Suorasammutettujen suurlujuusterästen mikrorakenteen vaikutus mekaanisiin ominaisuuksiin ja särmättävyyteen

Väitöstyössä selvitettiin matalaseosteisia kuumavalssattuja suurlujuusteräksiä. Työssä havaittiin, että kontrolloimalla valssausparametreja voidaan parantaa teräksen lujuus- ja sitkeysominaisuuksia ilman, että teräs pitää kuumentaa uudelleen 600 °C:n lämpötilaan. Tämä laskee tuotantokustannuksia ja ympäristövaikutuksia huomattavasti.

Kuumavalssattuja suurlujuusrakenneteräksiä käytetään laajalti rakenteissa, joissa vaaditaan erinomaisia käytettävyysominaisuuksia. Käyttökohteita näille teräksille ovat kuljetuskalusto, henkilönostimet, puomirakenteet ja tuulivoimaloiden komponentit. Suurlujuusterästen erinomaiset lujuus- ja sitkeysominaisuudet tekevät niistä houkuttelevia käytettäväksi kohteissa, joissa energiatehokkuutta voidaan parantaa rakenteita keventämällä. Tässä työssä on keskitytty muokattavuuden optimoimiseen, jolloin esimerkiksi hitsausta voidaan vähentää. Muokattavuudella tarkoitetaan rakenneterästen kohdalla särmättävyyttä, jossa teräslevy taivutetaan haluttuun kulmaan.

Väitöstyössä havaittiin, että lähellä teräksen pintoja oleva, muutaman mikrometrin paksuinen, mikro- ja tekstuurirakenne vaikuttaa oleellisimmin teräksen särmättävyysominaisuuksiin. Epäsuotuisan tekstuurin ja yläbainiittisen mikrorakenteen yhteisvaikutus synnyttää särmäyksen aikana leikkausnauhoja, jotka johtavat teräksen murtumaan. Tämän vuoksi pinnan alla muodostuvaan mikrorakenteeseen pyrittiin vaikuttamaan teräksen seosainepitoisuuksien ja kuumavalssausparametrien avulla. Työssä todistettiin, että 0.04 painoprosentin niobiseostus ja alhainen kuumavalssauksen lopetuslämpötila aikaansaa ainutlaatuisen kerrosrakenteen, jolloin pinnan mikrorakenne koostui pehmeästä ja hyvin muokattavasta, pehmeästä ferriitistä sekä keskilinja lujasta martensiittis-bainiittisesta mikrorakenteesta. Työssä osoitettiin myös, että teräksen puhtaudella on erittäin suuri merkitys mekaanisiin ominaisuuksiin.

Väitöstyön tulosten avulla voidaan kehittää teräksen valmistusprosesseja niin, että teräksestä tulee erittäin sitkeää, hitsattavaa ja muokattavaa suurlujuusterästä. Tämä mahdollistaa esimerkiksi kuljetuskaluston energiansäästön ja siten pienemmät CO2-päästöt.