The vision of this thesis is to study how it is possible to obtain optimised workpieces during metal cutting processes in industry. Specifically, the work is aimed to increase the understanding between the steel characteristics and their link to the chip breaking and tool wear during metal cutting. The emphasis is on the influence of the cleanliness and the characteristics of non-metallic inclusions in the workpiece on the machinability of carburising steel grades. The machinability of a case hardening steel is improved by a M-treatment (additions of Ca). Also, the improved machinability of the M-steels offers an attractive potential to save money which makes it possible to reduce the tooling costs with up to 50%. The improved machinability of Ca-treated steels is correlated to the formation of lubricating slag layers consisting of Ca-enriched sulfide inclusions and oxy-sulfide inclusions, which are formed on the rake face during the machining operation. It is proposed that the formations of slag layers from the workpiece constituents are essential to minimise the chemical degradation of the tool edge due to a contact with the chip. During this process, sulfur minimises the material transfer from the chip flow, whilst Ca-treated impurities have a stabilising effect on the protective deposits made of slag layers. Since there is a remaining industrial need to increase the production rate, whilst maintaining a high quality of the finished parts, the future production will continue to require extreme demands on the quality of workpieces. If the emphasis is focused on the workpiece, it should be possible to obtain a robust manufacturing process. Therefore, the challenge for future steel metallurgists is to develop high performance grades with optimised combined properties. / Syftet med denna avhandling är att studera hur det är möjligt att framställa optimala ämnen för skärande bearbetning i industriell skala. Målsättningen med arbetet är att öka förståelsen för ståls egenskaper och dess inverkan på spånbrytning och slitage av verktyg vid skärande bearbetning. Avhandlingen fokuserar på kopplingen mellan arbetsstyckets renhet och inneslutningskarakteristik och dess inverkan på skärbarhet hos sätthärdningsstål. Skärbarheten hos vanligt sätthärdningsstål kan förbättras markant genom en Ca-behandling, dvs. en så kallad M-behandling. Den förbättrade skärbarheten hos M-stål möjliggör stora kostnadsbesparingar, som uppskattas kunna reducera verktygskostnader med upp till 50%. Den förbättrade skärbarheten hos M-stål beror på bildningen utav tribologiska skikt som är anrikade med (Mn,Ca)S- och (CaO)x-Al2O3-S-slagg. Dessa tribologiska skikt bildas på skärverktygets spånsida under ingrepp vid skärande bearbetning och består utav vissa atomer som överförts från det bearbetade ämnet till skäret. Bildandet av ett skyddande skikt anses nödvändigt för att undvika att verktygets skäregg utsätts för ett kemiskt angrepp i kontaktytan med spånflödet. Svavel anses minimera att rent arbetsmaterial överförs till skärverktyget medans kalcium-berikade inneslutningar hjälper till att bilda ett stabilt och skyddande tribologiskt skikt. Det eviga behovet att öka produktionstakten, utan att för dess skull riskera slutproduktens kvalité ställer stora krav på framtidens material. Med utgångspunkt från arbetsstycken så ska det vara möjligt att uppnå en robust industriell produktion. Utmaningen är därför att utveckla högpresterande stål med en förhöjd kombinerad funktionsegenskap.

Utmattningsbrott är ett återkommande problem som uppstår i borrkronor. Atlas Copco Secoroc har tidigare gjort utmattningsprovningar på fyra serier provstavar. Serierna skiljer sig från varandra på så sätt att stålet är hårt respektive mjukt härdat. Det hårdhärdade stålet är indelat i två serier. På den ena har dragprovsutmattning utförts och på den andra roterande-böj utmattning. Det samma gäller för det mjukhärdade stålet. De brottytor som uppstått vid brott av dessa provningar har undersökts, brottsförskjutningen har mätts och brottytan har analyserats med SEM. Om en icke-metallisk inneslutning (slagg) hittats som startpunkt har fyra saker undersökts. Den största diametern för inneslutningen, hur långt från ytan av staven slaggen påträffats, vilka grundämnen som inneslutningen innehåller och hur dessa grundämnen ligger i inneslutningen. För att undersöka grundämnen i inneslutningen har EDS-analys använts och för att se grundämnens fördelning har EDS-mappning använts. På grund av den begränsade tiden till detta projekt har enbart tre av de fyra provstavsserierna undersökts. Datan som har tagits fram genom undersökningarna har jämförts med data från uppdragsgivaren för att hitta samband. Nedan följer några av de slutsatser som hittades med hjälp av denna undersökning: Den kemiska sammansättningen i inneslutningarna var väldigt lika varandra. Ingen slagg skiljer sig markant från de andra. Av de inneslutningar och avtryck som observerats hade 95 % rundaktig form. Mindre inneslutningar är att föredra framför större. Anledningen är att stål med mindre inneslutningar klarade av en högre spänning och eller fler cykler innan brott sker. Inneslutningar som var i materialet hade mindre inverkan på stålets utmattningshållfasthet, än vad de på i ytan hade. Resultaten i denna undersökning har väldigt stor spridning. För att kunna dra säkra slutsatser behövs ett större underlag. Vidare utmattningsprovningar och analyser av brottytorna är att rekommendera. / Fatigue failures are a recurring problem for drill heads. Atlas Copco Secoroc has previously done fatigue failure tests on four series of sample bars. The sample bars had been hardened in two different ways. For the two first series, hardness has been increased so the material was harder, while for the other two series material was softer than the previous series. Fatigue failure tests have been done using two different methods, rotating bending fatigue and direct force fatigue testing. The fracture surface that occurred after the performed tests has been investigated. Fracture displacement has been measured. The fracture surface was examined with SEM. If a non-metallic inclusion is the starting point of the crack four different things were then investigated. The largest diameter of the inclusion, how far from the surface of the bar the slag is found, what kind of chemical elements it contains and how these elements are located through the inclusion. EDS-analysis were used to examine the chemical elements in the inclusion and EDS-mapping to see the location of the elements. Due to the limited time of this project three of the four sample bar series has been studied. The data that has been produced from these studies was then compared to the data from the costumer to find any connections. Below follows some of the conclusions that were found with the help of this study: The chemical compositions of the inclusions where very similar. No slags distinguish itself significantly from any other. 95% of the inclusions and imprints that has been observed where round shaped. Smaller inclusions are to be preferred to larger. The reason is that metal with smaller inclusions was able to cope with higher stress and or more cycles before fracture occurs. Inclusions that where found inside the material had less effect on the fatigue life for the steel then the ones on the surface. The results that has emerged from this study has a very wide distribution. To make reliable conclusions more data is needed for support. Further fatigue testing and analysis of fracture surfaces is recommended.

When producing high strength special steels strict requirements are in place to assure the quality of the final product, both in terms of harmful elements and  the  content  of  non-metallic  inclusions  (NMI).  Achieving  cleanliness  is a  gradual  process  where all  the  steps  of  the  production  process  are  inter- connected, meaning that it is crucial to know the influence of each step in order to assure the contents of the final product.  The purpose of this thesis was to investigate the presence of non-metallic inclusions in wear plate steel, produced through two different process routes, one with an added round of Ca treatment and vacuum treatment. The  investigations  were  performed  using  electrolytic  extraction  of  in- clusions  followed  by  analysis  with  a  scanning  electron  microscope  (SEM). Backscattered electrons (BSE) were used for imaging and morphology anal- ysis and composition analysis was performed using energy dispersive spec- troscopy (EDS). Four different types of inclusions were found in the samples, whereof only one type is present in liquid steel.  It was found that the ini- tial Ca treatment stabilised the composition for the vacuum treated samples, while the sizes of the inclusions found in these samples were scattered.  The reverse was observed in the reference samples, where compositions were scat- tered but a mode value could be found for inclusion size at around 2.5 µm. Inclusions in the reference samples were found to have an average composi- tion lying outside the desired liquid region, not achieving full modification of harmful inclusions, while only modified inclusions could be found in vacuum treated samples. Additionally, around 70% of the analysed inclusions in the vacuum treated samples could be found in the liquid region. It was also found that the use of an electrolytic extraction method was appropriate for the investigated steel grade, while highlighting the need for some parameter adjustments to be made for future investigations in order to extract a sufficient number of inclusions. / Vid tillverkning av höghållfasta specialstål ställs stränga krav för att säkerställa kvaliteten på slutprodukten, både vad gäller skadliga element och innehållet av  icke-metalliska  inneslutningar  (NMI).  Att  uppnå  renlighet  är  en  gradvis  process  där alla  steg  i  produktionsprocessen  är  sammankopplade,  vilket innebär  att  det  är avgörande  att  känna  till  varje  stegs  inverkan  för  att säkerställa innehållet i slutprodukten.  Syftet med detta examensarbete var att  undersöka  förekomsten  av icke-metalliska  inneslutningar  i  slitplåtsstål, producerade genom två olika processvägar, en med en extra omgång av Ca- behandling och vakuumbehandling. Undersökningarna  utfördes  med  hjälp  av  elektrolytisk  extraktion  av  inneslutningar  följt  av  analys  med  ett  svepelektronmikroskop  (SEM).  Tillbakaspridda  elektroner  (BSE)  användes  för  avbildning  och  morfologianalys och sammansättningsanalys utfördes med användning av energidispergerande spektroskopi (EDS). Fyra olika typer av inneslutningar hittades i proverna, varav  endast  en  typ  förekommer  i  flytande stål.    Det  visade  sig  att  den initiala  Ca-behandlingen  stabiliserade sammansättningen  för  de  vakuumbehandlade proverna, medan storleken på inneslutningarna som hittades i dessa prover var spridda.  Det omvända observerades i referensproverna, där sammansättningarna  var  spridda  men  ett  modvärde  kunde hittas  för  inneslutningsstorleken  på  cirka  2,5  µm. Inneslutningar  i referensproverna visade sig  ha  en  genomsnittlig  sammansättning  som  låg  utanför  den  önskade flytande  regionen,  där  fullständig  modifiering  av  skadliga inneslutningar  inte uppnåtts, medan endast modifierade inneslutningar kunde hittas i vakuumbehandlade prover.  Dessutom kunde cirka 70% av de analyserade inneslutningarna i de vakuumbehandlade proverna hittas i den flytande regionen. Det visade sig också att användningen av en elektrolytisk extraktionsmetod var lämplig för den undersökta stålsorten, samtidigt som behovet av att göra vissa parameterjusteringar inför framtida undersökningar framhölls, för att kunna extrahera en tillräcklig mängd inneslutningar.

Reoxidation is a phenomenon that occurs in steel products during the initial stage of the formation of liquid steel, mainly during casting. This leads to the formation of inclusions which is a common problem that affects the properties, such as strength and ductility of the steel, and thus decreases its quality. To investigate these inclusions an electrolytic extraction and a scanning electron microscope(SEM) were performed on four carbon steel samples taken before and throughout continuous casting. To get a better understanding of the inclusions, the chemical composition, morphology, and sizes were analyzed, these were measured with the software ImageJ. As a result, five types of inclusions were identified, these include reoxidation, deoxidation, desulphurization, and complex compositions. Each type was represented by specific compounds and elements, such as FeO for reoxidation inclusions and Al2O3 for deoxidation inclusions. Additionally, inclusion morphology and size were significant classification factors, with film inclusions presenting larger sizes compared to other types, while spherical inclusions were observed perfectly, spherical ones were often associated with pure FeO content. Despite successful electrolytic extraction and SEM analysis, the number of inclusions obtained was lower than expected due to the presence of an additional layer of carbides. Future research may benefit from additional heating treatments to facilitate deeper analysis of inclusions. / Reoxidation är ett fenomen som uppstår i stålprodukter under gjutning. Detta leder till bildning av inneslutningar vilket är ett vanligt problem som påverkar egenskaperna, såsom hållfasthet och formbarhet hos stålet, och därmed minskar dess kvalitet. För att undersöka dessa inneslutningar utfördes en elektrolytisk extraktion och en SEM på fyra kolstålprover tagna före och under stränggjutning. För att få en bättre förståelse av inneslutningarna analyserades den kemiska sammansättningen, morfologin och storlekarna, dessa mättes med programvaran ImageJ. Som ett resultat identifierades fem typer av inneslutningar, dessa inkluderar reoxidation, deoxidation, avsvavling och komplexa kompositioner. Varje typ representerades av specifika föreningar och element, såsom FeO för reoxidationsinneslutningar och Al2O3 för deoxidationsinneslutningar. Dessutom var inklusionsmorfologi och storlek signifikanta klassificeringsfaktorer, med filminneslutningar som presenterade större storlekar jämfört medandra typer, medan sfäriska inneslutningar, observerades perfekt sfäriska sådana var ofta associerade med rent FeO-innehåll. Trots framgångsrik elektrolytisk extraktion och SEM-analys var antalet erhållna inneslutningar lägre än förväntat på grund av närvaron av ytterligare ett lager karbider. Framtida forskning kan dra nytta av ytterligare värmebehandlingar för att underlätta djupare analys av inneslutningar.

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 &lt;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. / 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 &lt;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. / <p>QC 20171122</p>

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 &lt;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. / 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 &lt;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.

The presence of non-metallic inclusions (NMIs) have critical effects on both the mechanical properties and machinability of steels. In the present thesis, one focus is to study the characteristics of deformed sulfides (MnS) for a stainless steel (3R65) and a tool steel (42CrMo4). Three groups of MnS inclusions were detected in the samples taken after deformation of the steel: i) type RS (sulfides with a Rod-like geometry), ii) type PS (sulphides with a plate-like geometry) and iii) type OS (oxy-sulfides). Here, the elongated inclusions present in both stainless and tool steels were studied more in detail using SEM to determine the tendency for the inclusions to break.  The results showed that three types of elongated MnS inclusions could be identified, namely UU, UB and BB. Here, ‘U’ represents the unbroken edge(s) of inclusion and ‘B’ represents the broken edge(s) of an inclusion. The presence of these three types of inclusions in samples collected both before and after a heat treatment was studied and the results showed that the heat treatment had a very small effect on the morphologies of the elongated MnS inclusions for both stainless steels (containing &lt;0.1 mass % C) and tool steels (containing 0.42 mass % C).  In the second part of the thesis, the characteristics of chips after machining of a 157REM Ce-treated steel and a 157C reference steel was studied. Furthermore, the effect of the NMIs on the chip breakability during machining was determined. The results show that a Ce modification of a 157C steel transforms the NMIs from large size elongated inclusions to small size inclusion with a spherical shape. This leads to an improved machinability of 157C steels. In addition, a newly developed weight distribution of chips (WDC) method, based on the chip weight measurements, was used to determine the tendencies for breaking of chips. The results of this investigation showed that the chips that were obtained from the machining of 157C and the 157REM steels could be classified into the following three types: i) type I chips (with a geometry containing one arc) and having a weight of less than 0.08 g, ii) type II chips (with a geometry containing two arcs) and having weights between 0.08 g and 0.15 g, and iii) type III chips (with a geometry containing three or more arcs) and having weights larger than 0.15 g. From industrial experience, it is known that a high amount of small type I chips will lead to a good chip breakability. The results from the machining test show that the fraction of type I chips from machining of the 157REM steel (65 %) is smaller than from machining of the 157C reference steel (80 %) when using a lower feed rate of 0.4 mm/rev. However, when using a higher feed rate of 0.5 mm/rev, 40 % of the chips belong to type I small chips for the 157REM steel and 14 % for the 157C steel. Based on the conditions used in this study and the obtained results, the following is clear in order to reach the best machinability: i) it is most advantageous to use the 157C steel when using a lower feed rate of 0.4 mm/rev and ii) it is most advantageous to use the 157REM steel when using a higher feed rate of 0.5 mm/rev. / Närvaron av icke-metalliska inneslutningar (NMIs) har en betydande påverkan både med avseende på mekaniska egenskaper såväl som skärbarhetsförmågan hos stål. I denna avhandling är ett fokus att studera deformerade sulfider (MnS)  i ett rostfritt stål (3R65) och ett verktygsstål (42CrMo4). Tre grupper av MnS inneslutningar återfanns i stålproverna, som togs efter deformation av stålet: i) RS (sulfider som har en cylindrisk geometri), ii) PS (sulfider som har en platt geometri) och iii) OS (oxy-sulfider). Dessutom så studerades utdragna inneslutningar mer i detalj med användande av SEM undersökningar i syfte att studera tendensen till att dessa inneslutningar bröts sönder. Resultaten visade att tre typer av utdragna inneslutningar kunde identifieras, nämligen UU, UB och BB. Här representerar ‘U’ en ände av en inneslutning som inte brutits sönder och ‘B’ representerar en ände av en inneslutning som brutits sönder. Närvaron av dessa tre typer av utdragna inneslutningar studerades i prover som togs både före och efter en värmebehandling, men resultaten visade att en värmebehandling hade en mycket liten påverkan på morfologin hos de utdragna MnS inneslutningarna för både rostfria stål (innehållande &lt;0.1 mass % C) och verktygsstål (innehållande 0.42 mass % C).  I den andra delen av avhandlingen så studerades karakteristiken hos spånor som bildats efter skärande bearbetning av ett 157REM (Ce-behandlat) modifierat stål och ett 157C referensstål som inte modifierats. Dessutom så studerades inverkan av icke-metalliska inneslutningar på spånbrytningen under den skärande bearbetningen. Resultaten visar att en Ce-modifiering av stålet omvandlar inneslutningarna från stora och utdragna geometrier till små inneslutningar med en sfärisk geometri. Detta leder till en ökad skärbarhet hos 157C stål. Spånbrytbarheten bestämdes också med användande av en nyutvecklad metod (WDC metoden) som baseras sig på att bestämma vikten av spånor. Resultaten av denna utvärdering visade att spånorna som erhölls från bearbetning av 157C och 157REM stål kunde klassificeras enligt följande tre typer: i) typ I spånor (en geometri som består av en bågform) som har en vikt som är mindre än 0.08 g, ii) typ II spånor (en geometri som består av två bågformar) som har en mellan 0.08 g och 0.15 g och iii) typ III spånor (en geometri som består av tre eller fler bågformar) som har en vikt som är större än 0.15 g. Baserat på industriell erfarenhet så är det känt att en stor mängd av små typ I spånor är kopplad till en bra spånbrytbarhet. Resultaten från skärbarhetstesterna visar att andelen typ I spånor från bearbetning av ett 157REM stål (65 %) är mindre än vid bearbetning av ett 157C referens stål (80 %), när en lägre matningshastighet av 0.4 mm/rev används. Däremot så visar resultaten att om en högre matningshastighet av 0.5 mm/rev används vid bearbetning, så är andelen typ I spånor 40 % för 157REM stålet och 14 % för 157C referensstålet. I syfte att erhålla bästa möjliga skärbarhet så är det fördelaktigt att använda ett 157C referensstål för den lägre matningshastigheten av 0.4 mm/rev, men att använda ett 157REM stål för en högre matningshastighet av 0.5 mm/rev.

