فهرست مطالب

Iron and steel society of Iran - Volume:19 Issue: 1, Winter and Spring 2022

International Journal of iron and steel society of Iran
Volume:19 Issue: 1, Winter and Spring 2022

  • تاریخ انتشار: 1401/12/11
  • تعداد عناوین: 7
|
  • حمیدرضا پاک زمان* صفحات 1-7

    امروزه تولید فولاد مذاب تمیز چه از لحاظ بهبود قابلیت ریخته گری و افزایش بهره وری تولید و چه از نظر تولید محصولات نهایی با کیفیت و خواص بالا و مورد رضایت مشتری از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق، اثر متغیرهای مختلف در فرایند اکسیژن زدایی مذاب با آلومینیم بر روی میزان آخال در محصولات فولادی مورد بررسی قرار گرفت. به منظور ارزیابی میزان تمیزی محصولات فولادی از روش آنالیز تصویر و محاسبه کسر سطحی آخال استفاده شد. تعداد 37 ذوب مختلف از گرید فولادی DIN AF56 با محدوده آلومینیم 040/0-015/0 درصد مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج نشان داد به منظور تولید محصول فولادی تمیز با کسر سطحی آخال کمتر از 023/0 درصد می بایست نسبت آلومینیم شارژ شده در طی فرایند تخلیه مذاب از کوره به کل آلومینیم مورد استفاده در تخلیه و کوره پاتیلی (LF)، حداقل 70% باشد. همچنین آلومینیم گرانول می بایست در 15 دقیقه ابتدایی فرایند LF و در یک مرتبه جهت اکسیژن زدایی مذاب افزوده شود. از سویی جهت تنظیم نهایی میزان آلومینیم در مذاب، سیم آلومینیم باید در یک نوبت و در یک دقیقه انتهایی عملیات LF، به درون مذاب شارژ شود.

    کلیدواژگان: فولاد تمیز، اکسیژن زدایی، آلومینیم، آخال، آنالیز تصویر
  • صفحات 15-19
    شکل هندسی ذرات آهن اسفنجی مورد استفاده در کوره القایی، بر فرآیند تولید فولاد بسیار تاثیرگذار است. در این مقاله اثر تغییر شکل هندسی آهن اسفنجی از کروی به شکل های دیگر بر روی کیفیت محصول نهایی و عملکرد کوره القایی مورد بررسی قرار می-گیرد. نتایج نشان داد شکل کروی معمولی آهن اسفنجی به دلیل گپ هوایی که در بین ذراتش ایجاد می شود، در زمان طولانی تر و با صرف انرژی بیشتری ذوب می شود. زمان طولانی سبب اکسیداسیون بیشتر و به تبع آن، اتلاف آهن بیشتر و نرخ تولید آهن کمتر می شود. آهن اسفنجی خرد شده به دلیل ذوب شدن سریع، اکسیداسیون در آن بسیار کمتر بوده و با عیار آهن بالا (%94.9) در فولاد، وزن مذاب بیشتر و نرخ تولید آهن بالاتری (1.94 گرم بر ثانیه) نسبت به بقیه نمونه ها داشته است. شکل های هندسی دیگر مانند استوانه و مخروطی، به دلیل هزینه های زیاد ساخت آنها، علیرقم اینکه نتایج متوسطی داشتند، امکان استفاده بصورت صنعتی را ندارند.
    کلیدواژگان: آهن اسفنجی، DRI، کوره القایی، شکل هندسی، شکل خرد شده
  • علی خواجه سروی*، سید صادق قاسمی بنادکوکی صفحات 20-29
    در این پژوهش رفتار مکانیکی یک فولاد عملیات حرارتی شده کم آلیاژ سیلیسیم متوسط 35CHGSA تحت ریزساختارهای دو فازی فریتی-مارتنزیتی (DP) و دو فازی فریتی-مارتنزیتی بازگشت داده شده (QTDP) مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا نمونه هایی از فولاد کم آلیاژ سیلیسیم متوسط 35CHGSA در دمای C900 به مدت 15 دقیقه آستنیته شده و بلافاصله به حمام نمک مذاب کوینچ پله ای با محدوده دمایی منطبق بر ناحیه دو فازی فریتی و آستنیتی با دمای C720 منتقل و برای مدت زمان 5 دقیقه نگه داری شده و متعاقبا در آب کوینچ شدند تا ریز ساختارهای DP فریتی-مارتنزیتی با کسرهای حجمی متفاوتی از فازهای فریت و مارتنزیت حاصل شود. برای مقایسه نمونه های DP و QTDP بعد از کوینچ در آب به مدت 70 دقیقه در دمای C500 تحت عملیات حرارتی بازگشت قرار گرفتند. سختی سنجی و مشاهدات ریزساختاری از نمونه های دو فازی با میکروسکوپ های نوری و الکترونی روبشی گسیل میدانی مجهز به EDS انجام شد. نتایج نشان داد، سختی نمونه های DP بیشتر از نمونه های QTDP است، به گونه ای که سختی نمونه های DP و QTDP به ترتیب برابر با 606 و HV30kg429 است که ناشی از حضور فاز سخت مارتنزیت بازگشت داده نشده و کارسخت شدن فریت در اثر استحاله آستنیت به مارتنزیت در مجاور فاز فریت است.
    کلیدواژگان: فولاد کم آلیاژ سیلیسیم متوسط، عملیات حرارتی کوئنچ پله ای، ریزساختارهای دو فازی فریتی-مارتنزیتی، پارتیشن بندی کربن
  • زهره ابراهیمی* صفحات 30-37

    هدف از این مقاله، تعیین عمر خستگی در میله فلزی توخالی تحت بارگذاری پیچش متناوب است. ابتدا مدل لوله در نرم افزار اجزاء محدود آباکوس ایجاد شده و تحت بارگذاری متناوب دینامیکی، تنش ها و کرنش ها در میله توخالی با استفاده از روش اجزاء محدود محاسبه شده است. برای گشتاورهای مختلف، مقادیر تنش و کرنش در نقاط بحرانی میله توخالی با مقطع دایره با استفاده از شبیه سازی های اجزاء محدود به دست می آید. سپس، با استفاده از مدل پیش بینی عمر خستگی بر اساس دو معیار واتسون - تاپر و فاطمی - سوشی، مقادیر عمر خستگی ایجاد ترک محاسبه می شوند. برای تایید صحت نتایج، آزمایش های تجربی صورت گرفته بر روی لوله های توخالی تحت پیچش با نتایج پیش بینی شده از مدل حاضر مقایسه می شوند. نتایج عمر خستگی بر اساس معیار فاطمی - سوشی با مقادیر تجربی مطابقت مناسبی دارد و صحت مدل ارایه شده در این تحقیق را تایید می کند. مدل ارایه شده نشان می دهد که تعیین دقیق عمر خستگی نیاز به لحاظ کردن فاز جوانه زنی ترک دارد.

    کلیدواژگان: تیوب جدارنازک فولادی، طول اولیه ترک، نیروی پیچشی، روش صفحه بحرانی
  • علیرضا ابویی مهریزی*، محمدحسن فرشیدی صفحات 38-46
  • حسین رمضانعلی زاده* صفحات 47-54

    اخیرا، فناوری همجوشی بستر پودر لیزری (LPBF) به عنوان یک تکنیک مهم ساخت افزودنی (AM) توجه محققان را به خود جلب کرده است.از یک منبع لیزر برای ذوب پودر فلز در لایه ها به منظور ساخت قطعات استفاده می کند. در این مطالعه، خواص الکتروشیمیایی و سطحی فولاد ضد زنگ 316L ساخته شده به روش نورد و همجوشی بستر پودر لیزری (LPBF) در محلول 0.1 مولار H2SO4 بررسی شد.

