Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Study of Non-metallic Inclusion in Alloy 825
Dalarna University, School of Technology and Business Studies, Materials Technology. KTH, Tillämpad processmetallurgi.ORCID iD: 0000-0003-3188-5000
2017 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

It is well known that inclusions affect the properties of steels and alloys. Therefore, it is important to understand what type of inclusions that exist and how they behave and especially with a focus on large size inclusions. Thus, the large size non-metallic inclusions in ferroalloy FeTi70R were investigated in two dimensions (2D) by using scanning electron microscopy (SEM) in combination with an energy dispersive technique (EDS). It was found that the FeTi70R ferroalloy contain complex oxide inclusions consisting mostly of CaO, SiO2 and TiOx. Furthermore, experimental trials were performed to investigate how these inclusions behaved when entering a melt. More specifically, a comparison between pure Fe and an Alloy 825 grade were made. These results determined the parameters effect on the transformation of the inclusions in the melt.

The large size non-metallic inclusions in Alloy 825 during the ladle treatment were investigated during industrial trials by using both two dimensional (2D) and three dimensional (3D) microscopic investigations. The results showed that inclusions consisted of spherical oxides and clusters made up of oxides and nitrides. Further investigations found that the spherical inclusions were transformed from existing NMI in the FeTi70R ferroalloy and slag particles. As for the clusters, they originate from deoxidation products. Furthermore, small inclusions precipitated in the local zones around the added FeTi70R ferroalloy and titanium nitrides. Investigations also found that only Al2O3-MgO and TiN clusters exist after casting.

Industrial trials were performed during the last period of the ladle treatment and using a combined electromagnetic (EMS) and gas (GS) stirring. The purpose to investigate the effect of different EMS directions on the agglomeration and on the removal of Al2O3-MgO and TiN clusters. The investigations were then performed in 3D after an electrolytic extraction of the metal samples. The results show that electromagnetic stirring in the upwards direction is best for the agglomeration of the Al2O3-MgO and TiN clusters. However, electromagnetic stirring in the downwards direction is more effective to remove clusters from the melt. This is in agreement with the theoretical predictions based on Stokes’, Brownian and Turbulent collisions. Also, the calculations showed that for Al2O3-MgO clusters with sizes <20 μm the Turbulent collision is the defining factor for agglomeration. However, both Stokes’ and Turbulent collisions are dominant for larger inclusions. For the TiN clusters, turbulent collisions is the dominant factor.

Further investigations with more heats and stirring modes were done by using 2D microscopic investigations. More specifically, the number, size, composition and morphology of different inclusions were determined by using SEM in combination with EDS and Inca Feature analyses. The results show that the EMS in downwards direction with a 0.04 m3 min-1 gas flow rate promotes a general removal of Al2O3-MgO and TiN inclusions. Furthermore, that the upwards EMS direction promotes a drastically increase of inclusions having an equivalent size smaller than 11.2 μm. Moreover, the stirring with a 0.02 m3 min-1 gas flow rate has a better removal rate for both downwards and upwards stirring directions compared to the stirring with a 0.04 m3 min-1 gas flow rate. However, no influence on the inclusion composition and morphology could be seen from the different stirring modes.

Abstract [sv]

Det är välkänt att inneslutningar påverkar egenskaperna i stål och legeringar. Därför är det viktigt att förstå vilken sorts inneslutningar som existerar samt hur de beter sig, särskilt stora inneslutningar. Således undersöktes de stora icke-metalliska inneslutningarna i ferrolegeringen FeTi70R i två dimensioner (2D) genom att använda svepelektronmikroskopi (SEM) i kombination med energidispersionsteknik (EDS). Det visade sig att ferrolegeringen FeTi70R innehåller komplexa oxidinneslutningar bestående huvudsakligen av CaO, Si02 och TiOx. Vidare utfördes laborativa försök för att undersöka hur dessa inneslutningar uppträder när de kommer ner i det smälta stålet. Mer specifikt så gjordes en jämförelse mellan rent Fe och Alloy 825 legeringen. Dessa resultat fastställde hur olika parametrar påverkade inneslutningarnas omvandling i smältan.

