<p>This thesis has been performed at Uddeholms AB with the purpose to investigate theparameters affecting the formation of inclusions during the manufacturing of a low carbonmanganese-steel.A follow-up, steel and slag sampling and evaluations in microscope have been done for a totalof five heats.The results for each heat have been evaluated in relation to the theory from the literaturesurvey and suggestions for changes in the process to reduce the amount of inclusions whichhave a negative effect on the steel quality have been given.The project extends over a large process where many parameters affect the formation ofinclusions. However, a tendency that a higher addition of alloys seems to increase the totalamount of inclusions before and after the vacuum degassing is seen.The majority of the studied inclusions seem to approach the composition of the top slag aftervacuum degassing. Ladle glaze may cause the inclusions which had a different compositioncompared to that of the slag.A high or low ladleage together with a high argon flow during vacuum degassing seems todissolve particles from the refractory which later on get trapped inside the inclusions.The floatation for two heats has been studied where a short floatation seems to give a higheramount of inclusions in casted material.In machined material so called stringers were found. The main composition of those stringerswas pure alumina. Inclusions with a composition of pure alumina were not found in the liquidsteel, thus the pure alumina inclusions must be formed during the casting. The reason whythose pure alumina inclusions are formed remains for further investigations.</p>

This thesis has been performed at Uddeholms AB with the purpose to investigate theparameters affecting the formation of inclusions during the manufacturing of a low carbonmanganese-steel.A follow-up, steel and slag sampling and evaluations in microscope have been done for a totalof five heats.The results for each heat have been evaluated in relation to the theory from the literaturesurvey and suggestions for changes in the process to reduce the amount of inclusions whichhave a negative effect on the steel quality have been given.The project extends over a large process where many parameters affect the formation ofinclusions. However, a tendency that a higher addition of alloys seems to increase the totalamount of inclusions before and after the vacuum degassing is seen.The majority of the studied inclusions seem to approach the composition of the top slag aftervacuum degassing. Ladle glaze may cause the inclusions which had a different compositioncompared to that of the slag.A high or low ladleage together with a high argon flow during vacuum degassing seems todissolve particles from the refractory which later on get trapped inside the inclusions.The floatation for two heats has been studied where a short floatation seems to give a higheramount of inclusions in casted material.In machined material so called stringers were found. The main composition of those stringerswas pure alumina. Inclusions with a composition of pure alumina were not found in the liquidsteel, thus the pure alumina inclusions must be formed during the casting. The reason whythose pure alumina inclusions are formed remains for further investigations.

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.

In a multi-year project at Swerea Swecast AB studies on influence of dissolved gas on inclusions have been made. The knowledge about these parameters could be used to increase the quality of the final steel casting. The purpose of this thesis was to closer examine the impact of the oxygen level on inclusions. The questions asked were:  What was the amount of inclusions at different levels of oxygen?  What was the size of these inclusions at different levels of oxygen?  What does the inclusions consist of at different levels of oxygen? This was studied by measuring and sampling, sample preparation and microscopic analysis using an optical microscope and a scanning electron microscope (SEM). Measurements and sampling was performed at Smålands Stålgjuteri AB in Eksjö and at Swerea Swecast AB in Jönköping. At Smålands Stålgjuteri AB the measurements were performed in production while at Swerea Swecast AB the measurements were made in a way that the oxygen levels were provoked. The sample preparations were made at Swerea Swecast AB’s workshop and lab. Scanning electron microscopy (SEM) and light optic microscopy was used for the analysis. The data from these analyses were processed and charts and tables were prepared. The results from the light microscopy shows a difference in microstructure between the two samplings. The charts and tables that were obtained indicated that the number of inclusions correlated with the oxygen level. However, only to a certain extent because other parameters such as time and amount of deoxidizer have a greater effect. The size of the inclusions decreased with decreased oxygen level during deoxidation. As mentioned in the pre-study, oxides are the most common type of inclusions in steel. This was also the case in the current study. The results showed that the oxygen level can be used as an indicator of the necessary addition of deoxidiser. / I ett flerårigt projekt på Swerea Swecast AB har undersökningar kring gasers inverkan på mängden inneslutningar i gjutstål genomförts. Kunskap kring hur parametrarna ser ut skulle användas för att höja kvaliteten på gjutgods. Syftet med det här arbetet var att noggrannare undersöka den fria syrehaltens påverkan på inneslutningar. Frågeställningarna var:  Hur stort antal inneslutningar fanns vid olika syrehalter?  Hur stora var dessa inneslutningar vid olika syrehalter?  Vad innehöll dessa inneslutningar vid olika syrehalter? Detta undersöktes genom mätning och provtagning, provberedning och analys. Mätning och provtagning utfördes på Smålands Stålgjuteri AB i Eksjö och på Swerea Swecast AB i Jönköping. Vid Smålands Stålgjuteri AB utfördes mätningar under ordinarie produktion medan mätningarna på Swerea Swecast AB gjordes så att olika syrehalter provocerades fram. Provberedningen och analysen gjordes i Swerea Swecast ABs verkstad och labb. Analysen gjordes med hjälp av svepelektronmikroskop (SEM) och ljusmikroskop. Data från dessa analyser bearbetades i Excel och diagram samt tabeller togs fram. Resultatet från ljusmikroskopbilderna visar en skillnad i mikrostrukturer mellan de två gjutförsöken. Ur diagram och tabeller kan utläsas att antalet inneslutningar korrelerar med syrehalten. Dock bara till viss del eftersom andra parametrar såsom tid och mängd desoxidationsmedel har större påverkan. Storleken på inneslutningarna minskade tillsammans med syrehalten vid desoxidation. Vid en överdriven desoxidation kunde inneslutningar ansamlas i korngränserna vilket kraftigt försämrar de mekaniska egenskaperna. I förundersökningen nämndes att oxider var de vanligaste inneslutningarna i stål. Så var fallet även här. Resultatet visar tydligt att syrehalten kan användas som indikator för hur stor tillsats av desoxidationsmedel som behövs.

