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

06.04.2024 15.00Onko pankkomarkkinoinnissa vastuu siirretty "kuulijalle".
06.04.2024 14.00Junakuljetuksissa säästetään jo myös kuormansidonnassa.
06.04.2024 13.00Kuorman varmistaminen.
06.04.2024 12.00Mikä ihme teki raakapuun rautatiekuljetukset kuljetustaloudellisesti kannattaviksi ???
06.04.2024 11.00"Nippusidonnassa on vaarallisia vajavaisuuksia".
06.04.2024 10.00Onko raakapuun rautatie kuljetuskaluston käyttö kannattavaa, ja tehokasta ???
06.04.2024 10.00Satatonniset raakapuu yhdistelmät "ammuttiin harkitusti pesään".
06.04.2024 9.00Vantaan Energia valinnut AFRYn suunnittelemaan maailman suurinta lämmön kausivarastoa ja johtamaan hankkeen rakentamista
06.04.2024 7.00Terminator-tekniikkaa: - "Purkupankko".
06.04.2024 5.00Onko tuottava ja turvallinen raakapuunajo taitolajin lisäksi myös kalustolaji.
06.04.2024 3.00Logistiikkaselvitys: Kanta-Häme merkittävä tavaraliikenteen välittäjämaakunta
06.04.2024 0.07Mersun museoikään ehtinyt G-sarja uudistuu jälleen - Tarjolla myös sähköisellä voimalinjalla
06.04.2024KATSO TÄSTÄ 5.4. LÄHETYS! Ammattilehden Hyviä uutisia! tarjoaa kuljetus-, maarakennus- ja metsäalan tuoreet kuulumiset
05.04.2024 18.00Muovipinnoitetut varastopankot nyt edullisesti, ja nopein- , sekä rahtivapain perilletoimituksin.
05.04.2024 17.00Terminatoreitten nopeat ja rahtivapaat perilletoimitukset 2024.
05.04.2024 15.00Fogmaker Finland Oy vahvistaa myyntitiimiään
05.04.2024 13.00Kempower lanseeraa megawattilatausjärjestelmänsä
05.04.2024 11.00Metsäalalla investoidaan - nyt kannattaa markkinoida!
05.04.2024 9.00Nosturimestarikilpailu saa jatkoa - ensimmäinen osakilpailu Mansen Mörinöillä
05.04.2024 7.00Mielestäni teippien liimaus uusiin pankkoihin on valmistajien täydellistä vastuuttomuutta.
05.04.2024 3.00Konecranes osti saksalaisen satamalaitevalmistaja Kocks Kranbaun
05.04.2024 0.07Teipit jäävät pankoista pois, ja kuumasinkitys alkaa korvata muovipinnoitteet.
05.04.2024Nopeitten toimitusten varastopankot / huhtikuu 2024.
04.04.2024 17.00Aluehallintoviraston ympäristöasioiden lupapalvelussa uusia karttatoimintoja
04.04.2024 15.00Traficon havaitsi rengasmarkkinoilla hyväksymättömiä nastarenkaita -
04.04.2024 13.00Lapin Kumin miljoonainvestointi Jyväskylään valmistui
04.04.2024 11.00Yllättävä lisätila puutavarayhdistelmään 2.60m leveydestä.
04.04.2024 9.00Jarno Hietasaari on nimitetty Volvo-kuorma-automyyjäksi Wetteri Powerille
04.04.2024 7.00Metsä Fibre aloittaa neuvottelut lomautuksista Kemin biotuotetehtaalla
04.04.2024 0.07Ponssen toimintamalli uudistuu
03.04.2024 17.00Kuumasinkki on teräspinnoitteista 100%:sesti muoviton.
03.04.2024 15.00Autojen ensirekisteröinneissä ei mitään uutta - käytettyjen autojen kauppa vilkastunut
03.04.2024 13.00Einari Vidgrén Säätiö palkitsee vastuullisia metsäosaajia
03.04.2024 11.00Nuorten metsien hoito lisää energiapuun saatavuutta - metsänomistajat avainroolissa
03.04.2024 10.00Energiapuun korjuumäärät ja kannattavuudet voimakkaassa kasvussa.
03.04.2024 9.00Hiabille suuri WALTCO-takalaitanostintilaus Yhdysvalloista
03.04.2024 9.00SSAB jatkaa vihreää siirtymäänsä investoinnilla fossiilivapaaseen minimill-tuotantolaitokseen Luulajaan
03.04.2024 3.00Tampereella kehitetään sujuvaa, kestävää ja käyttäjiä palvelevaa liikennettä vientimarkkinoille
03.04.2024 0.07XXL pankkojemme ominaisuudet ovat erinomaisia myös energiapuusavotoillekkin.
02.04.2024 18.45Suomen metsäkeskuksen uudistunut organisaatio panostaa tietoon ja sähköisiin palveluihin
02.04.2024 17.0022-metrisen käyttöä puolustaa käytännön tosiasiat ja raha.
02.04.2024 15.00Terminatoreitten tolpissa on "kaksineuvoonen" aeromuotoilu + kolmantena liikenneturvallisuus.
02.04.2024 13.00Onko 22 m raakapuun kuljetuksien järkeväksi perusmitaksi.
02.04.2024 12.00Mitkä seikat puoltavar 22 metristä raakapuuyhdistelmää???
02.04.2024 11.00Artikkelimme vuodelta 2022: - Kotimaista Sisua Hakevuoren puunajoon
02.04.2024 10.00Artikkeli vuodelta 2010.........
02.04.2024 9.00Energiapuu
02.04.2024 7.00NSK kehittää yhteistyössä pitkälti räätälöitävää robottikättä
02.04.2024 3.00Terminatorit, ja TimberMaxxit ovat erinomaiset pankot myös energiapuusavotoille.
02.04.2024 0.07Energiapuunkorjuu tärkeä osa metsänhoitoa ja puukauppaa
01.04.2024 18.00Nykyaikaiset ritiläautot tehostavat metsäkoneurakointia
01.04.2024 17.00Puutavaran ajo on taitolaji, mutta myöskin vahvasti välinelaji.
01.04.2024 15.00Hydoring hakee kesätyöntekijöitä - kannattaa laittaa hakemus sisään...
01.04.2024 13.00Rakentamisen liikevaihto laski vuoden 2024 helmikuussa 11,4 % vuodentakaisesta
01.04.2024 11.00Koska Eurooppa aloittaa kuorma-autokuljetusten hyödyntämisen täysteholla???
01.04.2024 9.00Sandvik esittelee 800i-sarjan kartiomurskaimet uusilla automaatio-ominaisuuksilla
01.04.2024 7.00Terminatoreitten ja TimberMaxxien kehityskaari alkoi keväällä 1976, yli 47 vuotta , ja 35 pankkomallia sitten.
01.04.2024 6.48Terminator XXL 5 testipankot toimitettiin Uuraiselle ja Jämsään.
01.04.2024 3.00Kymmenen miljoonan tutkimushankkeessa kehitetään liikkuvien työkoneiden ja ihmisten yhteistoimintaa
01.04.2024 0.07Alumiinipintojen ja jauhemaalipintojen teippauksissakin on iso vaikeusaste-ero.
31.03.2024 17.00Edistystäkin on kuitenkin jo osaltaan tapahtunut.
31.03.2024 16.00Muovi on myrkkyä Metsäteollisuudessa: -Terminatoreista poistettiin muovit.
31.03.2024 14.00Muovi on myrkkyä sellunkeitossa.
31.03.2024 13.00Lapinjärven tutkimusmetsässä kaadetaan aidanvieruspuita purkutöitä varten
31.03.2024 12.00Pankkoteipit ovat tuhoisia,turhia ja turvattomiakin.
31.03.2024 11.00Metsäteollisuuden historiaa: - Terva oli ensimmäinen metsästä saatu menestystuote.
31.03.2024 10.00Onko puutavarayhdistelmän ylimääräinen rakentaminen/ varustelu enää lainkaan järissään???
31.03.2024 9.00Eroon muovista?
31.03.2024 7.00Sähköautojen latauspiste pakolliseksi ei asuinkäytössä oleviin rakennuksiin - asennusaikaa 31.12.2024 asti
31.03.2024 4.00Valtioneuvoston varauksellinen suhtautuminen komission esitykseen EU:n pakkaus- ja pakkausjäteasetukseksi on erittäin tärkeää - Kuitupohjaisten pakkausten tulevaisuus on turvattava
31.03.2024 0.07Ajokoneissa muovimaalia kuormatiloissa, mutta ei sentään teipin teippiä.
30.03.2024 18.00Nosturikourat ovat mitä ilmeisimmin kuumasinkittävissä,- ja lopulta melko helpostikkin.
30.03.2024 17.00Kaatopäät asettavat muovittomuus savotassa toivottua haastetta.
30.03.2024 15.00Kaatopäästä nosturikouraan.
30.03.2024 13.00Puunkorjuu ja kaukokuljetus 2023 julkaistu
30.03.2024 11.00Suomi on pisimmällä ultralujien terästen sinkitystekniikassa - Saksa lujien.
30.03.2024 9.00Muovittomuus on jo kaikkien Suomen pankkovalmistajien pikku osissa , ja Ruotsissakin pulteissa.
30.03.2024 7.00Sinkitys on metallin päällystämistä korroosiolta suojaavalla sinkkikerroksella
30.03.2024 3.00Kaatopää, ja sen vetorullat ovat seuraava sinkityskohteemme.
30.03.2024 0.07Kuumasinkitys on kullanarvoinen pinnoite vihreän kullan korjuuketjulle.
29.03.2024 23.23KATSO PÄÄSIÄISEN LÄHETYS! Ammattilehden Hyviä uutisia! tarjoaa kuljetus-, maarakennus- ja metsäalan tuoreet kuulumiset
29.03.2024 18.00Meillä on nyt 100%:nen valmius 100%:seen muovittomuuteen.
29.03.2024 17.00Metsäalan kannattaa kohdata luontovaikuttajat ennakkoluulottomasti
29.03.2024 13.00Bensiinin keskihintojen nousu kiihtyi maaliskuussa 2024
29.03.2024 11.00Pankkokorkeudet vaihtelevat pääosin välillä 3.10- 3.30.
29.03.2024 9.00Pankkorunkokorkeus on sekin oma ongelmansa.
29.03.2024 7.00KH-Koneet Group vahvistaa jälleenmyyjäverkostoaan Ruotsin markkinoilla
29.03.2024 3.00Pankkokiinnikkeitten korkeuksissa on niissäkin suuria eroja.
29.03.2024 0.07Steelwrist esittelee kolmannen sukupolven kauhanpyörittäjät ja tuo markkinoille kokonaan uudet pyörivät liittimet sekä laajan valikoiman uusia työlaitteita
29.03.2024LUE TÄSTÄ! Talven jättikokoinen Metsäalan Ammattilehti on ilmestynyt
28.03.2024 18.00Puutavara-autojen apurunkoprofiileissa suuria eroja.
28.03.2024 17.00Miksi alumiini on edelleen pankkojen raaka-aine???
28.03.2024 15.00Suomeen Naton yrityskiihdyttämö ja kaksi testikeskusta
28.03.2024 13.00Puutavara-auton apurunkopaketit vaativat ammattitaitoa ja vastuullisuutta.
28.03.2024 7.00Malminetsinnän ja kaivostoiminnan investoinnit kasvoivat 2023
28.03.2024 3.00Alumiini materiaalina
28.03.2024 0.07Markus Ritala nimitetty Sajas Groupin toimitusjohtajaksi
27.03.2024 17.00Ranuasta kaavaillaan yli 120 tuulivoimalan tuulivoimapuistoa
27.03.2024 15.00Kymmenen miljoonan tutkimushankkeessa kehitetään liikkuvien työkoneiden ja ihmisten yhteistoimintaa
27.03.2024 13.00Henry Äyräväinen nimitetty Nisula Forestin aluemyyntipäälliköksi

Näytä lisää »