فهرست مطالب

Iron and steel society of Iran - Volume:18 Issue: 2, Summer and Autumn 2021

International Journal of iron and steel society of Iran
Volume:18 Issue: 2, Summer and Autumn 2021

  • تاریخ انتشار: 1401/03/08
  • تعداد عناوین: 8
|
  • احمدرضا عارف پور*، سعید جبارزارع، احمد منشی، علی سعیدی صفحات 1-12
  • محمدحسن جولازاده، آرش اعتماد* صفحات 13-22

    آهن اسفنجی یکی از مواد شارژی کوره های قوس الکتریکی است. سهم این مواد در تولید فولاد جهان و ایران به ترتیب 5 و 85.9 % است. با توجه به طرح های توسعه پیش بینی می شود در سال جاری ایران در راس تولید کنندگان جهان قرار گیرد. کشورهای هند، ایران، روسیه، مکزیک و عربستان تولید کنندگان اصلی آهن اسفنجی دنیا به حساب می آیند. آهن اسفنجی بصورت سرد، بریکت گرم و شارژ گرم در کوره ای قوس الکتریکی بارگیری می شود. در سال گذشته میزان تولید آهن اسفنجی جهان 104.4 میلیون تن بوده است. 11.38 میلیون تن آهن اسفنجی بصورت شارژ گرم(HDRI) در کوره های قوس شارژ شده است. میزان تولید بریکت گرم (HBI) دنیا در سال پیشین بیش از 9 میلیون تن به ثبت رسیده است. شرکت فولاد مبارکه با تولید 7.25 میلیون تن در راس شرکت های تولید کننده آهن اسفنجی جهان قرار دارد. فرایند تولید آهن اسفنجی ایرانی پرد (PERED) بطر روز افزون در حال گسترش است.

    کلیدواژگان: آهن اسفنجی، فولاد، برکیت، سنگ آهن، کوره قوس الکتریکی
  • امیر طالبی*، رضا بختیاری، عباسی خزائی، مهدی قبیتی حسب صفحات 23-29

    در این تحقیق نمونه‌های فولادی AISI 4140 در دمای 850 درجه سانتی‌گراد به مدت 60 دقیقه نرمال‌سازی شدند، سپس به مدت 3 دقیقه در دمای 720 درجه سانتی‌گراد نگهداری شدند و مستقیما به مدت 4 دقیقه به حمام نمک با دمای 400 درجه سانتی‌گراد منتقل شدند و پس از آن، نمونه ها در آب (25 درجه سانتیگراد) کوینچ شدند. در نهایت نمونه های سه فاز در دمای 250، 450 و 650 درجه سانتی گراد به مدت 90 دقیقه حرارت داده شدند. ریزساختار و خواص کششی به ترتیب توسط FE-SEM مجهز به آشکارساز EDS و  دستگاه تست کشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که ریزساختار نمونه تمپر شده در دمای 250 درجه سانتیگراد بینیت بالایی و مارتنزیت به همراه ذرات کاربید حاصل از تجزیه مارتنزیت است، در حالی که ریزساختار نمونه تمپر شده در دمای 450 درجه سانتیگراد بینیت و مارتنزیت پایین همراه با ذرات کاربید بود. با این وجود، در نمونه ای که در دمای 650 درجه سانتیگراد قرار گرفته بود، فازهای بینیت و مارتنزیت به طور کامل به کاربید تجزیه شدند. در مقایسه با نمونه تمپر نشده، نمونه ای که در دمای 250 درجه سانتی گراد قرار گرفته است، دارای استحکام تسلیم بالاتر، ازدیاد طول بیشتر و استحکام کششی نهایی کمتری بود. با افزایش درجه حرارت از 250 به 650 درجه سانتیگراد، استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی کاهش یافت در حالی که ازدیاد طول افزایش یافت. نتایج آزمون کشش نمونه‌های تمپر شده، رفتار کارسختی دو مرحله‌ای را نشان داد. در هر دو مرحله با افزایش درجه حرارت ضریب مقاومت (k) کاهش یافت. توان کار سختی (n) در مرحله اول فقط برای نمونه هایی که در دمای بالاتر از 250 درجه سانتیگراد تمپر شده بودند کاهش یافت، در حالی که در مرحله دوم، به طور مداوم برای همه نمونه های تمپر شده کاهش یافت.

    کلیدواژگان: فولاد سه فاز، دمای تمپرینگ: ریزساختار، کار سخت شدن
  • ایوب اسداللهی، مرتضی شمعانیان، عباس بهرامی* صفحات 30-37

    این مقاله به بررسی اثرات فلزات پرکننده 25Cr-35Ni و 35Cr-45Ni بر جوش پذیری، ریزساختار و خواص مکانیکی فولاد مقاوم در برابر حرارت 25Cr-35Ni می پردازد. آلیاژ 25Cr-35Ni به داشتن خواص عالی در دمای بالا، مانند مقاومت در برابر خزش و مقاومت در برابر خوردگی/اکسیداسیون در دمای بالا شناخته شده است، که این گرید را به گزینه ای ایده آل برای کاربردهای دمای بالا در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی تبدیل می کند. جوشکاری قوسی تنگستن گاز یک روش معمول جوشکاری برای تعمیر و اتصال قطعات ساخته شده از فولادهای مقاوم در برابر حرارت است. ریزساختار و خواص مکانیکی نمونه های جوش داده شده با فلزات پرکننده 25Cr-35Ni و 35Cr-45Ni با استفاده از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی و آزمون کشش و سختی مورد بررسی قرار گرفت. شکست نگاری سطوح شکستگی نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی انجام شد. نتایج نشان می دهد که ریزساختار در ناحیه منطقه تحت تاثیر گرما در هر دو مورد تا حد زیادی تحت تاثیر گرمای ورودی در طول ذوب قرار می گیرد.همچنین، انحلال کاربید قابل توجهی در هر دو مورد مشاهده شد. در هیچ یک از فلزات پرکننده هیچ نشانه ای از تشکیل فاز سیگما در جوش وجود نداشت، که مربوط به محتوای نیکل بالای فلزات پرکننده است. همچنین نتایج نشان داد که خواص مکانیکی در هر دو مورد توسط ناحیه متاثر از حرارت کنترل می شود.

    کلیدواژگان: فولاد مقاوم به حرارت 25Cr-35Ni، جوشکاری، خواص مکانیکی
  • یوسف ربانی*، زهرا زرفشانی صفحات 38-48
  • فرناز آسا، لیلا شریفی، سید حسین میرحسینی، حسین عجمین، آرش اعتماد صفحات 49-66

    آجرهای قلیایی به ویژه محصولات دیرگداز منیزیایی حاوی اسپینل از مهمترین مواد دیرگداز هستند که به جهت داشتن خواص ویژه فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی ویژه در بسیاری از صنایع مصرف کننده نسوز نظیر فولاد، سیمان و صنایع غیرآهنی مصرف می شوند. در این تحقیق اثر افزودن تیتانیا بر خواص و ریزساختار دیرگدازهای قلیایی منیزیایی بدون کروم باند اسپینلی مطالعه شد. پس از پخت نمونه های تولیدی در دو دمای 1500 و ºC1600، خواص مختلف فیزیکی و مکانیکی نظیر دانسیته، تخلخل ظاهری، استحکام فشاری و خمشی سرد، دیرگدازی تحت بار و مدول گسیختگی گرم بر اساس استاندارد ASTM ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که با افزایش تیتانیا تا 6 درصد وزنی پس از زینترینگ در دمای ºC1600 نسبت به نمونه مرجع فاقد افزودنی، دانسیته و تخلخل ظاهری به علت تشکیل فازهای اسپینلی و خصوصا تیتانات منیزیم به ترتیب افزایش و کاهش‌یافته است. همچنین استحکام فشاری و خمشی سرد (خواص مکانیکی) با افزودن این ماده تا مقدار 4 درصد وزنی افزایش و با افزایش بیشتر آن استحکام فشاری و خمشی سرد به علت افزایش درصد حجمی فازهای تیتانات منیزیم و اسپینل آلومینات منیزیم به ترتیب کاهش و افزایش می‌یابد. همین طور نتایج به ‌دست‌آمده نشان می‌دهد که با افزایش تیتانیا تا 6 درصد وزنی نسبت به نمونه فاقد افزودنی، مدول گسیختگی گرم (خواص ترمومکانیکی) در دمای 1000 و ºC1400 افزایش و بر دیرگدازی تحت بار نیز با افزایش مقدار تیتانیا تا 2 درصد وزنی از دمای ºC1570 = T0 به ºC 1620 تحت بار Kg/Cm2 2 افزوده می‌شود.

    کلیدواژگان: مواد نسوز، دیرگداز منیزیا-اسپینلی، تیتانیا، کوره فولاد
  • آرش باقریه صفحات 67-73

    گلوله های آسیاب درصنایع سیمان، فولاد و مس بیشترین کاربرد را دارد و نقش آن در خردایش و تولید مواد و محصولات با دانه بندی مطلوب و به عنوان یک عامل تولید ماده معدنی در صنایع فرآوری کانی های فلزی و غیر فلزی شامل کارخانجات سیمان، معادن سنگ آهن و معادن مس مورد نیاز می باشد. از سوی دیگر، در برخی صنایع دفاعی و معادن فلزات سنگین به صورت محدود کاربرد دارد.در این تحقیق عوامل موثر بر شکست گلوله های فولادی تولید شده از شمش ریخته گری مداوم با جنس 70Cr2 حین فرآیند گلوله زنی وکوینچ در آب مورد بررسی قرار گرفته است. نمونه های مورد بررسی ، 2 عدد گلوله ی تخریب شده و یک گلوله ی سالم می باشند که گلوله های تخریب شده، طی فرایند تولید و پیش از قرارگیری در شرایط بهره برداری بعضی از گلوله ها بلافاصله پس از انجام فرآیند کوینچ و خروج از آب و بعضی دیگر پس از انجام فرآیند تمپر) دچار شکست شده است. جهت بررسی علل تخریب، بازرسی چشمی، آزمون های طیف سنجی نشری  کوانتومتری ، متالوگرافی، سختی سنجی و مطالعات میکروسکوپ الکترونی روبشی همراه باآنالیزEDS انجام شد و با تحلیل نتایج حاصل، علت شکست گلوله ها، وجود ساختار نامناسب در سطح و مرکز گلوله، سختی بالای نمونه ناشی از عملیات حرارتی نامناسب و ایجاد ترک در حین سرمایش و به هنگام اعمال ضربه به گلوله ها از محل عیب های فورجینگ و در زیر سطح در محل مرزدانه ها، عیب ها و ناخالصی ها می باشد.

    کلیدواژگان: گلوله 70Cr2، عملیات حرارتی، شکست، EDS، میکروسکوپ الکترونی روبشی، سختی
  • مسعود بهرامی علمدارلو *، بابک نظری، حسین ذاکری نیا، حسام رضوانی سیچانی صفحات 74-84

    در پژوهش حاضر، تولید کامپوزیت سطحی زمینه چدن تقویت شده با کاربید تنگستن با استفاده از روش ریخته‌گری گریز از مرکز و با هدف کاربرد در غلتک‌های خطوط نورد مورد ارزیابی قرار گرفت. از میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و طیف‌سنج پراکندگی انرژی پرتو ایکس برای بررسی ریزساختار و رفتار سایش نمونه‌ها استفاده گردید. نتایج نشان داد که یک لایه کامپوزیتی حدودا 3 میلیمتری با ریزساختار پرلیتی و شبکه‌ای از کاربید آهن همراه با توزیع ذرات کاربید تنگستن بر روی سطح نمونه تشکیل گردیده که منجر به افزایش قابل-توجه سختی سطح نمونه‌ها شده است. با توجه به استفاده از غلتک‌های خطوط نورد در دماهای مختلف؛ در این مطالعه، رفتار سایشی نمونه‌های کامپوزیتی و معمولی در دمای محیط و دمای °C 450 و در نیروهای 100، 150 و 200 نیوتنی بررسی و مقایسه شد. مشاهده شد که ایجاد ساختار کامپوزیتی در سطح نمونه‌های چدنی منجر به بهبود رفتار سایشی نمونه‌ها در مقایسه با نمونه‌های چدن معمولی شده است به گونه‌ای که در دمای محیط، میزان کاهش وزن نمونه کامپوزیتی در مقایسه با نمونه چدن معمولی پس از m 1000 لغزش، به میزان حدودا 61 % کمتر شده است. نتایج این پژوهش نشان داد که تولید کامپوزیت سطحی زمینه چدنی تقویت شده با کاربید تنگستن با استفاده از روش ریخته‌گری گریز از مرکز می-تواند گزینه‌ای مناسب و مقرون به صرفه برای استفاده در غلتک‌های خطوط نورد باشد.

