Utilization of direct reduced iron in an electric arc furnace

Abstract

A discussion of the essential characteristics of the materials needed for processing through a counter-current direct reduction furnace and usage in an electric arc furnace constitutes the rust part of this article. Some of the physical and chemical properties are reviewed and correlated with the performance of the Sidbec-Dosco reduction plant.

The impact of utilization of direct reduced iron on the Electric Arc furnace steelmaking practice is then evaluated, in terms of energy, consumption, productivity, electrode and refractories consumptions. Finally the characteristic of the steels produced for wire and flat rolled products using direct reduced iron is reviewed.

Résumé

La première partie de ce travail discute des caractéristiques essentielles des boulettes nécessaires à la réduction directe par un gaz à contrecourant, pour changement dans un four électrique. Certaines propriétés physiques et chimiques sont revues et permettent une corrélation avec les performances de l'usine de réduction de Sidbec-Dosco.

On évalue l'impact que peut avoir l'utilisation de fer directement réduit au four électrique à arc dans la pratique de l'acierage, ceci du point de vue de la consommation d' énergie, de la productivité et de la consommation d' électrodes et de réfractaires. On discute finalement des caractéristiques de l'acier produit pour fils et produits laminés à plat en utilisant le fer réduit directement.     

The Influence of Slag Composition on the Corrosion of Basic Refractories

Abstract

Using a dynamic method to measure the slag resistance of refractory materials, the effect of slag composition upon the corrosion rate of a commercial basic brick has been investigated. Some recommendations are presented to improve the refractory practice of electric furnaces.

Résumé

En utilisant une méthode dynamique pour mesurer la résistance des matériaux réfractaires à l'attaque des scories d'aciérage, nous avons cherché à déterminer l'influence de la composition de la scone sur la vitesse de corrosion. A partir des résultats obtenus nous pouvons présenter quelques recommandations pour améliorer la tenue des réfractaires utilisés dans les fours électriques.     

The influence of gas injection arc stabilization and electrode consumption in electric furnaces

Abstract

By means of relatively simple modifications a conventional arc furnace can be made to produce a long, stable plasma flame. This technique may be applied to scrap melting in the steel industry.

The results of laboratory experiments and plant trials, using à 3-ton production furnace, are discussed with respect to electrical characteristics, and potential refractory , electrode, and power savings

Résumé

Au moyen de modifications relativement simples, un four à arc conventionnel peut produire une flamme de plasma longue et stable.

Cette technique peut être appliquée à la fusion de la ferraille dans l'industrie de l'acier.

Les resultats d'expériences de laboratoire et d'essais en usine sur un four de production de 3 tonnes sont discutes par rapport aux caractéristiques électriques et du point de vue des réfractaires, des electrodes et de l'économie de puissance.     

Heat flow in blast furnace hearths

Abstract

Heat flow and temperature distribution in iron blast furnace hearths has been investigated using a digital computer implemented simulation. Furnace hearths, with and without underhearth cooling, have been simulated to provide dynamic thermal response characteristics and to explore refractory material requirements for improved hearth design.

A digital computer program utilizing numerical approximations to the heat flow equations in three dimensions (two dimensions with radial symmetry in the third) was used to calculate unsteady state heat transfer characteristics. Stave cooling, carbon and ceramic refractories, refractory thermal property variations, salamander formation, underhearth cooling systems, and other design and operating parameters were considered in evaluating the steady and unsteady state temperature distributions in blast furnace hearths.

Résumé

On fait l' étude du flux de chaleur et de la distribution de température dans le creuset d'un haut fourneau par une simulation à l'aide d'un ordinateur. Nous considérons le creuset sans ou avec refroidissemen t afin d'obtenir l' évolution des proprietes thermiques et de sonder les besoins en matériaux réfractaire pour ameliorer le design du creuset.

Un programme d'ordinateur basé sur la méthode d'approximations numeriques aux équations tridimentionnelles de transfert de chaleur (deux dimensions rectilignes avec symétrie radiale dans la troisième direction) a été employé dans le calcul du comportement de transfert de chaleur en régime transitoire. Nous avons considéré le refroidissement des douves, l'u tilisation des réfractaires à carbone et à ceramique, la variation des propriétés thermiques des réfractaires, la formation d'un loup ferreux, d'autres designs et les paramètres d' opération dans cette évaluation des distributions des températures en régime transitoire et en régime permanent des creusets des hauts-fourneaux.     

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.     

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.     

Thermal decomposition of pyrite in fluidized beds

Abstract

The thermal decomposition of pyrite concentrate into sulphur arid synthetic pyrrhotite was investigated in bench and semi-pilot scale fluidized bed reactors fired with methane or fuel oil. The pyrite was decomposed in a bed of coarse sand and the product pyrrhotite was carried over with the fluidizing gases and separated in hot cyclones. The effects of fuel/air ratio, reactor temperature, superficial gas velocity, particle size and feed rate on the elimination of labile sulphur were studied. Conversion was enhanced by slightly reducing atmospheres, low feed rates, high gas velocities and reaction temperature (in the range 740° to 830°C). Elutriation rates of pyrrhotite particles from the fluidized bed were measured and mean residence times determined as a function of particle size and superficial gas velocity. Conversion rates are considered with regard to possible rate-controlling steps in the thermal decomposition of pyrite.

Résumé

La décomposition thermique de concentré de pyrite en soufre et en pyrrhotite synthétique a été étudiée en laboratoire et à une échelle semi-pilote dans des réacteurs à lit fluidisé chauffés avec du méthane ou de l'huile combustible. On a décomposé la pyrite sur un lit de sable grossier et la pyrrhotite produite a été entraînée avec le gaz fluidisant et séparée dans des cyclones chauds. Les effets du rapport combustible/air, de la température du réacteur, de la vitesse superficielle du gaz, de la taille des particules et de la vitesse d'alimentation sur l'élimination du soufre labile ont été étudiés. On a amélioré la transformation avec des atmosphàres légàrement réductrices, des vitesses d'alimentation lentes, de grandes vitesses pour le gaz fluidisant et une élévation de la température (dans le domaine 740 à 830°C). La vitesse d'élution des particules de pyrrhotite dans le lit fluidisé à été mesurée et on a déterminé des temps moyens de résidence en fonction de la taille des particules et de la vitesse superficielle du gaz. On a aussi étudié les changements de vitesses afin de déterminer les étapes pouvant contrôler la vi tesse de décomposition thermique de la pyrite.     

Deformation Twinning in Iron Alloys Containing Dispersed Particles

Abstract

Acoustic emission has been used to detect the onset of twinning in iron polycrystals containing dispersions of second phase particles. A new explanation of the grain size dependence of the twinning stress is offered based on the grain size dependence of the twinning intensity. The grain size dependence of the initial twinning stress and the 0.2 % offset stress are similar; however, at larger grain sizes the rate of twin formation is higher which leads to anomalously large values for the grain size dependence of the macroscopic twinning stress.

Twinning appears to occur due to the attainment of a large local stress concentration and thus the twinning stress is independent of the dispersion of second phase particles although the density of twins may differ in single phase and two phase materials and large second phase particles may result in twin fragmentation. The results indicate major differences between the influence of second phase particles and deformation by slip and twinning.

Résumé

On a utilisé l'émission acoustique pour détecter le début du mâclage dans des polycristaux de fer contenant une seconde phase sous la forme de particules dispersées. On propose une nouvelle explication de la relation entre la contrainte de mâclage et la taille de grain, explication fondée sur la relation entre la taille de grain et l'intensité du mâclage. La contrainte initiale de mâclage et la contrainte à 0.2 % d'allongement ont, avec la taille de grain, des relations similaires. Cependant, pour des tailles de grain élevées, le taux de formation des mâcles est plus élevé et ceci conduit à des valeurs anormalement élevée pour la relation entre la taille de grain et la contrainte macroscopique de màclage.

Il semble que l'apparition du mâdage est due à l'existence de grandes concentrations de contraintes locales et que la contrainte de mâclage est indépendante de la dispersion des particules d'une seconde phase quoique la densité des mâcles peut être différente dans des matériaux à une phase ou deux phases et que les grandes particules d'une seconde phase peuvent causer la fragmentation des mâcles. Les résultats indiquent qu'il existe des différences majeures entre l'influence de particules d'une seconde phase et la déformation par mâclage et glissement.     

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.     

The Effect of Oxide Grain Structure on the High-Temperature Oxidation of Fe,Ni and Cr

Abstract

Investigations have shown that the oxidation rate of metals and alloys is strongly influenced by the oxide grain size. This paper summarizes some of our data on the oxidation of Fe, Ni, Cr, and some alloys and relates the observed oxide grain structures to the oxidation kinetics and transport processes. Fine-grained polycrystalline oxide thickens most rapidly because the many oxide grain boundaries act as preferential paths for rapid diffusion. In contrast, monocrystalline oxide such as forms on some orientations of Ni and Cr thickens very slowly and shows the highest activation energy. Oxide grain size is found to depend on such factors as metal orientation, chemical pretreatment of the surface, cold work, and oxidation procedure.

