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.     

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.     

The effect of processing variables on the mechanical properties and strain ageing of high-strength low-alloy V and V-N steels

Abstract

Laboratory experiments have been conducted on a series of vanadium and vanadium-nitrogen steels. The results indicate that the combination of vanadium plus nitrogen gives an excellent notch toughness in the normalized plates (EA TT < ?80°C). Controlled rolling gives about 100 MPa higher yield strength with somewhat reduced notch toughness (EATT? ?50°C). Aluminum does not improve the properties of a normalized or controlled-rolled vanadium-nitrogen plate. Vanadium is able to combine with nitrogen so effectively that the steel can be considered. to be unsusceptible to strain ageing.

Résumé

Les auteurs ont fait des essais de laboratoire sur une série d'aciers au vanadium et au vanadium-azote. Les résultats indiquent que la combinaison vanadium-azote donne d'excellentes propriétés de résilience pour des tôles fortes normalisées (EA TT < ?80 °C). Le laminage contrôlé conduit à une limite d'élasticité plus élevée d'environ 100 MPa et a une résilience quelque peu réduite (EATT ? -50°C). L'aluminium n'améliore pas les propriétés d'une tôle forte d'acier au vanadium-azote après normalisation ou après laminage contrôlé. L'efficacit;amp;#x00E9; de la réaction entre Ie vanadium et l'azote est telle que l'acier peut être consideéré comme n'étant pas susceptible au vieillissement après écrouissage.     

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.     

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.     

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.     

Mechanical behaviour of thermomechanically produced ultrafine grained dual-phase steels

Dual-phase (DP) steels are an excellent alternative in the production of automotive parts that require high mechanical resistance, high impact strength and elevated elongation. These materials are produced using low alloy steels as a basis, reducing costs and resulting in a combination of martensite and ferrite structures with ultrafine grain size. These characteristics are achieved through strict control of rolling conditions, strain rate, cooling rate and coiling temperature. This work presents the results of tension testing of two types of DP steels, along with microstructural characterisation, in order to understand the effect of the advanced thermomechanical controlled rolling processes on the formation of the microstructure and resulting mechanical properties.

Les aciers biphasés sont une excellente substitution pour la production de composantes automobiles qui requièrent une résistance mécanique élevée, une haute résistance à l’impact et une grande élongation. Ces matériaux sont produits en utilisant des aciers faiblement alliés comme base, réduisant les coûts et engendrant des combinaisons de structures martensitiques et ferritiques à granularité ultrafine. On obtient ces caractéristiques grâce à un contrôle strict des conditions de laminage, de la vitesse de déformation, de la vitesse de refroidissement et de la température d’enroulement. Cet article présente les résultats des essais de traction de deux nuances d’acier biphasé, de même que la caractérisation de la microstructure, afin de comprendre l’effet des procédés avancés de laminage thermomécanique contrôlé sur la formation de la microstructure et les propriétés mécaniques qui en déroulent.     

The investigation of preferred orientation in a plain C-Mn steel rolled at different temperatures

Abstract

The preferred orientation of plain carbon manganese steel plate rolled after soaking at temperatures between 930°C and 680°C has been studied in an effort to correlate the rolling texture with fracture toughness properties.

Inverse pole figures have been obtained using a Li-drifted Si detector in the energy dispersion mode.

Rolling plane normal inverse pole figures show weak {100} and {111} maxima for plate soaked at temperatures above 800°C. Strong {100} and {111} maxima occurred in plates soaked between 800°C and 680°C. The degree of preferred orientation increased markedly with depth. Inverse pole figures of the rolling direction and the transverse axis show that, for soaking temperatures below 800°C, the plate has a strong duplex {100} <110> and {111} <110> texture. Analysis indicates that in the nominal {111} <110> texture the unit cell is rotated about both the rolling direction and the rolling normal by at least 10°.

As {100} is the cleavage plane of α-Fe, the strong {100} <110> texture in plates soaked at and below 800°C can be used to explain partially the through-thickness brittleness in these plates.

Résumé

Pour un acier non allié au carbone-manganèse les auteurs on t étudié les orientations préférentielles de tôles laminées apres prcchauffage à des températures comprises entre 930°C et 680°C, afin de corréler la tex ture de laminage à la résilience.