En undersökning av inneslutningsbeteende under tillverkningsprocessen av götgjutet verktygsstål har utförts på Uddeholm i Hagfors. Med hjälp av OES med PDA och SEM med INCA feature undersöktes sammansättningen, antalet, storleken, fördelningen, koncentrationen och formen av inneslutningar före och efter vakuumbehandlingen samt i kokill.   Fyra typer av inneslutningar kunde identifieras i olika skeden i processen. Al2O3-MgO spineller i flytande CaO- Al2O3 lösning, CaO-Al2O3 flytande inneslutning, Al2O3-MgO Spineller och Al2O3-SiO2 i fastform.  Vakuumbehandlingen påverkar typen, formen, storleken och antalet inneslutningar. Den induktiva omrörningen påverkar antalet och storleken av inneslutningarna. Vid avgjutningen utskiljs Al2O3-SiO2 som med stor sannolikhet beror på provtagningen.

Automated image recognition software has earlier been used for various analyses in the steel making industry. In this study, the possibility to apply such software to classify Scanning Electron Microscope (SEM) images of two steel samples was investigated. The two steel samples were of the same steel grade but with the difference that they had been treated with calcium for a different length of time.  To enable automated image recognition, a Convolutional Neural Network (CNN) was built. The construction of the software was performed with open source code provided by Keras Documentation, thus ensuring an easily reproducible program. The network was trained, validated and tested, first for non-binarized images and then with binarized images. Binarized images were used to ensure that the network's prediction only considers the inclusion information and not the substrate. The non-binarized images gave a classification accuracy of 99.99 %. For the binarized images, the classification accuracy obtained was 67.9%.  The results show that it is possible to classify steel samples using CNNs. One interesting aspect of the success in classifying steel samples is that further studies on CNNs could enable automated classification of inclusions. / Automatiserad bildigenkänning har tidigare använts inom ståltillverkning för olika sorters analyser. Den här studiens syfte är att undersöka om bildigenkänningsprogram applicerat på Svepelektronmikroskopi (SEM) bilder kan klassificera två stålprover. Stålproven var av samma sort, med skillnaden att de behandlats med kalcium olika lång tid. För att möjliggöra den automatiserade bildigenkänningen byggdes ett Convolutional Neural Network (CNN). Nätverket byggdes med hjälp av öppen kod från Keras Documentation. Detta för att programmet enkelt skall kunna reproduceras. Nätverket tränades, validerades och testades, först för vanliga bilder och sedan för binariserade bilder. Binariserade bilder användes för att tvinga programmet att bara klassificera med avseende på inneslutningar och inte på grundmatrisen. Resultaten på klassificeringen för vanliga bilder gav en träffsäkerhet på 99.99%. För binariserade bilder blev träffsäkerheten för klassificeringen 67.9%. Resultaten visar att det är möjligt att använda CNNs för att klassificera stålprover. En intressant möjlighet som vidare studier på CNNs kan leda till är att automatisk klassificering av inneslutningar kan möjliggöras.