    کلیدواژگان: کامپوزیت زمینه فلزی بر پایه چدن، کاربید تنگستن، ریخته گری گریز از مرکز، سایش دمای بالا
|
  • Ahmadreza Arefpour *, Saeid Jabbarzare, Ahmad Monshi, Ali Saidi Pages 1-12

    Mould powders are mainly composed of SiO2, CaO, alkaline, and alkaline-earth oxides along with traces of fluoride and carbon. Their crucial responsibility is lubricating the surface between mould walls and the solidified steel crust. The viscosity and crystallization of these powders are influenced by Fluorine. However, the emission of evaporating materials leads to environmental pollution. Therefore, this research aims to decrease the amount of CaF2 and the effect of substitute compositions on the viscosity and crystallization of mould powders. Hence 12 powder samples are prepared having employed Portland Cement Clinker and other as the main composition. To compare the laboratory samples with the molten reference powder, groove viscometer tests were conducted. The crystalline behavior of the samples was examined employing XRD, SEM and STA analyses. Results showed some low-CaF2 samples had similar viscosity as molten reference powder (MRP). XRD analysis results presented crystalline phases of gehlenite, cuspidine, akermanite, nepheline and Mn3O4 .Likewise, the crystalline phases of B2SiO5, Na2ZnSiO4 and perovskite (CaTiO3) were examined after adding B2O3, ZnO and TiO2. SEM analysis results showed crystals in the glass matrix, which can optimize the viscosity in mould powders. TGA analysis results revealed the reduction on ignition loss of a low-CaF2 sample compared to the reference powder. Moreover, DTA analysis revealed the crystallization and melting temperatures of the same low-CaF2 sample, similar to that of the reference powder. Finally, three low-CaF2 samples containing CaF2, Li2O, TiO2, ZnO and B2O3 were nominated as the apt substitutions for reference powder in laboratory scale.

    Keywords: Mould Powder(MP), Molten Reference Powder (MRP), Viscosity, Crystallization, Portland Cement Clinker
  • MohammadHassan Joulazadeh, Arash Etemad * Pages 13-22

    In the form of a technical note, this article deals with the production of sponge iron products in the world and compares it with Iran in 2020. Predicts the future of sponge iron products in the world, especially in Iran and examines the strengths and weaknesses ahead using the available figures. According to development plans, Iran is expected to be one of the world's top producers this year. India, Iran, Russia, Mexico and Saudi Arabia are the world's largest producers of sponge iron. Sponge iron is loaded cold, hot briquette and hot charge in an electric arc furnace. Last year, the world's sponge iron production was 104.4 million tons. 11.38 million tons of hot iron (HDRI) sponge iron are charged in arc furnaces. The production of hot briquettes (HBI) in the world last year was more than 9 million tons. Mobarakeh Steel Company (Isfahan-Iran) is the world's largest producer of sponge iron with a production of 7.25 million tons. The process of producing Iranian sponge iron (PERED) is expanding more and more.

    Keywords: Sponge iron, Steel, bricks, Iron ore, electric arc furnaces
  • Amir Talebi *, R. Bakhtiari, B. Abbasi-Khazaei, Mehdi Ghobeiti-Hasab Pages 23-29

    In this research, AISI 4140 steel samples were normalized at 850 ºC for 60 min, then, they were kept at 720 ºC for 3 min and were directly transferred to a salt bath with temperature of 400 °C for 4 min and after that, the samples were quenched in water (25 °C). Finally, the triple-phased samples were tempered at 250, 450 and 650 ºC for 90 min. The microstructure and tensile properties were examined by a FE-SEM equipped with an EDS detector and a universal tensile test machine, respectively. Results showed that the microstructureکار سختی of sample tempered at 250 °C was upper bainite and martensite along with carbide particles resulted from the decomposition of martensite, while the microstructure of sample tempered at 450 °C was lower bainite and martensite along with carbide particles. Nevertheless, in the sample tempered at 650 °C, bainite and martensite phases were decomposed completely to carbide. In comparison with not-tempered sample, the sample tempered at 250 °C had higher yield strength, greater elongation and lower ultimate tensile strength. As the tempering temperature increased from 250 to 650 °C, the yield strength and ultimate tensile strength decreased while the elongation increased. Tensile test results of the tempered samples showed a two-stage work-hardening behavior. In both stages, with increasing the tempering temperature the strength coefficient (k) decreased. The work-hardening exponent (n) in the first stage decreased only for the samples tempered at higher than 250 °C, while in the second stage, it continuously decreased for all tempered samples.

    Keywords: Triple-phase steel, Tempering temperature, Microstructure, Work-hardening
  • Ayoub Asadollahi, Morteza Shamanian, Abbas Bahrami * Pages 30-37

    This paper investigates the effects of 25Cr-35Ni and 35Cr-45Ni filler metals on the weldability, microstructure, and mechanical properties of 25Cr-35Ni heat-resistant steel. Alloy 25Cr-35Ni is known to have excellent high temperature properties, such as creep resistance and high temperature corrosion/oxidation resistance, making this grade an ideal option for demanding high temperature applications in oil, gas, and petrochemical industries. Gas tungsten arc welding is a routine welding practice for the repair and joining of components, made of heat resistant steels. Microstructure and mechanical properties of welded samples with 25Cr-35Ni and 35Cr-45Ni filler metals were studied using optical microscopy, electron microscopy, and tensile and hardness tests. Fractography of fracture surfaces was also conducted, using electron microscope. Results show that the microstructure in the heat affected zone area in both cases are largely affected by the heat input during melting. A noticeable carbide dissolution was observed in both cases. In neither of filler metals was there any indication of sigma phase formation in the weld, which is related to the high nickel content of filler metals. Results also showed that mechanical properties in both cases are controlled by heat affected zone.

    Keywords: 25Cr-35Ni heat resistant steel, Welding, Mechanical properties
  • Yousef Rabbani *, Zahra Zarfeshani Pages 38-48
    Production companies currently face a significant environmental concern. The circular economy (CE) was raised due to those concerns. The CE is an economic system that aims to eliminate wastes by reusing them. This study aims to investigate the factors affecting the reverse supply chain in order to implement the CE in Mobarakeh Steel Company of Isfahan. Structured interviews were conducted with 13 managers and experts of the company. Among the factors in the literature, 16 factors were specifically identified as relevant to the company. We use the Delphi method in order to determine the importance and priority of the factors for the company. To analyze the data, in this research, the analytical-survey method was used and a combination of library and field research methods was used to collect information. By using these methods, we select 7 factors out of 16 that were very important for the company. They are environmental-oriented design, industrial ecology, redistribution, reuse, redesign, recycling, and reduction. We prioritize these factors using the fuzzy TOPSIS method based on 6 criteria: efficiency of steel resources, slag use, electricity consumption, water consumption, gas consumption, and SO2 emissions. The result shows that “Industrial ecology” has the 1st and “Reuse” has the 7th priority. We identify the relationships of these factors, with the help of a panel of experts and, we plot the relationships as an IDEF0 (Icam DEFinition for Function Modeling) model. This is the first attempt to configure the model of reverse supply chain factors in a steel company.
    Keywords: Circular Economy, Reverse Supply Chain, Delphi, Fuzzy Topsis, Mobarakeh Steel Company
  • Farnaz Assa, Leila Sharifi, Seyed Hossein Mirhosseini, Hossein Ajamein, Arash Etemad Pages 49-66