Les figures de pôles ont été obtenues grâce a un détecteur au silicium-lithium travaillan t par dispersion d' énergie.

Les figures de poles dans le plan de laminage révèlent de faibles maxima pour {100} et {111} quand les tôles ont été préchauffées audessous de 800°C. Par contre, de forts maxima pour {100} et {111} apparaissent quand les tôles ont été prechauffées au-dessous de 800°C. Le degré d'orientation préférentielle croit fortement avec la profondeur. Pour des températures de préchauffages au-dessous de 800°C, les fIgures de pôle dans la direction de laminage et dans la direction perpendiculaire revelent que la tôle a une forte texture duplex {100} <110> et {111}<110>.

L'analyse détaillée indique que le cube unitaire de la texture norma le {111} <110> subit une double rotation autour de la direction de laminage et autour de la norma le au plan de laminage d'au moins 10°.

Comme {100} est le plan de clivage du fer a, la forte texture {100} <110> des tôles préchauffées a et au-dessous de 800°C peut expliquer partiellement la fragilité de ces tôles dans la direction normale à l' épaisseur de la tôle.     

Control of Inclusion Characteristics in Direct Cast Steel Billets

Abstract

Two main criteria are used to characterize steel cleanliness. First the number and size of inclusions must be at the minimum level achievable with state-of-the-art steelmaking and casting equipment and procedures. Second the remaining small inclusions must have a chemical composition suitable for the steel application. In high carbon steel destined for wire drawing, inclusions need to be as deformable as possible.

In this paper the inclusion behavior during hot rolling continuously cast (c.c.) billets to wire rods is reviewed. The relationship between inclusion deformability and composition was investigated at the laboratory scale and the results were applied to the control of cleanliness in c.c. billets. Production parameters affecting steel cleanliness are discussed. © 2000 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

Deux critères sont principalement utilisés pour caractériser la propreté d'un acier. Tout d'abord le nombre et la taille des inclusions doivent etre réduits au minimum possible en utilisant les techniques de pointe de production et de coulee de l'acier. De plus, les inclusions de petite taille demeurant dans l'acier doivent avoir une composition sur mesure compte tenu de l'application de l'acier. Dans les aciers haut carbone utilisés pour le tréfilage, les inclusions doivent etre trés dèformables.

Dans cet article, le comportement des inclusions au cours du laminage a chaud de billettes de coulée continue est revu. Les résultats d'une étude sur la relation entre la composition des inclusions et leur déformabilité y sont présentés. Enfin, l'effet de differents paramètres de production de l'acier sur le contenuen inclusions est discute. © 2000 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

Modification of Roll Pass Design of Low Pearlite,Fine-Grained Sheet Steel Using Numerical Modeling and Processing Maps

Abstract

The main objective of this pass design is to achieve fine-grained structure with high strength properties and good ductility for 2.0 mm thickness steel sheet on a six stand finishing mill. Numerical modeling is used to evaluate the different rolling parameters while processing maps are used to determine a workability “window” in which dynamic recrystallization must occur.

The existing rolling parameters would not lead to a dynamically recrystallized structure. The proposed technique retains the sequence of reduction in thickness at the working temperatures, while it diminishes the rotational speed of the first stand and consequently all the other stands. The first stand is proposed to rotate with 25 rpm at 7.2 s-1 rate of deformation. The final rotational roll speed would be 177 rpm at stand no. 6 with 83.4 s-1 rate of deformation at 850 °C. Rolling force and torque needed in the proposed technique are lower than those in the existing ones at most of the passes. The proposed technique saves energy as it reduces the power consumption.

Le principal objectif de cette conception de passe de laminoir est d'obtenir une structure à grain fin avec des propriétés de résistance élevée et une bonne ductilité pour une tôle d'acier d'une épaisseur de 2.0 mm, sur un laminoir finisseur à six cages. On utilise la modélisation numérique pour évaluer les différents paramètres de laminage alors qu'on utilise les plans de formage pour déterminer une "fenêtre” de fabricabilité dans laquelle doit se produire une recristallisation dynamique.Les paramètres actuels de laminage ne peuvent conduire à une structure dynamiquement recristallisée. La technique proposée retient la séquence de réduction en épaisseur aux températures d'opération, tout en diminuant la vitesse de rotation de la première colonne et, par conséquent, de toutes les autres colonnes. On propose que la rotation de la première colonne soit de 25 rpm, avec un taux de déformation de 7.2 s-1. La vitesse du dernier rouleau serait de 177 rpm à la colonne no. 6, avec un taux de déformation de 83.4 s-1, à 850 °C. La force de laminage et le moment de torsion nécessaires pour la technique proposée sont plus bas que ceux qui existent déjà pour la plupart des passes. La technique proposée conserve l'énergie puisqu'elle réduit la consommation de pouvoir.     

