Kinetics of mild steel corrosion in aqueous formic acid solutions

Abstract

The kinetics of the corrosion of mild steel in formic acid solutions of different concentrations has been studied at 25, 35 and 45°C. The corrosion rate was evaluated by weight loss and electrochemical polarisation techniques. There is good agreement between the data obtained by the two techniques. The maximum corrosion rate was observed in close vicinity of 20% formic acid solution. The anodic polarisation curves show active corrosion behaviour of mild steel over the whole range of potential at each concentration and temperature. The shape of anodic and cathodic polarisation curves was found to be almost independent of the temperature and the concentration of formic acid. However, the curves bodily shift towards the lower or higher current density side with the change in the concentration of the electrolyte. With the increase in temperature, the shift of polarisation curve regularly occurs towards the higher current density side. The surface morphology of the specimens has been studied by scanning electron microscopy. The micrographs indicate uniform corrosion of mild steel in formic acid solution.

On a étudié la cinétique de corrosion de l’acier au carbone en solutions d’acide formique à différentes concentrations, à 25, 35 et 45°C. On a évalué la vitesse de corrosion par des techniques de perte de poids et de polarisation électrochimique. Il y a un bon accord entre les données obtenues par les deux techniques. On a observé la vitesse maximale de corrosion dans une solution de près de 20% d’acide formique. Les courbes de polarisation anodique montrent un comportement de corrosion active de l’acier au carbone pour la gamme complète de potentiel à chaque concentration et température. On a trouvé que la forme des courbes de polarisation anodique et cathodique était presque indépendante de la température et de la concentration de l’acide formique. Cependant, le c?ur des courbes se déplace du côté d’une densité de courant plus faible ou plus élevée avec un changement de concentration de l’électrolyte. Avec une élévation de la température, le déplacement de la courbe de polarisation se produit régulièrement du côté d’une densité de courant plus élevée. On a étudié la morphologie de la surface des échantillons au moyen du microscope électronique à balayage. Les micrographes indiquent une corrosion uniforme de l’acier au carbone dans une solution d’acide formique.     

Investigation of corrosion enhanced erosion of carbon steel in slurries using nanoindentation

Abstract

When cathodic protection is applied, there is no impact of slurry chemistry on either the erosion behaviour of carbon steel or the in situ surface hardness. Anodic dissolution of the steel surface reduces the surface hardness and promotes erosion. The corrosion enhanced erosion behaviour is slurry chemistry dependent. The erosion wastage in acidic slurries is much higher than that in neutral and alkaline ones. The effect of slurry chemistry on corrosion enhanced erosion behaviour correlates well with surface hardness degradation as determined using nanoindentation technique. The increase in surface hardness degradation in acidic chemistry is greater than that in neutral and alkaline ones, in which there is similar surface hardness reduction. The results suggest that both corrosion current density and electrolyte chemistry affect the mechanical properties of surface layers, which leads to corrosion enhanced erosion.

Lorsque l’on applique la protection cathodique, il n’y a pas d’impact de la chimie de la suspension soit sur le comportement à l’érosion de l’acier au carbone, soit sur la dureté de la surface in situ. La dissolution anodique de la surface de l’acier réduit la dureté de la surface et favorise l’érosion. Le comportement à l’érosion augmentée par la corrosion dépend de la chimie de la suspension. Les pertes dues à l’érosion dans les suspensions acides sont beaucoup plus élevées que dans les suspensions neutres ou alcalines. L’effet de la chimie de la suspension sur le comportement à l’érosion augmentée par la corrosion est bien corrélé à la dégradation de la dureté de la surface, telle que déterminée par la technique de nanopénétration. L’augmentation de la dégradation de la dureté de la surface en milieu acide est plus importante que dans les milieux neutres ou alcalins, où il y a une réduction similaire de la dureté de la surface. Les résultats suggèrent que la densité du courant de corrosion et la chimie de l’électrolyte affectent tous deux les propriétés mécaniques des couches de surface et cela mène à l’érosion augmentée par la corrosion.     

Correlation of initiation of corrosion pits and metallurgical features of X100 pipeline steel

Abstract

In this work, corrosion pits initiated on X100 pipeline steel and their correlation with the metallurgical features of the steel were characterised by scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. It was found that pits are always associated with various inclusions. For pits initiating at an MnS inclusion, a preferential dissolution occurs of the steel matrix at the inclusion/steel interface, with the inclusion remaining inside the pit. For duplex inclusions consisting of both MnS and Al₂O₃, the Al₂O₃ component is dissolved in the pit solution. Pits initiated at Al₂O₃ and Ca/Al/Mg/O inclusions are also due to the preferential dissolution of the adjacent steel. However, the Si enriched inclusion is anodic relative to the steel matrix, resulting in dissolution of the inclusion to initiate pits.