|
  • Hamid Pakzaman * Pages 1-7

    Nowadays, clean liquid steel is crucial for improving castability, increasing production efficiency, and generating high-quality, customer-satisfying products. This research studied the influence of aluminum deoxidation process on the inclusion content in steel products. The image analysis technique and the calculation of inclusion volume fraction were used to assess the cleanliness of steel products. A total of 37 heats of typical medium carbon Al killed steel with aluminum contents in the 0.015-0.040 wt.% range were put to the test. The findings revealed that at least 70% of the total aluminum utilized in the tapping and ladle furnace (LF) must be added during the tapping process in order to produce a clean steel product with an inclusion volume fraction of less than 0.023%. Moreover, aluminum granules need to be added once throughout the LF process during the first 15 minutes of the process. In order to adjust the aluminum content in the liquid steel, the aluminum wire must be fed all at once at the last minute of the LF process.

    Keywords: Clean steel, Deoxidation, Aluminum, inclusion, Image analysis
  • Ali Kazemi, Ali Heidari *, Kamran Amini, Farshid Aghadavoudi, Mohsen Loh-Mousavi Pages 8-14

    In the surface mechanical attrition treatment (SMAT) process, the material surface layer is peened with a high-velocity number of carbon steel shot particles. Various parameters such as the distance of the peening gun to the impacted surface can affect the material's surface mechanical properties in the SMAT process. In this paper, the molecular dynamics (MD) approach has been used to study the effect of particle distance from the impacted surface on mechanical and physical behavior of AZ31 after the SMAT process. For this purpose, Universal Force Field (UFF) and Embedded Atom Model (EAM) force field have been utilized for atomic interactions. Based on the molecular simulation results, residual stress, hardness, and temperature of the atomic surface layer have been obtained for various distances. The simulation results demonstrated that reducing the particle distance in the SMAT process increases residual stress and surface layer hardness. Numerically, the maximum residual stress value of 268 MPa has been obtained for a distance of 5 nm in the SMAT molecular simulation results.

    Keywords: Molecular Dynamics Approach, Mg-based AZ31 Alloy, SMAT Time, Mechanical
  • Hassan Koohestani *, Mohsen Karami, Hedayat Gholami Pages 15-19
    The geometric shape of the sponge iron (direct reduced iron, DRI) particles used in the induction furnace is very influential on the steel making process. In this paper, the effect of geometric deformation of DRI from spherical (regular shape) to other shapes on the final product quality and performance of induction furnaces is investigated. The results showed that the typical spherical shape of DRI melts over time and consumes more energy due to the air gap between its particles. More extended periods cause more oxidation and, consequently, more iron loss and lower iron production rates. In the crushed DRI, due to rapid melting, oxidation is much less and with a high iron grade (94.9%) in steel, more molten weight, and a higher iron production rate (1.94 g/s) than other samples. Other geometric shapes, such as cylinders and cones, cannot be used industrially due to their high manufacturing costs, despite having mediocre results.
    Keywords: Sponge iron, DRI, induction furnace, geometric shape, crushed shape
  • Ali Khajesarvi *, Seyed Sadegh Ghasemi Banadkouki, Seyed Abdolkarim Sajjadi Pages 20-29
    This paper has been concerned to investigate in details the effect of tempering heat treatment on mechanical properties of 35CHGSA heat treatable low alloy steel under ferrite–martensite dual-phase (DP) microstructures. For this aim, two sets of ferrite–martensite DP samples containing 6% volume fraction of ferrite have been developed using step-quench heat treatment processes at 720°C for 5 min holding times with the subsequent water quenching after being austenitized at 900°C for 15 min. In comparison to first set of fresh ferrite–martensite DP samples (marked FDP), the finalized tempering heat treatment has been carried out at 500°C for 60 min only for the second set of tempered ferrite–martensite DP (marked TDP) samples in order to optimize the strength–ductility combination. Light and electron microscopes have been used in conjunction with hardness and tensile tests to assess the structure–property relationships of FDP and TDP heat-treated samples. The experimental results demonstrate that the mechanical properties of FDP heat-treated samples are significantly increased after tempering heat treatment. The product of tensile strength multiple total elongation has been significantly increased from 2.4 (FDP) to 15.8% GPa (TDP). Moreover, the absorbed impact energy is sharply increased from 3.5 to 12 J cm-2 corresponding to the FDP and TDP marked samples, respectively. These results are rationalized to the fact that the tempering heat treatment modifies the individual mechanical behavior of ferrite and martensite microphases through influencing the ferrite and martensite hardening variations.
    Keywords: Medium silicon low alloy steel, step-quenching, Tempering, ferrite&ndash, martensite DP microstructure, ferrite, martensite hardening variation
  • Zohreh Ebrahimi * Pages 30-37

