The present work was conducted at Scania CV AB and has as main goal to produce a cast steel guideline. There is a great need to conduct a cast steel guideline, in order to help designers in their process to choose suitable materials and methods to produce lightweight components with higher performance. This work contains information related to mechanical properties, casting processes, castability, machinability, defect characterization, heat treatments, weldability and surface treatments of cast steels. This work was limited to cast steels which could be applied on two specific components of the truck, a bracket which is a structural component of chassis subjected to fatigue and a turbo manifold which is subjected to creep, oxidation, corrosion-, thermal- and mechanical- fatigue. A benchmark search was performed focused on these two components. A characterization of a cast stainless steel turbo manifold prototype was performed in the as-cast state, which included microstructural analyzes and hardness measurements. Besides this initial characterization, a set of heat treatments were conducted, in order to study the possibility to eliminate the initial grain boundary carbides. The main conclusions of this work are that cast steel has potential to be a material choice in many applications due to its wide range of properties. For structural parts, cast steel is advantageous compared with cast iron when for instance welding and high strength combined with high fracture toughness are requirements. For high temperature resistance components, cast steel or more precisely cast stainless steel, is advantageous for service at temperatures >750 ºC,besides its higher price. The annealing heat treatment followed by an aging treatment eliminated most of the grain boundary carbides and increase the hardness through a fine dispersion of carbides in matrix, which can also increase the creep resistance. / Examensarbetet utfördes på Scania CV AB med främsta målet att utarbeta en vägledande guide för gjutstål. Det finns ett stort behov av att sammanställa en guideline för gjutstål, med syfte att hjälpa konstruktörer i deras process att välja lämpliga material och metoder för att producera lättviktskomponenter med högre prestanda. Arbetet innehåller information om mekaniska egenskaper, gjutningsprocesser, gjutbarhet, skärbarhet, defektkarakterisering, värmebehandlingar, svetsbarhet, ytbehandling och mycket annat gällande gjutstål. Detta arbete var begränsat till gjutstål som kan tillämpas för två specifika komponenter i lastbilen, en konsol som är en strukturell komponent i chassit som utsätts för utmattning och ett turbogrenrör vilket är en komponent som utsätts för högtemperaturcykler. En benchmark utfördes med fokus på dessa två komponenter. Slutligen gjordes en karakterisering av turbogrenrörsprototypen i rostfritt stål, i det gjutnatillståndet, vilket inkluderade mikroanalyser och hårdhetsmätningar. Förutom den förstakarakteriseringen, utfördes en uppsättning värmebehandlingar för att undersöka möjligheten att eliminera de initiala korngräns-karbiderna. De viktigaste slutsatserna av detta arbete är att gjutstål har potential att bli ett materialval i många applikationer på grund dess breda egenskaper. Konstruktionsdelar i gjutstål är fördelaktiga jämfört med gjutjärn, till exempel vid svetsning och när hög hållfasthet i kombination med hög brottseghet är nödvändigt. För högtemperaturs-komponenter är gjutstål, eller mer exakt, gjutna rostfria stål fördelaktiga för service vid temperaturer >750 ºC, med undantag för dess högre pris. Glödgningsvärmebehandling följt av åldringsbehandling eliminerar de flesta av korngräns-karbiderna och ökar hårdheten genom en fin dispersion av karbider i matrisen, vilket också kan öka krypmotståndet.

