Fossiilivapaat terässovellukset - FOSSA2 | Tampereen korkeakouluyhteisö

Tausta

Eurooppalaisilla terästeollisuudella ja koneenrakennusteollisuudella on tärkeä rooli haasteiden ratkaisemisessa liittyen uuteen ilmastonsuojelustrategiaan, jonka Euroopan komissio ilmoitti marraskuussa 2018 ja joka tähtää YK:n vuoden 2015 Pariisin sopimuksen tavoitteiden saavuttamiseen. Tämän mukaisesti tavoitteena on saada aikaan hiilineutraali Eurooppa vuoteen 2050 mennessä.

Mitä tulee Suomen panokseen ilmastonmuutoksen torjunnassa, laajamittaiset muutokset ja kehitys terästeollisuudessa ovat ratkaisevia saavutettaessa haastavia tavoitteita, kuten osoittavat metallin tuotannolle asetetut poikkeukselliset päästötavoitteet, jotka vaikuttavat voimakkaasti koko suomalaiseen teknologiateollisuuteen. Tässä yhteydessä Suomen kunnianhimoinen tavoite on saavuttaa hiilineutraalius jo vuoteen 2035 mennessä ja olla sen jälkeen hiilinegatiivinen.

Uutuusarvo

FOSSA2-projekti perustuu kolmeen täysin uuteen käsitteeseen:

Fossiilittoman teräksen arvoketju ja kierrätys muuttavat olemassa olevien yritysten logiikkaa ja liiketoimintamalleja ja luovat uusia malleja fossiilittomalle arvoketjulle. Tässä uudessa maailmanjärjestyksessä teräksen tuotanto ja sovellukset nousevat kriittisiksi, mikä edellyttää yrityksiä uudistamaan tulologiikkaansa arvoperusteiseen ajatteluun pelkän kustannusperusteisen hinnoittelun sijaan.

Läpimurtoterästen ja -teräsovellusten kehittämisen kestävien tuotantoreittien avulla pyritään kehittämään fossiilittomia 3. ja 4. sukupolven kuumavalssattuja ja kylmävalssattuja korkealujuusteräksiä. Lisäksi tavoitteena on perustaa fossiilittomia arvoketjuja Suomen metalliteollisuuteen. Kehitetyt uudet teräslajit tulevat olemaan lujuudeltaan välillä 700–2000 MPa ja venymältään noin 15–30 %, yhdistettynä erittäin hyvään matalalämpötilan iskusitkeyteen, hitsattavuuteen, muovattavuuteen ja korkeaan kestävyyteen ilman liiallista kallista seostuselementtien käyttöä. Useita edistyneitä prosessisuunnitelmia harkitaan erilaisille innovatiivisille käsitteille, kuten suoralle karkaistuille (ja ositettuille) teräksille, edistyneille keski-Mn-teräksille sekä nanostrukturoiduille martensiittisille ja bainiittisille teräksille. Tämän työpaketin vaikutus tulee olemaan ainutlaatuinen merkittävien CO2-päästöjen vähentämisessä uusien fossiilittomien terästen kehittämisen ja käytön, fossiilittoman arvoketjun toteuttamisen sekä kevytrakenteiden suunnittelun ja käytön avulla, mikä mahdollistaa suuremmat energiankulutuksen ja CO2-päästöjen vähennykset kuin mitä on tähän mennessä ollut mahdollista monille teräksen sovelluksille.

Virtuaalisen teräksen tuotantoalustan käsite mahdollistaa teräksen valmistusketjun virtuaalisen hallinnan ja säädön. Koko uusien terästen tuotantoreitti voidaan tutkia yhdellä alustalla, joka koostuu useista materiaali- ja prosessimalleista ilman tarvetta kalliille kehitykselle ja aikaa vievälle kokeelliselle työlle. Virtuaalinen teräsplatform mahdollistaa prosessi- ja terässuunnittelun käyttäen suunniteltuja uusia teräksiä (prosessit ja ominaisuudet) ja sovelluksia, jotka perustuvat loppukäyttäjän vaatimuksiin, eli takautuvaan suunnitteluun. Tämän tutkimuksen vaikutus optimoidaan vahvistamaan tehokkaita käsittelyreittejä kestävään teräksenvalmistukseen.

Nopean hehkutuksen soveltaminen fossiilivapaiden terästen valmistukseen – NOFO

Tampereen yliopistossa tutkitaan NOFO-osaprojektissa, voidaanko nopealla hehkutuksella eliminoida haitallisten jäännöspitoisuksien vaikutusta. Kuumennusmenetelmänä käytetään induktiokuumennusta. Tavoitteena on nopean kuumennuksen avulla eliminoida jäännöspitoisuuksien vaikutus ilman että nopea kuumennus sinänsä vaikuttaisi negatiivisesti muovattavuuteen. Koska hivenaineet vaikuttavat myös pinnan ominaisuuksiin ja sitä kautta myös kuumasinkityn sinkkipinnoitteen laatuun, tutkitaan myös tätä vaikutusta. Osa tutkimuksesta toteutetaan tutkimusvierailun aikana Swansean yliopistossa Englannissa.