Till innehåll på sidan

Evaluations of Non-metallic Inclusionsin Ca-treated Steels and Their Effecton the Machinability

Tid: To 2021-04-08 kl 10.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/webinar/register/WN_6UhyvAXgSE2wbZpdEyqKow, Stockholm (English)

Ämnesområde: Teknisk materialvetenskap

Respondent: Hongying Du , Processer

Opponent: Prof.Em. Lauri Holappa, Aalto University, Finland.

Handledare: Docent Andrey Karasev, Materialvetenskap; Professor Pär Jönsson, Processer

Exportera till kalender

Abstract

Under de senaste decennierna har en stor utveckling av ståls prestande skett, vilken lett till stora utmaningar gällande bearbetningen av dessa stålsorter. Därför är det viktigt att göra en lämplig modifiering av icke-metalliska inneslutningar (NMI) vid ståltillverkningsprocessen och ha en god kontroll över dess egenskaper för att uppnå de önskade mekaniska egenskaperna och en god skärbarhet.

Baserat på ett fall innefattande ett 316L-försök i rostfritt stål med en kalciummodifiering för att förbättra stålets bearbetbarhet diskuterades påverkan av olika NMI  på skärbarheten. Inledningsvis så användes Thermo-Calc-beräkningar för att bestämma ett lämpligt intervall för Ca-tillsats för stål som skulle produceras genom att utföra en kalciumbehandling vid slutet av skänkbehandlingen. För att utvärdera icke-metalliska inneslutningar och deras påverkan på skärbarhetstest, så samlades stålprover från valsade stänger som producerats genom användande av den konventionella produktionsvägen (316R) och ett försök med användande av en kalciumbehandling (316Ca). Metallspånorna som genererades under skärbarhetstesten samlades också in för utvärdering av spånbrytbarheten och NMI-egenskaperna efter den skärande bearbetningen. Dessutom så användes en elektrolytisk extraktionsteknik (EE) för att extrahera NMI från stål- och spånprover. Därefter utfördes en tredimensionell (3-D) studie på inneslutningar som samlats på ett membranfiltret efter filtrering, med användande av ett svepelektronmikroskop (SEM) utrustat med energidispersiv röntgenspektroskopi (EDS). Morfologin, storleken, antalet, frekvensen och sammansättningen hos de icke-metalliska inneslutningarna studerades. Fyra huvudtyper av inneslutningar hittades i 316Ca stålet: typ I (långsträckta MnS), typ II (oxisulfider med hårda oxidkärnor), typ III (mjuka långsträckta oxider) och typ IV (hårda odeformerade oxider).

Resultaten visar att morfologin hos NMI i rostfria spån förändrades markant efter en skärnande bearbetning. Sammanlagt upptäcktes tre olika huvudtyper av NMI: i) Grupp I liknande former, ii) Grupp II sträckta inneslutningar med mycket tunna filmliknande (Grupp II-a) och utsträckta spruckna morfologier (Grupp II-b) och iii) Grupp III spröda inneslutningar. De totala ytorna för MnS- och SO-inneslutningarna i spånens sekundära deformationszon ökade signifikant (upp till 2-3 gånger) jämfört med det resultaten för referensstålprovet taget före skärbarhetstestet. Det visade sig att morfologin hos NMI under bearbetning beror på lokaliseringen av inneslutningen i spånan, provmaterialet samt den applicerade skärhastigheten. Detta resulterar i olika temperaturer och olika deformationsgrader av metallmatrisen under den skärande bearbetningen.

Dessutom utvärderades spånbrytbarheten och kontaktlängden mellan spånan och verktyget för referensstålet och experimentstålet och resultaten jämfördes med karakteristiken hos NMI i de två stålen. En ny viktmätningsbaserade metod utvecklades. Resultaten visar att 316Ca-stålet i allmänhet har en bättre skärbarhet jämfört med referens 316R-stålet. Däremot så visar resultaten gällande kontaktlängden mellan spånan och verktyget att modifieringen av NMI för förbättringar av skärbarheten endast är fördelaktig i vissa bearbetningsprocesser. Specifikt, så är en användning av ett 316R-stål att föredra vid låga skärhastigheter, medan stålet 316Ca föredrogs vid höga skärhastigheter. De olika egenskaperna hos NMI för olika bearbetningsförhållanden och material leder till olika beteenden och funktioner hos NMI under skärande bearbetning.

Slutligen så utvärderades den möjliga tillämpningen av PDA/OES i ståltillverkningsprocessen. Denna online-undersökningsmetod som utvecklats i branschen under de senaste åren erbjuder en stor möjlighet att åstadkomma en snabb bestämning av NMI-innehållet och visar en potential att kunna utveckla möjligheten för en kontroll av NMI under stålprocessen.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-291666