In stainless steelmaking, around 68% of the total greenhouse gas emissions come from the processing of raw materials. Thus, it is important for steelmakers to make efforts together with their raw material suppliers to implement low-carbon initiatives. To facilitate such initiatives, assessment of raw materials will provide guidance. In this work, the assessment of materials consists of two parts: i) different production scenarios are studied by using a static process model coupled with life cycle assessment approach to investigate the reduction potential of environmental impacts for Mo and Ni alloys; ii) assessment of the effect of trace element content (phosphorus) in stainless steel scrap on steel’s manufacturing cost, resource consumption and environmental impact using an online static process model. The results show that the overall GHG emission of FeMo production varies between 3.16-14.79 t CO2-eq/t FeMo (i.e. 5.3-24.7 tCO2-eq/t Mo). The main variance comes from the mining and beneficiation stages and depends mainly on the ore’s beneficiation degree. However, whether molybdenum is extracted as a co-product from copper mine or not can have an even greater effect on the total GHG emission of molybdenum due to the allocation of the impacts.  In the case of nickel alloys, the GHG emissions for producing nickel metal, nickel oxide, ferronickel and nickel pig iron are 14, 30, 6 and 7 tCO2-eq/t alloy (i.e. 14, 40, 18, and 69 tCO2-eq/t Ni), respectively. Extracting sulfide ore through flash smelting process has been shown to have the least energy requirement and greenhouse gas emissions. In comparison to sulfide ore processing, oxide ore processed in an electric furnace is much more energy intensive and less environmental friendly primarily due to high content of gangue. However, by using a sustainable electricity source such as hydro-powered electricity, or applying a thermal heat recovery, it is possible to reduce the impact from electric furnace smelting of laterite. Furthermore, the use of stainless steel scraps with low phosphorous contents reduces slag amount, alloy consumption, production cost and carbon footprint. An estimation equation between phosphorous content and scrap’s value-in-use is obtained in the study to support the development of purchasing strategy. To conclude, the application of static process model based on mass and energy balance provides the possibility to assess raw materials’ environmental impact (energy consumption and GHG emissions) and to identify potentials to realize sustainable stainless steelmaking. / Vid tillverkning av rostfritt stål kommer cirka 68% av växthusgaserna ifrån råvaruanvändningen. Därför är det viktigt för ståltillverkare att göra en samordnad insats med sina levenrantörer för att reducera dessa utsläpp. Den här avhandlingen ämnar att undersöka råvaror ur två perspektiv: i) att utvärdera olika produktionsscenarier för  molybden och nickelleggeringar genom en statisk processmodell i kombination med livscykelanalys för att undersöka potentialen för att minska miljöbelastningen; ii) att undersöka hur spårämnesinnehållet (fosfor) i rostfritt stålskrot påverkar ståltillverkningskostnaden, resursförbrukningen och miljöpåverkan med ett webbaserat verktyg för processmodellen. Resultaten visar att växthusgasutsläppen från produktionen av FeMo varierar mellan 3.16-14.79 t CO2-eq/t FeMo (d.v.s. 5.3-24.7 tCO2-eq/t Mo). Variationen beror främst på malmets anrikningsgrad under malmbrytnings- och anrikningsprocessen. När molybden förekommer  i kopparmalm och utvinns som en co-produkt så kan det ha en större effekt på molybdens energiförbrukning och växthusgasutsläpp än vad malmens anrikningsgrad har. I fallet för tillverkning av nickelmetall, nickeloxid, ferronickel och nickeltackjärn är växthusgasutsläppen 14, 30, 6 respektive 7 tCO2-eq/t legering (motsvarande 14, 40, 18, respektive 69 tCO2-eq/t Ni). Användningen av sulfidmalm i flashsmältningsprocessen har visat sig ha lägst energibehov och växhusgasutsläpp medan användningen av oxidmalm i ljusbågsugn både är mer energiintensiv och utsläppsintensiv  på grund av en stor mängd oxider i nickelmalmen. Dessa utsläpp kan dock förbättras genom användningen av hållbar energi (till exempel el från vattenkraft), eller genom värmeåtervinning under processen. Utöver detta kan skrot med lågt fosforinnenhåll också användas vid tillverkningen av rostfritt stål för att minska slaggmängden, förbrukningen av legeringar, produktionskostnaden och växthusgasutläppen.  En ekvation mellan fosforinnehållet och skrotets värde föreslås här som underlag för att utveckla en inköpsstrategi för skrot. Sammanfattningsvis så kan en statisk processmodell baserad på mass- och energibalans tillämpas för att utvärdera råvarors miljöbelastning (energiförbrukning och växthusgasutsläpp) och identifiera potentialen för en hållbar tillverkning av rostfritt stål.

