• No results found

Raffinering av stål

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Raffinering av stål"

Copied!
16
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

2010-013

Raffinering av stål

(2)

Swerea SWECAST AB Box 2033, 550 02 Jönköping Telefon 036 - 30 12 00 Telefax 036 - 16 68 66 swecast@swerea.se http://www.swereaswecast.se © 2011, Swerea SWECAST AB

(3)

Swerea SWECAST AB

Projekt nr Projekt namn

IPK182 Raffinering av stål

Status

Öppen

Författare Rapport nr Datum

Lars Pettersson 2010-013_ 2011-01-31

Sammanfattning

För att kunna säkra kvaliten i stålgjutgods är det ofta nödvändigt att raffinera smältan. Under 2009 påbörjades en utvärdering av gasspolning i induktionsugn [1], detta är en fortsättning av det projektet.

Inom projektet har försök med argonspolning av det låglegerade

seghärdningsstålet 2225 i induktionsugn utförts. Sträck och brottgräns är något högre för den 2225 som gjutits innan argonspolning. Samtidigt är förlängningen och kontraktionen något sämre för denna än för det prov som gjutits efter argonspolning. Detta är helt eller delvis naturliga variationer. Slagsegheten för det prov som gjutits efter argonspolning är högre.

Utvärdering av löpande hållfasthetsprovning av de höglegerade stålen 2387 och 1.4470 har utförts i projektet. Brottkontraktionen har förbättrats för båda legeringarna. För 1.4470 ses en minskning av antalet inneslutningar med ca 40 %. Det arbete som återstår att göras på området är otimeringsarbete. Optimering av hur desoxidation görs i kombination med argonspolning samt tidsoptimering av spolningen.

Nyckelord:

(4)

Summary

In order to ensure the quality of steel castings, it is often necessary to refine the melt. In 2009, an evaluation of argon stirring in induction furnace where continued [1], this is a continuation of the project.

During the project an experiment with argon-flushing of the low-alloyed steel 2225 in an induction furnace was performed. Yield and tensile strength were slightly higher for the 2225 cast without argon stirring of the melt. While the elongation and contraction improved slightly after argon stirring. The Charpy V-notch impact resistance of the samples cast after argon stirring is higher. These variations could be natural variation.

Evaluation of strength test of the high-alloyed steels 2387 and 1.4470 have been conducted in the project. The contraction was improved for both alloys. For the 1.4470-steel a decrease in the number of inclusions by approximately 40% is seen. The work that remains to be done in this area is optimization of the process. Desoxidation done in combination with argon stirring and the stirring time could be optimized.

Keywords:

(5)

Swerea SWECAST AB Rapportnr 2010-013_

Innehållsförteckning

1 TILLKOMST ... 1 2 INLEDNING... 1 3 SYFTE OCH MÅL... 1 4 METOD... 1

5 GJUTFÖRSÖK MED ARGONSPOLNING... 2

5.1 FÖRSÖKSBESKRIVNING... 2

5.2 RESULTAT... 3

5.2.1 Hållfasthet... 3

5.2.2 Inneslutningar ... 4

6 UTVÄRDERING AV LÖPANDE PROVNING ... 5

6.1 RESULTAT... 6

6.1.1 Hållfasthet... 6

6.1.2 Inneslutningar ... 6

7 DISKUSSION ... 8

7.1 GJUTFÖRSÖK MED ARGONSPOLNING... 8

7.2 UTVÄRDERING AV LÖPANDE PROVTAGNING... 9

8 SLUTSATS ... 9

9 FORTSATT ARBETE ... 10

(6)
(7)

Swerea SWECAST AB Rapport nr 2010-013_

1

1

Tillkomst

Denna publikation utgör slutrapport för projektet IPK182 ”Raffinering av stål”. Rapporten har sammanställts av Lars Pettersson, Metallurgi och materialteknik, Swerea SWECAST AB, Jönköping. Projektet är en fortsättning på G791s, raffinering av stål.

