Ruostumattoman teräksen hilseen muodostuminen hehkutuksen ja aihionkuumennuksen siirtymässä kohti fossiilivapaita menetelmiä

Vetysiirtymä mahdollistaa teollisuuden hiilidioksidipäästöjen merkittävän vähentämisen vedyn korvatessa hiiltä pelkistimenä ja fossiilisia polttoaineita energianlähteenä. Terästeollisuudessa fossiilisia polttoaineita, kuten maakaasua, käytetään prosessiuunien kuumennuksessa, joissa terästen lämpötilat nostetaan korkeisiin yli tuhannen asteen lämpötiloihin. Fossiilisten polttoaineiden palaessa muodostuu hiilidioksidia, mutta käytettäessä vetyä polttoaineena palamisessa tuotteena muodostuu vain vesihöyryä. Täysin hiilineutraali polttoprosessi käyttää uusiutuvilla energianlähteillä tuotettua vetyä, jonka energiatehokas tuottaminen vaatii vielä kehitystä.

Ruostumattoman teräksen valmistuksessa käytetään hehkutus- ja aihion kuumennusuuneja. Uunien kuumennuksessa polttokaasut poltetaan ilmaylimäärällä, jolloin uuniin muodostuu hapettava atmosfääri, mikä yhdistettynä korkeisiin lämpötiloihin saa aikaan teräksen pinnan hapettumisen eli niin kutsutun hilseen muodostumisen. Hilsekerros tulee poistaa, sillä terästuotteelle halutaan puhdas ja korroosiokestävä pinta.

Tässä tutkimuksessa vertailtiin erilaisten simuloitujen kuumennusmenetelmien ja -olosuhteiden vaikutuksia useiden eri austeniittisten ja ferriittisten ruostumattomien terästen pinnan hapettumiseen. Muutoksia hilseen rakenteessa, koostumuksessa ja määrässä tutkittiin ja niiden vaikutuksia hilseen poiston tehokkuuteen arvioitiin. Kuumennusmenetelmän siirtymä kohti vedyn happipolttoa edistää ensimmäisenä muodostuvan suojaavan hilsekerroksen hajoamista jatkuen nopeasti etenevällä hajottavalla hapettumisen sekä hehkutus- että aihionkuumennusolosuhteissa.

Tulokset osoittavat, että teräslaatujen erot ovat merkittävät hilseen muodostumisen kannalta ja tällöin ne soveltuvat eri tavoin kuumennusmenetelmän vaihtoon. Ferriittisillä teräslaaduilla muutokset hilsettymisessä jäävät huomattavasti vähäisemmiksi, mutta austeniittisilla teräslaaduilla aihion kuumennus voi tuottaa moninkertaisesti hilsettä siirryttäessä nykyisestä maakaasun ilmapoltosta vedyn happipolttoon.