Idag finns det inte tillräckligt underhåll på de 15 svamp- och bakterietankar som finns på AstraZenecas vattenreningsverk i Gärtuna, Södertälje. Företaget använder sig av avhjälpande underhåll där de väntar på att tankarna ska gå sönder för att sedan laga dem. Reningsverket vill skapa en underhållsstrategi på tankarna genom att ta reda på om livslängden kan förlängas eller om, och i så fall när, utrustningen behöver renoveras, uppgraderas eller bytas ut. I litteraturstudier undersöktes underhållsstrategier, vattenreningsverk och olika tillståndskontroller. Besök gjordes för att få en bättre uppfattning om hur arbetet på vattenreningsverket ser ut idag. Intervjuer hölls med chefen för vattenreningsverket, en erfaren drifttekniker samt två externa företag som jobbar med underhåll. I resultatet framgår information om vilka fel som uppstått, vilka åtgärder som vidtagits samt vad det kostat. Det framgår även hur underhåll kan ske med olika externa parter och kostnader för detta. Två olika tillståndskontroller, digital röntgenskanning och penetrantprovning föreslås för att upptäcka fel på tankarna. Efter analys av resultatet har slutsatser om en ny underhållsstrategi kunnat dras. Rekommendationer om hur den kan implementeras och lämpligt intervall har tagits fram. AstraZeneca föreslås gå från ett avhjälpande till ett schemalagt tillståndsbaserat underhåll, där tillståndskontroller utförs var tredje, fjärde eller femte år beroende på personalens bedömning och de rekommenderas också att använda sig av externa resurser när det kommer till tvättning och tillståndskontroller av tankarna. Avhjälpande underhåll är omöjligt att planera och kommer med vår lösning att minimeras. Schemalagt tillståndsbaserat underhåll som vi rekommenderar kommer resultera i en mycket enklare planering och oväntade kostnader likväl som oväntade stopptider kommer undvikas. Regelbundet underhåll kommer troligtvis resultera i att tankarnas livslängd ökar vilket bidrar till en bättre hållbarhet och man slipper köpa in nya tankar. / Today, there is not enough maintenance on the 15 fungal and bacterial tanks found at AstraZeneca's wastewater treatment plant in Gärtuna, Södertälje. The company uses a maintenance strategy where they wait for the tanks to fail and then fix them. The treatment plant wants to create a maintenance strategy for the tanks by finding out if the life span can be extended or if, and if so, when the equipment needs to be renovated, upgraded, or replaced. With literature studies maintenance strategies, wastewater treatment plants and various condition investigations, were analysed. The visits were made to get a better idea of how the work at the wastewater treatment plant looks like today. Interviews were held with the head of the water treatment plant, an experienced operating technician and two external companies working on maintenance. The result shows information about what errors occurred, what measures were taken and what it cost. It also shows how maintenance can be done with various external sources and costs for this. Two different condition investigations, digital x-ray scanning and penetrant testing are suggested to detect errors in the tanks. After analysing the results, conclusions about a new maintenance strategy could be drawn. Recommendations on how it can be implemented, and an appropriate interval have been developed. AstraZeneca should go from corrective to scheduled condition-based maintenance, where condition investigations are performed every three, four or five years depending on the staff's assessment and they could make use of external sources when it comes to washing and condition investigations of the tanks. Corrective maintenance is impossible to plan and our solution will minimize this. Scheduled condition-based maintenance that we recommend will result in a much simpler planning where unexpected costs as well as unexpected downtime will be avoided. Regular maintenance will probably result in an increase in the service life of the tanks, which contributes to better durability and they will not have to buy new tanks.

Fräsning och annan intermittent skärande bearbetning ger upphov till termisk utmattning av skärverktyg. Problemet med termiska sprickor blir större vid bearbetning av värmehållfasta material som austenitiskt rostfritt stål eftersom värmeväxlingarna i skärverktyget blir mer extrema. Detta fenomen förvärras ytterligare vid användning av traditionell kylning. Fräsning av rostfritt stål utförs därför torrt. Den torra bearbetningen är inte oproblematisk eftersom höga temperaturer uppstår i skärzonen vilket påverkar verktygets livslängd och i vilken utsträckning avverkningshastigheten kan höjas med högre skärhastighet eller matning. Detaljer som tar lång tid att tillverka är negativt för både företagens ekonomi och miljön till följd av större energiåtgång.Minimalsmörjning är en metod som går ut på att små mängder smörjmedel i form av aerosol fokuseras mot skäreggen och smörjer kontakten mellan arbetsstycke och skär, vilket minimerar friktionsvärmen. På detta sätt kan den totala värmeutvecklingen reduceras samtidigt som värmeväxlingarna hålls på en lägre nivå jämfört med traditionell kylning. Syftet med arbetet var att undersöka och jämföra planfräsning av austenitiskt rostfritt stål, 1.4301, under torr bearbetning och bearbetning med minimalsmörjning.Centralt för studien var hur verktygsförslitningen och ytjämnheten hos bearbetat material påverkas då minimalsmörjning appliceras gentemot vid torr bearbetning.En fråga som togs upp var om avverkningshastigheten kunde ökas med minimalsmörjning utan att få negativ inverkan på verktygsförslitning och ytjämnhet av bearbetat arbetsstycke.Fullfaktorförsök upprättades och jämförelsen mellan torr bearbetning ochminimalsmörjning gjordes med planfräsning med PVD-belagda hårdmetallskär. Ett optiskt mätmikroskop användes för att analysera förslitningen på skärverktygens spån- och släppningssidor efter ca 3 minuter i ingrepp. Ytjämnhet på bearbetad ytamättes med ytjämnhetsmätare och temperaturen i arbetsstycket mättes med termoelement.Resultatet visade att tillämpning av minimalsmörjning sänker temperaturen i skärzonen vilket för rostfritt stål innebär att skärhastigheten bör ökas för att undvika