Ultralujat teräkset kestävän kehityksen kärjessä

11.04.2024 15.00

Rauta on tunnettu jo pitkään. Sitä on tehty ja käytetty jo kauan ennen ajanlaskumme alkua (2000 eKr.), mutta terästä on pystytty tekemään vasta 1800 –luvun puolestavälistä saakka. Raudan ja teräksen välinen raja on määritelty hiilipitoisuuden avulla: alle 2.11 paino- % hiiltä sisältäviä rautapohjaisia seoksia kutsutaan teräksiksi. Raakarauta tehdään pelkistämällä oksidinen rautamalmi. Pelkistäminen tapahtuu hiilen avulla, jolloin hiiliatomi ”varastaa” hapen rauta-atomilta (FeO + C → Fe + CO). (Lukkari ym. 2016a, 31.)

Nykyään pelkistäminen tehdään masuunissa, jossa hiilen lähteenä käytetään koksia. Masuuniprosessi tuottaa huomattavan määrän häkää (CO) ja hiilidioksidia (CO2). Häkää hyödynnetään suoraan terästehtaan omissa polttokaasuja tarvitsevissa prosesseissa. Terästehtaiden hiilidioksidipäästöt ovat arviolta 1800 kg CO2 per tuotettu terästonni, kun massa- ja paperiteollisuuden hiilidioksidipäästöt ovat noin 300 kg CO2 tuotettua tonnia kohti (Ilmasto-opas 2016).

Hiiliteräksiä käytetään maailmassa vuositasolla n. 1600 miljoonaa tonnia eli 1,6 x 1012 kg! Määrä on mahdoton käsittää käytännössä. Jos tästä määrästä tehtäisiin teräskuutio, niin sen särmän pituus olisi n. 592m. Suomen väkiluku ylitti juuri 5,5 miljoonan asukkaan rajan eli jokaiselle riittäisi melkein 300 000 tonnia terästä. Vuositasolla tuotettavan terästonnimäärän valmistus aiheuttaa noin 2,9 miljoonan tonnin CO2-päästöt.

Terästä käytetään lähes joka paikassa: rakennukset, kotitaloudet, terveydenhoito, liikennevälineet ja teollisuus – kaikissa näissä on käytetty ja käytetään erilaisia teräksiä. Usealla käyttösovellusalueella (mm. painelaitteet, kantavat teräsrakenteet, laivat, autot jne.) teräksen käyttöä säätelevät lukuisat lait, säädökset ja standardit. Tämä takaa mm. sen, että valmistajasta riippumatta ostaja saa perusominaisuuksiltaan samanlaista terästä käyttöönsä.       

Suuressa osassa terästen käyttösovelluksista lujuus on tärkeimpiä materiaalilta vaadittavia ominaisuuksia. Näin on esimerkiksi rakenneteräksillä eli teräksillä, joita käytetään tyypillisesti kantavien teräsrakenteiden, kuten siltojen, katsomorakenteiden, teollisuushallien, yms. valmistuksessa (ks. kuva 1). Perinteisten rakenneterästen myötölujuudet ovat olleet luokkaa 235–355 MPa (MegaPascal = jännityksen yksikkö). Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että lujuus johtaa tiettyjen ainespaksuuksien käyttöön, ja sitä kautta rakenteilla on niille ominainen massa. Kansanomaisemmin ilmaistuna ne painavat tietyn verran pituusyksikköä kohti (kg/m). Tämä puolestaan tarkoittaa, että teräsrakenteisiin tarvitaan tietty tonnimäärä terästä. Valmistus aiheuttaa hiilidioksidipäästöjä jo mainitun 1800kg CO2 per tehty terästonni.

kauppi_kesti_kuva_1
Kuva 1. Jättikokoinen LED näyttö Lahden urheilukeskuksessa.

Rakenneterästen sulametallurgian kehittyminen ja fysikaalisen metallurgian hyödyntäminen valmistuksessa on mahdollistanut niiden lujuustason nostamisen. 1000 MPa myötölujuuden raja rikottiin 2000–luvun vaihtuessa. Seuraavaksi tavoitellaan jo 2000–3000 MPa:n lujuuksia. Uuden sukupolven lujia teräksiä ja niiden valmistusta on kehitetty SSAB:n Raahen terästehtaalla jo pitkään. Tässä tuotekehitystyössä avainyhteistyökumppanina on ollut Oulun yliopiston materiaali- ja tuotantotekniikan tutkimusyksikkö, jossa keskitytään terästen mikrorakenteen ja valssauksessa vaikuttavien metallurgisten ilmiöiden tutkimukseen. Lapin ammattikorkeakoulun Arctic Steel and Mining TKI–ryhmä on tehnyt tuotannossa olevien lujien terästen soveltavaa tutkimusta vuodesta 2008 lähtien, ja on eri tutkimusprojekteissa luonut näiden terästen käytettävyystietoa mm. särmäykseen ja hitsaukseen liittyen.

Terästen lujuustason nosto vähentää hiilidioksidipäästöjä, koska niitä käytettäessä päästään keveämpiin rakenteisiin. Tällöin tarvitaan vähemmän tuotettuja terästonneja. Lisäksi varsinkin liikkuvassa kalustossa saavutetaan kerrannaisvaikutuksia hyötykuormien kasvamisen ja/tai polttoaineenkulutuksen pienenemisen kautta.

Lujat ja ultralujat teräkset

        Lappeenrannasta löytyy pankkotestiammattilaiset - parhaat koko maailmassa.

Nykyään keskustelua herättävät lujat teräkset, joiden käyttö on lisääntymässä mm. teräsrakenteiden valmistuksessa saavutettavien säästöjen vuoksi. Tämä on elinehto kilpailukyvyn säilyttämiseksi korkean teknologian maissa. Kun puhutaan teräksen lujuudesta, käytetty terminologia on kirjavaa. Puhutaan esimerkiksi lujista teräksistä, suurilujuusteräksistä, korkean/matalan myötölujuuden teräksistä, korkealujuuksisista teräksistä, erikoislujista teräksistä, ultralujista teräksistä. Terästen valmistajat ja käyttäjät luokittelevat teräkset haluamallaan tavalla, koska standardisoitua terminologiaa ei ole. (Lukkari ym. 2016b, 65.)

Ultralujilla rakenne- ja kulutusteräksillä tarkoitetaan yleisesti teräslaatuja, joiden myötölujuus on yli 550 MPa ja murtolujuus yli 700 MPa. Niiden lujuus on vähintään n. 1.5–2.5 kertaa suurempi kuin ns. tavallisten rakenneterästen. Nämä lujat teräkset soveltuvat pitkälti työstettäviksi konepajoissa, mutta suuremman lujuuden ja alhaisemman sitkeyden vuoksi niiden työstäminen on haastavampaa ja vaatii annettujen ohjeiden noudattamista tarkasti. Ultralujien rakenneterästen käyttö antaa kuitenkin monia etuja tavalliseen rakenneteräkseen verrattuna. Niiden avulla rakenteita voidaan keventää, mikä vaikuttaa laitteiden suorituskykyyn ja vähentää kustannuksia sekä pidentää laitteiden käyttöikää. Ne soveltuvatkin erinomaisesti esimerkiksi painokriittisten sovellusten (mm. nostureiden puomit ja runkorakenteet) valmistusmateriaaleiksi. (Rissanen 2011, 7.)

Rakenteiden keventäminen tarkoittaa myös sitä, että teräksen menekki ja sitä kautta myös valmistusmäärä on pienempi, jolloin saavutetaan pienemmät hiilidioksidipäästöt valmistuksen aikana. Ultralujien rakenneterästen tyypillisiä sovelluskohteita ovat mm. nostureiden puomit ja runkorakenteet, kuorma-autojen ja niiden lavojen rungot ja pankot ja autojen turvakehikon osat (ks. kuva 2).

Kuva 2. Ultralujien rakenneterästen tyypillisiä sovelluskohteita (SSAB 2016)
Kuva 2. Ultralujien rakenneterästen tyypillisiä sovelluskohteita (SSAB 2016)

Kulutusterästen käyttökohteita ovat mm. maansiirtokoneiden kauhat ja huulilevyt, kaivoskoneet, betoniautojen ja -asemien kulutusosat, maatalous- ja puunkäsittelykoneet, lavarakenteet sekä syöttimet, suppilot ja erilaisten murskaimien terät. Kuvassa 3 on esitelty ultralujien kulutusterästen tyypillisiä käyttösovelluksia.

kauppi_kesti_kuva-3


Kuva 3. Ultralujien kulutusterästen tyypillisiä sovelluskohteita (SSAB 2016).

Perustellusti voidaan todeta, että ultralujien terästen käyttö konepajateollisuudessa edistää luonnonvarojen älykästä käyttöä sekä luonnonvarojen ja olosuhteiden hyödyntämistä kestävällä ja tehokkaalla tavalla. Seuraavassa esimerkissä havainnollistetaan, miten erikoislujaan teräkseen siirtyminen pienentää hiilidioksidipäästöjä ajoneuvojen elinkaarinäkökulmasta.

CASE: Korvataan ajoneuvojen valmistukseen käytetty 1,3 miljoonaa tonnia tavallista terästä miljoonalla tonnilla ultralujaa terästä (ks. kuva 4).

  • Kun siirrytään käyttämään ultralujaa terästä, terästä käytetään vähemmän, mutta sovelluksen suorituskyky säilyy muuttumattomana. Näin terässovelluksen massa pienenee ja teräksen valmistustarve vähenee. Lisäksi resursseja tarvitaan vähemmän.
  • Peräti 90 % ympäristövaikutuksen pienenemisestä voidaan yhdistää käyttövaiheen pienentyneeseen polttoaineenkulutukseen, joka johtuu kevyemmistä ajoneuvoista.
  • Kun teräksentuotannon tarve vähenee 300 000 tonnilla, alkupään toimittajien hiilidioksidipäästöt vähenevät 200 000 tonnilla, koska tarvittavan energian ja raaka-aineiden määrä vähenee.
  • Kun terästä tuotetaan 300 000 tonnia vähemmän, aiheuttaa SSAB:n terästuotanto 500 000 tonnia vähemmän hiilidioksidipäästöjä.
  • Jos Euroopan nykyinen ajoneuvokanta päivitettäisiin, hiilidioksidipäästöt pienenisivät 7,3 miljoonalla tonnilla. Tässä kuvitteellisessa tapauksessa hiilidioksidipäästöt vähenevät kokonaisuudessaan noin 8 miljoonalla tonnilla.
kauppi_kesti_kuva-4
Kuva 4. Esimerkki hiilidioksidipäästöjen vähenemisestä ultralujien terästen käytön ansiosta (SSAB 2016)

Lujien terästen käytön haasteet

Terästen käyttöä rakenteissa säätelevät lukuisat normit, standardit, jne. Esimerkiksi kantavissa teräsrakenteissa voidaan niiden valmistusta koskevan standardin SFS-EN 1090–2:2012 mukaan käyttää korkeintaan S960 lujuusluokan rakenneteräksiä (myötölujuus ReH vähintään 960MPa). Näin lujia teräksiä ei kuitenkaan voida käyttää ilman erillistestausta, koska kantavien teräsrakenteiden suunnittelussa sovellettava Eurokoodi 3 ei sisällä teräksiä kuin lujuusluokkaan S700 saakka (myötölujuus ReH vähintään 700MPa). Tämä on esimerkki yhdestä lukuisista rajoituksista ultralujien terästen käytössä. Toinen haaste ovat teräksiä käyttävät konepajat, joille monille ultralujien rakenneterästen käyttö on vierasta ja metallurgisesti haastavaa. Tarvitaankin paljon näiden terästen käytettävyyden tutkimustulosten jalkauttamista ja kouluttamista yrityksissä. Suomen hallituksen nykyinen politiikka julkisesta tutkimusrahoituksesta ei helpota tätä työtä.

