Ajoneuvojen painon keventäminen ja energiatehokkuuden parantaminen vähentää riippuvuutta fossiilista polttoaineista ja helpottaa siirtymää esimerkiksi sähköautoihin. Niiden kolariturvallisuus ei kuitenkaan saa painon säästön myötä heikentyä. Kehittyneiden terästen ominaisuuksien optimointi on väitöskirjatutkija Olli Ojan mukaan tärkeää sekä muovattavuuden että rakenteellisen kestävyyden kannalta.

Diplomi-insinööri Olli Oja esittää väitöstutkimuksessaan lujien kylmämuovattavien terästen koostumus- ja lämpökäsittely-yhdistelmiä, joiden avulla terästen mikrorakenne ja muovattavuusominaisuudet voidaan tasapainottaa eri käyttötarkoituksiin.

Korrelaatio teräksen mekaanisten ominaisuuksien ja mikrorakenteen välillä osoittaa, että pienilläkin rakenteellisilla muutoksilla voidaan saada aikaan merkittäviä vaikutuksia muovattavuuteen.

”Ajoneuvojen korien massaa on mahdollista pienentää lujempia teräksiä käyttämällä, jolloin sama tai entistä parempi suojauskyky saavutetaan ohuemmalla teräksen paksuudella kuin aiemmin. Muovattavuuden optimoinnilla voidaan myös edesauttaa hankalasti valmistettavien korin osien valmistusta, joka antaa lisävapauksia terästen käyttäjille”, Oja toteaa.

Muovattavuus, jota käsiteltiin tutkimuksessa teräksen mikrorakenteen paikallisten ominaisuuksien näkökulmasta, on seurausta lujien ja pehmeiden faasien välisestä vuorovaikutuksesta sekä siitä, minkälaisessa raemuodossa ne esiintyvät. Tasapaino merkitsee esimerkiksi sitä, että teräksellä on samanaikaisesti korkea lujuus ja hyvä venymäkyky.

Lupaavia tuloksia kehittyneiden lujien terästen näkökulmasta

Työssä yhdistettiin nykyaikaisella tavalla terästen mikrorakenne ja mekaaniset ominaisuudet. Tulosten perusteella voitiin laatia muovattavuuskartta, joka osoittaa havainnollisesti muovattavuustyypin yhteyden mikrorakenteeseen.

Työn johtopäätöksenä todetaan, että raemuoto, jossa jäännösausteniitti esiintyy suhteellisen ohuina säleinä bainiittisen ferriitin yhteydessä, on mekaanisen stabiiliuden näkökulmasta edullinen työstökarkevuuden eli niin kutsutun TRIP-ilmiön aikaansaamiseksi.

Tulokset osoittivat, että verrattain korkea tasavenymä oli mahdollista saavuttaa myös ilman jäännösausteniittia. Tasavenymän nosto ei tässä tapauksessa tulkittu olevan seurausta TRIP-ilmiöstä vaan mikrorakenteen sisältämästä hienorakeisesta ferriittistä. Tämä havainto on oleellinen, kun tutkimusta jatketaan interkriittisesti hehkutettujen autoteollisuuden terästen parissa.

”Tulokset olivat lupaavia kehittyneiden lujien terästen näkökulmasta, ja niillä on käyttöä terästen teollista valmistusta sekä esimerkiksi autojen turvakorin osia ajatellen”, Oja paljastaa.

Autoteollisuuden energiatehokkuusvaatimuksiin vastaaminen sopii hyvin yhteen hiilidioksidivapaaseen terästuotantoon tähtäävien tavoitteiden kanssa. Tutkimus ja kehitys tällä alueella auttaa säilyttämään erikoisterästen valmistusta kotimaassa ja antaa suuntaviivoja tulevaisuuden kehitystarpeisiin.

Olli Oja on kotoisin Pohjois-Pohjanmaalta Nivalasta. Tällä hetkellä hän asuu Hämeenlinnassa ja työskentelee tuotekehitysinsinöörinä SSAB Europen Hämeenlinnan terästehtaalla.

Diplomi-insinööri Olli Ojan materiaalitekniikan alaan kuuluvat väitöskirja Correlation between the Microstructure and Mechanical Properties of Intercritically Annealed Advanced High-Strength Steels tarkastettiin julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa 12.8.2022 Hervannan kampuksella. Vastaväittäjinä toimivat professori Esa Vuorinen Luulajan teknillisestä yliopistosta ja professori Jari Larkiola Oulun yliopistosta. Kustoksena toimii professori Pasi Peura tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.