Nu ska stålproduktion bli mindre hälsovådlig
Nya stålsorter som är mer hållbara än dagens metallegeringar, både ur ett hälso- och miljöperspektiv. Det kan bli verklighet tack vare ett forskningssamarbete mellan KTH, Pohang-universitetet i Sydkorea och det svenska företaget Sandvik Coromant. I en studie, som publiceras i dag i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications, har forskarna nått en fördjupad förståelse för egenskaperna hos så kallade högentropi-legeringar.
– Syftet med detta samarbete mellan akademi och industri har varit att förbättra egenskaperna hos olika stålsorter baserade på hårdmetall samt hitta stabila och bra ersättare till olika bindmetaller. Något vi jobbat med är att ersätta det metalliska grundämnet kobolt i stål, detta eftersom koboltdamm nyligen har omklassificerats som cancerframkallande, säger Levente Vitos, professor i tillämpad materialfysik vid KTH.
Den nya klassningen har gjort att det nu uppstått en kapplöpning världen över om att finna alternativ till bindmetallen kobolt. Mängden kobolt styr stålets seghet och motståndskraft mot plastisk deformation, så det har varit viktigt att hitta en fullvärdig ersättare. Detta är alltså något forskarna jobbat med i inom ramen för forskningssamarbetet.
För att lyckas med arbetet har det varit viktigt för forskarna att studera högentropi-legeringarna ner på atomnivå med hjälp av kvantmekanik. Det räcker inte med den pragmatiska kunskapsbas som experimentalister och stålindustrin samlat på sig under det senaste århundradet för att förstå komplexa magnetiska material som består av fyra till sex olika komponenter. Det är omöjligt att undersöka alla möjligheter endast genom att studera materialen i labbmiljö.
– Tack vare våra nya metoder som vi utvecklat på KTH kan sådana här komplicerade material studeras noggrant. Nya spännande möjligheter ges att på ett realistiskt sätt behandla teknologiska material på en grundläggande nivå, säger Levente Vitos.
En övergripande kunskap rörande materialens plastiska egenskaper vid olika temperaturer, tryck och sammansättningar är nödvändig för utveckling och design av nya hårdmetaller. Detta motiverar behovet av teoretiska studier av egenskaperna hos material som används i industrin och i vår vardag och som finner tillämpningar inte bara inom metallurgi utan även inom kemi, fysik, miljöteknologi och energi.
– Att förstå hur de olika komponenterna i metallegeringar interagerar med varandra vid olika temperaturer och andra förutsättningar är en nödvändighet för att på ett intelligent sätt ta kontroll över materialens egenskaper, säger Levente Vitos.
Den gemensamma insatsen av forskargruppen på KTH tillsammans med professor Se Kyun Kwon vid Pohang-universitetet och Erik Holmström på Sandvik Coromant omfattar bland annat demonstration och verifiering av uppnådda framsteg med den nya högentropi legeringen. Utöver nya material kommer forskningsarbetet även att resultera i nya gemensamma doktorandprogram och arbetstillfällen. Arbetet har också syftat till att behålla Sveriges konkurrenskraft inom stålproduktion på högsta internationella nivå, enligt Levente Vitos.
En vetenskaplig artikel med rubriken "Twinning in metastable high-entropy alloys" om forskarnas arbete har precis publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications.
För mer information, kontakta Levente Vitos på 08 - 790 83 56, levente@kth.se
Peter Ardell