Intergranular Embrittlement in Steels

Abstract

The case of intergranular embrittlement of steels induced by grain boundary segregation of impurities is briefly reviewed. Particular emphasis is placed on segregation in the austenite and the resulting tempered martensite embrittlement with some suggested ways of controlling them from an alloy design approach. Achievement of this goal would also improve resistance to other forms of intergranular embrittlement in very high-strength steels based on tempered martensite microstructure where impurity segregation in the austenite appears to govern many of the intergranular fracture processes.

Résumé

Le cas de la fragilisation intergranulaire des aciers induite par la ségrégation d'impuretes aux joints de grains dans l'austénite est succintement examiné. Une attention particulière est dévolue à la ségrégation dans l'austénite et à la fragilisation de la martensite revenue qui s'ensuit tout en suggérant des moyens pour éviter ces effetset ce lors de l'élaboration des alliages. En suivant ces suggestions on pourrait aussi augmenter la résistance à d'autres formes de fragilisation intergranulaire dans les aciers à très hautes résistances tablant sur une microstructure de martensite revenue, où la ségrégation des impuretés dans l'austenite semble déterminer plusieurs des processus de rupture intergranulaire.     

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.     

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.     

Application of fracture mechanics to high-temperature creep rupture

Abstract

This paper reviews the crack opening displacement approach to fracture testing of materials at ambient temperature and considers extension of the work to higher temperatures, as one phase of an approach aimed at bringing various cracking behaviours within the same over-all fracture mechanics treatment.

Testing procedure uses BS 15 mild steel as l-inch plate at 350°C, with loading times up to 1000 hours. A rectangular specimen about 18 × 6 inches is slit for three quarters of its length along the centre of width, and the notched region is immersed at high temperature. The split ends protruding from the furnace are strained apart, and a transducer is projected into the furnace to provide a continuous measurement of crack opening displacement. CaDs produced are in reasonable agreement with values predicted by the general yielding theory. Intergranular crack extensions occurred at CODs of 14 to 17 × 10^?3 inches, were of the ‘pop-in’ type.

One specimen was cooled to 0°C after test so that the crack could be extended by cleavage. The COD at initiation was 5 × 10^?3 inches, indicating that the material had been substantially embrittled by hot straining.

Résumé

Après avoir revu l'ouverture et le déplacement des fissures pour des essais de rupture à température ambiante, les auteurs considèrent l'élargissement de ces conclusions a haute température comme approche pour examiner divers comportements des fissures dans un mécanisme global de la rupture.

Pour les essais, une tôle d'un pouce d'épaisseur d'acier doux BS?15 a été utilisée a 350°C, le temps maximal de mise en charge étant de 1000 heures. L'éprouvette rectangulaire déenviron 18 po. × 6 po. est entaillée en son centre sur les trois quarts de sa longueur; la région entaillée est maintenue à haute température. Les extrémités fendues de la tôle sont écartées l'une de l'autre hors du four et un palpeur dans le four donne en continu la propagation de la fissure. La propagation des fissures est en bon accord avec les valeurs données par la théorie de l'écoulement. L'extension de fissure intergranulaire se produit pour des valeurs de la propagation des fissures de 14 à 17 × 10^?3 pouces et sont réentrantes. Une éprouvette fut refroidie à 0°C aprés l'essai de fa?on à pouvoir faire avancer la fissure par clivage. La propagation de la fis sure était de 5 × 10^?3 pouces indiquant une fragilisation du métal par deformation à chaud.     

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.     

Metallurgical properties of heat-treated Zr-2.5 wt% Nb pressure tubes irradiated under power reactor conditions

Abstract

Three heat-treated pressure tubes of Zr-2.5 wt % Nb were irradiated as components of Chalk River reactor loops under conditions similar to those in Canadian power reactors of pressurized heavy water (CANDU-PHW) and boiling light water (CANDU-BLW) type. Two other tubes, one of which had been artificially hydrided to about 200 ppm H2, were irradiated unstressed in air at about 300°C.

Post-irradiation examination of the tubes shows that they can withstand severe through-wall defects: the critical crack length exceeds 43 mm at a hoop stress of 179 MN/m2 at 20° and 300°C. Mechanical strength was increased by neutron irradiation: eliminating autoclaving offers the advantage of lower rates of oxidation and hydrogen pickup.

