Sinkkipinnoitettujen muottikarkaistavien terästen prosessointi vaatii poikkeuksellisen matalaa kuumamuovauslämpötilaa ja teräksen koostumuksen räätälöintiä

Henkilöauton korirakenne koostuu komponenteista, joita valmistetaan lähinnä useista eri teräslaaduista. Muottikarkaisuteknologia mahdollistaa monimutkaisten, mutta erittäin lujien teräskomponenttien valmistuksen. Teräksen korkean lujuuden ansiosta komponenttien seinämäpaksuutta voidaan ohentaa ja siten keventää koko autokoria. Tämä mahdollistaa CO₂ -päästöjen sekä polttoaineen tai sähkönkulutuksen minimoimisen.

– Uusien muottikarkaistavien teräslaatujen kehitys edellyttää laajamittaista ymmärrystä fysikaalisesta metallurgiasta sekä itse valmistusprosessin yksityiskohtaista hallintaa, Henri Järvinen kertoo.

Sinkkipinnoitettuja laatuja pidetään markkinoilla ns. premium-tuotteina, mutta ne ovat haastavia prosessoida ilman laatuongelmia. Sinkkipinnoitteen ja sinkkirikkaiden faasien matala sulamispiste altistaa myös teräksen haitallisille säröilyilmiöille.

– Oli mielenkiintoista huomata, että myös pinnoite asettaa rajoituksia teräksen kemialliselle koostumukselle ja päinvastoin. Löydös tulee varmasti ohjaamaan näiden materiaalien tutkimusta ja kehitystä, Järvinen sanoo.

Henri Järvinen tutki työssään sekä kaupallisia teräslaatuja että väitöstyön aikana suunniteltuja, toisen sukupolven muottikarkaistavia teräksiä. Laboratorioon rakennetulla tutkimuslaitteistolla pystyttiin tutkimaan itse prosessiin liittyviä erityispiirteitä ja ymmärtämään pinnoitteen ja teräksen rajapinnalla tapahtuvat ilmiöt.

– Pinnoite ja teräs sulautuvat yhteen korkean lämpötilan lämpökäsittelyprosessissa, minkä vuoksi on oleellista ymmärtää, että tässä materiaaliryhmässä teräs ja pinnoite muodostavat yhtenäisen kokonaisuuden, sanoo Järvinen.

Tutkimuksessa havaittiin, että kaupallisia standardilaatuja ei voida prosessoida menestyksekkäästi sinkkipinnoitettuina versioina. Säröilyn välttäminen ja onnistunut prosessointi myös lopputuotteiden korroosionkeston kannalta, on mahdollista ainoastaan siten, että kuumamuovaus toteutetaan poikkeuksellisen matalassa lämpötilassa. Tämä puolestaan edellyttää teräksen koostumuksen muokkausta.

Henri Järvinen on työskennellyt vuodesta 2018 lähtien Metso Outotecin palveluksessa (ent. Metso Minerals).

Diplomi-insinööri Henri Järvisen materiaalitekniikan alaan kuuluva väitöskirja Processing and Properties of Hot-Dip Galvanized Press-Hardening Steels tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 12.11.2021 klo 12 alkaen Konetalon auditoriossa K1702, Korkeakoulunkatu 6, Tampere. Vastaväittäjinä toimivat professori emeritus David Porter Oulun yliopistosta ja professori David Penney Swansean yliopistosta. Kustoksena toimii professori Pasi Peura tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.