Ett tack riktas till de företag som deltagit i projektet: Combi Wear Parts AB Ljungby

Keycast Kohlswa AB Norrhults Stålgjuteri AB Smålands Stålgjuteri AB Österby Gjuteri AB

2

Inledning

För att kunna säkra kvaliten i stålgjutgods är det ofta nödvändigt att raffinera smältan. Stålverk har metoder för och stor erfarenhet av raffinering av smält stål. Under 2009 påbörjades en utvärdering av gasspolning i induktionsugn [1]. Argongas bubblades genom smältan genom en porös sten i botten av ugnen. Teoretiska positiva effekter av argonspolning är minskning av smältans gashalt och minskning av icke-metalliska inneslutningar. Arbetet har utförts genom att följa upp löpande provning av två höglegerade stålsorter tillverkade av Norrults Stålgjuteri AB, samt genom att utföra kontrollerade försök vid Småland Stålgjuteri med en låglegerad stålsort.

3

Syfte och mål

Syftet med projektet var att ta fram en metod för att kostnadseffektivt kunna ta fram renare stålsmältor tillverkade i induktionsugn.

Målen var att för höglegerade gjutstål förbättra Charpy V-notch värden med 10 % samt att minska mängden inneslutningar med 50 %.

4

Metod

Arbetet har utförts genom att följa upp löpande provning av två höglegerade stålsorter tillverkade av Norrults Stålgjuteri AB, samt genom att utföra kontrollerade försök vid Småland Stålgjuteri med en låglegerad stålsort.

Proverna har analyserats med avseende på hållfasthet och provernas inneslutningar har kartlagts. Dragprovning har utförts enligt SS-EN ISO 6892-1:2009 A224 och slagseghetsprovning har utförts vid olika temperaturer enligt SS-EN 10 045-1:1990.

Inneslutningarna har kartlagts genom att en 10x10 mm2 stor provyta för varje prov, se figur 1a, delats upp i 100 fält, se figur 1b. De icke-metalliska

inneslutningarna har sedan analyserats för varje fält. Fältens area var 0,032 mm2,

det vill säga, den totala analyserade ytans area uppgick till 3,2 mm2. Figur 1c och

(8)

2

med avseende på inneslutningar som sedan analyseras med EDS

(Energidispersibel spektrometri).

(a) (b) (c) (d)

Figur 1. (a) Analyserad area 10x10 mm2, (b) uppdelning av analyserad area i 100 0,032 mm² stora fält, (c) SEM-bild av ett av de 100 fälten (d) automatiskt

detekterade partiklar (orange) analyserade med EDS.

5

Gjutförsök med argonspolning

Inom projektet G792s utfördes två försök med argonspolning i induktionsugn. Ett av försöken med det höglegerade gjutstålet 1.4470, som är ett rostfrittstål med en duplex struktur bestående av austenit och ferrit. Det andra försöket med det låglegerade seghärdningsstålet SS 2225.

Resultatet med det rostfria stålet visade på en markant minskning av antalet inneslutningar, samt en förbättring av slagsegheten. Resultatet för 2225 visade på en minskning av antalet inneslutningar, men ingen förbättring av slagsegheten. I detta projekt valdes av denna anledning att göra ytterligare ett gjutförsök med det låglegerade materialet för att kunna jämföra med tidigare resultat.

Tabell 1. Kemisk sammansättning 2225.

C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) Cr (%) Ni (%) Mo (%) 2225 0,22-0,29 0,30-0,60 0,50-0,80 max 0,035 max 0,035 0,90-1,20 max 0,30 0,15-0,25

5.1

Försöksbeskrivning

Försöken utfördes enligt följande:

1. Nedsmältning av skrot/råvaror i ugn, enligt vid företaget gällande rutiner,

uttag av förprov.

2. Desoxidation i ugn.

3. Tappning/gjutning av del av smältan, vanlig desoxidationspraxis i skänk. Gjutning av kölprov.

4. Ar-spolning av resterande smälta, i ugn, påbörjas. Tid 15 minuter,

uttagning av prov för kemisk analys från smältan efter Ar-spolning.