Résumé

Trois tubes de force en alliage Zr-2.5 % pds Nb, ayant subi des traitements thermiques ont été irradiés comme composants de boucles dans le réacteur à Chalk River. Les conditions ressemblaient à celles dans les réacteurs canadiens à eau lourde sous pression (CANDU-PHW) et à eau légère bouillante (CANDU-BLW). Deux autres tubes, l'un ayant subi un traitement d'hydruration jusqu'à 200 ppm de H₂ ont été irradiés sans contrainte sous air à 300°C.

Les examens ultérieurs ont montré que les tubes peuvent supporter des défauts sévères qui traversent les parois: la longueur critique de fissure est supérieure à 43 mm pour une contrainte de 179 MN/m² a 20° et a 300°C. Une irradiation aux neutrons augmentent la résistance mécanique. Les taux d'oxydation et de dissolution d'hydrogène se voient diminuer si les tubes ne sont pas traités antérieurement à l'autoc1ave.     

EFFECT OF COATING PARAMETERS AND HEAT TREATMENT ON THE ADHESIVE PROPERTIES OF ELECTROLESS Ni-P COATINGS

Abstract

The adhesive properties of coatings have pronounced effects on their quality. The effect of various coating parameters and post-deposition heat treatment on the adhesive properties of low and high phosphorus electroless nickel-phosphorus (EN) coatings was investigated using three-point bending tests. The critical load and mid-span deflection were used as measures of the adhesive strength of the coatings.

A good correlation was found between the coating parameters and the critical load and deflection values at crack initiation. The critical load was found to increase with increasing coating thickness for EN-coated specimens tested in the as-deposited condition. The critical load and mid-span deflection of as-plated EN coatings increased with increasing phosphorus content. However, thick coatings cracked at lower deflection values than thin coatings. Post-deposition heat treatment at 400 °C for 1 hour adversely affected the measured indices due to increase in brittleness of the coatings occasioned by the crystallization of nickel crystals and nickel phosphide (NixPy) precipitates. Further, the critical load and deflection values at cracking were found to be dependent upon the mechanical properties of the substrate material.

Les propriétés adhésives des revêtements ont des effets prononcés sur leur qualité. On a investigué l’effet de divers paramètres du revêtement et du traitement thermique après le dépôt sur les propriétés adhésives de revêtements autocatalytiques de nickel–phosphore (EN) à teneur faible ou élevée en phosphore, en utilisant les essais de flexion en trois points. On a utilisé la charge critique et la flèche à mi-portée comme mesures d’adhérence des revêtements. On a trouvé une bonne corrélation entre les paramètres du revêtement et les valeurs de charge critique et de flèche à l’initiation de fissure.

On a trouvé que la charge critique augmentait avec l’augmentation de l’épaisseur du revêtement pour les spécimens revêtus de EN évalués à l’état brut. La charge critique et la flèche à mi-portée des revêtements EN plaqués bruts augmentaient avec une augmentation de la teneur en phosphore. Cependant, les revêtements épais craquaient à des valeurs plus faibles de flèche que les revêtements minces. Le traitement thermique après dépôt, à 400 °C pendant 1 h, affectait défavorablement les indices mesurés à cause de l’augmentation de la fragilité des revêtements, occasionnée par la cristallisation de cristaux de nickel et de précipités de phosphure de nickel (NixPy). De plus, on a trouvé que les valeurs de la charge critique et de flèche à la fissuration étaient dépendantes des propriétés mécaniques du matériau du substrat.     

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

Abstract

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

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

Effect of thermal cycling on the stress orientation and circumferential ductility in Zircaloy-2

Abstract

The radial orientation of hydride in Zircaloy tubing reportedly causes a marked decrease in the circumferential ductility. Zircaloy cladding tubes used in power reactors today are fabricated under conditions controlled so that hydrides in the tube are circumferentially oriented. Applied stress during the precipitation of hydride under cooling affects the orientation in experiments on stress reorientation but the effect of stress has been investigated during only one thermal cycle. In reactor, however, cladding encounters repeated thermal cycles between operating temperature and room temperature. The effects of thermal and stress cycles on the orientation of hydride, simulating reactor operation, were investigated.

