W pracy opisano technologię wytwarzania stali ultraczystych przeznaczonych na wyroby kute. Analizie poddano dane z 12 wytopów, na podstawie kart wytopowych dla stali typu chromowo-niklowo-molibdenowej. Przeprowadzono próbę prognozowania zawartości tlenu rozpuszczonego w stali, analizie poddano również zawartośći siarki oraz stężenie końcowe wodoru w danych wytopach. Określono także ilościową zawartość wtrąceń niemetalicznych w próbkach z odkuwek wykonanych z wlewków odlanych syfonowo z docieplaniem tradycyjnym „głowy wlewka” oraz z docieplaniem i rafinacją stali w nadstawce pod żużlem utworzonym z zasypki izolacyjnej oraz z zasypki rafinacyjnej. Kolejnym etapem badań były teoretyczne symulacje technologii tworzenia żużla rafinacyjnego przy użyciu: wapna i węgla oraz wapna, boksytu i karbidu. Do symulacji wykorzystano oprogramowanie termodynamiczne FactSage.
EN
This paper describes the technology of ultra-clean steel manufacturing for forged products. It was analyzed data from 12 heats, based on melt log sheets for chromium-nickel-molybdenum steel. Prediction of dissolved oxygen content in the steel was carried out, also sulfur content and the final concentration of hydrogen was analyzed. Quantitative content of non-metallic inclusions was determined in samples of uphill casting ingots with thermal insulation of ingot head and with thermal insulation and steel refining in hot top using slag formed of mould and insulating powder. The next stage of research was theoretical simulation of technology refining slag forming using: lime, coal and lime, bauxite and carbide. For simulation thermodynamic software FactSage was used.
Non-metallic inclusions are present in all steels. Requirements of the contemporary market cause that produced steels are continually "cleaner". The best steel producer defines the level of quality that is expected by a standard desired by the customer is continuously changing as a function of times and technological improvements. The name of "clean steels" is not unequivocal. Clean steels are among other properties characterised by decreasing amount of non-metallic inclusions the sizes of which, in turn, become smaller and smaller (diameter less than 20 microns). Assessment of the steel contamination caused by microinclusions is difficult primarily due to the necessity of using large magnifications. In the paper, typical microinclusions have been discussed.
PL
Wtr ącenia niemetaliczne występują we wszystkich stalach. Wymagania współczesnego rynku powodują, że wytwarzane stale są coraz czyściejsze. Najlepsi producenci stali określają poziom jakości oczekiwany przez klienta, zmieniający się w czasie. Termin " czyste stale " nie jest jednoznaczny. Czyste stale charakteryzują się m.in. coraz mniejszą ilością wtrąceń niemetalicznych, które też są coraz mniejsze (średnica 20 \xm). Ocena zanieczyszczenia stali mikrowtrąceniami jest utrudniona przede wszystkim ze względu na konieczność stosowania dużych powiększeń. W pracy zaprezentowano typowe mikrowtrącenia.
Materiały metaliczne przeznaczone do produkcji aparatów ortodontycznych powinny posiadać następujące cechy: wysokie właściwości mechaniczne i fizykochemiczne, biokompatybilność i jednorodność struktury. Bardzo ważnym aspektem jest również ich stopień zanieczyszczenia wtrąceniami niemetalicznymi. Wyniki badań prezentowanych w pracy wykazały dużą różnorodność w zakresie czystości metalurgicznej materiału badanych drutów, mogącej wskazywać, iż w analizowanej partii łuków znajdują się produkty pochodzące z różnych wytopów, znacząco różniące się jakością wykonania.
EN
The metallic materials designed to production of braces possess following features: high mechanical and physicochemical proprieties, biocompatibility and homogeneity of structure. Very important point is also degree non-metallic inclusion. The results of investigations presented in work show the large diverseness of metallurgical cleanness of studied wires material, which lead that various product could coming from different melting, non-uniform with quality of realization.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The main objective of this work was to determine the effects of non-metallic inclusions on mechanical properties of a hypoeutectoid low-alloy steel designed for screws. The iiwestigations were carried out on screws obtained in as-toughened condition. The investigated steels were delivered by three different suppliers and differed in the content of non-metallic inclusions. The volume fractions of non-metallic inclusions were evaluated on polished cross-sections using the point counting method. Irrespective of the content of non-metallic inclusions the investigated steels exhibited similar hardness and yield strength. Interestingly however, the highest ultimate tensile strength (UTS) was accompanied by the highest volume fraction of non-metallic inclusions.
PL
W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu zawartości wtrąceń niemetalicznych na własności mechaniczne śrub wykonanych ze stali niskostopowej po ulepszaniu cieplnym. Badania przeprowadzono na różniących się zawartością wtrąceń niemetalicznych śrubach pochodzących od trzech dostawców. Udział wtrąceń niemetalicznych określono na wypolerowanych zgładach metalograficznych stosując metodę punktową. Twardość oraz granica plastyczności badanych stali była na zbliżonym poziomie, niezależnie od zawartości wtrąceń niemetalicznych. Granica wytrzymałości na rozciąganie była natomiast nieznacznie wyższa dla stali o największej zawartości wtrąceń niemetalicznych.
The morphology, chemical composition and formation mechanism of non-metallic inclusions in magnetic alloy of Fe-Co-Ni-Cu-Al-Ti-Hf system were investigated. These alloys are used in manufacturing single-crystal permanent magnets. Modern methods for the identification of non-metallic inclusions, as well as computer simulation of the processes of their formation by Thermo Calc software were used in the work. It was found that studied alloy contains (Ti, Hf)S titanium and hafnium sulfides, (Ti, Hf)2SC titanium and hafnium carbosulfides, Ti2O2S titanium oxisulfide, HfO2 hafnium oxide, and Al2O3 aluminum oxide. No titanium and hafnium nitrides were found in the alloy. The bulk of nonmetallic inclusions are (Ti, Hf)2SC carbosulfides and (Ti, Hf)S sulfides. All carbides and many oxides are within carbosulfides and sulfides. When the sulfur content in the alloy is no more than 0.2%, and carbon content does not exceed 0.03%, carbosulfides are formed in the solidification range of the alloy and has an faceted compact form. If the sulfur content in the alloy becomes more than 0.2% and carbon content more than 0.03%, the carbosulfide formation begins before the alloy solidification or at the beginning stages of solidification. In this case, carbosulfides are dendritic and coarse. Such carbosulfides actively float in the solidified melt and often come to the surface of the castings. In this case, specific surface defects are formed in single-crystal magnets, which are called sulfide stains. All titanium and hafnium sulfides are formed at the lower part of solidification range and have elongated shape.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The experimental material consisted of semi-finished products of high-grade, medium-carbon structural steel. The production process involved two melting technologies: steel melting in a 140-ton basic arc furnace with desulfurization and argon refining variants, and in a 100-ton oxygen converter. Billet samples were collected to analyze the content of non-metallic inclusions with the use of an optical microscope and a video inspection microscope. The results were processed and presented in graphic form.
W pracy przedstawiono wyniki symulacji numerycznych zachowania się wtrąceń niemetalicznych w krystalizatorze. Analizowano wpływ: geometrii wylewu zanurzeniowego, prędkości odlewania, gęstości wtrąceń niemetalicznych oraz średnicy wtrąceń niemetalicznych na udział procentowy wtrąceń zasymilowanych przez żużel krystalizatorowy. Obliczenia wykonano w programie AnsysFluent®. Zaprezentowano przykładowe trajektorie ruchu wtrąceń niemetalicznych.Na podstawie wyników symulacji stwierdzono, że geometria wylewu zanurzeniowego wywiera najistotniejszy wpływ na liczbę wtrąceń niemetalicznych zasymilowanych przez żużel.
EN
In this paper the results of numerical simulations of behavior of non-metallic inclusion in mold are presented. The impact of: submerged entry nozzle geometry, casting speed, density of non-metallic inclusions and diameter of non-metallic inclusions on the percentage of inclusions assimilated by mold slag was analyzed. The calculations was carried out in Ansys Fluent® program. The examples of non-metallic inclusions trajectories are presented. Based on simulation results it was concluded, that submerged entry nozzle geometry exerts a most important influence on the number of non-metallic inclusions assimilated by the slag.
W niniejszej pracy zaprezentowano wyniki symulacji numerycznej mechanizmów powstawania i wzrostu wtrąceń niemetalicznych (WM). Do opisu zachowania się WN w ciekłej stali zastosowano program Ansys-Fluent®, w tym model wielofazowy „mixture” i moduł bilansu populacji. Badanym obiektem była jednowylewowa kadź pośrednia. Na podstawie wykonanych obliczeń komputerowych opracowano krzywe zmian udziału frakcji WN w ciekłej stali przepływającej przez kadź pośrednią.
EN
The paper presents results of numerical simulation of non-metallic inclusions (NMI) create and growth mechanism. For description of NMI behavior in the liquid steel Ansys-Fluent® program with multi phase model mixture and population balance module was applied. The test facility was one strand slab tundish. As a result of the computations carried out, curve of NMI volume fraction change in the liquid steel flowed through tundish were prepared.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The experimental material consisted of high-grade, medium-carbon, semi-finished structural steel. The production process involved two melting technologies: in a 140-ton basic arc furnace with desulphurisation and argon refining variants, and in a 100-ton oxygen converter. Following heat treatment, rolled samples with a diameter of 10 mm were subjected to fatigue tests. Heat treatment involved quenching from a temperature of 1153 K and tempering at a temperature of 473, 673 and 783 K. Fatigue tests were performed with the use of a rotary bending machine at a frequency of 6000 cpm. The results were processed and presented in graphic form.
Współczesne procesy obróbki ciekłej stali wapniem stwarzają ogromne możliwości modyfikacji wtrąceń niemetalicznych, tzw. inżynierii wtrąceń. W pracy przedstawiono badania wtrąceń niemetalicznych modyfikowanych wapniem w wybranych stalach konstrukcyjnych. Uzyskane wyniki świadczą o wpływie zawartości siarki i tlenu w stali na efektywność modyfikacji wapniem tlenkowych wtrąceń niemetalicznych. Warunkiem przeprowadzenia należytej modyfikacji jest zaprojektowanie odpowiedniego składu chemicznego kąpieli metalowej oraz warunków obróbki i krzepnięcia stali.
EN
The modern processes of calcium treatments of liquid steel give the enormous possibilities of modification non-metallic inclusions. The researches of oxide inclusions in certain constructional steel treated by calcium are presented in this paper. The results achieved indicate the influence of content of sulfur and oxygen in metal bath on the effectiveness of inclusion modifications. The prerequisite of making the sufficient modifications is projecting the chemical constitution of metal bath and the conditions of treatments and steels solidification.
W pracy przedyskutowano problem oddziaływania przemieszczającego się frontu krystalizacji na cząstki wtrąceń niemetalicznych. Rozpatrzono, jak zachowuje się pojedyncza cząstka w pobliżu poziomego i pionowego frontu. Sformułowano warunek dla pochłaniania cząstki przez front, wyrażony przez krytyczną jego szybkość. Scharakteryzowano siły działające na cząstkę w pobliżu frontu i sformułowano warunek równowagi, z którego wynika szybkość krytyczna frontu. Rozważono deformację pola temperatury w sąsiedztwie cząstki, wynikającą z różnicy przewodnictwa cieplnego cząstki i jej otoczenia. Zilustrowano sposób, w jaki front pochłania cząstkę. Przedyskutowano, jak przepływ cieczy wzdłuż frontu wpływa na pochłanianie cząstek.
