- strengthened alloys arc worthy of further development.

Résumé

La fabrication par frittage des alliages de zirconium renforcés par des particules d'yttria est décrite. Ce procédé donne une dispersion convenable des particules d'yttria dans une matrice à grains fins. Des essais de traction et d'impact, effectués à diverses températures sur du Zircaloy-2 contenant 0,5 et 10 % d'yttria, ont montré que la résistance mécanique des alliages est nettement augmentée. D.autres essais de traction ont été effectués sur des alliages Zircaloy-2-yttria aprés des irradiations de 9.2 × 10²⁰ n/cm² thermique et 2.3 × 10²⁰ n/cm² rapide à 280°C. Les alliages ont été soumis à des essais de corrosion accélérée (vapeur) avec des résultats variables. Dans la discussion on considère les facteurs qui peuvent être miscibles ainsi que déautres améliorations possibles.

La comparaison des propriétés mécaniques des alliages de Zircaloy-2 contenant de l'yttria à celles d'autres alliages de zirconium, Zircaloy-2 et zirconium-2.5,% Nb indique que les alliages à particules dispersées méritent d'être étudiés davantage.     

Metallurgical developments in the continuous casting of austenitic stainless steel slabs

Abstract

The design concept of Atlas Steels’ new integrated sheet/strip mill at Tracy, Quebec involved direct conversion of continuously cast austenitic stainless steel slabs to coiled hot bands. In early production, a high incidence of surface defects, commonly called ‘slivers’, necessitated hotband conditioning greatly in excess of the anticipated level. Electron probe microanalysis of nonmetallics found in the slivers revealed that the majority of such defects resulted from subsurface entrapment of pouring stream reoxidation products in the continuously cast slabs. The problem was brought under operational control by improved steelmaking practice and modifications of the casting operation to permit pouring through refractory stream protection tubes.

Résumé

Aux usines d'Atlas Steel situées it Tracy dans le Québec, le procédé de production prévoit la coulée continue suivie de laminage à chaud de tôles et de bandes. Dès la mise en marche des usines, le trop grand nombre d'inclusions de surface imposa un parachévement imprévu des bandes laminées à chaud. Des analyses faites par micro-sonde ont fait voir que la plupart des inclusions provenaient d'oxydation au jet de la coulée continue. Des modifications apportées à l'élaboration de l'acier et l'emploi de tubes réfract aires au jet de coulée surmonterent les difficultés occasionnées par les inclusions de surface.     

Hydrometallurgical processing of pyrrhotite

Abstract

Exploitation of pyritic ores would be facilitated by a process yielding elemental sulphur instead of sulphuric acid. Thermal decomposition permits the recovery of nearly half the sulphur as the element. For the recovery of iron, non-ferrous metals and remaining sulphur from the “artificial pyrrhotite” several hydrometallurgical methods have been proposed. These methods are reviewed, and an experimental study of some of the more promising ones is reported.

Best results were obtained either by leaching with dilute sulphuric acid, producing hydrogen sulphide as an intermediate product, or by oxygen pressure leaching, which liberates elements sulphur directly. The former was successful only when the sulphur iron ratio had been lowered to near unity. Leaching under a pressure of oxygen permitted recovery of about 70 % of the sulphur as granules, but the iron hydroxide was contaminated with elemental and sulphate sulphur.

Résumé

L'exploitation des minerais de pyrite serait facilitée par un procédé conduisant au souffre élémentaire et non à l'acide sulfurique. La décomposition thermique permet la récupération de presque la moitié du souffre sous forme élémentaire. Plusieurs procédés hydrométallurgiques ont été proposés pour la récupération du fer, des métaux non-ferreux et du souffre restant. Ces procédés sont présentés brièvement et une étude expérimentale de quelques uns des plus prometteurs est rapportée. Les meilleurs résultats ont été obtenus soit par lixiviation avec de l'acide sulfurique dilué, avec production d'hydrogene sulfuré comme produit intermédiaire, soit par la lixiviation sous pression d'oxygène, qui libère directement du souffre é1émentaire. La première méthode n'a eu de succès que lorsque le rapport des concentrations souffre – fer était voisine de l'unité. La lixiviation sous pression d'oxygéne a permis la récupération d'à peu prés 70% de souffre sous forme de granules, mais l'hyroxyde de fer était contaminé par du souffre étémentaire et des sulfates.     

Effect of oxygen and fabrication variables on the mechanical properties of Zircaloy tubing

Abstract

The effects of oxygen concentration and fabrication variables on the mechanical properties of Zircaloy-2 tubing were investigated.

The strength can be adjusted with a sma11loss of ductility by controlling oxygen concentration. Cold reduction in the range of this study has a large effect on recrystallization and ductility but little on texture. The Q value, the ratio of the wall thickness reduction to the diameter reduction during fabrication, has a significant effect on texture, hydride orientation and deformation behaviour.

Tubes produced with a high Q value possess a superior combination of strength and ductility than tubes produced with a low Q value.

In burst testing, axial contraction contributes greatly to the circumferential elongation due to the difficulty of thickness reduction in high- Q tubes. In low- Q tubes, both thickness reduction and axial contraction, which is smaller than that in high-Q tubes, contribute to the circumferential elongation.

In practice, the optimum fabrication conditions for each fuel design must be determined.

Résumé

Les effets de la teneur en oxygène et du mode de fabrication sur les propriétés mécaniques de tubes en Zircaloy-2 ont été étudiés.

En controlant la teneur en oxygène, la résistance de ce matériau peut être ajustée avec une faible diminution de la ductilité. Dans le domaine de cette étude, l'écrouissage a une forte influence sur la recristallisation et la ductilité mais trés peu sur la texture. La valeur de Q (rapport entre la réduction de l'épaisseur des parois du tube et la réduction du diamétre) joue un rôle significatif sur la texture, sur l'orientation des hydrures et sur le comportement à la déformation.

Les tubes fabriqués avec une forte valeur de Q ont une meilleure combinaison de résistance et de ductilité.

Lors d'essais d'ec1atement, la contraction axiale contribue beaucoup a l'allongement circonférentiel pour les valeurs élevées de Q, car l'épaisseur des parois peut difficilement être réduite. Pour les faibles valeurs de Q la réduction de l'épaisseur et la contraction axialc, inférieure dans un cas précédent, contribuent simultanément à l'allongement circonférentie1.

En pratique il est nécessaire, pour tous les cas, de déterminer les conditions optimales de fabrication.