5. Tappning/gjutning av resterande smälta, vanlig desoxidationspraxis i

skänk. Gjutning av kölprov.

6. Värmebehandling av kölproven vid respektive företag i samma batch.

1 2 3

100 99

(9)

Swerea SWECAST AB Rapportnr 2010-013_

3

Proverna kommer på detta vis från samma charge med den enda skillnaden att det ena är raffinerat med argonspolning i ugnen. Två prover togs ut under försöket ett innan argonspolningen och ett efter argonspolningen. Proverna har utvärderats med avseende på hållfasthet och inneslutningar.

5.2

Resultat

5.2.1 Hållfasthet

Hållfastheten på de gjutna proven från försöket redovisas i tabell 2 nedan. Referensprovets som gjutits innan smältan spolats med argon kallas 2225 medan provet som gjutits efter argonspolningen benämns 2225 Ar.

Tabell 2. Denna tabell visar hållfasthet för 2225 efter försöken.

Rp0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%) Z (%)

2225 655 805 16,7 43,1

2225 Ar 608 766 18,6 45,8

I tabell 3 finns slagsegheten vid olika temperaturer för de olika proverna redovisade. Dessa värden visas även grafiskt i figur 2. I slagprov har utförts för varje temperatur och prov.

Tabell 3. Denna tabell visar slagseghet vid olika temperatur för 2225 efter försök. Temperatur (ºC) -40 -20 0 20 40 60 80 100 2225 61,1 62,2 61,8 61,9 61 63,9 62,8 64,3 2225 Ar 61,1 68,5 67,3 67,4 64,9 65,8 67,3 66,1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 Temperatur (ºC) S la g s e g h e t (J ) 2225 2225 Ar

(10)

4

5.2.2 Inneslutningar

Inneslutningarna har analyserats med SEM-EDS. Största delen av

inneslutningarna består av aluminium, men även inneslutningar med titan och mangan förekommer. Resultaten redovisas i figurer nedan. Totala antalet

inneslutningar i provet gjutet innan argonspolning var 220 st/mm2. I provet gjutet

efter argonspolning var antalet inneslutningar 214 st/mm2.

Det prov som gjöts innan argonspolning innehåller något fler inneslutningar än provet som gjöts efter argonspolningen, se nedan Figur 3.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 0-2 (µm ) 2-4 (µm ) 4-6 (µm ) 6-8 (µm ) 8-10 (µm ) 10-1 5 (µ m) 15-2 0 (µ m) 20-3 0 (µ m) >30 (µm ) Sum ma Storlek (µm) A n ta l (s t) 2225 2225 Ar

Figur 3. Inneslutningarnas storleksfördelning.

Provet som gjutits efter argonspolningen innehåller något fler av de större förekommande inneslutningarna. Det prov som gjöts innan argonspolning innehåller större andel små inneslutningar än provet som gjöts efter argonspolningen, se Figur 3 och Figur 4. Kumulativ mängd inneslutningar.I figur 4 visas den ackumulerade nängden inneslutningar.

(11)

Swerea SWECAST AB Rapportnr 2010-013_ 5 0 20 40 60 80 100 120 <2 (µ m) <4 (µ m) <6 (µ m) <8 (µ m) <10 (µm ) <15 (µm ) <20 (µm ) <30 (µm ) alla Storlek (µm) A n d e l (% ) 2225 2225 Ar

Figur 4. Kumulativ mängd inneslutningar.

6

Utvärdering av löpande provning

Argonspolning i induktionsugn infördes under 2009 hos Norrhults stålgjuteri AB. Både före och efter införandet av argonspolning har Swerea SWECAST AB utfört löpande provning åt Norrhults Stålgjuteri AB. Löpande provning av två höglegerade stålsorter tillverkade av Norrhults Stålgjuteri AB har följts upp med avseende på hållfasthet och mängd innslutningar. Tabell 4 nedan visar en sammanställning av charger som följts upp.