Molybdenum steels for pipelines

Abstract

Stringent property requirements are specified for steels to be used for oil and gas pipelines, especially for application in extremely cold climates. The effect of controlled plate mill processing (including water spray cooling between hot rolling passes), and of simulated strip mill processing on the mechanical properties and microstructure of pipe skelp of varying thickness has been studied in a family of Mn-Mo-Cb steels developed to meet these specifications. By virtue of chemistry and process control, desired minimum levels of yield strength in the range of 60 to 90 ksi (415 to 620 N/mm²) have been achieved, with excellent corresponding toughness values, in strip and plate gauges up to 0.75 in (19 mm). The microstructure of these steels varies, according to chemistry, from ferrite plus pearlite to acicular ferrite.

Résumé

Des propriétés mécaniques particulièrement strictes son t exigées des aciers pour pipe-lines (gaz ou pétrole) situés spécialement dans des régions très froides. Pour une série d'aciers au Mn-Mo-Cb développés pour de telles applications, les auteurs ont étudié la variation des propriétés mécaniques et de la microstructure de tôles a tube d' épaisseur variable en fonction de la procédure de laminage contrôlé des tôles fortes (incluant un refroidissement par aspersion d'eau entre les passes) ou d'une procédure simulée de laminage des feuillards. Du fait de la composition chimique et du contrôlé du laminage, des limites d' élasticité de l'ordre de 60 à 90 ksi (415 à 620 N/mm²) ont été atteintes et sont associées a d'excellen tes valeurs de la résilience des feuillards et des tôles jusqu'à 0.75 in. (19 mm) d' épaisseur. Selon la composition, la microstructure de ces aciers varie de ferritico-perlitique à une ferrite aciculaire.     

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.     

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.     

Texture produced in cold-rolled and recrystallized zircaloy-2 and Zr-2.5 wt% Nb alloys

Abstract

Cold rolling zircaloy-2 develops a texture with the {0001} plane of the grains orientated parallel to the rolling plane and the [1010] direction parallel to the rolling direction. In cold-rolled Zr - 2.5 wt %. Nb the grains are tilted towards the transverse direction so that the {1014} plane is parallel to the rolling plane and the [2132] direction parallel to the rolling direction.

Beta annealing of zircaloy-2 and Zr - 2.5 wt % Nb results in a rotation about the hexagonal axis along with a reorientation so that some grains have their [0001] direction close to the rolling direction. Alpha annealing of zircaloy-2 results only in the rotation of the grains about their hexagonal axis.

Although fibre texture banding in α-annealed heavily cold worked zirconium has been reported, it was not observed in zircaloy-2 after reducing 95 per cent or after α-annealing.

Résumé

Le laminage à froid du zircalloy-2 produit une texture des grains, les plans {0001} étant parallèles au plan de Iaminage et la direction [101a] parallèle à la direction de laminage. Lors du laminage à froid du Zr-2.5% Nb les grains basculent dans le sens travers de sorte que la texture est alors {1014} [2132].

Le recuit en phase β de ces deux alliages conduit à une rotation autour de l'axe [0001] et à une réorientation de sorte que quelques grains ont leur direction [0001] voisine de la direction de laminage. Le recuit en phase α du zirca1loy-2 ne conduit qu' à une rotation des grains par rapport à leur axe hexagonal

Bien qu'après un fort écrouissage l'apparition de texture en bandes a été rapportée pour du zirconium recuit en phase α, nen de tel n'a été observé sur du zircalloy-2 soit après déformation de 95%, soit après recuit en phase α     

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.     