EN
The interaction of advancing crystallization front on the particles of non-metallic inclusions was discussed in the present work. The behaviour of single particle in the vicinity of horizontal and vertical front was considered. The condition was formulated of particle engulfment, which is expressed with critical front velocity. The forces acting on the particle were characterized and the equilibrium condition formulated, from which the critical velocity affront may be deduced. The deformation of temperature field in the neighbourhood of particle was considered. The course of engulfment process was illustrated. The influence of flow of the liquid along the front on the engulfment of particles was discussed.
The paper presents the results of evaluation of the metallurgical quality of master heat ingots and of the identification of non-metallic inclusions (oxides of Al., Zr, Hf, Cr, etc.), which have been found in the shrinkage cavities formed in these ingots. The inclusions penetrate into the liquid alloy, and on pouring of mould are transferred to the casting, especially when the filtering system is not sufficiently effective. The specific nature of the melting process of nickel and cobalt alloys, carried out in vacuum induction furnaces, excludes the possibility of alloy refining and slag removal from the melt surface. Therefore, to improve the quality of castings (parts of aircraft engines), it is so important to evaluate the quality of ingots before charging them into the crucible of an induction furnace. It has been proved that one of the methods for rapid quality evaluation is an ATD analysis of the sample solidification process, where samples are taken from different areas of the master heat ingot. The evaluation is based on a set of parameters plotted on the graph of the dT/dt derivative curve during the last stage of the solidification process in a range from TEut to Tsol.
This paper presents influence of rare earth metals (REM) on the properties of GP240GH cast carbon steel. The research has been performed on successive industrial melts. Each time ca 2000 kg of liquid metal was modified. The rare earth metals were put into the ladle during tapping of heat melt from the furnace. Because of this the amount of sulphur in the cast steel was decreased and the non-metallic inclusion morphology was significantly changed. It was found that non metallic inclusions the cracking mechanism of Charpy specimens and the impact strength were all changed. The following properties were tested: mechanical properties [...], plastic properties (necking, elongation) and impact strength (SCI). In the three-point bend test the KJC stress intensity factor was evaluated.
The mechanical properties of steel components are controlled by the chemical composition and mechanical treatment to which the steel is submitted. Non-metallic inclusions have a very high influence on the steel quality but secondary metallurgy enables to reduce their content in the steel. Possibilities of secondary metallurgy are relatively extensive but financial situation in Slovak foundries does not enable to make investments in secondary metallurgy in the near future. Accessible means for influencing of steel quality is injection of an inert gas. Main goal of experiments described in the article was verify the influence of blowing of argon into the steel in an electric induction furnace on its cleanness. Duration and flow-rate of argon blowing have a very clearly influence on the final content of non-metallic inclusions. Minimum time of argon blowing necessary for reducing of content of non-metallic inclusions in one tonne electric induction furnace was more then 6 minutes and recommended argon flow rate was 10 litters per minute.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
A model of the adhesion between two inclusion particles in liquid metal, which corresponds to metal filtration by means of ceramic filters, have been developed. The adhesion originates from gas neck formation in the region of particles contact due to the poor wetting between metal and inclusions. The neck radius is the main geometric parameter of the model, which correlates the collision efficiency coefficient with the adhesion force. The method of calculation of the neck radius from particles dimensions and surface energies in the system was elaborated, and the dependence between adhesion force and collision efficiency coefficient was proposed. The experimental data from literature were used to check the model by calculation the adhesion force for various combinations of inclusions sizes. This force is of the order 10-5 N for particles bigger than 10-6 m and it grows with particle size. The results of calculations show, that attraction is stronger if one particle is much larger than another. This means, that interaction of particle is stronger with filter wall, than with another particle.
PL
Opracowano model adhezji między dwoma cząstkami wtraceń niemetalicznych w ciekłym metalu, co odpowiada filtracji metalu z użyciem filtrów ceramicznych. Przyczyną adhezji jest powstanie szyjki wypełnionej gazem w miejscu kontaktu wtrąceń, co jest spowodowane słabą zwilżalnością między metalem a wtrąceniami. Promień szyjki jest głównym parametrem geometrycznym modelu, który wiąże współczynnik skuteczności zderzeń z siłą adhezji. Opracowano metodę obliczania promienia szyjki na podstawie promieni cząstek i energii międzyfazowych w układzie oraz zaproponowano zalezność między siłą adhezji a współczynnikiem skuteczności zderzeń. Na podstawie danych doświadczalnych z literatury dokonano weryfikacji modelu poprzez obliczenie siły adhezji dla różnych kombinacji rozmiarów cząstek. Siła ta jest rzędu 10-5 N dla cząstek większych niż 10-6 m i rośnie wraz ze wzrostem rozmiarów cząstek. Wyniki obliczeń wskazują, że siła adhezji jest większa, gdy jedna z cząstek jest znacznie większa, niż druga. Oznacza to, że oddziaływanie cząstki ze ścianą filtra jest silniejsze, niż z druga cząstka o podobnych rozmiarach.
In the article there are presented methods and results of investigation which main aim were determination of influence of melting technology (gas extraction, vacuum refining, slag refining and extraction, deoxidation and degassing) and type of used modifiers on the type and shape of non-metallic inclusions and the primary structure refining. Low alloy cast steel melted in laboratory conditions, in an inductive furnace was investigated. Additions of FeNb, FeV, FeTi and FeZr modifiers were applied. The contents of oxygen and nitrogen in obtained cast steel were determined. The most advantageous impact on refining of the primary structure of has been found for the modifiers FeTi+FeZr. In cast steel with the addition of Zr the conglomerates from a different non -metallic inclusions have been observed. Zirconium probably plays role of the nucleus - creating for other inclusions present in the conglomerates. Clusters of inclusions due to their size affect the crystallization and grain growth processes reducing grain size of the primary structure.
PL
W pracy przedstawiono założenia, metodykę i wyniki badań, których celem było określenie wpływu technologii wytopu (ekstrakcji gazowej, rafinacji próżniowej, rafinacji i ekstrakcji żużlowej, odtleniania i odgazowania) i rodzajów zastosowanych modyfikatorów na postać i rodzaj wtrąceń niemetalicznych oraz rozdrobnienie struktury pierwotnej. Analizie poddano nisko-stopowe staliwo wytopione w warunkach laboratoryjnych w piecu indukcyjnym. Zastosowano dodatek modyfikatorów FeNb, FeV, FeTi i FeZr. W uzyskanym staliwie określono zawartość O i N oraz jego skład chemiczny. Stwierdzono najkorzystniejsze, ze względu na rozdrobnienie struktury pierwotnej, oddziaływanie modyfikatora FeTi+FeZr. Zaobserwowano występowanie konglomeratów różnych wtrąceń niemetalicznych w staliwach z dodatkiem Zr, który prawdopodobnie działa zarodkotwórczo na pozostałe wtrącenia wchodzące w skład konglomeratów. Skupiska wtrąceń ze względu na swoje rozmiary wpływały na krystalizację i wzrost ziaren staliwa rozdrabniając jego strukturę pierwotną.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W referacie omówiono wyniki analizy strukturalnej blach z gatunku St3S, w których stwierdzono występowanie wtrąceń niemetalicznych. Przedstawiono wyniki badań zarówno literaturowych, jak i własnych dotyczących problematyki tworzenia się pęknięć lamelarnych wywołanym osłabieniem struktury perlityczno-ferrytycznej przez obecność wtrąceń niemetalicznych wprowadzonych do struktury w trakcie procesu wytapiania stali. Przedstawiono wyniki badań defektoskopii ultradźwiękowej pozwalającej na identyfikację impulsu ultradźwiękowego rozróżniającego echo wady wtrącenia niemetalicznego od pęknięcia lamelarnego, co dotychczas w oparciu o dostępną aparaturę badawczą nie było możliwe do identyfikacji.