Tabell 4. Denna tabell visar antalet charger som följts upp.

Ej argon (st) Argonspolning (st) Summa (st)

1.4470 33 34 67

2387 35 9 44

Totalt 68 43 111

Den specificerade kemiska sammansättningen för 1.4470 respektive 2387 visas i tabell 5 nedan.

Tabell 5. Kemisk sammansättning för 1.4470 och 2387. C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) Cr (%) Mo (%) Ni (%) N (%) 1.4470 max 0,030 max 1,00 max 2,00 max 0,035 max 0,025 21,00-23,00 2,50-3,50 4,50-6,50 0,12-0,20 2387 max 0,06 max 0,80 max 1,00 max 0,035 max 0,025 15,00-17,00 0,70-1,50 4,00-6,00 -

(12)

6

Tillverkningen av legeringarna har utförts i induktionsugn. De charger som tillverkats efter installation av argonspolningsutrustning behandlats i minst tio minuter precis innan gjutningen.

6.1

Resultat

6.1.1 Hållfasthet

Det som redovisas i tabell 6 nedan är den procentuella förändringen av hållfasthetsvärden för de charger som följts upp.

Tabell 6. Denna tabell visar den procentuellan förändringrn av hållfastheten efter införandet av argonspolning.

Rp0,2 (%) Rm (%) A (%) Z (%)

1.4470 2,75 0,08 -0,08 5,04 2387 21,04 5,59 -7,91 5,51

6.1.2 Inneslutningar

Antalet inneslutningar har utvärderats för en del av chargerna. För 1.4470 har antalet inneslutningar minskat med ca 40 % medan resultatet för 2387 inte visar någon nämnvärd effekt av argonspolningen på antalet inneslutningar, ungefär lika många inneslutningar finns innan och efter att argonspolningen införts.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0-4 (µm ) 4-6 (µm ) 6-8 (µm ) 8-1 0 (µ m) 10-1 5 (µ m) 15-2 0 (µ m) 20-3 0 (µ m) >30 (µm ) Sum ma Storlek (µm) A n ta l (s t) 1 2 3 4 Ar 1 Ar 2 Ar 3 Ar 4

(13)

Swerea SWECAST AB Rapportnr 2010-013_ 7 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0-4 (µm ) 4-6 (µm ) 6-8 (µm ) 8-10 (µm ) 10-1 5 (µ m) 15-2 0 (µ m) 20-3 0 (µ m) >30 (µm ) Sum ma Storlek (µm) A n ta l (s t) 1 2 3 4 5 6 Ar 1 Ar 2 Ar 3 Ar 4 Ar 5 Ar 6

Figur 6. Inneslutningarnas storleksfördelning, 2387.

En beräkning av den kumulativa mängden inneslutningar visas i figur 7 och 8 nedan. Röd linje representerar de charger som raffinerats med argonspolning, blå linje är de charger som inte spolats med argon.

0 20 40 60 80 100 0-4 (µm ) 0-6 (µm ) 0-8 (µm ) 0-1 0 (µ m) 0-1 5 (µ m) 0-2 0 (µ m) 0-3 0 (µ m) Alla Storlek (µm) A n d e l (% ) 1 2 3 4 Ar 1 Ar 2 Ar 3 Ar 4

Figur 7. Kumulativ mängd inneslutningar, 1.4470.

I figur 7 kan man se att storleksfördelningen har förändrats, andelen större inneslutningar är större för de charger som behandlats med argonspolning. De inneslutningar som förekommer i 1.4470 består till största delen av kisel och mangan, även en del aluminium- och titaninnehållande inneslutningar har påträffats. Inga skillnader i inneslutningarnas kemiska sammansättning mellan de charger som är tillverkade med och utan argonspolning har påvisats.