Résumé

Plusieurs programmes de recherche ont montré que le taux d'oxydation des métaux et alliages dépend de la grosseur des grains des oxydes produits. Cet article présente certains des résultats obtenus en oxydant du Ni, du Cr et certains alliages; un rapport entre la structure des grains d'oxydes produits, d'une part, et d'autre part, la cinétique d'oxydation et les processus de transport présents, a été etabli. Les oxides polycristallins é grain serré facilitent l'oxydation, car leurs nombreux joints de grains offrent une route préférentielle à la diffusion rapide de l'oxygéne. Par contre, selon certaines orientations de Ni et de Cr, l'oxide monocristallin formé s'épaissit très lentement et présente les énergies d'activation les plus élevées. La grosseur des grains d'oxydes dépend de certains facteurs tels que l'orientation du metal oxyde, le prétraitement chimique de la surface, le travail à froid et la procédure d'oxydation.     

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.     

Liquid Steel Transfer — The Delivery of Quality

Abstract

During recent years, in parallel with developments in high-speed casting, there have been increasing demands for improved steel quality. These demands are being met by advances in our knowledge of the chemical, physical and thermal interactions between steel, gas, slag and refractory phases which take place within individual reactors as well as during transfer operations. Transfer operations must be precisely controlled, otherwise they become destroyers of quality, and quality achieved within one reactor can be lost during transfer to the next. © 2000 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

Au cours des dernières années, en parallèle avec 1es développements de la coulée haute vitesse, il y a eu une demande croissante de l'amélioration de la qualité de l'acier. On satisfait à ces demandes par l'avancement de notre connaissance des interactions chimiques, physiques et thermiques entre les phases d'acier, de gaz, de scories et de ráfractaires qui se produisent à l'interieur des récteurs individuels aussi bien que lors des opérations de transfert. On doit controler précisément les opérations de transfert, autrement elles deviennent des destructrices de qualité. En eilet, la qualité obtenue à l'intérieur d'un réacteur peut etre perdue lors du transfert vers le réacteur suivant. © 2000 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved     

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.     

Fine particle strengthening in Cu-0.35 wt% Cr

Abstract

The flow stress of polycrystalline, Cu-0.35wt% Cr, containing precipitate less than 130Å in diameter, has been investigated.

The flow stress can be described in terms of a grain size effect, given by a Petch type relationship, in addition to strengthening effects resulting from dislocation particle interactions. The precise mechanism by which dislocation particle strengthening occurs has not been determined unambiguously, but the present results and their agreement with published data suggest that the dislocation particle contribution to flow stress is controlled by coherency effects.

Résumé.

Les auteurs ont étudié la contrainte d'écoulement d'échantillons poly cristallins de Cu-0.35% Cr contenant des précipités ayant un diamétre inférieur à 130Å.

La contrainte d'écoulement peut etre expliquée en termes d'un effet de taille de grains selon une relation du type Petch, auquel s'ajoutent des effets de durcissement résultant des interactions dislocations?particules. Le mécanisme exact par lequel le durcissement dislocations?particules a lieu n'est pas identifie sans ambiguïté, rnais les résultats actuels et l'accord avec les donnees publiees indiquent que des effets de coherence controlent la contribution à la contrainte d'écoulement venant des interactions dislocations?particules.     

Some tensile and fatigue properties of Zn-ZnO powder composites at various temperatures

Abstract

The tensile and fatigue properties of rods which were extruded from Zn-ZnO powder composites were determined at temperatures between 150°C and ?196°C. Different particle sizes were used in the powders and the amount of 0₂ was varied from 0.12 to 1.71 weight per cent (w/o): The effect of ball-milling the powder prior to compaction was also studied.

In general, the specimens of powder origin were stronger than fine-grained pure zinc and those made from powder containing very small particles (～3 μm) displayed good ductility, particularly at room temperature. However, they possessed poor work-hardening properties so that the UTS was never more than 4000 psi above the 0.2% proof stress. Specimens of ball-milled powder origin were stronger and more brittle than other specimens. The superior tensile strengths of the powder composites over pure zinc were reflected by superior fatigue (push-pull) properties. The improvement at higher temperatures is surprising, in view of the very fine grain size of the composite specimens, so the results are rationalized in terms of oxide pinning of the grain boundaries.

Résumé

Des propriétés mécaniques en traction et en fatigue dans la gamme de temperature de 150°C à ?196°C ont été déterminées pour des tiges du matériau composite Zn-ZnO, extrudées à partir de poudres. Des particules de différents diaméters ont été employees lors de la préparation des poudres, ainsi que diverses proportions d'O₂ variant de 0.12 à 1.71% en poids. L'effet d'un broyage à boulets de la poudre avant compactage a également été étudié.

D'une façon générale, les échantillons préparés à partir de poudres ont montré une plus grande résistance que ceux préparés à partir de zinc pur à grain fin; ceux contenant des particules trés fines ont montré une bonne ductilité, surtout à la température ambiante. Cependant, Ie taux de consolidation des composites demeure faible, ce qui explique que l' écart entre la résistance à la traction et la limite élastique à 0.2% d'allongement ne dépasse pas 4,000 psi Les échantillons dont la poudre a subi un broyage à boulets étaient plus résistants et plus fragiles que les autres échantil1ons. Le fait que la résistance à la traction des composites soit supérieure à celle du zinc pur s'est manifesté par de meilleures propriétés en fatigue (tension-compression). L'amélioration des propriétés mécaniques aux températures plus élevées est étonnante, compte tenu de la grosseur du grain tres faible des échantillons composites. Cette amélioration est expliquee en termes d'un piégeage des joints de grains par des oxydes.     

The effect of various rolling conditions on the properties of a C-Mn structural steel With an appendix by W.R. Tyson

Abstract

A commercial C-Mn (0.17%C-1.2%Mn) steel was soaked at different temperatures between 1200°C and 680°C and then continuously rolled (finishing temperatures ?980°C to ～680°C) through a total reduction of ～67% to 3/4 in thickness. Various rolling schedules were employed and two cooling rates used after the last pass.

Air-cooled plates had an equiaxed, recrystallized structure for finishing temepratures ≥790°C. The grain size decreased, yield strength and toughness increased with decreasing finishing temperature. Layered, substructured grains appeared for finishing temperatures ≤760°C, and under these conditions good yield strengths and longitudinal toughness were obtained, but transverse toughness decreased significantly. Room temperature impact absorption energies of normalized Charpy specimens decreased for lower plate finishing temperatures. Oil-quenching improved tensile properties by ～3–10 ksi and decreased the grain size. Oil-quenched plates had good longitudinal toughness; however, transverse toughness tended to be inferior to that possessed by air-cooled plates.

It was concluded that it would be worthwhile to explore methods to finish-roll at low temperatures but to have initial reductions at high temperatures.

Résumé

Un acier commercial au C-Mn (0.17%C–1.2%Mn) a été prechauffe à diverses temperatures dans l'intervalle 1200°C à 680°C puis laminé en continu jusqu'à 3/4 po. D'épaisseur (réduction d'environ 67%); les temperatures de finition ont varié entre environ 680°C et 980°C. On a utilisé divers programmes de laminage et deux taux de refroidissement après la dernière passe.

Les plaques refroidies à l'air, à partir de températures de fmition ≥90°C avaient une structure de grains équiaxiaux, recristallisés. La grosseur du grain était plus petite, la limite élastique et la résilience augmentaient lorsqu'on diminuait la temperature de fmition. Pour des temperatures de finition ≤760°C la structure était formée de grains disposés en couches et contenant une sous-structure; à cette structure étaient associees de bonnes limites élastiques et une bonne resiliénce longitudinale mais une résilience transversale appréciablement plus faible. L' énergie absorbée par des échantillons Charpy normalisés ruptures à l'ambiante a diminué avec un abaissement de la température de fmition. Une trempe à l'huile a amélioré les propriétés en traction d'environ 3 à 10 ksi et a contribué à réduire la grosseur du grain. Les plaques ainsi trempees possédaient une bonne résilience longitudinale; cependant, leur résilience transversale tendait à être plus faible que celle des plaques refroidies à l'air.

On en a conclu qu'il serait utile d' étudier des méthodes ou la température de fm de laminage serait relativement basse mais où les premières réductions seraient effectuées à des températures élevées.     

Microstructures and mechanical properties in a turbine disc fabricated from astroloy powder

Abstract

Powder metallurgy processing of nickel-base superalloy turbine discs is described. The discs were prepared from hotisostatically pressed Astroloy powder preforms by a single-stage forging operation, followed by machining. The forgeability, machinability, tensile and stress rupture properties of the powder fabricated material were better than, or equivalent to, those of cast material. The fatigue lifetimes obtained in laboratory push-pull tests and the lifetime obtained in a disc exposed to engine testing and ambient temperature spin-rig testing were also good. However the lifetimes obtained from crack detection to final failure were short, indicating either poor resistance to fatigue crack propagation or poor fracture toughness. This problem is examined in terms of the microstructures and minor phase contents of the discs. The microstructures showed incomplete recrystallization in the bore, carbide laden powder particle boundaries both in the bore and the recrystallized rim, and platelets of a brittle M₂ (SC) phase. Modified processing of powder fabricated discs is suggested to circumvent these deficiencies.

Résumé

Dans cet article, les auteurs décrivent la production, par métallurgie des poudres, de disques de turbine en superalliage au nickel. Les disques sont obtenus en une seule operation par forgeage d'ébauches de poudres d'Astroloy prealablement comprimées à chaud et ils sont ensuite usinés.

La forgeabilité, l'usinabilite et les propriétés mécaniques en traction et en fluage de tels disques sont meilleures que celles des disques obtenus par fonderie. La limite de fatigue déterminée en laboratoire par traction-compression et celle obtenue sur un disq ue soumis aux conditions de service de la turbine et à l'essai «spin-rig» à température ambiante se révèlent etre bonnes. Par contre, les limites de fatigues mesurées a partir de la détection d'une fissure jusqu'à la rupture finale sont faibles, suggérant soit une faible résistance à la propagation des fissures soit une faible résilience.

Ce problème a été etudie par examen de la microstructure et des phases secondaires présentes. Ces études révèlent que la recristallisation est incomplète au centre du disque, que des carbures sont présents aux joints entre les particules de poudres autant au centre du disque que dans l'anneau extérieur recristallisé et que des plaquettes d'une phase fragile M₂ (SC) sont présentes. Des modifications au procédé de fabrication de ces disques sont suggérées afin d'éliminer ces déficiences.     

Factors Affecting the Coercivity and Remanence of Artificial Magnetite

Abstract

Sintered chemically pure ferric oxide particles were reduced by a mixture of carbon monoxide and carbon dioxide in a rotary drum furnace. The product was then concentrated in a Davis tube and from the hysteresis loop of the minus 65 plus 100 mesh particles of the magnetics, the volume average remanence and coercivity were obtained.

It was found that the residual magnetism and coercive force of the particles were inversely proportional to the reduction temperature. Reduction time had no significant effect on either coercive force or residual magnetism.

Résumé

Des particules d'oxyde ferrique aggloméré, chimiquement pur, ont été réduites par un mélange de monoxyde de carbone et bioxyde de carbone dans un four à tambour rotatif. Le produit fut ensuite concentré dans un tube Davis, et la rémanence moyenne par volume ainsi que la coercivité furent obtenues du cycle d'hystérésis des particules entre 65 et 100 mailles de la fraction magnétique.

On trouva que la magnétisme residuel et la force coercive des particules étaient inversement proportionnels à la température de réduction. La durée de la réduction n'avait guère d'effet sur la force coercive ou Ie magnétisme résiduel.     

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.     

The annealing of bainite while being concurrently deformed

Abstract

Annealing with oncurrent deformation has been carried out on a bainitic high-carbon steel in a temperature range just below the lower transformation temperature, i.e. ～850 – 975K.

The enhancement of carbide coarsening was measured during hot torsion under conditions of (a) constant strain rate and (b) constant experiment duration. The carbide coarsening rates are compared with results obtained from earlier experiments employing isothermal annealing without deformation, and the enhancement of coarsening due to concurrent deformation is quantitatively assessed from measurements of the mean particle radius and mean free ferrite path.

From kinetic data, the rate limiting step in coarsening during concurrent deformation is identified as the self-diffusion of iron and two dominant mechanisms are proposed which result in a discontinuity of coarsening rate at critical strain levels. The effective diffusion coefficient for coarsening is shown to be a linear function of strain rate and the strain rate coefficient is evaluated from the present data for bainitic 1070 steel.

Résumé

Un traitement de revenu associé à une déformation simultanée a été appliqué à un acier bainitique à haut carbone dans une gamme de températures juste inférieures à la température de transformation (850–975K).

L'accélération de la coalescence des carbures pendant la torsion à chaud a été mesurée soit àvitesse de déformation constante, soit à temps d'expérience constant.

Les lois de coalescence des carbures sont comparées àcelles obtenues au cours d'un traitement isotherme sans déformation et l'accélération de la croissance due àune déformation simultanée est évaluée quantitativement grâce aux mesures du rayon moyen des particules et de la longueur moyenne de ferrite libre.

A partir des résultats de cinétique, le facteur limitant la coalescence sous déformation est identifie comme étant l'auto-diffusion du fer et les auteurs proposent deux mécanismes prédominants qui conduisent à une discontinuité de la vitesse de coalescence pour des niveaux critiques de la déformation. Le coefficient effectif de diffusion pour la coalescence est une fonction linéaire de la vitesse de déformation et le coefficient de vitesse de déformation est évalué à partir de ces résultats expérimentaux pour un acier bainitique 1070.