Ultralujien nuorrutusterästen prosessointi ja mikrorakenne

Väitöstutkimuksessa kehitettiin suorakarkaistun ja päästetyn teräksen valmistusprosessia. Tulokset johtivat sekä parantuneisiin tuoteominaisuuksiin että yhä tehokkaampiin vaihtoehtoihin uuden sukupolven teräksen valmistusketjussa. Tehostunut prosessi yhdessä menetelmän tuottaman korkean lujuuden avulla mahdollistaa CO2-päästöjen merkittävän laskun sekä teräksen valmistuksen että käyttövaihteen aikana.

Teräksen maailmanlaajuisen tuotannon nykymäärän on ennustettu 1,5 kertaistuvan vuoteen 2050 mennessä jo massiivisesta 1600 miljoonasta tonnista. Kehittämällä yhä lujempia teräksiä voidaan uuden sukupolven teräkset tuottaa yhä ympäristöystävällisemmin sekä tuotanto- että käyttövaiheen kannalta. Terästuotannon suuresta volyymista johtuen pienetkin kehitysaskeleet skaalautuvat valtaviksi globaalissa kokonaisuudessa.

Väitöstutkimus koostui neljästä fysikaalisen metallurgian alan osatutkimuksesta, joissa on systemaattisesti tutkittu kemiallisen koostumuksen, kuumavalssausparametrien sekä karkaisun jälkeisten päästöparametrien vaikutus 960 MPa lujuusluokan teräksen mikrorakenteeseen ja mekaanisiin ominaisuuksiin. Työn tulokset osoittivat, että käyttämällä modernia suorakarkaisua ja optimoitua päästöpraktiikkaa voidaan teräksen valmistusprosessin tuottavuus ja teräksen loppuominaisuudet nostaa merkittävästi kohonneelle tasolle verrattuna perinteisesti karkaistuun ja päästettyyn lujaan teräkseen. Kohonnut tuottavuus mahdollistui käyttämällä optimoitua suorakarkaisumenetelmää ja yhtä massiivista koko teräskelan samanaikaista päästökäsittelyä. Vaativaa lämpökäsittelyprosessia varten kehitetty kemiallinen koostumus säilytti karkaisun jälkeisessä lämpökäsittelyssä alkuperäisen myötölujuuden, vaikka se kuumennettiin 570 °C asteeseen.

Perinteisesti austenoitu ja karkaistu teräs on omannut huonon iskusitkeyden karkaistussa tilassa, jolloin sitkeyttä on pyritty parantamaan erillisen lämpökäsittelyn avulla. Tutkimuksessa osoitettiin, että termomekaanisesti käsitelty ja suorakarkaistu matalahiilinen 960 MPa lujuusluokan teräs omaa korkean sitkeyden jo karkaistussa tilassa eikä matalan lämpötilan iskusitkeyden turvaamiseksi tarvita erillistä lämpökäsittelyä. Perinteisesti karkaistu ja päästetty teräs ei erillisestä lämpökäsittelystäkään huolimatta yltänyt suorakarkaistun teräksen tasolle sen suuremmasta raekoosta johtuen. Mikäli teräksen ominaisuudet haluttiin optimoida lujuuden, murtovenymän ja särmättävyyden kannalta, suorittamalla karkaisun jälkeinen päästö sopivassa lämpötilassa paransi näitä ominaisuuksia.

Tutkimuksen tulokset antavat uutta tietoa siitä, miten modernien ultralujien terästen prosessointi tulisi suorittaa mikrorakenteen räätälöimiseksi haluttujen ominaisuuksien kannalta ja edesauttaa uusien kaupallisten ratkaisujen kehittämisessä.