Ultraljud som nyckel till fossilfri stålproduktion

Genom nya metoder för optimering av mikrostrukturen i fossilfritt stål bidrar ett av delprojekten inom forskningsprogrammet FINAST till att påskynda stålindustrins omställning till en koldioxidneutral framtid genom att studera alternativ till värmebehandling och termomekanisk behandling av stål.

I studien behandlas stålet med ultraljudsvågor som växelverkar med metallens inre struktur med syftet att effektivisera dagens värmebehandling och metallbearbetningstekniker. Idag används tekniken framgångsrikt inom processer såsom tråddragning och extrudering för att förändra metallers flödesegenskaper I delprojektet där Patricio är doktorand kommer man till en början att studera akustisk anlöpning och eventuellt härdning med hjälp av ultraljudsbehandling och hur väl tekniken kan tillämpas på framtidens fossilfria stål. Ultraljudsbearbetning av metaller baseras på effektiv absorption av den mekaniska energin från ljudvågorna vid rumstemperatur. Detta står i kontrast till konventionella värmebehandlingar, där största delen av energin används för att värma upp hela materialet till önskad temperatur, och endast en del av den förbrukade energin används för att aktivera mekanismer som inducerar en förändring i materialet. Målet är att förbättra och effektivisera de traditionella processerna med hjälp av ultraljudsbehandlingen och samtidigt minska energiförbrukningen.

Stor efterfrågan på innovativa lösningar

– Trots att samspelet mellan metaller och ultraljudsvågor varit känt i många år, ger den senaste efterfrågan på innovativa lösningar för att minska koldioxidutsläppen inom stålindustrin oss en möjlighet att återvända till grunderna och ompröva hur metaller bearbetas, säger Patricio Piantanida, doktorand i materialteknik.

Andra egenskaper kan också påverkas av ultraljudsbehandling. Som första studie i delprojektet har stål från SSAB ytbehandlats med ultraljud och Patricio arbetar just nu med att analysera och tolka resultatet av behandlingen. En del av proverna skickas till Swerim i Kista där man ska undersöka hur materialets motstånd mot väteförsprödning påverkats av ultraljudsbehandlingen.

– Samarbetet med Swerim sker inom FINAST projektet. Vi lär oss av varandra och vi uppmuntrar doktoranderna att samarbeta. I studien undersöker vi SSABs stål och väteprovningen utförs på Swerim, vilka båda bidrar med sin expertis inom områdena, säger Marta-Lena Antti, professor i materialteknik.

Stor potential

Ultraljudets potential att förbättra produktionsprocesserna och samtidigt minska energiförbrukningen gör tekniken intressant i metallindustrins framtida utveckling och genom projektet i FINAST kommer Patricio att studera i vilken utsträckning de fossilfria stålen kan behandlas.

– Vi gör just nu investeringar i labbet för fortsatta studier, ett högintressant område att studera är värmebehandlingen som utförs efter kallbearbetning, om vi skulle kunna ersätta eller effektivisera det steget med hjälp av ultraljudsbehandling, avslutar Pia Åkerfeldt, biträdande professor i materialteknik.