(14)

8 0 20 40 60 80 100 <4 (µ m) <6 (µ m) <8 (µ m) <10 (µm ) <15 (µm ) <20 (µm ) <30 (µm ) Alla Storlek (µm) A n d e l (% ) 1 2 3 4 5 6 Ar 1 Ar 2 Ar 3 Ar 4 Ar 5 Ar 6

Figur 8. Kumulativ mängd inneslutningar, 2387.

I figur 8 visar att fördelningen av inneslutningar har förändrats. De prover som behandlats med argonspolning har en större andel små inneslutningar. De inneslutningar som förekommer i 2387 består till största delen av kisel och mangan, även en del aluminium- och titaninnehållande inneslutningar har påträffats. Inga skillnader i inneslutningarnas kemiska sammansättning mellan de charger som är tillverkade med och utan argonspolning har påvisats.

7

Diskussion

Sammantaget resultatet från projektet G792s och detta projekt finns potential med argonspolning i induktionsugn. För det höglegerade materialet 1.4470 har båda projekten visat på en markant minskning av antalet inneslutningar, mer än 40 %.

7.1

Gjutförsök med argonspolning av 2225

Sträck- och brottgräns är något högre för den 2225 som gjutits innan argonspolning. Samtidigt är förlängningen och kontraktionen något sämre för denna än för det prov som gjutits efter argonspolning. Detta är helt eller delvis naturliga variationer, när sträck- och brottgräns höjs för ett material försämras oftast förlängningen och kontraktionen. Detta behöver sådeles inte vara en effekt av argonspolningen. Slagsegheten för det prov som gjutits efter argonspolning är något högre.

Alla förekommande inneslutningar är små inneslutningar, som troligen bildats vid gjutningen. De största inneslutningarna i proven är omkring 30 µm stora. Provet som gjutits efter argonspolning innehåller fler stora inneslutningar, men inga markanta skillnader kan uttydas mellan de olika proverna. Eftersom desoxidation sker efter argonspolning tillförs nya inneslutningar, dessa inneslutningar är med största sannolikhet den typ av inneslutningar som är den vanligast förekommande. Av denna anledning är det svårt att se några skillnader mellan de olika proverna.

(15)

Swerea SWECAST AB Rapportnr 2010-013_

9

Största delen av inneslutningarna består av aluminium, men även inneslutningar med titan och mangan förekommer. Inga skillnader i mellan de olika proverna med avseende på inneslutningarnas kemiska sammansättning har observerats. Vid raffinering av stål är det viktigt att utföra reningssteget så sent som möjligt i processen. Annars finns risk att smältan kontamineras. I detta fallet har möjligen en minskning av mängden inneslutningar skett, men under övertappning i skänk desoxidation och gjutning har nya inneslutningar genererats och effekten av raffineringen minskat.

7.2

Utvärdering av löpande provtagning

I och med att resultat från löpande provning används för denna utvärdering är inte alla felkällor kända. Fler förändringar i processen utöver införande av argonspolning kan vara införda och därmed påverka resultatet.

För 1.4470 kan möjligen kontraktionen ha förbättrats en aning, men övriga parametrar ser inte ut att ha påverkats nämnvärt efter införandet av argonspolning. För de prover som undersökts av 1.4470 har antalet inneslutningar markant minskats, ca 40 %. Men storleksfördelningen har förändrats, andelen större inneslutningar har ökat. Det vill säga antalet stora inneslutningar har inte minskat i lika stor utsträckning som antalet små inneslutningar.

Hållfastheten för 2387 har förändrats markant, sträckgränsen har höjts avsevärt och även brottgräns och kontraktion har förbättrats, medan förlängningen har försämrats. Dessa förändringar är svåra att förklara med endast införandet av argonspolning som processteg i produktionen.

Antalet inneslutningar som förekommer i 2387-proverna har inte förändrats nämnvärt, däremot finns en antydan till att fördelningen av inneslutningar har förändrats. De prover som behandlats med argonspolning har fler små inneslutningar, men färre storra jämfört med de för vilka smätan inte argonspolats, se figur 6. Detta fenomen är helt tvärt emot resultatet för 2225 och 1.4470, där andelen stora inneslutningar var större för de prover som gjutits med argonspolning än de som gjutits utan argonspolning.

