Development and Evaluation of a Low Chromate Corrosion Inhibitor for Cooling Water Systems

Abstract

The chromate inhibitor held centre stage earlier but is now being phased out because of its toxic and carcinogenic properties. A low chromate inhibitor is hereby developed using Cr-51 and modified radioactive tracer technique. Chromate in solution is replaced systematically from 100 to 50/0 by borate and the mild steel is still protected at 303 K for at least 6 h. The maximum concentration of Cr in the protective film on the mild steel surface is found to occur in chromate solution containing 40% borate (by weight). The open circuit potential shows the predominance of anodic polarization. The amount of chromate is reduced further from 60% by substituting it with hexametaphosphate. The Cr-containing film increases on the surface displaying the synergistic effect. Optimum composition is thereby found to give the best protective properties. The inhibitor formulation is further modified with the addition of zinc and finally contains only 5% chromate. This inhibitor protects mild steel, copper, brass, solder, Al (3S) even in the presence of 800 ppm Cl^? and 200 ppm of SO₄^? ions. The new inhibitor is more protective, less costly and meets the pollution control requirements.

Résumé

L'inhibiteur au chromate était au centre d'intérêt plus tôt mais il est maintenant éliminé progressivement à cause de ses propriétés toxiques et cancérigènes. Un inhibiteur à faible teneur en chromate est ici-même développé en utilisant du Cr-51 et une technique modifiée de traceur radioactif. Malgré le remplacement systématique, avec le borate, du chromate en solution, passant de 100% à 5%, l'acier doux est quand même protégé à 303 K pendant au moins 6 heures. La solution de chromate contenant 40% de borate (en poids) possede la concentration maximum de Cr dans le film protecteur à la surface de l'acier doux. Le potentiel du circuit ouvert montre la predominance de polarisation anodique. La quantité de 60% en chromate est de plus réduite en le substituant avec de l'hexaméta-phosphate. Le film contenant du Cr augmente à la surface, exposant l'effet synergique. On trouve ainsi la composition optimum offrant la meilleure protection. La formulation de l'inhibiteur est de plus modifiée avec l'addition de zinc et, finalement, celui-ci ne contient plus que 5% de chromate. Cet inhibiteur protege l'acier doux, le cuivre, le laiton, l'étain à braser ainsi que l' Al (3S), même en présence de 800 ppm d'ions de Cl^? et de 200 ppm d'ions de SO₄^?. Le nouvel inhibiteur offre une meilleure protection, est moins couteux et satisfait aux exigences de controle de la pollution.     

Fabrication Technology And Material Property Requirements For Heavy Wall Pressure Vessels

Abstract

The joining of heavy section steels in the fabrication of large pressure vessels is reviewed. For thicknesses ≥ 100mm, narrow-gap welding processes offer a significant saving in weld metal volume, increased productivity, and acceptable levels of mechanical properties, i.e. notch toughness.

The in-service properties of pressure vessel steels are discussed, with particular emphasis on 2.25 Cr–1 Mo base metal and stainless steel weld overlay. The results of a study of the effect of phosphorus and silicon on temper embrittlement of 2.25 Cr–1 Mo steel and the role of rare earth additions in reducing the susceptibility to temper embrittlement are presented. The presence of hydrogen in stainless steel overlay can lead to (1) a loss in ductility depending on the amount of sigma phase, and (2) disbonding at the overlay/base metal interface.

Résumé

L'assemblage d'aciers prolifés lourds dans la fabrication de gros bacs sous pression est revu. Pour une épaisseur supérieur ou égale à 100mm (≥ 100mm), le soudage avec faible écartement des bords offre une économie importante dans le volume du métal de soudure, une productivité augmentée et des propriétés mécaniques de niveaux acceptables, comme la résistance des encoches.

Les propriétés des aciers pour bacs sous pression sont discutés, en mettant un accent particulier sur le métal commun 2.25 Cr–1 Mo et les recouvrements de soudure en acier inoxydable. Les résultats d'une étude de l'effet du phosphore et du silicium sur l'accroissement de la fragilite à revenu du metal 2.25 Cr–1 Mo et le rôle des rares additions de terre dans la réduction de la susceptibilite a l'accroissement de la fragilité a revenusont présentés. La presence d'hydrogene dans le recouvrement des aciers inoxydables selon le nombre de phase sigma, et (2) au relâchement des liens a l'interface du métal commun et du recouvrement.     

