Ökad kvalité i stål genom att minska föroreningar i materialet
2 min läsning

Den 12 december disputerade Hans Kellner inom teknisk materialvetenskap - "Study of Non-Metallic Inclusions in Alloy 825".

Hans Kellner har i sin avhandling undersökt hur kvalitén i stål påverkas av föroreningar som finns i olika material som används i processen vid stålframställingen.

Vid framställningen av stål så påverkas den slutliga kvalitén på stålet av föroreningar som kan finnas. Dessa föroreningar är bestående av olika ämnen och kallas inneslutningar vilka kan antingen existera i fristående partiklar eller klumpa ihop sig till kluster. Därför är det viktigt att förstå vilken sorts inneslutningar som existerar samt hur de beter sig, särskilt när det gäller stora inneslutningar. Inneslutningarna kan bland annat komma från järnbaserade legeringar, som man tillsätter för att justera det smälta stålets sammansättning. Därför undersöktes de stora 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 en mix bestående av huvudsakligen CaO, SiO2 och TiOx. För att se om dessa påverkar kvalitén på stålet så genomfördes experiment där inneslutningarnas rektion undersöktes, när de kom i kontakt med olika smält stål.

Sen undersöktes också vilka inneslutningar som fanns i det nickelbaserade legeringen Alloy 825 vid det sista steget innan gjutningen av materialet. Det gjordes med hjälp av ett elektronmikroskop på slipade ytor av metallprover (2D) och prover där inneslutningarna tagits ut ur metallen (3D). Där såg man att det fanns både enskilda inneslutningar i sfärisk form och kluster. De enskilda inneslutningarna bestod av oxider och kom från antingen inneslutningarna som finns in ferrolegeringen FeTi70R eller slaggen på ytan av stålet. Klustren bestod av både oxider och nitrider i olika sammansättningar. Av dessa inneslutningar så fanns bara två olika sorts kluster i det gjutna materialet (Al2O3-MgO och TiN) och kan påverka kvalitén på stålet.

För att se om man kan minska antalet eller ändra storlek på de kvarvarande inneslutningarna i det gjutna materialet genomfördes experiment under produktionen vid Sandvik. Där testades olika omrörning för att se hur det påverkade. Olika riktning på den elektromagnetiska omrörningen av smältan (upp eller ner) samt olika gasflöde undersöktes. En mindre undersökning genomfördes i tre dimensioner för att se hur klustrens tillväxt och borttagning påverkades av de olika omrörnings riktningarna. Det visade att för att klustren ska växa så är den uppåtgående omrörningen bäst, vilket även stämmer med teoretiska beräkningar. Men för borttagning av kluster så är den nedåtgående omröringen bättre.

För att se hur gasflödet påverkar inneslutningarna så gjordes en större undersökning i två dimensioner där antalet, storleken, sammansättning och utseendet analyserades. Där sågs att en nedåtgående omrörning är bättre för borttagning av inneslutningar. Ett lägre gasflöde är också positivt för borttagningen. För tillväxten av inneslutningar så är det uppåtgående omrörning som är bäst samt ett högre gasflöde. Emellertid kunde ingen skillnad på sammansättningen och utseendet ses på inneslutningarna mellan de olika olika omrörningssätten.

Hans Kellner disputerade tisdag den 12 december på Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm.