Hot Ductility of Tool Steels

Abstract

Four tool steels (A2, D2, M2 and W1) representing a wide variety of compositions (and carbide content) were hot deformed in torsion between 900 and 1200 °C at strain rates of 0.1, 1 and 4 s^?1. Carbides contribute to an increase in strength but to a lower ductility. The plain carbon tool steel (W1) with no carbides was very ductile at all test conditions, but the alloy steels displayed poor ductility due predominantly to void formation around the carbides at lower and medium temperatures and incipient melting at higher temperatures. The effects of carbides on ductility depend on their morphology and distribution. Alloy tool steels experience eutectic solidification of the networks of primary carbides that are broken up by hot working thereby improving ductility. Hot rolled stocks experience directional ductility; such anisotropy is reduced by further working. The alloy steels display parabolic ductility curves for each strain rate; the ductility increases with decreasing strain rate and a rise in temperature up to a maximum of about 1000 °C for A2 and D2 and about 1050 °C for M2. The M2 steel, despite having the highest volume fraction of carbides and strength, displays the greatest ductility followed relatively closely by A2. D2, though close to M2 in carbide volume and strength, has much lower ductility.

On a déformé par torsion à chaud, entre 900 °C et 1200 °C, à des taux de déformation de 0.1, 1 et 4 s-1, quatre aciers à outils (A2, D2, M2 et W1), couvrant une bonne variété de compositions (et de teneurs en carbure). Les carbures augmentent la résistance à la traction mais diminuent la ductilité. L'acier à outils au carbone (W1), sans carbures, était très ductile sous toutes les conditions d'essais. Les aciers alliés ont affiché une faible ductilité à cause, principalement, de la formation de lacune autour des carbures, aux températures basses et intermédiaires, et à cause de la fonte initiale, aux plus hautes températures. L'effet des carbures sur la ductilité dépend de leur morphologie et de leur distribution. Les aciers alliés à outils subissent une solidification eutectique des réseaux de carbures primaires qui sont brisés par le formage à chaud, ce qui améliore la ductilité. Les matériaux laminés à chaud montrent une ductilité directionnelle; une telle anisotropie est réduite par le formage additionnel. Les aciers alliés affichent des courbes de ductilité paraboliques pour chaque taux de déformation, la ductilité augmentant avec une diminution du taux de déformation et une augmentation de la température, jusqu'à un maximum d'environ 1000 °C pour le A2 et le D2 et d' environ 1050 °C pour le M2. L'acier M2, en dépit de sa plus grande fraction volumique de carbures et d'une plus grande résistance, affiche la plus grande ductilité, suivi de relativement près par le A2 puis par le D2 qui, bien que se rapprochant du M2 pour ce qui est du volume en carbure et de la résistance, a une ductilité beaucoup plus faible.     

The structure and properties of warm-rolled steels

Abstract

Microstructure, tensile properties and fracture behaviour were examined in both warm-rolled rods (1150°F, 621°C) and in conventionally hot-rolled rods (1950°F, 1065°C) of four carbon grades (1015, 1038, 1060 and 1090). Both spheroidization of carbides and the development of substructure in the ferrite were produced during warm rolling. The fracture facets were more irregular, indicating an increased amount of plastic tearing, than in the conventionally hot-rolled bars. Compared with hot rolling, the warm rolling caused an increase in yield stress (all grades), in reduction of area (all grades except 1015) and in ratio of yield stress to ultimate tensile stress. The total elongation, with the exception of 1090 steel, was decreased. In the1090-grade rods, the shelf energy for the tear fracture was significantly increased, although the transition temperature was affected very little by warm rolling. In contrast, warm rolling has produced a marked decrease in shelf energy and a 30°C increase in transition temperature for the 1015 material.

Résumé

Les auteurs ont étudié la microstructure, les propriétés mécaniques en traction et la fragilité de barres d'aciers aux carbones 1015, 1038, 1060 et 1090, laminés soit à chaud (1950°F, 1065°C) soit à tiéde (1150°F, 621°C).

Au cours du laminage à tiède, il y a sphéroîdisation des carbures et apparition d'une sous-structure dans la ferrite. D'autre part le faciès de rupture est plus irrégulier, indiquant un accroissement de la ductilité.

Comparé au laminage à chaud, le laminage à tiède produit une augmentation de la limite élastique (pour tous les aciers), du coefficient de striction (pour tous les aciers sauf le 1015) et du rapport limite élastique/résistance à la traction. A l'exception de l'acier 1090, l'allongement à la rupture diminue. Pour l'acier 1090, laminé à tiède, l'énergie de rupture ductile augmente sensiblement, quoique la température de transition varie très peu. Par contre, le laminage à tiéde conduit à une forte diminution de l'énergie de rupture ductile et à une augmentation de 30°C de la température de transition pour l'acier 1015.     

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.     

Hot workability of a 6% Mo austenitic stainless steel

Abstract

The addition of 6% molybdenum to austenitic stainless steel, although very beneficial to localized corrosion resistance, leads to hot workability difficulties. Hot short cracking at the interdendritic boundaries during initial breakdown of the cast ingot has been observed to be the principal failure mode. A hot working schedule has been developed which takes advantage of a peak in the ductility curve of this alloy at 1850°F (1010°C). An initial moderate reduction can be accomplished at this temperature without cracking which promotes a complete recry-stallization of the ingot during subsequent heating to rolling temperatures. The resultant fine-grained structure can be further processed to sheet without hot short cracking.

Résumé

L'addition de 6% de molybdène à l'acier inoxydable austénitique augmente grandement sa résistance àla corrosion localisée mais engendre des problèmes au cours du corroyage. On a observe que le principal mode de rupture, lors des premières passes du dégrossissage des lingots, était de la fissuration aux joints interdendritiques. On a mis au point un programme de corroyage axé sur le fait qu'à 1850°F (1010°C) la courbe de ductilité presente un maximum. A cette température on peut effectuer une premiére réduction modérée sans fissuration; cette réduction favorise une recristallisation complète du lingot au cours du chauffage ultérieur jusqu'aux températures de laminage. La structure à grains fins qui en résulte permet de continuer à laminer jusqu'à de la tôle sans fissuration à chaud.     

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

Abstract

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

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

Résumé

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

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

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

Abstract

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

Résumé

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

Kinetics of Austenite Transformation During Thermomechanical Processes

Abstract

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

Résumé

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

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.     

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.     

A Pilot-Scale Rolling Mill for Process and Material Development

Abstract

This paper describes the modernization of the pilot-scale rolling facilities for state-of-the-art research and development of rolling processes and rolled materials at the Physical Metallurgy Research Laboratories, CANMET. The overall modernization comprises systems for automatic acquisition of rolling mill performance data and automatic control of mill operation, and ancillary facilities for controlled reheating prior to rolling and controlled cooling and phase-transformation monitoring during or following completion of rolling.

Extensive application of the pilot-scale mill in process and material development, and in fundamental studies of rolling mechanics and deformation, is outlined. The major effort focusses on research of thermomechanical processing of steel for use in the structural, energy, marine and transportation fields.

Résumé

Cet article décrit la modernisation d'installations de laminage à l'échelle pilote afin d'effectuer des recherches courantes, de développer des procédés de laminage et des produits laminés dans les Laboratoires de recherche en métallurgie physique du CANMET. La modernisation globale comprend des systèmes pour l'acquisition automatique de données sur la performance des laminoirs, et le contrôle automatique de ses opérations. Il y a aussi des installations accessoires pour le rechauffage contrôle précédant le laminage, le refroidissement contrôle, de même que l'inspection des phases de transformation au cours du laminage, ou après son achèvement.

On décrit les vastes applications du laminoir à l'échelle pilote en traitement et en développement de produits lamines. L'effort principal est centré sur la recherche en traitement thermomécanique de l'acier pour en faire usage dans les domaines structural, énergétiq ue, marin et de transport.     

Dynamic recovery of aluminum during hot rolling

Abstract

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

Résumé

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

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.     

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

Abstract

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

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

Résumé

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

MICROSTRUCTURE AND MECHANICAL BEHAVIOUR OF Ni-ALLOYED AUSFORMED AUSTEMPERED DUCTILE IRON

Abstract

The abrasion wear behaviour of ausformed austempered ductile iron (AADI) as well as conventional austempered ductile iron (ADI) was investigated. The effects of both Ni content and rolling reduction during the ausforming process on wear resistance of AADI and ADI were studied thoroughly. The ausforming process has created a finer and more homogeneous ausferrite structure that has a direct influence on the mechanical properties of AADI. Maximum hardness and tensile strength were obtained with a 35% rolling reduction. On the other hand, ductility and impact strength were reduced with increasing rolling reduction during the ausforming process. AADI showed superior abrasion wear resistance due to its finer and harder structure.