Efter att smältan spolats med argon desoxideras smältan i skänken, på detta sätt introduceras nya inneslutningar till smältan. För att minimera detta problem bör desoxidation till största del ske innan argonspolningen.

8

Slutsats

Alla förekommande inneslutningar är små inneslutningar, som troligen bildats vid gjutningen. De största inneslutningarna i proven är omkring 30 µm stora. Inga markanta skillnader kan uttydas mellan de olika proverna. Eftersom desoxidation sker efter argonspolning tillförs nya inneslutningar, dessa inneslutningar är med största sannolikhet den typ av inneslutningar som är den vanligast förekommande. Av denna anledning är det svårt att se några skillnader mellan de olika proverna. Vid raffinering av stål är det viktigt att utföra reningssteget så sent som möjligt i processen. Annars finns risk att smältan kontamineras. Efter att smältan spolats med argon desoxideras smältan i skänken, på detta sätt introduceras nya

(16)

10

inneslutningar till smältan. För att minimera detta problem bör desoxidation ske innan argonspolningen till största del.

För de prover som undersökts av 1.4470 har antalet inneslutningar markant minskats, ca 40 %. Det är möjligt att minska antalet inneslutningar genom att spola smältan med argon i induktionsugn. Men mer arbete bör utföras för att optimera processen.

9

Fortsatt arbete

Vid försöken på Smålands Stälgjuteri AB sågs ingen större skillnad på proverna med avseende på innneslutningsmängd. Det vill säga, argonspolningen har ingen större effekt. En anledning till detta kan vara att en stor del av desoxidationen utförs vid tappning från ugnen, efter argonspolningen. Då sker en nybildning av inneslutningar. Av denna anledning bör desoxidation i kombination med argonspolning optimeras för att uppnå bästa tänkbara resultat.

I dagsläget argonspolas alla legeringstyper lika lång tid. Tidsoptimering av spolningningen bör göras, räcker det med 5 minuter eller bör man spola 30 minuter. I de utförda försöken har endast spolning i 15 minuter utvärderats. Optimal spoltid kan även vara olika för olika legeringar. För de undersökta chargerna av 1.4470 sågs en markant minskning av antalet inneslutningar, men samma resultat sågs inte för varken 2387 eller 2225.

10

Referenser

References

Related documents

Efter som subjunktion konkurrerade dock med konstruktioner där basala subjunktioner förstärkte den bisats- inledande funktionen, däribland efter som, som tidigare även

Klottret i Västernorrland kan inte ses som ett gemensamt problem för hela länet utan klotterproblematiken skiljer sig från kommun till kommun inom länet med stora variationer

enska folkets idrottskonsumtion ch andel personer i Sverige i åldrarna 7–70 år som spenderade 0 till 6 000 kronor på att se på idrott under aterialet är uppdelat efter

Snitt för 2003-2006 0% 20% 40% 60% 80% 100% TOTALT Öckerö Tjörn Stenungsund Partille Mölndal Lilla Edet Lerum Kungälv Kungsbacka Härryda Göteborg Alingsås Ale Nyttjar

Inga större skillnader mellan kommunerna när det gäller de svarandes kopplingar till gymnasieskolan.... Datatabell De svarandes kopplingar till

Det finns en gemensam åsikt kring styrdokumenten och att många av kunskapskraven är svårbedömda som exempelvis “i viss mån” (Skolverket 2011a) och att det är svårt att

 To investigate whether phonological development is affected in children with tonsillar hypertrophy and obstructive sleep disordered breathing and to study the outcome of two

Min läsning av dessa läroböcker i samhällskunskap för gymnasieskolan har fokuserat på de kapitel som berör samhällsekonomi och jag har identifierat både stora skillnader mellan