De stora icke-metalliska inneslutningarna i Alloy 825 legeringen under skänkugnsbehandlingen undersöktes vid industriella försök med hjälp av både tvådimensionella (2D) och tredimensionella (3D) mikroskopiska undersökningar. Resultaten visade att inneslutningarna bestod av sfäriska oxider och kluster uppbyggda av oxider och nitrider. Ytterligare undersökningar visade att de sfäriska inneslutningarna omvandlades från befintliga icke-metalliska inneslutningar i ferrolegeringen FeTi70R och slaggpartiklar. När det gäller kluster härrör de från desoxidationsprodukter. Vidare så bildades små inneslutningar i de lokala zonerna kring den tillsatta FeTi70R legeringen och kring titanitriderna. Undersökningarna fann också att endast Al2O3-MgO och TiN-kluster existerar efter gjutning.

De industriella försöken utfördes under den sista perioden av skänkugnsbehandlingen och med en kombinerad elektromagnetisk (EMS) och gas (GS) omröring. Syftet med detta var att undersöka effekten av olika riktningar på EMS omrörningen på agglomerationen och avskiljningen av Al2O3-MgO- och TiN klustren. Undersökningarna utfördes sedan i 3D efter en elektrolytisk extraktion av metallproverna. Resultaten visar att en uppåtriktad elektromagnetisk omröring är bäst för agglomereringen av Al2O3-MgO inneslutningar och TiN kluster. Emellertid så är en nedåtriktad elektromagnetisk omröring effektivare för att avlägsna kluster från smältan. Dessa resultat överensstämmer med de teoretiska förutsägelserna baserade på Stokes, Brownian och Turbulent kollisionsvolymer. Dessutom visade beräkningarna att för Al2O3-MgO kluster med storlekar <20 μm är det turbulenta kollisioner som är den avgörande faktorn för agglomerering. Dock är det både Stokes och de Turbulenta kollisionerna som dominerar för större inneslutningar. För TiN klustren är det de turbulenta kollisionerna som är den dominerande faktorn.

Ytterligare undersökningar med fler charger av Alloy 825 och olika omrörningsmetoder gjordes baserade på 2D mikroskopiska undersökningar. Mer specifikt så bestämdes antalet, storleken, sammansättningen och morfologin för olika inneslutningar med användning av SEM i kombination med EDS och Inca Feature analyser. Resultaten visar att en nedåtriktad EMS i kombination med ett gasflöde på 0,04 m3 min-1 främjar ett generellt avlägsnande av Al2O3-MgO och TiN inneslutningar. Vidare främjar den uppåtriktade EMS omrörningen en drastisk ökning av inneslutningar med en ekvivalent storlek av 11,2 μm eller mindre. Vidare har omröringen med ett gasflöde på 0,02 m3 min-1 en bättre avskiljningshastighet för inneslutningar i både nedåt och uppåtgående omrörningsriktningar jämfört med omrörningen med ett gasflöde på 0,04 m3 min-1. Emellertid kunde inget inflytande på sammansättningen och morfologin ses från de olika omrörningssätten.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology , 2017. , p. 61
Keyword [en]
Alloy 825, FeTi70R alloy, non-metallic inclusions, inclusion distribution, clusters, electromagnetic and gas stirring, ladle treatment, electrolytic extraction, stirring directions
Keyword [sv]
Alloy 825, FeTi70R legering, icke-metalliska inneslutningar, inneslutnings fördelning, kluster, elektromagnetisk och gas omrörning, skänkugnsbehandling, elektrolytisk extraktion, omrörningshåll
National Category
Metallurgy and Metallic Materials
Research subject
Steel Forming and Surface Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:du-26842ISBN: 978-91-7729-582-2 (print)OAI: oai:DiVA.org:du-26842DiVA, id: diva2:1167651
Public defence
2017-12-12, B1, Brinellvägen 23, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2017-12-20 Created: 2017-12-19 Last updated: 2017-12-20Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1844 kB)25 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1844 kBChecksum SHA-512
da053b5e9bcc2f97d00474ce625908be7a4b8fc1c2fc1aab3b7bb6136445f45f40ce0ec4b9b07581f2093e7072d9ff52d4d07a425b3123d41592cfe914401d06
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Kellner, Hans
By organisation
Materials Technology
Metallurgy and Metallic Materials

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 25 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 134 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf