Forskare utvecklar ett nytt ”superstål” – ”En häftig stålplywood”

2020-06-01 06:00  

Ett nytt stål med bättre prestanda i alla avseenden – och till ett lägre pris än tidigare. ”Man blir upplyft och glad över vad de åstadkommit” säger en svensk forskningschef om de kinesiska forskningsresultaten.

Stål är ett fantastiskt användbart material, men det har sina begränsningar. Och sedan det först började framställas för tusentals år sedan det arbetats hårt för att förbättra stålets egenskaper. 

Egenskaperna är styrka, hållbarhet, hög draghållfasthet och sträckgräns, samt att det är formbart och har god termisk ledningsförmåga. Just styrka, hårdhet och formbarhet eftersträvas ofta. Dessvärre är det så att om man förbättrar en parameter sker det ofta på bekostnad av någon av de andra. 

Men nu påstår ett forskarteam vid universitetet i Hongkong, Kina, att de har nått ett stort genombrott. De har lyckats få fram ett stål som enligt egen utsago har enormt mycket högre hållfasthet utan att det har försvagats i övrigt. De publicerade sin forskning i tidskriften Science tidigare i maj.

– Vi har fått till en styrke/hållfasthet-kombination, som kan adressera stora säkerhetsutmaningar i industriapplikationer på ett sätt som ger ultrahög hållbarhet, vilket förhindrar förtida frakturer i byggnadsmaterial. Genombrottet ändrar även på den konventionella synen att man får hög styrka på bekostnad av försämrad hållfasthet, säger Huang Mingxin, professor och projektledare vid universitetet i ett uttalande.

Från forskningsstudien ”Making ultrastrong steel tough by grain-boundary delamination”. Foto: University of Hong Kong

Det nya stålet, som forskarna oblygt kallar för superstål, har en dokumenterad prestanda om sträckgräns på 2 GPa, förlängning på 19 procent samt en brottseghet på 102 MPa-m1/2. De här siffrorna innebär enligt teamet att deras material har högre prestanda än det typiska stål som används inom flygindustrin. Men hur bra är det?

Läs mer: Ny vätgasproduktion ska ge ”oupphörlig energi”

Patrik Ölund, forskningschef på stålindustriföretaget Ovako, säger att det som forskarna i Hong Kong har gjort är spännande.

– De har gjort en laminering och på ett sätt kan man beskriva det som att de har gjort en häftig stålplywood. Det har man åstadkommit genom en kemisk sammansättning som gör att materialet avsiktligen inte blir homogent utan man brukar säga att det segrar. Segringar är något som vi normalt sett inte vill ha, men här har man vänt på det och i stället utnyttjar fördelar med den struktur man får efter bearbetning och värmebehandling.

Patrik Ölund säger att forskarteamets siffror och de som presenterats är riktigt bra.

Patrik Ölund, forskningschef på stålindustriföretaget Ovako. Foto: Ovako

– Kombinationen av siffrorna är det som är det spännande. Man brukar kalla det för banankurva, alltså hur förlängning förhåller sig mot styrka. Att göra ett material med både 19 procents förlängning och har en sträckgräns på 2 GPa är jättebra. Det är många som brottas med att komma upp i det här området som de presenterat. Visst, man har testat i den mest gynnsamma riktningen i materialet, hur det ser ut om man prövar den tvärs valsriktningen vore intressant att se mer av. Sen finns det andra egenskaper som är viktiga – exempelvis utmattning, vilket inte är nämnt här, säger han.

Världen över tittar materialforskare på hur de ska kunna uppnå förbättringar på alla parametrar i stål.

– Det är ett jätteintressant projekt, men det är inte unikt – den här typen av forskning pågår lite överallt i världen. Det handlar om att man tittar på hur man kan bygga upp bra och smarta mikrostrukturer. Vi tittar på liknande saker här i Sverige, sedan är vägen dit lite olika. Men även om vi hittar olika lösningar så är målet detsamma: att hitta strukturer som fungerar bra för applikationen man vill använda det i.

Läs mer: Gates-stöttade Climeon gör el från jordens inre

En annan parameter som icke är att förringa är pris. Hur ”super” ett stål än är – om priset är för högt blir användningsområdena begränsade. Här säger Hongkong-forskarna att deras stål dels ska vara enkelt att få till industrialiserad tillverkning av, samt att materialkostnaden är 80 procent lägre än det flygplansstål de jämfört med. 

– Att säga att det är billigt är kanske missvisande. Pris är svårt på stål och beror helt på vad man jämför mer. Visst, jämfört med det som används i flygindustrin så kanske det kan anses kosta mindre, men det är mycket legeringar som till exempel vanadin i – så i andra jämförelser är det dyrt, säger Patrik Ölund.

Projektet i Hongkong har lett till att forskarna nu har ansökt om flera patent för sin upptäckt samt att de går vidare med industripartners för att ta fram flera olika produkter. Bland dessa nämns en ny typ av brovajer, skottsäkra produkter samt fjädrar till fordon. 

– Vi har tagit ett stort steg närmare industrialisering av det här unika superstålet. Det demonstrerar stort potential för att kunna användas i olika applikationer som överlägsna skottsäkra västar, brokablar, lättviktsbilar och militära fordon, flygindustrin samt för skruvar och muttrar i konstruktionsindustrin, säger Huang Mingxin.

Professor Huang Mingxin, Hong Kong University. Foto: University of Hong Kong

Svenska forskningschefen förhåller sig positiv till några av de här möjligheterna, men mer avvaktande till andra.

– Det kanske är svårt att säga något om kommersialisering. Men brokabel tror jag på, det är även något med stora volymer. Kan de få upp hållfastheten, styrkan och även säkerheten/duktiliteten – då kan de nog ha något. Men bilar är väldigt priskänsliga så där kanske det inte är lika lätt. Men med det sagt, jag älskar utveckling av stål och man blir upplyft och glad över vad de åstadkommit, säger Patrik Ölund.

Ovako

Ovako är ett stålföretag med verksamhet främst i Sverige och Finland, som ägs av japanska Nippon Steel Corporation via dotterbolaget Sanyo Special Steel.

Ovako tillverkar komponentstål för kullager samt till transport- och tillverkningsindustrin.

Råvaran är skrot som återvinns och förädlas.

I Sveige finns anläggningar i Hofors, Hällefors, Smedjebacken och Boxholm.

Felix Björklund

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt