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24 Febbraio 2022

Quanto è solida la tua analisi dell’acciaio?

Introduzione

Con la crescita della domanda di prodotti in acciaio più leggeri e durevoli, ai produttori di acciaio viene oggi richiesto di creare un acciaio di valore superiore che abbia le caratteristiche specifiche richieste dai loro clienti. Coloro che possono soddisfare questa domanda potranno imporre prezzi migliori per i loro prodotti, migliorando nel contempo la loro posizione competitiva.

Tuttavia, la produzione di acciaio di prima qualità richiede strumenti di nuova generazione in grado di produrre dati di alta qualità. Oggi i produttori di acciaio si avvalgono in genere di microscopi ottici per identificare la dimensione e il numero di inclusioni non metalliche, ma questi microscopi non forniscono informazioni sulla composizione chimica. Di conseguenza, i produttori di acciaio non dispongono delle informazioni complete necessarie per ottimizzare il processo di produzione dell’acciaio.

Il microscopio elettronico a scansione (SEM) da banco Thermo Scientific™ Phenom™ ParticleX Steel risolve questo problema, fornendo le informazioni rapide, accurate e complete necessarie ai produttori di acciaio per ottimizzare il loro processo di produzione.

Le sfide odierne per i produttori di acciaio

Materiale riciclabile all’infinito e resistente, l’acciaio è una delle colonne portanti della nostra economia moderna. Dai ponti e veicoli che costituiscono il nostro sistema di trasporto, alle turbine eoliche e alle centrali elettriche che ci forniscono energia, l’acciaio è fondamentale per la vita quotidiana di quasi tutti i paesi del mondo.

I produttori di acciaio in grado di soddisfare la crescente domanda di acciaio di alta qualità imporranno i prezzi più alti per i loro prodotti e alla fine miglioreranno la loro posizione competitiva

La domanda di acciaio di maggior valore è in crescita

Poiché i produttori competono per creare prodotti più durevoli e più leggeri, la domanda di acciaio ad alta resistenza è in aumento. Oggi è necessaria circa la metà dei 1.900 milioni di tonnellate di acciaio prodotti su base annua per applicazioni ad alta resistenza. Inoltre, il mercato degli acciai avanzati ad alta resistenza e dell’acciaio elettrico sta crescendo rapidamente poiché le case automobilistiche utilizzano sempre più tali acciai per ottemperare alle nuove normative e i fornitori di energia ampliano le fonti di energia rinnovabile.

Prendiamo ad esempio il settore dell’automotive. Per essere competitivi, oggi alle case automobilistiche viene sempre più richiesto di produrre veicoli più durevoli e più leggeri, e qualsiasi componente che non funzioni correttamente può minare la competitività del produttore.

Ad esempio, ogni cuscinetto a sfere in acciaio che gira tra la ruota e l’asse deve durare almeno 160.000 km su ogni auto prodotta dall’azienda, e un’inclusione di soli 50 micron può portare il cuscinetto a non funzionare correttamente. Nel mercato competitivo di oggi, i produttori di acciaio in grado di soddisfare la domanda da parte delle case automobilistiche di acciaio più duraturo, possono imporre prezzi più alti per i loro prodotti e così migliorare la loro posizione sul mercato.

La sfida di produrre acciaio di prima qualità

L’acciaio non è un prodotto unico e nemmeno omogeneo. Esistono più di 3.500 varietà di acciaio, ciascuna con vari gradi di duttilità, resistenza e altre proprietà. Queste proprietà sono in parte determinate dalle inclusioni non metalliche che finiscono nel prodotto durante il processo di produzione. Se non controllate, queste inclusioni possono inficiare la qualità dell’acciaio e persino interrompere il processo di produzione, con conseguente perdita di entrate e di tempo.

Diverse applicazioni in acciaio richiedono diversi gradi di pulizia. Un’inclusione di 15 micron in una trama per pneumatici, ad esempio, può essere sufficiente per rompere il componente durante la produzione. Può essere tuttavia ammessa un’inclusione fino a 100 micron in un componente automobilistico come un tubo strutturale.

Per la produzione di acciaio con le proprietà desiderate, è necessario il controllo delle inclusioni non metalliche. E per fare ciò, i produttori devono poter avere una comprensione rapida e accurata del numero, delle dimensioni e della chimica delle inclusioni, sia durante la fase di produzione dell’acciaio che successivamente, quando i guasti vengono identificati dal produttore del componente finale.

Storicamente, i ricercatori hanno fatto ricorso alla microscopia ottica per valutare la dimensione e il numero di inclusioni, ma questo non ha permesso loro di identificare il tipo di inclusione. Inoltre, è stato richiesto loro di utilizzare due strumenti separati: un microscopio ottico per l’analisi delle inclusioni durante il processo di produzione dell’acciaio e un microscopio elettronico a scansione manuale (SEM) per l’analisi dei guasti dei componenti fabbricati, aumentandone i costi e la complessità.

Senza gli strumenti giusti per controllare le inclusioni, può essere difficile o persino impossibile soddisfare i clienti che richiedono acciaio con le proprietà desiderate per ogni specifica applicazione.

