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.     

The Increasing Demands on the Serviceability of Rail Steels

Abstract

Increasing freight car weight, an unbroken upward trend for the past 20 years, has placed new and severe demands on railway rails. The recent performance and metallurgy of carbon steel rails are reviewed, and projections of its future behaviour are made using the Canadian Institute for Guided Ground Transport (CIGGT) wear and AAR fatigue models.

The metallurgical development and performance of improved fine pearlitic heat-treated and alloy rail steels are discussed in respect to their comparative behavior on heavy-haul Canadian and Australian mining railroads with general North American Freight Service.

The metallurgist engaged in the development of rail steels will therefore be presented with a set of goals and requirements for the direction of his work.

Résumé

Le poids augmente des wagons de marchandises a la hausse depuis 20 ans, fait les exigencies nouvelles et rigoureuses sur les rails du voies ferreés. Le comportement recente et la metallurgie des rails en acier au carbone sont passe en revue, et des previsions des possibilites de ce materiau sont faites, d'apres un modele de l'usure propose par le Canadian Institute for Guided Ground Transport (CIGGT) et un modele de la fatigue propose par l'AAR.

Le developpement metallurgique et le comportement des aciers a rail traites thermiquement, ou d'alliage, a perlite fine, sont discutes afin de comparer leur comportement sous les poids lourds des routes ferroviaires des compagnies minieres Canadiennes et Australiennes, et dans le service normal de fret en Amerique du Nord.

Nous presentons donc, au metallurgiste qui travaille dans le developpement des aciers a rail, des buts et des exigences pour diriger ses travaux.     

The Development of Very Hard and Strong Premium Rails by Controlled Cooling Procedures

Abstract

Isothermal temperature transformation experiments on thin slices of a high hardenability Cr?Mo experimental rail steel show that a pearlitic hardness of Rc45 can be obtained by transforming at ～575°C. Transformation to pearlite of6?in. (l517mines;mm) long rail specimens was induced by inserting the cooling rail, at various temperatures, into different elevated temperature environments with the aim of achieving quasiisothermal transformation at ～575°C. Transformation temperature determines the hardness, strength and interlamellar spacing of the pearlite. The highest yield and ultimate tensile strengths of 1272 MPa and 1574 MPa respectively, with a corresponding hardness of Rc45 and an average pearlite interlamellar spacing of 695 A, are produced by recalescence between 556 and 574°C, i.e. over a transformation temperature range of 18°C. Preliminary experiments indicate that even narrower transformation temperature ranges may be achieved with a fluidized bath in place of a forced-air furnace. Relatively good fracture-toughness properties are exhibited at room temperature and ?50°C by the specimens. Anoteworthy feature is that toughness does not drastically decrease from room temperature to ?50°C.

Résumé

Des essais de transformation isotherme effectuées sur de minces plaques d'acier expérimental au Cr-Mo possedant une haute trempabilité et devant servir pour la fabrication de rails, ont montres qu'une microstructure perlitique d'une durete de 45 R_c peut être obtenue pour une transformation à 575°C. La transformation perlitique d'un echantillon de rail de 6 po. (151mm) de longueur a été realisee en introduisant une rail en cours de refroidissement á temperature variées, dans une enceinte chauffée à différentes températures dans le but d'obtenir une transformation quasiisotherme á 575°C. La température de transformation détermine la durete, la résistance et l'espacement interlamellaire de la perlite. La limite d'élasticité et la résistance à la rupture les plus élevées, respectivement 1272 MPa et 1574 MPa, avec une durete de 45 R _c et un espacement interlamellaire moyen de 695Å, sont atteints par recalescence entre 556 et 5747°C, i.e.pour un intervalle de temperature de transformation de 18°C. Des essais préIiminaires ont indique que des intervalles de temperature de transformation plus étroits peuvent etre obtenus par l'utilisation d'unbain fluidise au lieu d'un four à convection. Les échantillons ont démontre des proprietes de tenacite et de resistance à la rupture relativement bonnes à l'ambiante et à ?50°C. Un aspect important est que la ténacite ne doute pas drastiquement de l'ambiante à ?50°C.     

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.     

Improved Fracture Toughness and Resistance to Fatigue Crack Propagation in ESR Steels

Abstract

Two types of alloy steels (En 24 and En 52 steels) have been electro slag refined and the improvement in their mechanical properties has been assessed. ESR has improved the tensile ductility, plane strain fracture toughness, room temperature CVN energy, fatigue strength and has decreased fatigue crack growth rates. The K _lc values for the ESR steel are nearly twice those estimated in the unrefined steel. Fatigue crack growth rates in region I and region III are found to be decreased considerably in the ESR steel while they are unaffected in region II. The improvement in the mechanical properties has been explained in terms of the removal of large sized nonmetallic inclusions and reduction in sulfur content in the ESR steel.

Résumé

Deux types d'aciers alliés (En 24 et En 52) ont été affinés par refusion sous laitier (ESR) et l'amélioration de leurs propriétés mécaniques a été évaluée. Le procédé ESR a amélioré la ductilité en traction, la ténacité en déformation plane, l' énergie CEV à température ambiante, la résistance à la fatigue et a diminué les taux de croissance des fissures de fatigue. Les valeurs de K_lc des aciers ESR sont presque le double de celles estimees pour les aciers non affinés. Les taux de propagation des fissures de fatigue dans les domaines I et III sont considérablement moins élevés dans les aciers ESR alors qu'ils ne sont pas affectés dans la région II. L'amélioration des propriétés mécaniques a été expliquée en termes de l'enlèvement des inclusions non métalliques de taille importante et de la réduction de la teneur en soufre des aciers ESR.     

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.     

Thermodynamics of Nitrogen Dissolution in Liquid Iron-Silicon Alloys

Abstract

There exists in the literature a wide variation in Henrian interaction parameters to describe the effect of silicon on the activity coefficient of nitrogen in steel. In view of the increasing interest in electrical steels with higher silicon concentrations, and the importance of nitrogen in such steels, the thermodynamic aspects of iron-silicon-nitrogen solutions have been re-examined. Pure iron and iron-silicon alloys containing up to 11wt.% silicon have been equilibrated with gas atmospheres of controlled nitrogen potential at temperatures between 1550 and 1650°C. Experiments were made in alumina crucibles contained within an induction furnace and the nitrogen content of metal samples determined by inert gas fusion analysis. Sievert's Law behaviour was confirmed for the pure iron melts, while silicon-nitrogen interactions in the alloy melts could be characterized in terms of the first order parameter e _N^Si = + 0.057.

Résumé

Il existe dans la littérature de grands écarts entre les valeurs trouvées pour le coefficient d'interaction Silicium-Azote dans l'acier. Par suite de l'intérêt croissant pour les aciers à usage électrique à fortes concentrations en silicium et de l'importance de l'Azote dans de tels aciers les aspects thermodynamiques des solutions Fe-Si-N ont été reexamines. Du fer pur et des alliages Fe-Si contenant jusqu'à 11 pds % de Si ont été mis en équilibre avec une atmosphere gazeuse à potentiel d' Azote contrôlé à des températures comprises entre 1550 et 1650°C. Les experiences ont été conduites en creusets d'alumine dans un four a induction et la teneur en Azote des échantillons de métal a été déterminée par fusion sous gaz inerte. La loi de Sievert a été retrouvée pour les solutions dans le fer pur liquide et les interactions Si-N dans les alliages liquides ont pu être caractérisées par un coefficient d'interaction e _N^Si = + 0.057.     

Dispersion strengthening titanium with refractory oxides

Abstract

Thorium oxide and cerium zirconate were alloyed with pure titanium and with two titanium alloys by arc melting. The refractory compounds apparently dissolved during melting and precipitated as dispersed phases on cooling. Although room-temperature and high-temperature (540°C) tensile strengths were improved at the expense of ductility, the refractory particle size and interparticle spacing were larger than recommended for maximum dispersion strengthening. Heat treating increased the size of the refractory particles.