EN
In the paper, the analysis of application of measurement system based on machine vision techniques in the research of fatigue fracture growth was presented. The problem analysis shows that typical parameters connected with fatigue crack growth description can be analysed by computer vision system. Additional using of numerical control techniques creates capabilities for elaborating of the automatic system for fatigue fracture monitoring.
The article discusses the results of a study investigating the effect of the number of fine non-metallic inclusions (up to 2 μm in size) on the fatigue strength of structural steel during rotary bending. The study was performed on 7 heats produced in an industrial plant. Fourteen heats were produced in a 100 ton oxygen converter. All heats were subjected to vacuum circulation degassing. Steel sections with a diameter of 18 mm were hardened and tempered at a temperature of 200, 300, 400, 500 and 600°C. The experimental variants were compared in view of the applied melting technology and heat treatment options. The heat treatments were selected to produce heats with different microstructure of steel, from hard microstructure of tempered martensite, through sorbitol to the ductile microstructure of spheroidite. The results were presented graphically, and the fatigue strength of steel with a varied share of non-metallic inclusions was determined during rotary bending. The results revealed that fatigue strength is determined by the relative volume of fine non-metallic inclusions and tempering temperature.
In the paper authors have undertaken the attempt of explaining the causes of cracks net occurrence on a massive 3-ton cast steel casting with complex geometry. Material used for casting manufacturing was the low-alloyed cast steel with increased wear resistance modified with vanadium and titanium. The studies included the primary and secondary crystallization analysis with use of TDA and the qualitative and quantitative analysis of non-metallic inclusions.
The article discusses the effect of distance between submicroscopic oxide impurities (up to 2 μm in size) on the fatigue resistance coefficient of structural steel during rotary bending. The study was performed on 21 heats produced in an industrial plant. Fourteen heats were produced in 140 ton electric furnaces, and 7 heats were performed in a 100 ton oxygen converter. All heats were desulfurized. Furthermore seven heats from electrical furnaces were refined with argon, and heats from the converter were subjected to vacuum circulation degassing. Steel sections with a diameter of 18 mm were hardened from austenitizing by 30 minutes in temperature 880°C and tempered at a temperature of 200, 300, 400, 500 and 600°C. The experimental variants were compared in view of the applied melting technology and heat treatment options. The results were presented graphically and mathematically. The fatigue resistance coefficient of structural steel with the effect of spacing between submicroscopic oxide impurities was determined during rotary bending. The results revealed that fatigue resistance coefficient k is determined by the distance between submicroscopic non-metallic inclusions and tempering temperature.
PL
W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu odległości pomiędzy submikroskopowymi zanieczyszczeniami tlenkowymi, o wielkości do 2 μm, na wskaźnik odporności na zmęczenie stali konstrukcyjnej przy zginaniu obrotowym. Badania prowadzono na 21 wytopach wyprodukowanych w warunkach przemysłowych. 14 wytopów wykonano w piecach elektrycznych o pojemności 140 ton i 7 wytopów w konwertorze tlenowym o pojemności 100 ton. Wszystkie wytopy poddawano odsiarczaniu. Dodatkowo 7 wytopów pochodzących z pieca elektrycznego poddawano rafinacji argonem, zaś wytopy z konwertora odgazowaniu próżniowemu. Odcinki ze stali o średnicy 18 mm hartowano po austenityzowaniu w czasie 30 minut z temperatury 880°C i odpuszczano w temperaturach: 200, 300, 400, 500 lub 600°C. Warianty badań zestawiono uwzględniając technologię wytapiania stali opcje obróbki cieplnej. Wyniki przedstawiono w graficznej i matematycznej postaci uwzględniającej zależności wskaźnik odporności na zmęczenie przy obrotowym zginaniu z odległości pomiędzy submikroskopowymi zanieczyszczeniami. Wykazano, że wskaźnik odporności na zmęczenie k zależy od odległości pomiędzy submikroskopowymi wtrąceniami niemetalicznymi, oraz temperatury odpuszczania.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.