Till innehåll på sidan

On the Origin and Distributions of the Inclusions in Production-scale ESR and PESR Remelted Ingots and Materials from Different Ingot Sizes and Solidification Structures

Tid: Fr 2021-05-28 kl 14.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/j/65503064721, Stockholm (English)

Ämnesområde: Teknisk materialvetenskap

Respondent: Ewa Eva Sjöqvist Persson , Materialvetenskap, Uddeholms AB ewa.persson@uddeholm.com

Opponent: Professor Torbjörn Carlberg, Mittuniversitetet, Sundsvall

Handledare: Professor Pär Jönsson, Materialvetenskap

Exportera till kalender

Abstract

Detta arbete är utfört  med målet att fastställa källan, morfologin och distributionen av icke-metalliska inneslutningar (NMI) i elektroslaggomsmälta (ESR) stål och i stål elektroomsmälta under en kontrollerad inert atmosfär (PESR). Utöver inneslutningsstudierna har även stelningsstrukturen i olika götstorlekar undersökts. Detta i syfte att definiera strukturens påverkan på de icke-metalliska inneslutningarna. Den valda stålsorten är ett vanligt martensitiskt rostfritt stål. Fokus av arbetet är källan och distributionen av de oxidiska inneslutningar, med ett antagande att sulfider och nitrider är sekundära inneslutningar i omsmält material.

I syfte att få ett bra statistiskt underlag är ett stort antal SEM-prover från både olika vertikala götpositioner uttagna från en elektrod, flera ESR- och PESR-göt samt från bearbetat material (smide, valsning). Inneslutningarna är studerade både med två-dimensionella (2-D) och tre-dimensionella (3-D) metoder. Det är extra viktigt för stål med en högre renhet, som till exempel omsmälta stål, att analysera många och stora ytor för att få en sann bild av inneslutningsmorfologin. I ett försök att lokalisera källan för de oxidiska inneslutningarna är pilot-försök med ett spårämne i processlaggen genomförda. I syfte att studera strukturens inverkan på inneslutningarna är horisontella skivor kapade från flera götstorlekar. Förutom inneslutningarna och den kemiska analysen tvärs skivorna studerades även det sekundära dendritsarmsavståndet (SDAS) och dendriternas vinkel mot det horisontella planet.

Resultatet är en ny klassificering av inneslutningarna i ESR- och PESR-omsmälta stål, i) Primära Inneslutningar,  överlever från elektroden utan kontakt med ESR/PESR:s processlagg, fångade i en fallande ståldroppe eller stålfragment. Deras storlek beror av storleken på inneslutningarna I elektroden samt de fallande ståldropparnas storlek. ii) Semi-Sekundära Inneslutningar, Främst Al-Mg oxider täckta med processlagg. Normal storleksklass är ≈ < 30 µm. iii) Sekundära Inneslutningar, utskilda under stelningen av det flytande stålet som ett resultat av en reaktion mellan legeringselement och löst syre.  Normal storleksklass är < 10 µm. 

Strukturstudien visade att en övergång från riktad dendritisk struktur till enaxlig struktur har en stor påverkan på antalet och storleken av inneslutningarna. Så länge som centrum I ett göt stelnar med en riktad dendritisk struktur är ökningen av antalet inneslutningar linjärt med ökad götstorlek.  Efter övergången till enaxlig struktur i centrum är dock inneslutningarna både större och fler.  För denna stålsort inträffar övergången från riktad dendritisk struktur till enaxlig struktur någonstans mellan en PESR-götdiameter på 800 och 1050 mm. Tillväxthastigheten som behövs av de primära dendritarmarna för att övergången skall ske är under 4 x 10-7m/s. Dessutom krävs en temperaturgradient som är lägre än cirka 103 °C/m.

Sammantaget visar resultatet att både mängden av inneslutningar I elektroden (tillika dess storlek och komposition) är extremt viktig för renheten i ESR-och PESR-omsmälta stål. Majoriteten av de i kritiska inneslutningarna härstammar direkt eller indirekt från inneslutningarna i elektroden. Utöver det är även stelningsstrukturen (götstorleken)  direkt avgörande för inneslutningarnas storlek och antal i ESR- och PESR-omsmälta material.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-294069