Dans ce travail, on a caractérisé les piqûres de corrosion initiées sur l’acier X100 pour pipeline et leur corrélation avec la caractéristique métallurgique de l’acier, au moyen de la microscopie électronique à balayage et de la spectroscopie à dispersion d’énergie. On a trouvé que les piqûres étaient toujours associées à diverses inclusions. Pour les piqûres initiées à une inclusion de MnS, une dissolution préférentielle se produit sur la matrice de l’acier à l’interface entre l’inclusion et l’acier, l’inclusion se retrouvant à l’intérieur de la piqûre. Pour les inclusions conjuguées consistant à la fois de MnS et d’Al₂O₃, la composante d’Al₂O₃ est dissoute dans la solution de la piqûre. Les piqûres initiées à des inclusions d’Al₂O₃ et de Ca/Al/Mg/O résultent également de la dissolution préférentielle de l’acier adjacent. Cependant, l’inclusion enrichie de Si est anodique par rapport à la matrice de l’acier, résultant en la dissolution de l’inclusion, ce qui initie des piqûres.     

Cold deformation and heat treatment influence on the microstructures and corrosion behavior of AISI 304 stainless steel

Abstract

In the present study AISI 304 stainless steel with different degrees of cold deformation and annealing parameters were investigated. Microstructural evolutions by optical micrography and scanning electron microscopy showed relatively fully austenitic ultrafine-grained structure obtained after annealing at 700°C for 80 min. The volume fraction of α′-martensite increased with increasing compressive deformation rate and maximum volume fraction of α′-martensite was attained in the samples subjected 0?65% strain. The potentiodynamic polarization results in 3% NaCl indicated that the corrosion current density increased with cold deformation, while after annealing, it reduced from 2?86 to 2?29 μA cm^?2, showing an enhancement of corrosion resistance. The immersion test showed that the austenitic ultrafine-grained structure exhibits moderate and more uniform pitting corrosion attack compared to the coarser grain in NaCl solution.

Dans cette étude, on a examiné un acier inoxydable AISI 304 ayant différents taux de déformation à froid et différents paramètres de recuit. L’analyse de l’évolution de la microstructure par micrographie optique et par microscopie électronique à balayage a montré une structure à grains ultrafins et presque complètement austénitique obtenue après un recuit à 700°C pendant 80 minutes. La fraction volumique de martensite α′ augmentait avec l’augmentation du taux de déformation en compression et la fraction volumique maximale de martensite α′ était atteinte par les échantillons soumis à une déformation de 0·65%. Les résultats de polarisation potentiocinétique dans 3% de NaCl indiquaient que la densité du courant de corrosion augmentait avec la déformation à froid, alors qu’après le recuit, elle était réduite de 2·86 μA/cm² à 2·29 μA/cm², montrant ainsi une augmentation de la résistance à la corrosion. L’épreuve d’immersion dans la solution de NaCl a montré que la structure austénitique à grains ultrafins exhibait une attaque par corrosion localisée modérée et plus uniforme comparée au grain plus grossier.     

A comparison of hydrogen permeation and the resulting corrosion enhancement of X65 and X80 pipeline steels

In this work, corrosion and electrochemical hydrogen permeation behaviour of two grades of pipeline steel, X65 and X80 steels, were investigated by hydrogen-charging, electrochemical impedance spectroscopy measurements and metallographic observation. It was found that the corrosion and hydrogen permeation behaviour of steels is affected by their metallurgical features. Upon hydrogen-charging, both high grade of X80 pipeline steel and low grade of X65 steel show enhanced corrosion activity. The electrochemical hydrogen permeation current measurements and calculations show that the X80 steel contains a higher density of hydrogen traps than X65 steel, which may potentially result in the increased susceptibility of X80 steel to hydrogen-induced cracking (HIC).

Dans ce travail, la corrosion électrochimique de l’hydrogène et un comportement de perméation de deux qualités d’acier de pipeline, X65 et X80 aciers, ont été étudiés par l'hydrogène charge, électrochimiquemesures de spectroscopie d’impédance et l’observation métallographique. On a constaté que lela corrosion et de l’hydrogène comportement de perméation des aciers est affectée par leurs caractéristiques métallurgiques.Sur hydrogène charge, à la fois de haute qualité en acier de pipeline X80 et X65 de bas grade de spectacle en acierune activité améliorée à la corrosion. L'hydrogène perméation électrochimique des mesures de courantet les calculs montrent que l’acier X80 contient une plus grande densité de pièges à hydrogène de X65acier, ce qui peut potentiellement entraîner l’augmentation de la sensibilité de l’acier X80 pour induite par l’hydrogène; Fissuration (HIC).     