    Alkaline bricks, especially magnesia refractory products containing spinel, are the most important refractory materials that are used in many refractory industries such as steel, cement and non-ferrous industries due to their special physical, chemical and mechanical properties. In this study, the effect of titania addition on the properties and microstructure of magnesium-alkali refractories without spin-band chromium was studied. After cooking the product samples at two temperatures of 1500 and 1600 °C, different physical and mechanical properties such as density, apparent porosity, cold compressive and flexural strength, load retardation and hot rupture modulus were evaluated according to ASTM standard. The results showed that with increasing titania up to 6% by weight after sintering at 1600 ° C compared to the reference sample without additive, density and apparent porosity due to the formation of spinel phases and especially magnesium -titanate increased and decreased, respectively. Also, cold compressive and flexural strength increase to 4% by weight with the addition of this material, and with further increase, cold compressive and flexural strength due to the increase in volume percentage of magnesium- titanate and magnesium aluminate-spinel phases decrease and increase, respectively. The results also show that by increasing the titania up to 6% by weight compared to the sample without additives, the modulus of hot rupture increases at 1000 and 1400 °C and on the delay under load by increasing the amount of titania to 2% by weight from temperature T0 =1570 ºC is added to 1620 ºC under load 2 Kg / Cm2.

    Keywords: Refractory materials, Magnesia-Spinley refractory, Titania, Steel furnace
  • Arash Bagheriyeh Pages 67-73

    Mill pellets are most used in cement, steel and copper industries and its role in crushing and production of materials and products with optimal grain size and as a mineral production agent in metal and non-metallic mineral processing industries including cement factories, stone mines Iron and copper mines are required. On the other hand, it is used to a limited extent in some defense industries and heavy metal mines. in this study, the factors affecting the failure of steel balls produced from continuous casting ingots with 70Cr2 material during the quenching process in water have been investigated. The samples are 2 destroyed balls and a healthy ball that the destroyed balls, during the production process and before being put into operation (some balls immediately after the quenching process and some others have failed after the tempering process. In order to investigate the causes of destruction, visual inspection, emission spectroscopy, metallography, hardness and scanning electron microscopy studies were performed along with EDS analysis. The high hardness of the sample is due to improper heat treatment and cracking during cooling and when hitting the bullets from the place of forging defects and below the surface in the place of grains, defects and impurities.

    Keywords: 70cr2 Balls, Heat treatment, Fracture, EDS, SEM, Hardness
  • Masoud Bahrami Alamdarlo *, Babak Nazari, Hoseein Zakeri nia, Hesam Rezvani Sichani Pages 74-84

    Roller tables, rollers, and pinch rolls are widely used in different industries ranging from rolling mills, sheet metal works, ceramic and tile production industries, etc. Their harsh working conditions, like heating furnaces with high temperatures, oxide debris, and ceramic materials, have been a matter of concern. High wear-resistant cast iron has always been a common material for making these tools. In the present study, motivated to use in the rollers of the rolling line, the production of cast iron-based matrix surface composite reinforced with tungsten carbide (WC), as a surface metal matrix composite (SMMC), using a centrifugal casting process was evaluated in detail. The microstructure of samples was characterized using optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy equipped with energy dispersive X-Ray spectroscopy (SEM-EDX). The results indicated that a 3 mm thick composite layer was formed on the sample surface. The findings reveal that the formation of a composite structure on the surface can dramatically improve the wear resistance of cast iron; as a result, the weight loss of composite samples was decreased by 61% after a 1000 m sliding distance at 25 °C when compared with non-composite samples. Results suggest that the production of cast iron-based matrix surface composite reinforced with WC using centrifugal casting, as a feasible and acceptable process, can be a promising and cost-effective way to improve the performance of rollers of rolling lines and even hot rolling mill rolls.

    Keywords: Cast iron-based surface metal matrix composite, tungsten carbide, centrifugal casting, high temperature wear