On a investigué le comportement de résistance à l’abrasion de la fonte ductile austénitoformée, à trempe étagée bainitique (AADI) ainsi que de la fonte ductile conventionnelle à trempe étagée bainitique (ADI). On a étudié à fond l’effet de la teneur en Ni ainsi que de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage sur la résistance à l’usure de l’AADI et de l’ADI. Le traitement d’austénitoformage créait une structure ausferritique plus fine et plus homogène qui a une influence directe sur les propriétés mécaniques de l’AADI. On a obtenu une dureté et une résistance à la traction maximales avec une réduction par laminage de 35%. D’un autre côté, la ductilité et la résistance à l’impact étaient réduites avec une augmentation de la réduction par laminage lors du traitement d’austénitoformage. L’AADI a montré une résistance supérieure à l’abrasion, grâce à sa structure plus fine et plus dure.     

The Influence of Rolling Practice on Fracture Properties of Hot Rolled Plate

Abstract

The fracture behaviour of ferrite-pearlite steels finish-rolled in the (α + γ) region has been investigated and correlated with specific microstructural features. The effect of increasing the amount of deformation at lower temperatures in the (α + γ) region is to skew the ferrite grain-size distribution toward larger grain sizes at the same mean value of ferrite grain size, and to increase the dislocation density of the ferrite. In addition, the proportion of large ferrite grains oriented with (001) parallel to the rolling plane is increased. In conventional fracture tests it was observed that the lower finish rolling temperature did not alter either the impact transition temperature or the K_1C value for cleavage (measured at – 196°C). However, the through-thickness fracture properties deteriorate with lower finish rolling temperature because of the increased ease of nucleating microcracks at arrays of inclusions as well as the preferential nucleation of cleavage cracks in the large ferrite grains oriented parallel to (001). The results indicate that the variation of through thickness properties with rolling practice is a sensitive indicator for optimizing hot rolling practice.

Résumé

Le comportement lors d'essais de rupture d'aciers laminés ferrite-perlite a été étudié et corrélé à la microstructure obtenue pour des températures de finition dans la région (α + γ). L'effet d'augmenter la déformation pour de basses températures dans la région (α + γ) est de déplacer la distribution de la grosseur du grain de la ferrite vers de plus grandes valeurs dela grosseur du grain pour une même valeur moyenne et d'accroître la densité de dislocations de la ferrite. De plus, la proportion de gros grains de ferrite orientés avec les plans (001) parallels au plan de laminage est accru. Pour des essais de rupture conventionnels, la température de transition lors d'essais d'impact ou la valeur K_1C pour le clivage (mesurée à – 196°C) ne sont pas affectées par une température de finition basse. Cependant, les proprietes de rupture mesurées dans le sens travers court sont abaissées dû à une plus grande facilit;amp;#x00E9; d'amorcer des microfissures pres d'amoncellements d'inclusions et l'amorce préférentielle de fissures de clivage dans de gros grains de ferrite orientes parallèlement à (001). Les résultats indiquent que l'effet de la pratique de laminage sur les propriétés mecaniques dans le sens travers court serait un bon indice pour optimiser la procédure de laminage.     

The isothermic annealing of bainite

Abstract

Bainitic high carbon steel has been isothermally annealed in the temperature range, 823–973K, in order to follow changes in structure and mechanical properties. The kinetic data for carbide coarsening were found to be in substantial agreement with the Ostwald ripening theory at the higher annealing temperatures. The observed divergence from the theory at the lower temperatures is attributed to the influence of grain boundary diffusion.

The dependence of mechanical properties on structure has been examined in relation to several important models. Good data correlation was found in all cases but agreement with predicted values of slope and intercept constants was found only for the models based on the Orowan theory of hardening.

The responses to annealing of upper and lower bainite are substantially different and result in measurable differences in mechanical properties of the two structures after heat treatment.

Résumé

Les auteurs ont fait des recuits isothermes dans la gamme de température de 823 à 973°K sur un acier bainitique à haute teneur de carbone afin de suivre les changements de structure et de propriétés mécaniques. Aux températures plus élévees, les résultats sur la cinétique de grossissement des carbures sont en accord substantiel avec la théorie d'Ostwald. Aux températures plus basses, la divergence des résultats avec la théorie est attribuée à l'inf1uence de la diffusion intergranulaire.

Les auteurs ont examiné l'influence de la structure sur les propriétés mécaniques en fonction de plusieurs modéles importants. La corrélation des résu1tats est en bon accord dans tous les cas, mais seulement les modéles basés sur la théorie de durcissement d'Orowan prédisent des pentes et des ordonnées á l'origine qui sont en accord avec les résultats.