löseggsområdet. På så sätt ökar även avverkningshastigheten och produktiviteten. / Milling and other intermittent metal cutting operations often cause thermal fatigue in the cutting tools used. This type of wear is more severe during machining of heat resistant alloys such as austenitic stainless steel because of more extreme temperature variations during the cutting procedure. This phenomenon is further accelerated by employing flood cooling. Milling of stainless steel is therefore usually performed dry. Dry cutting is, however, not without its share of problems, since high temperatures develop in the cutting zone which adversely affect tool life and to which extent the productivity can be increased via higher cutting speeds or feed rates. Parts that take longer to manufacture are not only bad for business economics, but also for the environment due to higher energy consumption.Minimum quantity lubrication is a method that uses minimal quantities of oil dispersed as aerosol toward the cutting edge. This lubricates the tool-workpiece interface which minimizes frictional heat. This way, the total heat during cutting can be reduced while also avoiding the extreme temperature variations associated with flood cooling. The purpose of this thesis is to study and compare the performance of dry cutting and minimum quantity lubrication during face milling of austenitic stainless steel, 1.4301.The tool wear rates of the cutting tools and surface quality of the machined workpiece were compared for the two cutting environments. Of particular interest was the question whether the material removal rate could be increased with the usage of minimum quantity lubrication without adversely impacting the tool life or workpiece surface quality.A full factorial design of experiments was created, and the comparison of dry machining and minimum quantity lubrication was done by face milling with PVDcoated carbide inserts. An optical stereo microscope was used for the analysis of rake and flank wear after roughly 3 minutes of cutting tool engagement. Surface roughness of machined part was measured with a measuring stylus, and the temperature of the workpiece was measured with embedded thermocouples.The results show that minimum quantity lubrication reduces the temperature in the cutting zone, which for stainless steel means that the cutting speed should be increased to avoid the formation of built-up edges. At the same time, the material removal rate is increased, and productivity is affected positively.

This research extended the knowledge of the solid phase transformation and the resulting influence on impact toughness and pitting corrosion resistance in super austenitic stainless steel (SASS) SANICRO® 35. A time-temperature-transformation diagram (TTT diagram) was assembled by performing isothermal heat treatments in the temperature range of 650-1050 °C for different periods of time, ranging from 5 min to 500 min. Microstructural analysis via LOM-DIC, SEM-EDS shows that the nose temperature of dominating σ phase is located in between 900-950 °C. Minor nitrides including π phase and Cr2N with the nose temperature of 900 °C and 850 °C, respectively, were detected after prolonged heat treatment times. Area fraction of precipitates was calculated by analyzing micrographic images in the software ImageJ. Charpy impact tests indicate that the impact toughness degrades with increasing area fraction of precipitates but at a higher rate at the early stage of precipitation. Despite a much-lessened area fraction, fine precipitates decorating the grain boundaries in a continuous pattern impose significant negative effect on impact toughness. Pitting corrosion resistance was indicated by critical pitting temperature (CPT) as per ASTM G150mod (3M MgCl2). Pitting corrosion resistance deteriorated with increasing amount of σ phase due to the Cr- and Mo-depleted surrounding area, but it is more dependent on the distribution pattern of precipitates, as well as the secondary phase type. The lowest CPTs were measured after heat treatment for 500 min at 800 °C and 850 °C where nitrides including Cr2N and π phase were formed and the small precipitates were distributed on grain boundaries continuously. Auxiliary simulation of TTT diagram via TC PRISMA shows drastic variation from experimental results in regard of time scale. The enhancement pre-factor for the interfacial mobility and interfacial energy can be modified to approach the experimental results. / Detta arbete utfördes för att undersöka fasomvandlingar och dess inflytande på slagsegheten och gropfrätningsmotståndet för det superaustenitiska rostfria stålet (SASS) SANICRO® 35. Ett tid-temperatur-transformationsdiagram (TTT-diagram) har tagits fram genom att utföra isotermiska värmebehandlingar mellan 650-1050 °C med olika hålltider från 5-500 minuter. Mikrostrukturanalys genom LOM-DIC, SEM-EDS undersökning visar att nosen för den dominerande σ-fasen ligger mellan 900-950 °C. Mindre nitrider, som π-fas och Cr2N, med nosarna vid 900 °C respektive 850 °C observerades vid längre hålltider. Areafraktionen av utskiljningar beräknades genom analys av mikrobilder med programmet ImageJ. Slagprovning visade att slagsegheten minskar med ökande fraktion utskiljningar men med en tydligare försämring i början av fastransformationen. Trots att de utgör en betydligt mindre areafraktion så kan mindre utskiljningar som följer korngränserna också påverka materialet signifikant negativt. Gropfrätningsmotståndet testades genom att mäta Critical Pitting Temperature (CPT) enligt ASTM G150mod (3M MgCl2). CPT minskade med ökande andel σ-fas p.g.a. den Cr- och Mo-utarmade zon som omger de utskilda partiklarna. Det finns även en stark koppling mellan lägre CPT och distributionen av utskiljningarna samt andra typer av faser. Lägst CPT uppmättes efter 500 minuter vid 800 °C och 850 °C då små nitrider inklusive Cr2N och π-fas bildats längs med stora delar av korngränserna. Simulering av TTT-diagram i TC PRISMA visade en drastisk skillnad i tiden till utskiljning/mängden utskiljningar jämfört med de experimentella resultaten. Diffusionförstärkningsfaktorn (eng. “mobility enhancement pre-factor”) och ytenergin kan minskas för att bättre överensstämma med de experimentella resultaten.