Per produrre l’acciaio ad alta resistenza di nuova generazione, i metallurgisti necessitano di un rapido accesso a dati di qualità superiore. Hanno anche bisogno di uno strumento versatile in grado di valutare accuratamente le inclusioni nelle varie fasi del ciclo produttivo.

Presentazione del SEM da banco Phenom ParticleX Steel

Il SEM da banco Phenom ParticleX Steel è progettato per fornire ai produttori di acciaio le informazioni rapide, accurate e complete di cui hanno bisogno per sviluppare acciaio di qualità superiore. Uno dei tre prodotti della famiglia ParticleX, il SEM da banco Phenom ParticleX Steel, è progettato nello specifico per aiutare i produttori di acciaio a valutare rapidamente la pulizia dell’acciaio in base alla quantità, alla morfologia e alla composizione chimica delle inclusioni non metalliche.

 Analisi EDS integrata

Il SEM da banco Phenom ParticleX Steel integra direttamente l’analisi avanzata dei raggi X a dispersione di energia (EDS) nel microscopio. In meno di un minuto è possibile ottenere immagini SEM affidabili e di alta qualità. I ricercatori possono inoltre analizzare rapidamente la dimensione e la posizione di ciascuna inclusione fino a 0,5 micron, ottenendo al contempo anche la composizione elementare di ciascuna particella. Conoscendo la dimensione, il numero e la chimica delle inclusioni, i produttori di acciaio possono ottimizzare il loro processo di produzione dell’acciaio per applicazioni specifiche e richieste dei clienti.

 

Il SEM da banco Phenom ParticleX Steel può essere utilizzato per l’analisi flessibile dei guasti SEM-EDS durante il giorno (a sinistra), mentre viene configurato per l’analisi automatica e non presidiata delle inclusioni di notte e nei fine settimana (a destra). 

Duplici utilizzi

Un vantaggio chiave del SEM da banco Phenom ParticleX Steel è che può essere utilizzato per il duplice scopo di analisi delle inclusioni durante il processo di produzione dell’acciaio e di analisi dei guasti dopo che il componente è stato prodotto. Durante il giorno, i ricercatori possono utilizzare manualmente lo strumento per localizzare con precisione la causa principale dei guasti individuati dal cliente dopo la realizzazione del prodotto finale. Durante la notte e nei fine settimana, il SEM può essere impostato per le analisi delle inclusioni di routine automatizzate come parte del processo di produzione dell’acciaio. Insieme, queste capacità forniscono ai produttori le informazioni complete di cui hanno bisogno per accelerare lo sviluppo di acciai di qualità superiore.

Automazione e facilità d’utilizzo

Il SEM da banco Phenom ParticleX Steel automatizza completamente l’analisi delle inclusioni dei campioni di lavorazione dell’acciaio, consentendo agli utenti a tutti i livelli di esperienza di poter visualizzare nel giro di pochi secondi la chimica, le dimensioni e la forma delle inclusioni. I modelli integrati e le ricette automatizzate consentono ai ricercatori di iniziare rapidamente e quindi adattare queste ricette alle loro esigenze specifiche man mano che acquisiscono maggiore familiarità con il microscopio. Inoltre, grazie ad un’interfaccia utente semplificata, un caricamento dei campioni semplicissimo e un software specifico per il settore, chiunque può ottenere quasi all’istante risultati di qualità dallo strumento, estendendo l’analisi dei guasti a un numero più ampio di utenti.

Il SEM da banco Phenom ParticleX Steel è abbastanza piccolo da poter stare su una scrivania, il che lo rende versatile da utilizzare in quasi tutti i laboratori senza la necessità di costosi lavori di ristrutturazione.

Sorgente di CeB6 

Il SEM da banco Phenom ParticleX Steel è l’unico strumento con sorgente di cerio esaboruro (CeB6) sul mercato ad essere appositamente realizzato per l’analisi delle inclusioni. La sorgente di CeB6 ad elevata brillanza consente la caratterizzazione delle inclusioni fino al livello sub-micron. Inoltre garantisce almeno il doppio della durata di servizio delle sorgenti di tungsteno presenti nella maggior parte dei SEM. E a differenza di una sorgente al tungsteno, che può venir meno all’improvviso e contaminare la colonna, una sorgente di CeB6 si degrada lentamente nel tempo, consentendo agli utenti di prevedere quando sostituirla tra le sessioni operative.

Uno strumento, due utilizzi 

Il SEM da banco Phenom ParticleX Steel combina due modalità di funzionamento: un sistema di facile utilizzo per l’analisi manuale dei guasti SEM-EDS dei componenti in acciaio lavorato e un sistema SEM-EDS totalmente automatizzato e basato su ricette per l’analisi delle inclusioni durante il processo di produzione dell’acciaio.

Analisi dei guasti rapida e precisa

L’interfaccia utente di facile utilizzo dello strumento consente agli utenti di identificare in modo rapido e accurato la causa principale dei guasti dei componenti. In meno di un minuto dal caricamento del campione, viene acquisita un’immagine SEM a schermo intero. Gli utenti possono quindi ingrandire rapidamente l’immagine per esaminare le aree di interesse con un ingrandimento elevato, senza perdere la posizione in cui si trovano sul campione.

Il SEM da banco Phenom ParticleX Steel consente agli utenti di ingrandire rapidamente l’immagine per determinare la causa principale dei guasti dei componenti. Qui l’utente ha ingrandito un’inclusione di 8,8 micrometri per un’ulteriore analisi.

Prendiamo una piccola particella che è attaccata alla griglia di un componente. Mentre ingrandisci, puoi raccogliere informazioni EDS sulla particella, visualizzandone sia le dimensioni che la morfologia, oltre che la sua composizione chimica utilizzando il rilevatore EDS integrato e la mappatura degli elementi. In pochi clic è possibile visualizzare la particella, acquisire lo spettro EDS e generare un report personalizzato con un riepilogo dei risultati.

 

Utilizzando il SEM da banco Phenom ParticleX Steel, gli utenti possono ingrandire un’inclusione ad alta risoluzione, identificando rapidamente la dimensione, la morfologia e la composizione chimica della particella. Qui l’utente ha analizzato la composizione chimica di un’inclusione di 23 micrometri.

Analisi dell’inclusione automatizzata

Il SEM da banco Phenom ParticleX Steel può essere utilizzato anche per analisi di inclusioni automatiche e non presidiate, che aiutano i metallurgisti a determinare rapidamente la qualità dell’acciaio prodotto fornendo informazioni sulla quantità e sulla chimica delle inclusioni che emergono durante il suo processo di produzione. Lo strumento analizza un’area selezionata, acquisendo immagini SEM e spettri EDS da tutte le inclusioni presenti e visualizzando i dati come diagrammi ternari.

Comprendere l’ostruzione degli ugelli

Diverse variabili possono essere studiate in qualsiasi momento durante il processo di produzione dell’acciaio. Ad esempio un problema che i produttori di acciaio devono affrontare è il costoso blocco dell’ugello a causa della composizione mutevole delle inclusioni durante il processo di colata. Quando si versa l’acciaio dalla siviera nella paniera, le inclusioni di solfuro di calcio possono mescolarsi con l’ossigeno per diventare alluminato di calcio e alluminato di magnesio. L’uso dell’analisi SEM per comprendere questi cambiamenti chimici nel tempo fornisce ai produttori di acciaio la direzione di cui hanno bisogno per ridurre la riossidazione nella paniera.

Utilizzando il SEM da banco Phenom ParticleX Steel, i produttori di acciaio possono osservare i fenomeni di riossidazione nel tempo per comprendere meglio il processo di ostruzione degli ugelli.

Con i risultati visualizzati nei diagrammi ternari, i metallurgisti possono identificare le inclusioni presenti in diversi momenti, osservando i fenomeni di riossidazione per comprendere meglio l’ostruzione degli ugelli e ottimizzare il processo di fabbricazione dell’acciaio.

Prevedere le inclusioni più grandi

Un’altra sfida che i produttori di acciaio devono affrontare è prevedere il tasso di guasto dell’acciaio finito. Per la grande quantità di acciaio che la maggior parte dei produttori produce quotidianamente, sarebbe impossibile misurare ogni inclusione. Tuttavia, con il SEM da banco Phenom ParticleX Steel, i metallurgisti possono misurare le inclusioni in aree specifiche e quindi utilizzare un modello statistico per prevedere il tasso di guasto complessivo.

Combinando il SEM da banco Phenom ParticleX Steel con un modello statistico, i produttori di acciaio possono prevedere le inclusioni più grandi presenti secondo la pratica standard ASTM E2283 per l’analisi di valori estremi.

Utilizzando il SEM da banco Phenom ParticleX Steel per misurare la dimensione, la morfologia e la chimica delle inclusioni in un’area sufficientemente ampia e poi inserendo questi dati in un modello statistico, i metallurgisti possono prevedere le inclusioni più grandi che sono presenti come descritto nella pratica standard ASTM E2283 per l’analisi di valori estremi di inclusioni non metalliche nell’acciaio. E poiché le inclusioni più grandi si trovano in genere dove si verificano i guasti, i produttori di acciaio dispongono delle informazioni di cui hanno bisogno per ottimizzare il processo di produzione dell'acciaio, certificando accuratamente la qualità dei loro prodotti siderurgici.

Accelera lo sviluppo dell’acciaio di prima qualità

Hai i dati, facilmente ottenibili e di alta qualità, di cui hai bisogno per produrre acciaio di prima qualità? Il SEM da banco Phenom ParticleX Steel di facile utilizzo estende il controllo qualità a una gamma più ampia di utenti, aiutando i produttori a ridurre i guasti dei componenti in acciaio che vengono prodotti e a migliorare la qualità del loro acciaio.

Con le informazioni rapide, accurate e complete di cui hai bisogno per analizzare le inclusioni non metalliche, puoi soddisfare la domanda di acciaio di valore superiore, incrementando così i tuoi profitti e la tua competitività.

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