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.     

A 3-D Numerical Prediction of Turbulent Flow,Heat Transfer and Solidification in a Continuous Slab Caster for Steel

Abstract

This study describes the numerical modeling of three-dimensional coupled turbulent flow, heat transfer, and solidification in a continuous slab caster for stainless steel. The model uses generalized transport equations which are applicable to the liquid, mushy and solid regions within the caster. The turbulent characteristics in the melt pool and mushy region are accounted for using the low-Reynolds number k–ε turbulence model by Launder and Sharma. This version of the low-Reynolds number turbulence model is found to be more easily adaptable to the coupled flow and mushy region solidification caster problem compared to the standard high-Reynolds number and other low-Reynolds number turbulence models. The macroscopic solidification process itself is based on the enthalpy-porosity scheme. The governing transport equations are solved employing the primitive variables and using the control volume based finite-difference scheme on a staggered grid. The process variables considered are the casting speed and the inlet superheat of the melt. The effects of these process variables on the velocity and temperature distributions and on the extent of the solidification and mushy regions are reported and discussed. The numerical predictions of solidification profile are compared with the limited experimental data available in the literature, and very good agreement was found. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

Cette étude decrit la modélisation numerique de l'écoulement turbulent couple, à trois dimensions, du transfert de chaleur et de la solidification, lors du coulage en continu de dallé d'acier inoxydable. Le modéle utilisé des equations generalisées de transport qui sont applicables aux regions liquides, pateuses et solides à l'interieur de l'equipement de coulage. On tient compte des caractéristiques turbulentes du bain fondu et de la région pateuse en utilisant le modéle de turbulence a petit nombre de Reynolds k–ε, de Launder et Sharma. Cette version du modèle de turbulence à petit nombre de Reynolds est plus facilement adaptable à l'écoulement couple et la solidification de la région pateuse du problème de coulage que la version utilisant un nombre de Reynolds normal, élevé, ou que d'autrés modèles de turbulence à petit nombre de Reynolds. Le procédé meme de solidification macroscopiqué est base sur la combinaison enthalpié-porosite. On resout les équations de transport qui gouvernent en employant les variables primitives et enutilisant la mèthode des différences finies basée sur le volume de contrôle, sur une grille alterne. Les variables considerées dans ce procédé sont la vitesse de coulage et la surchauffe du liquide a l'entrée. On rapporte et discute de l'effet de ces variables du procédé sur la distribution de velocité et de température et sur l'étendue des régions solides et pateuses. On compare les prédictions numériqués du profil de solidification avec les données expérimentales limitées disponibles dans la litterature et on trouvé une très bonne concordance. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

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.     

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

Abstract

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

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

Nugget formation and growth during resistance spot welding of aluminium alloy 5182

Abstract

Surface interaction at the worksheet/worksheet interface during resistance spot welding of aluminium alloy 5182 with spherical tip electrodes was investigated. Oxide layer cracking and nugget formation were focused. Both experimental work and finite element analysis were employed to explain the contact behaviour at this interface. It was found that sheet separation and thus bending occurred during the squeezing phase of the resistance spot welding process and suggested a profound influence on nugget formation. The sheet separation caused enlarged and aligned cracks in the surface oxide layers which led to a good metal‐to‐metal contact near the periphery of the faying surface. High current densities which occurred at the beginning of the current phase caused significant heat generation in this zone. Consequently, the melting at the faying surface started near the periphery and moved in towards the central zone of the contact region to produce a ‘doughnut shaped’ nugget with a filled‐in but thin central region.

On a étudié l'interaction de la surface à l'interface feuille de travail‐feuille de travail lors du soudage par points par résistance de l'alliage d'aluminium 5182 avec des électrodes à bout sphérique. On s'est concentré sur la fracture de la couche d'oxyde et sur la formation du noyau. On a utilisé tant le travail expérimental que l'analyse par éléments finis pour expliquer le comportement de contact à cette interface. On a trouvé que la séparation de la feuille, et donc le pliage, se produisait lors de la phase de compression du procédé de soudage par points par résistance, suggérant une influence profonde sur la formation du noyau. La séparation de la feuille résultait en fissures agrandies et alignées dans les couches d'oxyde de la surface, ce qui amenait un bon contact de métal à métal près de la périphérie de l'aire de contact. Des densités élevées de courant, qui se produisaient au début de la phase de courant, résultaient en un dégagement important de chaleur dans cette zone. Conséquemment, la fonte de l'aire de contact commençait près de la périphérie et se déplaçait vers la zone centrale de la région de contact, produisant un noyau en forme d'anneau avec une région centrale remplie, mais mince.     

The kinetics of reduction of lead oxide by CO + CO2 gas mixtures

Abstract

The kinetics of reduction of lead monoxide by CO + CO₂ gas mixtures have been investigated in the temperature range 538° to 630°C. The effect of temperature on the over-all rate seems to be slight; an activation energy of 4.8 k cal/g mole was computed from the average rates. The results were interpreted using a diffusion model that considers the reduction to take place primarily at the boundary separating the partially reduced and the unreacted parts of the oxide compact. The over-all resistance to the reduction process appears to consist of two components: gas phase film diffusion and pore diffusion through partially reduced compact. For the most part, the reduction process is dominated by the pore diffusion. In the initial stage (t < 4 min.), the resistance offered by the film diffusion may be significant.

Résumé

La cinétique de réduction du monoxyde de plomb par le mélange gazeux CO + CO₂ a été étudiée pour des températures allant de 538°C à 630°C. L'effet de la température sur le taux global semble faible; une énergie d'activation de 5.8 Kcal/g. mole a été calculée à partir des taux moyens. Les résultats ont été interprétés à l'aide d'un modéle de diffusion qui considére que la réduction se passe d'abord à la frontière entre l'oxyde partiellement rèduit et l'oxyde non réduit de la pastille. La résistance globale au processus de réduction semble formée de deux composantes: la diffusion à travers la couche limite gazeuse et la diffusion dans les pores de l'oxyde partiellement réduit. Pour sa plus grande partie, le processus de réduction est contrô1é par la diffusion dans les pores. Dans le stade initial (t < 4 min), la résistance offerte par la couche limite peut être importante.     

Kinetic investigations of two processes for zinc recovery from zinc plant residue

Abstract

This paper presents a kinetic study of hydrometallurgical and pyrometallurgical processes employed for the recovery of zinc from a zinc plant residue (ZPR). The hydrometallurgical process investigated involved zinc leaching from the ZPR with sulphuric acid solution, while the pyrometallurgical process was based on zinc oxide reduction from the ZPR using activated carbon as the reducting agent. At the optimum leaching conditions, the zinc recovery was 89·5% at 95°C after 60?min. The data obtained for the leaching kinetics indicated that the dissolution of ZPR is a diffusion controlled process and the activation energy is equal to 21±2?kJ?mol^?1. The maximum zinc recovery, obtained during pyrometallurgical treatment was 72% at 1300°C after 60?min. Kinetic investigations revealed that the zinc oxide reduction is carried out in the transient kinetic area, where both diffusion and the chemical reaction control the overall process rate, with an activation energy of 38±5?kJ?mol^?1.

Cet article présente une étude cinétique d'un procédé hydrométallurgique et d'un procédé pyrométallurgique utilisés pour la récupération du zinc du résidu d'une usine de zinc (ZPR). Le procédé hydrométallurgique investigué impliquait la lixiviation du zinc du résidu de l'usine de zinc avec une solution d'acide sulfurique, alors que le procédé pyrométallurgique était basé sur la réduction de l'oxyde de zinc du résidu de l'usine de zinc en utilisant du charbon activé comme agent de réduction. Aux conditions optimales de lixiviation, la récupération du zinc était de 89·5% à 95°C après 60?min. Les données obtenues pour la cinétique de lixiviation ont indiqué que la dissolution du résidu de l'usine de zinc était un procédé contrôlé par la diffusion et l'énergie d'activation est égale à 21±2?kJ?mol^?1. La récupération maximale de zinc, obtenue lors du traitement pyrométallurgique, était de 72% à 1300°C après 60?min. Les investigations de la cinétique ont révélé que la réduction de l'oxyde de zinc était effectuée dans la zone de cinétique transitoire, où tant la diffusion que la réaction chimique contrôlent la vitesse globale du procédé, avec une activation d'énergie de 38±5?kJ?mol^?1.     

Measurement and Modeling of Heat Transfer Across Interfacial Mold Flux Layers

Abstract

Surface quality problems in continuous cast steel are greatly affected by heat transfer across the interfacial layers in the gap between the solidifying steel shell and the mold. An experimental apparatus has been constructed to measure temperatures in the steel, mold flux layers, and copper under conditions approximating those in continuous casting. The flux solidified in multiple layers similar to those observed from continuous casting molds and contained many gas bubbles. Flux conductivities average about 1.0 Wm K and appear to evolve with time. Contact resistances at both interfaces are significant and average about 0.0015 m². KW. Flux crystallization appears to be the only significant effect of flux composition. The one glassy flux tested had much greater thermal conductivities, presumably due to radiation transport. Temperature and gap thickness had a negligible effect on the properties. These properties depend on the model used to extract them. They are being implemented into a mathematical model to simulate heat transfer in the mold, interface, and solidifying shell of a continuous slab-casting machine. © 2000 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

Les problèmes de qualité de surface de l'acier de coulée continue sont grandement affectés parle transfert de chaleur à travers les couches interfaciales dans l'intervalle entre la gaine d'acier en train de se solidifier et le moule. On a construit un appareil expérimental afin de mesurer la température de l'acier, des couches d'écoulement du moule et du cuivre sous des conditions appro chant celles de la coulée continue. L'écoulement s'est solidifié en couches multiples similaires à celles observees dans les moules de coulée continue et celles-ci contenaient plusieurs bulles de gaz. La moyenne de conductivité de l'écoulement est d'environ 1.0 Wm K et semble évoluer avec le temps. La résistance de contact aux deux interfaces est importante et atteint en moyenne environ 0.0015 m².kw. La cristallisation de l'écoulement parait etre le seul effet important de la composition du flux. Le seul écoulement vitreux évalué avait une conductivité thermique beaucoup plus élevée, vraisemblablement dil au transport parradiation. La température et la largeur de l'intervalle avaient un effet négligeable sur les propriétés. Ces propriétés dépendent du modèle utilisé pour les extraire. On est en train de les développer en un modéle mathématique afin de simuler le transfert de chaleur dans le moule, à l'interface et dans la gaine de solidification d'un appareil de coulée continue de brame. © 2000 Canadian Institute of Mining and Metallurgy.Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

The Effect of Low Finish Rolling Temperatures on the Structure and Properties of an HSLA Steel

Abstract

A commercially produced HSLA steel was rolled at 980°C, 780°C and 660°C to study the effects of three different types of microstructure and texture on the tensile and impact properties of the product. The rolling reductions varied between 63 and 67%. The tensile and impact properties were measured in the longitudinal direction and compared with those of the original stock. Deformation at all three temperatures produced a textured product, although in the material deformed at 980°C it was very weak as partial recrystallisation had occurred prior to transformation. Rolling at 980°C and 780 °C produced little change in tensile properties although the microstructures in the two cases were very different. Rolling at 660°C produced a 66% increase in yield strength but with a loss in ductility. The impact toughness was improved in all three cases. After similar rolling reductions at 660°C the HSLA steel has a higher impact transition temperature than mild steel. This difference is partially attributable to the weaker {100}textural component in the HSLA steel.

Résumé

Un acier commercial HSLA a été laminé à 980°C, 780°C et 660°C pour étudier les effets de trios différents types de microstructure et de texture sur les caractéristiques de traction et d'impact de ce produit. Les pourcentages de réduction variaient entre 63 et 67%. Les propriétés en traction et à l'impact furent mesurées dans la direction longitudinale et comparées à celles du stock d'origine. Aux trois températures la déformation produisit une texture, faible toutefois dans le matériau déformé à 980°C puisqu'une recristallisation partielle avait eu lieu avant la transformation. Bien que les microstructures soient très différentes dans les deux cas, les laminages à 980°C et 780°C n'ont'introduit que de faibles changements aux caractéristiques de traction. Le laminage à 660°C produisit un accroissement de 66% de la limite d'écoulement mais avec une perte de ductilité. La ténacité fut améliorée dans les trois cas. Apres des réductions similaires lors du laminage à 660°C, l'acier HSLA a, pour l'impact, une temperature de transition plus élevée que celle de l'acier doux. Cette différence peut être partiellement attribuée à une composante de texture {100} plus faible dans l'acier HSLA.     

Activity-composition relationships of cobalt in 80% platinum – 20% rhodium alloy

Abstract

Activities of cobalt in solid alloys of cobalt-platinum-rhodium were determined as a function of composition at 1450, 1500 and 1600° C by equilibrating the alloys with cobalt oxide and a gas of known partial pressure of oxygen. The data were used to calculate excess free energies of mixing in the pseudo binary Co–‘80%Pt-20%Rh’ at 1450 and 1500° C. The activities display negative deviations from ideality. Comparison with data for the system Co-Pt shows that rhodium increases the activity of cobalt in these alloys.

Résumé

Les auteurs ont déterminé l'activité du cobalt dans des solutions solides de cobaltflatine-rhodium; les mesures ont été faites à 1450, 1500 et 1600°C en réalisant l' équilibre des alliages et de l'oxyde de cobalt et d'un gaz dont la pression partielle d'oxygène était connue. Les résultats ont été utilisés pour calculer l' énergie libre de mélange en excès dans l'alliage pseudo-binaire Co– ‘80% Pt-20% Rh’ à 1450 et 1500°c. Les activités ont une déviation néative par rapport au cas idéal. Dne comparaison avec les résultats du système Co-Pt montre que le rhodium augmente l'activité du cobalt dans ces alliages.     

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.     

A Perspective of Research and Development in North American Steelmaking

Abstract

A thermomechanical processing technique is used to improve austenitic Hadfield Mn-steel wear properties. ASTM A128 grade C steel billets were sized and multi-pass hot rolled. Rolling has been successfully carried out up to an 80% reduction in thickness on four passes in the temperature range 1200 to 800 °C. The inter-pass time ranged between 9 to 13 seconds. The steel was then solution treated at 900, 1000 and 1100°C for 30 min. at temperature. Austenite grain size was measured and the carbide volume fraction was evaluated. The austenitic grains of the as-cast structure are surrounded by a network of carbides. The carbides have a lamellar structure and are richer in Cr and Mn than the austenitic grains. Austenitizing at 1100 °C was the optimum to dissolve the network of carbides. However, solution treatment at the higher temperature coarsens the austenite grains while decreasing the carbide volume fraction. By contrast, hot rolling creates finer grains and signficantly reduces the carbide content. Furthermore, hot rolling followed by solution treatment further decreases the carbide content and distributes them homogeneously. This process has a positive effect on both the mechanical and wear properties. High reductions by hot rolling of the Hadfield steel creates both deformation bands and a twinned structure. These twinning boundaries are considered as slip obstacles to provide strengthening. A thick sheet martensitic structure is created accompanying twinning. Moreover, solution treatment of the hot deformed steel leads to the formation of a thin martensitic structure.

On utilise une technique de traitement thermomécanique pour améliorer les propriétés d'usure de l'acier austénitique au manganèse. On a coupé et laminé à chaud par passes multiples des billettes d'acier ASTM A 128, de grade C. On a effectué le laminage, avec succès, jusqu'à une réduction de 80% de l'épaisseur, avec quatre passes dans la gamme de température de 1200 à 800 °C. La durée entre les passes était de 9 à 13 secondes. On a ensuite effectué un traitement de mise en solution à 900, 1000 et 1100°C, pendant 30 minutes à la température donnée. On a mesuré la taille de grain de l'austénite et l'on a évalué la fraction volumique du carbure. Les grains d'austénite de la structure brute de coulée sont entourés d'un réseau de carbures. Les carbures ont une structure lamellaire et sont plus riches en Cr et en Mn que les grains d'austénite. La température optimale d'austénitisation pour la dissolution du réseau de carbures était de 1100 °C. Cependant, le traitement de mise en solution à cette température plus élevée produit un grossissement des grains d'austénite tout en diminuant la fraction volumique de carbure. En contraste, le laminage à chaud crée des grains plus fins et réduit significativement le contenu en carbure. En outre, le laminage à chaud suivi par le traitement de mise en solution diminue encore plus le contenu de carbures et distribue ceux-ci de façon homogène. Ce traitement a un effet positif tant sur les propriétés mécaniques que sur les propriétés d'usure. Des réductions élevées par laminage à chaud de l'acier austénitique au manganèse créent des bandes de déformations ainsi qu'une structure maclée. Ces joints de grains de macle sont considérés comme des obstacles au glissement, fournissant ainsi un renforcement. Une feuille épaisse à structure martensitique, accompagnant le maclage, est ainsi créée. De plus, le traitement de mise en solution de l'acier chaud déformé mène à la formation d'une structure martensitique mince.     

Pneumatic Steelmaking

Abstract

A brief historical review of pneumatic steelmaking is presented with emphasis on top and bottom blown oxygen processes. Modern steelmaking methods are described, including bottom injection techniques. The fundamentals of gas jet behavior are outlined, including the importance of the physics and mechanics of the jet and the interrelationship with process chemistry. Refining mechanisms involving metal, slag and gases are detailed for current and proposed pneumatic steelmaking processes.

Résumé

Un bref historique de l' élaboration de l'acier par souffiage est présenté en insistant plus particulièrement sur les convertisseurs d'oxygène à souffiage par le haut et par le bas. Les méthodes modernes d' élaboration de l'acier incluant les techniques d'injection par le fond, sont décrits. Le comportement fondamental du jet gazeux est abordé, ainsi que l'importance de la physique, de la mécanique du jet et des interactions avec la chimie du procédé. Enfin les mécanismes d'affinage faisant intervenir le métal, le laitier et les gazs sont détaillés pour les procédés d' élaboration de l'acier par souffiage.     

Principles of metal oxidation

Abstract

The principles governing formation of superficial oxides on metal surfaces are surveyed. Oxide crystals grow on a metal surface by rearrangement and place exchange within metal-oxygen substructures arising from the accumulation of oxygen by adsorption processes. The rate-controlling steps for growth of films are discussed by means of film models describing ion and electron migration under the influence of electrical potential gradients. These condiderations give rise to inverse logarithmic, direct logarithmic, cubic and parabolic time equations for film growth. The most rigorously tested theoretical basis in metal oxidation is that for the parabolic growth of scales based upon ambipolar diffusion of the reactants by point defects in oxides such as interstitials and vacancies. In several instances low resistance diffusion paths in oxides, such as grain boundaries and dislocations, cause leakage paths in films and short-circuit paths in scales. Several cases are discussed, where oxidation is controlled to linear kinetics by phase boundary reaction steps.

Résumé

Les auteurs passent en revue les principes régissant la formation d'oxydes superficiels sur des surfaces métalliques. Les cristaux d'oxyde croissent sur une surface métallique par un réarrangement et un changement de site à l'interieur de la sous-structure métal-oxygène provenant de l'accumulation d'oxygène par adsorption. Ces étapes controllant le taux de croissance des films sont discutées en fonction de modèles decrivant la migration des ions et des électrons sous l'effet de gradients de potentiel électrique. Ces considérations donnent des équations de temps de fonne logarithmique, inverse ou direct, cubique et parabolique pour la croissance des films. La base théorique la plus rigoureuse pour l'oxydation d'un métal est la croissance parabolique de l'oxyde basée sur la diffusion ambipolaire des réactifs par défauts ponctuels dans l'oxyde, interstitiels et lacunes. Dans plusieurs cas, des chemins de diffusion facHes dans les oxydes, joints de grain ou dislocations, fonnent des chemins de fuite dans les films et des courts-circuits dans la calamine. Plusieurs cas pour lesquels l'oxydation est controllée par des réactions en joints de phases amenant une cinétique linéaire sont étudiés.     