Kirjoittajat

Timo Kauppi, TkL, Oulun yliopisto/Lapin ammattikorkeakoulu, timo.kauppi(at)lapinamk.fi
Vili Kesti, DI, Specialist, Forming technology, Knowledge Service Center, SSAB, Europe Oy, vili.kesti(at)ssab.com

Hitsauksesta!!!:
http://www.shy-hitsaus.net/
LinkClick.aspx?fileticket=
68W5bPiph3A%3D&tabid=4736

29.04.2024 18.00TimberRoad perävaunu.
29.04.2024 17.00TimberRoad yhdistelmäparin kuormatilavalinta.
29.04.2024 15.00TimberRoad yhdistelmien polttoainesäästöt.
29.04.2024 14.00Tuliko tästä poishylkäytynyt visio, vai onko se kuitenkin lopulta tehokas "junantappaja"???
29.04.2024 13.00Tiesitkö,että : - Aerodynamiikka ominaisuuksien parantaminen on myös liikenneturvallisuutta.
29.04.2024 12.00Hakatun puun kokonaismäärä pieneni vuonna 2023 - energiapuuta korjattiin ennätyksellisen paljon
29.04.2024 11.00TimberRoad kehitystyö aloitetaan perävaunumallistosta.
29.04.2024 9.00Terminatoreitten tolpissa on "kaksineuvoonen" aeromuotoilu + kolmantena liikenneturvallisuus.
29.04.2024 7.00"Paluu tulevaisuuteen": -TimberRoad kehitystyö aloitetaan perävaunumallistosta.
29.04.2024 3.00Kertausta : -"Mikä on TimberRoad - projekti" ???
29.04.2024 0.07TimberRoad yhdistelmämallien synty .
29.04.2024Koostesivu : "Terminator-tekniikkaa" 1-16.
28.04.2024 17.00Mukavuutta , turvallisuutta ,helppoutta ja äänettömyyttä puutavarapankkojen toimintoihin Terminator "Triplakiinnikkeillä".
28.04.2024 15.00Alumiinikitkalevyt ja muoviliukulevyt, sekä triplat ja nostokoukutkin ovat nyt erityistarkkailun alla.
28.04.2024 13.00Triplavaimentimet ovat kaikissa pankkojemme kiinnikkeissä
28.04.2024 11.00Musta kumikoukku on muoviton, musta muovikoukku ei ole muoviton.
28.04.2024 9.00Puutavarayhdistelmian varusteet ja niitten kuormatilakoko olivat Sp- vaunujen suunnittelulle esimerkkeinä, nyt olisi syytä ajatella esimerkkiä toisinpäin.
28.04.2024 7.00Purkupankkomme on kuumasinkitty, ja esimerkillisen toimiva - kiitos kuuluu Veli Mantsiselle.
28.04.2024 3.00Kun suunnittelin Alukarikan ja niitten teippaukset vuonna 1976 oli tietotaso toinen,
28.04.2024 0.07Pinnoituskin kehittyy vain "kantapään kautta".
28.04.2024Kuumasinkittyjen pankkojen toimitusajat nopeutuvat kesäkausina.
28.04.2024KATSO TÄSTÄ 26.4. LÄHETYS! Ammattilehden Hyviä uutisia! tarjoaa kuljetus-, maarakennus- ja metsäalan tuoreet kuulumiset
27.04.2024 17.00Junapankkojako toimii lastauksissa ja puruissa siirtelemättä- kaikilla tehtailla ja niitten kaikilla purkukoneilla.
27.04.2024 15.00Suomalaisen puutavarayhdistelmän kalliit "turhakkeet":- 9. Kasvaako kymmenpankkoinen "junapankkojako" nyt kuormatijojemme peruspakettimalliksi.
27.04.2024 13.00Junapankkojako on edullinen helppo ja turvallinen.- 100% liukuestepinnat myös tolpissa.
27.04.2024 12.00Puutavaranostureitten valinta on tehtävissä, joko tuottavuuden-, tai nostotehon määräämänä.
27.04.2024 11.00Onko "junapankkojako" ainut oikea???
27.04.2024 9.00Kompakti etäisyysanturi jopa 60 metrin mittausetäisyydellä
27.04.2024 7.00Autonomisesti liikkuvissa työkoneissa vakavia turvallisuuspuutteita
27.04.2024 3.00IFAT 2024: Sennebogenilta uusi purkukone
27.04.2024 0.07SKALin hallitus: Suomi ei saa tinkiä TEN-T-ydinverkosta
27.04.2024Nopeitten toimitusten varastopankot / huhtikuu 2024.
26.04.2024 17.00Liukuesteet ovat osa turvallista kuormansidontaa.
26.04.2024 15.00Uusien määräysten mukaiset "tukkipankkotällit".
26.04.2024 13.00Pankkojen kiinnitys ajoneuvorungolle.
26.04.2024 11.00Vaikuttaako pankkorakenne kuormansidontaan ???
26.04.2024 9.00Gasum rakentaa kaasutankkausaseman Raumalle
26.04.2024 7.00Uusi standardi puunkorjuuseen - tuottavuutta ja työn iloa John Deere H-sarjan metsäkoneilla
26.04.2024 3.00Kompakti etäisyysanturi jopa 60 metrin mittausetäisyydellä
26.04.2024 0.07SSAB:n osavuosikatsaus: Erikoislujat teräkset vakaat muutoin heikoilla markkinoilla
25.04.2024 17.00Terminator - tekniikkaa : Tuotekehittely.
25.04.2024 15.00Trelleborg esittelee viimeisimmät rengasinnovaatiot Intermat Construction Fair -messuilla Pariisissa, Ranskassa 24.-27. huhtikuuta
25.04.2024 13.00Nordic Bioproducts Group avasi Lappeenrantaan tehtaan, joka tuottaa innovatiivisia biomateriaaleja uudella teknologialla
25.04.2024 11.00Terminator ei ole miltään osin " puolivillainen " jäljitelmäpankko !!!
25.04.2024 9.00Terminatorien 10% kuormatilavuuslisä on tärkein Terminatoreitten tuomista eduista.
25.04.2024 7.49Ruokalista meni uusiksi - artikkelini vuodelta 2011.
25.04.2024 7.00Ponssen osavuosikatsaus Q1/2024 - Liikevoitto jäi heikoksi
25.04.2024 3.00Terminatoreitten edut korostuvat sekä kesällä, että talvella.
25.04.2024 0.07Maanmittauslaitoksen ilmakuvaus- ja laserkeilauskausi käynnistyi - Taivaalla viipyilevä kone kuvaa rakennukset ja tiet
24.04.2024 18.00Tuottavuus.
24.04.2024 17.00Terminatorien perusominaisuudet ovat tuottavuus ja turvallisuus , elikkä tämä on jo mahdollista .
24.04.2024 15.00Neliakselinen 35 tonnin kokonaispainon puutavarayhdistelmän vetoauto.
24.04.2024 13.00Kohlerilta uusi HVO generaattori teollisuuskäyttöön
24.04.2024 11.00Metsätuhot vuonna 2023 -raportti: Kirjanpainajan aiheuttama kuusikuolleisuus kolminkertaistunut
24.04.2024 9.00MAN käynnistää autonomisen kuorma-auton koeajot liikenteessä
24.04.2024 7.00Traficomin katsastuksen vikatilastot julkaistu - miltei joka viides sähköauto hylättiin
24.04.2024 3.00Metso tukee kaivostoiminnan kestävää kehitystä Chilessä ja esittelee ainutlaatuisen kiertotalousratkaisun myllynvuorausten kierrätykseen
24.04.2024 0.07Viisiakselisten perävaunumallien välillä on yli 15% eroja painoissa ja kuormatilojen tilavuuksissa jopa 25% .
23.04.2024 17.00Terminator - tekniikkaa : Tuotekehittely.
23.04.2024 15.00Kaksi kovaa tuovat lisätuloja, ja toinen ja kolmas turvallisuutta.
23.04.2024 13.00Kuumasinkitys - ruostumaton ja muoviton vaihtoehto Terminatorien ja TimberMaxxien viimeistelyyn.
23.04.2024 11.00Totuus puutavarapankkojen kuormatilojen pinta-alaeroista ja syistä suuriin eroihin......puu76 -- (Artikkeli vuodelta 2014)
23.04.2024 10.00Illuusio alumiinipankkojen keveydestä , turvallisuudesta, ja tuottavuudesta on tekniikan historiaa.
23.04.2024 9.00Terminator ja TimberMaxx- tekniikkaa : Tuotekehittely.
23.04.2024 7.00HydSupply hakee osaajia palvelukseensa - katso tästä lisätietoja...
23.04.2024 3.00TAVO Oy:stä Champion voiteluaineiden virallinen jälleenmyyjä
23.04.2024 0.07MUUTOS
22.04.2024 18.30Artikkelimme vuodelta 2016: -"Yli-Insinööri Olavi H Koskisen vastine puutavara-yhdistelmän 39%:n päästövähennysvaatimusten tasosta Suomen osalta".
22.04.2024 18.00Kiinnikekorkeuksista johtuvat kuormatilaerot jopa luokkaa 0.8m3.
22.04.2024 17.00Kuorma-autoilla kuljetettujen tonnikilometrien määrä väheni vuonna 2023
22.04.2024 15.00Pohjoinen Teollisuus -suurtapahtuma on tiukasti teollisuuden ajan hermoilla
22.04.2024 13.00Uusiutuvan dieselin käyttö raidekuljetuksissa pienentää WISA-vanerien hiilidioksidipäästöjä neljänneksen
22.04.2024 11.00VTT:n vuosi 2023: Liikevaihto vahvistui ja asiakastyytyväisyys koheni
22.04.2024 9.00Pankkojen sisäleveyksiä on mittailtu, mutta runkokorkeudet tupataan peittelemään.
22.04.2024 7.00Maksimaalinen kuormarilakoko ja keveys entistäkin tärkeämpiä myöskin energiapuunkuljetuksissa.
22.04.2024 3.00Merkittävä virstanpylväs automaatioliiketoiminnassa: Valmet lanseeraa uuden sukupolven hajautetun Valmet DNAe -ohjausjärjestelmän
22.04.2024 0.07Sami Jerkku Marine Diesel Finland Oy:n toimitusjohtajaksi
21.04.2024 18.00JENZ - synonyymi hakkurille on myös murskain
21.04.2024 17.00Alumiinipankkojen kokoero selkiytymässä,. - MYÖS teräspankoissa selviä kokoeroja verrattuna Terminatormallistoon.
21.04.2024 15.00FluidFinland
21.04.2024 13.00"Triplavaimennin" kolmella kitkasäätöportaalla on esimerkki XXL-miesten pankkokehityksestämme mutta onnistummeko tekemään triplan kumisena = 100%.sesti muovittomana..
21.04.2024 11.00Digikaksonen tuo selkeitä säästöjä myös teollisuusympäristössä
21.04.2024 9.00Vaikuttaako yhdistelmän kuormatilakoko ja omapaino sen jälleenmyyntihintaan???
21.04.2024 7.00Suomeen Naton yrityskiihdyttämö ja kaksi testikeskusta
21.04.2024 3.00NSK kehittää yhteistyössä pitkälti räätälöitävää robottikättä
21.04.2024 0.07Terminatoreitten muotoilu.
21.04.2024KATSO TÄSTÄ MAAMESS 2024 -LÄHETYS! Ammattilehden Hyviä uutisia! tarjoaa kuljetus-, maarakennus- ja metsäalan tuoreet kuulumiset
20.04.2024 21.50Perustuuko puutavarayhdistelmän tuottavuusodotukset , sekä turvallisuus uskomuksiin, -vaikko jopa totuuksiin.
20.04.2024 18.00Tiesitkö että ....???
20.04.2024 17.00Muovi on myrkkyä sellunkeitossa, mutta mistä sitä sinne edelleenkin tulee???
20.04.2024 15.00Metso juhlii maailman suurimman palvelukeskuksensa avajaisia Karrathassa, Australiassa
20.04.2024 14.14Alumiinipankoillekin on mahdollista tehdä sokkijarrutuksen pitävä sidos.
20.04.2024 13.00Alumiini
20.04.2024 12.20Hyviä uutisia! -lähetys tällä viikolla Viron Tartosta, 30 juhlavuottaan viettäviltä Maamess 2024 messuilta.
20.04.2024 11.00Parker Chomerics kasvattaa sähköä johtavien vaahtomaadoitusten ja EMI-suojaustiivisteiden valikoimaa
20.04.2024 10.00Viking Forest Deloupen pankkomalli sinkittynä Kanadassa.
20.04.2024 9.00Teräs
20.04.2024 7.00Työkoneiden vuokramarkkinan odotetaan supistuvan tänä vuonna - Kasvun povataan alkavan ensi vuonna
20.04.2024 3.00Energiapäivä Karvialla lauantaina 4. toukokuuta - esittelyssä laajasti alan kalustoa
20.04.2024 0.07Pyhäsalmen kaivoksen aurinkopuiston rakentaminen alkaa

Näytä lisää »