Effects of ceramic particles and composition on elastic modulus of low density steels for automotive applications

The present work deals with the effects of TiB₂ ceramic particles and selected alloying elements (Al and Mn) on the elastic modulus of steels. Steels and its composite containing varying amounts of Al, Mn and C, and a fixed amount of TiB₂ particles (7·8 wt-% i.e. 13 vol.-%) were made using the bulk route of liquid steel metallurgy. All the materials were processed thermomechanically to sheet form following standard processing routes for automotive sheets. The steels containing only Al exhibited ferritic microstructures whereas addition of Mn and C caused the evolution of ferrite or austenite based duplex microstructures in the material depending on the Mn and C content. On the contrary, large TiB₂ particles formed mainly by eutectic reaction from the liquid state were distributed in the ferritic matrix of the composite. All the investigated materials showed a large density drop in the range of 7·4–12·7%. Al caused a drastic drop in elastic modulus of ferritic steels whereas the elastic modulus was recovered in ferrite based duplex steel by virtue of Mn. On the contrary, Mn did not improve the elastic modulus in austenite based duplex steel. TiB₂ and small amount of TiC particles in the composite were found to increase the elastic modulus by ～19% in as cast condition. However, the elastic modulus of composite showed a dependence on the processing steps with decreases after subsequent hot and cold rolling steps. It was due to the delamination of particle/matrix interface, void formation and fragmentation of reinforcing particles with reduction in thickness of sheet. The elastic modulus of the composite also showed directionality due to specific alignment and various shape of ceramic particles. It was predicted that the performance and weight saving of these materials for automotive applications would be enhanced with a good combination of high strength, low density and high elastic modulus.

Ce travail a pour objet l’effet des particules de céramique de TiB₂ et d’éléments d’alliage choisis (Al et Mn) sur le module d’élasticité des aciers. On a fabriqué des aciers et leurs composites contenant des quantités variables d’Al, de Mn et de C et une quantité fixe de particules de TiB₂ (7·8% en poids, soit 13% en volume) en utilisant la route en vrac de la métallurgie de l’acier brut liquide. On a utilisé le traitement thermomécanique sur tous les matériaux pour former des tôles d’après des routes normales de traitement des tôles d’automobile. Les aciers contenant seulement de l’Al exhibaient des microstructures ferritiques alors que l’addition de Mn et de C résultait en l’évolution de microstructures biphasées à base de ferrite ou d’austénite dans le matériau, dépendant de la teneur en Mn et en C. Au contraire, de grosses particules de TiB₂, formées principalement par réaction eutectique à partir de l’état liquide, étaient distribuées dans la matrice ferritique du composite. Tous les matériaux examinés exhibaient une baisse importante de densité dans la gamme de 7·4 à 12·7%. L’Al avait pour résultat une baisse drastique du module d’élasticité des aciers ferritiques alors que le module d’élasticité était récupéré dans l’acier biphasé à base de ferrite, grâce au Mn. Au contraire, le Mn n’a pas amélioré le module d’élasticité de l’acier biphasé à base d’austénite. On a trouvé que le TiB₂ et une petite quantité de particules de TiC dans le composite augmentaient le module d’élasticité d’environ 19% pour la condition de brut de coulée. Cependant, le module d’élasticité du composite montrait une dépendance sur les étapes de traitement, diminuant avec les étapes subséquentes de laminage à chaud et à froid. Cette baisse résultait du délaminage de l’interface particules et matrice, de la formation de cavité et de la fragmentation des particules de renforcement, avec la réduction de l’épaisseur de la tôle. Le module d’élasticité du composite montrait également une directionnalité résultant de l’alignement des particules de céramique. On a prédit l’amélioration du rendement et de la réduction de poids de ces matériaux pour l’industrie de l’automobile grâce à une bonne combinaison de haute résistance, de faible densité et de module d’élasticité élevé.     

Comparison of static and dynamic methods for measuring stiffness of high modulus steels and metal composites

The accurate measurement of modulus is not an issue specific to high modulus steels, but is still a challenge for the wider engineering and materials community. Inherently, the measurements should not offer significant problems, but results from a series of interlaboratory validation exercises and data on representative high modulus steels are included to illustrate some of the practical issues associated with the static and dynamic techniques. Dynamic methods probably offer the potential for the most accurate measurements due to the simple geometry and test set-up. Results show that a well set up test could be expected to give modulus values with an uncertainty of ±1–2%. Comparable levels can be achieved from the tensile test, but only through the use of a separate and dedicated test, where loading is carried out below the elastic limit, using averaging strain measurement, careful alignment and robust data analysis procedures.

La mesure précise du module d’élasticité n’est pas un problème spécifique aux aciers à module d’élasticité élevé, mais c’est quand même un défi pour la grande communauté d’ingénierie et des matériaux. Fondamentalement, les mesures ne devraient pas offrir de problèmes importants, mais on inclut les résultats d’une série d’exercices de validation entre laboratoires et les données d’aciers représentatifs à module d’élasticité élevé pour illustrer certains des problèmes pratiques associés aux techniques statiques et dynamiques. Il est probable que les méthodes dynamiques offrent le potentiel de mesures les plus précises grâce à la géométrie et au montage d’essai simples. Les résultats montrent qu’on peut s’attendre à ce qu’un essai bien monté donne des valeurs du module d’élasticité avec une incertitude de ±1–2%. On peut obtenir des niveaux comparables pour l’essai de traction, mais seulement au moyen de l’utilisation d’un essai séparé et dédié, où la mise sous contrainte est effectuée sous la limite d’élasticité, en utilisant la mesure moyenne de la déformation, un alignement diligent et des procédures robustes d’analyse de données.     

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.     

Strengthening Characteristics of AA6111 Aluminum

Abstract

In this study the effect of cold work on the precipitation process in AA6111 was evaluated with a view to establishing its role on the strengthening characteristics. The results showed a considerable improvement in yield and tensile strength with an increasing level of prestrain. Yield and tensile strength decreased with increasing aging temperature at a given level of prestrain. At fixed levels of prestrain, the aging response varied with aging temperature. The peak aging time decreased with the increasing temperature. Scanning electron microscopy revealed the presence of intermetallics. Transmission electron microscopy showed that the density of dislocation tangles increased with an increasing degree of prestrain.

Dans cette étude, on a évalué l'effet de l'écrouissage sur le procédé de précipitation de AA6111 en vue d'établir son rôle sur les caractéristiques de renforcement. Les résultats montrent une amélioration considérable de la limite d'élasticité et de la résistance à la traction avec une augmentation du niveau de pré-déformation. La limite d'élasticité et la résistance à la traction diminuaient avec une augmentation de la température de vieillissement à un niveau donné de pré-déformation. À des nivaux fixes de pré-déformation, la réponse au vieillissement variait avec la température de vieillissement. La dureté maximale de vieillissement diminuait avec une augmentation de la température. La microscopie électronique à balayage a révélé la présence de composés intermétalliques. La microscopie électronique à transmission a montré que la densité des enchevêtrements de dislocation augmentait avec une augmentation du degré de pré-déformation.     

Kinetics of mild steel corrosion in aqueous formic acid solutions

Abstract

The kinetics of the corrosion of mild steel in formic acid solutions of different concentrations has been studied at 25, 35 and 45°C. The corrosion rate was evaluated by weight loss and electrochemical polarisation techniques. There is good agreement between the data obtained by the two techniques. The maximum corrosion rate was observed in close vicinity of 20% formic acid solution. The anodic polarisation curves show active corrosion behaviour of mild steel over the whole range of potential at each concentration and temperature. The shape of anodic and cathodic polarisation curves was found to be almost independent of the temperature and the concentration of formic acid. However, the curves bodily shift towards the lower or higher current density side with the change in the concentration of the electrolyte. With the increase in temperature, the shift of polarisation curve regularly occurs towards the higher current density side. The surface morphology of the specimens has been studied by scanning electron microscopy. The micrographs indicate uniform corrosion of mild steel in formic acid solution.

On a étudié la cinétique de corrosion de l’acier au carbone en solutions d’acide formique à différentes concentrations, à 25, 35 et 45°C. On a évalué la vitesse de corrosion par des techniques de perte de poids et de polarisation électrochimique. Il y a un bon accord entre les données obtenues par les deux techniques. On a observé la vitesse maximale de corrosion dans une solution de près de 20% d’acide formique. Les courbes de polarisation anodique montrent un comportement de corrosion active de l’acier au carbone pour la gamme complète de potentiel à chaque concentration et température. On a trouvé que la forme des courbes de polarisation anodique et cathodique était presque indépendante de la température et de la concentration de l’acide formique. Cependant, le c?ur des courbes se déplace du côté d’une densité de courant plus faible ou plus élevée avec un changement de concentration de l’électrolyte. Avec une élévation de la température, le déplacement de la courbe de polarisation se produit régulièrement du côté d’une densité de courant plus élevée. On a étudié la morphologie de la surface des échantillons au moyen du microscope électronique à balayage. Les micrographes indiquent une corrosion uniforme de l’acier au carbone dans une solution d’acide formique.     

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.     

Development of TiC reinforced austenitic manganese steel

The Fe–17Mn austenitic manganese steel and its in situ composite containing 10 vol.-%TiC were produced by conventional melting and casting technique. The mechanical properties such as hardness, impact toughness, elastic modulus, and impact wear resistance of the steel and composite were evaluated both in the as solutionised (1100°C/1 h/WQ) and secondary processed (forged plus warm rolled) condition. It is observed that an incorporation of hard TiC particles in austenitic manganese steel as well as secondary processing help to increase the hardness, elastic modulus and impact wear resistance, but deteriorate the impact toughness.

On a produit l’acier austénitique au manganèse, Fe–17Mn et son composite in-situ contenant 10% en volume de TiC, par une technique conventionnelle de fusion et de moulage. On a évalué les propriétés mécaniques comme la dureté, la résistance à l’impact, le module d’élasticité et la résistance à l’usure par impact de l’acier et de son composite après traitement de mise en solution (1100°C/1 h/trempé à l’eau) ou après traitement secondaire (forgé et laminé à chaud). On a observé qu’une incorporation de particules dures de TiC dans l’acier austénitique au manganèse, ainsi que le traitement secondaire, augmentait la dureté, le module d’élasticité et la résistance à l’usure par impact, mais détériorait la résistance à l’impact.     

Effect of prior cold work on tensile properties of Al–6Mg alloy with minor scandium additions

Effect of aging on the mechanical properties of cold worked Al–6Mg alloy with minor additions of scandium is studied. Cast and mechanically worked samples are isochronally aged for 60 min at different temperatures up to 500°C. Evaluation of mechanical properties of the aged alloys is done at various strain rates of testing. The m-values (strain rate sensitivity) of the experimental alloys are desired from the tensile test results. The influence of scandium is much pronounced on yield strength than on the tensile strength. Alloys with higher scandium content have shown higher yield strength. The ‘m’ values are found to be comparatively high at peak aged condition of alloy with higher scandium content. The fracture of the experimental alloys occurs through microvoid coalescence.

On étudie l’effet du vieillissement sur les propriétés mécaniques de l’alliage écroui d’Al-6Mg avec additions mineures de scandium. On a vieilli à durée égale pendant 60 minutes à différentes températures, jusqu’à 500°C, des échantillons moulés et formés mécaniquement. On fait l’évaluation des propriétés mécaniques des alliages vieillis par essai à différentes vitesses de déformation. On désire les valeurs de m (sensibilité à la vitesse de déformation) des alliages expérimentaux à partir des résultats de l’essai de traction. L’influence du scandium est beaucoup plus prononcée sur la limite d’élasticité que sur la résistance à la traction. Les alliages ayant une teneur plus élevée en scandium ont montré une limite d’élasticité plus élevée. On a trouvé que les valeurs de ″m″ étaient comparativement élevées sous la condition maximale de vieillissement de l’alliage ayant la teneur la plus élevée en scandium. La rupture des alliages expérimentaux se produisait par cupulation.     

Role of ferric ions in bioleaching of uranium from low tenor Indian ore

Abstract

The role of biogenic ferric ions in leaching of uranium by Acidithiobacillus ferrooxidans from a low grade ore of Turamdih mines, India, has been investigated. Using the enriched culture of bacterial isolate containing mainly A. ferrooxidans from the source mine water, biorecovery of 98% uranium at 20% (w/v) pulp density, pH 1·7 and 35°C temperature using <76 μm particles in 40 days was obtained. The effect of temperature on bioleaching of uranium showed higher recovery at 35°C. The uranium dissolution was facilitated by iron(III) available in the leach liquor because of bacterial oxidation of pyrite and chemical dissolution of magnetite present in the ore under acidic conditions. The biogenically generated Fe(III) ions enhanced uranium dissolution from the uraninite ore. The bioleaching of uranium appeared to follow a chemical control kinetic model with the reaction of lixiviant, Fe(III) and acid on the surface of the solid in the temperature range 25–35°C. Phase identification by XRD and the study of surface morphology of the ore and the residue by SEM study corroborated the above mechanism of uranium leaching.

On a étudié le rôle des ions ferriques biogènes dans la lixiviation de l’uranium par A. ferrooxidans d’un minerai pauvre des mines de Turamdih, en Inde. En utilisant la culture enrichie d’isolat bactérien contenant principalement Acidithiobacillus ferrooxidans de l’eau de source de la mine, on a obtenu une biorécupération de 98% d’uranium à 20% de densité de la pulpe (poids/vol), avec un pH de 1·7 et une température de 35°C, en utilisant des particules de <76 μm, en 40 jours. L’effet de la température sur la biolixiviation de l’uranium montrait une récupération plus élevée à 35°C. La dissolution de l’uranium était facilitée par le fer(III), disponible dans la liqueur de lixiviat grâce à l’oxydation bactérienne de la pyrite et à la dissolution chimique de la magnétite présentes dans le minerai en conditions acides. Les ions Fe(III) engendrés biogéniquement augmentaient la dissolution de l’uranium du minerai d’uraninite. La biolixiviation de l’uranium semblait suivre un modèle cinétique à contrôle chimique avec la réaction du lixiviant – Fe(III) et de l’acide à la surface du solide dans la gamme de température de 25 à 35°C. L’identification de phase par XRD et l’étude de la morphologie de la surface du minerai et du résidu par étude au SEM corroboraient le mécanisme ci-dessus de lixiviation de l’uranium.     

Use of elastic constants based on ab initio computation in materials optimisation of austenitic stainless steels

The use of ab initio quantum mechanics methods to compute elastic constants of austenitic stainless steels is reviewed. It is demonstrated that the elastic constants can be predicted accurately as a function of composition. This enables the use of materials optimisation techniques to develop new materials that are systematically adapted to specific components. After the design criteria and the target function to be optimised have been formulated, the optimum property combination can be searched for. The properties involved constitute a property space, where domains with active design criteria are identified. In the present paper, the domain where the stiffness is the controlling property is considered. Cost, weight and environmental impact minimisation is analysed. It turns out that for all three target functions, austenitic stainless steels with low chromium and nickel contents are preferred materials.

On examine l’utilisation des méthodes de mécanique quantique ab initio pour le calcul des constantes d’élasticité des aciers inoxydables austénitiques. On démontre que l’on peut prédire avec précision la constante d’élasticité en fonction de la composition. Ceci rend possible l’utilisation des techniques d’optimisation des matériaux dans le développement de nouveaux matériaux qui sont adaptés systématiquement à des composantes spécifiques. Après l’identification des critères de conception et de la fonction cible à optimiser, on peut chercher la combinaison optimale de propriétés. Les propriétés impliquées constituent un espace de propriété, où l’on identifie les domaines avec critères de conception actifs. Dans cet article, on considère le domaine où la rigidité est la propriété de contrôle. On analyse la minimisation du coût, du poids et de l’impact environnemental. En fin de compte, il se trouve que pour les trois fonctions cible, les aciers inoxydables austénitiques à faible teneur en chrome et en nickel sont les matériaux préférés.     

Effects of Fe and Ni additions on emerging Al–4·5Cu–1·5Mg powder metallurgy alloy

Abstract

In recent laboratory studies, a method designed to modify an emerging Al–Cu–Mg powder metallurgy alloy with Fe and/or Ni additions was successfully developed. The objectives of this research were designed to expand upon this work with an emphasis on characterising the industrial processing behaviour and thermal stability of the alloy with and without additions of these transition metals. All powder compacts exhibited an industrial sintering response that mirrored prior laboratory findings thereby confirming commercial viability. Subsequently, tensile specimens were machined from industrially sintered bars, heat treated to the T6 temper and then subjected to various conditions of thermal exposure at temperatures up to 280°C. Differential scanning calorimetry (DSC) data confirmed that Fe/Ni additions reduced the precipitation kinetics of the S-type phases responsible for peak strengthening at temperatures <160°C and thereby enhanced the thermal stability of important tensile properties such as yield strength. At higher temperatures (>200°C), the Fe/Ni additions were less effective with both alloys exhibiting comparable levels of strength degradation.

Lors d’études récentes en laboratoire, on a développé avec succès une méthode conçue pour modifier un alliage émergeant de la métallurgie des poudres, Al–Cu–Mg, avec des additions de Fe et/ou de Ni. Cette recherche a pour but d’élargir ce travail avec une emphase sur la caractérisation du comportement du traitement industriel et de la stabilité thermique de l’alliage, avec ou sans additions de ces métaux de transition. Tous les compacts de poudre exhibaient une réponse industrielle de frittage qui reflétait les trouvailles antécédentes en laboratoire, confirmant ainsi la viabilité commerciale. Subséquemment, on a usiné des échantillons pour mesure de résistance à la traction à partir de barres frittées industriellement et on les a traités thermiquement à l’état T6. On a ensuite soumis les échantillons à des conditions variées d’exposition thermique à des températures allant jusqu’à 280°C. Les données de DSC ont confirmé que les additions de Fe/Ni réduisaient la cinétique de précipitation des phases de type S, responsables de l’endurcissement de pointe à des températures <160°C et augmentaient ainsi la stabilité thermique des propriétés importantes de résistance à la traction comme la limite d’élasticité. À des températures plus élevées (>200°C), les additions de Fe/Ni étaient moins efficaces, les deux alliages exhibant des niveaux comparables de dégradation de la résistance.     

High modulus steels: new requirement of automotive market. How to take up challenge?

Since the last decade, lightening of automotive structure was mainly achieved by gauge reduction using ultrahigh strength steels such as dual phase and transformation induced plasticity grades. However, gauge reduction can significantly reduce the stiffness. Limits are today reached for some applications such as chassis/suspension part. Development of steel with improved specific stiffness becomes more and more relevant to go further in weight reduction. Development of steel matrix composites (SMCs) with ceramic reinforcements is a promising solution. With an appropriate selection of the ceramic, eutectic solidification can be achieved. This natural production route guarantees a good cohesion of the steel/reinforcement interface and the control of the main parameters, which provide final properties of the product (size, shape, clustering of reinforcement). Significant fraction of ceramic can be obtained (10–25 vol.-%). Eutectic SMC can be produced with conventional industrial process such as continuous casting and hot strip mill which guarantees high productivity and low cost.

Depuis la dernière décennie, l’allègement des structures automobiles a été réalisé en grande partie par la réduction des épaisseurs au travers l’utilisation d’aciers à très haute résistance tels que les aciers DP (biphasés) et TRIP (à plasticité induite par transformation). Cependant, cette réduction des épaisseurs peut entraîner une baisse de rigidité. Aujourd’hui, les limites ont été atteintes pour certaines applications telles que les composantes châssis et suspension. Le développement d’acier à rigidité spécifique améliorée devient une voie de développement de plus en plus pertinente pour progresser dans la réduction de poids. Le développement de composites à matrice d’acier et renfort céramique est une solution prometteuse. Au travers d’une sélection appropriée de la céramique, on peut obtenir une solidification eutectique. Cette route naturelle de production des aciers garantit une bonne cohésion de l’interface acier/renfort ainsi que la maîtrise des principaux paramètres qui contrôlent les propriétés finales du produit (taille, forme, agglomération du renfort). Des fractions significatives de renfort céramique peuvent être atteintes (10–25% en volume). Les composites à matrice métallique (CMM) eutectique peuvent être élaborés par des procédés industriels conventionnels tels que la coulée continue ou le laminage à chaud qui garantissent une productivité élevée et un faible coût.     

High Temperature Oxidation of Copper and Copper Aluminum Alloys

Abstract

Small amounts of aluminum (1 to 3 wt% Al) were alloyed with copper to study oxidation resistance at high temperatures. Pure copper and the alloyed samples were oxidized from 700 to 1000 °C in air for various lengths of time. The oxidation rates of the samples increased with temperature. The oxidation rates of pure copper and the 1 wt% Al sample were found to follow parabolic rate law kinetics in the temperature range studied indicating diffusion controlled growth. The oxidation resistance of the 2 wt% Al alloy disappeared between 800 and 900 °C. It was found that the 3% Al-Cu samples oxidized at a rate 100 times lower than that of pure copper. The activation energy of copper oxidation at 122 kJ/mol was found to be very close to reported values.

On a allié de petites quantités d’aluminium (1 à 3% Al en poids) avec du cuivre afin d’étudier la résistance à l’oxydation à des températures élevées. On a oxydé le cuivre pur et les échantillons alliés entre 700 et 1000 °C, à l’air, sur des durées variées. Le taux d’oxydation des échantillons augmentait avec la température. On a trouvé que le taux d’oxydation du cuivre pur et celui de l’échantillon de 1% en poids d’Al suivaient une loi cinétique à taux parabolique dans le domaine de température étudié, indiquant une croissance contrôlée par la diffusion. La résistance à l’oxydation de l’alliage à 2% en poids d’Al disparaissait entre 800 et 900 °C. On a trouvé que les échantillons de 3% Al-Cu s’oxydaient à un taux 100 fois plus faible que celui du cuivre pur. L’énergie d’activation de l’oxydation du cuivre, à 122 kJ/mol, se rapproche des valeurs rapportées.     

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.     

Strain hardening characteristics of deep drawing quality steels with geometric constraints

Abstract

Strain hardening characteristics of two rolled deep drawing quality (DDQ) steels, namely, interstitial free (IF) and aluminium killed (AK), have been studied with and without the presence of geometric constraints at room temperature. Strain hardening exponent and rate are investigated for plain, centre holed and double notched sheet specimens for both longitudinal and transversal orientations. Four empirical relations based on total and incremental stress and strain components are considered to get a deeper insight into the deformation and workhardening behaviour of annealed sheets. Strain hardening exponents and yield strengths for steel with ultralow carbon contents (IF) are found in the range of 0·22–0·30 and 145–170 MPa respectively. The steel grade (AK) with higher carbon content (0·028%) and yield strength (174–197 MPa) exhibits strain hardening exponent around 0·18–0·27. Single and two-stage workhardening is observed for the IF and AK grades. Workhardening as a function of plastic strain follows the power law relation of the form workhardening rate (WHR)?=?α(?_T)^β . A transition from high to low hardening rate tends to occur for strains ranging from 0·05 to 0·10. An analytical model is formulated for theoretical estimation of strain hardening exponent from true strain data. The experimentally determined and the theoretically computed strain hardening exponent data match fairly well.

On a étudié les caractéristiques d’écrouissage de deux aciers laminés de qualité emboutissage (DDQ), nommément sans interstitiel (IF) et calmé à l’aluminium (AK), avec et sans la présence de contraintes géométriques, à la température de la pièce. On examine l’exposant et la vitesse d’écrouissage pour des échantillons de tôle lisse, à trou central et avec entaille double, tant dans l’orientation longitudinale que transverse. On considère quatre relations empiriques basées sur les composantes de contrainte et de déformation, totales et incrémentales, afin d’obtenir une compréhension plus profonde du comportement de déformation et de durcissement des tôles recuites. La valeur des exposants d’écrouissage et les limites d’élasticité pour l’acier à teneur extrêmement basse en carbone (IF) se trouvent dans la gamme de 0·22–0·30 et 145–170 MPa, respectivement. La nuance d’acier (AK) avec une teneur plus élevée en carbone (0·028%) et une limite d’élasticité plus élevée (174–197 MPa) exhibe un exposant d’écrouissage autour de 0·18–0·27. On observe le durcissement simple ou en deux étapes pour les nuances sans interstitiel ou calmé à l’aluminium. Le durcissement en fonction de la déformation plastique suit une relation de loi de puissance de la forme WHR?=?α(?_T)^β. Une transition d’une vitesse élevée à basse du durcissement tend à se produire pour les déformations allant de 0·05–0·10. On formule un modèle analytique pour l’estimation théorique de l’exposant d’écrouissage à partir de véritables données de déformation. Les données d’exposant d’écrouissage déterminées expérimentalement et calculées théoriquement se rapprochent relativement bien.     