Les réponses au revenu des bainites supérieure et inférieure sont substantiellement différentes, ce qui se traduit par des différences mesurables dans les propriétés mecaniques des deux structures aprés traitement thermique.     

Thermal reduction of olivine by calcium carbide and by silicon in the presence of calcium oxide

Abstract

The vapour pressures over the reactants olivine - calcium-carbide and olivine - silicon - calcium oxide have been measured over the temperature ranges 1115 to 1190°C and 1045 to 1165°C, respectively. The equilibrium reactions do not involve olivine since this material readily decomposes in the presence of CaC₂ or CaO. In the calcium carbide reduction, the reaction mechanism depends on the ratio of olivine to calcium carbide in the charge. In the silicon reduction, the equilibrium-pressures are essentially the same as those for the corresponding reduction of dolomite. The possible role of an intermediate calcium-silicon alloy in the latter case is discussed.

Résumé

Les auteurs ont mesuré les tensions de vapeur au-dessus des réactifs olivine - carbure de calcium et olivine - silicium - oxyde de calcium à des intervalles de température de 1115 à 1190°C et de 1045 a 1165°C respectivement. Les réactions de'équilibre n'impliquent pas l'olivine car ce composé se décompose en présence du CaC₂ ou du CaO. Dans le cas de la réduction du carbure de calcium, les mécanismes de réaction dépendent de la proportion d'olivine et du carbure de calcium dans la charge. Pour la réduction du silicium, les pressions à l'equilibre sont essentiellement les mêmes que celles pour la réaction équivalente avec la dolomite. Le rôle possible d'un composé intermédiaire calcium - silicium dans le dernier cas est discuté.     

The effect of rolling at different temperatures on the fracture toughness anisotropy of a C-Mn structural steel

Abstract

The toughness of rolled plates of a plain C-Mn steel was evaluated for three sections, at different temperatures, by means of small-scale Wedge Open Loading (WOL) specimens. These were machined to orient the fracture plane parallel to the rolling plane, the transverse plane or the longitudinal plane which, according to the ASTM Standards code (12) are termed the S-L, the L-T and the T-L orientations, respectively. In addition, small tensile specimens having the tensile axis perpendicular to the rolling plane were tested at different temperatures.

The plates had been soaked at various temperatures between 1200°C and 680°C (finishing temperatures ～980°C to ～680°C) and then continuously rolled to the final thickness of 3/4-in. (10). The observed toughness depended on finishing temperature and also on specimen orientation; the S-L orientation being the least and the L-T orientation the most tough in any given plate. Brittle fractures were observed on the rolling-plane (S-L orientation) of WOL specimens made from. plates that had been soaked at temperatures ≤800°C (finishing temperatures ≤760°C) and these were attributed to the microstructure and texture. Scanning electron micrographs disclosed that elongated MnS inclusions were principally responsible for the fracture toughness anisotropy for higher soaking and finishing temperatures.

Résumé

La résistance de plaques laminées d'un acier au carbone et manganèse fut évaluée à differentes températures, selon les trois orientations possibles du plan de rupture par rapport au plan de laminage. Les éprouvettes ont été usinées conformément à une homothétie: reduite de la géométrie WOL (wedge open loading) et de sorte que le plan de rupture soit parallèle au plan de laminage, au plan transversal ou au plan longitudinal Ces orientations sont appelées S-L, L-T, et T-L respectivement, suivant les normes de l'ASTM (12). De plus, de petites éprouvettes de traction dont les axes de traction sont perpendiculaires au plan de laminage, furent expérimentées a differentes températures.

Les plaques ont été maintenues à differentes températures entre 1200°C et 680°C (températures finales de 980°C a 680°C), puis laminées en continue jusqu'à une épaisseur finale de 3/4 po. (10). On trouve que la resilience observee depend de la température finale et de 1'orientation de l'eprouvette. L'orientation S-L a été la moins résiliente tandis que 1'orientation L-T a été la plus résiliente de toutes les plaques expérimentées. Des cas de rupture fragile ont été observés sur le plan de laminage (orientation S-L) d' éprouvettes WOL obtenues de plaques ayant été maintenues à des températures ≤ 800°C (températures finales ≤760°C), et ceux-ci sont attribués à la microstructure et la tex ture du rnateriau. Des micrographics obtenues du microscope électronique a balayage révélèrent que des inclusions allongées de MnS étaient en grande partie responsables de l'anisotropie de la résistance a la rupture pour de plus hautes températures de maintien et températures finales.     

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.     

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.