Application of clean and ultraclean steels have shown to provide favourable mechanical properties for bearings and transmission components, specifically regarding fatigue performance, compared to conventional steel grades. Clean steels are characterized by containing a very low level of non-metallic inclusions. While this characteristic is beneficial for the fatigue strength, inclusions in steels have shown to be favorable for the machinability and therefore challenges during machining of clean steels can arise. In this thesis the machinability and tool wear mechanisms of ultraclean steel have been evaluated during longitudinal turning. The aim of the study was to determine how steel cleanness and inclusions impact different machinability aspects. This was achieved by performing a comparative study of three steel grades with different level of cleanness and inclusions characteristics. Four machining experiments were executed investigating the chip breakability, cutting force, tool life and cutting tool coating degradation. The machined inserts were then analysed using light optical microscopy, secondary electron microscopy and electron probe microanalysis. The result revealed that the ultraclean steel grade has the overall worst machinability with the lowest chip breakability, highest cutting forces, and lowest tool life for the investigated steels. Additionally, it was found that the inserts that machined the ultraclean steel and the calcium treated steel was exposed to severe crater wear. However, the coating degradation causing the crater wear differs between the two grades. For the ultraclean steel the wear rate of the entire chemical vapor deposition coating is high. In contrast, for the calcium treated steel only the top alumina layer degrades rapidly and the underlying titanium carbonitride layer have a low wear rate. / Användning av rena och ultrarena stål har visat sig ge gynnsamma mekaniska egenskaper för kullager och transmissionskomponenter, speciellt gällande utmattningsprestanda, jämfört med konventionella stålsorter. Rena stål kännetecknas av att de innehåller en mycket låg nivå av icke-metalliska inneslutningar. Denna egenskap är fördelaktig för utmattningshållfastheten, men däremot har inneslutningar i stål visat sig vara gynnsamma för bearbetbarheten och därför kan utmaningar uppstå vid bearbetning av rena stål. I detta arbete har bearbetbarheten och verktygsslitagemekanismerna för ultrarent stål utvärderats under längsgående svarvning. Syftet med studien var att fastställa hur stålets renhet och inneslutningar påverkar olika bearbetningsaspekter. Detta uppnåddes genom att utföra en jämförande studie av tre stålsorter med olika renhetsgrad samt inneslutningar. Fyra bearbetningsexperiment utfördes för att undersöka spånbrytbarheten, skärkraften, verktygets livslängd och nerbrytningen av skärverktygets beläggning. De bearbetade skären analyserades sedan med användning av ljusoptisk mikroskopi, svepelektronmikroskopi och elektronprobmikroanalys. Resultatet visade att den ultrarena stålsorten har den totalt sett sämsta bearbetbarheten med lägst spånbrytbarhet, högsta skärkrafter och lägsta verktygslivslängd av de undersökta stålen. Dessutom upptäcktes att skären som bearbetade det ultrarena stålet och det kalciumbehandlade stålet utsattes för kraftigt kraterslitage. Nedbrytningen av verktygs beläggningen som orsakar kraternötningen skiljer sig dock mellan de två stålkvaliteterna. För det ultrarena stålet är slitagehastigheten för hela beläggningen hög. För det kalciumbehandlade stålet bryts däremot endast det övre aluminiumoxidskiktet ned snabbt och det underliggande titankarbonitridskiktet har en låg nötningshastighet.