Duplexa rostfria stål är utmärkta val i konstruktioner med höga krav på hållfasthet, korrosionsbeständighet och låg vikt. Trots sina fördelar används de bara i begränsad omfattning eftersom de är mer komplicerade att svetsa än traditionella rostfria motsvarigheter. Men lösningar som kan få stor betydelse är på väg. De har presenterats i en avhandling av doktoranden Vahid Hosseini på Högskolan Väst.

Duplexa rostfria stål fungerar mycket bra i miljöer med extrema materialpåfrestningar. Fördelarna har gjort att olje-, gas- och kemisk industri använder sådana stålkvaliteter sedan årtionden tillbaka. Tankar, pipelines och viktkänsliga stålkonstruktioner på oljeplattformar är bara några exempel på applikationsområden. I andra branscher är utbredningen av duplexa stål väsentligt mindre. Det som bromsar utvecklingen är tekniska svårigheter vid svetsning i super duplex rostfria stål.

Vill lösa svetsningsproblem
Felaktig svetsning kan leda till att alla de avgörande goda egenskaperna i duplexa rostfria stål bokstavligt talat går upp i rök.

– Mitt forskningsprojekt handlar om att hitta lösningar på de problemen, säger Vahid Hosseini. Vi ska utveckla, dokumentera och sammanställa kunskaper i digitalt format så att de blir tillgängliga och praktiskt användbara. Detta öppnar vägen för att svetsingenjörer ska kunna designa felfria svetsar.

Bred metallurgisk kompetens
För Vahid passar projektet perfekt. Han är född och uppvuxen i Teheran.

– Det var också där som jag studerade materialteknik på universitetet. Under mina magisterstudier på Sharif University of Technology, arbetade jag parallellt på ett kraftbolag som producerar el med hjälp av gasturbiner. Efter det var jag anställd i ett år på ett stålproduktionsföretag.

Han har med andra ord byggt upp bred metallurgisk kompetens, både teoretisk och praktisk, som han har stor nytta av nu.

– Tillsammans med företag och forskningsinstitutet Swerea Kimab, utvecklar vi mjukvara där svetsoperatörer kan mata in värden för den svetsning som ska göras, förklarar Vahid. Utifrån de uppgifterna kan vi leverera en optimerad och finmaskig vägledning om hur svetsen ska läggas för att de goda materialegenskaperna ska förbli oförändrade.

Arbetet med att utveckla mjukvaran ska vara klart under senare delen av 2019 (DUWELTOOL projekt).

En ny testmetod
Medan Vahid Hosseini arbetade med sitt forskningsprojekt fick han en ny idé.

– Svetsning kan påverka mikrostrukturen och egenskaperna i metallegeringar, förklarar han. Det gör att egenskaper i legeringar, som till exempel duplexa stål, kan förändras på många olika sätt.

För att studera sådana förändringar i mikrostrukturen värmer man idag upp metallprover i ugnar till olika temperaturer under olika tider. Detta är tidsödande och kräver mycket manuellt mätarbete.

Alla temperaturer i samma prov
– Med min metod utsätts varje provbit för en spännvidd av temperaturer. Ena sidan av provet placeras under svetsbågen, medan den andra sidan håller konstant temperatur med hjälp av ett vattenbad.

Varje specifik provtid ger ett komplett spektrum av temperaturer. För varje temperatur går det att studera hur mikrostrukturerna har förändrats. Ett enda prov med den nya metoden kan motsvara upp till 30 prover med den gamla.

Mätutrustning i mångmiljonklassen kan göra ungefär samma sak, men Vahids testmetod kostar bara ett par tusen kronor. Den kommer även mindre företag att kunna använda.

– Metoden kan användas för studier av mikrostrukturer i alla metaller och vid additiv tillverkning.

Stort intresse från industrin
Industrin följer båda delarna av Vahis Hosseinis arbete med stort intresse.

– Jag ser det här forskningsprojektet som ett lyckat exempel på samarbete mellan forskningsinstitut, industri och akademi, säger Ravi Vishnu som är svetsningsspecialist på Avesta Research Center, en av ståltillverkaren Outokumpus tre forskningsenheter.

Peter Stenvall som är specialist i svetsmetallurgi hos ståltillverkaren Sandvik konstaterar:

– Att i detalj förstå hur mikrostrukturer utvecklas är oerhört värdefullt för oss inom industrin. Inget enskilt företag har resurser och kompetens att på egen hand genomföra ett forskningsprojekt av den här storleken, men samarbete har gjort det möjligt.

Till avhandlingen: Super duplex stainless steels: Microstructure and propertiesof physically simulated base and weld metal 

Text och foto: Ulf Axelson