After 30 thermal cycles without an applied stress, the hydride orientation did not change, but the length of the hydride platelet depended on the cooling rate. A cooling rate of 80°C/h caused a decrease in hydride size with repeated cycles. The effect of stress was not significant up to 10 kg/mm². Hydride size decreased with increasing number of cycles with an applied stress of 20 kg/mm2 and radially oriented hydrides increased.

The circumferential ductility of Zircaloy-2 tubing subjected to the thermal cycling was measured by flare and flattening tests. Generally, ductility at room temperature was low and increased with increasing temperature. At a high hydrogen concentration of 1000 ppm, ductility at room temperature was zero, whereas at 300°C, the ductility was similar to that of the lowest hydrogen specimen. At a stress of 20 kg/mm², one and five thermal cycles caused a decrease in ductility.

Résumé

L'orientation radiale des hydrures dans les tubes de Zircaloy est la cause d'une diminution marquée de la ductilité circonférentielle. Les tubes de gainage en Zircaloy utilisés dans les réacteurs sont fabriqués dans des conditions telles que les hydrures sont orientes circonférentiellement. L'application d'une contrainte lors de la précipitation des hydrures pendant le refroidissement affecte leur orientation; l'effet d'une telle contrainte n'a cependant été étudié que pendant un cycle thermique. Dans les réacteurs les gaines subissent des cycles thermiques répétes entre l'ambiante et la température de fonctionnement. Les auteurs ont étudié les effets des cycles thermiques et de contrainte sur l'orientation des hydrures en simulant le fonctionnement d'un réacteur.

Après 30 cycles thermiques, sous contrainte nulle, l'orientation des hydrures restait constante mais leur longueur variait avec le taux de refroidissement. Un taux de refroidissement de 80°C/h faisait diminuer la taille des hydrures apres des cycles répétés. Jusqu'à 10 kg/mm² l'effet de la contrainte est négligeable. La taille des hydrures diminue avec un nombre de cycles croissant et une contrainte de 20 kg/mm² et le nombre d'hydrures d'orientation radiale augmente.

La ductilité circonférentielle des tubes de Zircaloy-2 ayant subi des cycles thermiques a éteé mesurée par des essais d'éclatement et d'aplatissement.

D'une façon générale, la ductilité à température ambiante est faible et augmente avec la température. A une teneur élevée en hydrogéne (1000 ppm) la ductilité est nulle à l'ambiante et à 300°C elle est semblable à celie des éprouvettes ayant les plus faibles teneurs en hydrogene. A une contrainte de 20 kg/mm², un et cinq cycles thermiques faisaient diminuer la ductilité.     

Grain boundaries in recrystallization

Abstract

In this brief survey, the theoretical models for nucleation of new grains in annealed cold-worked metals are reviewed in the light of recent researches in the author's laboratory. The importance of strain-induced boundary migration is gradually emerging. The role of vacancies in enhancing the mobility of grain boundaries is reviewed, and this leads on to a survey of the influence of pores in particular, and precipitates more generally, on the motion of grain boundaries. Areas of ignorance which call for further experiments are pointed out.

The influence of dissolved impurities on grain-boundary motion is excluded from this survey.

Résumé

Dans cette brève synthèse, l'auteur passe en revue, à la lumière de récents travaux effectués dans son laboratoire, les modèles théoriques de germination des grains dans les métaux déformés à froid et recuits. L'importance d'une migration des joints induite par la déformation émerge graduellement. Le rôle des lacunes, qui favorisent la mo bilite des joints de grains, est passé en revue et ceci conduit à une étude de l'influence des pores en particulier, et de précipités plus généralement, sur la migration des joints de grains. L'auteur souligne les domaines, où notre ignorance nécessite d'autres expériences. Est exclue de cette synthèse l'influence des impuretés dissoutes sur la migration des joints de grains.     

Experimental problems in measuring the thermal conductivity of liquid oxide

Abstract

Conventional methods for measuring thermal conductivity are not applicable for liquid oxides containing high concentrations of iron in the range of 1200 to 1600°C. The principal problem is attack of container materials, measuring probes, etc. by the liquid. To avoid this problem, an experimental method was sought which permitted measurements for short times on very small specimens. In the method chosen, the temperature of one side of the specimen is made to oscillate at a selected frequency and amplitude. The oscillation passes through the specimen with decreasing amplitude and a phase shift, the phase shift being dependent on the frequency of oscillation, thickness, and thermal diffusivity of the specimen. With appropriate conditions for the experiment, the phase shift is simple to measure and record.

The experimental method and apparatus are discussed. Difficulties with the choice of materials and details of the experimental design are outlined. Complications arising from radiative transport and the limitations placed on the apparatus to avoid interference from the effect are described. Some results of the measurement are discussed briefly.

Résumé

Les méthodes conventionnelles de mesure de la conductibilité thermique ne sont pas applicables aux oxides liquids contenant une forte concentration de fer, entre 1200 et 1600°C. Le principal problème est une attaque par le liquide du contenant, dessondes, etc. Pour pallier cette difficulté, nous avons développé une methode permettant d'effectuer des measures pendant des tempstrés courts et sur de tout petits échantillons. Pour la méthode utilisée, la température de l'une des faces de l'échantillon oscille à une fréquence et une amplitude choisies; cette oscillation traverse l'échantillon ce qui entraïne une diminution de l'amplitude et un décalage de phase, décalage fonction de la fréquence utilisée, de l'épaisseur de l' échantillon et de son coefficient de diffusion thermique. Le décalage de phase se mesure facilement et est enregistré dans des conditions expérimentales correctes.

Dans cet article nous décrivons la méthode expérimentale et l'appareillage utilisés, ainsi que les difficultés rencontrées pour le choix des matéiaux et la mise au point du montage. Il est fait part en outre des complications survenues à cause du transfert par radiation et des limites imposées au montage pour les éviter. Brièvement, nous discutons de quelques résultats obtenus.     

Fatigue Growth From Flaws in Piping Intersections

Abstract

A previous paper describes experimental techniques for studying cyclic crack growth from internal defects in normal pipe-to-pipe intersections (tees) subjected at 260°C to out of plane moment and/or internal pressure. That paper also presented a preliminary fracture mechanics analysis of some of the experimental data. This paper presents the results of additional tee tests, including a more detailed strain analysis, and shows how linear elastic fracture mechanics can be used to predict cycles to leakage for various defect locations in the crotch of a tee.

Résumé

Un précédent article a décrit les techniques expérimentales utilisées pour étudier la croissance par cyclage des fissures provenant de défauts internes dans des jonctions (T) tube à tube qui sont soumises à une température de 260°C avec une pression interne accompagnée ou non d'un moment de force hors-plan. Cet article présentait aussi une analyse préliminaire par la mécanique de la rupture de quelques résultats expérimentaux. Le présent article donne les résultats additionnels sur les “tés” ainsi qu'une analyse plus détaillée des contraintes et montre comment la mécanique de la rupture linéaire élastique peut être utilisée pour prédire le nombre de cycles avant une fuite pour différents défauts sur un té.     

Texture and anisotropy of zirconium in relation to plastic deformation

Abstract

Possible modes of plastic deformation of tubular materials are analyzed generally. Based on symmetry considerations applied to known textures of zirconium wire and strip, textures of zirconium tubes are predicted as resulting from a wide range of deformation modes. This is made possible by focusing on the main feature of texture, Le., the orientation distribution of basal poles. A relation between texture and the mechanical anisotropy of zirconium is developed, and rules are suggested for softening and hardening caused by texture change. Experimentally, Zircaloy tubes were deformed by various techniques. The resulting textures were determined by X-ray diffraction and the mechanical anisotropy by Knoop-hardness measurement. Each determination is condensed into two representative figures, one describing the type of texture or anisotropy and the other describing the sharpness of texture or the degree of deviation from isotropy.

The experiments verify the predicted relation between type of texture and mechanical anisotropy, and also indicate how degree of anisotropy depends on sharpness of texture. Changes in texture are investigated in relation to plastic deformation, and further refined rules are derived for the direction and rate of these changes. The initially predicted textures are concluded to be stable, i.e., they are reached only after a certain degree of deformation. Zircaloy tubes of three different textures were subjected to tensile testing, closed-end burst testing and open-end burst testing. The observed texture-softening phenomenon corroborates the rules suggested and is considered to commonly occur, as opposed to texture hardening, which requires special combinations of texture and testing method.

Résumé

Les différents modes de déformation plastique possibles dans les tubes ont été analysés d'une façon générale. En se basant sur des considérations de symétrie appliquées aux textures connues pour le zirconium en fil et en bandes, la texture des tubes de zirconium resultant de divers modes de déformation a été prédite. Ceci est possible si l'on tient surtout compte des principes de la texture, c'est à dire, la distribution des orientations des poles de base. Une relation entre la texture et l'anisotropie du zirconium est développée, et des règles sont suggérées pour l'adoucissement et la consolidation dûs à un changement de texture. Dans les expériences, les tubes de zirconium ont été déformés par plusieurs modes. Les textures résultantes ont été déterminées par la diffraction des rayons-X. et l'anisotropie par des mesures de dureté Knoop. Chacune de ces déterminations est représentée dans deux figures, l'une décrivant le genre de texture ou anisotropie, l'autre décrivant la netteté de la texture ou l'écart du caractère isotrope. Les expériences vérifient la relation prévue entre la texture et l'anisotropie. Les changements de texture sont examinés en fonction de la déformation plastique, et d'autres règles plus rigoureuses sont dérivées pour la direction et la vitesse de ces changements. On conc1ut que les textures prévues initialement sont stables, c'est à dire qu'elles ont lieu apres une certaine déformation. Des tubes de Zircalloy de trois textures différentes ont été soumis à des essais detraction, des essais d'éc1atement à extrémités ouvertes ou fermées.

Le phénomène d'adoucissement observé, causé par la texture, est en accord avec les règles suggérées et est généralement présent, ce qui n'est pas le cas du durcissement causé par la texture, durcissement nécessitant des combinaisons spéciales de texture et de méthodes d'essai.     

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.     

Evolution of Microstructures and Product Opportunities in Low Carbon Steel Strip Casting

Abstract

One of the greatest challenges in the direct casting of low carbon steel strip is the production of material with mechanical properties similar to those obtained via conventional strip production routes. A fundamental understanding of the microstructure evolution from solidification through to the final product is of critical importance in this endeavour. Experimental work was carried out using a special apparatus to establish links between heat transfer, nucleation, solidification, strip microstructures and mechanical properties. This information was used in conjunction with the actual microstructures and properties of strip obtained from a full scale development plant to define the breadth of product opportunities possible from the direct casting of low carbon steel strip.

L'un des plus grands défis de la coulée en moule de fonte de feuillard d'acier à faible carbone est la production de matériel ayant des propriétés mécaniques similaires à celles obtenues par l'intermédiaire des routes conventionnelles de production de feuillard. Une compréhension fondamentale de l'évolution de la microstructure depuis la solidification jusqu'au produit final est d'une importance critique dans cet effort. On a entrepris le travail expérimental en utilisant un appareil spécial afin d'établir des liens entre le transfert de chaleur, la nucléation, la solidification, les microstructures du feuillard et les propriétés mécaniques. On a ensuite utilisé cette information en conjonction avec les microstructures et les propriétés actuelles de feuillards obtenus d'une usine de développement à pleine échelle afin de définir l'ampleur des possibilités de produits obtenus à partir de la coulée en moule de fonte de feuillard d'acier à faible carbone.     

Evaluation of Ultrasonic Inspection Procedures by Field Mapping with an Optical Probe

Abstract

Optical interferometric laser probes can be used to visualize the time variation of ultrasonic displacements produced by conventional transducers and their spatial variations over the surface of a test piece. This information can be used to estimate the ultrasonic field distribution incident on the region of the flaws and then can lead to a better evaluation of the reliability of the whole inspection procedure. In this communication the principles at the basis of such a technique are outlined and the optical probe used to perform the measurement is described. An example where the probe maps the inside and the outside of an Electrical Resistance Welded pipe, in which ultrasound undertakes multiple reflections, is presented.

Résumé

Les sondes laser basées sur l'interférometrie optique peuvent être utilisées pour visualiser les variations temporelles des déplacements ultrasonores produits par des palpeurs conventionnels ainsi que leur variations spatiales à la surface d'un échantillon. Les données ainsi obtenues peuvent servir à estimer la distribution du champ ultrasonore incident dans une zone de défauts et ainsi conduire à une meilleure évaluation de la fiabilité de toute la procedure d'inspection. Dans cette communication, nous présentons les principes à la base d'une telle technique d'évaluation et nous décrivons la sonde optique utilisée. Nous présentons un exemple où la sonde est utilisée pour balayer l'intérieur et l'extérieur d'un tuyau soudé par résistance dans lequel l'ultrason subit des reflections multiples.     

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.     

The formation and composition of the fluoride emissions from aluminum cells

Abstract

A survey of information in the literature regarding the total fluoride consumption per ton of aluminum produced in many plants, and the amount of fluorides retrieved from the anode gas is given. A quantitative calculation is presented for the fluoride emissions generated by vaporization from the melt, based on data for vapour pressures of sodium fluoride-aluminum fluoride melts with relevant additions. While vaporization is a significant source of fluoride emissions, other and equally important mechanisms must also contribute to the emission rates reported from the aluminum smelting industry.

Possible reactions between the moisture content of the feed and the molten fluorides are discussed. Water introduced with the feed may, in part, lead to hydrolysis reactions in the fluoride melt, and may also be partly reduced to hydrogen. Another source of hydrogen is the materials of the anode. Theoretical considerations as well as experimental evidence indicates that part of the hydrogen may be anodically oxidized to hydrogen fluoride which gives a significant contribution to the total fluoride emission rate. The reactions of water vapour with the fluoride-containing vapour from the melt will alter the chemical composition of the emissions but will not contribute to the emission rate.

Separate consideration is given to the fluoride emissions during the start of new cells and during anode effect.

The observed fluoride emission rates may be ascribed to three principal mechanisms: (1) Vaporization from the molten electrolyte; (2) primary generation of hydrogen fluoride in the cell; (3) the entrainment of liquid droplets and solid dust. Available evidence indicates that these three mechanisms are of about equal significance.

Résumé

Les auteurs font un relevé bibliographique de la consommation totale de fluorure par tonne d'aluminium produit dans de nombreuses usines et de la quantité de fluorures récupérés dans les gaze En se basant sur les pressions de vapeur de bains de fluorures de sodium et d'aluminium, les émissions de fluorures par vaporization du bain sont calculées quantitativement. Outre la vaporisation, d'autres mécanismes peuvent etre aussi importants dans l'émission de fluorures et contribuer au taux d'émission total de l'industrie de l'aluminiun.

Les réactions possibles entre l'humidité de l'alimentation et le fluorure fondu sont discutées: l'eau ainsi introduite peut, en partie, conduire à des réactions d'hydrolyse avec le fluorure et peut aussi être partiellement réduite en hydrogéne. L'anode est une autre source d'hydrogène. Des considérations théoriques et des faits expérimentaux indiquent qu'une partie de l'hydrogène peut être oxydée anodiquement en fluorure d'hydrogène et apporter ainsi une contribution importante à l'émission totale de fluorure. Si la réaction entre la vapeur d'eau et les vapeurs de fluorure du bain de fusion changera la composition des émissions, elle ne contribue pas au taux d'émission.

D'autres considérations sont apportées sur les émissions de fluorure pendant le démarrage de nouvelles cellules et pendant l'effet anodique.

Les taux d'emission de fluorure peuvent être imputables à 3 mécanismes principaux: (1) Vaporisation de l'électrolyte liquide; (2) Formation de fluorure d'hydrogène dans la cellule; (3) Entraînement de gouttelettes liquides et de poussières. Ces 3 mécanismes sont d'importance comparable.     

Effect of iron as alloying element on electrochemical behaviour of 90∶10 Cu–Ni alloy

Abstract

Copper–nickel alloys have been used in many applications in marine environments, because of their excellent corrosion and biofouling resistance. In this study, the effects of iron as an alloying element on the corrosion behaviour of copper–10 wt-% nickel alloy in artificial saline solutions and natural sea water were investigated. Synthetic copper–nickel alloys were prepared in an induction furnace under an argon–7 vol.-% hydrogen atmosphere in cylindrical boron nitride crucibles. They were then homogenised at 950°C for 10 h under the same protective atmosphere. Linear sweep polarisation, cyclic polarisation, Tafel extrapolation and cyclic voltammetry techniques were performed in this investigation. Following the electrochemical measurements, the corrosion products and the passive film were analysed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), electron probe microanalysis, energy dispersive spectrometry (EDS), wavelength dispersive spectrometry (WDS) and X-ray diffraction (XRD). The electrochemical behaviour of the synthetic Cu–Ni–Fe alloys depends on maintaining iron in a single phase in the solid solution (the maximum amount of iron that can be used was 1·5 wt-%). Quenching improves the electrochemical behaviour of synthetic Cu–Ni–Fe alloys containing relatively high iron content. The outer layer of the passive film is porous in the absence of iron, but when iron is added, the pores disappear and cracks appear. When no sulphate is present in the solution, the passive film formed on synthetic Cu–Ni–Fe alloys consists entirely of chlorides, and Fe₂O₃. In the presence of sulphate, FeS and NiS were detected in the corrosion film.