Conductivity enhancement of yttria doped ceria by spark plasma and ac assisted sintering methods

Abstract

CeO₂ doped with lower valence cations, such as Y³⁺, Sm³⁺, Gd³⁺, etc., is considered as electrolyte material for low temperature solid oxide fuel cells. Doping introduces additional oxygen vacancies and improves ionic conductivity. This work describes the preparation of yttria–calcia doped ceria precursor material, its sintering in DC and AC field methods, and characterisation of sintered electrolytes with respect to the ionic conductivity. Doped precursor materials were prepared by a controlled co-precipitation process. Sintering of prepared, pelletised particulates was carried out using three different methods such as: conventional, spark plasma sintering, and an alternating current field at 1125°C (AC assisted sintering). The conductivity was determined as a function of defect density, grain boundary area and phase stability. It was found that the applied field during sintering, either via pulsed DC (spark plasma), or AC, produced marginal effects on yttria doped ceria microstructure. However, it should be noted that because the sintering conditions were not optimised there is room for substantial conductivity improvements.

On considère le CeO₂ dopé avec des cations à valence plus faible, comme le Y³⁺, le Sm³⁺, le Gd³⁺, etc., comme matériau électrolyte pour les piles à combustible d’oxyde solide à basse température. Le dopage introduit des lacunes additionnelles d’oxygène et améliore la conductivité ionique. Ce travail décrit la préparation de matériau précurseur d’oxyde cérique dopé à l’oxyde d’yttrium-calcia, son frittage par des méthodes de champ CD et CA et la caractérisation des électrolytes frittés par rapport à la conductivité ionique. On a préparé les matériaux précurseurs dopés au moyen d’un procédé de co-précipitation contrôlée. On a effectué le frittage des particules préparées en boulette en utilisant trois méthodes différentes: conventionnelle, frittage au plasma à étincelles et un champ de courant alternatif à 1125°C (frittage assisté au CA). On a déterminé la conductivité en fonction de la densité de défaut, de la superficie de joint de grain et de la stabilité de phase. On a trouvé que le champ appliqué lors du frittage, soit par CD à impulsion (plasma à étincelles) ou par CA, produisait des effets marginaux sur la microstructure de l’oxyde cérique dopé à l’oxyde d’yttrium. Cependant, on doit noter que parce que les conditions de frittage n’étaient pas optimisées, il y a place pour des améliorations substantielles de la conductivité.     

AMATHEMATICAL MODEL OF A DC ELECTRIC FURNACE FOR RECOVERY OF ZINC FROM LEAD BLAST FURNACE SLAG

Abstract

A mathematical model has been developed for fluid flow and heat transfer in a prospective process to recover lead and zinc by a DC electric fuming process from lead blast furnace slag. The modelling consisted of several steps. Algebraic equations were used to obtain arc momentum and temperature. Fluid flow simulations were performed to calculate the top slag surface depression and the results were then imposed upon the subsequent fluid flow and heat transfer simulation. Using this procedure, a number of simulations of the DC arc furnace operation were carried out for various conditions. Velocities and temperatures in the slag and metal, as well as sidewall heat fluxes were evaluated with the model. The model predicts, in most cases, that the sidewall heat fluxes were less than 200 kW/m² and they would increase with decreasing furnace diameter and decreasing slag solidus temperature. The results of the model have been useful in the design of a furnace.

On a développé un modèle mathématique de l’écoulement des fluides et de la transmission de chaleur pour un procédé prospectif de récupération du plomb et du zinc par un procédé d’ébullition avec courant électrique continu à partir de la scorie de plomb du haut-fourneau. La modélisation consiste en plusieurs étapes. On a utilisé des équations algébriques pour obtenir la quantité de mouvement et la température de l’arc. On a effectué des simulations d’écoulement de fluide pour calculer la dépression de la surface de la scorie et l’on a ensuite imposé les résultats à la simulation subséquente d’écoulement de fluide et de transmission de chaleur. Utilisant cette procédure, on a exécuté un certain nombre de simulations du fonctionnement du four à arc à courant continu sous des conditions variées. Au moyen du modèle, on a évalué la vélocité et la température de la scorie et du métal ainsi que le flux de chaleur des parois latérales. Dans la plupart des cas, le modèle a prédit que le flux de chaleur des parois latérales était moins de 200 kW/m² et qu’il augmenterait avec une diminution du diamètre du four et une diminution de la température de solidus de la scorie. Les résultats du modèle ont été utiles pour la conception d’un four.     

EBSD investigation on microstructure transformation in low carbon steel during continuous cooling

In this study the microstructure in low carbon steel during phase transformation was systematically investigated using dilatometry, optical microscopy as well as EBSD. The specimens after annealing at 900°C for 3 min were subsequently cooled at 0·3–100°C s^?1 for dilatometry, in order to determine the continuous cooling transformation (CCT) diagram. Then the microstructures were analysed by optical microscopy (OM) and electron backscattering diffraction (EBSD). Dilatometry, optical microscopy as well as image quality technique in EBSD were combined together to determine the continuous cooling transformation diagram of low carbon steel. As increasing in the cooling rate from 1 to 30°C s^?1, the fraction of ferrite is almost 90% and the phase transformation occurs from pearite to bainite at the cooling rate between 10 to 20°C s^?1.

Dans cette étude, on a examiné systématiquement la microstructure de l’acier à faible teneur en carbone lors de la transformation de phase en utilisant la dilatométrie, la microscopie optique ainsi que la DERD. Après un recuit à 900°C pendant 3 min, on a ensuite refroidi les échantillons entre 0·3 et 100°C s^?1 pour l’étude de dilatométrie, afin de déterminer le diagramme de transformation en refroidissement continu (CCT). On a ensuite analysé la microstructure par microscopie optique (MO) et par diffraction des électrons rétrodiffusés (DERD). On a combiné la dilatométrie, la microscopie optique ainsi que la technique de haute qualité de l’image de DERD pour déterminer le diagramme de transformation en refroidissement continu de l’acier à faible teneur en carbone. Avec l’augmentation de la vitesse de refroidissement de 1 à 30°C s^?1, la fraction de ferrite atteint presque 90% et la transformation de phase de perlite à bainite a lieu à une vitesse de refroidissement entre 10 et 20°C s^?1.     

Corrosion of mild steel in sea mud containing sulphate reducing bacteria

In this work, the corrosion behaviour of a mild steel was studied in a sea mud extracted solution in the absence and presence of sulphate reducing bacteria (SRB) by electrochemical impedance spectroscope measurements and scanning electron microscope characterisation. The presence of SRB in the sea mud extracted solution affects corrosion of steel remarkably. In the absence of SRB, the steel corrosion is somewhat inhibited by the formed corrosion product layer. However, the addition of SRB enhances corrosion of the steel due to its metabolism activity. It is speculated that the formed sulphide product may experience transformation decreasing the protectiveness of the product layer.

Dans ce travail, on a étudié le comportement à la corrosion d’un acier doux dans une solution extraite de la boue marine, avec ou sans la présence de bactéries sulfatoréductrices (SRB), au moyen de mesures au spectroscope de l’impédance électrochimique et de la caractérisation au microscope électronique à balayage. La présence de SRB dans la solution extraite de la boue marine affecte la corrosion de l’acier de façon remarquable. En absence de SRB, la corrosion de l’acier est quelque peu inhibée par la couche formée par le produit de la corrosion. Cependant, l’addition de SRB augmente la corrosion de l’acier à cause de l’activité de son métabolisme. L’hypothèse est que le produit sulfuré formé peut se transformer, diminuant ainsi l’effet protecteur de la couche produite.     

Use of Catalytic Anodes For Zinc Electrowinning At High Current Densities From Purified Electrolytes

Abstract

Substantial energy savings are possible in zinc electrowinning by substituting catalytic oxygen evolution anodes for conventional lead-silver anodes. However, it is well known that the harmful effects of impurities usually present in zinc electrolyte solutions limit the service life of catalytic anodes, though their purification by solvent extraction could obviate such problems. Laboratory scale zinc deposition experiments with synthetic electrolytes have been performed to determine the effects of current density, temperature and electrolyte composition on cell voltages and current efficiencies. These data sets were used in an assessment of the optimum design parameters of the tank house. Zinc electrowinning at high current densities (higher than 2000 A/m²) using catalytic anodes and purified solutions (by solvent extraction) is proposed as an alternative to the conventional process, which is based on lead-silver anodes working at relatively low current densities (ca. 500 A/m²). Finally, a system for continuous deposition and stripping of the metal is discussed.

Des économies d'énergie importantes sont possibles pour l'extraction électrolytique du zinc en substituant des anodes catalytiques à évolution d'oxygène à des anodes conventionnelles de plombargent. Cependant, il est bien connu que les effets nocifs des impuretés habituellement présentes dans les solutions d'électrolyte de zinc limitent la vie des anodes catalytiques, bien que leur purification par extraction au solvant pourrait prévenir de tels problèmes. On a conduit des expériences de dépôt de zinc à l'échelle du laboratoire avec des électrolytes synthétiques afin de déterminer l'effet de la densité de courant, de la température et de la composition de l'électrolyte sur l'efficacité des voltages et du courant de la cellule. On a utilisé ces ensembles de données dans une évaluation des paramètres optimums pour la conception de la cellule d'extraction. On propose l'extraction électrolytique du zinc à hautes densités de courant (plus élevée que 2000 A/m²) en utilisant des anodes catalytiques et des solutions purifiées (par exemple, par extraction au solvant), comme remplacement du procédé conventionnel, qui est basé sur des anodes de plomb-argent opérant à des densités de courant relativement faibles (environ 500 A/m²). Finalement, on discute d'un système pour dépôt et enlèvement du métal en continu.     

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.     

Effect of electrolyte additives on microstructure and properties of electroplated chromium coatings

Abstract

Recent progress in environmental science provides an incentive to explore the use of hexavalent chromium for anticorrosion and wear protection purposes. To this end, this work aims to explore the evolution of the microstructure of chromium coatings as a function of electric current through the electrolyte in the presence of organic and non-organic additives. In this study, the fundamental properties of electroplating related to hard chromium such as hardness (wear resistance) and cathode efficiency are reviewed with respect to cathode current. The results obtained show that the microstructure is sensitive to the presence of organic admixtures in the plating solution. In addition, the effect of hard microparticles on the plating process at enhanced values of cathode current is reported. The cathode efficiency for different plating speeds and in different chromium electrolytes is calculated from the experimental results.

Les progrès récents des sciences de l’environnement fournissent une incitation à explorer l’utilisation du chrome hexavalent pour le but de protection contre la corrosion et l’usure. À cette fin, ce travail vise à explorer l’évolution de la microstructure de revêtements de chrome en fonction du courant électrique à travers l’électrolyte en présence d’additifs organiques et inorganiques. Dans cette étude, on analyse les propriétés fondamentales de l’électroplastie reliées au chrome dur comme la dureté (résistance à l’usure) et l’efficacité de la cathode, par rapport au courant de la cathode. Les résultats obtenus montrent que la microstructure est sensible à la présence d’additifs organiques dans la solution de placage. En plus, on rapporte l’effet de micro particules dures sur le procédé de placage à des valeurs augmentées du courant de la cathode. À partir des résultats expérimentaux, on calcule l’efficacité de la cathode à différentes vitesses de placage et avec différents électrolytes de chrome.     

Interfacial morphologies between NiO–YSZ fuel electrode/316 stainless steel as interconnect material and B‐Ni3 brazing alloy in solid oxide fuel cell system: effect of joint loading during brazing

Abstract

Joining of NiO–YSZ composite with 316 stainless steel was carried out using B‐Ni3 brazing filler alloy (Ni–4·5Si–3·2B–0·06C–0·02P, wt‐%; melting point, 982–1038°C) and two samples were fabricated. On the one hand, interfacial (chemical) reactions during brazing at the NiO–YSZ/316 stainless steel interconnect were promoted only by addition of an electroless nickel plate to NiO–YSZ composite as a coating with relevant process variables and procedures optimised during the electroless nickel plating. On the other hand, moderate loading was applied during brazing normal to the joint surface where electroless nickel plate was coated previously to improve interfacial sealing of the NiO–YSZ cermet anode/316 stainless steel interconnect structure for use in a solid oxide fuel cell. A special fixture for static loading was designed for filler metal alloy strips to be preplaced at the joint surface where static loading was applied perpendicular to it for the promotion of liquid alloy layer formation during brazing. Brazing was performed in a cold wall vacuum furnace at 1080°C and post‐brazing examination of interfacial morphologies between NiO–YSZ composite and 316 stainless steel was performed using SEM and EDS analyses. The results indicate that B‐Ni3 brazing filler alloy was fused fully during brazing and continuous interfacial layer formation and joint integrity were significantly affected by applied static loading during brazing. The loading most probably contributed to promotion of the B‐Ni3 liquid phase formation in the joint. However, the thickness of the interface area remained almost the same at 100?μm for loaded and unloaded joints.

On a assemblé le composite NiO–YSZ avec l’acier inoxydable 316 en utilisant l’alliage d’apport de brasage B‐Ni3 (4·5% en poids Si, 3·2% en poids B, 0·06% en poids C, 0·02% en poids P, et le reste, Ni, point de fusion 982–1038°C) et l’on a fabriqué deux échantillons. D’un côté, on a stimulé les réactions interfaciales (chimiques) lors du brasage à l’interconnexion NiO–YSZ/acier inoxydable 316 uniquement par addition d’un revêtement autocatalytique de nickel au composite NiO/YSZ, les variables pertinentes du procédé et les procédures étant optimisées lors du dépôt autocatalytique de nickel. D’un autre côté, lors du brasage, on a appliqué une charge modérée, normale à la surface du joint, où l’on avait auparavant déposé le nickel autocatalytique, pour améliorer le scellement interfacial de la structure de l’interconnexion de l’anode cermet NiO–YSZ/acier inoxydable 316 pour utilisation dans une SOFC (pile à combustible à oxyde solide). On a créé un montage spécifique pour charge statique pour que les rubans d’alliage de métal d’apport soient préplacés à la surface du joint où la charge statique était appliquée perpendiculaire à celui‐ci pour promouvoir la formation d’une couche d’alliage liquide lors du brasage. On a effectué le brasage dans un four à vide à paroi froide à 1080°C et, après le brasage, on a examiné les morphologies interfaciales entre le composite NiO–YSZ et l’acier inoxydable 316 en utilisant les analyses de SEM et d’EDS. Les résultats indiquent que l’alliage d’apport de brasage B‐Ni3 était complètement fusionné lors du brasage et la formation d’une couche interfaciale, continue, ainsi que l’intégrité du joint étaient affectées significativement par la charge statique appliquée lors du brasage. La charge a fort probablement contribué à la promotion de la formation de la phase liquide de B‐Ni3 dans le joint. Cependant, l’épaisseur de la région d’interface demeurait presque la même à 100?μm pour les joints avec ou sans charge.     

Effect of submerged arc welding parameters on microstructure of SA516 steel weld metal

Abstract

The influence of submerged arc welding (SAW) process parameters on the microstructure of SA516 grade 70 steel weld metal (WM) was investigated in the present work. Steel plates of 17 mm thickness were submerged arc welded using welding currents of 700–850 A and welding speeds of 5·3–15·3 mm s^?1. The morphologies and volume fractions of the various ferrites in the WM were studied using optical microscopy and the morphologies and chemical compositions of the WM inclusions were examined using scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray spectrometry. The results showed that the WM grain structure coarsened but the grain width of prior austenite grains decreased with increasing heat input. Also, the proportion of acicular ferrite (AF) in the WM increased initially, while the volume fractions of grain boundary ferrite and Widmanstätten ferrite decreased with increasing welding current. However, with further increasing the welding current above 800 A, less AF was produced. The weld nugget area decreased with increasing welding speed at all currents, but did not affect the amount of AF produced.

Au cours de ce travail, on a examiné l’influence des paramètres du procédé de soudage à l’arc sous flux en poudre (SAW) sur la microstructure du métal soudé (WM) de l’acier SA516, Gr. 70. On a soudé à l’arc sous flux en poudre des tôles d’acier de 17 mm d’épaisseur en utilisant des courants de soudage de 700 à 850 A et des vitesses de soudage de 5·3 à 15·3 mm s^?1. On a étudié la morphologie ainsi que la fraction volumique des diverses ferrites du WM en utilisant la microscopie optique et l’on a examiné la morphologie ainsi que la composition chimique des inclusions du WM en utilisant la microscopie électronique à balayage (SEM) et la spectroscopie à dispersion d’énergie (EDS). Les résultats ont montré que la structure de grain du WM grossissait mais que la largeur de grain des grains antérieurs d’austénite diminuait avec une augmentation de l’apport de chaleur. Également, la proportion de ferrite aciculaire (AF) dans le WM augmentait initialement, alors que les fractions volumiques de ferrite des joints de grain (GBF) et de ferrite de Widmanstatten (WF) diminuaient avec l’augmentation du courant de soudage. Cependant, avec une augmentation supplémentaire du courant de soudage au-dessus de 800 A, moins de ferrite aciculaire était produite. La région du noyau de soudure diminuait avec une augmentation de la vitesse de soudage à toutes les valeurs de courant, mais la quantité d’AF produite n’était pas affectée.     

Growth of phosphorus concentrating phase in modified steelmaking slags

Abstract

Recycling steel slag to metallurgical process requires removing phosphorus from slag. In this paper, solidification experiments of converter slag modified by SiO₂ at three isothermal temperatures with several durations were performed at air conditions from superheating temperature (1520°C). Grain size evolution of P concentrating phase (C₂S, dicalcium silicate) was investigated. Results show that crystal size distributions of C₂S can be fitted by lognormal distributions, the average size of C₂S increases with increasing dwelling time and grows faster at higher holding temperature, and the relationship between average size of C₂S and holding time can be best described by equation D?=?kt^m. It is concluded that the growth mechanism of C₂S is diffusion controlled, and higher isothermal temperature promotes the growth of C₂S.

Le recyclage de la scorie de l’acier par un procédé métallurgique nécessite l’enlèvement du phosphore de la scorie. Dans cet article, on discute d’expériences de solidification de scorie de convertisseur modifiée par du SiO₄ à trois températures isothermes avec durées variées, effectuées à l’air à partir d’une température de surchauffage (1520°C). On a examiné l’évolution de la taille de grain de la phase de concentration du P (C₂S, silicate dicalcique). Les résultats montrent que l’on peut ajuster les distributions de la taille de cristal (CSD) du C₂S à une distribution log-normale, que la taille moyenne du C₂S augmente avec l’augmentation du temps de résidence et croît plus vite à une température plus élevée de rétention et que la relation entre la taille moyenne du C₂S et la durée de rétention est bien décrite par l’équation D?=?kt^m. On conclut que le mécanisme de croissance du C₂S est contrôlé par la diffusion et que la température isotherme la plus élevée favorise la croissance du C₂S.     

Experimental and theoretical studies on corrosion inhibition of mild steel in hydrochloric acid by thiosemicarbazone of Schiff bases

The inhibiting action of the synthesised thiosemicarbazones, namely, 4[N-(4′-chlorobenzalidene)amino] antipyrinethiosemicarbazone, 4[N-(benzalidene)amino] antipyrinethiosemicarbazone, and 4[N-(4′-methoxybenzalidene)amino] antipyrinethiosemicarbazone towards the corrosion behaviour of mild steel in 4M HCl solution was studied by using weight loss, potentiodynamic polarisation and electrochemical impedance spectroscopy techniques. Scanning electron microscopy was used to characterise the surface morphology of the mild steel specimens in the presence and absence of inhibitor. The experimental results show that the inhibition efficiency increases as the concentration of the inhibitors were increased. The polarisation measurements indicate that the studied inhibitors act as mixed inhibitor. The adsorption of studied inhibitors on mild steel surface obeys Langmuir adsorption isotherm. Quantum chemical calculations were carried out by using semi-empirical AM1 method. A good correlation between the theoretical data and the experimental results was found.

On a étudié l’action inhibitrice des thiosemicarbazones synthétisées, c’est-à-dire, 4[N-(4′-chlorobenzalidène)amino] antipyrinethiosemicarbazone, 4[N-(benzalidène)amino] antipyrinethiosemicarbazone, et 4[N-(4′-méthoxybenzalidène(amino] antipyrinethiosemicarbazone par rapport au comportement à la corrosion de l’acier doux dans une solution d’HCl 4M en utilisant les techniques de perte de poids, de polarisation potentiodynamique et de spectroscopie d’impédance électrochimique. On a utilisé la microscopie électronique à balayage pour caractériser la morphologie de la surface des échantillons d’acier doux avec ou sans inhibiteur. Les résultats expérimentaux montrent que l’efficacité de l’inhibition augmente avec l’augmentation de la concentration des inhibiteurs. Les mesures de polarisation indiquent que les inhibiteurs étudiés agissent comme un inhibiteur mixte. L’adsorption des inhibiteurs étudiés à la surface de l’acier doux obéit à l’isotherme d’adsorption de Langmuir. On a effectué des calculs chimiques quantiques en utilisant la méthode semi-empirique AM1. On a trouvé une bonne corrélation entre les données théoriques et les résultats expérimentaux.     

ELECTROLYSIS OF LIQUID FAYALITE SLAGS

Abstract

Electrolysis of liquid fayalite slags was carried out at 1250 °C using a liquid copper cathode and an inert platinum anode. At the cathode, iron precipitated with a current efficiency above 55%. The cathodic current efficiency decreased with increasing slag magnetite content. When Cu₂O was added to the slag, metallic copper was formed at the cathode with current efficiencies as high as 80%. In terms of the recovery of copper from metallurgical slags, electrolysis would be most beneficial for slags with a high dissolved copper content such as slags from direct to copper smelting.

Over time, the cell voltage decreased due to an increase in the effective surface area of the anode and also partly due to an increase in the slag conductivity due to increasing magnetite content. The increasing anode area was caused by a magnetite-rich deposit forming around the platinum wire anode.

On a effectué l’électrolyse de laitiers de fayalite liquides à 1250 °C en utilisant une cathode en cuivre liquide et une anode inerte en platine. Le fer était précipité à la cathode avec un rendement du courant au-dessus de 55%. Le rendement du courant cathodique diminuait avec une augmentation de la teneur en magnétite du laitier. Lorsqu’on ajoutait du Cu₂O au laitier, du cuivre métallique se formait à la cathode avec des rendements de courant aussi élevés que 80%. En ce qui concerne la récupération du cuivre à partir des laitiers métallurgiques, l’électrolyse serait davantage bénéfique pour des laitiers ayant une teneur élevée en cuivre dissous, comme des laitiers du traitement direct de fonte de cuivre.

Avec le temps, le voltage de la cellule diminuait à cause d’une augmentation de la superficie efficace de l’anode et aussi en partie à cause d’une augmentation de la conductivité du laitier résultant d’une augmentation de la teneur en magnétite. L’augmentation de la superficie de l’anode était causée par un dépôt riche en magnétite qui se formait autour du fil en platine de l’anode.     

Electric resistivity of fine chromite ore: measurement and prediction

Abstract

Fine chromite ore is a common raw material used to produce ferrochrome alloy by submerged electric arc furnace process. The electric resistivity of fine chromite ore determines current distribution, which in turn, affects operation efficiency during the process. The effects of particle size and contact area of the particles on the electric resistivity of several types of chromite were investigated at room temperature. The relationship between the electric resistivity of mixed particles and the volume fraction of lump ore to fine ore was also studied. Contact resistivity decreases with increasing box-counting dimension. Finally, a ‘parallel connection circuit model’ for predicting the electric resistivity of the chromite mixture was developed. Results show that electric resistivity increases as particle size increases, and that the electric resistivity of the mixture decreases with increasing volume ratio of fine ore. The electric resistivity calculated by the parallel connection circuit model is consistent with measurements.