    An improved model for fatigue life evaluation of a steel thin-wall tubular specimen based on critical plane theory is presented. This new fatigue model incorporates the crack initiation phase in the life prediction model. The total fatigue life is a combination of both crack initiation and crack propagation lives. The initial crack length is not applied priory, but is calculated within the model. The crack initiation life is evaluated using a critical plane approach base on a modified Smith-Watson-Topper and the Fatemi-Socie criteria. The fatigue lives obtained from the proposed model are validated by experimental results for a thin-wall tubular specimen. Both critical plane criteria gave similar fatigue lives, with the Fatemi-Socie criteria giving a slightly more accurate initiation life. Without consideration of the crack initiation phase, the model absolute error is high. The proposed model indicates that a correct determination of the fatigue life requires consideration of the crack initiation phase.

    Keywords: Steel thin-wall specimen, Initial crack length, Torsional load, Critical plane approach
  • Alireza Abooie Mehrizi *, MohammadHasan Farshidi Pages 38-46

    Austenitic stainless steels are widely used in different industries because of their attractive mechanical properties as well as their reasonable corrosion resistance. While different works have been focused on the severe plastic deformation of austenitic stainless steels, recrystallization kinetics of these alloys after the imposition of severe plastic deformation is remained less studied. The aim of this work is to study the recrystallization kinetic of austenitic stainless steels 316L after the imposition of severe plastic deformation using equal channel angular pressing. For this purpose, the alloy is processed by 0, 1, 2, and 4 passes of the mentioned process at 310 ºC by route BC. Afterwards the processed specimens are subjected to annealing at 800 ºC for a duration of 9 to 30 min. During these procedure, the kinetic of recrystallization is studied using the optical microscopy while the optical microscopy results are analyzed by the MIP5 image analyzing software. Also, the volume fraction of recrystallization is interpreted using the JMAK model. Results show that the exponent of recrystallization duration in the JMAK model is between 3 and 4. The mechanism probably involving these phenomena are discussed.

    Keywords: severe plastic deformation, Annealing, Stainless steel 316L, Grain size, recrystallization kinetics
  • Hossein Ramezanalizadeh *, Mahdi Yeganeh, Seyed Mohammad Lari Baghal, MohammadHosein Rezvani Pages 47-54

    Recently, laser powder bed fusion (LPBF) technology as an important additive manufacturing (AM) technique has attracted the attention researchers. It uses a laser source to melt metal powder in layers in order to build parts. In this study, electrochemical and surface properties of 316L stainless steel manufactured by rolling and laser powder bed fusion (LPBF) were investigated in 0.1 M H2SO4 solution. In order to examine the corrosion behavior of stainless steel in acidic medium, electrochemical methods, including electrochemical impedance spectroscopy (EIS), potentiodynamic polarization, and characterization methods such as field emission scanning electron microscopy (FESEM), and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS), were used. As a result of the electrochemical tests, the charge transfer resistance of stainless steel fabricated by LPBF increased about 8 times and Ecorr shifted about +40 mV compared to the rolled stainless steel. LPBF produced samples had higher corrosion resistance due to the fine cellular and spherical inclusion microstructure formed during fabrication process.

    Keywords: laser powder bed fusion (LPBF), 316L stainless steel, H2SO4 corrosion, passive layer