On a utilisé les alliages de cuivre–nickel à de nombreuses fins en milieux marins, grâce à leur excellente résistance à la corrosion et à l’incrustation biologique. Dans cette étude, on a examiné l’effet du fer en tant qu’élément d’alliage sur le comportement de corrosion d’un alliage de cuivre–10% en poids de nickel dans des solutions salines artificielles et dans de l’eau de mer naturelle. On a préparé des alliages synthétiques de cuivre–nickel dans un four à induction dans une atmosphère d’argon–7% en volume d’hydrogène dans des creusets cylindriques de nitrure de bore. On les a ensuite homogénéisés à 950°C pendant 10 heures sous la même atmosphère protectrice. Dans cette investigation, on a utilisé des techniques de polarisation linéaire à balayage, de polarisation cyclique, d’extrapolation de Tafel et de voltampérométrie cyclique. Après les mesures électrochimiques, on a analysé les produits de corrosion et le film passif en utilisant un microscope à balayage électronique à champs par émission d’ions (FE-SEM), la microanalyse par électrons, la spectrométrie des rayons X à dispersion d’énergie (EDS), la spectrométrie dispersive en longueur d’onde (WDS) et la diffraction des rayons X (XRD). Le comportement électrochimique des alliages synthétiques de Cu-Ni-Fe dépend du maintien du fer en une phase unique dans la solution solide (la quantité maximale de fer que l’on pouvait utiliser étant de 1·5% en poids). La trempe améliore le comportement électrochimique des alliages synthétiques de Cu–Ni–Fe ayant une teneur relativement élevée en fer. La couche extérieure du film passif est poreuse en l’absence de fer, mais lorsque l’on ajoute du fer, les pores disparaissent et des fissures apparaissent. Lorsqu’il n’y a pas de sulfate dans la solution, le film passif formé sur les alliages synthétiques de Cu–Ni–Fe consiste entièrement en chlorures et en Fe₂O₃. En présence de sulfate, on détecte du FeS et du NiS dans le film de corrosion.     

Influence du carbone et de l'azote sur la diffusion intergranulaire et sur les transformations de phase des alliages Fe-Cr

Abstract

A study using radioactive tracers carried out on chromium-iron alloys (0–15% Cr) of variable carbon and nitrogen contents shows that these impurities have a significant influence on the variation of the volume diffusion coefficients, D_v, as a function of the chromium content and especially on the grain boundary diffusion coefficients. The structure that results from the α  α + γ transformation and the form of the γ-loop of the equilibrium Fe-Cr diagram are strongly related to the carbon and nitrogen contents.

By a method employing the doping of carbon 14 and high resolution autoradicr graphs, the segregation of carbon in the grain boundaries and in the martensite interfaces was revealed, permitting a partial explanation of the role of this element in the diffusional phenomena and in the phase transformations.

Résumé

L'étude par radiotraceurs (Cr. et Fe.) d'alliages fer-chome (0 à 15% de chrome) de teneurs en carbone et azote variables montre que ces impuretés ont une influence notable sur les courbes de variation des coefficients de diffusion en volume D_v en fonction de la teneur en chrome et surtout sur les coefficients de diffusion intergranulaire. Les structures obtenues lors des transformations α  (α + γ) et l'allure de la boucle γ du diagramme d'équilibre Fe-Cr sont en relation étroite avec la teneur en carbone et en azote. Par une technique de chargement en carbone 14 associée à des autoradiographies à haut pouvoir de résolution nous avons pu mettre en évidence la localisation du carbone dans les joints de grains et dans les interfaces de structure martensitique et expliquer en partie le rôle de cette impureté sur les phénomènes diffusionnels et sur les transformations de phase.