Today’s steelmaking industry is highly dependent on steel scrap supply. In order to reduce the greenhouse gas emissions (GHGs) deriving from the steel industry, it is of utmost importance to ensure that high percentages of steel scrap are recycled, reducing the reliance on the traditional ore-based steelmaking, which is significantly more environmentally impactful. To reach this goal, a better steel scrap quality has to be achieved during the sorting process. This thesis work aims to propose an optimized sorting process able to separate the stainless steel scrap from the carbon steel scrap, both obtained in the ferrous fraction after a magnetic separation. This improved sorting process would be able to sort different types of stainless steel scraps according to their alloying content, ensuring a better recovery of chromium, nickel and molybdenum for stainless steel production. This would lead to a considerable reduction of CO2 emissions for the stainless steel production. In addition, an economic benefit could be obtained from the optimized sorting process, obtaining steel scrap of higher quality and thus selling the scrap at higher price. In this thesis work, technological considerations are addressed in order to select the most suitable technology to reach significant improvements in alloy recoveries in steel scrap. An economic and environmental model is then used in order to showcase the possible economic and environmental impacts resulting from the implementation of the proposed optimized sorting process. The results obtained are encouraging, showing that this improved sorting would save high amounts of CO2 emissions deriving from raw materials extraction and production, and showing that good profits can be obtained from the selling of the different stainless steel scrap sorted. In the future, where an increased production of steel is expected, this process would be even more beneficial both for the economy and for the environment. / Dagens stål tillverkningsindustri är starkt beroende av utbudet av stålskrot. För att minska utsläppen av växthusgaser (GHG) från stålindustrin är det av yttersta vikt att säkerställa att höga andelar stålskrot återvinns, vilket minskar beroendet av den traditionella malmbaserade ståltillverkningen, som är betydligt mer miljöpåverkande. För att nå detta mål måste en bättre stålskrotskvalitet uppnås under sorteringsprocessen. Detta examensarbete syftar till att föreslå en optimerad sorteringsprocess som kan separera det rostfria stålskrotet från kolstålsskrotet, båda erhållna i järnfraktionen efter magnetisk separation. Denna förbättrade sorteringsprocess skulle kunna sortera olika typer av rostfritt stålskrot efter deras legeringsinnehåll, vilket säkerställer en bättre återvinning av krom, nickel och molybden för produktion av rostfritt stål. Detta skulle leda till en avsevärd minskning av CO2-utsläppen för produktionen av rostfritt stål. Dessutom skulle en ekonomisk fördel kunna erhållas från den optimerade sorteringsprocesser, att få stålskrot av högre kvalitet och därmed sälja skrotet till ett högre pris. I detta examensarbete behandlas tekniska överväganden för att välja den mest lämpliga tekniken för att uppnå betydande förbättringar av legeringsåtervinning av stålskrot.En ekonomisk och miljömässig modell används sedan för att visa upp de möjliga ekonomiska och miljömässiga effekterna av implementeringen av den föreslagna optimerade sorteringsprocessen. Resultaten som erhålls är uppmuntrande, och visar att denna förbättrade sortering skulle spara stora mängder CO2-utsläpp från råvaruutvinning och produktion, och visar att goda vinster kan erhållas från försäljning av olika sorterade rostfritt stålskrot. I framtiden, där en ökad produktion av stål förväntas, skulle denna process vara ännu mer fördelaktig både för ekonomin och för miljön.