Résumé

Des additions d'oxyde de thorium et de zirconate de cérium ont été faites à du titane pur et à deux de ses a1liagesfondus à l'arc électrique. Les composés réfractaires se sont apparemment dissous lors de la fusion et ont précipité de fa?on dispersée au refroidissement. La résistance à la traction s'est améliorée au détriment de la ductilité; toutefois, la grosseur des particules et l'espacement des partictiles excédaient la limite recommandée pour un durcissement maximum. Le traitement thermique a augmenté la grosseur des particules réfractaires.     

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.     

The determination of oxygen activity in liquid steel and the practical use of these values to control deoxidation

Abstract

The application of a galvanic oxygen-concentration cell to measure dissolved oxygen content in molten steel has been investigated using Leigh Instruments’ Oxygen Probe. Data collected on 65 BOF heats (0.12% max. carbon) were processed for multiple correlation analysis on Algoma Steels IBM 1150 computer. Nomographs, to predict the oxygen concentrations in liquid steel before tap, were constructed on the basis of regression equations developed from multiple analysis. Results show that oxygen concentrations in low carbon steels (0.12% max. carbon), determined with the help of these nomographs, are within less than 10% of the true oxygen values obtained by using oxygen probe measurements.

Oxygen values determined before tap are later used as a basis for etermining ladle aluminum requirements for low-carbon, aluminum-killed (L.C.A.K.) BOF steels. Another nomograph is constructed from which the quantity of aluminum to be added to the ladle can be directly read. Results show that the per cent frequency in meeting aim aluminum ranges for these heats has nearly doubled since the nomograph has been used in production. Considerable savings in aluminum consumption have also been reported, together with a sizable reduction in the diversion rate for L.C.A.K. steel.

Résumé

L'applicabilite d'une sonde à oxygène pour mesurer l'oxygène dissout dans l'acier liquide a été appréciée en utilisant une sonde à oxygène de Leigh Instruments. Les données recueillies sur 65 charges de convertisseur à oxygené (0.12% max. de carbone) ont été analysées par corrélations multiples, sur calculateur IBM 1150 de l'Algoma. Les nomogrammes, pour prédire la concentration d'oxygéne dans l'acier liquide avant la coulée, ont été construits à partir des équations de régression obtenues après analyse statistique des résu1tats. Les résultats subséquemment obtenus de ces nomogrammes montrent que les concentrations en oxygène pour les aciers à bas carbone (0.12% max. de carbone) ne diffèrent pas de plus de 10% des valeurs obtenues par mesure directe de l'oxygene avec la sonde à oxygéne.

Les valeurs d'oxygène ainsi obtenues avant la coulée sont par la suite utilisées pour déterminer les quantités d'aluminium dans la poche de coulée a ajouter pour ces aciers de convertisseur à oxygène à bas carbone calmés a l'aluminium. Un autre nomogramme a été construit a partir duquel on peut lire directement la quantité d'aluminium, a ajouter dans la poche de coulée. Les résultats démontrent que depuis que ce nomogramme a été utilisé en production, le pourcentage de fois que la quantité d'aluminium nécessaire ajouté s'est avéré exacte a presque doublé. Ses économies substantielles dans la consommation d'aluminium ont été ainsi enregistrées ainsi qu'une réduction appréciable de différence dans les nuances de ces aciers à bas carbone, calmé à l'aluminium.     

The End-Quench as a Screening Tool for Controlled Cooling of Hot-Rolled Plates of Potential Premium Rail Compositions

Abstract

Current alloy premium rail chemistries have a relatively high hardenability which leads to welding problems. However, premium rails with a hardness of ～Rc 38 are necessary in Canada because the high wear rate of standard C- Mn rails is inadequate on curved track under heavy duty conditions. In the present work, potential premium rail steels combining a hardness of Rc 38, a pearlitic microstructure, and acceptable weldability, were screened by end-quench experiments. Thus, 51 eutectoid, mainly lean-alloy steel compositions were evaluated, the results from which enabled a few compositions to be selected that gave a desirable combination of properties, at cooling rates between ～105 and ～180°C min ^?1 at 705°C. One-inch (25.4-mm) thick, hot-rolled plates of these compositions were then cooled, after rolling, at similar rates and their microstructures and mechanical properties determined. The results showed that cooling rates necessary to produce Rc 38 pearlite in the plates were comparable with those indicated by end-quench experiments. The plates had good tensile properties and an impact toughness similar to or better than that of current alloy rails.

Résumé

Les rails, de qualité supérieure, en alliages couramment employés, ont des propriétés de trempe assez élevées. Cela cause des problèmes pour la soudure. Cependant, au Canada, il est nécessaire que les rails de qualité supérieure aient une dureté de ～ Rc38, car les rails communs C-Mn qui ont un taux d'usure élevé, sont inadéquats sur les voies courbées sous des conditions rigoureuses. Dans ce travail, des aciers pouvant produire des rails de qualité supérieure, et qui combinent une dureté de Rc38, une microstructure perlitique et une soudabilité acceptable, ont été evalués par des essais de trempe des extrémités. Cinquante et un eutectoïdes, surtout d'aciers d'alliages pauvres, ont été évalués. Les résultats ont permis de choisir quelques compositions qui donnaient des propriétés désirables, à des taux de refroidissement entre 105 et 180°C min^?1 à 705°C. Des plaques de ces compositions choisies, laminées à chaud à une épaisseur d'un pouce (25.4 mm) on été refroidies à des taux similaires, et leurs microstructures et propriétés mécaniques ont ete determinées. Les résultats ont démontré que des taux de refroidissement necessaires pour produire une microstructure perlitique avec une dureté de Rc38 étaient com parables à ceux indiqués par les essais de trempe des extrémités. Les plaques avaient de bonne résistance à la traction et une tenacité d'impact équivalente ou même supérieure à celle des rails en alliages couramment employés.     

Effect of Composition and Heat Treatment Parameters on the Characteristics of Austempered Ductile Irons

Abstract

The discovery of Ductile Iron (DI) in 1948 provided new growth markets to the iron foundry industry. Precipitating the graphite phase as nodules in a continuous “pseudo-steel” matrix provided the mechanical strength and impact toughness lacking in gray cast irons. This new class of engineering materials was well suited to replace steel castings, forgings and assemblies, resulting in a North American production level exceeding four million tons (including pipe) of DI in 1995. This market growth was concurrent with the development of a family of materials which found applications in most industrial fields.

Austempered Ductile Irons (ADI) are the most recently developed materials of the DI family. By adapting the austempering treatment initially introduced for steels to DI, it has been shown that the resulting metallurgical structures provide properties that favorably compare to those of steel while taking advantage of a near-net-shape manufacturing process. The objectives of this paper are to review the metallurgical aspects of ADI production and to discuss the effects of chemical composition, heat treatment variables and initial casting quality on the structure and properties of ADI castings. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Résumé

La découverte de la fonte à graphite spheroldal (GS) en 1948 a ouvert de nouvelles possibiliti é s de croissance à l'industrie de la fonderie. La pr é cipitation du graphite sous forme de nodules dans une matrice “pseudo-acier” en fait une fonte possédant la résistance mécanique et la ténacit émanquant aux fontes grises. Cette nouvelle catégorie de matériaux était particulierement bien adaptée pour remplacer les pieces d'acier coulees, forg é es ou soudées, ce qui a permis d'atteindre, en 1995, une production nordamericaine de fonte. GS depassant quatre millions de tonnes (incluant les tuyaux). Cette croissance du march é s'est accompagnee du developpement d'une famille de materiaux ayant trouve des applications dans tous les domaines de l'industrie.

Les fontes GS trait é es par “austempering” (ADI) représentent les dernieres n é es dela famille des fonts GS. En adaptant le traitement “d'austempering” initialement développé pour les aciers aux fontes GS, les structures métallurgiques obtenues ont permis d'atteindre des propriétés qui se comparent favorablement à celles de l'acier, tout en prenant avantage du pro cédéde fonderie. Les objectifs de cet article sont de revoir les aspects metallurgiques de la production de la fonte ADI et de discuter les effets de la composition chimique, des parametres de traitement thermique et de la qualité de la pièce coulée sur la structure et les propriétés de l'ADI. © 1998 Canadian Institute of Mining and Metallurgy. Published by Elsevier Science Ltd. All rights reserved.     

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.     

Recovery and recrystallization of carbon steel between intervals of hot working

Abstract

Interrupted compression tests were used to study the static softening of austenite at temperatures from 780 to 1040°C. Prior straining was carried out at strain rates in the range 10^?3 to 10^?1 s^?1 and interruption strains of up to 0.41 were applied to 0.06% C, 0.42% C and 0.68% C steels, as well as to a modified 0.07% C steel containing niobium.

The results indicate that a critical strain is required for the initiation of static, i.e., classical, recrystallization after prior hot deformation. For strains inferior to this critical amount, recrystallization does not occur at all, even after holding intervals of 10⁵ s or more, and softening takes place instead entirely by static recovery. Evidence is presented for the existence of a second critical strain, about twice as large as the first, which corresponds to a point just before the peak in the flow curve. This is the critical strain for the initiation of post-dynamic (metadynamic) recrystallization. The latter process, unlike the mechanism of classical recrystallization, does not involve an incubation period.

The effects of prior strain, strain rate and temperature on the rates of these three softening mechanisms are compared. Some attention is also given to the influence of alloying elements on softening rates in austenite.

Résumé

Des essais de compression à chaud avec interruptions ont été utilisés pour etudier la restauration statique de l'austénite entre 780 et 1040°C.

La déformation initiale a été effectuée à des vitesses variant de 10^?3 à 10^?1 s^?1 et les interruptions ont eu lieu jusqu'à des déformations de 0.41. Ces essais ont été réalisés pour des aciers à 0.06%C, 0.42%C et 0.68%C, ainsi qu'à un acier à 0.07%C modifié au niobium.

Les résultats indiquent qu'une déformation critique est nécessaire pour initier après déformation la recristallisation statique, c'est-à-dire classique.

Pour des valeurs de la déformation inférieure à cette valeur critique, la recristallisation ne se produit jamasi même après des temps de maintient de l0⁵s ou plus et l'adoucissement qui apparaît est entièrement dû à une restauration statique.

La preuve est faite de l'existence d'une second déformation critique, environ deux fois plus élevée que la premiere, et qui correspond à un point situé juste avant le sommet de la courbe effort-déformation. Cette seconde déformation est la déformation critique nécessaire à l'initiation de la recristallisation post-dynamique (métarecristallisation). Contrairement au mécanisme de la recristallisation classique, cette métarecristallisation ne nécessite pas une période d'incubation.

Les auteurs comparent les effets de la déformation initiale, de la vitesse de déformation et de la température sur ces trois mécanismes d'adoucissement. Ils portent une attention spéciale à l'influence des éléments d'alliage sur l'adoucissement de l'austénite.     

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.     

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.     

Wear Characteristics of a Zinc-Based Alloy Compared With a Conventional Bearing Bronze Under Mixed Lubrication Conditions: Effects of Material and Test Parameters

Abstract

This study discusses the sliding wear response of a zinc-based alloy (conforming to ZA 27) in mixed lubrication conditions at different sliding pressures and speeds. A conventional bearing bronze (conforming to SAE 660) was also tested under identical test conditions for comparison purposes.

Wear rate increased with speed and pressure. Further, the zinc-based alloy attained superior wear response (less wear rate and frictional heating) than the bronze at all test speeds except prior to seizure (occurring at 7.0 MPa) at the speed of 4.60 m/s. The trend reversed in the latter case. Wear rate of the specimens also agreed with the degree of frictional heating experienced by them. A higher wear rate corresponded to larger frictional heating and vice versa. Wear behaviour of the samples improved considerably in the present study due to the presence of the oil lubricant as compared to the study in dry conditions.

Wear behaviour of the samples has been discussed in terms of the nature and response of their various microconstituents and the effects produced by varying test speeds and pressures under mixed lubrication conditions. Features of wear surfaces, subsurface regions and debris particles generated during the testing of the specimens further substantiated the observed wear behaviour of the samples and were helpful in understanding the operating wear mechanisms.

Cette étude discute de la réponse à l'usure par glissement d'un alliage à base de zinc (seconformant à ZA 27) sous condition de lubrification mixte à différentes pressions et vitesses de glissement. On a aussi évalué un bronze conventionnel pour palier (se conformant à SAE 660) sous des conditions identiques pour fin de comparaison.

Le taux d'usure augmentait avec la vitesse et la pression. De plus, l'alliage à base de zinc démontrait une réponse supérieure à l'usure (i.e. un plus bas taux d'usure et moins de chaleur de friction) en comparaison avec le bronze, à toutes les vitesses d'évaluation sauf juste avant qu'il ne grippe (ce qui se produit à 7.0 MPa), à la vitesse de 4.60 m/s; la tendance s'inversait dans ce dernier cas. Le taux d'usure des spécimens était aussi en accord avec leur degré d'échauffement par friction, i.e. un plus haut taux d'usure correspondait à un échauffement plus important par friction et vice-versa. Le comportement d'usure des échantillons s'est amélioré considérablement dans la présente étude à cause de la présence de l'huile lubrifiante en comparaison avec l'étude en condition sèche.

On a discuté du comportement d'usure des échantillons en termes de la nature et de la réponse de leurs divers micro constituants ainsi que des effets produits en variant la vitesse et la pression d'évaluation sous condition de lubrification mixte. Les caractéristiques des surfaces d'usures, des régions sous la surface ainsi que des débris de particules générés lors de l'évaluation des spécimens ont davantage établi le comportement observé d'usure des échantillons et étaient utiles pour comprendre les mécanismes d'usure en opération.     

Effects of Interaction Between Surface Active Elements on the Surface Tension of Iron

Abstract

Surface tension data at 1650°C have been measured for the Fe + S + O ternary system and the two binary systems, Fe + O and Fe + S using the levitated drop technique. The results indicate that the reductions in surface tension due to oxygen and to sulphur are essentially additive in the ternary system. Excess concentrations (Γ) for both oxygen and sulphur have been calculated for both binary and ternary systems; an empirical rule for calculating Γ values for the ternary system from Γ values for the binaries has been proposed. The temperature dependencies (dγ/dT) for both ternary alloys and for a stainless steel were found to be positive. Surface analysis of the samples has been determined using electron spectroscopy (ESCA); the results indicated a considerable enhancement in the concentration of the surface active elements, O and S in the surface layers. The effects of additions of deoxidizers and desulphurizers like Al and Ce upon the surface tension have been investigated. The significance of the surface tension upon the welding characteristics of steels is discussed and the models for their interdependency evaluated in the light of the data obtained in this investigation.

Résumé

Les mesures de tensions superficielles ont été effectuées à 1650°C pour le système ternaire Fe-S-O et les systemes bin aires Fe-O et Fe-S au moyen de la technique de lévitation. Les résultats indiquent que les réductions de la tension superficielle sont essentiellement additifs dans le système ternaire. La concentration en excès (Γ) en oxygène et en sulfure a été calculée pour les systèmes bin aires et ternaires. Une règle empirique du calcul des valeurs de Γ pour le système ternaire a été établie à partir des valeurs des systèmes binaires. Les dépendances avec la température (dγ/dT) des alliages ternaires et de l'acier inox se sont révélées positives. L'analyse superficielle des échantillons a été éffectuée par spectroscopie électronique (ESCA). Les reésultats ont montré un enrichissement considérable dans la concentration des éléments actifs, O et S dans les couches superficielles. L'effet de désoxydation et désulfuration (Al et Ce) sur la tension superficielle a été étudié. L'effet de la tension superficielle des aciers sur la soudabilité est discuté et le modèle de leur interdépendance est évalué à la lumière des résultats de cette recherche.     

Segregation at Melted Grain Boundaries in Steel

Abstract

Test samples from continuously cast steels have been fractured by grain boundary melting. The faceted fracture surfaces have been examined by Auger spectroscopy. Sulphur has been found to be segregated on the surface of all of the facets examined. The amount of segregation varies appreciably for different facets in a given sample; on average the segregation increases significantly with an increase in sulphur level from 0.014 to 0.024% S. No segregation of P was detected on the fractured surfaces.

Résumé

Des échantillons d'aciers de coulée continue ont été rupturés par fusion aux joints de grains. Les surfaces de rupture à facettes ont été examinées par spectroscopie Auger. On.a trouvé, sur toutes les surfaces des facettes examinées, une ségrégation de soufre. Le montant de la ségrégation varie appréciablement pour différentes facettes d'un même échantillon. En moyenne, l'étendue de la ségrégation augmente quand la concentration en soufre passe de 0.014 à 0.024%. On n'a pas détecté de ségrégation de P sur les surfaces de rupture.     

Predicting microstructure from heat flow calculations in electron beam welded eutectoid steels

Abstract

The thermal history of an array of points in the neighbourhood of an electron beam weld is calculated from Rosenthal's solution for two-dimensional heat flow. Calculations are included for typical electron beam welding parameters and the results are presented in terms of isotherms, temperature profiles, and as heating and cooling curves. From isotherms the extent of the fusion and transformed zones are predicted. Heating rates of the order of 10,000° C/sec are typical in electron beam welding. Similarly high cooling rates are predicted where temperatures are high. Microstructure is predicted from the calculated cooling curve of a point and the continuous cooling transformation diagram. The microstructure of low-hardenability steels is most sensitive to the input energy per unit area which strongly influences the cooling curve at short times on a continuous cooling transformation diagram. The microstructure of high-hardenability steels depends largely on the preheat temperature, which predominantly controls the cooling curve at long times on the continuous cooling transformation diagram. The analysis applies equally to laser and plasma welding.

Résumé

Les auteurs ont calculé, au moyen de la solution de Rosenthal pour un écoulement de chaleur bidimentionnel, le comportement thermique d'un réseau de points au voisinage d'un cordon de soudure par faisceau électronique. Pour des paramètres typiques de soudage par faisceau électronique, les calculs sont développés et les résultats sont présentés sous forme d'isothermes, de proil1s thermiques et de courbes de chauffage et de refroidissement. A partir des isothermes le domaine de fusion et des zones transformées est présentée Des taux de chauffage typique de ce ogenre de soudage sont de l'ordre de 10,000°C/sec et de fa?on analogue des taux de refroidissement élevé sont prévus quand la température est haute. A partir de la courbe de refroidissement d'un point et du diagram me de transformation en refroidissement continu les microstructures de ce point sont prédites. La microstructure d'aciers faiblement durcissables est fort sensible à l' énergie par unité de surface qui influence fortement la courbe de refroidissement à des temps courts du diagram me alors que, pour un acier facilement durcissable, la microstructure dépend davantage sur la température de préchauffage qui contrôle la courbe de refroidissement pour les temps longs du diagramme de transformation. Cette analyse peut également s'appliquer au soudage par laser ou par plasma.