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.     

A Perspectival Review of Rail Behavior at the Facility for Accelerated Service Testing

Abstract

The rail metallurgy tests which have been undertaken at the Facility for Accelerated Service Testing are described. The best of the premium metallurgies has been found to wear approximately 3 to 4 times better than standard rail in the unlubricated regime. However, in the lubricated regime, the maximum improvement in wear rate achievable by the use of a premium rail has been found to be only about 50 %. A strong effect of equivalent carbon has been observed for standard and HiSi rail in the underlubricated regime. Reduced wear and metal flow has led to increased fatigue failure of rail. The failure rate of standard rail at FAST is consistent with failure behavior of standard rail elsewhere in U.S. Railroad service when allowances are made for difference in wheel load. The growth of a transverse crack in the head of a rail is shown to be consistent with predictions made from simple linear elastic fracture mechanics considerations where the flexural stresses are augmented by the curving action of the train and substantial axial residual tensile stresses are assumed to exist under the work hardened running surface region of the rail head.

Résumé

Les essais de métallurgie des rails entretenus au Laboratoire d'Essais de Service Accéléré (F.A.S.T.) sont décrits. On constate que les meilleurs aciers primium résistent á l'usure de 3 á 4 fois plus longtemps que les aciers standards, dans un régime non-lubrifié. Cependant, dans le cas d'un regime lubrifié, l'amelioration maximum pour l'utilization d'un rail d'acier primium ne dépasse guére 50 %. Un effet important d'équivalent en carbone a été constate pour le rails standards et de haute teneur in Si (“Hi Si”) dans le régime so us lubrifié. Une réduction en déformation plastique et en usure ont provoqué une augmentation du taux de rupture due à la fatigue. Le taux de rupture du rail standard au F.A.S.T. est corroboré par le comportement des rails standards dans les voies ferrees des E.U. en tenant compte des differences dans les charges des roues. La croissance d'une fissure transversale dans le champignon du rail est compatible avec les prédictions de la mécanique de fracture élastique simple dans le cas ou les efforts en flexion sont augmentes par l'action de direction du train et si l'on admet que des tractions axiales residuelles importantes existent sous la region écrouie de la bande de roulement du champignon du rail.     

Dissolution kinetics of chromium ore in slag system for stainless steelmaking

Abstract

To reveal the smelting reduction mechanism of chromium ore for producing stainless steel in converter, the dissolution behaviour of chromium ore in CaO–SiO₂–MgO–Al₂O₃ slag system was studied by laboratory experiments, and the effects of different temperatures and slag compositions on the dissolution rate of chromium ore in slag were investigated. A kinetic model for the dissolution process of chromium ore was developed for the first time. The dissolution process of chromium ore is controlled by the surface dissolution reaction under the conditions of the present experiments. The effects of temperature, slag composition and particle size of chromium ore on the dissolution rate of chromium ore are relatively great. The chromium ore sand is suggested to be used as raw material in the smelting reduction converter.

Afin de révéler le mécanisme de réduction de la fusion du minerai de chrome pour la production d'acier inoxydable dans un convertisseur, on a étudié le comportement de dissolution du minerai de chrome dans le système de laitier CaO-SiO₂-MgO-Al₂O₃, par des expériences en laboratoire. On a examiné l'effet des différentes températures et compositions de laitier sur la vitesse de dissolution du minerai de chrome dans le laitier. Pour la première fois, on a développé un modèle cinétique du procédé de dissolution du minerai de chrome. Le procédé de dissolution du minerai de chrome est contrôlé par la réaction de dissolution à la surface sous les conditions des présentes expériences. Les effets de la température, de la composition du laitier et de la taille de particule du minerai de chrome sur la vitesse de dissolution du minerai de chrome sont relativement importants. On suggère que le sable de minerai de chrome soit utilisé comme matériau brut dans le convertisseur de réduction de fusion.     

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.