Le minerai fin de chromite est un matériau brut commun utilisé dans la production d’alliage de ferrochrome par le procédé du four électrique à arc submergé. La résistivité électrique du minerai fin de chromite détermine la distribution du courant, qui, à son tour, affecte l’efficacité de l’opération lors du procédé. On a examiné, à la température de la pièce, l’effet de la taille de particule et de l’aire de contact des particules sur la résistivité électrique de plusieurs types de chromite. On a également étudié la relation entre la résistivité électrique de particules mélangées et la fraction volumique du minerai en bloc par rapport au minerai fin. La résistivité par contact diminuait avec une augmentation de la dimension de boîtes. Finalement, on a développé un ″modèle de circuit à connexions en parallèle″ pour la prédiction de la résistivité électrique du mélange de chromites. Les résultats montrent que la résistivité électrique augmente avec une augmentation de la taille de particule et que la résistivité électrique du mélange diminue avec une augmentation de la densité relative de minerai fin. La résistivité électrique calculée au moyen du modèle de circuit à connexions en parallèle est en accord avec les mesures.     

Development of TiC reinforced austenitic manganese steel

The Fe–17Mn austenitic manganese steel and its in situ composite containing 10 vol.-%TiC were produced by conventional melting and casting technique. The mechanical properties such as hardness, impact toughness, elastic modulus, and impact wear resistance of the steel and composite were evaluated both in the as solutionised (1100°C/1 h/WQ) and secondary processed (forged plus warm rolled) condition. It is observed that an incorporation of hard TiC particles in austenitic manganese steel as well as secondary processing help to increase the hardness, elastic modulus and impact wear resistance, but deteriorate the impact toughness.

On a produit l’acier austénitique au manganèse, Fe–17Mn et son composite in-situ contenant 10% en volume de TiC, par une technique conventionnelle de fusion et de moulage. On a évalué les propriétés mécaniques comme la dureté, la résistance à l’impact, le module d’élasticité et la résistance à l’usure par impact de l’acier et de son composite après traitement de mise en solution (1100°C/1 h/trempé à l’eau) ou après traitement secondaire (forgé et laminé à chaud). On a observé qu’une incorporation de particules dures de TiC dans l’acier austénitique au manganèse, ainsi que le traitement secondaire, augmentait la dureté, le module d’élasticité et la résistance à l’usure par impact, mais détériorait la résistance à l’impact.     

Effect of prior heat treatment on wear behaviour of 0·23% carbon dual phase steel

The present study is aimed at understanding the effect prior heat treatment on the high-stress abrasive wear response of 0·.23% carbon dual phase steel. As-received steel was subjected to annealing, normalising and hardening treatment prior to actual dual phase heat treatment. These steels along with the as-received steel were intercritically annealed at 745°C followed by water quenching in order to produce dual phase microstructures. Abrasion tests were carried out at varying sliding distances with a 40 μm abrasive and at 7 N applied load. Wear test at varying loads were also performed for the steel that showed maximum wear resistance. Dual phase treatment resulted in improved overall wear response. The wear resistance for the steel with prior annealing treatment (DPLA-1) and for the steel with prior hardening treatment (DPLA-3) improved over the entire range of sliding distance. It was also found that the wear rate increased with applied load for DPLA-1 steel.

Cette étude vise à comprendre l’effet du traitement thermique antérieur sur la réponse à l’usure par abrasion à contrainte élevée de l’acier biphasé à 0·23% de carbone. On a soumis l’acier brut d’usinage à un traitement de recuit, à un traitement de normalisation ainsi qu’à un traitement d’endurcissement avant le traitement thermique actuel de structure biphasée. On a effectué un traitement de recuit intercritique à 745°C de ces aciers ainsi que de l’acier brut d’usinage, suivi par trempe à l’eau afin de produire des microstructures biphasées. On a effectué un essai d’abrasion sur des distances variées de glissement avec un abrasif de 40 μm et une charge appliquée de 7 N. On a également effectué un essai d’usure avec diverses charges de l’acier ayant montré la meilleure résistance à l’usure. Le traitement de structure biphasée améliorait globalement la réponse à l’usure. L’acier avec traitement de recuit antérieur (DPLA-1) ainsi que l’acier avec traitement d’endurcissement antérieur (DPLA-3) ont montré une amélioration sur toute la gamme de distance de glissement. La vitesse d’usure de l’acier DPLA-1 augmentait avec l’application de la charge.