Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • 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
Estimation of Non-Metallic Inclusions in Industrial Ni Based Alloys 825
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Materials Science and Engineering. Dalarna University, Sweden.
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Materials Science and Engineering.
Show others and affiliations
2017 (English)In: Steel Research International, ISSN 1611-3683, E-ISSN 1869-344X, Vol. 88, no 4, article id UNSP 1600024Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

It is well known that inclusions affect the properties of the steel and other alloys. The importance of understanding the behavior of the inclusions during production can never be overstated. This study has examined the main types of big size (> 10 mu m) inclusions that exist in Ni-based Alloy at the end of ladle treatment and after casting during industrial production of Ni based Alloys 825. Sources, mechanisms of formation and behavior of different type large size inclusions in Alloy 825 are discussed based on 2 and 3D investigations of inclusion characteristics (such as, morphology, composition, size, and number) and thermodynamic considerations. The large size inclusions found can be divided in spherical (Type I and II) inclusions and in clusters (Type III-V). Type I-A inclusions (Al2O3-CaO-MgO) originate from the slag. Type I-B inclusions and Type II inclusions consist of CaO-Al2O3-MgO and Al2O3-TiO2-CaO, respectively. Both types originate from the FeTi70R alloy. Type III clusters (Al2O3-MgO-CaO) are formed during an Al deoxidation of the Ni-based alloy. Type IV clusters (Al2O3-TiO2-CaO) formed from small inclusions, which are precipitated in local zones which contain high Ti and Al levels. These clusters are transformed to Type III clusters over time in the ladle. Finally, Type V clusters are typical TiN clusters.

Place, publisher, year, edition, pages
Wiley-VCH Verlagsgesellschaft, 2017. Vol. 88, no 4, article id UNSP 1600024
Keywords [en]
Alloy 825, inclusion distribution, non-metallic inclusions
National Category
Metallurgy and Metallic Materials
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-206287DOI: 10.1002/srin.201600024ISI: 000398639200012Scopus ID: 2-s2.0-85014553773OAI: oai:DiVA.org:kth-206287DiVA, id: diva2:1094288
Note

QC 20170509

Available from: 2017-05-09 Created: 2017-05-09 Last updated: 2017-11-22Bibliographically approved
In thesis
1. Study of Non-metallic Inclusion in Alloy 825
Open this publication in new window or tab >>Study of Non-metallic Inclusion in Alloy 825
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
Keywords
Alloy 825, FeTi70R alloy, non-metallic inclusions, inclusion distribution, clusters, electromagnetic and gas stirring, ladle treatment, electrolytic extraction, stirring directions, 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
Metallurgical process science
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-218036 (URN)978-91-7729-582-2 (ISBN)
Public defence
2017-12-12, B1, Brinellvägen 23, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

QC 20171122

Available from: 2017-11-22 Created: 2017-11-22 Last updated: 2017-11-22Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

Other links

Publisher's full textScopus

Authority records BETA

Karasev, AndreyJönsson, Pär

Search in DiVA

By author/editor
Kellner, Hans E. O.Karasev, AndreyJönsson, Pär
By organisation
Materials Science and Engineering
In the same journal
Steel Research International
Metallurgy and Metallic Materials

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 46 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • 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