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.     

HYDROGEN REDUCTION OF INDUSTRIAL NICKEL OXIDES

Abstract

Thermal gravimetric analysis (TGA) was used to investigate the reduction behaviour of three industrial nickel oxides. Both isothermal and non-isothermal reduction experiments were carried out. Due to the low BET surface area and relative dense structure of the Goro NiO, it was reduced at a slower rate than both Tokyo NiO and Sinter 75 which were the two other nickel oxides investigated.

In the temperature range from 400 to 600 °C, the rate of reduction increased with increasing temperature and increasing hydrogen pressure. Microscopic analysis showed that in this temperature range, the reaction followed the topochemical model. When the temperature was increased to 700 and 800 °C, the reduction rate decreased noticeably. Microscopy showed inner bands of metallization inside the outer metallic rim seen at lower temperatures indicating partial blockage of the interface between the reacted and unreacted NiO core.

On a utilisé la gravimétrie thermique (TGA) pour étudier le comportement de réduction de trois oxydes de nickel industriels. On a effectué des expériences de réduction isotherme et non isotherme. À cause de la faible superficie BET et de la structure relativement dense du NiO Goro, celui-ci était réduit à un taux plus faible que le NiO Tokyo ou le Sinter 75, les deux autres oxydes de nickel étudiés.

Dans la gamme de température de 400 à 600 °C, le taux de réduction augmentait avec une augmentation de la température et une augmentation de la pression d’hydrogène. L’analyse de microscopie a montré que dans cette gamme de température, la réaction suivait le modèle topochimique. Lorsqu’on augmentait la température à 700 et à 800 °C, le taux de réduction diminuait significativement. La microscopie a montré des bandes internes de métallisation à l’intérieur de la bordure métallique externe observée aux plus basses températures, indiquant un blocage partiel de l’interface entre la région ayant réagi et le noyau de NiO n’ayant pas réagi.     

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.     

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.     

Effect of alternating current on corrosion and effectiveness of cathodic protection of pipelines

Abstract

In the present work, the alternating current (AC) induced corrosion of a cathodically protected X65 pipeline steel was studied in a neutral, extracted soil solution and a high pH, carbonate/bicarbonate solution by electrochemical and weight loss measurements, and surface characterisation. It was found that AC corrosion causes the alkalisation of the soil environment in the vicinity of pipeline no matter what the cathodic protection (CP) condition is. The degree of alkalisation depends on the AC current density. In the absence of AC interference or at a low AC current density, i.e. 20 A m^?2, a CP potential of ?950 mV versus Cu/CuSO₄ electrode provides a full protection over the steel. When the AC current density is >20 A m^?2, a new CP standard is recommended to avoid AC corrosion of pipelines.

Dans le présent travail, on a étudié la corrosion induite par le courant alternatif (AC) d’un acier X65 pour pipeline avec protection cathodique, dans une solution neutre d’extrait de sol et dans une solution de carbonate/bicarbonate à pH élevé, au moyen de mesures électrochimiques et de perte de poids ainsi que de la caractérisation de la surface. On a trouvé que la corrosion AC avait pour résultat l’alcalisation de l’environnement du sol au voisinage du pipeline, peu importe la condition de protection cathodique (CP). Le degré d’alcalisation dépend de la densité de courant AC. En l’absence d’interférence AC ou à une faible densité de courant AC, soit 20 A/m², un potentiel de CP de 2950 mV par rapport à l’électrode Cu/CuSO₄ protège complètement l’acier. Lorsque la densité de courant AC est plus élevée que 20 A/m², on recommande une nouvelle norme de CP pour éviter la corrosion AC des pipelines.