Effect of Deformation in Controlled Rolling on Ferrite Nucleation

Abstract

Nucleation of ferrite either at austenite grain boundaries or within them on deformation defects has been examined experimentally and analyzed on the basis of the theory of heterogeneous nucleation. Low-carbon low-alloy steels were deformed by controlled rolling schedules to a total reduction of 50 or 68% in finish rolling at 730-800 °C. Deformation accelerates the kinetics of the γ→∞ transformation and strongly activates ferrite nucleation at grain boundaries. Both experimental and theoretical estimations showed that the rate of intragranular nucleation is much less compared to nucleation at grain boundaries. Intragranular nuclei develop notably only in the final stages of transformation in deformed austenite and affect the formation of structure only in the small separated areas.

On a examiné expérimentalement et analysé la nucléation de la ferrite, soit aux joints de grain de l'faustenite, ou à l'finterieur de ceux-ci, aux défauts de déformation, en se basant sur la théorie de la nucléation hétérogéne. On a déformé des aciers peu alliés à faible carbone, en suivant des plans de laminage contrôlé, jusqu'fa une réduction totale de 50 ou 68% pour le laminage final a 800-730 °C. La déformation accélère la cinétique de transformation de γ→α et active fortement la nucleation de la ferrite aux joints de grains. Tant les évaluations expérimentales que theoriques ont montré que le taux de nucléation intragranulaire était beaucoup moins élevé en comparaison avec la nucleation aux joints de grain. Les noyaux intragranulaires se développent particuliérement seulement lors des étapes finales de transformation de l'faustenite déformée et affectent la formation de la structure seulement dans de petites zones séparées.     

Evaluating the Dynamic Toughness Properties of Pipeline Steels

Abstract

The dynamic toughness properties of three plates of the same grade of a high strength low alloy pipeline steel were evaluated by impact testing DWTT and CVN specimens sampled from the plates at 45° to the rolling direction. Impact testing was performed on either a conventional pendulum-type Charpy test machine or a Dynatup 8000 instrumented Drop- Weight Test Machine, at temperatures down to - 80°C. The shear fracture mode was found to be dependent on the type of specimen tested, and the ratio of crack initiation energy to the crack propagation energy expended in breaking a standard DWTT specimen appeared to provide a more definite indication of the onset of brittle fracture than either the shear area or total energy by itself.

Résumé

Les propriétés de ténacité dynamique de trois plaques du même type d'acier microallié ont été examinées d'aprés l'essai par choc d'échantillons DWTT et CVN prélevés it 45° de la direction du laminage. Les essais ont été réalisés soit sur une machine Charpy conventionnelle soit sur un mouton vertical instrumenté par le système Dynatup 8000, ceci à des températures atteignant – 80°C. Le mode de rupture par cisaillement dépend du type d'échantillons, et le rapport de l'énergie d'initiation des fissures et de l'énergie de propagation dépensées pour briser un échantillon standard DWTT semble donner un meilleur indice de l'apparition de la rupture fragile que l'aire cisaillée ou l'energie totale.     

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.     

Intercritical Deformation of Low Carbon Steel

Abstract

Improving the strength of steel sheets by increasing the carbon content decreases the formability and highly impairs the weldability. Thermomechanical processing (TMP) is one of the most important mechanisms that simultaneously enhances the strength and ductility while keeping the excellent weldability of low carbon steel. The influence of TMP in the (α + γ) region on the microstructure and mechanical properties of low carbon steel (LC) is investigated. The TMP was carried out by rolling at 760, 810 and 860 C with different amounts of reductions followed by water quenching. Rolling was maintained at 5 m/min rolling speed. The results showed that high strength with good elongation was obtained using intercritical deformation at both 810 °C and 70% total rolling reduction.

L’amélioration de la résistance mécanique des feuilles d’acier par augmentation du contenu en carbone diminue la formabilité et affecte beaucoup la soudabilité. Le traitement thermomécanique (TMP) est l’un des mécanismes les plus importants qui augmentent simultanément la résistance mécanique et la ductilité tout en conservant une excellente soudabilité de l’acier à faible teneur en carbone. On étudie l’influence du TMP dans la région (α + γ) sur la microstructure et les propriétés mécaniques de l’acier à faible teneur en carbone (LC). On a effectué le TMP par laminage à 760, 810 et 860 °C, avec différentes quantités de réduction, suivi par la trempe à l’eau. On a maintenu la vitesse de laminage à 5 m/min. Les résultats ont montré qu’on obtenait une résistance mécanique élevée avec une bonne élongation en utilisant la déformation intercritique à 810 °C et 70% de réduction totale par laminage.     

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.