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.

The quality of aluminium cast billets is highly dependent on the cleanliness of the material. Hydro Extruded Solutions are casting billets in Sjunnen that are delivered for extrusion within the same company. In order to produce extruded profiles of high quality and also maintain the pressing tools, it is a good method to keep the billets as free from inclusions as possible. A fluxing agent in form of salt compounds is used to purify the material during melting, but also to protect it from further oxidation. Another task of fluxing agents is to minimize the aluminium amount in the dross phase. The purpose of this project was to investigate if the fluxing agent that is used by the cast house is having any impact on the quality of the billets. Therefore, for that purpose, samples with a variating amount of fluxing agent were processed by the cast house in order to be investigated. These samples were investigated with the Optical Microscopy-method in order to determine the area fraction of non-metallic inclusions inside them. The results did not reveal any significant difference in the quality of the different samples since most samples obtained a low OM-index after the investigation. That can be explained by the type of scrap that was used since new scrap is usually very clean and contains smaller amounts of inclusions. / Kvaliteten hos aluminiumgöt är starkt beroende av renheten i materialet. Hydro Extruded Solutions gjuter rundgöt i Sjunnen, som sedan levereras för strängpressning inom samma företag. För att producera strängpressade profiler av hög kvalitet och även upprätthålla pressverktygen, är en bra metod att hålla göten så fria från inneslutningar som möjligt. Ett flussmedel, i form av saltföreningar, används för att rena materialet under smältningen, men också för att skydda den från vidare oxidation. En annan uppgift som flussmedel har är att minimera mängden aluminium i slaggfasen. Syftet med detta projekt var att undersöka om flussmedelet som används av omsmältverket har någon inverkan på götkvaliteten. Därför, för detta ändamål har prover med en varierande mängd av flussmedel tillverkats i omsmältverket för att bli undersökta. Dessa prover undersöktes med den Optiskt Mikroskopiska-metoden för att bestämma areafraktionen av icke-metalliska inneslutningar inuti dem. Resultaten avslöjade inte någon signifikant skillnad i kvaliteten hos de olika proverna eftersom de flesta prover erhöll ett lågt OM-index efter undersökningen. Detta kan förklaras av vilken typ av skrot som användes, då process-skrot oftast är väldigt rent och består av mindre mängder innseslutningar.

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.

Investigation of non metallic inclusions in two different steels from Sandvik was made before and after turning. After dissolving the non-metallic inclusions by electrolytic extraction the particles were analysed manually or by INCA feature. This was referred to as 3D analysis. INCA feature analysis without extraction of particles was also performed, this was referred to as 2D analysis. The aim of the report was to a make a characterization of non-metallic inclusions with respect to chemical composition, aspect ratio, size and shape. The aim was also to compare different investigation methods. Samples were prepared and investigated. It was obtained that inclusions with sulphur content was elongated and crushed during the turning process. Broken sulphides were detected in one of the steels, and broken oxysulphides in the other steel in the electrolytically extracted chips created by turning. The first steel, steel 1, mainly contained sulphide and oxysulphide inclusions, and steel 2 mainly contained oxysulphides. The aspect ratio obtained by 2D analysis of the sulphide inclusions in steel 1 before turning showed similar results to the electrolytic extracted inclusions measured by hand. The aspect ratio increased with the length of the inclusion. However the deviation of data obtained by the 2D analysis was larger than deviation from the extracted particles measured by hand. The reason for this was assumed to be that the 2D method was not able to analyse the true shape of the inclusions e.g. if inclusions were partly concealed by metal matrix. In analysis of steel 2 the average aspect ratio decreased for oxides and increased for oxysulphides after turning. The chemical composition of inclusions did not change after the turning process for neither of the steels. Copper was detected in the electrolytic extracted inclusions, however not in the 2D investigation by SEM. This is an interesting topic for future research.